岩桥破坏的等效剪切强度(Equivalent shear strength parameters）

1 引言

当进行岩体工程稳定性分析时，无论是使用极限平衡法还是使用数值模拟(FEM,BEM,DEM)方法，都必须输入岩体的剪切强度参数，即粘结力和内摩擦角。不过，由于岩体是不连续的，很难获得岩体的剪切强度参数。为了便于工程设计，经常使用等效的粘结力和内摩擦角，通过岩体工程分类指标来估算其值，例如使用GSI。同样，对于阶梯路径岩体(阶梯状平面破坏; 岩桥和阶梯式破坏)的稳定性分析，Jennings (1970) 提出了一种方法来估算岩桥破坏的等效剪切强度。时至今日，这种方法仍然有效。  

2 等效剪切强度计算

Jenningss首先提出了沿破坏路径的连续性系数k这一概念。k的计算方法如下式所示：

其中lj和lr分别是节理长度和岩桥长度。因此岩桥百分比可以表示为1-k. 岩桥的等效剪切强度使用下式来计算：

其中，和是岩桥等效的粘结力和摩擦角; c和f是岩桥的粘结力和内摩擦角；cj和fj是节理的粘结力和摩擦角，k是上面计算的连续系数。

3 岩桥比例

研究显示在地下开挖中，岩桥的抗剪能力要比在边坡中的抗剪能力强，只有1%的岩桥理论上具有与常见的地下支护系统(如锚杆和锚索)相当的抗拉能力。(Diederichs, 1999). 这表明小而完整的岩桥可显著增强破坏表面的抗剪强度。这与边坡工程中8%的临界值有较大的差异。(阶梯状平面破坏)。Tuckey (2013)从文献中统计了岩桥的比例，如下表所示。可以发现，有些岩桥比例已经8%的边坡也发生破坏，因此岩桥比例对岩体的破坏的影响存在着不确定性。 

实验室内的研究表明，岩桥的抗剪强度不仅取决于加载条件(即主应力的大小和方向), 而且取决于岩体内预先存在的节理的几何形状。但在野外真实的岩体中进行类似的边坡破坏研究是不可行的。Fairhurst(2019) 专门以《Rock Engineering: Where is the Laboratory?》为题强调了这一点。 因此，Starfield and Cundall (1988)提出的模拟方法 论可以使我们逐步了解岩桥的破坏机理。  

4 参考文献

1. Diederichs, M.S. (1999) Instability of Hard Rockmasses: The Role of Tensile Damage and Relaxation. PhD thesis, University of Waterloo. 

2. Fairhurst, C. (2019) Rock Engineering: Where is the Laboratory?. Rock Mech Rock Eng 52, 4865–4888. (pdf)

3. Tuckey, Z. et al. (2013) Combining field methods and numerical modelling to address challenges in characterising discontinuity persistence and intact rock bridges in large open pit slopes. Proceedings of the 2013 International Symposium on Slope Stability in Open Pit Mining and Civil Engineering, Perth, pp. 189–204. (pdf)