1、岩体力学第一章 岩体地质与结构特征李李 英英9/29/2022 1.1 概述 1.2 岩块及其特征 1.3 结构面的特征 1.4 岩体结构特征及结构控制论 1.1 概述 1.2 岩块及其特征岩块的力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量粘土矿物硅酸盐类矿物碳酸盐类矿物氧化物类矿物组成岩石的矿物岩块的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起。胶结连结的岩块强度硅质胶结铁质、钙
2、质泥质胶结二、岩块的结构特征微结构面 削弱岩块的强度，导致各向异性颗粒形状 强度：粒状、柱状片状鳞状颗粒大小 强度：粗粒细粒风化衡量岩块的风化程度的指标：定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。n风化空隙率指标(Iw)：快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比。rdwwmmI cwcwfk rpcpvvvk n波速指标纵波波速（cp）波速比(kv)n风化系数风化程度vcp（m/s）kvkf全风化50010000.20.4-强风化100020000.40.650000.91.00.91.0岩土工程勘察规范（GB50021
3、-2019）1.3 结构面特征成因类成因类型型地质类型地质类型主主 要要 特特 征征工程地质评价工程地质评价产产 状状分分 布布性性 质质原原生生结结构构面面沉积沉积结构结构面面1层理层面层理层面2软弱夹层软弱夹层3不整合面、假整合面不整合面、假整合面4沉积间断面沉积间断面一般与岩层产一般与岩层产状一致，为层状一致，为层间结构面间结构面海相岩层中此类结构面分海相岩层中此类结构面分布稳定，陆相岩层中呈交布稳定，陆相岩层中呈交错状，易尖灭错状，易尖灭层面、软弱夹层等结构面较为平整；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不整合面及沉积间断面多由碎屑泥质物构成，且不平整物构成
4、，且不平整国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此类结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、圣构面所造成的，如奥斯汀、圣弗朗西斯、马弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水库附近的巨大滑尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水库附近的巨大滑坡坡岩浆岩浆岩结岩结构面构面1侵入体与围岩接触侵入体与围岩接触面面2岩脉岩墙接触面岩脉岩墙接触面3原生冷凝节理原生冷凝节理岩脉受构造结岩脉受构造结构面控制，而构面控制，而原生节理受岩原生节理受岩体接触面控制体接触面控制接触面延伸较远，接触面延伸较远，比较稳定，而原生比较稳定，而原生节理往往短小密集节理往往短小密集与围岩接触面可具熔合及破碎与围岩接触面可具熔合及
5、破碎两种不同的特征，原生节理一两种不同的特征，原生节理一般为张裂面，较粗糙不平般为张裂面，较粗糙不平一般不造成大规模的岩体破坏，但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体的滑移，如有的坝肩局部滑移变质变质结构结构面面1片理片理2片岩软弱夹层片岩软弱夹层产状与岩层或产状与岩层或构造方向一致构造方向一致片理短小，分布极片理短小，分布极密，片岩软弱夹层密，片岩软弱夹层延展较远，具固定延展较远，具固定层次层次结构面光滑平直，片理在岩层结构面光滑平直，片理在岩层深部往往闭合成隐蔽结构面，深部往往闭合成隐蔽结构面，片岩软弱夹层
6、具片状矿物，呈片岩软弱夹层具片状矿物，呈鳞片状鳞片状在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等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对工程及地下洞体稳定也有影响构造结构造结构面构面1节理节理（X型节理、型节理、张节理）张节理）2断层断层（冲断层、捩（冲断层、捩断层、横断层）断层、横断层）3层间错动层间错动4羽状裂隙、劈理羽状裂隙、劈理产状与构造线产状与构造线呈一定关系，呈一定关系，层间错动与岩层间错动与岩层一致层一致张性断裂较短小，张性断裂较短小，剪切断裂延展较远，剪切断裂延展较远，压性断裂规模巨大，压性断裂规模巨大，但有时为
7、横断层切但有时为横断层切割成不连续状割成不连续状张性断裂不平整，常具次生充张性断裂不平整，常具次生充填，呈锯齿状，剪切断裂较平填，呈锯齿状，剪切断裂较平直，具羽状裂隙，压性断层具直，具羽状裂隙，压性断层具多种构造岩，成带状分布，往多种构造岩，成带状分布，往往含断层泥、糜棱岩往含断层泥、糜棱岩对岩体稳定影响很大，在上述许多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。此外常造成边坡及面的配合作用。此外常造成边坡及地下工程的塌方、冒顶地下工程的塌方、冒顶次生结次生结构面构面 1卸荷裂隙卸荷裂隙2风化裂隙风化裂隙3风化夹层风化夹层4泥化夹层泥
8、化夹层5次生夹泥层次生夹泥层 受地形及原结受地形及原结构面控制构面控制分布上往往呈不连分布上往往呈不连续状，透镜状，延续状，透镜状，延展性差，且主要在展性差，且主要在地表风化带内发育地表风化带内发育一般为泥质物充填，水理性质一般为泥质物充填，水理性质很差很差在天然及人工边坡上造成危害，有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地亦有影响，但一般在施工中予以地基处理基处理 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：1.1 概述 1.2
9、 岩块及其特征 1.3 结构面的特征 1.4 岩体结构特征及结构控制论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 cossinc
10、ossinddKLnK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。NEWNSEW23456789024681012024681012T=10cmT=30cmT=50cmT=70cm)2(
11、Lharctgi 侧壁的起伏程度可用起伏角(i)表示。结构面胶结后结构面胶结后力学性质力学性质有所增强，有所增强，FeFe质胶结的强度最高，泥质与质胶结的强度最高，泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。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，未胶结的结构面，力学性质力学性质取决于其充填情况，可分为：薄膜充取决于其充填情况，可分为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填填、断续充填、连续充填及厚层充填4 4类类1 1 薄膜充填薄膜充填是结构面两壁附着一层极薄的矿物膜，厚度多小于是结构面两壁附着一层极薄的矿物膜，厚度多小于1mm1mm，多明显降低结构面的强度。，多明显降
12、低结构面的强度。2 2 断续充填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。的形态有关。3 3 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。4 4 厚层充填厚层充填结构面的力学性质很差，主要取决于充填物性质，岩结构面的力学性质很差，主要取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。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
13、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。结构体的形状示意图n结构体常见的形状:柱状、板状、楔形、菱形n形状不同，稳定性不同。2 岩体的结构类型岩体结构类型岩体地质类型主要结构形状结构面发育情况岩土工程特征可能发生的岩土工程问题整体状结 构均质，巨块状岩浆岩、变质岩，巨厚层沉积岩、正变质岩巨块状以原生构造节理为主，多呈闭合型，裂隙结构面间距大于15m，一般不超过12组，无危险结构面组成的落石掉块整体性强度高，岩体稳定，可视为均质
14、弹性各向同性体不稳定结构体的局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆块状结构厚层状沉积岩、正变质岩、块状岩浆岩、变质岩块状、柱 状只具有少量贯穿性较好的节理裂隙，裂隙结构面间距0.71.5m。一般为23组，有少量分离体整体强度较高，结构面互相牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性体层状结构多韵律的薄层及中厚层状沉积岩、副变质岩层状、板状、透镜体有层理、片理、节理，常有层间错动面接近均一的各向异性体，其变形及强度特征受层面及岩层组合控制，可视为弹塑性体，稳定性较差不稳定结构体可能产生滑塌，特别是岩层的弯张破坏及软弱岩层的塑性变形碎裂状结构构造影响严重的破碎岩层块状断层、断层破碎带、片理、层理及层间结构面较发育，裂隙结构面间距0.250.5m，一般在3组以上，由许多分离体形成完整性破坏较大，整体强度很低，并受断裂等软弱结构面控制，多呈弹塑性介质，稳定性很差易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失稳散体状结构构造影响剧烈的断层破碎带，强风化带，全风化带碎屑状颗粒状断层破碎带交叉，构造及风化裂隙密集，结构面及组合错综复杂，并多充填粘性土，形成许多大小不一的分离岩块完整性遭到极大破坏，稳定性极差，岩体属性接近松散体介质易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失稳1、结构面有哪些主要特征？它们是怎样影响岩体力学性质的？2、比较岩块与结构体的含义异同？3、试总结说明三大类岩体的主要特征？
