（中冶沈勘工程技术有限公司，辽宁，沈阳，110016）
【摘 要】岩体结构面抗剪强度参数是工程设计及施工中重要的参数，常用室内外力学试验、经验估算试验和反演分析试验三种方法确定，基于工程实际要求的可靠性及精准性，在不考虑其他条件的情况下，采用灰色关联分析的方法，将数据进行关联度的分析，在三种方法中关联度最大的则认为可能最具有代表性和最精准的。结果表明，在三种方法中室内外力学实验应该是最为精准的，在条件允许的情况下，建议最好采用室内外力学实验来确定抗剪强度参数。
【关键词】抗剪强度参数；室内外力学试验；经验估算方法；反演分析方法；灰色系统关联分析
一、引言
研究岩体结构面的工程特性已经是现在工程建设中最具有现实意义的事情。在影响岩体稳定性中，岩体结构面的抗剪强度是主要的因素之一，而岩体结构面的抗剪强度的确定主要根据岩体结构面抗剪强度参数的数值，所以岩体结构面抗剪强度参数在工程设计及计算中已成为重要的参数之一，它决定了工程岩体边坡破坏的可能性，掌握合理准确的抗剪强度参数对工程建设有着非常重要的意义。本文主要结合岩体结构面不同的性质特征及三种常用的取值方法，找到一种相对比较优化选取的方法，可以更加准确的快捷的确定岩体结构面的抗剪强度参数。
二、岩体结构面的分类
由于岩体结构面形成条件不同、经过的地质作用复杂不同，导致其分布形态多种多样，所具有的力学性质就存在着不同的差异，根据岩体结构面所具有的诸多特点，有多种分类方法将其分为不同的结构面类型.
2.1岩体结构面按其形成机理分类大致分为原生、构造和次生结构面三类，①在成岩的地质作用过程中形成的结构面称之为原生结构面，包含沉积作用形成的沉积结构面、岩浆侵入冷凝固结作用形成的火成结构面和变质作用形成的变质结构面，所以原生结构面包括沉积结构面、岩浆岩结构面和变质结构面三种类型。②在岩体形成之后，在构造作用过程中形成的破裂面，包括节理、劈理、断层和层间错动面等称为构造结构面。③岩体形成之后，在地球外部应力作用或者人类活动产生的为次生结构面，主要包括风化作用产生的风化裂隙、剥蚀作用产生的卸荷裂隙、原生软弱夹层在地下水和地质构造的作用下形成的泥化夹层以及矿山工程中常见的爆破裂隙。
2.2岩体结构面的分级根据岩体结构面的规模大小各异，彼此之间的差别极大，这些不仅体现在结构面的厚度、延展性和面积的大小上，主要体现在结构面的力学性质的差异上，而却结构面的力学性质在实际工程中有很重要的意义，所以岩体结构面的分级就具有有很重要的意义。根据结构面的自然特征大致将结构面分为五级：Ⅰ级结构面和Ⅱ级结构面其在力学属性上属于软弱结构面；Ⅲ级结构面大多数属于坚硬结构面，极少数属于软弱结构面；Ⅳ级结构面和Ⅴ级结构面属于坚硬结构面。
三、确定岩体结构面抗剪强度参数的常用方法
目前工程实际中，确定岩体结构面的抗剪强度参数的常用方法主要有：一是室内外岩体试验；二是经验分析方法，根据结构面的地质特征和物理性质按相应的技术规范和工程经验进行估算；三是反演分析方法，利用数值分析或极限平衡方法进行抗剪强度的反演。
3.1室内外岩体力学试验主要包括室内中型直剪试验和现场原位大型直剪试验。在实际工程中，根据具体的工程级别和地质条件来选取所需采用的直剪试验。室内中型直剪试验是经过现场采样、室内试验、数据统计整理分析一系列的过程最后求得岩体的抗剪强度参数c和值。但实验采取试样的选取、代表性及实验设备等过程中的许多环节都会带来实验的误差，也许试验的结果不能最具有实际地质条件的代表性，容易产生误差。
现场原位大型直剪试验，整个的试验过程都在施工现场原位进行，经过试验测得数据经过相对于室内中型直剪试验，由于其剪切面比室内试验大，更利于取得准确的参数，试验结果相对比较可靠，但现场原位试验比较复杂，因此一般在工程规模较大的情况下采用。
3.2近年来，国内外一直都在进行着经验估算方法的研究，估算过程即考虑地质条件，而且方法简单、操作快、花费低，还能具有一定的代表性，因此在工程实际中大多数情况下采用此方法。经验估算的方法主要有两种途径：一是根据以往岩体结构面直剪试验，归纳出计算抗剪强度的经验估算公式，在对得出的公式进行分析是否符合力学机理；二是对岩体结构面进行抗剪强度的理论分析，得出理论估算公式，再通过试验进行验证，，并进行修正即可。经验估算公式通常采用Patton公式（剪胀公式及双线性公式）或者Barton的JRC-JCS模型，理论估算公式通常采用Ladanyi公式或者Gerrard公式。
3.3反演分析方法就是根据少量的已测的应力值等，将计算岩体的弹塑性变形的方法综合起来，在已知点的基础上计算出反演出岩体的抗剪强度参数的过程。
四、灰色关联分析
对两个系统或两个因素之间关联性大小的量度，称为关联度。它描述着各因素之间的相对变化在系统发展过程中，也就是变化幅度、方向及速度等指标的相对性。如果两者在系统发展过程中相对变化基本一致，则认为两者关联度大；反之，两者关联度就小。灰色关联分析的基本思路是根据序列曲线的几何形状相似程度来进行关系是否紧密的的判断，如果曲线越接近，则相应的序列之间的关联度就越大，反之则越小。或者两个因素变化的总趋势具有一致性，即变化程度较高，即可谓二者的关联度较高；反之，则较低。因此，灰色关联度分析方法，是根据因素之间发展趋势的相似或相异程度，即“灰色关联度”作为衡量因素之间关联程度的一种方法。
五、结合灰色关联度分析对岩体结构面抗剪强度参数的确定方法进行探讨
根据前文所提到的确定岩体结构面抗剪强度的三种常用方法①室内外岩体力学试验②经验估算方法③反演分析方法，在三种岩体结构面上，分别做三中实验取得三种不同试验在每种结构面上的抗剪强度参数，值，获取数据如下表：
表5-1试验数据表
综合分析三种结构面的关联度数值，其中根据关联度大小排序依次为原位直剪试验、室内力学实验、反演分析试验、经验估算试验。在确定岩体结构面抗剪强度参数的方法中，根据灰色关联分析的结果可以认为室内外的力学试验是最为可靠的，当然也可以根据实际情况进行方法的选取。
六、结论
文通过运用灰色关联分析，对多种确定岩体结构面抗剪强度参数的方法进行分析，根据结果显示的在相同结构面三种方法的关联度，出在不同的岩体结构面中，相对于经验估算方法和反演分析方法，室内外力学实验取得的参数值与标准值的关联度最大，因此室内外力学试验成为确定岩体结构面抗剪强度参数最为直接有效的方法，取得的参数比较准确、误差较小。
基于本文的分析结果，初步得出室内外力学试验相对于其他两种试验可能不存在优势，建议在工程条件等允许的情况下采用,可为工程设计等提供更为准确的参考。同时，要得出更为准确的三种方法取得的参数值精确度，还有待于运用更多的分析方法对其进行分析，可以结合多种的分析结果，得出更为合理的结果。
选取确定岩体结构面抗剪强度参数的方法时，在实际工程中还需要具体情况具体分析，根据工程需要采用不同的方法，取用可行性相对比较高的方法，在综合各方面之后采用最为实际可行的方法。
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论文作者:李天德,武钰华
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年12月供稿
论文发表时间:2016/4/18
标签：结构论文; 方法论文; 强度论文; 参数论文; 力学论文; 三种论文; 工程论文; 《工程建设标准化》2015年12月供稿论文;