岩体强度理论综述

汤 维

1 概述

人们对岩体强度理论的研究最早始于18世纪。岩体的强度指的是岩体破坏时的应力状态或应变状态,或者是岩体抵抗破坏的极限能力,而破坏则是岩体变形过程中的一个特殊阶段。对于一个实际工程而言,则指的是岩体失去了预期的承载任务的能力,显然,形成破坏的具体现象将取决于其承载的任务如何。岩体的强度与破坏是相关联的,简单应力状态下的强度可由试验确定,复杂应力状态下的强度则由强度理论来确定。岩体的强度准则又称破坏判据,是研究岩体在极限应力状态下的应力状态和岩石强度参数之间的关系,一般用极限应力状态下的主应力关系方程表示:

或者用处于极限平衡状态下斜面上的剪应力和正应力关系方程表示:

在岩体强度理论一百多年的发展过程中,许多专家学者相继提出许多非常有价值的强度准则。根据他们的研究理论和方法,可将岩体强度理论划分为“理论强度准则”和“经验强度准则”两大类。前者基于材料力学和弹性力学的知识体系,包括3个经典强度理论:Mohr-Coulomb强度理论、Griffith和修正的Griffith理论以及双剪强度理论。后者则是以试验为主要研究手段,近似地描述岩体破坏机理的破坏判据最著名的有Hoek-Brown经验强度准则等。具体描述如图1所示。

图1 岩体强度理论分类

2 理论强度准则

2.1 Mohr-Coulomb强度理论

这是岩体力学中最常用的理论,该强度理论认为,材料达到极限状态时,某剪切面上的剪应力达到一个取决于正应力与材料性质的最大值。……