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1、第 六 章岩体的工程性质及岩体的稳定性,第一节 岩体及岩体结构概述 第二节 岩体的工程性质 第三节 岩体的稳定性评价,第一节 岩体及岩体结构概述,1、岩体（rockmass）: 与工程活动有关的那部分地质体，地壳的一部分。 岩体的范围： 取决于工程的形状、位置、工程类型、工程规模等。,一、岩体概述,3、岩体与岩石（比较） 岩体： 是地壳的一部分，有结构体及结构面组成， 即由各种岩石块体组合而成的岩石结构物。 岩石： 指天然的石料，其性质取决于矿物成分、结构和构造。岩石可以看成是均质、各向同性的材料。 “岩体”概念的出现已成为一个重要的研究课题，标志该学科发展达到了一个重要阶段。,一、岩体概述,
2、岩体与岩石(庐山二叠泉的岩体),节理：是岩石中的裂隙，是没有明显位移的裂隙。也是地壳上部岩石发育最广的一种构造,节理就是裂隙，断裂是一个大的概念，基本类型包括了节理（裂隙）、断层，还有劈理。,节理是很常见的一种构造地质现象，就是我们在岩石露头上所见的裂缝，或称岩石的裂缝。这是由于岩石受力而出现的裂隙.还有一种说法:几乎在所以岩石中都可以看到有规律的，纵横交错的裂隙，他的专门术语就叫节理.节理即断裂岩块沿着破裂面没有发生或没有明显发生位移的断裂构造.裂隙应该包括的东西更多，在地学上有构造裂隙，而节理裂隙只是构造裂隙的一种.断层是地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造
3、称断层。断层是构造运动中广泛发育的构造形态。它大小不一、规模不等，小的不足一米，大到数百、上千千米。但都破坏了岩层的连续性和完整性。还有一种解释:断层是地质学概念，是指因地壳的变动，引起地层发生断裂并沿断裂面发生水平、垂直或倾斜方向的相对位移现象。断裂:地质学马丁尼兹说:“当地壳移动，板块相互撞击时会断裂，导致其他地区的压力逐渐增加，最终引发地震。”断裂是大的，深的断层.,1、结构面的类型 (1)原生结构面 (2)构造结构面 (3)次生结构面,（一）结构面,近100年来坝体因对岩体软弱面稳定性认识不足而失事者达45%以上。 法国60m高的坝体， 1959年因左坝肩片麻岩中的绢云母页岩软弱层滑动
4、而失稳。 1963年，意大利一水库，2亿m3此岩体下滑淤满水库，死2600余人，震动了整个岩土工程与工程地质界。,岩体与岩石,岩体： 被各种结构层面、软弱片理面等不连续面切割成的岩块组成的结构物。 结构面： 岩体中的软弱面。 结构体： 岩体中的岩块。,二、岩体结构概述,岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体。 结构面（Structural Plane） 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 岩块（Rock block 或 Rock）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。 岩体（Rockmass）是指地质历史过程中形成的，由岩块
5、和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。, 2.1 几个基本概念,(一)地质成因类型 1.原生结构面岩体在成岩过程中形成的结构面。 沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。 岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等。 变质结构面在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶结构面。 2.构造结构面 是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。 3.次生结构面 是岩体形成后在外营力作用下产生的结构
6、面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。,(1)原生结构面： 岩浆岩冷凝收缩而成的原生节理面。 沉积中层理面（不整合面）等物质分界面。 变质岩中的片理面。,（一）结构面,(2)构造结构面 节理裂隙 断层,（一）结构面,(3)次生结构面 风化裂隙面 卸荷裂隙面 爆破裂隙面 滑坡裂隙面 溶蚀裂隙面等,（一）结构面,2、结构面的特征 表征结构面地质特征的参数如下：,（一）结构面,产状 间距 持续性 粗糙度 结构面壁强度,裂缝开度 充填物 渗透性 节理组数 岩块尺寸,(1)产状： 结构面在空间的分布状态。 以结构面倾向和倾角表示。 在很大程度上决定着单独岩块的形状及岩体的稳定性。,2、结构
7、面的特征,(2)间距: 同组相邻结构面间的垂直距离 通常指平均间距或常见的间距 在很大程度上控制着单独岩块的尺寸 对岩体的破坏形式有重要影响,2、结构面的特征,(3)持续性: 暴露面上能够见到的结构面迹线的长度。 区域性断层面持续长度可达数百数千米，若贯穿工程区域，对工程稳定有全局性影响。 结构面持续性对不同工程有不同作用。 平面状结构面无分叉地延伸510m，对隧道围岩稳定性有较大影响。,2、结构面的特征,(4)粗糙度： 相对于结构面平均平面的平整光滑程度。 结构面壁的粗糙程度对抗剪强度有利。,2、结构面的特征,(4)粗糙度： 大规模的粗糙度： 也称起伏度 起伏度： 用起伏坡面与结构面平均平面
8、夹角i表示。,2、结构面的特征,(4)粗糙度： 中等规模粗糙度分三种 台阶形 波浪形 平面形 小规模的粗糙度分三种 粗糙的 平坦的 光滑的,2、结构面的特征,标准的粗糙度断面,对结构面抗剪强度影响很大,(4)粗糙度： 结构面抗剪强度:,2、结构面的特征,标准的粗糙度断面,=n tg（+i）+C,n : 结构面上法向应力 C :粘聚力 (结构面上无垂直或很陡的台阶状起伏时：C=0),(5)结构面壁强度 结构面相邻岩壁的等效抗压强度。 它与岩体结构面的抗剪强度、变形特征有密切关系 由于风化及蚀变作用，岩块表面即结构面壁的强度会低于岩块内部新鲜岩石的强度。,2、结构面的特征,(6)裂缝开度 张开结构
9、面相邻岩壁间的垂直距离。 裂缝开度对岩体变形特征和水的渗透有很大影响。 大的裂缝开度可能是由于具有大规模粗糙度的结构面的剪切位移，或由于张裂、冲刷及溶解作用造成的。,2、结构面的特征,(6)裂缝开度 大多数地下岩体的裂缝开度较小，一般小于0.5mm。 结构面按裂缝开度大小可分为三类: 闭合结构面(0.5mm) 裂开结构面(0.510mm) 张开结构面(1100cm),2、结构面的特征,(7)充填物 充填于结构面相邻岩壁间的物质。 常有方解石、绿泥石、粘土、断层泥、角砾等。 充填物的物理力学性质(尤其是变形性能和渗透性) 、厚度对结构面的工程性质影响较大。,2、结构面的特征,(8)渗透性 水沿岩
10、石孔隙（原生渗透）和导水结构面 （次生渗透）的流动。 可用于判定地下水的流向、含水情况，从而依此判定岩体的稳定性或地下工程施工的涌水预测。,2、结构面的特征,(9)节理组数： 组成交叉节理系的节理组的数目。 节理组的数目影响岩体的完整性和力学性质。 如：节理组数可能是边坡岩体稳定性的决定性因素。,2、结构面的特征,(10)岩块尺寸： 结构体的形状、大小。 是岩体的一个特别重要的特征。 可根据交叉节理组的相互方位和各个节理组的间距来确定。,2、结构面的特征,（二）结构体,岩体中被结构面切割而成的岩石块体。,岩石的形状和大小、与工程的相对位置 影响岩体的稳定性。,二、结构面的规模,级 指大断层或区
11、域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性； 级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。 级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。 、级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性,级 指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。 级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律，需用统计方法进行研究。 级 又称微结构面。常包含在岩块内，主
12、要影响岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。,二、结构面的规模,走向、倾向、倾角 结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。,三、 产状,据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度与结构面倾角间的关系为：,四 连续性 结构面的连续性反映结构面的贯通程度。 1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和(a)与测线长度的比值。,K1变化在01之间，K1值愈大说明结构面的连续性愈好，当K11时，结构面完全贯通。 2、面连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面面积之和与总面积的比值。,结构面连续性分级表,五 密度 结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 1、线密度(
13、Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数(条m)。 2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。 Kd与d互为倒数关系 如果测线水平布置，且与结构面法线的夹角为，结构面的倾角为时:,结构面间距分级表,用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation),岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心长度之和与钻孔总进尺的百分比。,六 张开度 结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。 结构面两壁面一般不是紧密接触，使结构面实际接触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。 如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的渗透系数(
14、Kf)可表达为：,结构面张开度分级表,级及部分级结构面的产状、迹长、间距及张开度等几何特征参数，服从一定的随机分布规律。,七 形态 结构面的形态可以用侧壁的起伏形态及粗糙度来反映。 结构面侧壁的起伏形态分为：平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的。,侧壁的起伏程度可用起伏角 (i)表示。,（二）结构体,结构体的形状和大小：,结构体的形状：,取决于结构面组数及其产状,常见的六种：,2 岩体的结构类型,（二）结构体,结构体的形状和大小：,结构体的大小：,取决于结构面组数及其间距。,（二）结构体,结构体的形状和大小：,结构体的大小：,大块岩石组成的岩体易于形成地下拱或锁合作用,小岩块易于形成
15、类似土的潜在破坏形式。,碎裂岩体则可能产生流动式破坏。,研究与工程规格相差不太悬殊的中等和较小尺寸的岩块极为重要。,（二）结构体,结构体的形状和大小：,结构体尺寸表示：,可以用典型岩块的平均尺寸表达。,也可用岩体单位体积中通过的总节理数目表示。,（二）结构体,2. 结构体与工程的相对位置,同样形状和大小的结构体，产状不同时: 在同一个工程部位有不同的稳定性。,图中岩块A的稳定性：,楔体处于拱顶中心位置 刃角朝下稳于刃角朝上,2. 结构体与工程的相对位置,产状相同而处于不同的工程部位时： 有不同的稳定性。,图中水平板状岩块：,在拱顶和边墙部位的稳定性不同。,（二）结构体,（三）岩体结构类型,岩体
16、结构：由结构面和结构体组合而成。,岩体结构类型： 按结构面和结构体的特征划分为四大类：,整 体 块 状 层 状 碎 裂 散 体,我国有代表性的几种岩体结构分类见表达5-2。,（三）岩体结构类型,岩体结构分类的意义：,不同岩体结构类型反映出岩体质量的好坏；,岩体结构类型可直接用于岩体稳定性的评价。,岩体结构分类的意义：,不同岩体结构类型可用不同的力学介质来表示：,整体块状岩体近似于弹性体 层状及碎裂岩体可视为弹塑性体 散体岩体接近于塑性体,岩体结构分类为岩体稳定性定量评价提供了理论基础。,5.2 岩体的工程性质,一、结构面的工程性质,二、岩体的力学特性,三、岩体中的地应力状态,第二节 岩体的工程性质,包括 ：,岩体的变形性质,岩体的强度性质,岩体中天然应力状态,第二节 岩体的工程性质,岩体的工程性质与岩石的工程性质、结构面的工程性质密切相关。 岩性较好的坚硬岩石组成的岩体工程性质： 主要取决于结构面的工程性质。 岩性较差的弱软岩石组成的岩体工程性质： 一般取决于岩石的工程性质。,一、结构面的工程性质,结构面的工程性质与其十项地质特征有关
