33水对岩石强度的影响.docVIP

五、水对岩石强度的影响 前已述汲水对岩石强度影响： 膨胀、崩解、溶解 水→岩 软化 渗透→水压水 对岩石强度有影响的是孔隙和裂隙中的水压力，统称为孔隙水压力，用pw表示。如果饱和岩石在荷载作用下不易排水或不能排水，那么，孔隙或裂隙中的水就有孔隙压力，岩石固体颗粒承受的压力将相应的减少，强度则降低。 对岩石中有连接的孔隙（包括细微裂隙）系统，施加应力σ，当有孔隙水压力pw时，岩石的有效应力为 —岩石总应力（MPa）；—有效应力（MPa）； pw——孔隙水压力 （MPa） 在有孔隙水压力作用时，可利用《岩石破坏准则》来分析岩石的稳定性。 1．莫尔摩伦准则 根据莫尔库伦强度理论，考虑有孔隙水压力pw的作用，其岩石的抗剪强度为： ① 或 可见，由于pw的存在，岩石的抗剪强度降低。 ②对于用主应力表示的莫尔库伦破坏准则，考虑pw作用，则有 ，式中， 推出 由上式可解得pw，即岩石从初始作用应力σ1和σ3达到岩石破坏时所需施加的孔隙水压力： 亭定（Handin）砂岩实验结果，在pw为零时作一系列的实验，绘莫尔应力圆，得到pw=0时的包络线，即岩石强度曲线。 当施加主应力σ1、σ3时，（pw=0）岩石稳定（莫尔圆II），在此主应力下，增加pw直至破坏（莫尔圆I与包线相切）。 从上面分析可见，pw对岩体强度影响很大。在实际工程中，特别是坝址区，对某种岩石，当主应力σ1、σ3一定时，水库蓄水后，如果有渗流，则pw从0增加pw′，当 和的应力圆与包线相切或相交时，岩体将失稳。 2．格里菲思准则 如果把有效应力引入格里菲思破坏准则，用和代替原式中的 和 ,即 ， 时， ﹥0，破坏； ﹤0时，稳定 裂隙方位角 当时， ，裂隙方位角 即： 时，破坏。 工程上应用的《水力劈裂》方法就是以这一理论为基础的。 增大使，就会产生水力壁裂。 如原始主应力,＝10MPa。 则当MPa时， 当 时，就会发生劈裂。 六、岩体强度分析 1、均质岩体强度分析 均质岩体主要是： ①完整岩体：岩块坚硬，且结构面不发育。 ②软岩，结构不起主导作用 这种岩体可用：①莫尔库伦准则 ②霍克和布朗经验破坏准则 进行稳定分析。 莫尔库仑准则： 有孔隙水压力时： 主应力为负时， 霍克和布朗经验破坏准则 ，极限状态； 左项 右项， 破坏； 左项 右项 , 稳定。 m= 0 ~ 25， s=0 ~ 1。 ２、节理岩体强度分析 实际岩体均质的情况不多，大多数情况岩体为非连续介质，岩体的强度主要由结构面所决定。 对于完整岩块，其剪切破裂面总是与大主应力面成 角，当拉断时，破裂面与主应力面平行。 对于有结构面存在时，多数情况下，沿结构面破裂，这时仍可用莫尔库伦强度准则来判定节理面上的稳定情况。 ，为节理面上的凝聚力和内摩擦角， σ为节理面上的正应力。为节理面的抗剪强度。 当节理面上的剪应力小于等于 时，节理面处于稳定和极限状态： 判断节理岩体稳定与否可用图解法和解析法： 1)图解法（见图） 根据 σ1、σ3做应力圆，如果节理面线与节理强度线相交则破坏，反之，即使应力圆已与强度线相交，但节理面的线却不与节理强度线相交，则节理面仍处于稳定状态。 2) 解析法 根据应力关系式： 代入中，得到 满足此式，表明节理处于稳定或极限平衡状态。 利用上式可对节理岩体的稳定性进行简单的判断。 如，地下洞室、陡立边坡等的节理岩体稳定。 如图所示为高边坡，岩体中节理的倾角为β。 讨论：①时，， 上式左边为正，稳定 ②时，，则，稳定 ③时，。 当时，满足稳定要求，反之不稳定 ④时，即节理面与均质岩体的破裂面一致 经过推导可得： 即在时，节理岩体稳定的条件。 当岩体不稳定时，需要采取有效措施，如锚固、灌浆，对于边坡还可以减少，即减载（减轻上部岩不重量）。 锚杆加固， 需设计锚固力的大小，其原理如下： 由 知： 因为＝０，, 不稳定时有 为使其大于零，则需加水平应力 ，即使得 如果锚杆与水平夹角为α 则 σ′在y向已有分量，则上式中的σy应为（ ）则 一般求出后，再增加一个百分数，即不用求解此式也可。 减载 对于边坡，通过减轻上部荷载，即减少来增加稳定性。 因为，为了使得 左式 右式 则需减小 ，方法是减少上部岩体的重量，使 则有 根据 就可确定挖除多大范围的上部岩体。 孔隙水压力 当有孔隙水压力pw时，有： 当左边项 0时，不稳定，处理措施：排水，灌浆防渗,降低pw 固结 固结灌浆可以增加节理面的抗剪强度，增大cj和 因此，在边坡工程中