Top.Mail.Ru
искать
Механика грунтов

Особенности определения параметров сопротивления сдвигу скальных грунтов. Экспериментальные и расчетные методы

Авторы
Фролова Юлия ВладимировнаПрофессор кафедры инженерной и экологической геологии геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, доктор геолого-минералогических наук, доцент
Большаков Илья ЕвгеньевичСтарший научный сотрудник кафедры инженерной и экологической геологии геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, кандидат геолого-минералогических наук
Зеркаль Олег Владимировичведущий научный сотрудник кафедры Инженерной и экологической геологии, геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Аннотация: В статье рассмотрены основные методы определения параметров прочности на сдвиг скальных грунтов – удельного сцепления и угла внутреннего трения, которые необходимы при решении многих инженерно-геологических задач, например при расчетах устойчивости склонов различной природы, откосов и бортов карьеров, при проектировании гидротехнических сооружений и пр. В зависимости от решаемой задачи определение сдвиговых характеристик может быть проведено на образцах ненарушенной породы, по поверхностям ослабления или для скального массива. Описаны три разных метода определения прочности на сдвиг и получения предельной огибающей для стандартных образцов скальных грунтов. На примере известняков Московского региона проведено сопоставление результатов использования разных методов. Рассмотрены основные методы определения сдвиговых характеристик по трещине и приведены результаты выполненных экспериментов на срез по трещине для метавулканитов одного из месторождений Дальневосточного региона. Показаны тенденции изменений сцепления и угла внутреннего трения в зависимости от величины нормального напряжения и, соответственно, от глубины отбора образца. Сравнение сдвиговых характеристик метавулканитов, полученных при испытаниях стандартных образцов и трещин, выявило различия в величинах сцепления на 2–3 порядка. Рассмотрены основные методы определения прочности на сдвиг для массивов скальных грунтов. Приведен пример получения предельной огибающей и расчета сцепления и угла внутреннего трения по модели Хоекa – Брауна для массива метавулканитов. Показана зависимость сдвиговых характеристик скального массива от величины действующих напряжений.

 

Ключевые слова: скальный грунт; прочность на сдвиг; удельное сцепление; угол внутреннего трения; предельная огибающая; трещина; методы определения прочности на сдвиг

DOI: 10.58339/2949-0677-2025-7-4-22-31

УДК: 624.131.43

 

Ссылка для цитирования: Фролова Ю.В., Большаков И.Е., Зеркаль О.В. Особенности определения параметров сопротивления сдвигу скальных грунтов. Экспериментальные и расчетные методы // Геоинфо. 2025. Т. 7. № 4. С. 22–31. DOI:10.58339/2949-0677-2025-7-4-22-31.

 

Финансирование: Нет информации

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

  1. Зеркаль О.В., Фоменко И.К. Оползни в скальных грунтах и оценка их устойчивости // Инженерная геология. 2016. № 4. С. 4–21.
  2. Hoek E., Brown E.T. Empirical strength criterion for rock masses // J. Geotech. Engin. Div. ASCE, 1980. Vol. 106, № GT9. P. 1013–1035.
  3. ГОСТ 21153.8-88. Породы горные. Методы определения предела прочности при объемном сжатии. М.: Изд-во стандартов, 1989.
  4. Фролова Ю.В. Скальные грунты и методы их лабораторного изучения. М.: КДУ, 2015. 222 с.
  5. ГОСТ 21153.2-84. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии. М.: Изд-во стандартов, 2001 (с изм. № 1 и № 2).
  6. ГОСТ 21153.3-85. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном растяжении. М.: Изд-во стандартов, 1985.
  7. ГОСТ 21153.5-88. Породы горные. Метод определения предела прочности при срезе со сжатием. М.: Изд-во стандартов, 1988.
  8. Могилевская С.Е. Экспресс-метод определения параметров сопротивления сдвигу скальных пород по трещинам. Основные положения. Экспериментальное и теоретическое обоснование. СПб., 2011. 236 с.
  9. Зерцалов М.Г. Механика грунтов (введение в механику скальных массивов). М.: Ассоциация строительных вузов, 2006.
  10. ASTM D5607-16. Standard test method for performing laboratory direct shear strength tests of rock specimens under constant normal force. West Conshohocken, PA, USA: ASTM International, 2016.
  11. Газиев Э.М. Устойчивость скальных массивов и методы их закрепления. М.: Стройиздат. 1977.
  12. Barton N., Bandis S., Bakhtar K. Strength, deformation, and conductivity coupling of rock joints // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. and Geomech. Abstr. 1985. Vol. 22. № 3. P. 121–140.
  13. Ladanyi B., Archambault G. Simulation of shear behavior of a jointed rock mass // Proceedings of the 11th US Symp. on Rock Mechanics (USRMS). American Rock Mechanics Association, 1969.
  14. Rios-Bayona F., Johansson F., Mas-Ivars D., Sanchez-Juncal A., Bolin A. Using PFC2D to simulate the shear behavior of joints in hard crystalline rock // Bulletin of Engineering Geology. 2022. Vol. 81. Article 381. https://doi.org/10.1007/s10064-022-02885-8.
  15. Patton F. Multiple modes of shear failure in rocks // Proceeding of the 1st Congress Int. Soc. Rock Mech., Lisboa. 1966. Vol. 1. P. 509–513.
  16. Зеркаль О.В., Фоменко И.К., Фролова Ю.В. Классификация массивов скальных грунтов как инструмент изучения и оценки их поведения // Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Сергеевские чтения «Массивы грунтов как жизнеобеспечивающий ресурс общества». М.: Геоинфо, 2025. № 26. С. 94–98.
  17. Фролова Ю.В., Зеркаль О.В. Современные методы определения прочностных свойств скальных и полускальных грунтов при оценке устойчивости склонов // Труды Юбилейной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Г.С. Золотарева «Современные проблемы инженерной геодинамики». М.: Изд-во Моск. ун-та, 2014. С. 146–150.
  18. Фролова Ю.В., Зеркаль О.В. Современные методы определения прочностных свойств скальных и полускальных грунтов // Материалы 3-й Региональной научно-практической конференции «Инженерная геология Северо-Западного Кавказа и Предкавказья: современное состояние и основные задачи», Краснодар, 24–25 ноября 2016 г. Краснодар: Изд-во Кубан. гос. ун-та, 2016. С. 273–277.
  19. Hoek E., Brown E.T. The Hoek-Brown failure criterion and GSI – 2018 edition // J. of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019. Vol. 11. P. 445–463.
  20. Hoek E., Diederichs M.S. Quantification of the geological strength index chart // Proceedings of the 47th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, San Francisco, CA, USA, June 23–26, 2013.
  21. Bieniawski Z.T. Engineering rock mass classifications. New York: Wiley, 1989. 251 p.
  22. Deere D.U. Technical description of rock cores for engineering purposes // Rock. Mech and Eng. Geol. 1963. Vol. 1. № 1. P. 16–22.