岩体的工程地质研究03z

1、1东南大学远程教育工工 程程 地地 质质第第 三三 章章主讲教师：主讲教师： 童小东童小东2第第3章章 岩体的工程地质岩体的工程地质 研究研究 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 3第第1节节 岩石和岩体的岩石和岩体的 基本特性基本特性 岩石岩石：是指经过地质作用而天然形成的：是指经过地质作用而天然形成的矿物集合体。按其成因可分为三类：矿物集合体。按其成因可分为三类：火成火成岩岩（岩浆岩）、（岩浆岩）、变质岩变质岩和和沉积岩沉积

2、岩。 岩体岩体：指由：指由结构面结构面和被结构面所分割的和被结构面所分割的岩石岩石构成的整体。构成的整体。4桩桩体体护壁护壁5一、岩石和岩体的特性一、岩石和岩体的特性 与土相比较，岩石和岩体有与土相比较，岩石和岩体有以下特性：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一般岩石的抗水性较强（含有大量可溶盐类的岩石除外）。（含有大量可溶盐类的岩石除外）。 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：是是复杂的复杂的“地球介质地球介质”。 6 4.强度、压缩性受结构面发育强度、压缩性受

3、结构面发育程度、风化特性及岩溶作用控制程度、风化特性及岩溶作用控制二、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 岩石与岩体的岩石与岩体的上述特性决定了：上述特性决定了： 1.岩体的工程地质研究应以较软弱的岩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、软弱夹层体为主要对象，岩体的构造破坏、软弱夹层及风化程度等应是研究的重点；及风化程度等应是研究的重点；7 2.岩体工程地质研究的主要岩体工程地质研究的主要目的是评价岩体的稳定性。岩体目的是评价岩体的稳定性。岩体的稳定性主要取决于的稳定性主要取决于岩体强度岩体强度，而不是，而不是岩石岩石强度强度。岩体强度取决于。

4、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学性质的试验工作应密切结合工程地质实际条件来进行。条件来进行。 8第第2节节 岩石的物理性质岩石的物理性质 指标指标 用数值来描述岩石的物理性质，这些用数值来描述岩石的物理性质，这些数值就是岩石的数值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.密度密度：岩石单位体积（包括岩石成：岩石单位体积（包括岩石成分中的固、液、气三相）的分中的固、液、气三相）的质量质量，单位为，单位为g/cm3或或kg/m3。

5、 岩石的密度大小与其成因及生成环境岩石的密度大小与其成因及生成环境有关。有关。 9 2.重度重度：岩石单位体积（包括岩：岩石单位体积（包括岩石成分中的固、液、气三相）的石成分中的固、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结构有关。按岩石含水状况不同分为饱和重度、湿重度和干重度。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岩石重度的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，其强度石的力学性质。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就高，故由重度指标可间接

6、判断岩石强度特性。性。10 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：是岩石的固相重量与固相体积之比。岩石的比重取决于其组成矿物的体积之比。岩石的比重取决于其组成矿物的比重。矿物的比重越大，则岩石的比重也越比重。矿物的比重越大，则岩石的比重也越大。大。 一般岩石的比重介于一般岩石的比重介于2.53.3之间。之间。 岩石的岩石的孔隙率孔隙率n、吸水率吸水率Wa和和饱水率饱水率Wsa 11 1.孔隙率孔隙率（n）：为岩石的）：为岩石的孔隙孔隙体积体积Vv与岩石与岩石总体积总体积V之比。用百之比。用百分数表示为分数表示为%100VVnv 由于岩石的孔隙主要包括由于岩石的孔隙主要包括

7、粒间孔隙粒间孔隙和和微微裂隙裂隙，所以孔隙率也是判定岩石质量的重要，所以孔隙率也是判定岩石质量的重要物理性质指标。物理性质指标。12 孔隙率越大，孔隙和微裂隙孔隙率越大，孔隙和微裂隙就越多，岩石的力学性质就越差。就越多，岩石的力学性质就越差。 风化程度是影响岩石孔隙率的主要因素。风化程度是影响岩石孔隙率的主要因素。未风化岩的未风化岩的n=0.131.0%；风化严重岩石的；风化严重岩石的n=3040%。13 三种孔隙率概念：三种孔隙率概念： 总孔隙率总孔隙率n：岩石中全部孔隙：岩石中全部孔隙体积与岩石体积之比。体积与岩石体积之比。 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

8、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。14 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，岩石的吸水性是岩石的水理性质，常用常用吸水率吸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：指岩石在通常大气压力下吸入水的重量吸入水的重量gw1与岩石的干重与岩石的干重gd之比之比 dwaggW115 饱水率饱水率Wsa：是岩石在一定的：是岩石在一定的高压条件下（一般为高压条件下（一般为150

9、个大气压）个大气压）或在真空条件下吸入水的重量或在真空条件下吸入水的重量gw2与岩石的干与岩石的干重重gd之比之比 dwsaggW2 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。16 一般在试验室条件下，采用高一般在试验室条件下，采用高压设备较为复杂，故多用真空抽气压设备较为复杂，故多用真空抽气法来测定岩石的饱水率。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岩石的吸水性主要与岩石本身的孔隙或裂隙有关。裂隙有关。吸水率吸水率可以反映出开口较宽孔隙可以反映出开口较宽孔隙（或裂隙）的体积大小，而（

10、或裂隙）的体积大小，而饱水率饱水率可以反映可以反映出全部开口孔隙（或裂隙）的体积大小。出全部开口孔隙（或裂隙）的体积大小。17 显然，吸水率值显然，吸水率值小于小于饱水率值。饱水率值。二者之差可以反映在常压条件下水二者之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）的体积大并不能渗入的细小孔隙（或裂隙）的体积大小。换句话说，在正常大气压力下，岩石浸小。换句话说，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）水后，水只能浸入到开口的宽孔隙（或裂隙）中，只有在一定的高压条件下，水才能浸入中，只有在一定的高压条件下，水才能浸入到全部开口的孔隙中。到全部开口的孔隙中。 18

11、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。 saawWWK 饱水系数愈大，说明岩石中开口较宽的饱水系数愈大，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孔隙（或裂隙）愈多。一般岩石的饱水系数在在0.40.8之间。之间。19 岩石的饱水系数能间接地说明岩石的饱水系数能间接地说明岩石的岩石的抗冻性抗冻性。当浸入岩石裂隙中。当浸入岩石裂隙中的水结冰时，其体积约增加的水结冰时，其体积约增加9%，从而对原，从而对原来含水的孔隙壁产生压力。当饱水系数小于来含水的孔隙壁产生压力。当饱水系数小于0.91时，即较宽开口孔隙与总开口孔隙体积时，即较宽开口孔隙与

12、总开口孔隙体积之比小于之比小于0.91，在结冻时由于尚有未被水充，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。填的窄开口孔隙，因而水体有膨胀的余地。20 当岩石的饱水系数大于当岩石的饱水系数大于0.91时，时，就要考虑水结冰时体积膨胀对孔隙就要考虑水结冰时体积膨胀对孔隙壁产生的巨大压力，因为在这种情况下，水壁产生的巨大压力，因为在这种情况下，水结冰时，没有足够多的开口孔隙来容纳由于结冰时，没有足够多的开口孔隙来容纳由于冻结而膨胀的水体积，而导致岩石冻结而膨胀的水体积，而导致岩石破裂破裂。 21第第3节节 岩石和岩体的岩石和岩体的 力学性质力学性质 岩体在外界荷载作用下所表现出

13、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。 22一、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 岩体在外力作用下，其内部应力状态发岩体在外力作用下，其内部应力状态发生变化，使各质点改变位置，结果引起岩体生变化，使各质点改变位置，结果引起岩体形状和尽寸的改变，称为形状和尽寸的改变，称为变形变形。岩体在外力。岩体在外力作用下首先发生变形，变形超过一定值后岩作用下首先发生变形，变形超过一定值后岩体发生

14、体发生破坏破坏。 23应力应力应变应变24 实际上，岩石并非理想的弹脆实际上，岩石并非理想的弹脆性体，它在破坏前，不仅发生性体，它在破坏前，不仅发生弹性弹性应变应变，还会发生一定的，还会发生一定的塑性应变塑性应变。这时，破。这时，破坏前的应变由弹性应变和塑性应变两部分组坏前的应变由弹性应变和塑性应变两部分组成。弹性应变是成。弹性应变是可逆的可逆的，外力卸除后弹性应，外力卸除后弹性应变就会恢复。而塑性应变是变就会恢复。而塑性应变是不可逆的不可逆的，外力，外力卸除后，塑性应变不能恢复。弹性区和塑性卸除后，塑性应变不能恢复。弹性区和塑性区的应力分界点是区的应力分界点是弹性极限弹性极限。 25应力应力

15、应变应变26 试验资料表明，单向加压情况试验资料表明，单向加压情况下的岩石应力下的岩石应力应变曲线主要有以应变曲线主要有以下四种型式：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 27 岩石在三向压力作用下的变形岩石在三向压力作用下的变形性质，应用三轴压缩剪切仪可以得性质，应用三轴压缩剪切仪可以得到如下图的变形曲线。纵坐标表示大小主应到如下图的变形曲线。纵坐标表示大小主应力之差，力之差， 称为称为应力差应力差或或偏应力偏应力，横坐，横坐标表示标表示轴应变轴应变 。从图中可见，在单向应力。从图中可见，在单向应力条件下（条件下（ ），岩石在变形不大时即发生

16、），岩石在变形不大时即发生脆性破坏；随着侧向压力的增加，岩石由脆脆性破坏；随着侧向压力的增加，岩石由脆性转变为塑性的现象是明显的，岩石的峰值性转变为塑性的现象是明显的，岩石的峰值强度及破坏前的塑性应变均随之增大。强度及破坏前的塑性应变均随之增大。 31 a 03 2831 29 2.岩石变形特性指标及其测定岩石变形特性指标及其测定 方法方法 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示。变形模量和泊松比，除在室内测定外，表示。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，现场测定一般能较可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。好地反映

17、岩体的变形特性。 在室内，大多数是将试件放在压力机中在室内，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。加压，并测量其垂直和横向变形。30 在现场测定变形模量有两种在现场测定变形模量有两种方法，即方法，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，测定波在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岩体中的传播速度，然后按照弹性理论公式算出变形模量和泊松比。算出变形模量和泊松比。 动力法与静力法相比较，前者简便、效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，也可在率高，可以在各种露头上进行试验，也可在钻孔中进行。大量采

18、用钻孔进行静力法试验钻孔中进行。大量采用钻孔进行静力法试验不太现实。不太现实。31 但动力法所利用的是弹性波，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。因此，动力法况和岩体的非弹性变形情况。因此，动力法和室内静力法一样，所测得的变形模量值比和室内静力法一样，所测得的变形模量值比现场静力法所测结果要大。现场静力法所测结果要大。32 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岩体的变形模量及泊松比并非常数：常数：因为岩体是各向异性的；因为岩体是各向异性的；变形特变形特性指标的数值取决于作用在岩体上力

19、的大小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。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、构岩体结构、构造造的影响，一般是指岩层层理及裂隙等对岩的影响，一般是指岩层层理及裂隙等对岩体变形的影响。体变形的影响。 33 层理的影响主要表现为岩体变层理的影响主要表现为岩体变形的形的各向异性各向异性。 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

20、填物质有关。隙的产状、性质及充填物质有关。 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；如，风化岩石比新鲜岩石变形模量小得多；岩石含水量的增加，会使变形模量减小。岩石含水量的增加，会使变形模量减小。34 某工程垂直于层理的高压饱水某工程垂直于层理的高压饱水试样与烘干样变形模量之比为试样与烘干样变形模量之比为0.55；而平行于层理的变形模量，其相应的比值为而平行于层理的变形模量，其相应的比值为0.71。 试验条件的因素试验条件的因素（如（如历时长短、应力历时长短、应力大小大小及及加荷方式加荷方

21、式等）等） 试验方法对变形模量的影响，明显地表试验方法对变形模量的影响，明显地表现在现在静力法静力法和和动力法动力法所得结果的差异上。如所得结果的差异上。如前所述，一般动力法所得前所述，一般动力法所得Ed值比静力法的值比静力法的Es值要大值要大12倍，风化岩体则相差更大。倍，风化岩体则相差更大。35 两个方法的主要差别是：两个方法的主要差别是：静静力法反映的是小范围内的岩体性状，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大，可以包括宽而动力法反映的岩体范围较大，可以包括宽度较大的裂隙；度较大的裂隙；静力法的载荷常达岩体极静力法的载荷常达岩体极限强度的限强度的25100%，作用的时

22、间长（数分钟，作用的时间长（数分钟内测出），而动力法为冲击力，应力小，作内测出），而动力法为冲击力，应力小，作用的时间很短（约用的时间很短（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值作值作为主要设计选值依据，而以动力法结果作为为主要设计选值依据，而以动力法结果作为参考。参考。 36 此外，加荷速度和试验压力的此外，加荷速度和试验压力的大小对变形模量也是有影响的，大小对变形模量也是有影响的，E值随加荷速度的增加而增大；试验压力大时，值随加荷速度的增加而增大；试验压力大时，所得所得E值要小一些。值要小一些。 二、岩体的强度二、岩体的强度 岩体抵抗外荷作用的

23、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。广义强度包括广义强度包括抗压强度抗压强度、抗剪强度抗剪强度、抗拉强抗拉强度度等。等。37 岩体通常是一个不连续体，不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。小型试件测得和微观的晶面、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的岩体强度，称为岩体的材料强度岩石岩石强度强度；包括不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，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验测得。

24、显然，岩体的材料强度是岩体可能的最大强度。的最大强度。38 1.抗压强度抗压强度 岩体的抗压强度或单轴抗压强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度就是在单向压力作用下使试样破坏的单位单位面积的极限荷载面积的极限荷载。 岩体的抗压强度多在室内测定，将一定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，逐渐增加垂直压尺寸的试样放在压力机上，逐渐增加垂直压力，至岩体开始破坏为止。力，至岩体开始破坏为止。 按下式计算岩体的抗压强度按下式计算岩体的抗压强度R 39FPR 测定岩体抗压强度的试样有圆柱体及立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

25、，圆柱方体两种形状。圆柱体即为钻孔岩芯，圆柱体的高和直径应保持体的高和直径应保持2:1的比例，标准试样的的比例，标准试样的直径为直径为5cm，高度为，高度为10cm。立方体的尺寸一。立方体的尺寸一般取般取555（cm3）、）、777（cm3）或）或40101010（cm3）。岩体的非均）。岩体的非均匀性愈大，试样也应愈大。匀性愈大，试样也应愈大。 建筑物基础传递给地基的压力，一般都建筑物基础传递给地基的压力，一般都小于小于2MPa。因此，岩体的抗压强度在绝大。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方便，并由它引出

26、了不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式，所以作为岩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，抗压强度被广泛采用。体的力学特性指标，抗压强度被广泛采用。 41 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（含水情况、加荷速率、试件尺寸、岩体所处的应力状态）件尺寸、岩体所处的应力状态） 2.抗剪强度抗剪强度 岩体抵抗剪切破坏的极限能力，称为抗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剪强度。岩体的

27、抗剪强度决定着建筑物的抗滑稳定性。由于剪切情况不同，故有滑稳定性。由于剪切情况不同，故有3种强种强度，即度，即抗剪断强度抗剪断强度、抗剪强度抗剪强度和和抗切强度抗切强度。 421-抗剪断试验；抗剪断试验；2-抗切试验；抗切试验；3-抗剪试验抗剪试验 43 a.抗剪断强度抗剪断强度 岩体的抗剪断强度，是指在一岩体的抗剪断强度，是指在一定压力下，岩体被剪断时剪破面上的最大剪定压力下，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应力。它常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。岩石本身所能承受的最大剪应力。 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

28、式为 tg c44 与土体一样，与土体一样，摩擦系数摩擦系数 及粘及粘聚力聚力c是决定岩体抗剪断强度的实质是决定岩体抗剪断强度的实质性指标。在计算水工建筑物的抗滑稳定性时，性指标。在计算水工建筑物的抗滑稳定性时，岩体的摩擦系数是一个决定性指标。岩体的摩擦系数是一个决定性指标。 岩体的抗剪断试验，还可以在三轴压缩岩体的抗剪断试验，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状况下进行。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，常采用等围岩体在复杂应力状态下的强度，常采用等围压（即压（即 ）的压缩方式，需要具备）的压缩方式，需要具备专门的岩体三轴应力试验机。专门的岩体三轴应力

29、试验机。 tg321 45 对同一组岩体试样的试件，可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求得不同侧向压力条件下岩体的极限强度。根据相应的限强度。根据相应的 和和 可绘制数个莫可绘制数个莫尔破坏圆，然后作这些圆的包络线，以求得尔破坏圆，然后作这些圆的包络线，以求得c、 值。值。 1 3 46 常规三轴压缩试验的莫尔应力圆常规三轴压缩试验的莫尔应力圆 及莫尔包络线及莫尔包络线 47 b.抗切强度抗切强度 岩体的抗切强度是指在没有垂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直压应力作用下，岩体剪断时破坏面上的最大剪应力。其表示式为大剪应力。其表示式为 ，即

30、，岩体的抗，即，岩体的抗切强度为岩体的粘聚力。因此，抗切试验求切强度为岩体的粘聚力。因此，抗切试验求得的得的c值比抗剪断试验的值比抗剪断试验的c值准确。值准确。 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抗剪强度是指岩石与岩石间沿某一面的摩擦力。摩擦力。c 48 测定方法是将试样块体放在另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面之间的施加剪切力，以测定两块岩石接触面之间的摩擦力。摩擦力。 由于两块岩石是分离的，所以粘聚力为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，随着法向应力的零，摩擦力

31、即为抗剪强度，随着法向应力的增加而增加。增加而增加。49 抗剪强度与垂直应力的关系抗剪强度与垂直应力的关系 tg50 抗剪试验时，以两块岩石的接抗剪试验时，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。有时还要对引起滑动的裂隙、节理或层面。有时还要对岩块与混凝土块体进行试验，以求其两者之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

32、，称岩体抵抗单向拉伸破坏的极限能力，称为岩体的为岩体的抗拉强度抗拉强度；岩体抵抗折断的极限能；岩体抵抗折断的极限能力，为力，为抗弯曲强度抗弯曲强度。 tg51 由于测定抗拉强度与抗弯曲强由于测定抗拉强度与抗弯曲强度的试验方法比较复杂，而广义强度的试验方法比较复杂，而广义强度（抗拉、抗弯、抗剪等）均可以表示为抗度（抗拉、抗弯、抗剪等）均可以表示为抗压强度的函数。根据几种主要岩体抗拉、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的近似比例，可弯曲、抗切强度与抗压强度的近似比例，可以求出抗拉、抗弯曲和抗剪强度。以求出抗拉、抗弯曲和抗剪强度。 抗拉强度一般平均为抗压强度的抗拉强度一

33、般平均为抗压强度的35%，抗弯曲强度为抗压强度的抗弯曲强度为抗压强度的715%。 52三、岩体的流变特性三、岩体的流变特性 与软土类似，岩体也具有流变与软土类似，岩体也具有流变特性。流变表示特性。流变表示时间因素时间因素对变形的影响。在对变形的影响。在应力不变的情况下，岩体的变形随时间而增应力不变的情况下，岩体的变形随时间而增长的特性叫流变性。表示这一特性的变形长的特性叫流变性。表示这一特性的变形时间曲线就称为时间曲线就称为流变曲线流变曲线。 53四、岩石的破坏形式和破坏机制四、岩石的破坏形式和破坏机制 岩石的破坏形式一般有以下几种：岩石的破坏形式一般有以下几种： 1.脆性破坏脆性破坏 岩石在

34、荷载作用下没有明显的变形就突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然破坏的现象称为脆性破坏脆性破坏。在大多数情况。在大多数情况下，岩石表现为脆性破坏。岩层受压的张裂下，岩石表现为脆性破坏。岩层受压的张裂和和X型剪切破裂均属于这种脆性破坏形式。型剪切破裂均属于这种脆性破坏形式。 54 2.塑性破坏塑性破坏 岩石受力后，破坏之前的变形岩石受力后，破坏之前的变形较大，没有明显的屈服点，称为较大，没有明显的屈服点，称为塑性破坏塑性破坏。如坑道软弱岩石造成的底板隆起等。如坑道软弱岩石造成的底板隆起等。 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，岩体中存

35、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在荷载作用下，当这些结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。过其抗剪强度时，岩体发生软弱面剪切破坏。55 岩体破坏的基本机制为岩体岩体破坏的基本机制为岩体（结构体）沿着结构面的剪切滑（结构体）沿着结构面的剪切滑动。所以，对岩体而言，其宏观破坏判据就动。所以，对岩体而言，其宏观破坏判据就是库伦方程式是库伦方程式 tgc 目前主要采用库伦方程和莫尔强度理论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。来分析和评价岩土体的稳定性问题。 56第第4节节 岩体工程地质研究岩体工程地质研究 的基本概念和

36、要点的基本概念和要点 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。忽视工程（山体）工程地质背景的研究。忽视工程地质背景评价，是许多工程出现重大问题地质背景评价，是许多工程出现重大问题的主要原因。的主要原因。 57 工程地质背景是指山体在形成、工程地质背景是指山体在形成、演化过程中所受的演化过程中所受的地质力学作用地质力学作用和和所处的所

37、处的地质环境地质环境。由于岩体经历过岩石生成、。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背景评价中要抓住对岩体构在进行工程地质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。造特征起主导作用的地质过程来研究。 58 在工程地质背景研究中，关键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的是判定不良工程地质条件的地质力学背景。主要是：力学背景。主要是：成岩不良、多软弱夹成岩不良、多软弱夹层的山体；层的山体；具有不整合面和古风化壳的山具有不整合面和古风化壳的山体；体；岩浆岩侵入挤压和蚀变带山体；岩浆岩侵

38、入挤压和蚀变带山体；区区域性活动断裂带；域性活动断裂带；深风化、卸荷松动和蠕深风化、卸荷松动和蠕动山体；动山体；强烈岩溶化山体。强烈岩溶化山体。 59二、岩体结构特性和岩体质量的研究二、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合，它决定岩体的特性。岩体的组合，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。在岩体结构研究的基础上，划质历史有关。在岩体结构研究的基础上，划分岩体结构类型，概括工程类比评价，是岩分岩体结构类型，概括工程类比评价，是岩体稳定性力学分析的基本手段。

39、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、完整性、软弱夹层软弱夹层和和风化岩风化岩进分析。进分析。 60 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。岩石的岩性特征取决于岩石的成因性特征。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、沉积岩和变质类型。岩石主要分为火成岩、沉积岩和变质岩三大类。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61 对火成岩进行工程地质研

40、究时，对火成岩进行工程地质研究时，在野外，必须着重观测其在野外，必须着重观测其产状、裂产状、裂隙隙和和风化程度风化程度；在室内，则必须用显微镜仔；在室内，则必须用显微镜仔细观察其细观察其矿物成分矿物成分、结构结构、风化物成分风化物成分，并，并且与其物理性质、水理性质及力学性质试验且与其物理性质、水理性质及力学性质试验的成果结合起来综合加以分析。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，除注意对沉积岩进行工程地质研究时，除注意岩石的岩石的胶结物胶结物外，还要注意对其外，还要注意对其层理性层理性的研的研究。究。 62 沉积岩之所以成岩，一般是由沉积岩之所以成岩，一

41、般是由小的沉积旋回形成的（如砂页岩互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土岩薄层等），层，石灰岩中夹有泥灰岩或粘土岩薄层等），层与层之间的连接较弱，因此，层面（特别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。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。质作用对于岩石有着不同的影响。 63 由于原岩性质的不同及变质条由于原岩性质的不同及变质条件和变质作用的不同，使原岩的强件和变质作用的不同，使原岩的强度可能提高或降低。度可能提高或降低。 如火

42、成岩经深变质作用后，产生片理，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，使其力学性质的各生成片麻岩类的层状岩，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向异性显著增强。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。和分裂，力学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。提高，如石英岩、大理岩的力学强度都很高。64三、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，软弱夹对岩体稳定性的研究，软弱夹层和风化岩占有重要的地位。层和风化岩占有重要的地位。 1.软弱夹层软弱夹层 软弱夹层是指地基中岩性软弱、结构松软弱夹层是指地基中岩性软弱、结构松散、力学强度低、流变效应明显以及遇水易散、力学强度低、流变效应明显以及遇水易软化或泥