如何确定岩体的粘聚力c和内摩擦角φ.docx

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如何确定岩体的粘聚力c和内摩擦角φ

如何确定岩体的粘聚力c和内摩擦角φ

岩质边坡设计计算时经常用到的两个参数：

粘聚力c，内摩擦角φ。

岩块的粘聚力c，内摩擦角φ可以直接通过直剪、单轴压缩或三轴压缩试验确定，

岩体的粘聚力c，内摩擦角φ如何确定呢？

？

？

《建筑边坡工程技术规X》GB50330-2002第4.5.4条规定：

岩体内摩擦角可由岩块内摩擦角标准值按岩体裂隙发育程度乘以表4.5.4所列的折减系数确定。

表4.5.4    边坡岩体内摩擦角折减系数

边坡岩体特性  内摩擦角折减系数

裂隙不发育    0.90～0.95

裂隙较发育    0.85～0.90

裂隙发育      0.80～0.85

碎裂结构      0.75～0.80

这里只给出了边坡岩体内摩擦角的折减系数，而没有提到岩体粘聚力的折减问题。

只有内摩擦角没有粘聚力计算呢？

后面的4.5.5条给出了等效内摩擦角的估算方法，用等效内摩擦角自然就不需要用粘聚力。

既然这样，4.5.4条的规定又有意义呢？

？

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danuel朋友上传的

《三峡库区三期地质灾害防治某某市江北区陈家馆危岩规划勘查报告》

4.1.2.1岩体性质指标的标准值 一节中提到

“根据《工程地质勘察规X》DB50/5005-1998第8.3.1和第8.3.3有关规定：

岩石物理指标标准值可视为岩体物理指标标准值；岩体内摩擦角标准值可由岩石内摩擦角标准值根据岩体完整性乘以0.80～0.95的折减系数确定；岩体粘聚力标准值由岩石粘聚力标准值乘以0.20～0.30的折减系数确定。

〞

我手头没有某某市地方标准《工程地质勘察规X》DB50/5005-1998因此没有查到其原文，不过从筑龙上下到了某某地标《工程地质勘察规X》DB50/5005-1998的升级替代版本某某地标《工程地质勘察规X》DBJ50-043-2005。

在某某地标《工程地质勘察规X》DBJ50-043-2005中我没有找到关于由岩块粘聚力和内摩擦角折减估算岩体粘聚力和内摩擦角的内容。

地方规X，不具有通用性，只能参考，1998已经废止，2005中删除了想关的内容，也没有添加新的规定。

现在连个参考也没有了。

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各位朋友在确定岩体的粘聚力c，内摩擦角φ时是如何处理的呢？

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请说出你的做法和依据，或者提出自己的观点，重奖！

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njzy0532版主所提问题确实带有普遍性，遇到这种情况，我一般会这样确定：

1、按国标《工程岩体分级标准》GB50218-94的规定对工程岩体进展质量分级；

2、依据岩体根本质量级别，查上述规X附录C表C.0.1，可经验确定岩体的抗剪断峰值强度〔粘聚力c和内摩擦角φ 〕，还可以按表C.0.2确定岩体结构面抗剪断峰值强度；

3、《工程岩体分级标准》GB50218-94可是国家标准，比地方规X更有说服力。

补充表C.0.1

      长江长417于2007-8-2120:

52:

00修改了此贴子。

既然讨论到这个问题了，首先要从理论上先把这个问题给理顺畅了，也就是说，看一下国内外对于这方面的研究现状

在目前的工程设计中，为获取岩体的强度参数，通常要进展现场岩体原位试验。

采用原位试验方法确定岩体强度参数无疑地比实验室岩石试块试验合理得多，但是由于节理岩体中复杂结构面的弱化作用，导致岩体强度参数十分复杂，很难定量，即使是进展现场大型岩体原位试验，往往也只能获得局部的尺度有限的节理面或岩块的力学参数〔一般试验面积都在1 m2以下〕，更大X围岩体的宏观或平均意义上的特性或参数几乎无法直接实测，而且所做试样可能不具代表性。

同时，这种试验需要的时间长，花费昂贵，不是每一个工程都能进展或必须进展的。

尤其是原位试验的试件制备过程中，岩体难免会产生扰动，这种扰动在复杂地质条件地区尤为显著，如高应力区、高含水量区，试件很容易受开挖扰动，因此，测试获得的结果还必须进展必要的岩体赋存环境力学效应的修正，才能应用于工程。

关于岩体强度的岩体质量评分体系方法的研究，自从60年代以来，所提的经验准如此均属于非线性判据〔Murreu，1963；Fairhust，1964；Hoek和Brown，1980；Johnson，1985；Sheorey等，1990〕[2~12]。

准如此中许多对某些岩石类型拟合得很好，对有些如此不然。

其中应用最多，效果较好的是Hoek-Brown经验准如此，此准如此早期是基于岩体质量评分标准RMR的，后来，Hoek和Brown又提出了在野外更易操作的地质强度指标法GSI评分指标体系〔Hoek，1994；Hoek et al.，1995，Hoek and Brown，1997；Hoek et al.，1998〕[5~7]，近期又进一步将该方法做了推广。

Hoek-Brown经验准如此的优点在于将评定岩体质量和确定抗剪强度参数分开，用定量指标合理地描述岩体质量，而对抗剪强度参数，如此通过具有一定科学依据的经验准如此来确定。

这在一定程度上可以减少确定抗剪强度指标过程中的主观成分，可为最终确定岩体强度参数提供重要参考或验证由工程类比得出的岩体强度参数。

但对于每一级岩体质量，给出的力学参数指标X围较大，离散性强，选用参数值时有较大的任意性，经验性强。

此外，如参数m的最大值为25，在低围压下与坚硬完整的岩体条件下，估算的岩体强度明显偏低，m不仅与岩体有关，且与岩块强度特性与具体应力水平有关，选取时应慎重。

对于不含结构面的完整岩体，含四组或四组以上等规模、等间距、强度根本一样的结构面的节理岩体或破碎岩体以与强度较低的软弱岩体，可直接应用Hoek-Brown经验准如此；而对于各项异性岩体，包括含一、二、三组结构面的岩体，或虽含四组或四组以上结构面、但其中有一组结构面规模较大的岩体，不能直接应用Hoek-Brown经验准如此。

总的来说，Hoek-Brown经验准如此还未成熟到可以直接成为工程设计决策的最终依据。

起源于70年代后期的位移反分析法[13~16]，是在已有位移观测资料的根底上，通过求解逆方程得到岩体参数。

但传统位移反分析方法都假设岩体为均值各向同性，而实际中的天然岩体地质条件复杂，往往伴随节理、裂隙，因而在复杂情况下应用现有的各种简化的反分析方法来解决工程实际，存在一定问题，而且反分析解的存在性、位移性和稳定性也值得研究，只能提供参考值。

1992年，李胡生等采用模糊选择方法细计岩体样本力学参数[17~19]，该方法认为岩石力学参数和岩体力学参数均为同时含有随机不确定性和模糊不确定性的随机模糊变量，两者之间的关系是模糊关系，将两者之间的模糊关系用确定性的数学表达式来表达必然不可能有好的实用性。

岩体参数的工程模糊处理实质就是把岩石与岩体力学指标之间的比例系数当作模糊子集，依据经验进展模糊综合评判确定一个最优模糊折减系数的问题，从定量上考虑影响力学参数的各种模糊因素，但在运用上不是很成熟，仍借助于经验。

    最近又提出利用人工神经网络〔X清等，1992；冯夏庭，王泳嘉，1995〕[20~24]岩石工程数值分析中所需的岩体力学参数的方法，其优点是神经元网络可以把岩体较多的非定量的地质描述经过换算后，作为初始参数参与运算，不需事先假定力学参数与其影响因素之间的函数关系，而通过对实例样本的学习即可找出其间的内在联系。

不仅可以较好地考虑岩体的定性描述和定量指标，有效地利用工程地质资料和已经取得的试验研究成果，便于在工程中推广应用，而且还可以不考虑各个影响因素之间的相互关系，但是其学习样本的选取具有很大的主观性，尤其在网络的输入、输出中存在非确定性定性描述时，需要对样本数据进展预处理，其方法一般为采用经验对定性描述进展定量化或者是采用模糊神经网络技术对定性描述模糊定量，加大了不确定性。

此外，还有分形维数应用于岩体力学参数估算的方法[25~31]。

由Mandelbrot〔1982年〕开展起来的分形几何是一门新的数学分支，是用来描述自然界的不规如此以与杂乱无章的现象和行为的。

大量研究明确：

岩体结构表现为分形性，结构面平面、坡面形态、断裂破碎带以与岩体结构参数〔迹长、隙宽、间距、密度等〕的分布，结构面外表粗糙形态，岩体破裂网络均具有分形特征，分形维数是定量表征岩体结构性质的有用指标。

岩体结构面粗糙度系数〔JRC〕是Barton [30] 提出，用于描述结构面外表形态对其抗剪强度影响的几何参数。

由于岩体结构面的外表轮廓曲线具有自相似性，文献[29]建立JRC和分维数D确定性的经验公式，从而利用D可以进展岩体结构面的抗剪强度分析。

秦四清〔1993〕用网络覆盖法计算了小湾水电站节理网络的RQD值和分维数D值，得到两者的统计关系式，并在甬台温高速公路隧道围岩中得到验证。

李功伯等〔1991〕提出用分形几何描述岩体的损伤，并给出了用自相似分形集的分维数定义损伤变量的方法。

以上研究明确：

用分维数来研究岩体结构面的几何特征更为可靠，它综合反映了岩体结构面几何分布的整体特征。

顶峰等〔2004〕运用分形和统计断裂力学方法探讨了岩体节理断裂扩展和剪切滑移 2 种破坏方式下节理岩体的统计强度〔平均强度〕，但分形维数法存在其标度区间确实度和结构面分形特征的层次问题。

综上所述，对强度参数有多种估算方法，〔1〕原位试验法，是一种直接又比拟可靠的方法，但该方法存在“尺寸效应〞问题和一些技术上的问题；〔2〕经验类比法，主要根据现场工程地质条件和室内力学实验结果，结合大量相关已建工程实例综合确定岩体强度的方法，存在主观性问题；〔3〕岩体质量评分体系方法，该方法具有统计意义上的可靠性，但对同一岩体不同的经验方法估算的力学参数差异较大；选用参数值时有较大的任意性，经验性强；〔4〕位移反分析法，是在已有位移观测资料的根底上，通过求解逆方程得到岩体参数。

但传统位移反分析方法都假设岩体为均值各向同性，而天然岩体地质条件复杂，其反分析解的存在性、位移性和稳定性值得研究；〔5〕模糊数学法，在传统的岩体质量分类的根底上，考虑岩体质量的模糊性，结合专家的经验，选出评判因素，提出岩体质量模糊综合评判模型，确定岩体力学参数的估算值，但评判因素的选取存在不确定性问题；〔6〕人工神经网络法，通过完成输入与输出问题的映射，自动建立复杂现象〔系统〕的模型并指出其控制规律。

其实用性很强，但其学习样本的选取具有很大的主观性；〔7〕分形维数法，近年来开展起来的岩体损伤力学的研究方法。

它利用岩体破裂系分形分维数构造损伤变量，能较好的解决岩体力学参数的估算和岩体稳定性的评价问题，但存在其标度区间确实度和结构面分形特征的层次问题。

可见，每种方法都有其优缺点，仍没有一种令人满意的方法。

从理论上看，上述各种方法同时使用有利于全面可靠地评价岩体质量。

但是，所得到的过多力学指标往往使设计者无所适从。

因此，在工程岩体稳定性分析中，合理确定节理岩体的强度，是一项十分重要而又困难的工作。

对岩体强度参数的研究，具有十分重要的工程应用和科学研究意义。

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第5楼

2007-8-2120:

01:

00

上面主要是研究现状的介绍

在具体到这个实际的问题，根据《建筑边坡工程技术规X》GB50330-2002第4.5.4条规定，我们可以根本上根据实验数据以与野外统计得到内摩擦角φ值，就像搂主所说的。

对于岩体的粘聚力c，我认为长江长网友所采用的方法是很可取的，借助《工程岩体分级标准》GB50218-94，可以根本界定一个c值。

最后反过来，我最想说的一个问题，也是咨询了导师〔花了我几块钱的费呢〕，在边坡岩体的稳定性计算时，其主要控制作用的是内摩擦角φ值，而粘聚力c变化10-20所起的稳定性控制作用很小〔这个我们很多项目的具体应用计算中已经得到证实〕，我想这也是为《建筑边坡工程技术规X》GB50330-2002只是强调了了内摩擦角φ值的折减问题，其主控原因可以显现。

    也象我上面所发的那个介绍性的东西，所有的岩体参数界定根本都是在岩体质量评价的根底上进展的，那么这个取值关键就在于岩体质量的评价上。

一点浅见

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第6楼

2007-8-2215:

59:

00

补充一个我个人在一个边坡工程评价中采用的方法：

    由于按《工程岩体分级标准》我们只能确定结构面的抗剪强度，我们还可以通过试验得到岩块的抗剪强度，在进展稳定性评价时，不能只用岩块的参数，也不能只用结构面的参数，稳定性评价只能取介于两者之间的参数，这个参数确定？

我认为按《建筑边坡工程技术规X》用系数折减岩块参数的方法不可取，因为它无视了结构面的性质！

    我认为应该这样取值更合理些：

    依据现场调查结果，确定在岩体产生大面积剪切破坏时，结构面将占总剪切面的比例，来确定地层综合抗剪强度指标，其计算公式如下：

    φz=（1-ｍ）φy + ｍφj                〔式1〕

    Ｃz=（1-ｍ）Ｃy + ｍＣj             〔式2〕

    式中：

φz、Ｃz——岩体综合抗剪强度；

          φy、Ｃy——岩块抗剪强度；

          φj、Ｃj——结构面抗剪强度；

          ｍ——结构面面积系数，大面积剪切破坏时剪切面上结构面面积与总面积之比。

    上述方法没有规X依据，但本人在实际工程中采用该方法效果非常好，计算结果与实际状况较吻合。

    请各位高手发表评论这种方法是否恰当！

    谢谢高手指点，已经更正！

以下是引用片段：

以下是引用长江长417在2007-8-22 15:

59:

00的发言：

补充一个我个人在一个边坡工程评价中采用的方法：

    由于按《工程岩体分级标准》我们只能确定岩体和结构面的抗剪强度，在进展稳定性评价时，不能只用岩体的参数，也不能只用结构面的参数，稳定性评价只能取介于两者之间的参数，这个参数确定？

用系数折减岩体参数的方法不可取，因为它无视了结构面！

    我认为应该这样取值更合理些：

    依据现场调查结果，确定在岩体产生大面积剪切破坏时，结构面将占总剪切面的比例，来确定地层综合抗剪强度指标，其计算公式如下：

    φz=（1-ｍ）φy + ｍφj                〔式1〕

    Ｃz=（1-ｍ）Ｃy + ｍＣj             〔式2〕

    式中：

φz、Ｃz——地层综合抗剪强度；

          φy、Ｃy——岩体抗剪强度；

          φj、Ｃj——结构面抗剪强度；

          ｍ——结构面面积系数，大面积剪切破坏时剪切面上结构面面积与总面积之比。

    上述方法没有规X依据，但本人在实际工程中采用该方法效果非常好，计算结果与实际状况较吻合。

    请各位高手发表评论这种方法是否恰当！

不知道这位朋友对岩体的强度是理解的，

岩体是岩块和结构面的综合，也就是说也体的强度是考虑了结构面作用的综合强度。

在确定岩体强度的时候，结构面的产状、结合长度、连通情况都是需要综合考虑的因素。

我认为按照岩体的定义，这位朋友的经验算法本质上还是估算岩体强度的算法。

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第8楼

2007-8-2216:

24:

00

那我接着长江长417朋友的说几句吧：

在计算整体稳定性时，选取岩体强度参数时可以综合考虑《建筑边坡工程技术规X》GB50330-2002以与工程岩体分级标准》GB50218-94进展选取。

可以看出，这个值也是带有一定的局限性和主观性的。

在我们一般实际的稳定性评价中，不管是采用自己编制的push还是采用FLAC软件进展计算时候，很多时候并不是这么用整体参数赋值的，而是分别考虑岩石和结构面参数。

也就是说，计算时候把整个边坡体分成N个计算块体，根据野外记录情况和实际判断，对于不同的块体分别赋予其岩石强度参数或者结构面强度参数，以他们的组合关系来代替岩体强度参数。

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    这个是在实际操作中，经常采用的一种模拟方法，现在拿出来交流下，仅供参考阿。

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以下是引用片段：

以下是引用njzy0532在2007-8-22 16:

19:

00的发言：

不知道这位朋友对岩体的强度是理解的，

岩体是岩块和结构面的综合，也就是说也体的强度是考虑了结构面作用的综合强度。

在确定岩体强度的时候，结构面的产状、结合长度、连通情况都是需要综合考虑的因素。

我认为按照岩体的定义，这位朋友的经验算法本质上还是估算岩体强度的算法。

呵呵，长江长网友应该是语言表达上错误吧。

混淆了岩体之概念。

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忘记说了，补充两句：

晏鄂川著《工程岩体稳定性评价与利用》这本书的第124页起，有一个关于岩体力学参数确定的实例，有兴趣朋友可以参考下，本论坛有这本书，njzy0532发过的徐光黎、唐辉明、潘别桐著《岩体结构模型与应用》一书的第89面起第四章也对这个问题进展了讨论，大家也可以参考下