岩石残余强度

研究采矿工程中开挖活动所影响的岩石内的一切力学现象的科学。它是当代采矿工程的重要理论基础之一，目的是指导矿山建设和生产，防止或消除矿山压力及滑坡对生产和安全的危害，改善爆破设计，选择岩石破碎方案及矿体自然崩落的规律。

矿山岩石力学研究的对象是自然岩体，即为多组不连续面所切割、具有各向异性及非均质性的天然地质介质。在裂隙及孔隙含水含气的情况下，这种地质介质是一种复杂的两相或三相介质。矿山岩石力学研究所涉及的空间范围为：矿床的开采深度自地表或海底下数公里；矿区的大小为数百平方米至数十平方公里；它所涉及的时间为数十年至数百年(即矿区的服务年限) 。

岩石流变强度是岩石物理力学性质之一。指岩石在应力长期作用下的强度，取一组岩石试件进行岩石流变实验。在不同应力作用下可得到相应的一组变形时间曲线。

岩石流变强度随时间的增加而减小，即不同的时间有不同的包络线，也就是岩石强度包络线位置随时间增长而下降时包络线最低，流变强度下降到长期流变强度。

根据岩石长期流变强度的概念，对各项矿山工程而言，若施加的最大应力小于长期流变强度，则工程是稳定的，岩石只产生稳定蠕变，若施加的最大应力大于长期流变强度，则岩石将产生加速蠕变，直到破坏 。2100433B

岩石物理力学性质是指岩石对物理条件及力作用的反应。岩石的物理力学性质是研究一切矿山工程稳定的重要依据。岩石的物理性质主要有容重、非均匀性、非连续性。渗透性、吸水性、热胀性、声学性、导电性、光学性及磁性等。岩石的力学性质主要有可变形性、弹性、塑性、流变性、变形模量、弹性模量、粘性系数、泊桑比、粘结力、内摩擦角、单向抗压强度、三向抗压强度、单向抗拉强度、抗剪强度、摩擦强度、残余强度及流变强度等。岩石物理力学性质通过岩石试件室内物理力学实验来确定，或现场岩石物理力学测试测定 。

岩石抗拉强度是岩石物理力学性质之一。指岩石试件在拉应力作用下破坏时，与拉力垂直的断面上的平均拉应力。由于试件制作和实现单轴拉伸加载的困难，很少采用直接拉伸试验，大多采用劈裂法间接拉伸试验测定岩石抗拉强度，由于岩石中微裂隙在压力下闭合而产生摩擦，用劈裂法测定的抗拉强度略高于直接拉伸试验测定值 。

指岩石试件在单轴或三轴抗压、抗剪试验中发生宏观破坏后的最小抵抗应力。是岩石物理力学性质之一。图Ⅰ中σ_r为在刚性试验机上作抗压试验获得的岩石残余强度，在普通材料试验机上作抗压试验，作不出峰值后区应力一应变曲线，不能获得残余强度。图Ⅱ中ι_r为剪切试验中测得的残余强度，亦即岩石发生剪切破坏后剪切面上的摩擦应力。

膨胀土的残余强度是指以缓慢剪切速率在达到相当大剪切位移条件下的最小剪切强度值。在排水条件下，土的残余强度是岩土工程中的重要参数，它在土体工程特性评价、边坡稳定性分析与设计及老滑坡体的稳定性评价等研究中具有极其重要的意义。

膨胀土是一种易吸水膨胀软化、失水收缩开裂的特殊粘性土，其抗剪强度既是土体抵抗剪切破坏能力的表征，也是计算路堑、路堤、渠道和土坝等斜边坡稳定性以及支挡建筑物土压力的重要参数。在实际工程中，当采用峰值抗剪强度进行边坡设计和计算时，有许多发生滑动的膨胀土边坡是稳定的，而由反算得到滑动面上的平均剪应力却比它们的峰值抗剪强度小得多，这正是因为膨胀土具有峰值强度较高而残余强度较低且表现出一种典型的变动强度特性。膨胀土边坡的变形破坏演变是指边坡土体的抗剪强度由峰值向残余值强度逐渐衰减的过程。因此，在进行膨胀土边坡稳定分析时，应采用残余强度而不是峰值强度。

残余强度残余强度试验

试样制备

1.原状土试样制备。小心开启原状土样包装皮，辨别土样上、下方向，整平土样两端，切土时保持切土方向与天然层次垂直。将内壁涂有薄层凡士林的环刀（直径为6.18cm，高度为2cm）刃口朝下放在土样上；用切土刀将土样切削成稍大于环刀直径的土柱，然后将环刀垂直向下压，边压边削，至土样伸出环刀为止，削去两端余土并修平；擦净环刀外壁，称环刀、土总重（准确至0.1g），并测定含水量。每4个环刀试样为一组，同一组试样的密度差值不大于0.02g/cm³。采用抽气饱和法，用重叠式饱和器对试样进行饱和。

2.击实土试样制备。取一定量风干土样，过2mm筛，均匀加水，将其含水量调配至25%，静置2h后装入玻璃缸内密封盖紧，润湿一昼夜，按照重型击实标准击实后用推土器推出。环刀切样和饱和步骤与原状土样相同。

3.静压土试样制备。取一定量风干土样，过2mm筛，均匀加水，将其含水量调配至25%，静置2h后装入玻璃缸内盖紧，润湿一昼夜。计算（按原状土干密度）并称量压制3cm厚土饼所需土样重量，将土样倒入击实桶内，拂平土样表面，用千斤顶施压将土样压制成3cm厚的土饼，用推土器将其推出。环刀切样和饱和步骤与原状土样相同。

试样剪切

将上、下剪切盒对准，插入固定销，顺次放入饱和的透水板、滤纸，将试样推入剪切盒；再依次放上滤纸、透水板，加压盖板、筐架，并在剪切盒上包以湿棉花，防止水分蒸发；然后测试并记录应力环初始读数。对4个试样分别施加50，100，150，200kPa垂直压力，调节应力环读数至零位，拔出固定销，调节变速箱使剪切速度为0.02mm/min；启动电机，开始剪切，每隔10min测试并记录应力环读数，直到应力环读数稳定；反转电机，以0.1mm/min的速度将下剪切盒反向推至与上盒重合位置，然后进行第2次剪切；如此反复剪切至剪应力与剪切位移关系曲线基本水平时，即停止剪切，取剪切面附近土样，测定其剪后含水量。

试验结果及分析

原状土、击实土、静压土剪应力与剪切位移关系曲线分别如图1～3所示；垂直荷载与剪应力关系拟合分别如图4～6所示。

由图4～6得到原状土、击实土和静压土的抗剪强度指标c，φ值（见表1）。

试验结果表明：

1.从表1可以看出，原状土、静压土与击实土的峰值强度相差很大，而它们的残余强度很接近，通过分析比较，取静压土的残余强度值c=10.43kPa，φ=11.55°作为灰白色膨胀土残余强度的取值；

2.从图1～3可以看出，对某膨胀土进行残余强度试验时，重复剪3次就能获得基本稳定值；

3.原状土和静压土的剪应力与剪切位移曲线没有明显的应变软化现象，从峰值到残余值强度的衰减主要表现在φ值上，c值变化不大；

4.第1次剪切击实土样时其剪应力与剪切位移曲线有明显的峰值，峰值后的应力衰减较大，出现明显应变软化现象，与峰值相比，残余强度参数c，φ值分别下降了70.2%，29.9%，这是因为剪切面附近土体含水量增加和粘粒成分的重新定向排列所致；从第2次剪切开始，剪应力与剪切位移曲线不再有明显的峰值。

残余强度结论

1.环境条件变化引起边坡土体强度衰减是膨胀土边坡被破坏的主要原因，因此，当进行膨胀土边坡的稳定性计算时，应采用残余强度，用峰值强度分析边坡的稳定性是不合适的。某灰白色膨胀土的残余强度可以采用静压土的残余强度。

2.膨胀土的残余强度与它的结构和应力历史没有直接联系，而与它的物质组成和粒度成分相关，这和已有的研究结论一致。在实际工程中，对于原状土样，由于在取样、运输、保存等方面存在着不便，故可采用对重塑土样的残余强度试验得到膨胀土的残余强度。例如某灰白色膨胀土可采用其静压土的残余强度。

3.用直剪仪反复剪切试验确定粘性土的残余强度是可行的，但也有不足之处，主要体现在：水平剪切位移量有限，剪切面积不断变化导致有效法向应力不恒定，剪切盒边缘部分土粒被挤出使得土体的所受法向应力不均匀。

释文：残余抗剪强度是岩土体的抗剪强度随变形量增大达峰值后，逐渐稳定为一个稳定值。2100433B