巖體強度

巖體強度低於同種岩石試件強度，巖體抗壓強度高，抗拉強度低。巖體在三向壓縮應力狀態下的強度要高於單向應力狀態時的強度。巖體結構對巖體強度有很大影響，如層狀結構巖體中，載荷垂直層理時的巖體抗壓強度要大於載荷平行層理時的強度;而巖體抗拉強度則相反。

同種巖體在單向應力狀態下，結構面產狀和數目對巖體強度影響很大。載荷作用方向與結構面夾角為α=π/4+φ/2時，巖體強度最低，實際上此時反映的是結構面強度。在三向壓縮應力狀態下，隨着側向應力增大，結構面對巖體強度的影響減弱。巖體經受風化或長期載荷作用，巖體強度將逐漸削弱。地下水是使巖體強度降低的重要因素之一。地下水使巖體被軟化，依據組成巖體的成分，親水性以及組織緻密程度的不同，巖體強度降低程度也不同。巖體結構面中有承壓水或流動水作用使結構面強度降低，並進而使巖體強度也隨之減小。

巖體強度可直接由室內或原位大型巖體試驗的方法獲得。

巖體-抵抗因受力而破壞的能力。它是巖體力學的研究內容。巖體可由一種或幾種岩石構成，即使是一種岩石，其礦物成分和結構也常有變化，從而導致巖體強度分佈的不均勻性。巖體中的地質不連續面不僅使巖體強度削弱，且多呈趨勢性的定向排列，使巖體強度具有明顯的各向異性。巖體強度包括完整巖體強度、節理巖體強度和不連續面抗剪強度。

在某些工程中地質不連續面的影響可以忽略。例如，岩鹽類巖體有“傷口自動癒合”的功能，從而可用岩鹽材料的強度代替岩鹽體的強度來分析有關的巖體力學問題。又如，發生巖爆的條件之一是開挖體圍巖比較完整，這時作為一次近似，可視巖體為完整材料以進行應力分析，並且用材料強度來估計巖體強度，而外圍巖體及其結構的影響可只作為環境因素加以考慮。

受多組節理切割的巖體可作為各向同性體看待。這時，可用以估算巖體強度的一種公式曾由霍克(E．Hoek)和布朗(E．T．Brown)提出：

式中σ為巖體所含完整巖塊的主應力和單軸抗壓強度；m和s為取決於節理切割特徵和岩石類型的參數。

巖坡的平面型滑動或楔體型滑動、地下巷道頂板和兩幫塊體的滑塌，均取決於地質不連續面的抗剪強度。不連續面可分為兩種類型：一種是兩壁直接接觸而不含充填物，如“乾淨”節理；另一種則含有充填物。對於前者，巴頓(N．Barton)給出的抗剪強度公式τ為：

τ=σtan﹝φ+JRC×lg（σ_j/σ）﹞

式中σ為節理面上的法嚮應力；φ為岩石材料磨光面的基本摩擦角或節理面殘餘摩擦角；JRC為節理粗糙度係數，它與不連續面的凹凸起伏有關；σ_j為節理面岩石材料的單軸抗壓強度。此式説明，在低法嚮應力條件，節理面的有效摩擦角高於材料的基本摩擦角是由巖面上凹凸不平的突起的齧合作用引起的。隨着法嚮應力的增高，巖面上的突起在剪切過程中將逐漸被破壞，齧合作用減弱，有效摩擦角逐漸減小，因此剪切強度具有非線性性質。

對含充填物的不連續面，只要充填物的厚度達到使突起無法阻止滑動的程度，則其抗剪強度就將由充填物的強度確定。例如，斷層泥將決定斷層的抗剪強度。斷層泥之類的抗剪強度可用庫侖定律描述，即τ=c+σtanφ。式中φ為充填物的摩擦角；c為充填物的粘聚力。事實上，這個簡單的線性公式也廣泛用來表示乾淨節理的非線性強度。這時，c、φ值可分別按抗剪強度曲線上對應的法嚮應力處的切線在τ軸上的截距和同σ軸的夾角來確定。

巖體強度分級圖系以巖性組合圖為製圖基礎，以岩石單壓強度、巖體結構類型為巖體強度分級之依據。

岩石單壓強度除了普遍被用來當作岩石材料的一項力學性質外，也是巖體工程特性的重要指標。當巖體較為完整或不連續面稀少時，岩石的強度即為巖體的強度。岩石強度的分級系參考「國際岩石力學協會」ISRM （1981），並配合Franklin（1975）之巖體分級方法，分為8級。

影響巖體強度特性的因素取決於不連續面的發育程度，在單位巖體內不連續面的密度愈高，巖體強度愈低，至於不連續面的密度，主要隨著組數的增加或不連續面間距的減小而增加。目前對於巖體中不連續面的發育程度尚無整體性量化的評估，為了能在野外快速獲取不連續面狀態，乃運用視覺化之巖體結構類型來進行半定量的評估，以表示不連續面的狀態。巖體結構類型分為6類：（a）整體結構、（b）塊狀結構、（c） 塊狀裂隙結構、（d）層狀結構、（e） 薄層結構、（f）碎裂結構。

巖體強度分級方式是以Franklin （1975）所提出的方法，以岩石的強度與不連續面的間距二者作為劃分的參數，根據對巖體調查所得到的不同參數組合，而得到Ⅰ～Ⅶ級之巖體強度分級。 ^[2]