2 岩块与岩体的地质特征(1.5).pdf

第二章第二章第二章第二章岩体的地质特征岩体的地质特征岩体的地质特征岩体的地质特征 主要内容 主要内容 1 基本概念 岩块 结构面 岩体 2 岩块的物质组成 结构特征及风化程度 3 结构面的成因类型 分级 特征 软弱结构面 4 岩体成因及其特征 岩体的结构特征 岩块 结构面 岩体岩块 结构面 岩体一一 一一 基本概念 基本概念 基本概念 基本概念 岩石岩石 Rock 各种矿物的集合体 1 结构面结构面 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 伸方向和长度 厚度相对较小的地质界面地质界面地质界面地质界面或带带带 带 包括包括 层面层面 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 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 等 显著结构面显著结构面 能明显地将岩石切割开来的分界面 不显著结构面 微 结构面 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 沪蓉西高速扁担垭隧道掌子面岩体沪蓉西高速扁担垭隧道掌子面岩体 宜巴高速29标1 特大桥桥基斜坡岩体 岩块 结构面 岩体岩块 结构面 岩体 3 岩体岩体 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 2 岩块岩块 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 1 0 不含显著结构面的岩石块体 岩石是各种矿物的集合体 是地质作用的 产物 大部分 岩石是各种矿物的集合体 是地质作用的 产物 大部分新鲜岩块新鲜岩块质地坚硬致密质地坚硬致密 孔 隙小而少 孔 隙小而少 抗水性强抗水性强 透水性弱透水性弱 力学强度高 力学强度高 其物理力学特点主要由矿物组成和结 构构造等决定 其物理力学特点主要由矿物组成和结 构构造等决定 岩块的物理力学性质受物质组成 结构构造 与风化程度的影响 岩块的物理力学性质受物质组成 结构构造 与风化程度的影响 一 岩块的物质组成 一 岩块的物质组成 一 岩块的物质组成 一 岩块的物质组成 造岩矿物类型造岩矿物类型造岩矿物类型 造岩矿物类型 含氧盐 氧化物 氢 氧化物 卤化物 硫化物和自然元素 等 硅酸盐 碳酸盐和氧化物类矿物 是构成岩石最常见矿物 其 硅酸盐 碳酸盐和氧化物类矿物 是构成岩石最常见矿物 其常见矿物常见矿物 如 石英 长石 辉石 橄榄石 方解石 白云石 角闪石 云母 绿泥石 蒙脱石 高岭石 如 石英 长石 辉石 橄榄石 方解石 白云石 角闪石 云母 绿泥石 蒙脱石 高岭石等 二 岩块二 岩块 1 岩块的物质组成岩块的物质组成 岩块中硬度大的岩块中硬度大的粒状 柱状矿物粒状 柱状矿物粒状 柱状矿物越多 其强 度愈高 粒状 柱状矿物越多 其强 度愈高 石英 长石 辉石 角闪石等 1 1 岩石的矿物成分及其相对含量是决定岩石的矿物成分及其相对含量是决定岩石的矿物成分及其相对含量是决定岩石的矿物成分及其相对含量是决定 新鲜岩块力学性质的一个重要因素新鲜岩块力学性质的一个重要因素新鲜岩块力学性质的一个重要因素新鲜岩块力学性质的一个重要因素 岩块中硬度小的岩块中硬度小的片状矿物片状矿物片状矿物越多 其强度愈低 片状矿物越多 其强度愈低 云母 绿泥石 蒙脱石 高岭石等 1 硅酸盐类矿物及相应岩石的物理力学特点 硅酸盐类矿物及相应岩石的物理力学特点 矿物 矿物 长石 辉石 角闪石 橄榄石等 晶体 呈粒状 柱状 硬度大 常见岩石 常见岩石 花岗岩 闪长岩 玄武岩 岩石物理力学特点 岩石物理力学特点 1 强度高 抗变形能力 好 2 易风化成高岭石 水云母等 0 1 0 2 粘土矿物 特殊的硅酸盐类矿物 粘土矿物 特殊的硅酸盐类矿物 矿物 矿物 高岭石 水云母 蒙脱石三类 晶体呈薄片 状 或鳞片状 硬度小 常见岩石 常见岩石 泥岩 页岩等 岩石物理力学特点 岩石物理力学特点 1 强度低 抗变形能力差 2 极易风化 矿物成分及其相对含量对新鲜岩块力学性质的影响矿物成分及其相对含量对新鲜岩块力学性质的影响 3 碳酸盐类矿物 碳酸盐类矿物 矿物 矿物 方解石 白云石等 常见岩石 常见岩石 石灰岩 白云岩 泥质灰岩 泥灰岩等 岩石物理力学特点 岩石物理力学特点 受CaCO3和泥质的含量影响 大 CaCO3含量越高 岩石强度高 抗变形和抗 风化性能好 泥质含量高 力学性质较差 碳酸盐岩体常发育岩溶现象 碳酸盐岩体常发育岩溶现象 1 矿物成分及其相对含量对新鲜岩块力学性质的影响矿物成分及其相对含量对新鲜岩块力学性质的影响 4 氧化物类矿物 氧化物类矿物 矿物 矿物 石英等 等轴状 硬度大 化学性质稳定 常见岩石 常见岩石 石英砂岩等 岩石物理力学特点 岩石物理力学特点 石英含量越高 岩石强度更 大和抗变形性能更好 2 2 岩石成因和类型对岩块岩石成因和类型对岩块岩石成因和类型对岩块岩石成因和类型对岩块力学性质的影响力学性质的影响力学性质的影响力学性质的影响 岩浆岩 岩浆岩 以粒状硅酸盐 石英等为 主 岩块物理力学性质一 般很好 1 0 岩石成因和类型对岩块力学性质的影响岩石成因和类型对岩块力学性质的影响 沉积岩 沉积岩 粗碎屑岩粗碎屑岩其力学性质在很大程度上取决 于胶结物 与碎屑成分也有关 细碎屑岩细碎屑岩 如页岩 泥岩等力学性质很差 碳酸盐岩碳酸盐岩力学性质与组成成分的含量有关 1 岩块的物质组成岩块的物质组成岩石成因和类型对岩块力学性质的影响岩石成因和类型对岩块力学性质的影响 变质岩 变质岩 浅变质岩浅变质岩千枚岩 板岩等含片状矿物 多 力学性质较差 与母岩类 型及变质 程度有关 深变质岩深变质岩片麻岩 石英岩等含粒柱状 矿物多 力学性质好 1 0 二 岩块的结构与构造 二 岩块的结构与构造 二 岩块的结构与构造 二 岩块的结构与构造 1 岩块的结构岩块的结构岩块的结构岩块的结构 指岩石内矿物颗粒的大小矿物颗粒的大小 形状形状和排列 方式 排列 方式 微结构面发育情况微结构面发育情况 粒间连结方 式 粒间连结方 式等在岩块构成上所表现出的特征 其 中 其 中 矿物颗粒间的连结矿物颗粒间的连结和和微结构面的发 育特征 微结构面的发 育特征对岩块的力学性质影响很大 对岩块的力学性质影响很大 1 连结类型连结类型连结类型 连结类型 结晶连结结晶连结和胶结连结胶结连结 结晶连结结晶连结结晶连结结晶连结 矿物颗粒通过结晶相互嵌合结晶相互嵌合在一 起 如岩浆岩 大部分变质岩 部分沉积岩 原子或离子作用 力 其强度较高 结构与构造结构与构造 1 0 结晶连结和胶结连结结晶连结和胶结连结 结晶结构结晶结构结晶结构不同 岩块力学性质不同 结晶结构不同 岩块力学性质不同 岩块强度岩块强度 等粒结构 非等粒结构 细粒结构 粗粒结构 斑状结构中 细粒基质 玻璃基质 晶粒愈细 愈均匀 玻璃质愈少 则强度越高 相同成分的粗粒花岗岩 细粒花岗岩 120 C MPa 胶结连结胶结连结胶结连结胶结连结矿物颗粒通过胶结物连结在一起 如沉积碎屑岩等 250 C MPa 胶结物成分胶结物成分胶结物成分胶结物成分与胶结类型胶结类型胶结类型胶结类型不同 岩块力学性质不同 岩块强度岩块强度 1 硅质胶结 铁质 钙质胶结 泥质胶结硅质胶结 铁质 钙质胶结 泥质胶结 抗水性最差 2 基质胶结 孔隙式胶结 接触式胶结基质胶结 孔隙式胶结 接触式胶结 连结类型连结类型连结类型连结类型 1 0 2 微结构面微结构面微结构面微结构面 指存在于矿物颗粒内部或颗粒间的弱面或缺 陷 包括矿物解理面 晶格缺陷 粒间空隙 微裂隙 微层面及片理面 片麻理面等 岩块的结构与构造岩块的结构与构造 微结构面微结构面微结构面微结构面将大大降低岩石的强度 试验证明试验证明 Hoek等 若岩石存在缺陷 当 其受力 拉或压 时 在微结构面 微裂隙 微孔隙等 末端 易形成应力集中 使裂隙可 能沿末端继续扩展 导致岩石在较小力的作用 下破坏 1 2 岩块的构造岩块的构造岩块的构造岩块的构造 指矿物集合体之间及其与其他组分之间的排 列组合方式 矿物集合体之间及其与其他组分之间的排 列组合方式 如 岩浆岩岩浆岩中的流线流线 流面构造 沉积岩流面构造 沉积岩中 的微层状构造 变质岩微层状构造 变质岩中的片状构造片状构造及其定 性构造 定 性构造等 岩块的结构与构造岩块的结构与构造 0 1 0 三 岩石的风化程度 三 岩石的风化程度 三 岩石的风化程度 三 岩石的风化程度 风化作用风化作用风化作用风化作用 矿物组成和结构构造改变矿物组成和结构构造改变 岩石 物理力学性质改变 岩石 物理力学性质改变 强度降低 抗变形性能减弱 空隙率增大 渗透性增大 强度降低 抗变形性能减弱 空隙率增大 渗透性增大 岩块的风化程度岩块的风化程度 岩石风化程度的表示方法岩石风化程度的表示方法岩石风化程度的表示方法岩石风化程度的表示方法 定性方法和定量方法 定性方法和定量方法 风化程度 风化程度 风化程度 风化程度 全风化 强风化 弱风化 微风化 定性方法定性方法定性方法定性方法 根据颜色颜色 破碎程度破碎程度 矿物成分的变 化 矿物成分的变 化及开挖锤击特征开挖锤击特征等定性指标定性指标来判断 1 定性表示定性表示定性表示定性表示岩块的风化程度岩块的风化程度 0 弱风化弱风化 表面和裂隙面大部分变色 端口中心部分较新鲜 结构构造部分破坏 风化裂隙发育 有次生矿物 时夹少量 岩屑 裂隙面出现风化矿物或风化夹层 锤击声不够清脆 强风化强风化 大部分变色 岩块中心部分尚较新鲜 结构构造大部 分破坏 呈岩块岩屑时夹粘土 除石英外长石 云母等多风化 成次生矿物 时夹少量岩屑 锤击声哑 可用锹镐开挖 全风化全风化 完全变色 常呈黄褐色 棕色 红色等 结构构造 彻底改变 有时保持原岩状态 除石英外 其余矿物大部分 风化成次生矿物 呈土状 手捻即碎 锤击声哑 锹镐可挖 动 微风化微风化 结构构造基本未变 仅裂隙面颜色略有改变 裂隙少 见 仅裂隙面矿物轻微变异并有铁锰质薄膜 锤击声清脆 1 定量表示定量表示定量表示定量表示岩块的风化程度岩块的风化程度 0 定量方法定量方法定量方法定量方法 根据风化空隙率指标风化空隙率指标和波速指标波速指标来 判断 风化空隙率指标风化空隙率指标风化空隙率指标风化空隙率指标 I I w w 指将风化岩块快速浸水后 风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比 波速指标波速指标波速指标波速指标 指用风化岩块的纵波速度纵波速度 波 速比 波 速比 和风化系数风化系数 等指标来评价岩 石 岩块 的风化程度 cp v v k f k cp v rp v k v 风化岩块 新鲜岩块 cw f cw k 风化岩块 新鲜岩块 1 定量表示定量表示定量表示定量表示岩块的风化程度岩块的风化程度 0 硬质岩石按波速指标的风化分级表 岩土工程勘察规范 GB50021 94 风化程度风化程度vcp m s kvkf 全风化全风化500 10000 2 0 4 强风化强风化1000 20000 4 0 650000 9 1 00 9 1 0 1 0 层面 节理 断层 软弱夹层 裂隙等 结构面结构面结构面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 性和非线弹性的本质原因之一 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 性和非线弹性的本质原因之一 三 结构面三 结构面 一 一 一 一 结构面结构面结构面结构面的成因类型的成因类型的成因类型的成因类型 地质和力学 地质成因类型地质成因类型地质成因类型地质成因类型 原生结构面 构造结构面 次生结构面 原生结构面 构造结构面 次生结构面 岩体在成岩过程 中形成的结构面 沉积结构面 岩浆结构面 变质结构面 沉积结构面 岩浆结构面 变质结构面 岩体形成后在构造应力作用 下形成的各种破裂面 岩体形成后在外营力 作用下产生的结构面 1 0 岩岩岩岩 体体体体 结结结结 构构构构 面面面面 的的的的 类类类类 型型型型 及及及及 其其其其 特特特特 征征征征 3 片麻理片麻理 4 板理及千枚理板理及千枚理 受地形及原始结 构面和临空面产 状控制 受地形及原始结 构面和临空面产 状控制 1 0 结构面特征 结构面特征 结构面特征 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 1 1 张性结构面张性结构面张性结构面张性结构面 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 特点 特点 特点 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 易被充填 常含水丰富 导 水性强 2 2 2 2 剪性结构面 剪性结构面 剪性结构面 剪性结构面 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 特点 特点 特点 特点 连续性好 面较平直 延伸较长并有擦痕镜面 等现象发育 软弱结构面 按结构面内是否有按结构面内是否有按结构面内是否有按结构面内是否有充填充填充填充填物质进行分类物质进行分类物质进行分类物质进行分类 1 1 1 1 硬性结构面硬性结构面硬性结构面硬性结构面 指没有充填物没有充填物的结构面 如节理 层理 片理 劈理 卸荷裂隙等 2 2 2 2 软弱结构面软弱结构面软弱结构面软弱结构面 结构面内有充填物有充填物的结构面 如 断层破碎带 层间错动带 接触破碎带 软弱夹层 泥化夹层等 特点特点特点特点 与两盘岩体相比 软弱结构面压缩性高 与两盘岩体相比 软弱结构面压缩性高 与两盘岩体相比 软弱结构面压缩性高 与两盘岩体相比 软弱结构面压缩性高 强度低 透水性好等特征强度低 透水性好等特征强度低 透水性好等特征强度低 透水性好等特征 工程意义工程意义工程意义工程意义 对岩体的变形 破坏和稳定性起控制对岩体的变形 破坏和稳定性起控制对岩体的变形 破坏和稳定性起控制对岩体的变形 破坏和稳定性起控制 作用 作用 作用 作用 其中 其中 其中 其中 泥化夹层的性质最差 泥化夹层的性质最差 泥化夹层的性质最差 泥化夹层的性质最差 软弱结构面 泥化夹层泥化夹层泥化夹层泥化夹层 泥化夹层泥化夹层泥化夹层泥化夹层 由含泥质的软弱夹层 粘土岩类 经一由含泥质的软弱夹层 粘土岩类 经一由含泥质的软弱夹层 粘土岩类 经一由含泥质的软弱夹层 粘土岩类 经一 系列的地质作用演化而成系列的地质作用演化而成系列的地质作用演化而成系列的地质作用演化而成 如 硬岩夹软岩 粘土岩 若发生层间错动 软岩破碎 为地下水提供良好的通道 而 地下水的流动使破碎的岩石颗粒分散 含水量增大 岩石软 化成塑性状态 泥化泥化泥化泥化 同时水还使其中的可溶性盐类溶解 流失 其物理力学性质变得更差 特点特点特点特点 1 1 1 1 原岩结构变成泥质松散状结构或泥质定向结构 原岩结构变成泥质松散状结构或泥质定向结构 原岩结构变成泥质松散状结构或泥质定向结构 原岩结构变成泥质松散状结构或泥质定向结构 2 2 2 2 粘粒含量很高 大于 粘粒含量很高 大于 粘粒含量很高 大于 粘粒含量很高 大于30303030 3 3 3 3 含水量接近或超过塑限 密度比原岩小 含水量接近或超过塑限 密度比原岩小 含水量接近或超过塑限 密度比原岩小 含水量接近或超过塑限 密度比原岩小 4 4 4 4 具有膨胀性 具有膨胀性 具有膨胀性 具有膨胀性 5 5 5 5 强度低 压缩性高 强度低 压缩性高 强度低 压缩性高 强度低 压缩性高 6 6 6 6 抗冲刷能力差 易产生渗透变形 抗冲刷能力差 易产生渗透变形 抗冲刷能力差 易产生渗透变形 抗冲刷能力差 易产生渗透变形 软弱结构面 软弱夹层软弱夹层软弱夹层软弱夹层 软弱夹层软弱夹层软弱夹层软弱夹层 指在坚硬的层状岩层中夹有强度低 泥指在坚硬的层状岩层中夹有强度低 泥指在坚硬的层状岩层中夹有强度低 泥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 延伸较广和厚度较质或炭质含量高 遇水易软化 延伸较广和厚度较质或炭质含量高 遇水易软化 延伸较广和厚度较质或炭质含量高 遇水易软化 延伸较广和厚度较 薄的软弱岩层 薄的软弱岩层 薄的软弱岩层 薄的软弱岩层 统计资料表明 软弱夹层自身的强 度和变形模量均为其相邻两坚硬岩层的 1 51 50 一般软弱夹层的强度和变形参数一般软弱夹层的强度和变形参数一般软弱夹层的强度和变形参数一般软弱夹层的强度和变形参数 1 1 1 1 摩擦系数摩擦系数摩擦系数摩擦系数 2 2 2 2 饱和抗压强度 饱和抗压强度 饱和抗压强度 饱和抗压强度 3 3 3 3 变形模量 变形模量 变形模量 变形模量 0 5f 10 b RMPa 0 1000EMPa 易形成软弱夹层的岩石易形成软弱夹层的岩石易形成软弱夹层的岩石易形成软弱夹层的岩石 泥岩 泥质粉砂岩 粉质砂泥岩 炭质细砂岩 泥岩 泥质粉砂岩 粉质砂泥岩 炭质细砂岩 泥岩 泥质粉砂岩 粉质砂泥岩 炭质细砂岩 泥岩 泥质粉砂岩 粉质砂泥岩 炭质细砂岩 泥质 砂质 炭质等页岩 泥灰岩 泥质 砂质 炭质等页岩 泥灰岩 泥质 砂质 炭质等页岩 泥灰岩 泥质 砂质 炭质等页岩 泥灰岩 粉砂岩 泥质板岩 云母片岩等等 粉砂岩 泥质板岩 云母片岩等等 粉砂岩 泥质板岩 云母片岩等等 粉砂岩 泥质板岩 云母片岩等等 软弱结构面 软弱夹层软弱夹层软弱夹层软弱夹层 软弱夹层的类型软弱夹层的类型软弱夹层的类型软弱夹层的类型 据长江水利委员会 1 1 1 1 软岩夹层软岩夹层软岩夹层软岩夹层如粘土岩等 易风化 浸水崩解 膨胀或溶解 其变形和强度具有明显的时效性 单轴抗压强度 15MPa 峰值摩擦系数0 40 0 60 变形模量 2000MPa 2 2 2 2 碎块夹层 碎块夹层 碎块夹层 碎块夹层由80 以上粒径大于2mm的粗碎屑 组成 碎块表面有泥膜 3 3 3 3 碎屑夹层 碎屑夹层 碎屑夹层 碎屑夹层碎屑夹层中粒径为0 5 2mm的细碎 屑约为30 大于2mm的粗碎屑含量约为30 50 粘粒占10 30 4 4 4 4 泥化夹层 泥化夹层 泥化夹层 泥化夹层粘土类岩石经过一系列地质作用变 成结构松散 密度小 含水量大 粘粒含量高 等于或大于塑限的土 结构面特征 二二 二二 结构面的规模与分级结构面的规模与分级结构面的规模与分级结构面的规模与分级 结构面的规模与大小结构面的规模与大小结构面的规模与大小结构面的规模与大小不仅影响岩体的力学性质 而且 影响工程岩体力学特性及其稳定性 不仅影响岩体的力学性质 而且 影响工程岩体力学特性及其稳定性 按结构面按结构面延伸长度延伸长度 切割深度切割深度 破碎带宽度破碎带宽度及及其力学 效应 其力学 效应 将结构面分成 将结构面分成5级级 级 级 级 级指延伸指延伸几几几几kmkmkmkm 几十几十几十几十kmkmkm以上 破碎带宽km以上 破碎带宽几几几几m m m m 几百几百几百几百 m m m的大断层或区域性断层m的大断层或区域性断层 断裂带断裂带 如汶川大地震龙门山断 裂 如汶川大地震龙门山断 裂 长长500km 此次断裂此次断裂250多多km 破碎带最大宽度破碎带最大宽度70 100m 级 级 级 级指延伸指延伸几百几百几百几百m m m m 几几几几kmkmkmkm 破碎带宽破碎带宽几十几十几十几十cm cm cm cm 几几几几m m m 的区域性地质界面 m 的区域性地质界面 断层 层间错动 接触 破碎带 风化夹层等 断层 层间错动 接触 破碎带 风化夹层等 工程意义 工程意义 工程意义 工程意义 软弱结构面 影响区域岩体稳定性 控制工程岩体变形 破坏和稳定性 软弱结构面 影响区域岩体稳定性 控制工程岩体变形 破坏和稳定性 工程意义 工程意义 工程意义 工程意义 软弱结构面 控制工程区岩体变形 破坏和稳定性 影响工程布局 软弱结构面 控制工程区岩体变形 破坏和稳定性 影响工程布局 结构面的规模与分级 工程意义 工程意义 工程意义 工程意义 多数为软弱结构面 影响或控制岩体 的稳定性 多数为软弱结构面 影响或控制岩体 的稳定性 级 级 级 级即即微结构面微结构面 工程意义工程意义工程意义工程意义 硬性结构面 影响岩块的物理力学性质 硬性结构面 影响岩块的物理力学性质 级 级 级 级指延伸几十m 几百m 宽几cm 1m左右的指延伸几十m 几百m 宽几cm 1m左右的 断层 区域性节理 层间错动 接触破碎带 软弱夹层 风化夹层等 断层 区域性节理 层间错动 接触破碎带 软弱夹层 风化夹层等 级 级 级 级指延伸长度几cm 几十m 宽几cm以内的指延伸长度几cm 几十m 宽几cm以内的节理 层面 次生裂隙 小断层 节理 层面 次生裂隙 小断层及及较 发育的片理 劈理面 较 发育的片理 劈理面等结构面 等结构面 工程意义 工程意义 工程意义 工程意义 硬性结构面 影响岩体的完整性和力学 性质 是工程岩体分级及岩体研究的基 础 是结构面统计分析和模拟的对象 硬性结构面 影响岩体的完整性和力学 性质 是工程岩体分级及岩体研究的基 础 是结构面统计分析和模拟的对象 三三三三 结构面特征及其对岩体性质的影响结构面特征及其对岩体性质的影响结构面特征及其对岩体性质的影响结构面特征及其对岩体性质的影响 结构面的特征包括结构面的特征包括产状产状 连续性连续性 密度密度 形态形态 张开度张开度 充 填胶结特征 充 填胶结特征及其及其组合关系组合关系 其对岩体力学性质有不同的影响其对岩体力学性质有不同的影响 即结构面在空间的分布状态 用走向 倾向和倾角表示 结构面产状与斜坡 边坡 地下洞室等的方位关系 决定 着其是否存在不稳定条件 决 定着岩块和岩体的变形 破坏 机理 即结构面在空间的分布状态 用走向 倾向和倾角表示 结构面产状与斜坡 边坡 地下洞室等的方位关系 决定 着其是否存在不稳定条件 决 定着岩块和岩体的变形 破坏 机理 1 1 产状产状产状产状 orientation 结构面产状对岩块岩块岩块岩块变形 破坏机理的影响 含一条结构面的岩块的破坏情况 含一条结构面的岩块的破坏情况 含一条结构面的岩块的破坏情况 含一条结构面的岩块的破坏情况 沿结构面 滑移破坏 剪切破坏劈裂拉张破坏沿结构面 滑移破坏 剪切破坏劈裂拉张破坏 结构面产状对岩体岩体岩体岩体变形 破坏机理的影响 弯曲 倾倒破坏弯曲 倾倒破坏弯曲 倾倒破坏弯曲 倾倒破坏 逆向坡逆向坡逆向坡逆向坡 潜在的平面滑移破坏潜在的平面滑移破坏潜在的平面滑移破坏潜在的平面滑移破坏 顺向坡顺向坡顺向坡顺向坡 结构面产状对岩体岩体岩体岩体变形 破坏机理的影响 结构面产状对岩体岩体岩体岩体变形 破坏机理的影响 结构面产状对岩体性质的影响 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 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 2sin 1 2 3 31 ctgtg tgC j jj 产状的表示方法产状的表示方法产状的表示方法 产状的表示方法 玫瑰花图玫瑰花图 极点等密度图极点等密度图 结构面的结构面的结构面的结构面的 连续性反连续性反连续性反连续性反 映结构面映结构面映结构面映结构面 的贯通程的贯通程的贯通程的贯通程 度度度 通常 用 度 通常 用线连续 性系数 迹长 面 连续性系 数 线连续 性系数 迹长 面 连续性系 数表示 表示 结构面特征及其对岩体性质的影响2 2 连续性连续性连续性连续性 persistence 结构面的连续性反映结构面的贯通程度 通常用结构面的连续性反映结构面的贯通程度 通常用 线连续性系数 迹长 面连续性系数线连续性系数 迹长 面连续性系数表示 表示 指沿结构面延伸方向 结构面各段长度之和 a 与测线长度的比值 1 a K ab K1 值在0 1之间 K1 值愈大 结构面的连续性愈 好 当K1 1时 结构面完全贯通 1 线连续性系数 1 线连续性系数 1 K 结构面特征及其对岩体性质的影响2 2 连续性连续性连续性连续性 persistence 结构面连续性对岩体性质的影响 指岩体结构面在露头上的延伸长度 2 迹长 2 迹长 结构面连续性分级表结构面连续性分级表 描述描述迹长 迹长 m 很低连续性很低连续性20 结构面连续性对岩体性质的影响 指沿结构面延伸方向 结构面面积之和与 总面积的比值 3 面连续性系数 3 面连续性系数 结构面连续性的工程意义 结构面连续性的工程意义 影响岩体的整体性 渗透性 强度 变形和破坏机理 稳定性 潜在的平面破坏潜在的平面破坏 稳定稳定 结构面的密度反映结构面发育的密集程度 常用 线密度 间距线密度 间距等指标表示 1 1 间距间距间距 spacing 间距 spacing 结构面特征及其对岩体性质的影响3 3 密度密度密度密度 同一组结构面 同一组结构面 指 产状相同或者相近 的结构面 结构面的间距和密度 结构面间距结构面间距结构面间距结构面间距 指同一组结构面法线方向上两 相邻结构面的平均距离 2 密度 裂隙率 2 密度 裂隙率 表征结构面发育的密集程度 表示岩体的完 整性 结构面的间距和密度 1 线密度 线密度 线裂隙率或裂隙频率 线裂隙率或裂隙频率 s K 指沿测线方向单位长度上结构面的条数 条 m A B 单 组 结 构 面 单 组 结 构 面 1 s K s 线密度与结构面 间距的关系 若 测线方向与结构面法线 方向一致 若 测线方向与结构面法线 方向一致 结构面的间距和裂隙率 若若 测线水平布置 其与结构面法线 倾向 的 夹角为 结构面倾角为 则 sincossincos d d Kn K L L ab L一般取20 50m 单 组 结 构 面 单 组 结 构 面 某组结构面的线密度 结构面条数 多组结构面 多组结构面 采用叠加法采用叠加法 结构面的间距和密度 2 面密度 面密度 指单位测量面积中结构面面积所占的百分率 面裂隙率 面裂隙率 a K 100 a K 各结构面面积 长度 宽度 之和 所测量的岩体面积 指单位测量体积中结构面体积所占的百分率 3 体积密度 体积密度 体积裂隙率 体积裂隙率 v K 100 v K 各结构面体积 长度 宽度 厚度 之和 所测量的岩体体积 结构面的间距和裂隙率 结构面结构面密度密度密度 密度 间距间距间距 的工程意义 间距 的工程意义 控制着岩体的完整 性和岩块的块度 是反映岩体的完整程度和岩石块体 大小的重要指标 结构面发育愈密集 岩体的完整性 愈差 岩块的块度愈小 进而岩体的力学性质差 渗 透性增强 结构面发育程度岩体完 整程度 岩体完 整程度 组数平均间距平均间距 m 完整1 2 1 0结合好或结合一般节理 裂隙 层面 整体状或巨厚 层状结构 1 2 1 0结合差块状或厚层状 结构 2 31 0 0 4结合好或结合一般块状结构 2 31 0 0 4结合差裂隙块状或中 厚层状结构 结合好镶嵌碎裂结构 结合一般中 薄层状结 构 0 4 0 2结合差裂隙块状结构 0 2结合一般或结合差碎裂状结构 极破碎无序结合很差散体结构 各种类型结构 面 破碎 3 30 4 0 2 节理 裂隙 层面 小断层 较破碎 节理 裂隙 层面 较完整 主要结构面的结合 程度 主要结构面类 型 相应结构类型结构类型 岩体完整程度的定性划分 工程岩体分级标准 GB50218 94 岩体完整程度的定性划分 工程岩体分级标准 GB50218 94 结构面的间距对岩体性质的影响 结构面的间距和裂隙率 描述描述间距 间距 mm 极密集的间距极密集的间距6000 结构面间距分级表 结构面间距分级表 ISRM 七级七级 指结构面两壁间的垂直距离指结构面两壁间的垂直距离 如果岩壁间具 有粘土或其他充填物 称为充填结构面的宽度 结构面两壁面 一般不是紧密 接触的 结构 面实际接触面 积减少 导致 结构面粘聚力 降低 结构面粘聚力 降低 渗透性 增大 渗透性 增大 结构面特征及其对岩体性质的影响结构面特征及其对岩体性质的影响结构面特征及其对岩体性质的影响结构面特征及其对岩体性质的影响4 4 张开度张开度张开度张开度 结构面特征及其对岩体性质的影响结构面特征及其对岩体性质的影响结构面特征及其对岩体性质的影响结构面特征及其对岩体性质的影响 结构面张开度分级 描述 结构面张开度 mm 备注 很 紧 密 紧密 部分张开 1 0结合好或结合一般节理 裂隙 层面 整体状或巨厚 层状结构 1 2 1 0结合差块状或厚层状 结构 2 31 0 0 4结合好或结合一般块状结构 2 31 0 0 4结合差裂隙块状或中 厚层状结构 结合好镶嵌碎裂结构 结合一般中 薄层状结 构 0 4 0 2结合差裂隙块状结构 0 2结合一般或结合差碎裂状结构 极破碎无序结合很差散体结构 各种类型结构 面 破碎 3 30 4 0 2 节理 裂隙 层面 小断层 较破碎 节理 裂隙 层面 较完整 主要结构面的结合 程度 主要结构面类 型 岩体结构类型岩体结构类型 岩体完整程度与岩体结构类型的定性划分 工程岩体分级标准 岩体完整程度与岩体结构类型的定性划分 工程岩体分级标准 整体状结构块状结构整体状结构块状结构 层状结构 碎裂结构 层状结构 碎裂结构 散体状结构散体状结构散体状结构散体状结构 1 0 三 三 三 三 岩体的工程地质特征岩体的工程地质特征岩体的工程地质特征岩体的工程地质特征 自学 自学 自学 自学 1 岩浆岩体1 岩浆岩体 深成岩深成岩 岩性均一 变化小 岩体呈整体状或块 状结构 岩石多为中粗粒结构 颗粒均匀 致密坚硬 孔隙率低 力学性质好 抗 风化能力弱 风化带厚度大 常有多期岩 脉穿插 岩体完整性遭到破坏 浅成岩浅成岩 岩石多为斑状结构 均一性较差 力学 性质较好 抗风化能力强 喷出岩喷出岩 岩石多玻璃质 结构致密 岩石有气孔 构造 杏仁构造或流动构造 原生节理较发 育 岩体结构复杂 均一性差 若软弱夹 层发育 其力学性质变差 岩浆岩与围岩接触带岩浆岩与围岩接触带 岩体的工程地质特征 冷接触带冷接触带 没有发生变质作用和蚀变现象 少数 为沉积接触 一般为断层接触 发育一定 厚度的接触破碎带接触破碎带 热接触带热接触带 发生接触变质和蚀变现象 接触部位 岩石性质恶化 构成软弱结构面软弱结构面 1 0 2 沉积岩体 自学 2 沉积岩体 自学 具有层理构造 岩体呈层状结构 岩石成因 类型 物理力学性质差异大 具有层理构造 岩体呈层状结构 岩石成因 类型 物理力学性质差异大 3 变质岩体 自学 3 变质岩体 自学 成因较复杂 其物理力学性质差异大 成因较复杂 其物理力学性质差异大 1 四 四 四 四 岩体结岩体结岩体结岩体结 构构构构 控制论控制论控制论控制论 高速公路边坡破坏 斜坡危岩体崩塌破坏 露天矿边坡局部破坏高速公路边坡破坏 斜坡危岩体崩塌破坏 露天矿边坡局部破坏 The 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