第七章 岩体结构特征-zzx.ppt

第七章 岩体的结构特征,§1 几个基本概念 §2 岩体的结构特征 §3 岩体结构面的特征 §4 岩体工程分类 §5 结构面的测量与统计分析,几个基本概念,岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体 结构面（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 岩块（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 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一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体岩块的结构特征,岩块的结构是指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是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是矿物颗粒通过胶结物连结在一起硅质胶结的岩块强度最高；铁质、钙质胶结的次之；泥质胶结的岩块强度最低2.1岩体的结构特征,一、岩体的组成 岩体是由结构面网络及其所围限的岩块 (结构体)所组成。

具有一定的结构是岩体的显著特征之一 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岩体结构的基本要素是构成岩体的结构体（岩石）和将结构体分割开来的结构面 结构体是被各种构造形迹和裂隙分割而成的岩石块体，可用其规模、形态及其产状进行描述：按不同级别结构面对岩岩体的切割，可将结构体划分为4级 Ⅰ级结构体——地质体或称断块体 Ⅱ级结构体——岩块 Ⅲ级结构体——块体 Ⅳ级结构体——山体； 结构面就是各种构造形迹或裂隙结构面的存在是岩体不同于岩石概念的根本原因，结构面是岩体的重要组成单元岩体力学性质的好坏在大多数情况下都取决于结构面的性质，而非岩石本身的性质二、岩体结构的基本要素,,岩体结构(rockmass structure)指岩体中结构面与结构体的排列组合关系 结构体(structural element)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 常用块度模数（单位体积内的Ⅳ级结构体数) 或结构体体积来表示结构体规模岩体的地质特征形式,,结构体的形状示意图,结构体常见的形状:柱状、板状、楔形、菱形 形状不同，稳定性不同岩体变形破坏方式：a. 块状及层状结构岩体的块体滑移； b. 薄层状结构岩体的弯曲倾倒； c. 碎裂结构岩体的剪切破坏及塑性变形； d. 松散及破碎结构岩体的塑性变形,岩体的结构类型,,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岩体结构类型划分,为了概括地反映岩体结构面和结构体的成因、特征及其排列组合关系．将岩体结构划分为4大类和8个亚类,岩体的主要结构类型如下： （1） 整体结构（巨型块状结构）； （2） 块状结构； （3） 镶嵌结构（火成岩的侵入结构）； （4） 层状结构； （5） 碎裂结构（微风化岩体）； （6） 层状碎裂结构； （7） 散体结构（强风化岩石）； 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）在岩体的结构类型划分中取掉了镶嵌结构，并将层状碎裂结构和碎裂结构一起归并为碎裂结构岩体的结构类型,三、结构面的类型及成因,(一)地质成因类型 原生结构面 构造结构面 次生结构面 (二)力学成因类型 张性结构面 剪性结构面,(一)地质成因类型,1.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；沉积岩的层理层面、龟裂； 2.构造结构面 是岩体形成后在不同性质的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 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岩体结构面的类型及其特征,,（二）结构面的规模,Ⅰ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； Ⅱ级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面 Ⅲ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,（二）结构面的规模 （续）,Ⅳ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 Ⅴ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） 产状,走向、倾向、倾角 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：,产状一般用结构体表面上最大结构面的长轴方向表示，平卧的板状结构体比竖直的板状结构体对岩体稳定性的影响要大—些四） 连续性,结构面的连续性反映结构面的贯通程度 1、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 2、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结构面连续性分级表,,（五） 密度,,,,结构面的密度反映结构面发育的密集程度 1、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) 2、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:,结构面间距分级表,,,,,用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation),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。

六） 张开度,,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 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(Kf)可表达为：,结构面张开度分级表,,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七） 结构面形态,, 结构面的形态可以用侧壁的起伏形态及粗糙度来反映 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)表示粗糙度,,结构面的粗糙度用粗糙度系数JRC(joint roughness coefficient)表示 随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大 根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划分为10级八） 充填胶结特征,,,结构面胶结后力学性质有所增强，Fe质胶结的强度最高，泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差未胶结的结构面，力学性质取决于其充填情况，可分为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填4类 1 薄膜充填是结构面两壁附着一层极薄的矿物膜，厚度多小于1mm，多明显降低结构面的强度。

2 断续充填结构面的力学性质与充填物性质、壁岩性质及结构面的形态有关 3 连续充填结构面的力学性质主要取决于充填物性质 4 厚层充填结构面的力学性质很差，主要取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳九） 结构面的分级及其特征,按结构面的规模及其力学效应，可将结构面划分为5级,,软弱结构面, 软弱结构面是岩体中具有一定厚度的软弱带(层)，与两盘岩体相比具有高压缩和低强度等特征，在产状上多属缓倾角结构面 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 特性： 1、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 2、粘粒含量很高 3、含水量接近或超过塑限 4、密度比原岩小 5、常具有一定的胀缩性 6、力学性质比原岩差 7、强度低 8、压缩性高 9、易产生渗透变形,结构面的组合关系,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 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。

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§ 4 几种有代表性的工程岩体分类方法,式中：Rc——岩石单轴抗压强度，Mpaf ≥20 为1级，最坚固； f ≤0.3为第10级，最软弱 优点：形式简单，使用方便 缺点：未考虑岩体的完整性、岩体结构特征对稳定性影响，故不能准确评价岩体的稳定性1、普氏分类法以岩石试件的单轴抗压强度作为分类依据，根据普氏坚固性系数 f 将岩石分为十级 f 值越大，岩体越稳定2、岩石单轴抗压强度分类,我国工程界按岩石单轴抗压强度将岩体分为四类：,3、按岩体完整性系数Kv（龟裂系数）分类,式中：Vpm、Vpr—岩体、岩石弹性纵波速度（m/s)4、按岩芯质量指标（RQD）分类,蒂尔（Deer,1968)提出根据钻探时岩芯完好程度来判断岩体的质量，对岩体分类式中：li —所取岩芯中≥10cm长度的岩芯段的长度；L—钻进岩芯的总程度，m5、 以弹性波速度分类,6、宾尼奥夫斯基节理岩体地质力学分类（ RMR分级系统）,宾尼奥夫斯基（ Bieniawski，1976)提出的分类指标RMR(Rock Mass Rating)，由下列6种指标组成：（1）岩块强度(R1)（2）RQD值(R2)（3）节理间距(R3)（4）节理条件(R4)（5）地下水(R5) （6）节理方向对工程的影响的修正参数（R6） 即：,（1）对应岩石强度的岩体评分值R1,（2）对应于岩芯质量指标的岩体评分值R2,（3）对应于最有影响的节理组间距的岩体评分值R3,（4）对于节理状态的岩体评分值R4,（5）取决于地下水状态的岩体评分值R5,目前以测线法应用最为广泛。

测线法它是在岩石露头表面布置一条测线，逐一量测与测线相交切的各条结构面的几何参数与地质力学特征结构统计步骤： （1）选择测量区 ①岩体露头好，能够测量到足够多的结构面；②岩体新鲜；③测量区岩体岩性相同，并且位于同一构造单元内；④露头面尽量平直切直立§ 5 结构面测量及统计方法,,（2）测线布置，在选择好的露头岩面上布置测线，并将长约30m的测绳固定在测线上测线布置应满足要求：①测线应尽量沿水平方向布置；②拉直；③当露头面过高时，应标出删节线删节宽度一般为结构面平均迹长的2-3倍，删节线应与测线平行，记录删节线方位和长度3）测量、记录测量以小组为单位，1人记录；1-2人用罗盘量测结构面产状；1-2人测量结构面半迹长（或删节半迹长）和其它数据并将测量到的各种数据记录在表中测量时应注意凡是与测线相交的结构面都要量测，不能漏测或有选择性地测量当然对一些规模很小的或微结构面则可不测。