岩体的地质特征

第2章岩体地质与结构特征§2.1几个基本概念§2.2岩块及其特征§2.3结构面地质特征及对岩体力学性质的影响§2.4岩体结构特征及结构控制论1.岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体。§2.1几个基本概念2.结构面（StructuralPlane）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。4.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。3.岩块（Rockblock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。第2章岩体地质与结构特征思考题1、岩块与岩体有哪些区别？2、试比较土与岩有那些异同点？一、岩块的物质组成第2章岩体地质与结构特征§2.2岩块及其特征

岩块力学性质取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量粘土矿物硅酸盐类矿物碳酸盐类矿物氧化物类矿物二、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。第2章岩体地质与结构特征二、岩块的结构特征微结构面削弱岩石强度，形成各向异性颗粒形状强度：粒状、柱状>片状>鳞片状颗粒大小强度：粗粒<细粒三、岩石风化

岩石====>矿物组成和结构改变==>岩块的物理力学性质改变（强度降低、抗变形性能减弱、空隙率增大，渗透性加大）第2章岩体地质与结构特征风化岩块的风化程度可用定性指标和某些定量指标表述定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。风化空隙率指标(Iw)是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

纵波波速（cp）

波速比

风化系数

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vcp(m/s)kvkf全风化500～10000.2～0.4强风化1000～20000.4～0.6＜0.4中等风化2000～40000.6～0.80.4～0.8微风化4000～50000.8～0.90.8～0.9未风化＞50000.9～1.00.9～1.0结构面(structuralplane)是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。它包括物质分异面和不连续面，如层面、不整合面、节理面、断层、片理面等。在结构面中，那些规模较大、强度低、易变形的结构面又称为软弱结构面。第2章岩体地质与结构特征一、结构面的成因类型(一)地质成因类型(二)力学成因类型§2.3

结构面地质特征及对岩体力学性质的影响岩体结构面成因类型及其特征(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，残留结构面和重结晶结构面2.构造结构面是岩体在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。(二)力学成因类型张性结构面是由拉应力形成的，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：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，导水性强剪性结构面是剪应力形成的，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：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等现象发育。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。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，其分布规律不太容易搞清楚，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。二、结构面的规模走向、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：三、产状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、迹长：结构面与岩体露头交线的长度。

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。如果测线是水平布置，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(Rockqualitydesignation)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：

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，服从某种随机分布规律。七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、台阶状、锯齿状、波状、和不规则状。侧壁的起伏程度可用起伏角(i)表示结构面的粗糙度用粗糙度系JRC表示

(jointroughnesscoefficient)。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。软弱结构面软弱结构面就其物质组成及徽观结构而言，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。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。软弱结构面在工程岩体稳定性中具有很重要的意义，往往控制着岩体的变形破坏机理及稳定性。泥化夹层是含泥质的软弱夹层经一系列地质作用演化而成的。它多分布在上下相对坚硬而中间相对软弱刚柔相间的岩层组合条件下。泥化夹层特点：粘粒含量很高；含水量接近或超过塑限，密度比原岩小，具有一定的服缩性；力学性质比原岩差，强度低，压缩性高；抗冲刷能力差，因而在渗透水流的作用下，易产生渗透变形。§2.4

岩体结构特征及结构控制论一、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第2章岩体地质与结构特征二、岩体的结构岩体结构(rockmassstructure)指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。1结构体特征结构体(structuralelement)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。结构体的规模取决于结构面的密度，密度愈小，结构体的规模愈大,与结构面对应,划分为四级。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。结构体常见的形状有：柱状、板状、楔形及菱形等。形状不同，稳定性不同。结构体的形状示意图图1-6结构体形状典型类型示意图（据孙广忠，1983）a，b.柱状结构体；d，e.菱形或板状结构体；c，f，g，h，j.楔、锥形结构体；i.板状结构体2岩体的结构类型三、岩体结构控制论工程实践和研究表明，岩体结构对工程岩体控制作用表现如下方面：

1）改变岩体的力学性质。发育于岩体中的结构面，是岩体的薄弱环节。降低了岩体的完整性和力学强度，使岩体物理力学性质变差。

2）岩体的应力传播特征

3）岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性

岩体变形机制受岩体结构控制岩体结构整体状结构碎裂状结构块状结构变形成分主要的岩块压缩变形结构面滑移变形结构体滑移及压缩变形次要的微结构面错动结构体及结构面压缩及结构体性状改变结构体压缩及形状改变侧胀系数小于0.5常大于0.5小变形特征结构体压缩及形状改变压密沿结构面滑移控制岩体变形的主要因素岩石、岩相特征及Ⅴ级结构面特征开裂的不连续的Ⅲ、Ⅳ级结构面贯通的Ⅰ、Ⅱ级结构面，主要为软弱结构面

表明岩体变形受结构面变形控制。

块状结构岩体变形主要为贯通性结构面滑移；碎裂状结构岩体变形则由Ⅲ、Ⅳ级结构面滑移及部分岩块变形构成；完整岩体的变形才受控于岩石的变形特征。

岩体的破坏机制也受控于岩体结构：即：结构控制岩体破坏的难易程度、破坏的规模和破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。岩体破坏机制受岩体结构控制整块体结构岩体块状结构岩体碎裂状结构岩体散体状结构岩体①张破裂②剪破坏结构体沿结构面滑动①结构体张破裂②结构体剪破裂③结构体流动变形④结构体沿结构面滑动⑤结构体转动⑥结构体组合体倾倒⑦结构体组合体溃屈①剪破坏②流动变形

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