地下建筑结构-第二章-地下工程岩体结构与力学性质课件.ppt

1、2.1 地下岩体结构类型2.2 结构面类型与特征 2.3 岩体结构力学特征 1 整体与块状结构2 层状结构 3 碎裂结构 2.2 结构面的类型与特征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

2、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

3、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

4、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 2sin)1()(2331ctgtgtgCjjjn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：baaK1 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。n2、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 描述迹长（m）很低连续性20v结构面的密度反映结构面发育的密集程度。v1、线密度(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)。v2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构

5、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:cossincossinddKLnK结构面间距分级表描述间距（mm）极密集的间距6000)11.0(1001.0dkkeRQDdn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。%10010钻孔总进尺的岩心长度之和长度大于cmRQDvgeKf122结构面张开度分级表描述结构面张开度（mm）分类很紧密紧密部分张开10裂开结构面很宽的极宽的似洞穴的1010010010001000张开结构面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。NEWNSE

6、W23456789024681012024681012T=10cmT=30cmT=50cmT=70cm)2(Lharctgi 侧壁的起伏程度可用起伏角(i)表示。结构面胶结后力学性质有所增强，Fe质胶结的强度最高，泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。未胶结的结构面，力学性质取决于其充填情况，可分为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填4类1 薄膜充填是结构面两壁附着一层极薄的矿物膜，厚度多小于1mm，多明显降低结构面的强度。2 断续充填结构面的力学性质与充填物性质、壁岩性质及结构面的形态有关。3 连续充填结构面的力学性质主要取决于充填物性质。4 厚层充填结构面的力学性质很差，主要

7、取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。n结构面的组合关系控制着可能滑移岩体的几何边界条件、形态、规模、滑动方向及滑移破坏类型，它是工程岩体稳定性预测与评价的基础。n任何坚硬岩体的块体滑移破坏，都必须具备一定的几何边界条件。因此，在研究岩体稳定性时，必须研究结构面之间及其与临空面之间的组合关系，确定可能失稳块体的形态、规模和可能滑移方向等。n结构面组合关系的分析可用赤平投影、立体投影和三角几何计算法等进行。在受力条件改变时岩体的变形是岩块变形和结构变形的总和，而结构变形通常包括结构面闭合、充填物的压密及结构体转动和滑动等变形。从岩体的定义：岩块+结构面=岩体岩体变形=岩块变形+结

8、构面闭合+充填物压缩+其他变形在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。承压板法狭缝法钻孔变形法水压洞室法单(双)轴压缩试验法声波法地震波法原位岩体变形试验静力法动力法刚性承压板法柔性承压板法emmemmWpDEWpDE)1()1(22是与承压板形状与刚度有关的系数。对于圆形板0.785；对于方形板0.886 UdpEmm)1(优点：对岩体扰动小；可以在地下水位以下和相当深的部位进行；试验方向基本上不受限制，而且试验压力可以达到很大；在一次试验中可以同时量测几个方向的变形，便于研究岩体的各向异性。缺点：试验涉及的岩体体积小，代表性受到局限。)2sin2)(sin1()(1(22121mmRmt

9、gtgWplE岩体的变形模量比岩块的小，而且受结构面发育程度及风化程度等因素影响十分明显。不同地质条件下的同一岩体，其变形模量相差较大。试验方法不同、压力大小不同，岩体变形模量不同。SEKSEKSEmnnnnnnnn VVVVVjrnjr岩体法向变形层面法向变形岩块法向变形EESKEEmnntnmn 1112)沿t方向加荷tnmtEE SGKSGKSGmtss uuuuurjr岩体剪切变形层面剪切变形岩块剪切变形GSKGsmt111（2）用Q值估算纵波速度和岩体平均变形模量)55(10)55(10024010RMRERMRRMRERMRmm1)(Q 4035003500lg1000mpmean

10、mpvEQv岩体刚度大，不易变形，岩体较坚硬、完整、致密均匀、少裂隙，以弹性变形为主，接近于均质弹性体。岩体刚度低、易变形，由多组结构面切割且分布较均匀或岩性较软弱且均质或平行层面加压。有明显的塑性变形和回滞环，非弹性变形。陡直线型缓直线型 岩体刚度随循环次数增加而增大，弹性变形成分较大。多为垂直层面加压的较坚硬层状岩体。卸压曲线较陡，变形大部分为塑性变形。多为存在软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体或垂直层面加压的层状岩体。第二种情况第一种情况复合型p-W曲线呈阶梯或“S”型。结构面发育不均或岩性不均匀的岩体，常呈此类曲线。岩体强度是指岩体抵抗外力破坏的能力岩体强度是指岩体抵抗外力破坏的能力。岩体的

11、强度既不同于岩块的强度，也不同于结构面的强度，一般情况下，其强度介于岩块与结构面强度之间。岩体和岩块一样，岩体强度也有抗压强度、抗拉强度和剪切强度之分。沿结构面剪切(重剪破坏)时，岩体剪切强度最低，等于结构 面的抗剪强度。横切结构面剪切(剪断破坏)时，岩体剪切强度最高。沿复合剪切面剪切(复合破坏)时，其强度介于以上两者之间。坚硬岩石的强度曲线软弱岩石的强度曲线单轴压缩三轴压缩jjfCtg强度判据2sin22cos223131312sin)1()(2331ctgtgtgCjjj2sin)1()(2331ctgtgtgCjjj123131190sin)2(arcsin212jjjjjctgC2sin)1()(2331ctgtgtgCjjj2sin)1(2ctgtgCjjmc3=0 2sin)1()(2331ctgtgtgCjjjmjjjjtgtgtgC23min311)(2