岩石节理

第二节考虑起伏度和粗糙度的节理剪切强度公式讲演者：马莉学号:1155110071.节理剪切强度公式的理论分析2.节理剪切强度公式的实验验证一、理论分析大部分天然岩石节理的表面形态中包含有起伏度、而起伏度分量和粗糙度随机分量对节理剪切性质的影响是不同的。1.起伏度节理的剪切强度)]arctan([tan2wbz]i[tanb比较：Patton规则锯齿状节理的剪切强度公式节理表面起伏角基本摩擦角，注：ib一、理论分析2、粗糙度节理的剪切强度粗糙度对节理剪切性质的影响有一个累进过程，若节理表面形态中只有粗糙度的情形，则)}(arctan[{tan2Trbfz)}(lg{tanJCSJRCb比较：Barton公式：一、理论分析3、含起伏度粗糙节理的剪切强度经三角换算:)}(arctan[zarctan{tan22Trwbfz）（)(1)(arctantan22t22TtwTrbfzzfzz相关的量。形态测试的采样间隔有与节理岩壁力学性质和度；节理岩壁的单轴抗压强得；均方根，由形态测试获量和粗糙度分量的坡度节理面形态中波纹度分)(,22TTwrfzz二、试验验证rRwwRTzzzf222)1()(对变质花岗闪长岩节理进行几个不同法向应力水平下的直剪试验，结果见表6-32。bR)arctan(tan其中：基本摩擦角采用三岩芯倾斜试验法，测定结果为29°，节理岩壁的单轴抗压强度σΤ=97.7MPa，根据不同节理试件在不同法向应力时的实验结果，可得,经回归得i)(，Tf3.0)15.0ln()(TTf二、试验分析表6-3变质花岗闪长岩部分直剪实验结果二、试验分析节理剪切实验结果及经验曲线。DL1USMA1US第四节用节理表面形态参数预估其剪切强度讲演者：马莉学号:1155110071.节理的模糊综合评判分级及摩擦系数评估2.用节理表面形态参数预估其剪切强度的其他方法一、节理的模糊综合评判分级及摩擦系数预估1.表面形态参数的选定目的：试图用形态参数预估其剪切阻力的大小。原则：与所研究的问题关系密切，物理意义明确且易于测量和计算，参数间彼此独立。方法：模糊综合评判方法。参数：z1、z2、z1/β表面形态高度变化特征参数:z0，z1，S，K，Rz表面形态高度变化特征参数:z2，z3，z4，β，η参数选择一、节理的模糊综合评判分级及摩擦系数预估121321zzz}{、、、、UUUU2.节理面模糊多因素综合评判的基本模型节理面按其表面形态分为10级，其目标集将节理按表面形态分级的因素为V={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ，….,Ⅹ}总评价矩阵303231202221101211321,,,,,,~rrrrrrrrrRRRR模糊综合评判的广义数学模型）（10321303231202221101211321,,,,,,,,,)a,a,a(bbbbrrrrrrrrrBAB广义模糊运算下的B中的各元素为10,,3,2,1)a()a()a(332211jrrrbjjjj；选择以下运算法则计算B中的各元素),1(min31iijijrab3.隶属函数及权重的确定高斯型隶属函数，如第i个因素隶属于第j级的隶属度：2)()(ijijicmxijex为了确定cij的值，假定每个级别边界处的隶属函数值为e-1ijijijijijjimdcmdc,1或式中dij为评判因子第j级别第i个评判因素的边界值，见表6-9.3.隶属函数及权重的确定总的评价公式103121)(ijxuzzzR2.根据经验和分析，取三个评判因子的权重分配为：A={0.25，0.6,0.15}图6-20边界值及其隶属度1.按各因素的重要程度，指定系列标准刻度：0~1.04、节理面的模糊综合评判多因素综合评判后得到的一个等级模糊子集：式中，bi为等级i对B的隶属度，一般把B归一化。节理面的分级等级可以如下计算：式中，ai为第j级的RJ规定值。XbIIIbIIbIbB1032110121012jjjjjJbabR5.节理面的分级成果由上述模糊分级得到的现场节理面按形态的分级结果为：表6-10节理表面形貌级别及其摩擦系数μ由于该工程范围内节理面所受的应力为中等偏低，而且变化范围不大，可近似认为节理面的摩擦系数不随法向应力而变（n=7）。479.0,124.0736.0847.0,968.1377.0318.0,020.0763.0%)1(874.0963.0),(044.0549.0121rzrzrzarRJ上式可计算每个级别的节理面的摩擦系数。预计时，若RJ值接近某级范围的中间值，μ也可取该级范围的中间值。比较摩擦系数的预计值与实测值可知，它们的最大误差不超过0.05，说明该方法可行性好、精确度高。二、用节理表面形态参数预估其剪切强度的其他方法Mcwilliams用下式幂函数表示节理的剪切强度：Mcwilliams通过直剪试验和形态测试提出可用下式预估材料参数：式中：D-分形维数；I-分形截距；z2-节理表面形态的坡度均方根；r-测量标度；L-与测量标度对应的节理剖面线的长度。BArDILzIDBzIDAlg)1()lg(076.0412.0568.0449.1352.1201.0022.1295.422岩体稳定性分类的综合评判U为岩体稳定性评价各单因素集合，U={u1,u2,u3,u4,u5,u6}式中,u1—原岩应力状况；u2—岩块力学性质；u3—岩体结构特性；u4—结构面力学性质；u5—地下水影响；u6—工程因素的影响。岩层稳定性定为5个等级，V={Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，Ⅳ级，Ⅴ级，}={良好，较好，一般，较差，很差，}单因素评价如下表1~表6：岩体稳定性分类的综合评判岩体稳定性分类的综合评判总评价矩阵R：归一化由隶属函数表征的模糊矩阵：因素重要程度模糊子集A:实际应用：评价岩组A的分类级别岩组原岩应力状况Sr岩块力学性质σ(MPa)岩体结构特性节理间距（m）结构面力学性质地下水影响工程因素的影响A15.0250.80.15-0.185带擦痕粗糙的平面状节理闭合全多无充填潮湿3~6m宽巷道,稳定结论：岩组A对Ⅱ级=0.27为最高，按“主元素突出型”模型M(∧,⊕)（即择优原则），应评定为Ⅱ级。实例摘自论文：