工程地质学--第六章岩体的工程地质性质及...

第六章工程地质性质和岩体工程分类(武汉)，工程地质工程地质，2020/6/6，中国地质大学工程学院，2，第六章工程地质性质和岩体工程分类，第一节岩体结构特征，第二节岩体变形和强度性质，第三节岩体工程分类，2020/6/6，中国地质大学工程学院，3，岩体结构包括结构面和结构两个要素。结构面是指在岩体中发育的具有一定方向和延伸性以及一定厚度的地质界面。如断层、节理、层理和不整合面。结构体是指被结构面切割的岩块。一、构造面类型，(1)地质成因型一级构造面二级构造面，第1节岩体的构造特征，(2)机械成因型拉伸构造面剪切构造面，2020/6/6，中国地质大学工程学院，4，岩体构造面的类型和特征，2020/6/6，5，(1)地质成因型1。主要结构面是在岩石形成过程中形成的结构面。它可分为三种类型：沉积构造平面、岩浆构造平面和变质构造平面。沉积构造面是沉积岩在沉积和成岩作用过程中形成的，包括层理面、弱夹层、沉积间断和不整合。岩浆构造面是岩浆侵入和冷凝过程中形成的构造面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、不同时期岩浆岩与原生冷凝节理的接触面等。变质构造面是在变质过程中形成的，分为残余构造面和再结晶构造面。2.构造面是岩体形成后，在构造应力作用下形成的各种裂隙面，包括断层、节理、解理和层间错动面等。3.次级结构面是岩体形成后外力产生的结构面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次级泥层和泥夹层等。2020/6/6，6，(2)机械成因类型1，拉张构造面是由拉张应力形成的，如羽状拉张破裂面、纵向和横向拉张破裂面、岩浆岩中的密集节理等特征：张开度大、连续性差、形状不规则、表面粗糙、起伏度大、破裂带宽、易充填、常富水性、强导水性2，剪切构造面是由剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑动，如逆断层、平移断层和大多数正断层。特点：连续性好，表面相对平坦，延展性长，镜面有划痕。2020/6/6，7，走向、倾角、倾斜构造面和最大主应力之间的关系控制着岩体的破坏机制和强度。如图所示，当结构面与最大主应力的夹角为锐角时，岩体将沿结构面滑动(图一)；当夹角为直角时，显示为穿过结构平面，导致剪切和岩体破坏(图b)；当夹角为0时，表现为平行结构面的劈裂拉伸破坏(图c)。Abc，二。结构面特征及其对岩体力学性质的影响，1。结构平面的出现，2020/6/6，8，2。结构平面的连续性。结构平面的连续性反映了结构平面的连续性程度。线性连续性系数是指结构面各段长度之和( a)与沿结构面延伸方向的测线长度之比。K1的变化在0和1之间，K1值越大，结构平面的连续性越好。当k1=1时，结构平面完全贯通。2020/6/6，9，3。结构面的密度结构面的密度反映了结构面发展的密度。1)线密度(Kd)是指在结构平面的法线方向上每单位线长的交叉结构平面的数量(巴/米)。2)间距(d)是指在同一组结构平面的法线方向上两个相邻结构平面之间的平均距离。Kd和D是倒数随着粗糙度的增加，结构表面的摩擦角也增加。根据标准粗糙度剖面，结构面的粗糙度系数分为10个等级。2020/6/6，13，3。岩体的结构岩体由一个结构面网络和由它们界定的岩块(结构)组成。具有一定的结构是岩体的显著特征之一。岩体中存在复杂的自然应力状态和地下水，这是岩体与其他物质的根本区别之一。岩体结构是指岩体中结构面和结构的排列和组合。1结构单元是指由岩体中的结构平面切割和界定的岩体。它不同于岩体的概念。结构的大小取决于结构平面的密度。密度越小，对应于结构平面的结构尺寸越大，分为五个层次。2020/6/6，14，结构形状：柱状、板状、楔形、菱形，2020/6/6，15，2岩体结构类型，2020/6/6，16，整体结构和块状结构，2020/6/6，17，层状结构，2020/6/6，18，碎裂结构，2020/6/6，19，粒状结构，2020/6/6，20，I正常变形特性对两个试样(包括结构面和不包括结构面)进行变形试验，获得变形曲线 n- v。假设无结构面的岩体变形为 VR，有结构面的岩体变形为 vt，则结构面的变形(正常闭合变形) vj为： vj= vt- VR，第二结构面的变形和强度特性，2020/6/6，21， 应力-变形关系曲线，2020/6/6，22，法向刚度kn(法向刚度)是指结构平面在法向应力下产生单位法向变形所需的应力，其数值等于 n-VJ曲线上一点的切线斜率。2。法向刚度，2020/6/6，23，粗糙结构面，脆性变形型直结构面，塑性变形型结构面剪切刚度，其变形与风化程度有关，随法向应力的增加而增加，随结构面尺寸的增加而减小。1，剪切变形特性，2，结构平面剪切变形特性，2020/6/6，24，剪切刚度KS(剪切刚度)是反映结构平面剪切变形特性的一个重要参数，其值等于-U曲线上任何一点在峰值之前的切线斜率。2。剪切刚度，2020/6/6，25，(1)直的和未填充的结构表面，包括在剪切应力下形成的剪切断裂表面，如剪切接缝、剪切裂缝等。发育良好的层理面和叶理面。其特点是表面平坦光滑，只有轻微的风化和蚀变。在坚硬岩体的剪切破裂面上还发育有镜面、划痕和应力矿物薄膜。这种结构面的抗剪强度与人工铣刨面的摩擦强度近似，即(3)结构面的强度特性，2020/6/6，26，(2)粗糙起伏的结构面无充填，抗剪特性：当较小时，上部围岩上下移动，产生爬坡效应，增加；(2)当较大时，它将剪切凸起并移动，同时增加、，2020/6/27，1。规则锯齿结构面(1)小，扩容效应，巴顿公式，2020/6/6，28，(2)大，啃蚀效应，其中C分别为结构面围岩的内摩擦角和内聚力。上式为正应力1时结构平面的抗剪强度，其包络如图所示。剪切凸起的条件如下：，2020/6/6，29，2，构造平面不规则起伏。天然岩体中大多数结构面的粗糙起伏形式是不规则的，起伏角度也不是恒定的。它的强度包络不是一条虚线，而是一个弯曲的形状。2020/6/6，30，Barton对8种不同粗糙起伏的结构面进行了实验研究，提出了用剪胀角代替起伏角的概念。剪胀角 d定义为剪切过程中剪切位移轨迹线与水平线的夹角，即：2020/6/6，31，巴顿方程：巴顿得到结构面的基本摩擦角U=25 35穿过的裂隙面和岩桥都起抗剪作用。假设整个剪切面上的应力分布均匀，结构面的线性连续性系数为k1，整个结构面的抗剪强度为：2020/6/6，33，2020/6/6，中国地质大学工程学院贾宏标，34岁，(4)含填料的软结构面，包括泥质夹层和各种类型的泥层，其形成主要与水的作用和各种滑移、位错作用有关。这种结构面的力学性能往往与填料的材料组成、结构、填充程度和厚度密切相关。，2020/6/6，35，第三节岩体变形和强度特性，岩体变形是岩体变形和结构变形的总和，结构变形通常包括结构面闭合、填料压实和结构旋转及滑动变形。岩体变形=岩体变形结构面封闭充填压缩其他变形，一般来说，岩体的结构变形起着控制作用。2020/6/6，36，1。岩体变形特性，1。岩体变形试验，2020/6/6，37，(1)正常变形曲线线性向上凹向上凸复合型，2。岩体变形曲线类型及其特征，2020/6/6，38，(2)剪切变形曲线，峰值前曲线平均斜率小，破坏位移大；峰值后的应力降非常小或恒定。它们中的大多数都是沿着薄弱的结构面剪切的。峰前曲线的平均斜率较大，峰强度较高。峰值后的应力降较大。它们大多沿粗糙结构面、软弱岩体和强风化岩体剪切。峰前曲线斜率大，线性截面和非线性截面明显，峰值强度高，损伤位移小。峰值后，应力降大，残余强度低。他们中的大多数切断坚硬的岩体。2020/6/6，39，二。岩体的强度特性。岩体强度是指岩体抵抗外力的能力。岩体的强度不仅不同于岩体的强度，也不同于结构面的强度。一般来说，其强度介于岩体和结构面之间。岩体和岩体一样，具有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度。2020/6/6，40，1。岩体抗剪强度。岩体抗剪强度是指岩体中任意方向的剪切面在法向应力下所能抵抗的最大剪应力。剪切强度分为抗剪强度、抗剪强度和抗剪强度。抗剪强度是指在任何法向应力作用下，岩体在结构面上剪切时能够抵抗的最大剪应力。抗剪强度是指在任何法向应力作用下，岩体沿现有破裂面剪切时的最大应力。剪切强度指剪切平面上的法向应力为零时的剪切强度。2020/6/6，41，岩体抗剪强度是一个有上限和下限的范围，其强度包络线也是一个有上限和下限的曲线族。上限是岩体的抗剪强度，下限是结构面的抗剪强度。当应力较低时，强度变化范围较大，并且随着应力的增加，强度变化范围逐渐变小。当应力达到一定程度时，包络线变为曲线，岩体强度趋于各向同性，不受结构面的影响。当沿结构面剪切(严重剪切破坏)时，岩体的剪切强度最低，等于结构面的剪切强度。当穿过结构面(剪切破坏)时，岩体的剪切强度最高。当沿复合剪切面剪切时(复合破坏)，其强度介于上述两者之间。2020/6/6，42，硬岩，弱岩，2020/6/6，43，2，裂隙岩体抗压强度，岩体抗压强度分为单轴抗压强度和三轴抗压强度。在实际生产中，通常通过现场单轴压缩和三轴压缩试验来确定。2020/6/6，44，单结构面理论，2020/6/6，45，3，裂隙岩体强度的经验估计，Hoek-Brown经验方程，2020/6/6，46，方法：通过一些简单易测的岩体指标、工程地质条件和岩体力学性质参数第四节岩体工程分类，2020/6/6，47，1。岩体工程分类，1。迪尔米勒双指数分类指数：岩体抗压强度(C)、模量比(ET/C)，2020/6/6，48，2 GB 岩土工程勘察规范分类指数：新鲜岩体饱和单轴抗压强度(CW)，2020/6/6，49，II。岩体工程分类，1岩体质量分类，2洞室围岩分类，3岩体地质力学分类(RMR分类)，4纽扣岩体质量分类(Q分类)，2020/6，50，1，岩体质量分类(工程岩体分级标准 GB50218-94)分类指数：基本岩体质量指数BQ BQ=90 3CW 250KV当 CW 90kV 30时，设CW=90KV 30当kv 0.04时2020/6/6，54，分类方法：(1)根据岩体基本质量指标BQ进行初步分类，(2)根据自然应力、地下水和结构面方位等修改BQ。 (3)根据修订后的BQ，2020/6/6，55，岩石硬度分级表，岩石完整性分级表，2020/6/6，56，各级岩石物理力学参数和岩石自稳能力表，2020/6/6，57，进行详细分类，当地下洞室围岩处于高自然应力区或围岩中存在不利于岩体稳定的软弱结构面和地下水时， 对岩体的BQ值进行修正，修正值BQ按以下公式计算：BQ=BQ-100(K1 K2 K3)K1地下水影响修正系数； K2主要弱面产状效应的修正系数；K3-自然应力影响的修正系数。根据校正值的BQ，进行重新分级。确定各级岩体的物理力学参数和围岩的自稳能力。2020/6/6，58，地下水影响修正系数(K1)表，2020/6/6，59，主要软弱结构面产状影响修正系数(K2)表，自然应力影响修正系数(K3)表，2020/6/6，60，2，洞室围岩分类(锚杆喷射混凝土支护技术规范)，分类指标：岩体结构、结构面发育特征、岩石强度和岩体声学性质，优点：给出了毛管孔自稳的工程地质评价，锚喷支护设计参数，2020/6/6，61，GBJ86-2002围岩分类，2020/6/6，62，3。岩体地质力学分类(RMR分类)分类指标岩体强度RQD值节理间距节理条件地下水，2020/6/6，63，(1)根据各指标的值，按右表中的标准进行评分，并求和得到总分RMR值。2020/6/6，64，(2)根据下表对总分进行适当的更正。根据节理方