第三节 结构面的抗剪强度 · 结构面强度分为抗拉强度和抗剪强度由于结构面 的抗拉强度非常小，常可忽略不计，所以一般认为结构 面是不能抗拉的因此，通常仅考虑结构面的抗剪强度 在工程荷载作用下，岩体破坏常以沿某些软弱 结构面的滑动破坏为主因此，在岩体力学中结构面的 抗剪强度通常是研究的重点内容 条件不同、性质不同的结构面其发生剪切作用的机 理不同，因此其抗剪强度的确定方法也不同下面将分 四种类型来介绍结构面的抗剪强度 一、平直无充填的结构面 平直无充填的结构面包括：剪应力作用下形成的剪 性破裂面（如剪节理、剪裂隙等）、发育较好的层理面 与片理面其特点：是面平直、光滑，只具微弱的风化蚀变坚 硬岩体中的剪破裂面还发育有镜面、擦痕及应力矿物薄 膜等抗剪强度：这类结构面的抗剪强度大致与人工磨制面 的摩擦强度接近，即： 二、粗糙起伏无充填的结构面 这种类型的结构面，其剪切特点是： （1）当法向应力σ较小时，上盘岩块上下运动，产生爬 坡效应，增大了τ； （2）当σ较大时，将剪断凸起而运动，也增大了τ 由于结构面的粗糙起伏情况比较复杂，因此抗剪强 度的确定也比较困难下面就先讨论理想的简单的条件（规则锯齿形结构 面 ），再讨论一般的情况（不规则起伏结构面）。
1、规则锯齿形结构面（1）σ较小，剪胀作用,其强度遵循Patton公式： 结构面上的应力 ：由库仑-纳维尔判据得 ：将τn、σn代入上式得 ：（2）σ较大，啃断作用，其强度接近岩块的强度，即 ： 式中：φ 、Ｃ分别 为结构面壁岩的内摩 擦角和内聚力 综合上二式，结构面的抗剪强度包络线如下图所示 剪断凸起的条件为： 2、不规则起伏结构面 自然界岩体中绝大多数结构面的粗糙起伏形态是不 规则的，起伏角也不是常数，见下图 这类结构面的强度包 络线不是折线，而是 曲线形式 巴顿（Barton）对8种不同粗糙起伏的结构面进行了 试验研究，提出了剪胀角的概念并用以代替起伏角剪胀角αd——剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角， 即： Barton 通过大量结构面剪切试验，用统计方法求得 Barton方程： 基本摩擦角粗糙度系数壁岩强度又故或三、非贯通断续的结构面 这类结构面由裂隙面和非贯通的岩桥组成在剪切 过程中，一般认为两者都起抗剪作用即通过的裂隙面 和岩桥都起抗剪作用假设沿整个剪切面上的应力分布是均匀的，结构面 的线连续性系数为Ｋ1，则整个结构面的抗剪强度为： 裂隙面岩桥桥库仑-纳维 尔定律：其中 ：四、具有充填物的软弱 结构面 具有充填物的软 弱结构面包括泥化夹层 和各种类型的夹泥层， 其形成多与水的作用和 各类滑错作用有关。
这类结构面的力学性 质常与充填物的物质成 分、结构及充填程度和 厚度等因素密切相关结构面强度与颗粒粗细的关系 内摩擦角、内聚力与充填厚度的关系曲线 内摩擦角 随充填度 增大而减 小 不同夹层夹层 物质质成分的结结构面抗剪强度夹层成分抗剪强度指标摩擦系数(f)粘聚力C(kPa)泥化夹层和夹泥层0.15～0.255～20碎屑夹泥层0.3～0.420～40碎屑夹层0.5～0.60～100含铁锰质角砾碎屑夹层0.6～0.8530～150作业7有一规则锯齿形结构面,起伏角i=35°，齿面摩 擦角φb=20°，粘聚力Cb=0，两壁岩石的内摩擦角 φ=28°，内聚力C=32kPa，若沿此结构面进行剪切， 试问在法向应力σ为多大时才能剪断凸起？。