结构面的基本性能

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1、WUST岩石力学之 结构面的性 质1* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 2图片欣赏图片欣赏WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 3图片欣赏图片欣赏WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 4图片欣赏图片欣赏WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 5图片欣赏图片欣赏WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 6图片欣赏图片欣赏WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 7基本内容基本内容结构面概述1结构面的变形特性2结构面的强度特性3WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 81 结构面概述v岩石（Rock）矿物、岩屑 v结构面（Struc

2、tural Plane） v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。 v岩体（Rockmass） 1.1 几个基本概念结构面：断层、节理、褶皱统称节理，由于节理的存 在，造成了介质的不连续，因而这些界面又称为不连续面或 结构面。WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 9完整性很好连续介质力学方法非常破碎土力学方法 两者之间裂隙体力学方法岩体不连续性，各向异性反映区域性地质构造降低岩体强度岩体结构面影响WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 10图1 节理岩体的强度特征与岩石强度的区别 岩石；节理化岩体：节理岩体强度

3、=岩块强度+节理强度 WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 11一、结构面的成因类型(一)地质成因类型原生结构面构造结构面次生结构面(二)力学成因类型张性结构面剪性结构面1.2 结构面特征WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 12成因类型地质类型 原 生 结 构 面沉积 结构面层面、层理、沉积间断面（不整 合面、假整合面）、原生软弱夹 层火成 结构面流层、流线、火山岩流接触面， 蚀变带、挤压破碎带、原生节理变质 结构面片理、板理、软弱夹层WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 13成因类型地质类型 构 造 结 构 面劈理节理断层层间破碎夹层WUST* 武汉科技

4、大学理学院工程力学系 蔡路军 14成因类型地质类型 次 生 结 构 面卸 荷 裂 隙爆 破 裂 隙风 化 裂 隙 风 化 夹 层泥 化 夹 层WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 15成因类型地质类型主 要 特 征工程地质评价 产 状分 布性 质原 生 结 构 面沉积结 构面1层理层面 2软弱夹层 3不整合面、假整合面 4沉积间断面一般与岩层产状 一致，为层间结 构面海相岩层中此类结构 面分布稳定，陆相岩 层中呈交错状，易尖 灭层面、软弱夹层等结构面较为平整 ；不整合面及沉积间断面多由碎屑 泥质物构成，且不平整国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此 类结构面所造成的，如奥斯汀、圣弗 朗

5、西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水 库附近的巨大滑坡岩浆岩 结构面1侵入体与围岩接触面 2岩脉岩墙接触面 3原生冷凝节理岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制接触面延伸较远，比 较稳定，而原生节理 往往短小密集与围岩接触面可具熔合及破碎两种 不同的特征，原生节理一般为张裂 面，较粗糙不平一般不造成大规模的岩体破坏，但有时 与构造断裂配合，也可形成岩体的滑移 ，如有的坝肩局部滑移变质结 构面1片理 2片岩软弱夹层产状与岩层或构 造方向一致片理短小，分布极密 ，片岩软弱夹层延展 较远，具固定层次结构面光滑平直，片理在岩层深部 往往闭合成隐蔽结构面，片岩软弱 夹层具片状矿物，呈鳞片状在

6、变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路堑 边坡常见塌方。片岩夹层有时对工程及 地下洞体稳定也有影响构造结构面1节理（X型节理、张节 理） 2断层（冲断层、捩断 层、横断层） 3层间错动 4羽状裂隙、劈理产状与构造线呈 一定关系，层间 错动与岩层一致张性断裂较短小，剪 切断裂延展较远，压 性断裂规模巨大，但 有时为横断层切割成 不连续状张性断裂不平整，常具次生充填， 呈锯齿状，剪切断裂较平直，具羽 状裂隙，压性断层具多种构造岩， 成带状分布，往往含断层泥、糜棱 岩对岩体稳定影响很大，在上述许多岩体 破坏过程中，大都有构造结构面的配合 作用。此外常造成边坡及地下工程的塌 方、冒顶次生结构面 1卸荷裂隙 2

7、风化裂隙 3风化夹层 4泥化夹层 5次生夹泥层 受地形及原结构 面控制分布上往往呈不连续 状，透镜状，延展性 差，且主要在地表风 化带内发育一般为泥质物充填，水理性质很差在天然及人工边坡上造成危害，有时对 坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有影响 ，但一般在施工中予以清基处理 WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 16WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 17WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 18WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 19WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 20WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 21WU

8、ST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 22WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 23WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 24WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 25WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 26WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 27WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 28WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 29(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。 v 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。 v 岩浆结

9、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。 v 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面， 包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 30(二)力学成因类型1、张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张及 横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等 v 特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，

10、起伏 度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强2、剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑 移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。 v 特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等。WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 31二、结构面的规模v 级 指大断层或区域性断层。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；v 级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。v 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

11、定性WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 32级 序分级依据地质类型力学属 性对岩体稳定性影 响I 级延伸数十公 里深度可切穿 一个构造层破碎带宽度 在数米、数 十米以上区域性深 大断裂或大断裂属于软 弱结构 面，构成独 立的力 学介质 单元影响区域稳定性是岩体变形或破 坏的控制条件，形成岩体力学作 用边界。WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 33级 序分级依据 地质类型力学属性对岩体稳定性影 响II 级延伸数百 米至数公 里，破碎带宽 度比较窄 ，几厘米 至数米不整合面假整合面原生软弱 夹层层间错动 带风化夹层属于软弱 结构面形成块裂 边界控制山体稳定性与I级结构面

12、可 形成大规模的块 体破坏，即控制 岩体变形和破坏 方式。WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 34级 序分级依据地质类型力学属 性对岩体稳定性 影响III 级延展十米或 数十米，无破碎带，面内不含泥 ，有泥膜。 在一个地质 时代地层中 分布。各种类型 的断层原生软弱 夹层层间错动 带等多数属 于坚硬 结构面少数属 软弱结 构面。控制岩体的稳 定性与I、II级结构 面组合可形成 不同规模的块 体破坏划分II类岩体结 构的重要依据WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 35级 序分级依据地质类型力学属 性对岩体稳定性影 响IV 级延展数米，未错动，不夹泥，有的呈弱结 合状态

13、，统 计结构面节理、劈理、片理、层理、卸荷裂隙 等。坚硬结 构面划分II类岩体结 构的基本依据是岩体力学性质 和结构效应基础破坏岩体的完整 性，与其他结构 面形成不同类型 边坡破坏方式。WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 36级 序分级依据地质类型力学属 性对岩体稳定性 影响V 级连续性极差 、刚性接触 的细小或隐 微裂面，统 计结构面微小节理隐微裂隙线理等。硬性结 构面分布随机，降 低岩块强度， 是岩块力学性 质效应基础。若十分密集， 又因风化，形 成松散介质。WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 37v 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

14、、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。 v 级 又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩块的物 理力学性质，控制岩块的力学性质。-级结构面为实测结构面：经野外地质测绘工作，按其结 构面的产状及其具体位置，直接表示在不同比例尺的工程地质图上。- 级结构面为统计结构面：只能在野外有明显的岩层露头地点进行统 计，经过室内作结构面密度统计图，认识其统计规律，它们不能直接反映 在工程地质图上，但可转化为结构面的组合模型反映在岩体结构图上

15、。WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 38v 走向、倾向、倾角 v 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v 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：WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 39vThe dip is the angle in degrees between a horizontal plane and the inclined plane, measured down from horizontal. vThe strike is the compass direction (North) of the horizontal line formed by the intersection of a horizontal plane and an inclined plane.Dip (面的倾角) and Strike (走向)WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 40WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 41WUST* 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 42a. 贯通类型非贯通性结构面：较短、不能贯通,岩块强度降低、变形增大. 半贯通性结构面：有一定长度、不能贯通,岩块强度降低