《岩体的地质特征》PPT课件

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1、第第1 1章章 岩体地质与结构特征岩体地质与结构特征1.1 1.1 几个基本概念几个基本概念1.2 1.2 岩块及其特征岩块及其特征1.3 1.3 结构面地质特征结构面地质特征 及对岩体力学性质的影响及对岩体力学性质的影响1.4 1.4 岩体结构特征及结构控制论岩体结构特征及结构控制论1.5 1.5 结构面网络模拟（自学）结构面网络模拟（自学）1.1.岩石岩石（RockRock）矿物、岩屑的集合体。）矿物、岩屑的集合体。 1.1 几个基本概念2.2.结结构构面面（Structural Structural Structural Structural PlanePlanePlanePlane）

2、指指指指地地地地质质质质历历历历史史史史发发发发展展展展过过过过程程程程中中中中，在在在在岩岩岩岩体体体体内内内内形形形形成成成成的的的的具具具具有有有有一一一一定定定定的的的的延延延延伸伸伸伸方方方方向和长度向和长度向和长度向和长度，厚度相对较小的，厚度相对较小的，厚度相对较小的，厚度相对较小的地质界面或带地质界面或带地质界面或带地质界面或带。4.4.岩岩体体（RockmassRockmassRockmassRockmass）是是是是指指指指地地地地质质质质历历历历史史史史过过过过程程程程中中中中形形形形成成成成的的的的，由由由由岩岩岩岩块块块块和和和和结结结结构构构构面面面面网网网网络络络

3、络组组组组成成成成的的的的，具具具具有有有有一一一一定定定定的的的的结结结结构构构构并并并并赋赋赋赋存存存存于于于于一一一一定定定定的的的的天天天天然然然然应应应应力力力力状状状状态态态态和和和和地地地地下下下下水水水水等等等等地地地地质质质质环环环环境境境境中的中的中的中的地质体地质体地质体地质体。3.3.岩岩块块（Rock Rock Rock Rock block block block block 或或或或 RockRockRockRock）指指指指不不不不含含含含显显显显著著著著结结结结构构构构面面面面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。的岩

4、石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。第1章 岩体地质与结构特征思考题思考题1 1、岩块与岩体有哪些区别？、岩块与岩体有哪些区别？2 2、试比较土与岩有那些异同点？、试比较土与岩有那些异同点？一、岩块的物质组成一、岩块的物质组成第1章 岩体地质与结构特征1.2 岩块及其特征 岩岩块块力学性质力学性质 取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量粘土矿物粘土矿物硅酸盐类矿物硅酸盐类矿物碳酸盐类矿物碳酸盐类矿物氧化物类矿物氧化物类矿物二、岩块的结构特征二、岩块的结构特征n n岩岩岩岩块块块块的的的的结结结结构构构构是是是是指指指指岩

5、岩岩岩石石石石内内内内矿矿矿矿物物物物颗颗颗颗粒粒粒粒的的的的大大大大小小小小、形形形形状状状状、排排排排列列列列方方方方式式式式及及及及微微微微结结结结构构构构面面面面发发发发育育育育情情情情况况况况与与与与粒粒粒粒间间间间连连连连结结结结方方方方式式式式等等等等反映在岩块构成上的特征。反映在岩块构成上的特征。反映在岩块构成上的特征。反映在岩块构成上的特征。n n结结结结晶晶晶晶连连连连结结结结是是是是矿矿矿矿物物物物颗颗颗颗粒粒粒粒通通通通过过过过结结结结晶晶晶晶相相相相互互互互嵌嵌嵌嵌合合合合在在在在一一一一起起起起，它它它它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。是通过共用原子或离子使

6、不同晶粒紧密接触。是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。n n岩石的粒间连结分岩石的粒间连结分岩石的粒间连结分岩石的粒间连结分结晶连结结晶连结结晶连结结晶连结与与与与胶结连结胶结连结胶结连结胶结连结。n n胶胶胶胶结结结结连连连连结结结结是是是是矿矿矿矿物物物物颗颗颗颗粒粒粒粒通通通通过过过过胶胶胶胶结结结结物物物物连连连连结结结结在在在在一一一一起起起起。硅硅硅硅质质质质胶胶胶胶结结结结的的的的岩岩岩岩块块块块强强强强度度度度最最最最高高高高；铁铁铁铁质质质质、钙钙钙钙质质质质胶胶胶胶结结结结的的的的次次次次之之之之；泥泥泥泥质胶结质胶结质胶结质胶结

7、的岩块强度最低。的岩块强度最低。的岩块强度最低。的岩块强度最低。第1章 岩体地质与结构特征二、岩块的结构特征微结构面 削弱岩石强度，形成各向异性颗粒形状颗粒形状 强度：强度： 粒状、柱状粒状、柱状 片状片状 鳞片状鳞片状颗粒大小 强度： 粗粒=矿矿物物组组成成和和结结构构改改变变=岩岩块块的的物物物物理理理理力力力力学学学学性性性性质质质质改改变变（强强度度降降低低、抗抗变变形形性性能能减减弱弱、空空隙隙率率增增大大，渗透性加大）渗透性加大）第1章 岩体地质与结构特征风化风化风化风化n n岩块的风化程度可用岩块的风化程度可用定性指标定性指标定性指标定性指标和某些和某些定量指标定量指标定量指标定

8、量指标表述表述n n定定性性指指标标主主要要有有：颜颜颜颜色色色色、矿矿矿矿物物物物蚀蚀蚀蚀变变变变程程程程度度度度、破破破破碎碎碎碎程程程程度度度度及开挖锤击技术特征等及开挖锤击技术特征等及开挖锤击技术特征等及开挖锤击技术特征等。n n定量指标主要有定量指标主要有风化空隙率指标风化空隙率指标风化空隙率指标风化空隙率指标和和波速指标波速指标波速指标波速指标等。等。n风化空隙率指标(Iw)是快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比。n波速指标 纵波波速（纵波波速（纵波波速（纵波波速（ c cp p） 波速比波速比 风化系数风化系数 硬质岩石按波速指标的风化分级表 岩土工程勘察规范（岩土工

9、程勘察规范（GB50021-94GB50021-94）一、结构面的成因类型(一)地质成因类型(二)力学成因类型第1章 岩体地质与结构特征 结构面地质特征 及对岩体力学性质的影响岩岩岩岩体体体体结结结结构构构构面面面面成成成成因因因因类类类类型型型型及及及及其其其其特特特特征征征征3.片麻理4.板理及千枚理受地形及原始结构面和临空面产状控制( (一一) )地质成因类型地质成因类型1.1.1.1.原生结构面原生结构面原生结构面原生结构面岩体在成岩过程中形成的结构面。岩体在成岩过程中形成的结构面。岩体在成岩过程中形成的结构面。岩体在成岩过程中形成的结构面。 沉积结构面沉积结构面沉积结构面沉积结构面是

10、沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，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。有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。 岩浆结构面岩浆结构面岩浆结构面岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，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包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接包括岩浆岩体

11、与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接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。触面和原生冷凝节理等。触面和原生冷凝节理等。触面和原生冷凝节理等。 变质结构面变质结构面变质结构面变质结构面在变质过程中形成，残留结构面和重结在变质过程中形成，残留结构面和重结在变质过程中形成，残留结构面和重结在变质过程中形成，残留结构面和重结晶结构面晶结构面晶结构面晶结构面2.2.2.2.构造结构面构造结构面构造结构面构造结构面 是岩体在构造应力作用下形成的各种破是岩体在构造应力作用下形成的各种破是岩体在构造应力作用下形成的各种破是岩体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

12、层间错动面等。裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。3.3.3.3.次次次次生生生生结结结结构构构构面面面面 是是是是岩岩岩岩体体体体形形形形成成成成后后后后在在在在外外外外营营营营力力力力作作作作用用用用下下下下产产产产生生生生的的的的结结结结构构构构面面面面，包包包包括括括括卸卸卸卸荷荷荷荷裂裂裂裂隙隙隙隙、风风风风化化化化裂裂裂裂隙隙隙隙、次次次次生生生生夹夹夹夹泥泥泥泥层层层层和和和和泥泥泥泥化化化化夹层等。夹层等。夹层等。夹层等。( (二二) )力学成因类型力学成因类型n n张性结构面张性结构面是

13、由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、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。纵张及横张破裂面，岩浆岩中的冷凝节理等。n n特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏度大及破碎带较宽糙，起伏度大及破碎带较宽, ,易被充填易被充填, ,常含水丰常含水丰富，导水性强富，导水性强n n剪性结构面剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产是剪应力形成的，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生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。层等。n n特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕特点：连续性好

14、，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等现象发育。镜面等现象发育。二、结构面的规模n n级级级级 指指指指大断层大断层大断层大断层或或或或区域性断层区域性断层区域性断层区域性断层。控制工程建设地区。控制工程建设地区。控制工程建设地区。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；的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；n n级级级级 指延伸长而宽度不大的指延伸长而宽度不大的指延伸长而宽度不大的指延伸长而宽度不大的区域性地质界面区域性地质界面区域性地质界面区域性地质界面。n n级级级级 指长度数指长度数指长度数指长度数十

15、米十米十米十米至至至至数百米数百米数百米数百米的的的的断层断层断层断层、区域性节理区域性节理区域性节理区域性节理、延伸较好的延伸较好的延伸较好的延伸较好的层面层面层面层面及及及及层间错动层间错动层间错动层间错动等。等。等。等。 、级结构面控制着工程岩体力学作用的边级结构面控制着工程岩体力学作用的边级结构面控制着工程岩体力学作用的边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界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移界条件和破坏方式，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岩体的边界面，直接威胁

16、工程安全稳定性岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性n n级级级级 指延伸指延伸指延伸指延伸较差较差较差较差的的的的节理节理节理节理、层面层面层面层面、次生裂隙次生裂隙次生裂隙次生裂隙、小断层、小断层、小断层、小断层及较发育的及较发育的及较发育的及较发育的片理片理片理片理、劈理面劈理面劈理面劈理面等。是构成等。是构成等。是构成等。是构成岩块岩块岩块岩块的边界面，的边界面，的边界面，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破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质

17、及应力分布状态。力分布状态。力分布状态。力分布状态。 级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物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，其分布规律不太理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不太理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不太理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不太容易搞清楚，需用统计方法进行研究容易搞清楚，需用统计方法进行研究容易搞清楚，需用统计方法进行研究容易搞清楚，需用统计方法进行研究n n级级级级 又称又称又称又称微结构面微结构面微结构面微结构面。常包含在岩块内，

18、主要影响岩。常包含在岩块内，主要影响岩。常包含在岩块内，主要影响岩。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；块的物理力学性质。控制岩块的力学性质；块的物理力学性质。控制岩块的力学性质；块的物理力学性质。控制岩块的力学性质；二、结构面的规模n n走向、倾向、倾角走向、倾向、倾角走向、倾向、倾角走向、倾向、倾角n n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。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。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。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。n n据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，

19、岩体的极限强度据单结构面理论，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：与结构面倾角间的关系为：与结构面倾角间的关系为：与结构面倾角间的关系为：三、 产状四 连续性n n结构面的连续性反映结构面的结构面的连续性反映结构面的结构面的连续性反映结构面的结构面的连续性反映结构面的贯通程度贯通程度贯通程度贯通程度。n n1 1 1 1、线连续性系数线连续性系数线连续性系数线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构：指沿结构面延伸方向，结构：指沿结构面延伸方向，结构：指沿结构面延伸

20、方向，结构面各段长度之和面各段长度之和面各段长度之和面各段长度之和(a)(a)(a)(a)与测线长度的比值。与测线长度的比值。与测线长度的比值。与测线长度的比值。 K K K K1 1 1 1变化在变化在变化在变化在0 0 0 01 1 1 1之间，之间，之间，之间，K K K K1 1 1 1值愈大说明结构面的值愈大说明结构面的值愈大说明结构面的值愈大说明结构面的连续性愈好，当连续性愈好，当连续性愈好，当连续性愈好，当K K K K1 1 1 11 1 1 1时，结构面完全贯通。时，结构面完全贯通。时，结构面完全贯通。时，结构面完全贯通。n n2 2 2 2、迹长迹长迹长迹长：结构面与岩体露

21、头交线的长度。：结构面与岩体露头交线的长度。：结构面与岩体露头交线的长度。：结构面与岩体露头交线的长度。 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结构面的密度反映结构面发育的密集程度密集程度。1、线密度线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数切结构面的条数(条条m)。2 2、间距间距(d)(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结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。构面的平均距离。 KdKd与与d d互为倒数关系互为倒数关系如果测线是水平布置，且与结构面法线的夹角为如果测线是水平布置，且与结构面法线的夹角为

22、，结构面的倾角为结构面的倾角为时时: :n n 结构面间距分级表n n用线密度来估算岩体质量指标岩体质量指标RQDRQD(Rock quality designation)n岩体质量指标岩体质量指标RQDRQD：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n n张开度张开度是指结构面两壁面间的是指结构面两壁面间的垂直距离。垂直距离。n n结构面两壁面一般不是紧密接触，使结构面实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际接触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。透性增大。n n如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构如在层流条件下，

23、平直而两壁平行的单个结构面的渗透系数面的渗透系数(K(Kf f) )可表达为：可表达为： 级及部分级及部分级及部分级及部分级结构面的产状、迹长、间距及张级结构面的产状、迹长、间距及张级结构面的产状、迹长、间距及张级结构面的产状、迹长、间距及张开度等几何特征参数，服从某种随机分布规律。开度等几何特征参数，服从某种随机分布规律。开度等几何特征参数，服从某种随机分布规律。开度等几何特征参数，服从某种随机分布规律。 结构面张开度分级表七 形态n n结构面的形态可以用侧壁的结构面的形态可以用侧壁的起起伏形态伏形态及及粗糙度粗糙度来反映。来反映。n n结构面侧壁的结构面侧壁的起伏形态起伏形态分为：分为：平

24、直的、波状的、锯齿状的、平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的。台阶状的和不规则状的。侧壁的起伏程度可用起伏角侧壁的起伏程度可用起伏角( (i i) )表示表示n n结构面的粗糙度用结构面的粗糙度用粗糙粗糙度系度系JRCJRC表示表示 (joint roughness (joint roughness coefficient) coefficient) 。n n随粗糙度的增大，结构随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。面的摩擦角也增大。n n根据标准粗糙度剖面将根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划结构面的粗糙度系数划分为分为1010级。级。八 充填胶结特征n n结结结结构构构构面面

25、面面胶胶胶胶结结结结后后后后力力力力学学学学性性性性质质质质有有有有所所所所增增增增强强强强，FeFeFeFe质质质质胶胶胶胶结结结结的的的的强强强强度度度度最最最最高高高高，泥泥泥泥质质质质与与与与易易易易溶溶溶溶盐盐盐盐类类类类胶胶胶胶结结结结的的的的结结结结构构构构面面面面强强强强度度度度最最最最低低低低，且且且且抗抗抗抗水水水水性差。性差。性差。性差。n n未未未未胶胶胶胶结结结结的的的的结结结结构构构构面面面面，力力力力学学学学性性性性质质质质取取取取决决决决于于于于其其其其充充充充填填填填情情情情况况况况，可可可可分分分分为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填为：薄膜充填、断续

26、充填、连续充填及厚层充填为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填4 4 4 4类类类类1 1 1 1 薄薄薄薄膜膜膜膜充充充充填填填填是是是是结结结结构构构构面面面面两两两两壁壁壁壁附附附附着着着着一一一一层层层层极极极极薄薄薄薄的的的的矿矿矿矿物物物物膜膜膜膜，厚厚厚厚度度度度多小于多小于多小于多小于1mm1mm1mm1mm，多明显降低结构面的强度。，多明显降低结构面的强度。，多明显降低结构面的强度。，多明显降低结构面的强度。2 2 2 2 断断断断续续续续充充充充填填填填结结结结构构构构面面面面的的的的力力力力学学学学性性性性质质质质与与与与充充

27、充充填填填填物物物物性性性性质质质质、壁壁壁壁岩岩岩岩性性性性质质质质及结构面的形态有关。及结构面的形态有关。及结构面的形态有关。及结构面的形态有关。3 3 3 3 连续充填连续充填连续充填连续充填结构面的力学性质主要取决于充填物性质。结构面的力学性质主要取决于充填物性质。结构面的力学性质主要取决于充填物性质。结构面的力学性质主要取决于充填物性质。4 4 4 4 厚厚厚厚层层层层充充充充填填填填结结结结构构构构面面面面的的的的力力力力学学学学性性性性质质质质很很很很差差差差，主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于充充充充填填填填物物物物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。性质，岩体往往

28、易于沿这种结构面滑移而失稳。性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。 岩体结构特征及结构控制论一、岩体的组成一、岩体的组成n n岩体岩体是由是由结构面网络结构面网络及其所围限的及其所围限的岩块岩块 ( (结构体结构体) )所组成。所组成。n n具有一定的结构具有一定的结构是岩体的是岩体的显著特征显著特征之一。之一。n n岩体中岩体中存在着复杂的天然应力状态和地下存在着复杂的天然应力状态和地下水水，这是岩体与其他材料的，这是岩体与其他材料的根本区别根本区别之一之一第1章 岩体地质与结构特征二、岩体的结构二、岩体的结构n n岩体结构岩体结构岩体结构岩体结

29、构(rockmass structure)(rockmass structure)(rockmass structure)(rockmass structure)指岩体中结构面与结指岩体中结构面与结指岩体中结构面与结指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。构体的排列组合关系。构体的排列组合关系。构体的排列组合关系。1 1 1 1 结构体特征结构体特征结构体特征结构体特征n n结构体结构体结构体结构体(structural element)(structural element)(structural element)(structural element)指岩体中被结构面切割指岩体中被结构面切割

30、指岩体中被结构面切割指岩体中被结构面切割围限的岩石块体。围限的岩石块体。围限的岩石块体。围限的岩石块体。它不同于岩块的概念。它不同于岩块的概念。它不同于岩块的概念。它不同于岩块的概念。n n结构体的结构体的结构体的结构体的规模规模规模规模取决于结构面的密度，密度愈小，结构取决于结构面的密度，密度愈小，结构取决于结构面的密度，密度愈小，结构取决于结构面的密度，密度愈小，结构体的规模愈大体的规模愈大体的规模愈大体的规模愈大, , , ,与结构面对应与结构面对应与结构面对应与结构面对应, , , ,划分为划分为划分为划分为四四四四级。级。级。级。 常用常用常用常用块度模数块度模数块度模数块度模数（单

31、位体积内的（单位体积内的（单位体积内的（单位体积内的级结构体数级结构体数级结构体数级结构体数) ) ) ) 或或或或结构体体积来表示结构体规模。结构体体积来表示结构体规模。结构体体积来表示结构体规模。结构体体积来表示结构体规模。n n结构体常见的形状有：结构体常见的形状有：结构体常见的形状有：结构体常见的形状有： 柱状、板状、楔形及菱形等。柱状、板状、楔形及菱形等。柱状、板状、楔形及菱形等。柱状、板状、楔形及菱形等。 形状不同，稳定性不同。形状不同，稳定性不同。形状不同，稳定性不同。形状不同，稳定性不同。结构体的形状示意图2 2岩岩体体的的结结构构类类型型三、岩体结构控制论三、岩体结构控制论

32、工程实践和研究表明，岩体结构对工程实践和研究表明，岩体结构对工程岩体工程岩体控制控制作用作用表现如下方面：表现如下方面： 1）改变岩体的力学性质。）改变岩体的力学性质。发育于岩体中的结构面，是岩体的薄弱环节。降低了岩体的完整性，和力学强度，使岩体物理力学性质变差。 2）岩体的应力传播特征）岩体的应力传播特征 3）岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳）岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性定性 岩体变形机制受岩体结构控制岩体结构岩体结构整体状结构整体状结构碎裂状结构碎裂状结构块状结构块状结构变形变形成分成分主要主要的的岩块压缩变形岩块压缩变形结构面滑移变形结构面滑移变形结构体滑移及压缩变结构体滑移

33、及压缩变形形次要次要的的微结构面错动微结构面错动结构体及结构面压缩结构体及结构面压缩及结构体性状改变及结构体性状改变结构体压缩及形状改结构体压缩及形状改变变侧胀系数侧胀系数小于小于0.50.5常大于常大于0.50.5小小变形系数变形系数结构体压缩及形状结构体压缩及形状改变改变压密压密沿结构面滑移沿结构面滑移控制岩体变控制岩体变形的主要因形的主要因素素岩石、岩相特征及岩石、岩相特征及 级结构面特征级结构面特征开裂的不连续的开裂的不连续的、级结构面级结构面贯通的贯通的 、 级结构面，级结构面，主要为软弱结构面主要为软弱结构面 表明岩体变形受结构面变形控制。表明岩体变形受结构面变形控制。 块状结构块

34、状结构岩体变形主要为贯通性结构面滑移；岩体变形主要为贯通性结构面滑移；碎裂碎裂状结构状结构岩体变形则由岩体变形则由、级结构面滑移及部分岩块变级结构面滑移及部分岩块变形构成；形构成；完整岩体完整岩体的变形才受控于岩石的变形特征。的变形才受控于岩石的变形特征。 岩体的破坏机制也受控于岩体结构：岩体的破坏机制也受控于岩体结构： 即：即：结构控制结构控制岩体破坏的难易程度、破坏的岩体破坏的难易程度、破坏的规模和破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。规模和破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。岩体破坏机制受岩体结构控制整块体结整块体结整块体结整块体结构岩体构岩体构岩体构岩体块状结块状结块状结块状结构岩体构岩体构

35、岩体构岩体碎裂状结构岩体碎裂状结构岩体碎裂状结构岩体碎裂状结构岩体散体状结散体状结散体状结散体状结构岩体构岩体构岩体构岩体张破裂张破裂张破裂张破裂剪破坏剪破坏剪破坏剪破坏结构体结构体结构体结构体沿结构沿结构沿结构沿结构面滑动面滑动面滑动面滑动结构体张破裂结构体张破裂结构体张破裂结构体张破裂结构体剪破裂结构体剪破裂结构体剪破裂结构体剪破裂结构体流动变形结构体流动变形结构体流动变形结构体流动变形结构体沿结构面滑动结构体沿结构面滑动结构体沿结构面滑动结构体沿结构面滑动结构体转动结构体转动结构体转动结构体转动结构体组合体倾倒结构体组合体倾倒结构体组合体倾倒结构体组合体倾倒结构体组合体溃屈结构体组合体溃

36、屈结构体组合体溃屈结构体组合体溃屈剪破坏剪破坏剪破坏剪破坏流动变流动变流动变流动变形形形形 岩体变形破坏方式：岩体变形破坏方式：a. a. 块状及层状结构岩块状及层状结构岩块状及层状结构岩块状及层状结构岩体的块体滑移；体的块体滑移；体的块体滑移；体的块体滑移；b. b. 薄层状结构岩体的薄层状结构岩体的薄层状结构岩体的薄层状结构岩体的弯曲倾倒；弯曲倾倒；弯曲倾倒；弯曲倾倒；c. c. 碎裂结构岩体的剪碎裂结构岩体的剪碎裂结构岩体的剪碎裂结构岩体的剪切破坏及塑性变形；切破坏及塑性变形；切破坏及塑性变形；切破坏及塑性变形；d. d. 松散及破碎结构岩松散及破碎结构岩松散及破碎结构岩松散及破碎结构岩

37、体的塑性变形。体的塑性变形。体的塑性变形。体的塑性变形。四、岩体成因与岩体特征（自学）1 1 岩浆岩体岩浆岩体 无层理，产状复杂。根据岩浆活动方式，岩浆无层理，产状复杂。根据岩浆活动方式，岩浆岩可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。岩可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。2 2 沉积岩体沉积岩体 具有层理构造，岩体呈层状结构。沉积岩包括具有层理构造，岩体呈层状结构。沉积岩包括他生沉积岩和自生沉积岩两大类。他生沉积岩和自生沉积岩两大类。3 3 变质岩体变质岩体 多数岩石变质后都经历了不同程度的重结晶作多数岩石变质后都经历了不同程度的重结晶作用，结构较致密，抗水性增强，孔隙率较低，用，结构较致密，抗水性增

38、强，孔隙率较低，透水性弱，抗变形性能好，强度高。因此与沉透水性弱，抗变形性能好，强度高。因此与沉积岩相比，变质岩的性质一般要好些。积岩相比，变质岩的性质一般要好些。思考题思考题1、结构面有哪些主要特征，它们是怎、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响样影响 岩体力学性质的？岩体力学性质的？2、何为岩体结构控制论，岩体结构对、何为岩体结构控制论，岩体结构对岩体的影响有哪些？岩体的影响有哪些？3、试总结说明三大类岩体的主要特征、试总结说明三大类岩体的主要特征 1、结构面的统计规律、结构面的统计规律 结构面在岩体内的分布常具随机性，特别是结构面在岩体内的分布常具随机性，特别是级和级和级结构面。这些结构

39、面的各几何参数可以看作级结构面。这些结构面的各几何参数可以看作随机随机变量变量进行统计分析进行统计分析 1.5 结构面网络模拟(自学) 2、结构面统计方法、结构面统计方法 目前以测线法应用最为广泛。目前以测线法应用最为广泛。 测线法它是在岩石露头表面布置一条测线，测线法它是在岩石露头表面布置一条测线，逐一量测与测线相交切的各条结构面的逐一量测与测线相交切的各条结构面的几何参数几何参数与特征与特征。 结构统计步骤：结构统计步骤：（1）选择测量区）选择测量区 岩体露头好，能够测量到足够多的结构面；岩体露头好，能够测量到足够多的结构面； 岩体新鲜；岩体新鲜； 测量区岩体岩性相同，并且位于同一构造单元

40、内；测量区岩体岩性相同，并且位于同一构造单元内； 露头面尽量平直切直立。露头面尽量平直切直立。（2 2）测线布置，）测线布置，）测线布置，）测线布置，在选择好的露头岩面上布置测线，并将在选择好的露头岩面上布置测线，并将长约长约30m的测绳固定在测线上。测线布置应满足要求：的测绳固定在测线上。测线布置应满足要求： 测线应尽量沿水平方向布置；测线应尽量沿水平方向布置；测线应尽量沿水平方向布置；测线应尽量沿水平方向布置；拉直；拉直；拉直；拉直；当露头面过当露头面过当露头面过当露头面过高时，应标出删节线。删节宽度一般为结构面平均迹长的高时，应标出删节线。删节宽度一般为结构面平均迹长的高时，应标出删节线

41、。删节宽度一般为结构面平均迹长的高时，应标出删节线。删节宽度一般为结构面平均迹长的2-32-3倍，删节线应与测线平行，记录删节线方位和长度。倍，删节线应与测线平行，记录删节线方位和长度。倍，删节线应与测线平行，记录删节线方位和长度。倍，删节线应与测线平行，记录删节线方位和长度。（3 3）测量、记录）测量、记录）测量、记录）测量、记录 测量以小组为单位，测量以小组为单位，1人记录；人记录；1-2人用罗盘量测结构面产状；人用罗盘量测结构面产状；1-2人测量结构面半迹长（或删节半迹长）和其它数据。人测量结构面半迹长（或删节半迹长）和其它数据。并将测量到的各种数据记录在表中。测量时应注意凡是与测线相交

42、的结构面都要量测，不能漏测或有选择性地测量。当然对一些规模很小的或微结构面则可不测。编编号号位置位置（mm）结构面产状结构面产状半迹长半迹长(m)(m)隙宽隙宽(mm)(mm)端点端点类型类型结构面结构面类型类型粗糙粗糙度度充填胶充填胶结状态结状态备注备注倾倾向向走走向向倾倾角角1 12 23 3岩体结构面测线测量记录表岩体结构面测线测量记录表 记录者 测线方位 年 月 日 记录表编号 测量位置 露头面产状 露头类型 测线号 岩石类型 露头面尺寸 露头条件 1，2，3，4，5-结构面 结构面端点类型结构面端点类型 3、结构面网络模拟、结构面网络模拟 结构面网络模拟是采用结构面网络模拟是采用Mo

43、nte Carlo 随机模随机模拟方法在计算机上模拟岩体内的结构面网络。拟方法在计算机上模拟岩体内的结构面网络。它是建立在对结构面统计测量基础上的，其模拟结果不仅与结构面的实际分布在统计规律上一致，而且还可以由局部到全体、由表及里，得到岩体整体的结构特征，有助于人们直观了解岩体内结构面的分布规律。 Monte Carlo随机模拟是利用随机数生成方法，生成服从一定概率分布形式的随机数概率分布形式的随机数序列。目前多运用数学方法通过计算机编程计算来产生随机数。用用Monte Carlo进行结构面网络模拟进行结构面网络模拟假设条件： 1）假设结构面形状为薄圆盘状。根据这一假）假设结构面形状为薄圆盘状

44、。根据这一假设，结构面的大小和位置，可以用结构面中心点设，结构面的大小和位置，可以用结构面中心点坐标和结构面半径来反映；坐标和结构面半径来反映； 2）假设结构面为平直薄板，也就是说每条结）假设结构面为平直薄板，也就是说每条结构面只有一个统一的产状；构面只有一个统一的产状； 3）假设在整个模拟区域内，每组结构面的分布均遵循同一概率模型。 岩体结构面网络模拟步骤模拟步骤如下：1）选择适宜的岩体露头，对结构面进行系统采样；2）对所有结构面进行合理分组；3）对每组结构面分别建立概率模型；4）依次读入每组结构面概率模型的基本数据，对每组结构面进行（5）（11）；5）初步确定正在模拟的当前组结构面的体密度

45、及模拟区内结构面数目，进行（6）（11），生成该数目的结构面；6）生成每条结构面中心点坐标；7）生成每条结构面产状（倾向、倾角）；8）生成每条结构面半径；9）生成每条结构面张开度；10）对结构面规模和数量进行动态校核；11）在条件允许的情况下，进行实测结构面和模拟结构面的耦合；12）对模拟结果进行检验，若不符合给定概率模型，重新模拟；13）形成结构面三维网络图；14）输出图形及结果。 上述步骤中：（1 1） （3 3）数据采集和结构面概率模型建立；）数据采集和结构面概率模型建立；）数据采集和结构面概率模型建立；）数据采集和结构面概率模型建立；（4 4） （1414）为模拟的主体）为模拟的主体）

46、为模拟的主体）为模拟的主体，要在计算机上完成，其中（6）（9）要利用Monte Carlo随机模拟方法实现。结 束输出模拟结果绘出结构面三维网络图是否符合概率模型？切结构面网络剖面，计算结构面间距各组结构面是否模拟完?对模拟结果进行检验NYNY间距与预设值一致否?YYN调整结构面数量生成结构面中心点坐标生成结构面半径生成结构面张开度当前组模拟完否?生成结构面产状N组合成结构面调整结构面半径均值切结构面网络剖面，计算结构面平均迹长Y迹长与预设值一致否?N初步确定当前组结构面数目开始建立结构面概率模型输入结构面分组数输入当前组结构面概率模型参数统一各参数单位 三维网络模拟主程序流程图三维网络模拟主程序流程图 结构面网络图 结构面网络图 RQD值值及及线线密密度度分分布布图图