工程地质：第3章岩体的工程地质研究

1、1 第第3章章 岩体的工程地质研究岩体的工程地质研究 第第1节节 岩石和岩体的基本特性岩石和岩体的基本特性 第第2节节 岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标 第第3节节 岩石和岩体的力学性质岩石和岩体的力学性质 第第4节节 岩体工程地质研究岩体工程地质研究 2 第第1节节 岩石和岩体的基本特性岩石和岩体的基本特性 一、岩石和岩体的特性一、岩石和岩体的特性 与土相比较，岩石和岩体有以下特性：与土相比较，岩石和岩体有以下特性： 1.力学强度高力学强度高：抗压强度最高可达：抗压强度最高可达100MPa以上。以上。 2.抗水性强抗水性强：一般岩石的抗水性较强（含有大量可一般岩石的抗水性较强（含有大量可

2、 溶盐类的岩石除外）。溶盐类的岩石除外）。 3.不均匀性、各向异性和不连续性不均匀性、各向异性和不连续性：是复杂的是复杂的“地地 球介质球介质”。 4.强度、压缩性受结构面发育程度、风化特性及岩强度、压缩性受结构面发育程度、风化特性及岩 溶作用控制溶作用控制 3 二、岩体工程地质研究的重点与目的二、岩体工程地质研究的重点与目的 1.岩体的工程地质研究应以较软弱的岩体为主岩体的工程地质研究应以较软弱的岩体为主 要对象，岩体的构造破坏、软弱夹层及风化程度等要对象，岩体的构造破坏、软弱夹层及风化程度等 应是研究的重点；应是研究的重点； 2.岩体工程地质研究的主要目的是评价岩体的岩体工程地质研究的主要

3、目的是评价岩体的 稳定性。岩体的稳定性主要取决于稳定性。岩体的稳定性主要取决于岩体强度岩体强度，而不，而不 是是岩石强度岩石强度。岩体强度取决于。岩体强度取决于构造强度构造强度，构造强度，构造强度 则主要受岩体中的则主要受岩体中的结构面结构面控制。因此物理力学性质控制。因此物理力学性质 的试验工作应密切结合工程地质实际条件来进行。的试验工作应密切结合工程地质实际条件来进行。 5 第第2节节 岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标 用数值来描述岩石的物理性质，这些数值用数值来描述岩石的物理性质，这些数值 就是岩石的就是岩石的物理性质指标物理性质指标。 岩石的岩石的密度密度 和和重度重度 1.密度密

4、度：岩石单位体积（包括岩石成分中的固、：岩石单位体积（包括岩石成分中的固、 液、气三相）的液、气三相）的质量质量，单位为，单位为g/cm3或或kg/m3。 岩石的密度大小与其成因及生成环境有关。岩石的密度大小与其成因及生成环境有关。 6 2.重度重度：岩石单位体积（包括岩石成分中：岩石单位体积（包括岩石成分中 的固、液、气三相）的的固、液、气三相）的重量重量。 岩石的重度与岩石的组成矿物及岩石的结岩石的重度与岩石的组成矿物及岩石的结 构有关。按岩石含水状况不同分为饱和重度、构有关。按岩石含水状况不同分为饱和重度、 湿重度和干重度。湿重度和干重度。 岩石重度的大小在一定程度上可反映岩石岩石重度的

5、大小在一定程度上可反映岩石 的力学性质。通常重度大的岩石，其强度就高，的力学性质。通常重度大的岩石，其强度就高， 故由重度指标可间接判断岩石强度特性。故由重度指标可间接判断岩石强度特性。 7 岩石的岩石的比重比重ds 比重比重：是岩石的固相重量与固相体积之比，：是岩石的固相重量与固相体积之比， 通常以固相质量与同体积的通常以固相质量与同体积的4摄氏度水的质量之比摄氏度水的质量之比 来表示。岩石的比重取决于其组成矿物的比重。矿来表示。岩石的比重取决于其组成矿物的比重。矿 物的比重越大，则岩石的比重也越大。物的比重越大，则岩石的比重也越大。 一般岩石的比重介于一般岩石的比重介于2.53.3之间。之

6、间。 8 1.孔隙率孔隙率（n）：为岩石的）：为岩石的孔隙体积孔隙体积Vv与岩石与岩石 总体积总体积V之比。用百分数表示为之比。用百分数表示为 %100 V V n v 由于岩石的孔隙主要包括由于岩石的孔隙主要包括粒间孔隙粒间孔隙和和微裂隙微裂隙，所，所 以孔隙率也是判定岩石质量的重要物理性质指标。以孔隙率也是判定岩石质量的重要物理性质指标。 岩石的孔隙率岩石的孔隙率n、吸水率、吸水率Wa和饱水率和饱水率Wsa 风化程度是影响岩石孔隙率的主要因素。未风风化程度是影响岩石孔隙率的主要因素。未风 化岩的化岩的n=0.131.0%；风化严重岩石的；风化严重岩石的n=3040%。 9 三种孔隙率概念：

7、三种孔隙率概念： 总孔隙率总孔隙率n：岩石中全部孔隙体积与：岩石中全部孔隙体积与 岩石体积之比。岩石体积之比。 开孔孔隙率开孔孔隙率n1：与大气相通或能被水：与大气相通或能被水 充满的孔隙体积与岩石体积之比。充满的孔隙体积与岩石体积之比。 闭孔孔隙率闭孔孔隙率n2：不与大气相通的孔隙：不与大气相通的孔隙 体积与岩石体积之比。体积与岩石体积之比。 10 2. 吸水率吸水率（Wa）和）和饱水率饱水率（Wsa） 岩石的吸水性是岩石的水理性质，常用岩石的吸水性是岩石的水理性质，常用吸吸 水率水率和和饱水率饱水率两个指标来表示。两个指标来表示。 吸水率吸水率Wa：指岩石在通常大气压力下吸：指岩石在通常大

8、气压力下吸 入水的重量入水的重量gw1与岩石的干重与岩石的干重gd之比之比 d w a g g W 1 11 饱水率饱水率Wsa：是岩石在一定的高压条：是岩石在一定的高压条 件下（一般为件下（一般为150个大气压）或在真空条件个大气压）或在真空条件 下吸入水的重量下吸入水的重量gw2与岩石的干重与岩石的干重gd之比之比 d w sa g g W 2 在这样的压力条件下，通常认为水能够在这样的压力条件下，通常认为水能够 进入到所有的敞开裂隙和孔隙中去。进入到所有的敞开裂隙和孔隙中去。 12 一般在试验室条件下，采用高压设备较为一般在试验室条件下，采用高压设备较为 复杂，故多用真空抽气法来测定岩石

9、的饱水率。复杂，故多用真空抽气法来测定岩石的饱水率。 岩石的吸水性主要与岩石本身的孔隙或裂岩石的吸水性主要与岩石本身的孔隙或裂 隙有关。隙有关。吸水率吸水率可以反映出开口较宽孔隙（或可以反映出开口较宽孔隙（或 裂隙）的体积大小，而裂隙）的体积大小，而饱水率饱水率可以反映出全部可以反映出全部 开口孔隙（或裂隙）的体积大小。开口孔隙（或裂隙）的体积大小。 13 显然，吸水率值显然，吸水率值小于小于饱水率值。二者之饱水率值。二者之 差可以反映在常压条件下水并不能渗入的细差可以反映在常压条件下水并不能渗入的细 小孔隙（或裂隙）的体积大小。换句话说，小孔隙（或裂隙）的体积大小。换句话说， 在正常大气压力

10、下，岩石浸水后，水只能浸在正常大气压力下，岩石浸水后，水只能浸 入到开口的宽孔隙（或裂隙）中，只有在一入到开口的宽孔隙（或裂隙）中，只有在一 定的高压条件下，水才能浸入到全部开口的定的高压条件下，水才能浸入到全部开口的 孔隙中。孔隙中。 14 饱水系数饱水系数Kw：为吸水率：为吸水率Wa与饱水率与饱水率 Wsa的比值。的比值。 sa a w W W K 饱水系数愈大，说明岩石中开口较宽的孔饱水系数愈大，说明岩石中开口较宽的孔 隙（或裂隙）愈多。一般岩石的饱水系数在隙（或裂隙）愈多。一般岩石的饱水系数在 0.40.8之间。之间。 15 岩石的饱水系数能间接地说明岩石的岩石的饱水系数能间接地说明岩

11、石的抗冻性抗冻性。 当浸入岩石裂隙中的水结冰时，其体积约增加当浸入岩石裂隙中的水结冰时，其体积约增加9%， 从而对原来含水的孔隙壁产生压力。当饱水系数小从而对原来含水的孔隙壁产生压力。当饱水系数小 于于0.91时，即较宽开口孔隙与总开口孔隙体积之比时，即较宽开口孔隙与总开口孔隙体积之比 小于小于0.91，在结冻时由于尚有未被水充填的窄开口，在结冻时由于尚有未被水充填的窄开口 孔隙，因而水体有膨胀的余地。孔隙，因而水体有膨胀的余地。 当岩石的饱水系数大于当岩石的饱水系数大于0.91时，就要考虑水结时，就要考虑水结 冰时体积膨胀对孔隙壁产生的巨大压力，因为在这冰时体积膨胀对孔隙壁产生的巨大压力，因

12、为在这 种情况下，水结冰时，没有足够多的开口孔隙来容种情况下，水结冰时，没有足够多的开口孔隙来容 纳由于冻结而膨胀的水体积，而导致岩石纳由于冻结而膨胀的水体积，而导致岩石破裂破裂。 16 第第3节节 岩石和岩体的力学性质岩石和岩体的力学性质 岩体在外界荷载作用下所表现出的性岩体在外界荷载作用下所表现出的性 状，称为岩体的状，称为岩体的力学性质力学性质。它包括。它包括变形变形和和 强度强度两个方面。岩体的力学性质与建筑物两个方面。岩体的力学性质与建筑物 的稳定性有着密切的关系。的稳定性有着密切的关系。 17 一、岩体的变形一、岩体的变形 1.岩体的变形特性岩体的变形特性 应力应力 应变应变 18

13、 实际上，岩石并非理想的弹脆性体，它在破坏前，实际上，岩石并非理想的弹脆性体，它在破坏前， 不仅发生不仅发生弹性应变弹性应变，还会发生一定的，还会发生一定的塑性应变塑性应变。这时，。这时， 破坏前的应变由弹性应变和塑性应变两部分组成。弹性破坏前的应变由弹性应变和塑性应变两部分组成。弹性 应变是应变是可逆的可逆的，外力卸除后弹性应变就会恢复。而塑性，外力卸除后弹性应变就会恢复。而塑性 应变是应变是不可逆的不可逆的，外力卸除后，塑性应变不能恢复。弹，外力卸除后，塑性应变不能恢复。弹 性区和塑性区的应力分界点是性区和塑性区的应力分界点是弹性极限弹性极限。 应力应力 应变应变 19 试验资料表明，试验

14、资料表明，单向加压单向加压情况下的岩石应力情况下的岩石应力 应变曲线主要有以下四种型式：应变曲线主要有以下四种型式： 直线型直线型 下凹曲线型下凹曲线型 上凹曲线型上凹曲线型 S型曲线型曲线 20 岩石在岩石在三向压力三向压力作作 用下的变形性质。在单用下的变形性质。在单 向应力条件下，岩石在向应力条件下，岩石在 变形不大时即发生脆性变形不大时即发生脆性 破坏；随着侧向压力的破坏；随着侧向压力的 增加，岩石由脆性转变增加，岩石由脆性转变 为塑性的现象是明显的，为塑性的现象是明显的， 岩石的峰值强度及破坏岩石的峰值强度及破坏 前的塑性应变均随之增前的塑性应变均随之增 大。大。 31 21 2.岩

15、石变形特性指标及其测定方法岩石变形特性指标及其测定方法 岩石的变形特性常用岩石的变形特性常用变形模量变形模量和和泊松比泊松比表表 示。变形模量和泊松比，除在室内测定外，可示。变形模量和泊松比，除在室内测定外，可 在实地现场直接测定，现场测定一般能较好地在实地现场直接测定，现场测定一般能较好地 反映岩体的变形特性。反映岩体的变形特性。 在室内，大多数是将试件放在压力机中加在室内，大多数是将试件放在压力机中加 压，并测量其垂直和横向变形。压，并测量其垂直和横向变形。 22 在现场测定变形模量有两种方法，即在现场测定变形模量有两种方法，即静力法静力法 和和动力法动力法。 动力法利用震源产生弹性波，测

16、定波在岩体中动力法利用震源产生弹性波，测定波在岩体中 的传播速度，然后按照弹性理论公式算出变形模量的传播速度，然后按照弹性理论公式算出变形模量 和泊松比。和泊松比。 动力法与静力法相比较，前者简便、效率高，动力法与静力法相比较，前者简便、效率高， 可以在各种露头上进行试验，也可在钻孔中进行。可以在各种露头上进行试验，也可在钻孔中进行。 大量采用钻孔进行静力法试验不太现实。大量采用钻孔进行静力法试验不太现实。 但动力法所利用的是弹性波，不能完全反映但动力法所利用的是弹性波，不能完全反映 出岩体的细裂隙情况和岩体的非弹性变形情况。因出岩体的细裂隙情况和岩体的非弹性变形情况。因 此，动力法和室内静力

17、法一样，所测得的变形模量此，动力法和室内静力法一样，所测得的变形模量 值比现场静力法所测结果要大。值比现场静力法所测结果要大。 23 3.岩体变形影响因素的分析岩体变形影响因素的分析 岩体的变形模量及泊松比并非常数：因为岩体的变形模量及泊松比并非常数：因为 岩体是各向异性的；变形特性指标的数值取决于岩体是各向异性的；变形特性指标的数值取决于 作用在岩体上力的大小及作用时间的长短。作用在岩体上力的大小及作用时间的长短。 影响岩体变形特性指标的因素包括：影响岩体变形特性指标的因素包括： 岩体本身的因素岩体本身的因素 岩体本身的因素，主要为岩体本身的因素，主要为岩体结构、构造岩体结构、构造的的 影响

18、，一般是指岩层层理及裂隙等对岩体变形的影影响，一般是指岩层层理及裂隙等对岩体变形的影 响。响。 24 层理的影响主要表现为岩体变形的层理的影响主要表现为岩体变形的各各 向异性向异性。 裂隙对岩体变形也有很大影响，岩体的裂隙对岩体变形也有很大影响，岩体的 变形主要是闭合、张开裂隙的变形，且与裂变形主要是闭合、张开裂隙的变形，且与裂 隙的产状、性质及充填物质有关。隙的产状、性质及充填物质有关。 25 试验时岩体状态的因素试验时岩体状态的因素 岩体状态对变形模量的影响也很大，例如，岩体状态对变形模量的影响也很大，例如， 风化岩石比新鲜岩石变形模量小得多；岩石含水量风化岩石比新鲜岩石变形模量小得多；岩

19、石含水量 的增加，会使变形模量减小。的增加，会使变形模量减小。 试验条件的因素（如历时长短、应力大小试验条件的因素（如历时长短、应力大小 及加荷方式等）及加荷方式等） 试验方法对变形模量的影响，明显地表现在试验方法对变形模量的影响，明显地表现在 静力法静力法和和动力法动力法所得结果的差异上。如前所述，一所得结果的差异上。如前所述，一 般动力法所得般动力法所得Ed值比静力法的值比静力法的Es值要大值要大12倍，风倍，风 化岩体则相差更大。化岩体则相差更大。 26 两个方法的主要差别是：静力法反映的是两个方法的主要差别是：静力法反映的是 小范围内的岩体性状，而动力法反映的岩体范围较小范围内的岩体性

20、状，而动力法反映的岩体范围较 大，可以包括宽度较大的裂隙；静力法的载荷常大，可以包括宽度较大的裂隙；静力法的载荷常 达岩体极限强度的达岩体极限强度的25100%，作用的时间长（数分，作用的时间长（数分 钟内测出），而动力法为冲击力，应力小，作用的钟内测出），而动力法为冲击力，应力小，作用的 时间很短（约时间很短（约0.01秒）。秒）。 目前，生产中一般以静力法所得目前，生产中一般以静力法所得E值作为主要值作为主要 设计选值依据，而以动力法结果作为参考。设计选值依据，而以动力法结果作为参考。 此外，加荷速度和试验压力的大小对变形模此外，加荷速度和试验压力的大小对变形模 量也是有影响的，量也是有影

21、响的，E值随加荷速度的增加而增大；值随加荷速度的增加而增大； 试验压力大时，所得试验压力大时，所得E值要小一些。值要小一些。 27 二、岩体的强度二、岩体的强度 岩体抵抗外荷作用的岩体抵抗外荷作用的极限能力极限能力称为称为强度强度。广义。广义 强度包括强度包括抗压强度抗压强度、抗剪强度抗剪强度、抗拉强度抗拉强度等。等。 岩体通常是一个不连续体，不连续面由宏观的岩体通常是一个不连续体，不连续面由宏观的 断层、节理、裂隙和微观的晶面、微裂隙组成。小断层、节理、裂隙和微观的晶面、微裂隙组成。小 型试件测得的岩体强度，称为岩体的材料强度型试件测得的岩体强度，称为岩体的材料强度 岩石强度岩石强度；包括不

22、连续面的试件测得的岩体强度，；包括不连续面的试件测得的岩体强度， 则称之为则称之为岩体强度岩体强度，可以通过大型的岩体试验测得。，可以通过大型的岩体试验测得。 显然，岩体的材料强度是岩体可能的最大强度。显然，岩体的材料强度是岩体可能的最大强度。 28 1.抗压强度抗压强度 岩体的抗压强度或单轴抗压强度就是在单向岩体的抗压强度或单轴抗压强度就是在单向 压力作用下使试样破坏的压力作用下使试样破坏的单位面积的极限荷载单位面积的极限荷载。 岩体的抗压强度多在室内测定，将一定尺寸的岩体的抗压强度多在室内测定，将一定尺寸的 试样放在压力机上，逐渐增加垂直压力，至岩体开试样放在压力机上，逐渐增加垂直压力，至

23、岩体开 始破坏为止。始破坏为止。 测定岩体抗压强度的试样有圆柱体及立方体测定岩体抗压强度的试样有圆柱体及立方体 两种形状。圆柱体即为钻孔岩芯，圆柱体的高和直两种形状。圆柱体即为钻孔岩芯，圆柱体的高和直 径应保持径应保持2:1的比例，标准试样的直径为的比例，标准试样的直径为5cm，高，高 度为度为10cm。立方体的尺寸一般取。立方体的尺寸一般取555cm3、 777cm3或或101010cm3。岩体的非均匀性愈。岩体的非均匀性愈 大，试样也应愈大。大，试样也应愈大。 29 建筑物基础传递给地基的压力，一般都小于建筑物基础传递给地基的压力，一般都小于 2MPa。因此，岩体的抗压强度在绝大多数情况下

24、，。因此，岩体的抗压强度在绝大多数情况下， 是完全可以满足要求的。由于抗压强度的测定较为是完全可以满足要求的。由于抗压强度的测定较为 方便，并由它引出了不少求其他指标的经验近似公方便，并由它引出了不少求其他指标的经验近似公 式，所以作为岩体的力学特性指标，抗压强度被广式，所以作为岩体的力学特性指标，抗压强度被广 泛采用。泛采用。 影响岩体抗压强度的主要因素影响岩体抗压强度的主要因素 : a.岩体的结构、构造岩体的结构、构造 b.裂隙和风化作用裂隙和风化作用 c.试验条件试验条件（含水情况、加荷速率、试件尺寸、（含水情况、加荷速率、试件尺寸、 岩体所处的应力状态）岩体所处的应力状态） 30 2.

25、抗剪强度抗剪强度 岩体抵抗剪切破坏的极限能力，称为抗剪岩体抵抗剪切破坏的极限能力，称为抗剪 强度。岩体的抗剪强度决定着建筑物的抗滑稳强度。岩体的抗剪强度决定着建筑物的抗滑稳 定性。由于剪切情况不同，故有定性。由于剪切情况不同，故有3种强度，即种强度，即抗抗 剪断强度剪断强度、抗剪强度抗剪强度和和抗切强度抗切强度。 31 a.抗剪断强度抗剪断强度 岩体的抗剪断强度，是指在一定压力下，岩体的抗剪断强度，是指在一定压力下， 岩体被剪断时剪破面上的最大剪应力。它常岩体被剪断时剪破面上的最大剪应力。它常 用来确定混凝土与岩石胶结面或岩石本身所用来确定混凝土与岩石胶结面或岩石本身所 能承受的最大剪应力。能

26、承受的最大剪应力。 压应力与抗剪断强度的关系式为压应力与抗剪断强度的关系式为 tg c 32 与土体一样，与土体一样，摩擦系数摩擦系数 及粘聚力及粘聚力c是决定是决定 岩体抗剪断强度的实质性指标。岩体抗剪断强度的实质性指标。 岩体的抗剪断试验，还可以在三轴压缩状况下岩体的抗剪断试验，还可以在三轴压缩状况下 进行。岩体三轴试验的目的在于了解岩体在复杂应进行。岩体三轴试验的目的在于了解岩体在复杂应 力状态下的强度，常采用等围压（力状态下的强度，常采用等围压（ ） 的压缩方式，需要具备专门的岩体三轴应力试验机。的压缩方式，需要具备专门的岩体三轴应力试验机。 tg 321 对同一组岩体试样的试件，可求

27、得不同侧向压对同一组岩体试样的试件，可求得不同侧向压 力条件下岩体的极限强度。根据相应的力条件下岩体的极限强度。根据相应的 和和 可可 绘制数个莫尔破坏圆，然后作这些圆的包络线，以绘制数个莫尔破坏圆，然后作这些圆的包络线，以 求得求得c、 值。值。 1 3 33 b.抗切强度抗切强度 岩体的抗切强度是指在没有垂直压应力岩体的抗切强度是指在没有垂直压应力 作用下，岩体剪断时破坏面上的最大剪应力。作用下，岩体剪断时破坏面上的最大剪应力。 其表示式为其表示式为 ，即，岩体的抗切强度为岩，即，岩体的抗切强度为岩 体的粘聚力。因此，抗切试验求得的体的粘聚力。因此，抗切试验求得的c值比值比 抗剪断试验的抗

28、剪断试验的c值准确。值准确。 c 34 测定方法是将试样块体放在另一试样块体上，测定方法是将试样块体放在另一试样块体上， 在法向荷载作用下施加剪切力，以测定两块岩石接触在法向荷载作用下施加剪切力，以测定两块岩石接触 面之间的摩擦力。面之间的摩擦力。 由于两块岩石是分离的，所以粘聚力为零，摩擦由于两块岩石是分离的，所以粘聚力为零，摩擦 力即为抗剪强度，随着法向应力的增加而增加。力即为抗剪强度，随着法向应力的增加而增加。 c.抗剪强度抗剪强度 抗剪强度是指岩石与岩石间沿某一面的摩擦力。抗剪强度是指岩石与岩石间沿某一面的摩擦力。 35 抗剪强度与垂直应力的关系抗剪强度与垂直应力的关系 tg 36 抗

29、剪试验时，以两块岩石的接触面来模拟现抗剪试验时，以两块岩石的接触面来模拟现 场构造面，即最可能引起滑动的裂隙、节理或层面。场构造面，即最可能引起滑动的裂隙、节理或层面。 有时还要对岩块与混凝土块体进行试验，以求其两有时还要对岩块与混凝土块体进行试验，以求其两 者之间的摩擦力。抗剪试验提供的抗剪参数者之间的摩擦力。抗剪试验提供的抗剪参数 f （即（即 ）常用于分析坝基滑动的可能性。）常用于分析坝基滑动的可能性。 3.抗拉强度和抗弯曲强度抗拉强度和抗弯曲强度 岩体抵抗单向拉伸破坏的极限能力，称为岩岩体抵抗单向拉伸破坏的极限能力，称为岩 体的体的抗拉强度抗拉强度；岩体抵抗折断的极限能力，为；岩体抵抗

30、折断的极限能力，为抗弯抗弯 曲强度曲强度。 tg 37 由于测定抗拉强度与抗弯曲强度的试验方由于测定抗拉强度与抗弯曲强度的试验方 法比较复杂，而广义强度（抗拉、抗弯、抗剪法比较复杂，而广义强度（抗拉、抗弯、抗剪 等）均可以表示为抗压强度的函数。根据几种等）均可以表示为抗压强度的函数。根据几种 主要岩体抗拉、抗弯曲、抗切强度与抗压强度主要岩体抗拉、抗弯曲、抗切强度与抗压强度 的近似比例，可以求出抗拉、抗弯曲和抗剪强的近似比例，可以求出抗拉、抗弯曲和抗剪强 度。度。 抗拉强度一般平均为抗压强度的抗拉强度一般平均为抗压强度的35%，抗，抗 弯曲强度为抗压强度的弯曲强度为抗压强度的715%。 38 三

31、、岩体的流变特性三、岩体的流变特性 流变表示流变表示时间因素时间因素对变形的影响。岩体在外部对变形的影响。岩体在外部 条件不变的情况下，变形或应力随时间而变化的特条件不变的情况下，变形或应力随时间而变化的特 性叫流变性。表示这一特性的变形（应力）性叫流变性。表示这一特性的变形（应力）时间时间 曲线就称为曲线就称为流变曲线流变曲线。 39 四、岩体的破坏形式和破坏机制四、岩体的破坏形式和破坏机制 岩体的破坏形式一般有以下几种：岩体的破坏形式一般有以下几种： 1.脆性破坏脆性破坏 岩石在荷载作用下没有明显的变形就突然岩石在荷载作用下没有明显的变形就突然 破坏的现象称为破坏的现象称为脆性破坏脆性破坏

32、。在大多数情况下，。在大多数情况下， 岩石表现为脆性破坏。岩层受压的张裂和岩石表现为脆性破坏。岩层受压的张裂和X型型 剪切破裂均属于这种脆性破坏形式。剪切破裂均属于这种脆性破坏形式。 40 2.塑性破坏塑性破坏 岩石受力后，破坏之前的变形较大，没有明岩石受力后，破坏之前的变形较大，没有明 显的屈服点，称为显的屈服点，称为塑性破坏塑性破坏。如坑道软弱岩石造成。如坑道软弱岩石造成 的底板隆起等。的底板隆起等。 3.岩体软弱面的剪切破坏岩体软弱面的剪切破坏 岩体中存在层理、节理、裂隙或断层时，在荷岩体中存在层理、节理、裂隙或断层时，在荷 载作用下，当这些结构面上的剪应力超过其抗剪强载作用下，当这些结

33、构面上的剪应力超过其抗剪强 度时，岩体发生软弱面剪切破坏。度时，岩体发生软弱面剪切破坏。 41 岩体破坏的基本机制为岩体（结构体）沿着岩体破坏的基本机制为岩体（结构体）沿着 结构面的剪切滑动。所以，对岩体而言，其宏观破结构面的剪切滑动。所以，对岩体而言，其宏观破 坏判据就是库伦方程式坏判据就是库伦方程式 tgc 目前主要采用库伦方程和莫尔强度理论来分析目前主要采用库伦方程和莫尔强度理论来分析 和评价岩土体的稳定性问题。和评价岩土体的稳定性问题。 42 第第4节节 岩体工程地质研究的基本概念岩体工程地质研究的基本概念 和要点和要点 岩体工程地质研究的目的是评价工程岩体工程地质研究的目的是评价工程

34、 岩体的稳定性岩体的稳定性。 一、岩体工程地质背景研究一、岩体工程地质背景研究 在进行工程岩体稳定性评价时，为了在进行工程岩体稳定性评价时，为了 对岩体在本质上有所认识，必须进行岩体对岩体在本质上有所认识，必须进行岩体 （山体）工程地质背景的研究。（山体）工程地质背景的研究。 43 工程地质背景是指山体在形成、演化过工程地质背景是指山体在形成、演化过 程中所受的程中所受的地质力学作用地质力学作用和所处的和所处的地质环境地质环境。 由于岩体经历过岩石生成、构造形变和次生由于岩体经历过岩石生成、构造形变和次生 蜕变的漫长地质历史，所以在进行工程地质蜕变的漫长地质历史，所以在进行工程地质 背景评价中

35、要抓住对岩体构造特征起主导作背景评价中要抓住对岩体构造特征起主导作 用的地质过程来研究。用的地质过程来研究。 44 在工程地质背景研究中，关键的是判定在工程地质背景研究中，关键的是判定 不良工程地质条件的地质力学背景。主要是：不良工程地质条件的地质力学背景。主要是： 成岩不良、多软弱夹层的山体；具有不成岩不良、多软弱夹层的山体；具有不 整合面和古风化壳的山体；岩浆岩侵入挤整合面和古风化壳的山体；岩浆岩侵入挤 压和蚀变带山体；区域性活动断裂带；压和蚀变带山体；区域性活动断裂带； 深风化、卸荷松动和蠕动山体；强烈岩溶深风化、卸荷松动和蠕动山体；强烈岩溶 化山体。化山体。 45 二、岩体结构特性和岩

36、体质量的研究二、岩体结构特性和岩体质量的研究 岩体结构的基本模式是岩体结构的基本模式是结构面结构面和和结构体结构体的组的组 合，它决定岩体的特性。岩体结构类型和岩体质量合，它决定岩体的特性。岩体结构类型和岩体质量 与岩体成因及形成的地质历史有关。在岩体结构研与岩体成因及形成的地质历史有关。在岩体结构研 究的基础上，划分岩体结构类型，概括工程类比评究的基础上，划分岩体结构类型，概括工程类比评 价，是岩体稳定性力学分析的基本手段。价，是岩体稳定性力学分析的基本手段。 岩体质量的评价应着重对岩体的岩体质量的评价应着重对岩体的完整性、软弱完整性、软弱 夹层夹层和和风化岩风化岩进行分析。进行分析。 46

37、 1.三大岩类的工程地质分析三大岩类的工程地质分析 岩性是产生各类岩体结构的物质基础，研究岩性是产生各类岩体结构的物质基础，研究 岩体不能脱离岩体本身的岩性特征。岩石的岩性特岩体不能脱离岩体本身的岩性特征。岩石的岩性特 征取决于岩石的成因类型。岩石主要分为火成岩、征取决于岩石的成因类型。岩石主要分为火成岩、 沉积岩和变质岩三大类。沉积岩和变质岩三大类。 a.火成岩火成岩 火成岩火成岩 深成岩深成岩 浅成岩浅成岩 喷出岩喷出岩 47 对火成岩进行工程地质研究时，在野外，必对火成岩进行工程地质研究时，在野外，必 须着重观测其须着重观测其产状、裂隙产状、裂隙和和风化程度风化程度；在室内，则；在室内，

38、则 必须用显微镜仔细观察其必须用显微镜仔细观察其矿物成分矿物成分、结构结构、风化物风化物 成分成分，并且与其物理性质、水理性质及力学性质试，并且与其物理性质、水理性质及力学性质试 验的成果结合起来综合加以分析。验的成果结合起来综合加以分析。 2.沉积岩沉积岩 对沉积岩进行工程地质研究时，除注意岩石对沉积岩进行工程地质研究时，除注意岩石 的的胶结物胶结物外，还要注意对其外，还要注意对其层理性层理性的研究。的研究。 48 沉积岩之所以成岩，一般是由小的沉积旋回沉积岩之所以成岩，一般是由小的沉积旋回 形成的（如砂页岩互层，石灰岩中夹有泥灰岩或粘形成的（如砂页岩互层，石灰岩中夹有泥灰岩或粘 土岩薄层等

39、），层与层之间的连接较弱，因此，层土岩薄层等），层与层之间的连接较弱，因此，层 面（特别是软弱夹层面）对岩体稳定影响很大。面（特别是软弱夹层面）对岩体稳定影响很大。 3.变质岩变质岩 从岩石强度来源的观点来看，不同的变质作从岩石强度来源的观点来看，不同的变质作 用对于岩石有着不同的影响。用对于岩石有着不同的影响。 49 由于原岩性质的不同及变质条件和变质作用由于原岩性质的不同及变质条件和变质作用 的不同，使原岩的强度可能提高或降低。的不同，使原岩的强度可能提高或降低。 如火成岩经深变质作用后，产生片理，生成如火成岩经深变质作用后，产生片理，生成 片麻岩类的层状岩，使其力学性质的各向异性显片麻岩类的层状岩，使其力学性质的各向异性显 著增强。岩石沿片理面会产生剥离和分裂，力学著增强。岩石沿片理面会产生剥离和分裂，力学 强度和抗风化性能低于原岩。强度和抗风化性能低于原岩。 沉积岩的变质作用相反，常常使其强度提高，沉积岩的变质作用相反，常常使其强度提高， 如石英岩、大理岩的力学强度都很高。如石英岩、大理岩的力学强度都很高。 50 三、软弱夹层和风化岩的研究三、软弱夹层和风化岩的研究 对岩体稳定性的研究，软弱夹层和风化岩占有对岩体稳定性的研究，软弱夹层和风化岩占有 重要的地位。重要的地位。 1.软