极限平衡分析中Barton-Bandis 模型的输入参数
1 引言
对于原岩应力较小的浅层节理岩体，原岩本身的破坏可能性较小，主要的破坏模式是沿着不连续面发生滑动，例如岩体边坡的破坏，岩体地基的破坏以及岩石隧道的塌方等。因此需要计算沿着滑动面的剪切强度(shear strength)。极限平衡分析中剪切强度的计算主要有三种方法：(1) Mohr-Coulomb破坏准则，需要输入的参数：内摩擦角和粘结力；(2) Hoek-Brown破坏准则，需要输入的参数：岩石的单轴抗压强度，材料参数mb, s和a，也可以通过岩体分类指标GSI，损伤因子D和材料参数mi来计算这些参数；(3) Barton-Bandis破坏准则，需要输入的参数：粗糙度系数JRC, 节理面抗压强度JCS, 残余内摩擦角φr.
在文章《岩体不连续的剪切强度 | Barton-Bandis Model》中，介绍了UDEC中使用BB Model的方法，本文着重讨论粗糙度系数JRC, 节理面强度JCS和残余内摩擦角φr的参数值确定方法，这些参数用来计算Barton-Bandis(BB)模型的剪切强度。
2 BB剪切强度破坏准则
硬岩中的天然不连续面永远不会是光滑的平面，节理面上总是带有起伏和粗糙度。这种特性对岩体的剪切行为有很大影响。一般来说，节理面的粗糙度会增加其抗剪强度，这种强度增加对岩石开挖的稳定性极为重要。BB模型用来模拟带有粗糙面的节理的剪切行为。
其中，
JRC: 节理粗糙度系数(joint roughness coefficient)
σn: 作用在节理面上的法向应力
JCS: 节理面抗压强度(joint compressive strength)
φr: 滑动面的残余摩擦
3 JRC的确定方法
JRC的值可以通过与标准剖面比较来估算(Barton and Choubey, 1977)
如果不能通过节理表面直接测量JRC的值，可以从下图获得该值，该图显示了JRC随着测量剖面的长度和粗糙度深度的变化关系。
4 JCS的确定方法
ISRM建议从Deere-Miller图中获得JCS，该图显示了通过施密特锤(Schmidt hammer)的测量结果来获得JCS的方法。
5 φr的确定方法
残余摩擦角可以在实验室里用剪切测量装置测量(试样的典型面积为50*50mm)。风化岩表面基本内摩擦角的典型范围为25°～35°。在一般情况下可以认为表面内摩擦角约等于残余摩擦角φr。Barton也建议使用下面的关系式来获得φr。
φr=(φb-20) 20(r/R)
其中r为湿润和风化节理面的施密特回弹数，R为未风化干燥节理面的施密特回弹数。
6 参考文献
[1] International Society for Rock Mechanics Commission on Standardisation of Laboratory and Field Tests. 1978. Suggested methods for the quantitative description of discontinuities in rock masses. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. 15, 319-368.
[2] Barton, N.R. and Bandis, S.C. 1990. Review of predictive capabilites of JRC-JCS model in engineering practice. In Rock joints, proc. int. symp. on rock joints, Loen, Norway, (eds N. Barton and O. Stephansson), 603-610. Rotterdam: Balkema.
[3] Bhasin, R. and N. Barton (1997). "A comparison of the Barton-Bandis joint constitutive model with the Mohr-Coulomb model using UDEC." ENVIRONMENTAL AND SAFETY CONCERNS IN UNDERGROUND CONSTRUCTION VOLS 1 AND 2: 413-420.
[4] Deere, D.U. and Miller, R.P. 1966. Engineering classification and index properties of rock.Technical Report No. AFNL-TR-65-116. Albuquerque, NM: Air Force WeaponsLaboratory
[5] Barton, N.R. and Choubey, V. 1977. The shear strength of rock joints in theory andpractice. Rock Mech. 10(1-2), 1-54.
[6] Barton, N.R. and Bandis, S.C. 1982. Effects of block size on the the shear behaviour ofjointed rock. 23rd U.S. symp. on rock mechanics, Berkeley, 739-760.
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