岩石力学课程chapter2.pdf

1课程教学内容Contents 第一章 绪论第二章 岩石的物理性状（性质）第二章 岩石的物理性状（性质）第三章 岩石的强度第四章 岩石的变形第五章 岩体天然应力与洞室围岩的应力分布第六章 山岩压力与围岩稳定性第七章 岩基应力及稳定分析第八章 岩质边坡稳定分析岩石/岩体 性质物理性质密度、容重、比重、 孔隙率等基本性质水理性质吸水率、软化性、崩 解性、渗透性等 性质力学性质抗拉强度、抗压强度、 抗剪强度等强度性质变形性质模量、泊松比、拉梅 常数、抗力系数等矿物、结构、环境是影响岩石物理性质和力学（强度、变形）性质的三个重要因素愿本课程带您进入岩石力学的世界愿本课程带您进入岩石力学的世界第二章 岩石的物理性状（性质）Chapter 2 Physical Properties of Rock目的：了解工程实践中最关注的岩石的工程性质（即学习提示 Learning Hints物理性质、力学性质和水理性质）要求：熟悉各种岩石物理性质的具体含义和测试过程 与手段；掌握岩石物理性质的工程意义；岩石与岩体 的工程分类；重点：岩石的物理性质指标和岩石的渗透与水理性质难点：各类岩石物理参数的计算公式与测试方法、裂 隙统计方面的内容。

22.1 岩石的结构特性本章内容2.2 岩石的不连续性、不均匀性及各向异性2.3 岩石的物质性质指标岩的程分类2.4 岩石的工程分类岩石（根据成因）可分为：岩浆岩岩浆岩是岩浆冷凝而形成的岩石， 绝大多数岩浆岩 是由结晶矿物所组成，由于组成它的各种矿物化学 成分和物理性质较为稳定它们之间的联结是牢固2.1 岩体的结构特性岩浆岩沉积岩沉积岩是母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积 岩）经风化剥蚀而产生的物质在地表经搬运沉积和 硬结成岩作用而形成的岩石组成沉积岩具有层理 构造，这使得它的物理力学性质具有方向性工程沉积岩是母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积 岩）经风化剥蚀而产生的物质在地表经搬运沉积和 硬结成岩作用而形成的岩石组成沉积岩具有层理 构造，这使得它的物理力学性质具有方向性工程 建设中常见的沉积岩有灰岩建设中常见的沉积岩有灰岩、、砂岩砂岩、、页岩等页岩等成分和物理性质较为稳定，它们之间的联结是牢固 的，因此岩浆岩通常具有较高的力学强度和均质性 工程中常遇到的岩浆岩有花岗岩、玄武岩等变质岩变质岩是由岩浆岩、沉积岩甚至变质岩在地壳中受 到高温、高压及化学活动性流体的影响下发生变质 而形成的岩石。

它在矿物成份、结构构造上具有变 质过程中产生的特征，也残留有原岩某些特点，其 物理力学性质不仅与原岩的性质有关，而且与变质 作用的性质及变质程度有关工程建设中常见的变 质岩类有大理岩、片麻岩、板岩等变质岩是由岩浆岩、沉积岩甚至变质岩在地壳中受 到高温、高压及化学活动性流体的影响下发生变质 而形成的岩石它在矿物成份、结构构造上具有变 质过程中产生的特征，也残留有原岩某些特点，其 物理力学性质不仅与原岩的性质有关，而且与变质 作用的性质及变质程度有关工程建设中常见的变 质岩类有大理岩、片麻岩、板岩等建设中常见的沉积岩有灰岩建设中常见的沉积岩有灰岩、、砂岩砂岩、、页岩等页岩等岩体的组成 岩体是由结构面网络及其所围限的岩块Rock Block (结2.1 岩体的结构特性 岩体是由结构面网络及其所围限的岩块Rock Block (结 构体)所组成 具有一定的结构是岩体的显著特征之一结构面对工程 岩体的完整性、渗透性、物理力学性质及应力传递等有显著的影响，是造成岩体非均质、非连续、各向异性和显著的影响，是造成岩体非均质、非连续、各向异性和 非线弹性的本质原因之一 岩体中存在着复杂的天然应力状态（地应力）和地下水 ，这是岩体与其他材料的根本区别之一。

2.1.1 基本概念2.1 岩体的结构特性一、岩体（Rockmass）：是指地质历史过程中形成的， 由岩块和结构面网络组成的具有一定的结构并赋存于二、岩块（Rock block）：把不含显著结构面的岩石块体 称为岩块，它是构成岩体的最小岩石单元体 （intact rock, structural element ）由岩块和结构面网络组成的，具有定的结构，并赋存于 一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体32.1.1 基本概念 三、结构面(Structural Plane、discontinuities)指地质历史发展过程中在岩体内形成的具有一定的延伸方向和2.1 岩体的结构特性指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和 长度，厚度相对较小的地质界面或带包括：层面、不整合面、节 理、断层、片理面、劈理、软弱夹层、卸荷裂隙和风化裂隙等 显著结构面(能明显地将岩石切割开来的分界面)和不显著结构面(微结构 面)(包含在岩石块体内结合比较牢固的面如微层面、微裂隙等)2.1.1 基本概念2.1 岩体的结构特性三、结构面(Structural Plane、discontinuities)岩体结构（Rockmass structure）指岩体中结构面与2.1.1 基本概念2.1 岩体的结构特性岩块的排列组合关系。

 岩块（Rock Block）指岩体中被结构 面切割围限的岩石块体 岩块的规模取决于结构面的密度，密 度愈小，结构体的规模愈大，与结构 面对应，划分为五级 常用块度模数（单位体积内的Ⅳ级结 构体数）或体积来表示岩块规模岩块常见的形状：柱状、板状、楔形、2.1.1 基本概念2.1 岩体的结构特性菱形形状不同，稳定性不同4结构面岩块2.1 岩体的结构特性岩体的结构类型结构面岩块结构面少，连续性差，闭合 →巨型（原型）结构结构面较发育→ 块状结构根据相 对组合 关系划结构面较发育 块状结构结构面极发育→ 破裂（散体）结构关系划 分岩体 的结构岩体结 构类型岩体地质类型主要 结构结构面发育情况岩土工程特征可能发生的岩土 工程问题2.1 岩体的结构特性岩体的结构类型构类型岩体地质类型结构 形状结构面发育情况岩土工程特征工程问题整体状 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15m，一 般不超过1～2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0.7～1.5m。

一般 为2～3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多韵律的薄层及中厚层状、 板状有层理片理节理常有层间错接近均一的各向异性体， 其变形及强度特征受层面不稳定结构体可 能产生滑塌，特 弯层状结 构层状沉积岩、副变质 岩板状、 透镜 体有层理、片理、节理，常有层间错 动面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0.25~0.5m，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2.1 岩体的结构特性岩体的结构类型整体状结构块状结构散体状结构层状结构碎裂结构岩体结构面的特征结构面的成因类型结构面的成因类型原生结构面原生结构面在成岩阶段形成的结构面，与岩体成因 紧密相关可分为火成结构面、沉积结2.1 岩体的结构特性地质成因类型原生结构面原生结构面构造结构面构造结构面次生结构面次生结构面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。

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 泥层和泥化夹层等紧密相关，可分为火成结构面、沉积结 构面和变质结构面力学成因类型张性结构面张性结构面剪性结构面剪性结构面由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵 张及横张破裂面，岩浆岩中的冷凝节理 等剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相 对滑移，如逆断层、平移断层以及多数 正断层等泥层和泥化夹层等5成因类型地质类型主要特征 工程地质评价 产 状分 布性 质岩体结构面的特征结构面的成因类型结构面的成因类型2.1 岩体的结构特性产 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面2片岩软弱夹层构造方向致延展较远，具固定 层次面，片岩软弱夹层具片状矿 物，呈鳞片状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 予以清基处理沉积岩在沉积和成岩过程中形成的有层理面软弱夹岩体结构面的特征结构面的成因类型结构面的成因类型2.1 岩体的结构特性沉积结构面沉积结构面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。

岩浆结构面岩浆结构面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等变质结构面变质结构面岩体在变质作用过程中形成，分为残留结构面和重结晶 结构面构造结构面构造结构面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次生结构面次生结构面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岩体结构面的特征结构面的分级与特点结构面的分级与特点2.1 岩体的结构特。