1、5 爆破工程地质爆破工程地质 sjsppt 3（1 1）堆积密度（容重）堆积密度（容重）：单位体积自然状态下岩石具有的：单位体积自然状态下岩石具有的重量。测定容重时，岩石体积包括岩石中孔隙体积，岩石的重量。测定容重时，岩石体积包括岩石中孔隙体积，岩石的重量包括空隙中自然状态下的水重。如果不包括空隙内的水重量包括空隙中自然状态下的水重。如果不包括空隙内的水重，则所得容重称重，则所得容重称干容重干容重。=G G/V V 式中式中 岩石的堆积密度，岩石的堆积密度，N/mN/m3 3；G G岩石的重量，岩石的重量，N N；V V岩石的体积，岩石的体积，m m3 3。岩石的岩石的堆积密度堆积密度一般为一
2、般为2030KN/m2030KN/m3 3。岩石密度大，其容重也。岩石密度大，其容重也大，岩石的强度和抵抗爆破作用的能力也增强，破碎和移动大，岩石的强度和抵抗爆破作用的能力也增强，破碎和移动岩石所耗费的能量也增加。岩石所耗费的能量也增加。在工程实践中常用公式在工程实践中常用公式K K=0.4+(=0.4+(/2450)/2450)2 2(kgmkgm-3-3)，来估算，来估算标准抛掷爆破的标准抛掷爆破的单位用药量值单位用药量值。A A 岩石物理性质岩石物理性质（2 2）密度密度与孔隙率与孔隙率密度密度指岩石的颗粒质量与所占体积之比；指岩石的颗粒质量与所占体积之比；孔隙率孔隙率指岩石中孔隙体积指
3、岩石中孔隙体积(气相、液相所占体积气相、液相所占体积)与岩石总体积之比，它常常是利用密度计算出来的。与岩石总体积之比，它常常是利用密度计算出来的。孔隙比孔隙比指岩石中孔隙的体积和岩石实体体积之指岩石中孔隙的体积和岩石实体体积之比。比。岩石的密度岩石的密度一般为一般为1430KN/m1430KN/m3 3。常见岩石的孔。常见岩石的孔隙率一般在隙率一般在0.10.13030之间。随着孔隙率的增加，之间。随着孔隙率的增加，岩石中冲击波和应力波的传播速度降低。岩石中冲击波和应力波的传播速度降低。A A 岩石物理性质岩石物理性质（3）含水率含水率和和透水性透水性：岩石中水的重量与固体物质重量的比称为岩石
4、岩石中水的重量与固体物质重量的比称为岩石的的含水率含水率W W，常用百分率表示。，常用百分率表示。岩石的岩石的透水性透水性是指水在岩石中流动与转移的性是指水在岩石中流动与转移的性能，主要取决于岩石中孔隙的大小、数量、形能，主要取决于岩石中孔隙的大小、数量、形状和连通程度，常用渗透系数定量。状和连通程度，常用渗透系数定量。岩石含水率增大时，往往导致其坚固性的降低，岩石含水率增大时，往往导致其坚固性的降低，降低程度因岩石而异。含水率大的沉积岩，其降低程度因岩石而异。含水率大的沉积岩，其强度可减少一半甚至更多。强度可减少一半甚至更多。A A 岩石物理性质岩石物理性质（4）风化程度风化程度：岩石在地质
5、内营力和外营力的作用下发岩石在地质内营力和外营力的作用下发生破坏疏松的程度生破坏疏松的程度。一般来说一般来说随着风化程度的增大，岩石随着风化程度的增大，岩石的孔隙率和变形性增大，其强度和弹性性能降低的孔隙率和变形性增大，其强度和弹性性能降低。所以，。所以，同一种岩石常常由于风化程度的不同，其物理力学性质差同一种岩石常常由于风化程度的不同，其物理力学性质差异很大异很大。岩石的风化程度用岩石的风化程度用未风化未风化、微风化微风化、弱风化弱风化、强强风化风化和和全风化全风化划分划分。名称名称风化特征风化特征未风化未风化结构构造未变，岩质新鲜结构构造未变，岩质新鲜微微风化风化结构构造、矿物色泽基本未变
6、，部分裂隙面有铁锰质渲染结构构造、矿物色泽基本未变，部分裂隙面有铁锰质渲染弱弱风化风化结构构造部分破坏，矿物色泽较明显变化，裂隙面出现风化结构构造部分破坏，矿物色泽较明显变化，裂隙面出现风化矿物或存在风化夹层矿物或存在风化夹层强强风化风化结构构造大部分破坏，矿物色泽明显变化，长石、云母等多结构构造大部分破坏，矿物色泽明显变化，长石、云母等多风化成次生矿物风化成次生矿物全全风化风化结构构造全部破坏，矿物成分除石英外，大部分风化成土状结构构造全部破坏，矿物成分除石英外，大部分风化成土状A A 岩石物理性质岩石物理性质（5）波阻抗：岩石中纵波波速C与岩石密度的乘积。它表征了岩石对应力波传播阻尼作用，
7、它直接影响炸药爆炸后传给岩石的总能量和传递效率。波在岩石中传播速度与岩石种类有关。对于越致密越坚实的岩石，纵波速度越高，波阻抗越大；当岩石越疏松，裂纹空隙越多，则波速越低，波阻抗越小。通常认为选用的炸药波阻抗若与岩石波阻抗相匹配(接近一致)，则能取得较好的爆破效果。A A 岩石物理性质岩石物理性质 例例：西安安康线上秦岭铁路隧道时，遇到深埋强度超过250MPa特硬岩，波阻抗达：15106kg/m2s，为此特研制了爆速达4500m/s以上、装药密度1260kg/m3的专用水胶炸药，替代普通乳化炸药，才获得良好的爆破掘进效果。A A 岩石物理性质岩石物理性质（1 1）岩石的变形特征岩石的变形特征1
8、 1）弹性）弹性：岩石受力后发生变形，当外力解除后恢复原状的性能。2 2）塑性）塑性：当岩石所受外力解除后，岩石没能恢复原状而留有一定残余变形的性能。3 3）脆性）脆性：岩石在外力作用下，不经显著的残余变形就发生破坏的性能。岩石因其成分、结晶、结构等的特殊性，它不像一般固体材料那样有明显的屈服点，而是在所谓的弹塑性范围内呈现弹性和塑性，甚至在弹性变形一开始就呈现出塑性变形。脆性是坚硬岩石的固有特征（与爆破关系）。岩石的主要力学特性岩石的主要力学特性岩石的主要力学特性岩石的主要力学特性线性弹性变形线性弹性变形非线性弹性变形非线性弹性变形塑性屈服变形塑性屈服变形延性破坏延性破坏比例极限比例极限脆性
9、破坏脆性破坏弹性变形区弹性变形区塑性变形区塑性变形区岩石的主要力学特性岩石的主要力学特性（2 2）岩石的强度特征）岩石的强度特征岩石强度岩石强度是指岩石在受外力作用发生破坏前所能承受的最大应力，是衡量岩石力学性质的主要指标。单轴抗压强度：岩石试件在单轴压力下发生破坏时的极限强度。单轴抗拉强度：岩石试件在单轴拉力下发生破坏时的极限强度。抗剪强度：岩石抵抗剪切破坏的最大能力。（3 3）弹性模量）弹性模量E E岩石在弹性变形范围内，应力与应变之比。（4 4）泊松比）泊松比 岩石试件单向受压时，横向应变与竖向应变之比。岩石的主要力学特性岩石的主要力学特性1 岩石性质与分级动力学特性动静载界定动静载界定
10、岩石承受荷载分：动载、静载，不同荷载方式下，岩石表现出力学特性不同。给出的岩石力学参数，一般为静载作用下。用变形过程中的平均加载率或平均应变率来判别。岩石的主要力学特性岩石的主要力学特性动载作用下，岩石的动载作用下，岩石的动力学强度、变形模量动力学强度、变形模量均均比静力学的有明显增大。比静力学的有明显增大。如：辉长岩试件静力抗压强度：如：辉长岩试件静力抗压强度：180MPa180MPa；当动；当动力加载速度（加载至试件破坏的时间）为力加载速度（加载至试件破坏的时间）为30S30S时抗压强度增大至时抗压强度增大至210MPa210MPa。加载速度为。加载速度为3S3S时抗时抗压强度增大至压强度
11、增大至280MPa280MPa。相对于静载强度分别提。相对于静载强度分别提高了高了17%17%和和55%55%。1 岩石性质与分级动力学特性岩石的主要力学特性岩石的主要力学特性1 岩石性质与分级动力学特性炸药爆炸，产生爆轰波瞬间作用于岩石界面上，炸药爆炸，产生爆轰波瞬间作用于岩石界面上，是一种强烈的动载是一种强烈的动载，并以冲击波形式向爆源周，并以冲击波形式向爆源周围岩体传播，随着距离增大，迅速衰减为应力围岩体传播，随着距离增大，迅速衰减为应力波。波。爆源近区冲击波作用下岩石应变率爆源近区冲击波作用下岩石应变率10101111/s;/s;中远区应力波作用下岩石应变率：中远区应力波作用下岩石应变
12、率：5 510104 4/s/s。1 岩石性质与分级动力学特性爆破动载特点爆破动载特点冲击荷载作用形成应力场与岩石性质有关；静载则无关。冲击荷载作用形成应力场与岩石性质有关；静载则无关。冲击荷载作用时间是瞬时的，一般为毫秒级；静载通常超冲击荷载作用时间是瞬时的，一般为毫秒级；静载通常超过过10s10s，因此，应力分布范围大，变形与裂纹发展充分。，因此，应力分布范围大，变形与裂纹发展充分。爆炸荷载以波的形式在岩体中传播，动载变形特征除具有爆炸荷载以波的形式在岩体中传播，动载变形特征除具有静载变形特征外，还具有波动特征，因此破坏所耗能量多。静载变形特征外，还具有波动特征，因此破坏所耗能量多。现 状
13、岩石分级在岩石力学的发展中起着非常重要的作用，如：普氏分级、Q指标、RMR等。围绕不同目的和功能，采用不同分级指标体系，国际上出现了几十种分级体系、方法，有代表性的多达十多种。至今，国际上没有普遍、通用的分级方法。1 岩石性质与分级岩石分级岩体岩体岩体分级一般工程（边坡、地下工程）分级：稳定性I.爆破工程分级：可爆性各国发表的爆破性分级方法有数十种，按其分各国发表的爆破性分级方法有数十种，按其分级准则大致分为六大类：级准则大致分为六大类：以以岩石力学强度参数岩石力学强度参数为准则的分级法为准则的分级法 以以炸药单位消耗量炸药单位消耗量为准则的分级法为准则的分级法 以以工程地质参数工程地质参数为
14、准则的分级法为准则的分级法 以以弹性波速度弹性波速度为准则的分级法为准则的分级法 以以能量能量准则为岩石爆破性分级的准则准则为岩石爆破性分级的准则 以以岩石破坏时的临界速度岩石破坏时的临界速度为准则为准则 岩石岩石坚固坚固性性是是一个综合性的概念。它用来一个综合性的概念。它用来表示表示岩石破坏的难易程度岩石破坏的难易程度，即即不管外力的种类，也不管外力的是由何引起，不管外力的种类，也不管外力的是由何引起，岩石所体现出来的对外力岩石所体现出来的对外力的抵抗作用是趋于一致性的的抵抗作用是趋于一致性的。岩石坚固性系数（普氏系数）定义为：岩石坚固性系数（普氏系数）定义为：f f=c c/100/100
15、式中式中f f岩石坚固性系数（普氏系数）；岩石坚固性系数（普氏系数）；c c岩石单轴抗压强度，岩石单轴抗压强度，MPaMPa。(1)(1)按岩石坚固性分级按岩石坚固性分级前苏联学者普洛吉亚柯夫于20世纪20年代提出的。这种分级根据岩石单轴抗压强度值确定岩石坚固性系数，并按岩石的坚固性系数将岩石分为十个等级。表4-4普氏岩石分级表等级坚实程度岩 石 名 称容重（kg/m3）极限抗压强度（MPa）f值非常坚实最坚实，致密，强韧的石英岩及玄武岩，非常坚实的其它岩石2800300020020很坚实很坚实的花岗岩类，石英斑岩，很坚实的花岗岩，硅质页岩，石英岩，最坚实的砂岩，石灰岩260027001501
16、5坚实致密的花岗岩和花岗岩类，很坚实的砂岩和石灰岩，石英矿脉，坚实的砾岩，很坚实的铁矿2500260010010a坚实石灰岩（坚实），不坚实的花岗岩，坚实的大理岩，白云岩，黄铁矿2500808尚坚实普通砂岩，铁矿2400606a尚坚实砂质页岩，页状砂岩2300505中等坚实的砂质页岩，不坚实的砂质岩和石灰岩，软的砾岩24002800404a中等各种页岩（不坚实），致密的泥灰岩24002600303尚软软质页岩，极软石灰岩，白垩，岩盐，石膏，冻土，破碎砂岩，胶结的卵石与砾石，石质土壤2200260020152a尚软碎石土壤，破碎页岩，卵石与碎石的交互层，硬化粘土220024001.5软粘土（致密
17、），粘土类土壤200022001.0a软轻型沙质粘土，黄土，砾石180020000.8普氏岩石坚固性系数分级方法在工程爆破中被广泛采用。但是这种方法忽视了各岩石特性的特殊性和差异性，因此有一定的误差，显得有些片面和笼统如坚硬（强度高）但节理裂隙发育，完整性差的岩体，普氏系数大，但实际不难爆。(2)(2)前苏联库图佐夫前苏联库图佐夫 岩石爆破性分级方法岩石爆破性分级方法（多种指标）（多种指标）(3)(3)东北大学岩石分级法东北大学岩石分级法东北大学综合考虑了爆破材料、工艺、参数等条件，进行了爆破漏斗实验和声波测定，根据爆破漏斗的体积、大块率、小块率、平均合格率和波阻抗等大量实验数据，运用数理统计
18、多元回归分析及电算处理，得出了岩石可爆性指数f的公式：式中：f为岩石可爆性指数；kd为大块率,%;kx为小块率,%；kp为平均合格率,%；c为岩石波阻抗，g/(cm2s)105。)(ln75.489.144.3803.242.722.67xpvdkkeckef并按f值的大小将岩石划分为五级，见表4-5。表4-5东北大学岩石可爆性分级级别f爆破性程度代表性岩石II1I286极难爆矽卡岩、花岗岩、矿体浅色砂岩、石英片岩其它分级方法其它分级方法 a.铁路隧道工程分级法我国铁路隧道围岩分类法(该方法的特点是考虑岩石强度、岩体破碎程度、地下水、风化程度等因素)为基础，增加了K1(完整性系数)、Jv(体积
19、节理数(条/m3)、RQD(岩石质量指标()、Is(岩石点荷载强度(MPa)、Vpm(岩体声波或地震波纵波速度(m/s)等定量指标，又有工程地质条件的定性描述，提出了以岩体质量数(RMQ)作为划分岩体级别的主要综合定性指标的新方案。按RMQ值的多少将隧道岩体分为五级。b.苏氏岩石分级方法前苏联苏哈诺夫认为用不同方式破岩时,由于破岩机理不同,岩石表现的坚固性也未必趋于一致。所以他根据实际采用的采掘方法,并规定理论标准条件下的钻速、单位耗药量等对岩石进行分级,以表征岩石的坚固性,还给出了非标准条件下的修正系数。普氏强调各种破岩方式的共性、同一性，而苏氏强调个性、差异性。苏氏岩石分级方法虽然现场可自
20、行测定，但因其过于烦琐而很少采用。c.c.哈努卡耶夫岩石分级方法哈努卡耶夫岩石分级方法前苏联的哈努卡耶夫根据岩石的弹性纵波速度是前苏联的哈努卡耶夫根据岩石的弹性纵波速度是岩石的动态属性，可以作为岩石物理力学性质的岩石的动态属性，可以作为岩石物理力学性质的综合量度，又可以观测裂隙的影响，提出了综合量度，又可以观测裂隙的影响，提出了岩石岩石波阻抗波阻抗是岩石可爆性分级的依据。是岩石可爆性分级的依据。d.d.利文斯顿爆破漏斗岩石分级方法利文斯顿爆破漏斗岩石分级方法美国的利文斯顿认为，能量准则是研究岩石破坏美国的利文斯顿认为，能量准则是研究岩石破坏的根本准则，它最能反映消耗能量的大小和爆破的根本准则，
21、它最能反映消耗能量的大小和爆破效果的好坏，从而也能表征岩石的可爆性效果的好坏，从而也能表征岩石的可爆性。岩石岩石可钻性可钻性是表示是表示钻凿炮孔难易程度钻凿炮孔难易程度的一种的一种岩石坚固性岩石坚固性指标。指标。国外有用岩石抗压强度、普氏坚固性系数、点荷载强度、岩国外有用岩石抗压强度、普氏坚固性系数、点荷载强度、岩石的侵入硬度等作为可钻性指标的。石的侵入硬度等作为可钻性指标的。东北工学院根据多年的研究，于东北工学院根据多年的研究，于19801980年提出以年提出以凿碎比能凿碎比能（冲冲击凿碎单位体积岩石所耗之能量击凿碎单位体积岩石所耗之能量）作为判据来表示岩石的）作为判据来表示岩石的可可钻性钻
22、性。这种可钻性分级方法简单实用，便于掌握，现场、实。这种可钻性分级方法简单实用，便于掌握，现场、实验室均可测定验室均可测定（3030多年过去，研究进展不大多年过去，研究进展不大）。岩石可钻性分级表可用于钻孔凿岩时指导钻及类型选择、钻岩石可钻性分级表可用于钻孔凿岩时指导钻及类型选择、钻进效率预测和作业消耗、劳动生产定额的编制进效率预测和作业消耗、劳动生产定额的编制1 1 岩石性质与分级岩石性质与分级可钻性可钻性（补充）（补充）特制凿岩器冲击特制凿岩器冲击岩样，冲击岩样，冲击480次次后测量后测量冲击深度冲击深度，计算计算 凿碎比功凿碎比功凿凿碎碎比比能能 可可钻钻性性分分级级法法在实际钻进过程中
23、，在一定的技术条件下，测定出的各种岩在实际钻进过程中，在一定的技术条件下，测定出的各种岩石的钻进速度，通称为岩石的可钻性石的钻进速度，通称为岩石的可钻性。岩心钻探岩心钻探时岩石的可钻性分级如下：时岩石的可钻性分级如下：一级：松散土一级：松散土（可钻性：（可钻性：7.50 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：2.80 m/次次）二级：较软松散岩（可钻性：二级：较软松散岩（可钻性：4.00 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：2.40 m/次次）三级：软岩（可钻性：三级：软岩（可钻性：2.45 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：2.00 m/次次）四级：稍软岩（可钻性：四级：稍软岩（可钻性：1.
24、60 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：1.70 m/次次）五级：稍硬岩（可钻性：五级：稍硬岩（可钻性：1.15 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：1.50 m/次次）六级：中硬岩（可钻性：六级：中硬岩（可钻性：0.82 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：1.30 m/次次）七级七级:中硬岩（可钻性：中硬岩（可钻性：0.57 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：1.10 m/次次）八级八级:硬岩（可钻性：硬岩（可钻性：0.38 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：0.85 m/次次）九级九级:硬岩（可钻性：硬岩（可钻性：0.25 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：0.65 m/次次）十
25、级：坚硬岩（可钻性：十级：坚硬岩（可钻性：0.15 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：0.50 m/次次）十一级：坚硬岩十一级：坚硬岩（可钻性：（可钻性：0.09 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：0.32 m/次次）十二级：最坚硬岩（可钻性：十二级：最坚硬岩（可钻性：0.045 m/h，一次提钻长度：一次提钻长度：0.16 m/次次）岩体结构岩体结构-结构体与结构面结构体与结构面岩体结构面产状岩体结构面产状结构面性质结构面性质地质构造地质构造2 地质构造基本概念 问题一、岩体的结构问题一、岩体的结构 岩体结构(rock mass structure)指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。
26、基本的岩体结构单元有两类四种：X节理节理结构发育的岩体结构发育的岩体结构体指岩体中被结构面切割围限的岩石块体。它不同于岩块的概念。结构体的规模取决于结构面的密度，与结构面对应，划分为五级。结构体规模常用块度模数（单位体积内级结构体数)或结构体体积来表示。结构体常见的形状：柱状、板状、楔形、菱形岩体结构类型 根据结构面对岩体力学性质和围岩稳定性的影响，工程地质学将岩体划分为4种结构类型：整体与块状结构 层状结构 碎裂状结构 散体状结构 以原生构造节理为主，只具有少量贯穿性较好的节理裂隙，多呈闭合型，裂隙结构面间距大于0.7m，一般不超过12组，基本无危险结构面组成的落石掉块，偶有少量分离体。整体
27、性好，强度高，结构面互相牵制，岩体稳定，可视为均质弹性各向同性体，可能发生的岩土工程问题为不稳定结构体的局部滑动或坍塌，以及深埋洞室的岩爆。主要为均质、巨块状岩浆岩、变质岩，巨厚层、厚层沉积岩、正变质岩、块状岩浆岩、变质岩；主要结构形状为巨块状、块状、柱状。1 整体与块状结构整体与块状结构有层理、片理、节理，常有层间错动。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，可能发生不稳定结构体滑塌，特别是岩层的弯张破坏及软弱岩层的塑性变形。主要为多层近似平行的薄层及中厚层状沉积岩、副变质岩；主要结构形状为层状、板状、透镜体。2 层状结构层状结构 含镶嵌结构、
28、层状碎裂结构和碎裂结构；主要结构形状为块状；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，结构面组数一般在2组以上。完整性很差，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。可能发生规模较大的岩体失稳，地下水问题。3 碎裂结构碎裂结构主要为构造影响剧烈的断层破碎带，强风化带，全风化带；主要结构形状为碎屑状、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，可能发生的岩土工程问题为易引起规模较大的岩体失稳，地下水量加剧，岩体失
29、稳。岩体结构面岩体结构面成因与类型：类型：岩体成岩过程、特别是成岩后，长期受岩体成岩过程、特别是成岩后，长期受地壳内力、外力地质地壳内力、外力地质作用作用，使岩石发生，使岩石发生变形、断裂、内部结构变形、断裂、内部结构改变，形成各种改变，形成各种结结构面构面。问题问题二、结构面的成因与类型二、结构面的成因与类型(一一)地质成因类型地质成因类型1.1.原生结构面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
30、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。(二二)力学成因类型力学成因类型1 1、张性结构面、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,易被充填,常含水丰富，导水性强2 2、剪性结构面、剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑移，如逆断层、
31、平移断层以及多数正断层等。特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等。（三）、结构面的规模级 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；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
32、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，主要影响岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。（三）、结构面的规模原生结构面：原生结构面：岩石形成过程中产生的结构面如：岩石形成过程中产生的结构面如：沉积岩沉积岩建造中的：层理、层面、沉积间断面（不整建造中的：层理、层面、沉积间断面（不整合面及假整合面）、沉积软弱夹层；合面及假整合面）、沉积软弱夹层；岩浆岩建造中的：岩浆岩建造中的：流动面、冷缩形成的原生裂隙；流动面、冷缩形成的原生裂隙；侵入体与围岩的接触面、间歇性喷发面、喷发覆盖侵入体与围岩的接触面、间歇性喷发面、喷发覆盖形成的潜伏软弱层；形
33、成的潜伏软弱层；变质岩建造中的：变质岩建造中的：片理、板理、片麻理、混合岩层片理、板理、片麻理、混合岩层面等。面等。2 岩体结构特征结构面 问题三、结构面产状问题三、结构面产状/岩层产状岩层产状岩体结构面在空间的位置状态称做岩体结构面的产状，通常用走向、倾向、倾角三个要素来表示，称为。走向走向倾斜岩层层面与水平面交线的方向。倾向倾向岩层层面上与走向线垂直的向下倾斜线的方向，倾向与走向相差90。1.1.倾角倾角岩层倾斜的角度。水平面水平面abdce ab-走向线走向线 ce-倾斜线倾斜线 cd-倾向倾向 -倾角倾角 走向走向 岩层面与水平面的交线即走向线两端所指的岩层面与水平面的交线即走向线两端
34、所指的方向。方向。（两个方位角，相差两个方位角，相差180180）产状要素产状要素倾向倾向 垂直于走向线沿层面向下所引的直线（倾垂直于走向线沿层面向下所引的直线（倾斜线）在水平面上的投影所指方向。斜线）在水平面上的投影所指方向。走向走向 =倾向倾向 90 90倾角倾角 岩层面与水平面的夹角。岩层面与水平面的夹角。(0 09090）方位角表示法方位角表示法：以正北(N)为0，按顺时针方向旋转，到正东(E)为90，正南(S)为180，正西(W)为270，再转到正北为360。方位角表示法一般记倾向和倾角，记成倾向倾角。如如1301303030表示岩层的产状为：倾向表示岩层的产状为：倾向130130，
35、倾角，倾角3030。产状表示法产状表示法1351353030（倾向倾向、倾角倾角）135N30方位角法方位角法0文字表示法文字表示法象限角表示法象限角表示法：把全方位分成北东(NE)、南东(SE)、北西(NW)和南西(SW)四个象限，按走向和倾向、倾角所在象限的位置和角度来表示。岩层产状岩层产状N40N40W SW35W SW35，表示，表示岩层走向北偏西岩层走向北偏西4040，倾向南西，倾角，倾向南西，倾角3535 。产状表示法产状表示法4530NWSEN45E30SE（走向走向、倾角倾角、倾向象限倾向象限）90270象限角法象限角法文字表示法文字表示法0180问题四、地质构造的类型与特征问
36、题四、地质构造的类型与特征地质构造地质构造：指地质体（岩层、岩体、矿体：指地质体（岩层、岩体、矿体等）存在的空间形式、状态及相互关系，是等）存在的空间形式、状态及相互关系，是地壳运动所造成的岩石（或矿体）变形、变地壳运动所造成的岩石（或矿体）变形、变位等现象。位等现象。表现主要形式表现主要形式：单斜岩层、褶皱构造、断单斜岩层、褶皱构造、断裂构造裂构造水平岩层水平岩层A A 单斜岩层单斜岩层倾斜岩层倾斜岩层a3、直立岩层受构造运动的影响，岩层原始水平状态发生剧烈变化，岩层面与水平面垂直，称为直立岩层。褶皱构造褶皱构造岩层受到岩层受到构造构造应力应力的的强烈强烈作用作用后后,形形成一系列成一系列波
37、状弯曲波状弯曲而而未丧失连续性未丧失连续性的构造。的构造。B B 褶皱构造褶皱构造 褶皱形成过程褶皱形成过程老老新新新新 背斜背斜 向斜向斜 老老新新老老地形倒置：地形倒置：向斜成山，背斜成谷。向斜成山，背斜成谷。向斜和背斜剖面示意图向斜和背斜剖面示意图轴面轴面通过褶皱核部，平分通过褶皱核部，平分褶皱的一个假想面。褶皱的一个假想面。轴线轴线轴面和包括地面在轴面和包括地面在内的任何面的交线内的任何面的交线轴面轴面轴线轴线核核翼翼翼翼核部核部泛指褶皱弯曲的核心部位。泛指褶皱弯曲的核心部位。翼部翼部泛指褶皱核部两侧的岩层。泛指褶皱核部两侧的岩层。褶皱分类 根据褶曲根据褶曲轴面产状轴面产状，结合，结合
38、两翼产状两翼产状特点，可特点，可将褶曲分为：将褶曲分为：直立褶曲直立褶曲 倾斜褶曲倾斜褶曲 倒转褶曲倒转褶曲 平卧褶曲平卧褶曲核核翼翼翼翼直立褶曲直立褶曲轴面倾斜，两轴面倾斜，两翼向同一方向倾翼向同一方向倾斜，有一翼地层斜，有一翼地层层序倒转。层序倒转。倒转褶曲倒转褶曲轴面近于水平，轴面近于水平，一翼地层正常，一翼地层正常，另一翼地层层序另一翼地层层序倒转。倒转。平卧褶曲平卧褶曲岩层在构造应力的长期作岩层在构造应力的长期作用下，岩层连续性被破坏，用下，岩层连续性被破坏，岩层中产生破裂面，为岩层中产生破裂面，为断断裂构造裂构造。常见的断裂构造有常见的断裂构造有节节理理构造和构造和断层断层构造。构
39、造。C、断裂构造节理构造节理构造 断裂两侧的岩断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面层或岩体沿破裂面断开，但没有发生断开，但没有发生明显的相对位移的明显的相对位移的断裂构造称节理构断裂构造称节理构造。造。构造节理构造节理 南京东郊湖山地区南京东郊湖山地区 三叠系下青龙组石灰岩三叠系下青龙组石灰岩节理构造节理构造断层构造断层构造 断裂两侧的岩层或断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，岩体沿破裂面断开，并且发生明显的相对并且发生明显的相对位移的断裂构造称断位移的断裂构造称断层构造。层构造。断层的形态分类断层的形态分类按断层两盘相对位移的特点可分为：按断层两盘相对位移的特点可分为：正断层、逆断层、平移断层、枢纽断
40、层等正断层、逆断层、平移断层、枢纽断层等类型。类型。正断层正断层：断层上盘沿断层断层上盘沿断层面倾斜线相对向下面倾斜线相对向下移动，下盘相对向移动，下盘相对向上移动。上移动。逆断层：断层上盘沿断层面倾斜线相对向上移动，逆断层：断层上盘沿断层面倾斜线相对向上移动，下盘相对向下移动下盘相对向下移动。3)平移断层平移断层断层的两盘断层的两盘沿断层面的沿断层面的走向发生移走向发生移动的断层。动的断层。地垒和地堑地垒和地堑叠瓦状构造叠瓦状构造阶梯状构造阶梯状构造5.3 地质条件对爆破的影响地质条件对爆破的影响一、岩性（岩石种类）对爆破设计的影响一、岩性（岩石种类）对爆破设计的影响爆破设计中，设计计算中的
41、参数选择与岩性有密切关系：爆破设计中，设计计算中的参数选择与岩性有密切关系：炸药品种的选择；炸药品种的选择；炸炸药药单耗单耗；进行爆破漏斗及方量计算时的压缩圈系数、上破裂进行爆破漏斗及方量计算时的压缩圈系数、上破裂线系数、预留保护层厚度系数、药包间排距系数；线系数、预留保护层厚度系数、药包间排距系数；各种岩石的爆后松散系数，抛掷堆积计算的抛距系各种岩石的爆后松散系数，抛掷堆积计算的抛距系数和塌散系数；数和塌散系数；爆破安全计算中的不逸出半径、地表破坏圈范围，爆破安全计算中的不逸出半径、地表破坏圈范围，以及爆破振动计算中的有关系数等等。以及爆破振动计算中的有关系数等等。二、地质构造和岩体结构对爆
42、破的影响二、地质构造和岩体结构对爆破的影响断层断层主要影响主要影响爆破漏斗爆破漏斗的形状，破裂的形状，破裂线往往受到断层面走向的控制。线往往受到断层面走向的控制。层理层理与断层不同，它有许多平行的面，与断层不同，它有许多平行的面，除一些泥夹层外，一般是平整和闭合除一些泥夹层外，一般是平整和闭合的。的。褶曲褶曲的层理面是弯曲的，岩层一般比的层理面是弯曲的，岩层一般比较破碎，对爆破作用的影响主要表现较破碎，对爆破作用的影响主要表现在在破碎性破碎性上。上。节理、裂隙、片理、劈理节理、裂隙、片理、劈理对爆破作用对爆破作用的影响取决于它们的发育程度、张开的影响取决于它们的发育程度、张开度、组数与频率，以
43、及产状与爆破作度、组数与频率，以及产状与爆破作用的关系。用的关系。应力集中作用应力集中作用应力波的反射增强作用应力波的反射增强作用能量吸收作用能量吸收作用泄能作用泄能作用楔入作用楔入作用改变破裂线作用改变破裂线作用结构面对爆破的影响结构面对爆破的影响1.1.应力集中作用应力集中作用：由于软弱带或软弱面的存在，使岩石的由于软弱带或软弱面的存在，使岩石的连续性遭到破坏。当岩石受力时，岩石便从强度最小的软弱连续性遭到破坏。当岩石受力时，岩石便从强度最小的软弱带或软弱面处首先裂开，在裂开的过程中，在裂缝尖端发生带或软弱面处首先裂开，在裂开的过程中，在裂缝尖端发生应力集中应力集中。因此，因此，在岩石中软
44、弱面较发育的爆破地区，其单在岩石中软弱面较发育的爆破地区，其单位耗药量位耗药量K应该予以降低。应该予以降低。结构面对爆破的影响结构面对爆破的影响2.2.应力波的反射增强作用应力波的反射增强作用：软弱带的密度、弹性模量和软弱带的密度、弹性模量和纵波速度均比两侧岩石的值小，当波传至两者的界面处，便纵波速度均比两侧岩石的值小，当波传至两者的界面处，便发生反射，反射回去的波与随后继续传来的波相叠加，当其发生反射，反射回去的波与随后继续传来的波相叠加，当其同相位时，应力波便会增强，使软弱带迎波一侧岩石的破坏同相位时，应力波便会增强，使软弱带迎波一侧岩石的破坏加剧。加剧。3.3.能量吸收作用能量吸收作用：
45、由于界面的反射作用和软弱带介质的由于界面的反射作用和软弱带介质的压缩变形与破裂，使软弱带背波侧应力波因能量被吸压缩变形与破裂，使软弱带背波侧应力波因能量被吸收而减弱收而减弱，可保护其背波侧的岩石，使其破坏减轻。可保护其背波侧的岩石，使其破坏减轻。4.4.泄能作用泄能作用：当软弱带或软弱面穿过爆源通向临空面，当软弱带或软弱面穿过爆源通向临空面，且由爆源到临空面间软弱带或软弱面的长度小于爆破且由爆源到临空面间软弱带或软弱面的长度小于爆破药包最小抵抗线药包最小抵抗线W的某个倍数时，炸药的能量便可以的某个倍数时，炸药的能量便可以“冲炮冲炮”或其他形式泄出，使爆破效果明显降低。或其他形式泄出，使爆破效果
46、明显降低。5.5.楔入作用楔入作用：由于高温高压气体的膨胀，沿岩体软弱由于高温高压气体的膨胀，沿岩体软弱带高速侵入，使岩体沿软弱发生楔形块裂破坏。带高速侵入，使岩体沿软弱发生楔形块裂破坏。6.6.改变破裂线作用改变破裂线作用：当爆破漏斗范围存在较大的结构当爆破漏斗范围存在较大的结构面（如断层面、层理面等），面（如断层面、层理面等），由于由于结构面的结构面的存在存在，将会将会改变爆破漏斗形状改变爆破漏斗形状、影响漏斗形状大小，减少影响漏斗形状大小，减少或增加爆破方量，不能达到预定的抛掷方向和堆积或增加爆破方量，不能达到预定的抛掷方向和堆积集中程度。集中程度。三、结构面三、结构面对爆破岩块的破裂特
47、征和块度影响对爆破岩块的破裂特征和块度影响爆破时岩体的破裂面是爆破时岩体的破裂面是沿沿岩体本身的岩体本身的结构面形成的结构面形成的石灰岩、板岩、片岩等层状岩层的层理或层面一般对爆破漏斗的形状，爆破力量、抛掷方向和抛掷距离等有一定影响药包最小抵抗线与层理面平行药包最小抵抗线与层理面平行，爆破时不改变抛掷方向，但减小爆破方量，即爆破效果降低，爆破漏斗不是圆锥形，而是沿层理面形成的方形坑。这种情况下，抛掷距离一般较远，有可能沿层理面发生冲炮。药包最小抵抗线与层理面垂直药包最小抵抗线与层理面垂直，爆破时不改变抛掷方向，但将扩大爆破土石方量，抛掷距离变小。图4-7 最小抵抗线与层理平行层理面与最小抵抗线
48、斜交时层理面与最小抵抗线斜交时，爆破抛掷方向将受到影响，爆破方量多数减少，有时也可增加。图4-8 最小抵抗线与层理斜交 爆后岩块的大小主要受结构面所控制爆后岩块的大小主要受结构面所控制三、地形对爆破的影响三、地形对爆破的影响地形是影响爆破作用与效果的重要因素地形是影响爆破作用与效果的重要因素。地形地形，就是爆破区域的地面坡度，临空面的形状、数目、山体的高低及冲沟分布等地形持征。地形对爆破方法选择、爆破破坏范围大小、岩块抛掷方向和距离、爆堆堆积形状和爆破后的清方工作，以及施工现场的布置等都均有直接的影响。1)地形对爆破岩土抛掷方向的影响地形决定了药包最小抵抗线的方向，爆破后岩土沿最小抵抗线方向抛
49、出。a为平直山坡，岩石主要沿最小抵抗线方向抛出；b为凸面山坡，发散抛射c是凹面山坡，定向集中抛射。2)地形对爆破岩土量的影响鼓包地形有利于爆破，爆破岩土量大，而山沟洼地由于地层夹制作用不利于爆破，爆破岩土量小。（3 3）地形影响临空面的形状和数目）地形影响临空面的形状和数目临空面的形状和数目影响炸药单耗指标，影响临空面的形状和数目影响炸药单耗指标，影响定向爆破的设计定向爆破的设计(a)WRR(b)WWRRR四、特殊地质条件对爆破的影响四、特殊地质条件对爆破的影响（1 1）：改变最小抵抗线的方向改变最小抵抗线的方向引起冲炮造成事故引起冲炮造成事故影响影响抛掷方向抛掷方向和方量和方量影响爆破效果影
50、响爆破效果增加爆破施工难度增加爆破施工难度炸药溶洞堵塞W2RR溶洞飞石ww图图4-4 溶洞对抛掷方向的影响溶洞对抛掷方向的影响 图图4-5溶洞对深孔爆破的影响溶洞对深孔爆破的影响 岩溶（含地下空洞）对爆破影响的控制岩溶（含地下空洞）对爆破影响的控制利用：作为导硐药室能避则避堵塞增加药量采用松动爆破采用炸药平衡爆破作用做好施工安全技术措施 l地下水对爆破施工的影响。地下水对爆破施工的影响。对炸药、雷管性能和效果有影响，这时需要对炸药、雷管采取防水保护措施，或采用防水炸药；对钻孔和装药、填塞施工方面的影响l地下水对爆破工程质量的影响及产生爆破灾害性地下水对爆破工程质量的影响及产生爆破灾害性事故。事
