大学课程《工程地质与土力学》教学PPT课件：第5章　水利工程常见的地质问题

工程地质与土力学第五章第五章水利工程常见的地质问题水利工程常见的地质问题第一节第一节岩体岩体第一节第一节库区的工程地质问题库区的工程地质问题第二节第二节坝的工程地质问题坝的工程地质问题第三节第三节输水建筑物的工程地质问题输水建筑物的工程地质问题第一节第一节岩体岩体一、基本概念一、基本概念n 岩岩体体（rockmassrockmass）通通常常指指地地质质体体中中与与工工程程建建设设有有关关的的那那一一部部分分岩岩石石，它它处处于于一一定定的的地地质质环环境境、被被各种结构面所分割。各种结构面所分割。n 岩岩体体具具有有一一定定的的结结构构特特征征，它它由由岩岩体体中中含含有有的的不不同同类类型型的的结结构构面面及及其其在在空空间间的的分分布布和和组组合合状状况况所所确定。确定。n 岩体由岩体由结构面结构面与与结构体结构体组成组成 n 结结构构面面是是指指岩岩体体中中具具有有一一定定方方向向、力力学学强强度度相相对对较较低低、两两向向延延伸伸（或或具具有有一一定定厚厚度度）的地质界面（或带）的地质界面（或带）。n 如如岩岩层层层层面面、软软弱弱夹夹层层、各各种种成成因因的的断断裂裂、裂裂隙隙等等。由由于于这这种种界界面面中中断断了了岩岩体体的的连连续性，故又称续性，故又称不连续面不连续面。n 结结构构体体：由由不不同同产产状状结结构构面面所所围围限限分分割割而成相对完整的单元块体而成相对完整的单元块体。n 岩岩体体的的结结构构正正是是建建造造与与改改造造两两者者综综合合作作用的产物。用的产物。建造确定了岩体的原生结构特征；建造确定了岩体的原生结构特征；改造使岩体结构趋于复杂化。改造使岩体结构趋于复杂化。n注意：注意：岩体与岩石（块）岩体与岩石（块）的区别的区别 岩石与岩体岩石与岩体岩石岩石是在各种地质作用（岩浆作用、沉积是在各种地质作用（岩浆作用、沉积作用、变质作用）下所产生的、由一种或多种作用、变质作用）下所产生的、由一种或多种造岩矿物（少数由天然玻璃质或生物遗骸）组造岩矿物（少数由天然玻璃质或生物遗骸）组合而成的矿物集合体。合而成的矿物集合体。岩石具岩石具微细结构与构造微细结构与构造，但较岩体而言可，但较岩体而言可视为视为均质、各向同性的连续介质均质、各向同性的连续介质。n岩体岩体是是工程作用范围的地质体工程作用范围的地质体n具四个基本特性：具四个基本特性：n地质不连续性（岩性与结构）地质不连续性（岩性与结构）非均匀性非均匀性各向异性各向异性环境赋存性环境赋存性二、二、结构面的主要类型及特征结构面的主要类型及特征 （一一）结结构构面面的的成成因因分分类类：原原生生结结构构面面、构构造造结结构构面面及浅表生结构面及浅表生结构面 原原生生结结构构面面沉积结构面沉积结构面沉积结构面沉积结构面：层理，层面，：层理，层面，软弱夹层软弱夹层软弱夹层软弱夹层，不整合面，不整合面，假整合面，古冲刷面等。假整合面，古冲刷面等。火成结构面火成结构面火成结构面火成结构面：侵入体与围岩接触面，岩脉、岩墙：侵入体与围岩接触面，岩脉、岩墙接触面，喷出岩的流线、流面，冷凝节理。接触面，喷出岩的流线、流面，冷凝节理。变质结构面变质结构面变质结构面变质结构面：片理，片麻理，板劈理，：片理，片麻理，板劈理，片岩软弱片岩软弱片岩软弱片岩软弱夹层夹层夹层夹层。n n原生结构面原生结构面原生结构面原生结构面是是是是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。原原生生软软弱弱夹夹层层：一一般般指指泥泥质质（或或炭炭质质等等类类似似物物）含含量量高高、岩岩性性软软弱弱、力力学学强强度度相相对对于于上上下岩层显著低，易引起滑动的薄夹层。下岩层显著低，易引起滑动的薄夹层。如如页页岩岩、泥泥岩岩夹夹层层、碳碳酸酸岩岩盐盐中中的的泥泥灰灰岩岩夹夹层层、火火山山碎碎屑屑岩岩中中的的凝凝灰灰质质页页岩岩及及存存在于火山岩流的古风化夹层等。在于火山岩流的古风化夹层等。片片岩岩软软弱弱夹夹层层：延延伸伸远远，具具固固定定层层次次，由由原原有有的的泥泥质质夹夹层层变变质质而而成成，含含片片状状矿矿物物，片片理理极极发发育育，易易受受风风化化。如如云云母母片片岩岩、绿绿泥泥石石片片岩、滑石片岩等。岩、滑石片岩等。构构造造结结构构面面 节理节理（剪节理，张节理）（剪节理，张节理）断层断层（正断层，逆断层，走滑断层）（正断层，逆断层，走滑断层）层间错动带层间错动带，羽状裂隙羽状裂隙，破劈理破劈理结构面的主要类型及特征结构面的主要类型及特征构造结构面构造结构面是岩体形成后在构造应力作用是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面。下形成的各种破裂面。剪节理剪节理张节理张节理原生节理原生节理断层断层：张性断层张性断层：张开、不平整、具次生充填、：张开、不平整、具次生充填、抗剪强度较大，易于压缩、渗漏、较短小；抗剪强度较大，易于压缩、渗漏、较短小；扭性断层扭性断层：较平直，延伸较远，具羽状裂：较平直，延伸较远，具羽状裂隙，易于滑动，压缩性、透水性介于二者之间；隙，易于滑动，压缩性、透水性介于二者之间；压性断层压性断层：闭合程度大，断层面波状起伏，：闭合程度大，断层面波状起伏，具有多种构造岩，成带状分布、定向排列，含具有多种构造岩，成带状分布、定向排列，含断层泥、糜棱岩、构造黏土岩，强度较低，破断层泥、糜棱岩、构造黏土岩，强度较低，破碎带有较好的隔渗作用。碎带有较好的隔渗作用。AerialAerialviewviewofofright-right-laterallateralfault.fault.NearNearLasLasVegas,Vegas,NevadNevada.a.断层断层断层断层劈理劈理：是岩石塑性变形的产物，沿劈理方向为是岩石塑性变形的产物，沿劈理方向为岩体强度软弱部位。岩体强度软弱部位。岩石内各点之间发生相对滑动，产生一系列岩石内各点之间发生相对滑动，产生一系列破裂面，形成破裂面，形成破劈理破劈理。如方向性矿物定向排列而形成一系列隐蔽的如方向性矿物定向排列而形成一系列隐蔽的面，形成面，形成流劈理流劈理。浅浅浅浅、表表表表生生生生结结结结构构构构面面面面重力扩展变形破裂重力扩展变形破裂重力扩展变形破裂重力扩展变形破裂卸荷断裂卸荷断裂卸荷断裂卸荷断裂卸荷裂隙卸荷裂隙卸荷裂隙卸荷裂隙 风化裂隙风化裂隙风化裂隙风化裂隙风化夹层风化夹层风化夹层风化夹层 泥化夹层泥化夹层泥化夹层泥化夹层次生夹泥次生夹泥次生夹泥次生夹泥浅浅浅浅部部部部结结结结构构构构面面面面表表表表部部部部结结结结构构构构面面面面n n浅、表生结构面浅、表生结构面浅、表生结构面浅、表生结构面：地壳浅、表层的岩体由于应力状态产生的卸荷：地壳浅、表层的岩体由于应力状态产生的卸荷：地壳浅、表层的岩体由于应力状态产生的卸荷：地壳浅、表层的岩体由于应力状态产生的卸荷作用或遭受各种外营力作用形成的结构面。作用或遭受各种外营力作用形成的结构面。作用或遭受各种外营力作用形成的结构面。作用或遭受各种外营力作用形成的结构面。卸荷断裂卸荷断裂：受古剥蚀面等卸荷作用引起岩体回弹变形：受古剥蚀面等卸荷作用引起岩体回弹变形所产生的规模较大的结构面。所产生的规模较大的结构面。卸荷裂隙卸荷裂隙：在地表遭受剥蚀、侵蚀或人工开挖过程中，：在地表遭受剥蚀、侵蚀或人工开挖过程中，由于卸荷引起临空面附近岩体回弹变形、应力重分布由于卸荷引起临空面附近岩体回弹变形、应力重分布所造成的破裂面。所造成的破裂面。风化裂隙风化裂隙：由风化作用使原有结构面扩张、加宽或：由风化作用使原有结构面扩张、加宽或产生新的裂隙。产生新的裂隙。风化夹层风化夹层：某些原生或构造结构面，受风化作用形：某些原生或构造结构面，受风化作用形成的岩体深部的软弱带。成的岩体深部的软弱带。泥化夹层泥化夹层：某些黏土质软弱夹层（泥岩、页岩、板：某些黏土质软弱夹层（泥岩、页岩、板岩、泥灰岩）在地下水的作用下膨胀软化形成软塑岩、泥灰岩）在地下水的作用下膨胀软化形成软塑或流塑软泥。或流塑软泥。次生夹泥次生夹泥：地下水携带的细粒物质在张开的结构面：地下水携带的细粒物质在张开的结构面中充填而成。中充填而成。表生节理表生节理（二）结构面特征（二）结构面特征1.1.产状产状(走向、倾向、倾角走向、倾向、倾角)nK K1 1变化在变化在0 01 1之间，之间，K K1 1值愈大说明结构面值愈大说明结构面的连续性愈好，当的连续性愈好，当K K1 11 1时，结构面完全时，结构面完全贯通。贯通。结构面的连续性结构面的连续性结构面的连续性结构面的连续性反映结构面的贯通程度反映结构面的贯通程度反映结构面的贯通程度反映结构面的贯通程度。(1)(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：指沿结构面延伸方向，结：指沿结构面延伸方向，结：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和构面各段长度之和构面各段长度之和构面各段长度之和(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。2.2.连续性连续性连续性连续性结构面连续性分级表结构面连续性分级表结构面连续性分级表结构面连续性分级表描述迹长（m）很低连续性20(2)(2)面连续性系数面连续性系数：指沿结构面延伸方向，结：指沿结构面延伸方向，结构面面积之和与总面积的比值。构面面积之和与总面积的比值。n3.3.密度密度n 结构面的密度反映结构面的密度反映结构面发育的密集程度结构面发育的密集程度。n (1)(1)线密度线密度(KdKd)是指结构面法线方向单位测线长是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数度上交切结构面的条数(条条m)m)。n (2)(2)间距间距(d d)则是指同一组结构面法线方向上两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。相邻结构面的平均距离。n KdKd与与d d互为倒数关系。互为倒数关系。结构面间距分级表结构面间距分级表描述间距（mm）极密集的间距6000n4.张开度张开度n 结构面的张开度是指结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离结构面两壁面间的垂直距离。n 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透性增大。少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。结构面张开度分级表结构面张开度分级表结构面张开度分级表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n5.5.形态形态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伏形态起伏形态及及粗糙粗糙度度来反映。来反映。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：平直的平直的、波波状的状的、锯齿状的锯齿状的、台阶状台阶状的和的和不规则状不规则状的。的。n 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结构面的结构面的粗糙度粗糙度用用粗粗糙度系数糙度系数JRCJRC(joint(joint roughness coefficient)roughness coefficient)表示。表示。n 随粗糙度的增大，结随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。构面的摩擦角也增大。n 根据标准粗糙度剖面根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划将结构面的粗糙度系数划分为分为1010级。级。n6.6.充填胶结特征充填胶结特征 结构面结构面胶结胶结后后力学性质有所增强力学性质有所增强:n Si Si、FeFe质胶结的强度最高，质胶结的强度最高，n 泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。水性差。n 未胶结的结构面，力学性质取决于其未胶结的结构面，力学性质取决于其充填充填情况，情况，可分为：可分为：n薄膜充填薄膜充填、断续充填断续充填、连续充填连续充填及及厚层充填厚层充填4 4类。类。厚度多小厚度多小于于1mm1mm，多明显，多明显降低结构降低结构面的强度