岩体地质与结构特征.ppt

岩体力学第一章 岩体地质与结构特征李李    英英第一章 岩体的地质与结构特征第一章 岩体地质与结构特征§ 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第一章 岩体的地质与结构特征n岩石岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体n结结构构面面（Structural Plane） 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n岩岩块块（Rock block 或 Rock）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体n岩岩体体（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一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体§ 1.1 概述第一章 岩体的地质与结构特征一、岩块的物质组成§ 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第一章 岩体的地质与结构特征二、岩块的结构与构造岩块的结构：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、钙质>泥质胶结第一章 岩体的地质与结构特征二、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第一章 岩体的地质与结构特征二、岩块的结构特征岩块的构造：矿物集合体之间及其与其他组分之间的排列组合方式n如岩浆岩中的流线、流面构造，沉积岩中的微层状构造，变质岩中的片状构造及其定向构造第一章 岩体的地质与结构特征三、岩块的风化 n岩石====>矿物组成和结构改变==>岩块的物理力学性质改变（强度降低、抗变形性能减弱、空隙率增大，渗透性加大）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第一章 岩体的地质与结构特征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n波速指标•纵波波速（cp）•波速比(kv)n风化系数第一章 岩体的地质与结构特征硬质岩石按波速指标的风化分级表硬质岩石按波速指标的风化分级表风化程度vcp（m/s）kvkf全风化500~10000.2~0.4-强风化1000~20000.4~0.6<0.4中等风化2000~40000.6~0.80.4~0.8微风化4000~50000.8~0.90.8~0.9未风化>50000.9~1.00.9~1.0《岩土工程勘察规范》（GB50021-2002） 第一章 岩体的地质与结构特征一、结构面的成因类型(一)地质成因类型v原生结构面v构造结构面v次生结构面(二)力学成因类型v张性结构面v剪性结构面§ 1.3 结构面特征第一章 岩体的地质与结构特征岩体结构面的类型及其特征岩体结构面的类型及其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  状状分分  布布性性  质原原生生结结构构面面沉积沉积结构结构面面1层理理层面面2软弱弱夹层3不整合面、假整合面不整合面、假整合面4沉沉积间断面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，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侵入体与侵入体与围岩接触岩接触面面2岩脉岩岩脉岩墙接触面接触面3原生冷凝原生冷凝节理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片岩片岩软弱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泥化夹层泥化夹层5次生次生夹泥泥层 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  第一章 岩体的地质与结构特征(一)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。

n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n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等n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.次次生生结结构构面面 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第一章 岩体的地质与结构特征( ( ( (二二二二) ) ) )力学成因类型力学成因类型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及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等n特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏特点：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度大及破碎带较宽, ,易被充填易被充填, ,常含水丰富，导水性强常含水丰富，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是剪应力形成的，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。

滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等n特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等第一章 岩体的地质与结构特征二、结构面的规模nⅠ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；nⅡ级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面nⅢ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 Ⅱ、Ⅲ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第一章 岩体的地质与结构特征nⅣ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 Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，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nⅤ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二、结构面的规模第一章 岩体的地质与结构特征n走向、倾向、倾角n结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。

三、 产状n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：第一章 岩体的地质与结构特征第二章 岩体地质与结构特征§ 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第一章 岩体的地质与结构特征四 连续性n结构面的连续性反映结构面的贯通程度n1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和(Σa)与测线长度的比值 K1变化在0～1之间，K1值愈大说明结构面的连续性愈好，当K1＝1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第一章 岩体的地质与结构特征结构面连续性分级表 描述迹长（m）很低连续性<1低连续性1~3中等连续性3~10高连续性10~20很高连续性>20第一章 岩体的地质与结构特征五 密度v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α，结构面的倾角为β时:第一章 岩体的地质与结构特征第一章 岩体的地质与结构特征第一章 岩体的地质与结构特征结构面间距分级表描述间距（mm）极密集的间距<20很密集的间距20~60密集的间距60~200中等的间距200~600宽的间距600~2000很宽的间距2000~6000极宽的间距>6000第一章 岩体的地质与结构特征n用线密度来估算岩体质量指标岩体质量指标RQDRQD(rock quality designation)n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。

第一章 岩体的地质与结构特征六六 张开度张开度n结构面的结构面的张开度张开度是指结构面两壁面间的是指结构面两壁面间的垂直距离垂直距离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触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大n如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的渗透系数渗透系数( (K Kf f) )可表达为：可表达为：第一章 岩体的地质与结构特征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<0.10.1~0.250.25~0.5闭合结构面张开中等宽的宽的0.5~2.52.5~10>10裂开结构面很宽的极宽的似洞穴的10~100100~1000>1000张开结构面第一章 岩体的地质与结构特征 Ⅳ级及部分Ⅲ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第一章 岩体的地质与结构特征第一章 岩体的地质与结构特征第一章 岩体的地质与结构特征七 形态n结构面的形态可以用侧壁的起伏形态及粗糙度来反映。

n结构面侧壁的起伏形态分为：平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的侧壁的起伏程度可用起伏角(i)表示第一章 岩体的地质与结构特征n结构面的粗糙度用粗糙度系JRC(joint roughness coefficient)表示n随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大n根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划分为10级第一章 岩体的地质与结构特征八 充填胶结特征结结构构面面胶胶结结后后力力学学性性质质有有所所增增强强，，FeFe质质胶胶结结的的强强度度最最高高，，泥泥质质与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，且抗水性差未未胶胶结结的的结结构构面面，，力力学学性性质质取取决决于于其其充充填填情情况况，，可可分分为为：：薄薄膜膜充充填、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 薄薄膜膜充充填填是是结结构构面面两两壁壁附附着着一一层层极极薄薄的的矿矿物物膜膜，，厚厚度度多多小小于于1mm1mm，多明显降低结构面的强度多明显降低结构面的强度2 2 断断续续充充填填结结构构面面的的力力学学性性质质与与充充填填物物性性质质、、壁壁岩岩性性质质及及结结构构面面的形态有关。

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 厚厚层层充充填填结结构构面面的的力力学学性性质质很很差差，，主主要要取取决决于于充充填填物物性性质质，，岩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第一章 岩体的地质与结构特征九 软弱结构面n软弱结构面软弱结构面是岩体中具有一定厚度的是岩体中具有一定厚度的软弱带软弱带( (层层) )，，与两盘岩体相比具有与两盘岩体相比具有高压缩和低强度高压缩和低强度等特征，在产等特征，在产状上多属缓倾角结构面状上多属缓倾角结构面n主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其他夹泥层等夹层及其他夹泥层等第一章 岩体的地质与结构特征九 软弱结构面n泥化夹层特性：泥化夹层特性： 1 1、、由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构 或泥质定向结构或泥质定向结构 2 2、、粘粒含量很高粘粒含量很高 3 3、、含水量接近或超过塑限含水量接近或超过塑限 4 4、、密度比原岩小密度比原岩小 5 5、、常具有一定的胀缩性常具有一定的胀缩性 6 6、、力学性质比原岩差力学性质比原岩差 7 7、、强度低强度低 8 8、、压缩性高压缩性高 9 9、、易产生渗透变形易产生渗透变形 第一章 岩体的地质与结构特征十、结构面的组合关系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第一章 岩体的地质与结构特征第一章 岩体的地质与结构特征第一章 岩体的地质与结构特征第一章 岩体的地质与结构特征§1.4 岩体的结构特征一、岩体的组成n岩体是由结构面网络及其所围限的岩块 (结构体)所组成n具有一定的结构是岩体的显著特征之一n岩体中存在着复杂的天然应力状态和地下水，这是岩体与其他材料的根本区别之一第一章 岩体的地质与结构特征二、岩体的结构二、岩体的结构n岩体结构岩体结构( (rockmassrockmass structure) structure)指岩体中结构面与指岩体中结构面与结构体的结构体的排列组合关系排列组合关系1 1 结构体特征结构体特征n结构体结构体(structural element)(structural element)指岩体中被结构面切指岩体中被结构面切割围限的岩石块体割围限的岩石块体它不同于岩块的概念。

它不同于岩块的概念n结构体的结构体的规模规模取决于结构面的密度，密度愈小，结取决于结构面的密度，密度愈小，结构体的规模愈大构体的规模愈大, ,与结构面对应与结构面对应, ,划分为五级划分为五级n常用常用块度模数块度模数（单位体积内的（单位体积内的ⅣⅣ级结构体数级结构体数) ) 或结或结构体体积来表示结构体规模构体体积来表示结构体规模第一章 岩体的地质与结构特征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第一章 岩体的地质与结构特征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0.25~0.5m，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第一章 岩体的地质与结构特征 三、岩体成因与岩体特征1 岩浆岩体 无层理，产状复杂。

根据岩浆活动方式，岩浆岩可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类2 沉积岩体 具有层理构造，岩体呈层状结构沉积岩包括他生沉积岩和自生沉积岩两大类3 变质岩体 多数岩石变质后都经历了不同程度的重结晶作用，结构较致密，抗水性增强，孔隙率较低，透水性弱，抗变形性能好，强度高因此与沉积岩相比，变质岩的性质一般要好些第一章 岩体的地质与结构特征思考题二1、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？第一章 岩体的地质与结构特征总结总结 （一）岩块、结构面、岩体的基本概念 （二）岩块的物质组成与结构构造特征 *（三）结构面特征（重要重要） 1 1）结构面成因不同，其特征如何？）结构面成因不同，其特征如何？ 2 2）掌握反映结构面特征的各种指标（规模、密度、）掌握反映结构面特征的各种指标（规模、密度、产状等）产状等） 的含义，怎样确定这些指标的含义，怎样确定这些指标 3 3）这些特征如何影响岩体物理力学性质）这些特征如何影响岩体物理力学性质 （四）岩体的结构特征。