工程地质一一

第一章地壳岩体结构特征的工程地质分析1.1基本概念及研究意义

岩体（rockmass）通常指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的地质环境、被各种结构面所分割。岩体具有一定的结构特征，它由岩体中含有的不同类型的结构面及其在空间的分布和组合状况所确定。

结构面是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续面。

结构体：结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成形状、大小不同的块体，称结构体。工程地质之所以要将岩体的结构特征作为重要研究对象，意义如下：⑴岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。只有掌握岩体的结构特征，才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分布和应力状况。⑵岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。岩体中的软弱结构面，常常成为决定岩体稳定性的控制面，各结构面分别为确定坝肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。

⑶靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的改造进程。这是由于结构面往往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位，也常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要通道，往往发展为重要的控制面。总之，对岩体的结构特征的研究，是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据。研究结构面最关键的是研究各类结构面的分布规律、发育密度、表面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等。

1.2岩体结构特征及主要类型

1.2.1结构面的主要类型及特征

结构面的成因分类：原生结构面、构造结构面及浅表生结构面沉积结构面：层理，层面，软弱夹层，不整合面，原假整合面，古冲刷面等。生火成结构面：侵入体与围岩接结触面，岩脉、岩墙接触面，喷出岩构的流线、流面，冷凝节理面变质结构面：片理，片麻理，板劈理，片岩软弱夹层。构节理（X型节理，张节理）造结断层（正断层，逆断层，走滑断层）构面层间错动带，羽状裂隙，破劈理。

浅部卸荷断裂浅结、构重力扩展变形破裂表面生结表卸荷裂隙构部风化裂隙面结风化夹层构泥化夹层面次生夹泥

结构面规模等级划分：按其对岩体力学行为所起控制作用，可划分为三个等级，即贯通性宏观软弱面（A类）；显现结构面（B类）；和隐微结构面（C类）。

类型主要特征力学性质代表性结构面A.贯通性宏观结构面连续性好，延伸方向确定，通常具一定厚度与方向破坏岩体的连续性，构成岩体力学性质作用边界，控制岩体变形破坏方向，稳定性计算的边界层面，软弱夹层，断层面或断层破碎带B.显现结构面硬性结构面，随机断续分布，延伸长度米级-数十米，具有统计优势方位破坏岩体的完整性，使岩体力学性质具各向异性特征，影响岩体变形破坏方式各类原生和构造裂隙，表生破裂结构面C.隐微结构面短小闭合，长度从毫米级至厘米级，随机分布可有统计优势方位影响岩块的强度和变形破坏特征岩石的隐微裂隙1.2.2岩体分类

1.2.2.1岩体结构分类按建造特征可将岩体划分为块体状（或整体状）结构、块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。

块体状结构：代表岩性均一，无软弱面的岩体，含有的原生结构面具有较强的结合力，间距大于1m。通常出现在厚层的碳酸盐岩、碎屑岩；花岗岩、闪长岩；原生节理不太发育的流纹岩、安山岩、玄武岩、凝灰角砾岩中等。

块体结构：代表岩性较均一，含有2-3组较发育的软弱结构面的岩体，结构面间距1～0.5m。成岩裂隙较发育的厚层砂岩或泥岩，槽状冲刷面发育的河流相砂岩体等沉积岩，原生节理发育的火山岩体等。

层状结构：代表一组连续性好，抗剪性能显著较低的软弱面的岩体，一般岩性不均一。可进一步分为层状（软弱面间距50～30cm），薄层状（间距小于30cm）。还可以据不均一程度划分出软硬相间的互层状结构。

碎块状结构：代表含有多组密集结构面的岩体，岩体被分割成碎块状，以某些动力变质岩为典型，如溪洛渡泡灰岩。另外按岩体的改变程度可划分为完整的、块裂化或板裂化，碎裂化、散体化的等四个等级。1.2.2.2岩岩体的工程分分类工程应用分类是以以岩体稳定性或岩岩体质量评价为基基础的分类。为综综合性分类，目前前主要考虑三方面面因素的指标：即即与岩石工程性质质有关的指标（力力学性质）、岩体体后期改造有关的的指标(岩体结构构)和岩体赋存条件方方面的指标（地下下水或地应力）。。通常有:RMR(宾尼亚斯基分类，，Bieniawski);巴顿的Q分类;谷德振的岩体质量量指标Z系统分类（1979）。(见表1-3。)分类方案岩体质量指标计算算公式及方法参数RMR系统RMR=A+B+C+D+E+F和差综合法（并联系统）（T.Bieniawski,1973)A—岩石强度（点荷载载.单轴压)分分数15—0B—RQD(岩石质量指标）分分数20—3D—不连续面性状（粗粗糙—夹泥）分分数30—0C—不连续面间距（>2m—<3m)分数20—5E—地下水（干燥—流流动）分数15—0F—不连续面产状条件件（很好—很差））分数0—-12等级划分I很好RMR100——81II好RMR80—61III中等RMR60—41IV差RMR40—21V很差RMR<=20RSR系统RSR=A+B+C和差综合法（并联系统）（G.Wickham,1974)A—地质（岩石类型：：按三大岩类由硬硬质至破碎划分四四个等级。构造由整体—强烈烈断裂褶皱分为四四等），分数30—6B—节理裂隙特征（按按整体至极密集分分为6个等级，按按走向倾角与掘进方向关关系折减）分数45—7C—地下水（无至大量量）分数25—6RSR的变化范围25—100Q系统Q=RQD/Jn.Jr/Ja.Jw/SRF乘积法串联系统（Baton,1974)RQD—岩石质量指标0—100Jn—裂隙组数，无裂——破裂，0.5—20Jr—裂隙粗糙度，粗糙糙—镜面，4—0.5Ja—裂隙蚀变程度，新新鲜—蚀变夹泥，，0.75—20Jw—裂隙水折减系数数，干燥—特大大水流，1—0.05SRF—应力折减系数，，表示洞室开挖挖中岩性和地应应力对围岩岩抗变形能力的的折减，高者可可达20（高应应力状态岩石石趋于流流动），低者2.5（接近地地表的坚硬岩石石）很好Q400—1000极好Q100—400很好Q40——100好Q10——40一般Q4——10坏Q1—4很坏Q0.1—1坏Q0.01—0.1特坏Q0.001—0.01Z系统Z=I.f.R乘积法（串联系统）谷德振，1979I—完整性系数，I=V2m/V2rVm—岩体中纵波速Vr—岩石中纵波速f—结构面抗剪强度度系数R—岩石坚固系数（（为岩石湿单轴轴抗压强度的百百分之一）Z的变化范围为0.01—20表1—3岩岩体质量分类代代表性方案1.2.2.3分类标准准的定量化—岩岩体质量指标70年代以来岩岩体分类中采用用了“岩体质量量指标”或“综综合特征指标””来判别岩体性性能的优劣，因因而含有这类指指标的分类又被被称为岩体质量量分级，如上所所述的RMR、Q和Z系统。分类中有了定量量指标作为依据据，更便于将作作过详细勘探测测试研究的场地地的经验和成果果应用于研究程程度较差或处于于勘探初级阶段段的工地，从而而达到简化或减减少勘探程序和和工作量的目的的。分类中，为了探探讨不同分类方方案之间的相关关性，鲁弗里奇奇等根据新西兰兰多个工程的经经验，对RMR、RSR和Q系统三者得出的的如下关系式：：RMR=1.35lgQ+43RSR=0.77RMR+12.4RSR=13.3lgQ+46.51.3岩体体原生结构特征征的岩相分析岩相的横向变化化引起岩性及厚厚度的变化，从从而引起岩体的的力学性质在横横向上的差异性性。充分了解岩岩相变化可以更更好地提供面上上资料，为工程程建设服务。1.3.1河河流相沉积岩岩岩体结构特征征的岩相分析⑴：主要相模式式及其工程地质质特征①高弯度河流沉沉积相模式及该该相岩体的主要要工程地质特征征坡降缓，弯度大大，流态稳定，，水流较深，单单向环流为主。。其主要工程特征征有：a.岩体具层状或软软硬相间互层状状结构特征；b.砂岩体抗风化性性能弱，强度具具明显自下而上上的递变规律如如四川白垩系系红层的砂岩。。②辫状（游荡型型）河流沉积相相模式特点：坡降陡，，河床不稳定，，弯度小，水浅浅，流态不稳定定，具复杂环境境的河流沉积模模式。岩体主要工程地地质特征：a.岩体具层状或块块状结构特征：：岩体中以含泥泥砂砾的滞留砾砾石层为其主要要软弱层，断续续分布，起伏差差大，多呈槽状状；b.砂岩体具较高的的抗风化能力和和强度。⑵.岩体原生结结构特征的亚相相、微相分析a.软弱夹层的亚相相、微相分析b.砂岩体中原生结结构面的微相分分析。1.3.2变变质岩岩体结结构特征的岩相相分析1.3.2.1叶理发育育程度的岩相分分析及其应用变质岩叶理质量量分级可以为评评价变质岩岩体体工程地质特性性提供了重要依依据。具体来说说，叶理指标可可对同一地区或或不同地区类型型岩石的叶理发发育程度（表1-5）作出对对比评价，还可可用于定量评价价岩石（体）的的各向异性特征征，通过相关分分析，作为确定定岩石（体）某某些重要力学参参数的依据。叶叶理指标还可作作为岩体潜在在剪动（（滑动））带演变变程度的的判据。。1.3.2.2变质软软弱岩带带的岩相相分析及及其应用用：①.软弱岩带带工程地地质特征征的演化化分析a.空间展布布特征受受气—液液通道断断裂控制制b.断裂的演演化经历历确定了了变质岩岩带的力力学特征征c.表生改造造确定了了变质岩岩性能的的近期变变化②.软弱岩带带岩体质质量分级级中的岩岩相分析析对岩石展展开薄片片岩相鉴鉴定、X射线衍射射分析、、有效空空隙率、、弹性波波速、磁磁化率、、传导率率和有关关力学实实验，证证明变质质岩的蚀蚀变程度度可以作作为岩体体分级的的一个重重要依据据。1.4岩岩体体构造结结构特征征的地质质力学分分析1.4.1构构造断断裂的基基本组合合模式⑴.根据构造造断裂组组合规律律去分析析评价区区域构造造稳定性性或岩体体稳定性性具有重重大影响响的构造造结构特特征。⑵.通过过追溯应应力场演演变史来来阐明具具有复杂杂历史的的构造断裂的工工程地质质性质。。构造地质质学构造造地质学学的现代代研究，，提出按按变形(破坏)力学机机制对构构造断裂裂进行分分类(Mattauer等，1980)，将其其划分为为剪切(shearing)，，代表断层层和与断断层相伴伴的张性性拉裂(fracturiug)；弯曲(bending)，代表柔性性“同心心”或““平行””褶皱；；压扁(flattening)，代表强烈烈挤压条条件下劈劈理、叶叶理等韧韧性变形形；流动动（flowing)代表高温温条件下下岩石呈呈固熔状状态的粘粘滞流动动变形。。构造断裂裂的形成成过程，，表现为为两种机机制类型型的组合合。通常常随深度度加深和和温度增增高，呈呈如下序序列：剪剪切或拉拉裂拉拉裂与与弯曲弯弯曲弯弯曲与与压扁压压扁扁压压扁与流流动流流动。。1.4.2大大型推覆覆构造岩岩体结构构特征分分析龙门山中中北段推推覆构造造发育，，按构造造分区，，可将岩岩体划分分成厚皮皮构造、、薄皮构构造和接接触扰动动带。2.4.2.1厚皮皮构造结结构特征征这一带岩岩体主要要由高角角度的逆逆断层推推至接近近地表的的中下构构造层物物质组成成。以塑塑性、韧韧性变形形破裂为为主，叠叠加接近近地表处处所产生生的脆性性破裂。。具体特特征为（1）系系列陡倾倾逆冲断断裂构成成岩体个个宏观格格架。（2）变变质岩以以压扁流流动形成成的密集集片理化化为其主主要特征征。（3）岩岩浆岩以以S型花岗岩岩为典型型代表，，属地壳壳重溶型型（与逆逆冲断层层摩擦热热有关））岩浆岩岩中韧性性断裂和和其他类类型类型型动力变变质现象象发育。。上述特征征也是这这一带岩岩体遭受受风化，，并在重重力作用用下容易易发生变变形破坏坏的重要要原因。。较完整整的岩浆浆岩可储储备很高高的弹性性应变能能，在区区域剥蚀蚀和现代代地貌形形成过程程中，容容易产生生应变能能释放而而造成的的浅表生生变形破破裂结构构。1.4.2.2薄皮皮构造岩岩体结构构特征这一带以以弯曲和和剪切造造成的浅浅部褶皱皱断裂为为其主要要特征，，伴有表表部重力力滑动构构造。具具体特征征为：（1）系系列上叠叠式弧型型断裂构构成岩体体的宏观观格架。。（2）浅浅部岩层层强烈弯弯曲褶皱皱，层间间错动发发育。错错动在硬硬软接触触面尤为为明显，，削弱了了层间联联结能力力和抗剪剪强度，，成为岩岩体在重重力场条条件下变变形破坏坏的重要要控制面面。1.4.3伸伸展带岩岩体结构构特征分分析裂谷是区区域隆起起背景上上以断陷陷谷为特特征的大大型复杂杂地堑系系；如大大洋裂谷谷、大陆陆裂谷和和陆间裂裂谷。（1）裂裂谷深部部断裂的的基本形形式断裂基本本模式（见图））（2）裂裂谷区覆覆盖岩体体结构特特征上述不同模式式断裂系统的的近期活动，，在区域稳定定性分析中具具有重要的意意义。如它对对浅表层岩体体构造结构的的形成和演化化的控制作用用。第一类断裂模模式，盖层结结构以垂向或或陡倾大断裂裂为分割边界界，呈明显分分带或分块特特征，裂网络络受深部断裂裂格架控制，，拉张最强烈烈的部位往往往出现在地幔幔隆起轴附近近。第二类断裂模模式，盖层随随裂谷扩展而而出现拉张破破裂，但断裂裂网络并不一一定与深部断断裂相吻合。。拉张最强烈烈的部位往往往出现在裂谷谷的一侧(如如图1一17模式b的东侧)，或或两侧（如模模式C）1.4.4走走滑断裂裂区岩体结构构特征分析（1）走滑断断裂的基本组组合模式典型的走滑断断裂系统发育育在相对稳定定的地块中，，也可于板块转换断断层接触带，，它是最大、、最小主应力力近于水平的的地应力环境境下的产物，，大多属于脆脆性剪切破裂裂。按地质力力学观点，，断裂组合可可有多种形式式，但某一主主干断层与其其伴生的不同同次序的断裂裂的组合形式式，可视为基基本模式。巴巴杰杰利（1959）曾提提出一对共额额走滑断层与与各序次断裂裂共生组组合的理想模