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1、1/49,第七章 岩石和岩体的工程性质,第二节 岩体及岩体结构,第三节 岩体的主要力学性质,主要内容,第五节 岩体稳定性分析,第一节 岩石的工程性质,第四节 岩石和岩体的工程分类,2/49,第一节 岩石的工程性质,1.岩石工程性质的常用指标 物理性质(physical properties) 重度（密度）(unit weight)：岩石单位体积的重力（质量）。 有干重度、湿重度和饱和重度之分。 比重(相对密度)(specific gravity)：固体岩石的重力（质量） 与同体积水在4C时重力（质量）的比值。 空隙率( porosity)：岩石中空隙的体积与岩石总体积的比值。,3/49,吸水率
2、：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干燥岩石质量之比。 饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质量与干燥岩石质量之比。 饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值越大，岩石的抗冻性越差。,水理性质,4/49,软化性：指岩石在水的作用下强度降低的性质。软化系数(softening coefficient)为岩石在饱水状态下的极限抗压强度与风干状态下强度之比。0.75是强软化的岩石，工程性质较差。 渗透性(permeability)：指岩石允许水透过的能力。 溶解性(dissolubility)：指岩石溶解于水的性质。 抗冻性(frost resistance)：指岩石抵抗冰劈作用的能力.抗压强度
3、降低率(2025)的岩石是抗冻的。 崩解性(disintegration)：指黏土质岩石吸水膨胀的性质。,5/49,力学性质,强度指标： 抗压强度(compressive strength)： 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。 抗拉强度(tensile strength)： 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。 抗剪强度(shear strength)： 岩石抵抗剪切破坏的能力。,6/49,抗剪强度可分为以下三种强度： ( a ) 抗剪断强度：在垂直压力作用下的岩石剪切强度。 ( b ) 抗剪强度：沿着已有的破裂面发生剪切时的强度。 ( c ) 抗切强度：压应力等于零时的剪切强度。,图 71 岩石的三
4、种抗剪强度试验,7/49,变形指标 弹性模量(modulus of elasticity)： 是应力与弹性应变的比值。 变形模量(modulus of deformation)： 是应力与总应变的比值。 泊松比(poissonratio)： 是横向应变与纵向应变比值。,8/49,2.影响岩石工程性质的因素 内部因素（岩石的地质特征） 矿物成分 结构 构造 外部因素 水的作用 风化作用,9/49,3.岩石的工程性质评述 岩浆岩 深成侵入岩具结晶结构，晶粒粗大均匀，力学强度高。一般是良好的建筑地基和天然建筑石材。但由于多种矿物结晶组成，抗风化能力较差。 浅成侵入岩特别是脉状岩体穿插于不同的岩石中，
5、易蚀变风化，使其强度降低、透水性增大。 喷出岩若具有气孔构造、流纹构造及发育有原生裂隙，透水性较大。多呈岩流状产出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基均一性和稳定性影响大。,10/49,沉积岩 火山碎屑岩由细小火山灰组成，水理性质差。 沉积碎屑岩受胶结物成分和胶结类型影响显著。 黏土岩浸水后易软化和泥化，还可能有膨胀性。对 工程极为不利，但可作隔水层和防渗层。 化学岩和生物化学岩具不同程度的可溶性，易渗漏。,11/49,变质岩 工程性质与其原岩密切相关。 动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。 片理构造使岩石具有各向异性特征。,12/49,岩石（Rock）: 具一定结构构造的矿物集合体。 岩体（Ro
6、ck mass）： 包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的岩石性质。,第二节 岩体及岩体结构,13/49,岩体结构(rock mass structure) = 结构面 (structural plane) +结构体(structural element),14/49,结构面： 存在于岩体中的各种地质界面。分为：,15/49,岩体中的软弱夹层,16/49,结构面特征 形态、平整光滑度 张开度和充填程度 连通性 密集程度 产状和组数 规模,17/49,结构体类型,图 72 结构体的类型 (a)方柱（块）体； (b)菱形柱体；(c）三棱柱体 ；(d)楔形体
7、；(e)锥形体;(f)板状体;(g)多角柱体;(h)菱形块体,18/49,岩体结构类型及工程性质 整体块状结构：整体强度高。 层状结构：强度和变形特性具各向异性特点。 碎裂结构：岩体完整性破坏大。 散体结构：工程性质差。,19/49,第三节 岩体的主要力学性质,变形特性,变形模量,弹性模量,图 75 应力应变曲线,图 76 岩石的弹性变形,20/49,蠕变(creep): 在一定应力下,变形随时间持续增长。 松弛(relaxation): 在变形保持一定时,应力随时间逐渐减小。,流变性: 指在恒定条件下，应力或变形随时间而变化的特性。,图 78 不同应力条件下岩体的蠕变曲线,21/49,强度特
8、性,最主要是抗剪强度,图 712 岩体抗剪强度包络线 1结构面强度线；2岩块强度线；3岩体强度包络线变化范围,22/49,第四节 岩石和岩体的工程分类,1.岩土工程勘察规范(GB500212001) 根据岩块的饱和单轴抗压强度标准值Rc划分岩石的坚硬程度:,5,15,30,60,Rc,极软岩,软岩,较软岩,较坚硬岩,坚硬岩,23/49,2.岩土工程勘察规范(GB500212001) 根据岩体的完整性指数划分岩石的完整程度:,0.15,0.35,0.55,0.75,完整性指数,极破碎,破碎,较破碎,较完整,完整,岩体压缩波速度与岩块压缩波速度之比的平方,24/49,3.岩土工程勘察规范(GB50
9、0212001) 根据岩石坚硬程度和岩体完整程度综合分五个岩体基本质量等级 :,25/49,4.岩土工程勘察规范(GB500212001) 根据岩石质量指标RQD分类：,RQD值是用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分数表示。,26/49,岩体稳定分析方法 地质分析类比法 岩体结构分析法 岩体稳定分类法 数值模拟计算法 地质模拟试验法,第五节 岩体稳定性分析,27/49,岩体稳定性与分析,主要影响因素： 区域稳定性 岩体结构 边界条件（临空面、滑动面、切割面） 荷载类型、大小和方向 工程类别
10、,28/49,主要影响因素： 剪切滑移破坏 张拉破坏 压缩破坏 弯折破坏,岩体破坏方式,29/49,边坡岩体稳定性分析 力学计算法 单平面滑动：1)无渗流时 2)有渗流时 折线滑面:滑坡推力法 2.图解法(赤平投影法),30/49,一、高层建筑岩基稳定性分析,沿基底面：,沿砂层面OI：,1、在风荷载下的抗倾覆计算,图 713 岩体结构剖面及稳定性计算示意,31/49,2、岩体(ABC)的稳定性计算,图 714 隔离体 ABD 和 BCD 受力图,32/49,二、边坡岩体稳定性分析,结构分析图解法赤平极射投影,图 715 赤平极射投影原理,图 716,图 717,33/49,表 712,34/4
11、9,(一) 一组结构面的分析 1.结构分析 当岩层（结构面）的走向与边坡的走向一致时： 边坡的投影为弧AMC J1与坡面AC倾向相反 ，边坡稳定。J2与坡面AC倾向相同 ，但其倾角大于边坡倾角，边坡基本稳定 。J3与坡面AC倾向相同 ，但其倾角小于边坡倾角，边坡不稳定。,图 720 一组结构面与赤平极射投影图的对应关系,35/49,当岩层(结构面)的走向与边坡的走向斜交时，若边坡的稳定性发生破坏，从岩体结构的观点来看，必须同时具备两个条件： 第一边坡稳定件的破坏一定是沿着结构面发生的； 第二必须有一个直立的并垂直于结构面的最小抗切面 ( c)DEK，结构面与最小抗切面就组合成不稳 定体ADEK
12、。,图 721 最小抗切面 DEK,36/49,如已知结构面走向为NW280，倾向SW，倾角50，与边坡斜交。边坡走向为NW310，倾向SW。求稳定坡角。,图 722 用赤平投影求边坡坡角,37/49,当结构面走向与边坡走向成直交时，稳定坡角最大，可达90；当结构面走向与边坡走向平行时，稳定坡角最小，即等于结构面的倾角。,图 723 结构面走向与边坡走向成直交,图 724 结构面走向与边坡走向平行,38/49,2. 力学讨论,岩体稳定安全系数,滑动面上岩体的粘聚力,滑动面上岩体的内摩擦角,K1时，滑动体高度hv为,图 725 一组滑动面的力学分析,39/49,作图求极限稳定坡角,某一不稳定结构
13、面AB的倾角为 ，需要开挖的深度为H，在不稳定面AB上选C点作垂线CD，恰好使CD等于滑动体极限高度hv，联结AD，即为所求的开挖边坡线，它与水平线的夹角 ，即为求得的极限稳定坡角。,图 726 作图求稳定坡角,40/49,（二）二组结构面的分析,1.结构分析 a 属最稳定结构 b 属稳定结构 c 属较稳定结构 d 属较不稳定结构 e 属于不稳定结构,图 727 用赤平投影分析边坡稳定条件 ns天然边坡；cs人工开挖边坡,41/49,两组结构面组成的边坡的稳定坡角的推断：,图 728,42/49,2. 力学讨论,楔形体的体积,楔形体的重力,两个结构面的面积,令,稳定系数,极限滑动体高度为,图
14、729,43/49,3.岩体滑动方向的分析,若结构面的交线CO在两倾向线之间（图a），则组合交线CO为滑动方向。这时两组结构面都是滑动面。 若结构面的交线和一根倾向线重合，(图b）中CO与AO重合，则倾向线AO就是滑动时的滑动方向。这时，结构面M1是主要滑动面，而结构面M2则为稳定结构体滑动时摩阻力较小的依附面。 若结构面的交线CO在两个倾向线之外，则其中一条倾向线为滑动方向。(图c）中AO是滑动线，即沿结构面M1的倾向线滑动，这时，结构面M2仅起切割面的作用。,图 730 楔形滑移体滑动方向分析,44/49,复习思考题 1. 什么是岩石饱水系数？ 2. 说明岩石软化系数的物理意义。 3. 岩
15、石的抗剪强度可分为哪几种？ 4. 说明影响岩石工程性质的因素有哪些？ 5何谓岩体？试说明岩体与岩石的区别。 6什么叫结构面？结构面的主要特征有哪些？ 7按成因，结构面可划分为哪几种类型？研究结构面有何 工程意义？ 8 .什么叫结构体？常见的结构体的形状有哪几种？ 9何谓岩体结构？岩体结构有哪些主要类型？它们的特征 如何？研究岩体结构有何工程意义？,45/49,10 .岩体的变形有何特点？何谓岩体的流变性？ 11. 岩体的强度受什么控制？岩体的剪切破坏有几种情况？ 12. 岩石和岩体按岩土工程勘察规范有几种分类方 法？如何进行分类？ 13. 岩体的稳定性分析主要有哪些方法？各自有何特点？ 14高
16、层建筑地基岩体稳定性分析的内容是什么？ 15. 岩体稳定性破坏必备的边界条件是什么？ 16试说明岩体稳定的结构分析的基本步骤。 17如何根据赤平极射投影对具有一组结构面和两组结构 面的边坡岩体进行稳定性分析?,46/49,1已知两结构面J1和J2的产状如下表所示,试作此两结构面的赤平极射投影，并求其交线的倾向和倾角。,作 业 题,2. 坡角为45，坡面走向为N W 315，倾向NE的闪长岩高岸坡。坡体内发育两组断层。一组断层走向NW345，倾向NE，倾角30。另一组断层走向EW，倾向N，倾角25。要求： （1）作赤平极射投影图表示两组断层与岸坡的关系。 （2）分析岸坡的稳定性。,47/49,3. 已知两结构面的产状和设计边坡的走向、倾向见表。用赤平极射投影法求边坡稳定坡角。,4. 某路段辉长岩体岸坡处有一顺坡向倾斜的断层AC，
