1、岩石与岩体的区别 岩石 岩体：岩体是工程影响范围内的地质体，它包含有岩石块、层理、裂隙和断层等。3.5.1 岩石的主要物理力学性质岩石的主要物理力学性质1、岩石的主要物理性质指标2、岩石的主要力学性质指标3、影响岩石工程性质的因素 1、岩石的主要物理性质指标、岩石的主要物理性质指标 （1）比重比重：岩石固体岩石固体(不包括孔隙不包括孔隙)部分单位体积的重量。部分单位体积的重量。在数值上，等于岩石固体颗粒的重量与同体积的水在在数值上，等于岩石固体颗粒的重量与同体积的水在4时重时重量的比。其大小，决定于岩石中矿物的比重及其在岩石中的量的比。其大小，决定于岩石中矿物的比重及其在岩石中的相对含量。相对
2、含量。（2）重度重度(容重容重），），指岩石单位体积的重量，在数值上等指岩石单位体积的重量，在数值上等于岩石试件的总重量于岩石试件的总重量(包括孔隙中的水重包括孔隙中的水重)与其总体积与其总体积(包括孔包括孔隙体积隙体积)之比。其大小，决定于岩石中矿物的比重，岩石的孔之比。其大小，决定于岩石中矿物的比重，岩石的孔隙性及其含水情况。隙性及其含水情况。岩石孔隙中完全没有水存在时的重度，称为岩石孔隙中完全没有水存在时的重度，称为干重度干重度。其大小。其大小决定于岩石的孔隙性及矿物的比重。决定于岩石的孔隙性及矿物的比重。岩石中的孔隙全被水充满时的重度，称为岩石的岩石中的孔隙全被水充满时的重度，称为岩石
3、的饱和重度。饱和重度。一般来讲，重度大，说明岩石的结构致密、孔隙性小，岩石一般来讲，重度大，说明岩石的结构致密、孔隙性小，岩石 的强度和稳定性也比较高。的强度和稳定性也比较高。（3）岩石的孔隙性岩石的孔隙性 岩石的孔隙性，反映岩石中各种孔隙岩石的孔隙性，反映岩石中各种孔隙(包括细微的裂隙包括细微的裂隙)的发育程度，对岩石的强度和稳定性产生重要的影响。的发育程度，对岩石的强度和稳定性产生重要的影响。用孔隙度表示。用孔隙度表示。孔隙度孔隙度在数值上等于岩石中各种孔隙的在数值上等于岩石中各种孔隙的总体积与岩石总体积的比。用百分数表示。总体积与岩石总体积的比。用百分数表示。岩石孔隙度的大小，主要决定于
4、岩石的结构和构造，同岩石孔隙度的大小，主要决定于岩石的结构和构造，同时也受外力因素的影响。时也受外力因素的影响。（4 4）岩石的含水率岩石的含水率 岩石的含水率岩石的含水率（w，%）是试件在105110下烘干至恒量时所失去的水的质量（m0-ms,g）与试件干质量（ms，g）的比值，以百分数表示。（5 5）岩石的吸水性岩石的吸水性 岩石在一定的条件下吸收水分的能力称为岩石的吸水吸水性。性。表征岩石吸水性的指标有吸水率、饱和吸水率和吸水率、饱和吸水率和饱水系数饱水系数。岩石吸水率岩石吸水率（wa，%）是试件在大气压力和室温条件下吸入水的质量（m0-ms,g）与试件固体质量（ms，g）的比值，以百分
5、数表示；岩石饱和吸水率岩石饱和吸水率（wsa，%）是试件在强制状态下的最大吸水量（mpms，g）与试件固体质量（ms，g）的比值，以百分数表示。岩石饱水系数岩石饱水系数kw是指岩石吸水率与饱水率的比值，以百分数表示。一般岩石的饱水系数kw介于0.50.8之间。饱水系数对于判别岩石的抗冻性抗冻性具有重要意义。（6）岩石的软化性岩石的软化性 岩石受水作用后，强度和稳定性发生变化的性质称为岩石的软化性。指标是软化系数：等于岩石在饱和状态下的极限抗压强度和在风干状态下的极限抗压强度的比，用小数表示。其值越小，表示岩石在水作用下的强度和稳定性越差。软化系数小于0.75的岩石，认为是软化性强的岩石，工程性
6、质比较差。（7）岩石的抗冻性岩石的抗冻性 岩石孔隙中有水存在时，水一结冰，体积膨胀，就产生巨大的压力，由于这种压力的作用，会促使岩石的强度降低和稳定性破坏，岩石抵抗这种压力作用的能力，称为岩石的抗冻性。一般用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率表示。抗压强度降低率小于20%25%的岩石，认为是抗冻的，大于25%的岩石，认为是非抗冻性的。（8）岩石的膨胀性岩石的膨胀性 膨胀性膨胀性是指某些由黏土矿物组成的岩石浸水后，因黏土矿物具有较强的亲水性，致使岩石中颗粒间的水膜增厚，或者水渗入矿物晶体内部，从而引起岩石的体积或长度膨胀。表征岩石膨胀性的指标有岩石自由膨胀率、岩石侧向岩石自由膨胀率、岩石侧向约束
7、膨胀率和岩石膨胀压力约束膨胀率和岩石膨胀压力等。岩石自由膨胀率岩石自由膨胀率（VH）是岩石试件在浸水后产生的径向变形（D，mm）和轴向变形（H，mm）分别与岩石试件直径（D，mm）和高度（H，mm）之比，以百分数表示。岩石侧向约束膨胀率岩石侧向约束膨胀率（VHP）是岩石试件在有侧限条件下，轴向受有限荷载时，浸水后产生的轴向变形（H1，mm）与试件原高度（H，mm）之比，以百分数表示。岩石膨胀压力岩石膨胀压力（Ps，MPa）是岩石试件浸水后保持原体积不变所需的压力。（9）岩石的耐崩解性岩石的耐崩解性 岩石的崩解性岩石的崩解性是指由于吸水膨胀作用，致使岩石内部出现非均匀分布的应力，加之有的胶结物被
8、溶解掉，因而造成岩石中颗粒及其集合体分散。岩石耐崩解性指数岩石耐崩解性指数（Id2，%）是试件在经过干燥和浸水两个标准循环后，试件残留的质量（mr，g）与原质量（ms，g）之比，以百分数表示。岩石耐崩解性试验主要适用于黏土类岩石和风化岩石。岩石的主要物理性质指标岩石的主要物理性质指标（1）岩石的变形性质）岩石的变形性质 岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。1）弹性变形）弹性变形 岩石在外力作用下发生变形，当外力撤去后又恢复其原有的形状及体积的变形称为弹性变形弹性变形。2）塑性变形）塑性变形 岩石在超过其屈服极限外力作用下发生变形，当外力撤去后不能完全恢复其原
9、有的形状及体积的变形称为塑性塑性变形变形。3）黏性变形）黏性变形 岩石在外力作用下变形不能在瞬间完成，并且应变速率d/dt是应力的函数，即，应力随着应变速率d/dt的增大而增大，当外力撤去后不能恢复其原有形状及体积的 变形称为黏性变形黏性变形。2、岩石的主要力学性质指标、岩石的主要力学性质指标单轴压缩条件下岩石变形特征（曲线）单轴压缩条件下岩石变形特征（曲线）应力应力应变应变 单轴压缩条件下岩石变形特征（变形阶段划分）1）第一变形阶段为图中OA段曲线，属于微裂隙压密阶段微裂隙压密阶段，岩石中微裂隙在压力作用下逐渐被压密，岩石的应力应变曲线呈上凹形。2）第二变形阶段为图中AB段曲线，属于弹性变形
10、阶段弹性变形阶段，岩石中微裂隙进一步闭合及压密，孔隙被压缩，因而岩石的应力应变曲线为曲型的直线形式。曲线上B点所对应的应力e为弹性极限强度或比例极限。弹性极限强度或比例极限。3）第三变形阶段为图中BC段曲线，属于初级膨胀阶段初级膨胀阶段，岩石的应力应变曲线为略向下凹的曲线，该曲线上C点所对应的应力y为屈服极限屈服极限。4）第四变形阶段为图中CD段曲线，属于破坏阶段破坏阶段，岩石的应力应变曲线为较平缓的向下凹的曲线。曲线上D点所对应的应力Rc为峰值强度或单轴极限抗压强度峰值强度或单轴极限抗压强度。5）第五变形阶段为图中DE段曲线，属于峰值后的变形与峰值后的变形与 破坏阶段破坏阶段。曲线上E点所对
11、应的应力r为残余强度残余强度。岩石的变形指标 在弹性变形范围内，岩石的变形性能一般用弹性模量和泊桑比两个指标表示。弹性模量是应力和应变之比。单位“帕斯卡 Pa”。其值越大，变形越小，说明岩石抵抗变形的能力越高。岩石横向应变与纵向应变的比，称为岩石的泊桑比，用小数表示。泊桑比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越大。岩石的泊桑比一般在0.20.4之间。（2）岩石的强度）岩石的强度岩石的强度岩石的强度：岩石抵抗外力破坏的能力。1）岩石的抗压强度岩石的抗压强度 抗压强度抗压强度是指岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力。在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力。岩石抗压强度的大小，直接和岩石的结构和构
12、造有关，同时受矿物成分和岩石生成条件的影响，差别很大。岩石抗压强度一般是在压力机（材料试验机）上对岩石试件进行加压实验测定的。2）岩石的抗剪强度 抗剪强度抗剪强度（）指岩石抵抗剪切破坏的能力。抗剪强度指标是黏聚力c和内摩擦角。法向压应力 1）抗剪断强度抗剪断强度（s）：系指试样在一定的垂直压应力（）的作用下，被剪断时的最大剪应力，剪断前试样上没有剪断前试样上没有破裂面破裂面。2）抗剪强度：抗剪强度：是沿岩石裂隙面或软弱面等发生剪切滑动时的指标，其强度大大低于抗剪断强度。ctg 3）岩石的抗拉强度 岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度单轴抗拉强度，简称为抗
13、拉强度抗拉强度。岩石的抗拉强度远小于抗压强度。目前，常用劈裂法测定岩石抗拉强度。岩石抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。岩石越坚硬，其值相差越大，软弱的岩石差别较小。岩石的抗剪强度和抗压强度，是评价岩石(岩体)稳定性的指标，是对岩石(岩体)的稳定性进行定量分析的依据。岩石的力学性质指标岩石的力学性质指标3、影响岩石工程性质的因素影响岩石工程性质的因素（1）矿物成分）矿物成分 矿物分布均匀，高强度矿物在岩石的结构中形成牢固的骨架，岩石强度增高。在对岩石的工程性质进行分析和评价时，应注意那些可能降低岩石强度的矿物。如花岗岩中的黑云母含量是否过高，石灰岩、砂岩中粘土类矿物的含量是否过高等。（2
14、）结构结构 根据岩石的结构特征，可将岩石分为两类：一类是结晶联结的岩石；另一类是由胶结物联结的岩石。结晶联结结晶联结：矿物的结晶颗粒靠直接接触产生的力牢固地固结在一起，结合力强，孔隙度小，结构致密、容重大、吸水率变化范围小，比胶结联结的岩石具有较高的强度和稳定性。一般粗粒抗压强度小于细粒的。胶结联结胶结联结：其强度和稳定性主要决定于胶结物的成分和胶结的形式，同时也受碎屑成分的影响，变化很大。胶结联结的形式，有基底胶结、孔隙胶结和接触胶结三种。基底胶结的碎屑物质散布于胶结物中，碎屑颗粒互不接触。岩石孔隙度小，强度和稳定性完全取决于胶结物的成分。孔隙胶结的碎屑颗粒互相间直接接触，胶结物充填于碎屑间
15、的孔隙中，所以其强度与碎屑和胶结物的成分都有关系。接触胶结则仅在碎屑的相互接触处有胶结物联结，一般孔隙度都比较大、重度小、吸水率高、强度低、易透水。胶结的三种形式胶结的三种形式（a）基底胶结（b）空隙胶结（c）接触胶结（3）构造构造 构造对岩石物理力学性质的影响，主要是由矿物成分在岩石中分布的不均匀性，和岩石结构的不连续性所决定的。一些强度低、易风化的矿物，多沿一定方向富集，或成条带状分布，或者成为局部的聚集体，从而使岩石的物理力学性质在局部发生很大变化。由于存在着层理、裂隙和各种成因的孔隙，致使岩石结构的连续性与整体性受到一定程度的影响，从而使岩石的强度和透水性在不同的方向上发生明显的差异。
16、一般来说，垂直层面的抗压强度大于平行层面的抗压强度，平行层面的透水性大于垂直层面的透水性。（4）水水 岩石被水饱和后会使岩石的强度降低。当岩石受到水的作用时，水就沿着岩石中可见和不可见的孔隙、裂隙浸入。削弱矿物颗粒间的联结，使岩石的强度降低。当其他条件相同时，孔隙度大的岩石，被水饱和后其强度降低的幅度也大。水对岩石强度的影响，在一定程度内是可逆的。（5）风化风化 风化作用促使岩石的原有裂隙进一步扩大，并产生新的风化裂隙，使岩石矿物颗粒间的联结松散并使矿物颗粒沿解理面崩解。风化作用的这种物理过程，能促使岩石的结构、构造和整体性遭到破坏，孔隙度增大，重度减小，吸水性和透水性显著增高，强度和稳定性将
17、大为降低。岩体岩体是由结构面和结构体两部分组成的。是由结构面和结构体两部分组成的。结构面也称结构面也称不连续面不连续面，切割岩体的各种地质界面切割岩体的各种地质界面统称为统称为结构面结构面。它们是一些具有一定方向、延展较广、厚度较薄的二它们是一些具有一定方向、延展较广、厚度较薄的二维地质界面，如层面、沉积间断面、节理、断层等，维地质界面，如层面、沉积间断面、节理、断层等，也包括厚度较薄的也包括厚度较薄的软弱夹层软弱夹层。结构面在空间按不同组结构面在空间按不同组合，可将岩体切割成不同形状和大小的块体，这些被合，可将岩体切割成不同形状和大小的块体，这些被结构面所围限的岩块称为结构面所围限的岩块称为
18、结构体结构体。岩体的结构特征，岩体的结构特征，就是指岩体中结构面和结构体的形状、规模、性质及就是指岩体中结构面和结构体的形状、规模、性质及其组合关系的特征其组合关系的特征。3.5.2岩体的结构特征岩体的结构特征岩体结构示意图岩体结构示意图1)原生结构面原生结构面(1)沉积结构面沉积结构面沉积岩的层理、层面、沉积间断面及沉积软弱夹层等都属于沉积岩的层理、层面、沉积间断面及沉积软弱夹层等都属于沉积结构面沉积结构面。(2)(2)火成结构面火成结构面岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面，岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面，如流纹面、冷如流纹面、冷凝节理、侵入体与围岩的接触面及岩浆间歇喷溢所形成的
19、软凝节理、侵入体与围岩的接触面及岩浆间歇喷溢所形成的软弱接触面等弱接触面等。(3)(3)变质结构面变质结构面变质结构面可分为残留的变质结构面可分为残留的变余结构面变余结构面和和变成的重结晶结构面变成的重结晶结构面两种。两种。前者为沉积岩浅变质所具有，层面仍保留，但在层面前者为沉积岩浅变质所具有，层面仍保留，但在层面上有绢云母、绿泥石等鳞片状矿物密集并呈定向排列上有绢云母、绿泥石等鳞片状矿物密集并呈定向排列。重结重结晶结构面主要有片理和片麻理等。晶结构面主要有片理和片麻理等。一、结构面的成因类型一、结构面的成因类型玄武岩的玄武岩的原生柱状原生柱状裂隙裂隙沉积岩的层间裂隙2)构造结构面（内动力形成
20、的结构面）构造结构面（内动力形成的结构面）构造应力作用下，于岩体中形成的断裂面、错动面构造应力作用下，于岩体中形成的断裂面、错动面(带带)、破碎带的统称。破碎带的统称。包括包括节理、劈理、断层、层间剪切带等。节理、劈理、断层、层间剪切带等。3)次生结构面（次生结构面（外动力形成的结构面）外动力形成的结构面）主要是由主要是由风化作用、卸荷及人类活动所形成的结构面风化作用、卸荷及人类活动所形成的结构面，其共同特点是分布在地表或地表以下数十米的范围内。其共同特点是分布在地表或地表以下数十米的范围内。构造裂隙卸荷裂隙次生缝隙：地壳运动在岩体中形成的构造裂隙，风化和卸荷作用形成的裂隙。剪节理（剪切裂隙）
21、剪节理（剪切裂隙）岩体结构面类型及其特征岩体结构面类型及其特征河谷地区的卸荷裂隙河谷地区的卸荷裂隙(1)规模规模：结构面的规模大小相差悬殊。大者可延展数十公里，宽度可达数十米。规模小者延展仅数十厘米或数十米，甚至可以是很微小的不连续裂隙。(2 2)形态形态：结构面的形态有平直的、波状的，锯齿状的、台阶状的和不规则状的几种。它们影响抗剪强度。(3)方位方位：即结构面的产状。(4 4)密集程度（间距）密集程度（间距）：系指相邻结构面间的垂直距离，通常是指一组结构面的平均间距。(5 5)连通性连通性：指在一定空间范围内的岩体中，结构面在走向、倾向方向的连通程度。连通性越差，抗剪强度越强。二、结构面的
22、特征二、结构面的特征(6)结构面侧壁强度结构面侧壁强度：反映结构面经受风化的程度。(7)张开度张开度：指结构面两壁间的垂直距离。结构面的张开度通常不大，一般小于1mm。通常将张开度分成下述四级：闭合的小于0.2mm；微张的为0.21.0mm；张开的为1.05.0mm；宽张的大于5.0mm。(8)(8)充填物充填物：结构面内常见的充填物有砂、粘土、角砾、岩屑及硅质、钙质、石膏质沉淀物。(9)(9)节理组数节理组数：节理组数的多少，决定了岩石块体的大小及岩体的结构类型。(10)(10)块体大小块体大小：由数组结构面切割而成的岩石块体，一般称为结构体。结构面分级分级分级间距（间距（m）20.520.
23、10.5 0.1描述描述不发育不发育较发育较发育发育发育极发育极发育完整性完整性完整完整块状块状碎裂碎裂破碎破碎节理间距与完整性的关系节理间距与完整性的关系结构面的贯通性结构面的贯通性三三 结构体的形状结构体的形状块体描述块体描述巨型块体巨型块体大块体大块体中等块体中等块体小块体小块体碎块体碎块体体积节理数体积节理数(裂隙数裂隙数/m3)30 结构体的大小，采用结构体的大小，采用体积裂隙数体积裂隙数Jv表示，其定义表示，其定义是单位体积通过的总节理数是单位体积通过的总节理数(裂隙数裂隙数/m3)。根据体积节。根据体积节理数，对块体大小进行分类。理数，对块体大小进行分类。岩石块体大小分类岩石块体
24、大小分类四、软弱夹层四、软弱夹层软弱夹层软弱夹层是指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥是指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较广和厚度较薄质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较广和厚度较薄的的软弱岩层软弱岩层。包括：包括：岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型及泥岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型及泥型型（GB50287-99,附录附录D)等。等。泥化夹层的形成条件泥化夹层的形成条件：物质基础、构造作用、地下：物质基础、构造作用、地下水的作用。水的作用。五、岩体结构类型五、岩体结构类型岩体结构类型示意图岩体结构类型示意图港口工程地质勘察规范港口工程地质勘察规范的岩体结构分类
25、方的岩体结构分类方案：整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂案：整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构、散体结构等。状结构、散体结构等。不同结构类型岩体的工程地质性质：不同结构类型岩体的工程地质性质：1)整体块状结构岩体整体块状结构岩体 整体块状结构岩体结构面稀疏、延展性差、结构体块度大且常为硬质岩石，故整体强度高、变形模量、承载能力与抗滑能力均较高，抗风化能力一般也较强，所以这类岩体具有良好的工程地质性质。2)层状结构岩体层状结构岩体 层状结构岩体中结构面以层面与不密集的节理为主，结构面多闭合微张状、一般风化微弱、结合力一般不强，结构体块度较大且保持着母岩岩块性质，故这类岩体总体变形模量和
26、承载能力均较高。但应注意层间错动面或软弱夹层的存在。3)碎裂结构岩体碎裂结构岩体 碎裂结构岩体中节理、裂隙发育、常有泥质充填物质，结合力不强，其中层状岩体常有平行层面的软弱结构面发育，结构体块度不大，岩体完整性破坏较大。4)散体结构岩体散体结构岩体 散体结构岩体节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，岩石手捏即碎，属于碎石土类，可按碎石土类研究。一、岩体的变形特征一、岩体的变形特征单轴压缩条件下岩石变形特征（变形阶段划分）单轴压缩条件下岩石变形特征（变形阶段划分）1 1）第一变形阶段为图中）第一变形阶段为图中OA段曲线，属于段曲线，属于微裂隙压微裂隙压密阶段密阶段;2;2）第二变形阶段为图中）第二变形
27、阶段为图中ABAB段曲线，属于段曲线，属于弹性变形阶段弹性变形阶段;3）第三变形阶段为图中）第三变形阶段为图中BCBC段曲线，段曲线，属于属于初级膨胀阶段初级膨胀阶段;4）第四变形阶段为图中）第四变形阶段为图中CD段段曲线，属于曲线，属于破坏阶段破坏阶段;5）第五变形阶段为图中）第五变形阶段为图中DE段曲线，属于段曲线，属于峰值后的变形与破坏阶段峰值后的变形与破坏阶段。变形指标：变形模量变形指标：变形模量E0、静弹性模量静弹性模量Ee、动弹性模动弹性模量量Ed。3 岩体的主要力学特性岩体的主要力学特性略岩石、岩体的应力应变曲线岩石、岩体的应力应变曲线岩体压力变形曲线的三种基本类型岩体压力变形曲
28、线的三种基本类型二、岩体的流变特征二、岩体的流变特征蠕变蠕变：指在应力一定的条件下指在应力一定的条件下,变形随时间的持续而逐渐增变形随时间的持续而逐渐增长的现象长的现象；松弛松弛：变形保持一定时，应力随时间的增长而逐变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。渐减小的现象。长期强度长期强度：出现蠕变破坏的最低应力值。出现蠕变破坏的最低应力值。1.平直光滑无充填结构面的抗剪强度平直光滑无充填结构面的抗剪强度 =tan2.粗糙起伏无充填结构面的抗剪强度粗糙起伏无充填结构面的抗剪强度(1)当法向应力较小时当法向应力较小时,存在所谓的爬坡效应存在所谓的爬坡效应 =tan(b+i)式中式中:b为结
29、构面的基本摩擦角为结构面的基本摩擦角,i为齿面的起伏角。为齿面的起伏角。(2)当法向应力较大时当法向应力较大时,将剪断锯齿将剪断锯齿 =tan+c由上两式相等由上两式相等,可求得剪断时的法向应力可求得剪断时的法向应力:T=c/tan(b+i)-tan三、岩体结构面的抗剪强度三、岩体结构面的抗剪强度对于不规则起伏的结构面对于不规则起伏的结构面,据据N.R.Barton:=tanJRClog(JCS/)+b式中式中:JRC为结构面的粗糙度系数为结构面的粗糙度系数,从平滑从平滑到最粗糙取到最粗糙取020,JCS为结构面两侧岩石为结构面两侧岩石的抗剪强度。的抗剪强度。3.有充填无结构面的抗剪强度有充填
30、无结构面的抗剪强度有充填无结构面的抗剪强度有充填无结构面的抗剪强度,主演取决于充主演取决于充填物的成分结构厚度及充填程度等。填物的成分结构厚度及充填程度等。四四、脆性与塑性破坏岩体的剪应力剪位移曲线、脆性与塑性破坏岩体的剪应力剪位移曲线岩体的破坏机制岩体的破坏机制4岩体的天然应力状态岩体的天然应力状态地应力，也叫初始应力地应力，也叫初始应力，指工程施工前存在于岩指工程施工前存在于岩体中的应力。体中的应力。一、天然应力的组成一、天然应力的组成.自重应力自重应力;.构造应力：由构造运动产生的地应力构造应力：由构造运动产生的地应力;3.剩余应力（风化剥蚀后）及变异应力等。剩余应力（风化剥蚀后）及变异
31、应力等。二、天然应力的分布规律二、天然应力的分布规律1.三向不等空间应力场；三向不等空间应力场；2.水平应力与垂直应力的关系；水平应力与垂直应力的关系；3.水平应力的方向性；水平应力的方向性；4.河谷地区应力场河谷地区应力场。水平应力与垂直水平应力与垂直应力的平均关系应力的平均关系河谷地区地应力场（二滩水电站附近）河谷地区地应力场（二滩水电站附近）三、地应力的测量方法三、地应力的测量方法1.应力解除法和应力恢复法测地应力布置图应力解除法和应力恢复法测地应力布置图(1)应力恢复法应力恢复法是在岩体表面或地下洞室围岩表面预先布置好测量元件，是在岩体表面或地下洞室围岩表面预先布置好测量元件，当其旁边
32、开槽解除岩体中的应力时，测量元件读数便发当其旁边开槽解除岩体中的应力时，测量元件读数便发生变化。再把平面扁千斤顶放人槽内加压，使测量元件生变化。再把平面扁千斤顶放人槽内加压，使测量元件恢复到原来状态，恢复到原来状态，此时千斤顶的应力就是垂直槽壁方向此时千斤顶的应力就是垂直槽壁方向的应力。的应力。(2)应力解除法应力解除法1)孔壁应变法。孔壁应变法。是借助粘贴在钻孔孔壁上的电阻应变片，测量套孔应力是借助粘贴在钻孔孔壁上的电阻应变片，测量套孔应力解除前后所得的孔壁表面应变变化，据弹性理论计算岩解除前后所得的孔壁表面应变变化，据弹性理论计算岩体中某一点的三向应力的方法。体中某一点的三向应力的方法。所
33、谓所谓套孔套孔，是指同心而，是指同心而不同直径的两个钻孔。先钻较小直径的内孔，将岩心取不同直径的两个钻孔。先钻较小直径的内孔，将岩心取出，后钻较大直径的外孔，环切一圈形成环形槽，从而出，后钻较大直径的外孔，环切一圈形成环形槽，从而使岩心使岩心(中间为内孔中间为内孔)与周围岩体分离。与周围岩体分离。2)孔径变形法孔径变形法是通过测试安装在钻孔内的孔径变形计，量测套钻是通过测试安装在钻孔内的孔径变形计，量测套钻解除前后所得的钻孔孔径变化，来计算岩体内某一解除前后所得的钻孔孔径变化，来计算岩体内某一点应力的方法。点应力的方法。测求岩体某一点的空间应力，应采测求岩体某一点的空间应力，应采用三个钻孔作交
34、会测试。用三个钻孔作交会测试。3)孔底应变法孔底应变法是通过测试在铅直孔孔底粘贴应变片，量测套钻解是通过测试在铅直孔孔底粘贴应变片，量测套钻解除前后所得的岩心应变，来计算岩体内某一点应力除前后所得的岩心应变，来计算岩体内某一点应力的方法。的方法。测求岩体某一点的空间应力，应采用三个测求岩体某一点的空间应力，应采用三个钻孔作交会测试。钻孔作交会测试。是在钻孔内用两个可膨胀的橡胶封隔器将钻孔的试是在钻孔内用两个可膨胀的橡胶封隔器将钻孔的试验段隔离开来，施加水压，通过测量验段隔离开来，施加水压，通过测量(在试验水平在试验水平面面)岩石的裂隙产生传播、保持和重新开裂所需的岩石的裂隙产生传播、保持和重新
35、开裂所需的水压力，来确定垂直于钻孔平面最大、最小主应力水压力，来确定垂直于钻孔平面最大、最小主应力的方法。的方法。它们的方向，一般通过观测和测量由水压它们的方向，一般通过观测和测量由水压力导致钻孔壁面的裂隙的方位获得。这种方法是目力导致钻孔壁面的裂隙的方位获得。这种方法是目前在深孔内能确定岩体应力的唯一的一种技术。前在深孔内能确定岩体应力的唯一的一种技术。(3)水压致裂法水压致裂法2水水压压致致裂裂法法测测量量地地应应力力水压致裂法地应力测量破裂过程曲线水压致裂法地应力测量破裂过程曲线1.基坑底部的隆起、剥离破坏；基坑底部的隆起、剥离破坏；2.基坑边坡的剪切滑移；基坑边坡的剪切滑移；3.地下洞
36、室产生大的收敛变形；地下洞室产生大的收敛变形；4.地下洞室施工过程中产生岩爆；地下洞室施工过程中产生岩爆；5.边坡的倾倒变形；边坡的倾倒变形；6.对坝型选择的影响对坝型选择的影响四、地应力研究的工程意义四、地应力研究的工程意义5岩体的工程分类岩体的工程分类一、岩石质量指标一、岩石质量指标RQD分类分类岩石质量指标岩石质量指标RQD（Rock Quality Designation）是以修正的岩心采取率来确定的。是以修正的岩心采取率来确定的。岩心采取率岩心采取率就就是采取岩心长度与钻孔长度之比是采取岩心长度与钻孔长度之比。而。而RQD即即修正修正的岩心采取率的岩心采取率是选用坚固完整的、其长度等
37、于或是选用坚固完整的、其长度等于或大于大于10cm的岩心长度与钻孔长度之比，并用百分的岩心长度与钻孔长度之比，并用百分数表示数表示。根据岩石质量指标。根据岩石质量指标RQD，可分为，可分为很好的很好的（RQD90）、好的（）、好的（RQD7590）、一般的）、一般的（RQD5075）、差的（）、差的（RQD2550）和很）和很差的（差的（RQD6060fr3030fr1515fr5fr5岩体完整程度分类注：完整性指数为岩体压缩波速度与岩块压缩波速度之比的平方，选定岩体和岩块测定波速时，应注意其代表性。完整程度 完 整较完整 较破碎破 碎极破碎完整性指数 0.750.750.550.550.35
38、0.350.15 90KV+30时应以时应以RC=90KV+30和和KV代入代入上上式 计 算式 计 算 B Q值；又 当值；又 当 KV 0.0 4 RC+0.4 时，应 以时，应 以KV=0.04RC+0.4和和RC代入代入上上式计算式计算BQ值。很明显，前值。很明显，前一限制条件是对强度大而完整性较差的岩体的调整；而一限制条件是对强度大而完整性较差的岩体的调整；而后者是对完整性较好但强度较差的岩体的一种限制，使后者是对完整性较好但强度较差的岩体的一种限制，使分级更合理地反映这二类岩体对稳定性的影响。分级更合理地反映这二类岩体对稳定性的影响。在此基础上可按下表确定被划分岩体的基本质量级别。在此基础上可按下表确定被划分岩体的基本质量级别。五、工程岩体分级标准五、工程岩体分级标准
