地质学基础第七章岩体

地质学基础第七章岩体1第1页，共46页，2023年，2月20日，星期四第一节岩石的工程性质1.岩石工程性质的常用指标物理性质(physicalproperties)

重度（密度）(unitweight)：岩石单位体积的重力（质量）。有干重度、湿重度和饱和重度之分。比重(相对密度)(specificgravity)：固体岩石的重力（质量）与同体积水在4ºC时重力（质量）的比值。空隙率(porosity)：岩石中空隙的体积与岩石总体积的比值。2第2页，共46页，2023年，2月20日，星期四吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干燥岩石质量之比。饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质量与干燥岩石质量之比。饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值越大，岩石的抗冻性越差。

水理性质3第3页，共46页，2023年，2月20日，星期四软化性：指岩石在水的作用下强度降低的性质。软化系数(softeningcoefficient)为岩石在饱水状态下的极限抗压强度与风干状态下强度之比。<0.75是强软化的岩石，工程性质较差。渗透性(permeability)：指岩石允许水透过的能力。溶解性(dissolubility)：指岩石溶解于水的性质。抗冻性(frostresistance)：指岩石抵抗冰劈作用的能力.抗压强度降低率<(20％～25％)的岩石是抗冻的。崩解性(disintegration)：指黏土质岩石吸水膨胀的性质。4第4页，共46页，2023年，2月20日，星期四

力学性质

强度指标：抗压强度(compressivestrength)：岩石单向受压时抵抗破坏的能力。抗拉强度(tensilestrength)：岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。抗剪强度(shearstrength)：岩石抵抗剪切破坏的能力。5第5页，共46页，2023年，2月20日，星期四抗剪强度可分为以下三种强度：(a)抗剪断强度：在垂直压力作用下的岩石剪切强度。(b)抗剪强度：沿着已有的破裂面发生剪切时的强度。(c)抗切强度：压应力等于零时的剪切强度。图7—1岩石的三种抗剪强度试验6第6页，共46页，2023年，2月20日，星期四

变形指标弹性模量(modulusofelasticity)：是应力与弹性应变的比值。变形模量(modulusofdeformation)：是应力与总应变的比值。泊松比(poisson’ratio)：是横向应变与纵向应变比值。7第7页，共46页，2023年，2月20日，星期四2.影响岩石工程性质的因素内部因素（岩石的地质特征）矿物成分结构构造

外部因素水的作用风化作用8第8页，共46页，2023年，2月20日，星期四3.岩石的工程性质评述

岩浆岩深成侵入岩具结晶结构，晶粒粗大均匀，力学强度高。一般是良好的建筑地基和天然建筑石材。但由于多种矿物结晶组成，抗风化能力较差。浅成侵入岩特别是脉状岩体穿插于不同的岩石中，易蚀变风化，使其强度降低、透水性增大。喷出岩若具有气孔构造、流纹构造及发育有原生裂隙，透水性较大。多呈岩流状产出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基均一性和稳定性影响大。9第9页，共46页，2023年，2月20日，星期四

沉积岩火山碎屑岩由细小火山灰组成，水理性质差。沉积碎屑岩受胶结物成分和胶结类型影响显著。黏土岩浸水后易软化和泥化，还可能有膨胀性。对工程极为不利，但可作隔水层和防渗层。化学岩和生物化学岩具不同程度的可溶性，易渗漏。10第10页，共46页，2023年，2月20日，星期四

变质岩

工程性质与其原岩密切相关。动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。片理构造使岩石具有各向异性特征。11第11页，共46页，2023年，2月20日，星期四

岩石（Rock）:

具一定结构构造的矿物集合体。岩体（Rockmass）：包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的岩石性质。第二节岩体及岩体结构12第12页，共46页，2023年，2月20日，星期四

岩体结构(rockmassstructure)

=

结构面(structuralplane)+结构体(structuralelement)13第13页，共46页，2023年，2月20日，星期四结构面：存在于岩体中的各种地质界面。分为：

14第14页，共46页，2023年，2月20日，星期四岩体中的软弱夹层15第15页，共46页，2023年，2月20日，星期四结构面特征

形态、平整光滑度张开度和充填程度连通性密集程度产状和组数规模

16第16页，共46页，2023年，2月20日，星期四结构体类型

(d)(a)(c)(f)(g)(b)(e)(h)

图7—2结构体的类型(a)方柱（块）体；(b)菱形柱体；(c）三棱柱体；(d)楔形体；(e)锥形体;(f)板状体;(g)多角柱体;(h)菱形块体17第17页，共46页，2023年，2月20日，星期四岩体结构类型及工程性质

整体块状结构：整体强度高。层状结构：强度和变形特性具各向异性特点。碎裂结构：岩体完整性破坏大。散体结构：工程性质差。18第18页，共46页，2023年，2月20日，星期四第三节岩体的主要力学性质变形特性变形模量弹性模量图7—5应力——应变曲线图7—6岩石的弹性变形19第19页，共46页，2023年，2月20日，星期四蠕变(creep):

在一定应力下,变形随时间持续增长。松弛(relaxation):

在变形保持一定时,应力随时间逐渐减小。

流变性:

指在恒定条件下，应力或变形随时间而变化的特性。图7—8不同应力条件下岩体的蠕变曲线20第20页，共46页，2023年，2月20日，星期四强度特性最主要是抗剪强度cm

图7—12岩体抗剪强度包络线1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围

21第21页，共46页，2023年，2月20日，星期四第四节岩石和岩体的工程分类1.《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)根据岩块的饱和单轴抗压强度标准值Rc划分岩石的坚硬程度:5153060Rc极软岩软岩较软岩较坚硬岩坚硬岩22第22页，共46页，2023年，2月20日，星期四2.《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)根据岩体的完整性指数划分岩石的完整程度:0.150.350.550.75完整性指数极破碎破碎较破碎较完整完整岩体压缩波速度与岩块压缩波速度之比的平方23第23页，共46页，2023年，2月20日，星期四3.《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)根据岩石坚硬程度和岩体完整程度综合分五个岩体基本质量等级:

完整程度

坚硬程度完整较完整较破碎破碎极破碎坚硬岩IIIIIIIVV较硬岩IIIIIIVIVV较软岩IIIIVIVVV软岩IVIVVVV极软岩VVVVV24第24页，共46页，2023年，2月20日，星期四4.《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)根据岩石质量指标RQD分类：

RQD分类类别RQD（％）岩石质量1234590～10075～9050～7525～50<25好较好较差差极差RQD值是用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分数表示。25第25页，共46页，2023年，2月20日，星期四岩体稳定分析方法地质分析类比法岩体结构分析法岩体稳定分类法数值模拟计算法地质模拟试验法第五节岩体稳定性分析26第26页，共46页，2023年，2月20日，星期四岩体稳定性与分析

主要影响因素：区域稳定性岩体结构边界条件（临空面、滑动面、切割面）荷载类型、大小和方向工程类别27第27页，共46页，2023年，2月20日，星期四主要影响因素：剪切滑移破坏张拉破坏压缩破坏弯折破坏岩体破坏方式28第28页，共46页，2023年，2月20日，星期四边坡岩体稳定性分析力学计算法单平面滑动：1)无渗流时

2)有渗流时折线滑面:滑坡推力法2.图解法(赤平投影法)29第29页，共46页，2023年，2月20日，星期四一、高层建筑岩基稳定性分析沿基底面：沿砂层面OI：1、在风荷载下的抗倾覆计算图7—13岩体结构剖面及稳定性计算示意30第30页，共46页，2023年，2月20日，星期四2、岩体(ABC)的稳定性计算图7—14隔离体ABD和BCD受力图31第31页，共46页，2023年，2月20日，星期四二、边坡岩体稳定性分析结构分析图解法——赤平极射投影图7—15赤平极射投影原理图7—16图7—1732第32页，共46页，2023年，2月20日，星期四图7—18吴尔夫投影网图7—19表7—1233第33页，共46页，2023年，2月20日，星期四(一)一组结构面的分析1.结构分析①当岩层（结构面）的走向与边坡的走向一致时：边坡的投影为弧AMCJ1与坡面AC倾向相反

，边坡稳定。J2与坡面AC倾向相同，但其倾角大于边坡倾角，边坡基本稳定

。J3与坡面AC倾向相同，但其倾角小于边坡倾角，边坡不稳定。图7—20一组结构面与赤平极射投影图的对应关系34第34页，共46页，2023年，2月20日，星期四②当岩层(结构面)的走向与边坡的走向斜交时，若边坡的稳定性发生破坏，从岩体结构的观点来看，必须同时具备两个条件：第一．边坡稳定件的破坏一定是沿着结构面发生的；第二．必须有一个直立的并垂直于结构面的最小抗切面

(＝c)DEK，结构面与最小抗切面就组合成不稳定体ADEK。

图7—21最小抗切面DEK35第35页，共46页，2023年，2月20日，星期四如已知结构面走向为NW280°，倾向SW，倾角50°，与边坡斜交。边坡走向为NW310°，倾向SW。求稳定坡角。

图7—22用赤平投影求边坡坡角36第36页，共46页，2023年，2月20日，星期四当结构面走向与边坡走向成直交时，稳定坡角最大，可达90°；当结构面走向与边坡走向平行时，稳定坡角最小，即等于结构面的倾角。图7—23结构面走向与边坡走向成直交图7—24结构面走向与边坡走向平行37第37页，共46页，2023年，2月20日，星期四2.力学讨论岩体稳定安全系数滑动面上岩体的粘聚力滑动面上岩体的内摩擦角K＝1时，滑动体高度hv为图7—25一组滑动面的力学分析38第38页，共46页，2023年，2月20日，星期四作图求极限稳定坡角

某一不稳定结构面AB的倾角为，需要开挖的深度为H，在不稳定面AB上选C点作垂线CD，恰好使CD等于滑动体极限高度hv，联结AD，即为所求的开挖边坡线，它与水平线的夹角，即为求得的极限稳定坡角。

图7—26作图求稳定坡角39第39页，共46页，2023年，2月20日，星期四（二）二组结构面的分析1.结构分析a属最稳定结构b属稳定结构c属较稳定结构d属较不稳定结构e属于不稳定结构

图7—27用赤平投影分析边坡稳定条件

ns—天然边坡；cs—人工开挖边坡40第40页，共46页，2023年，2月20日，星期四两组结构面组成的边坡的稳定坡角的推断：图7—2841第41页，共46页，2023年，2月20日，星期四2.力学讨论楔形体的体积

楔形体的重力

两个结构面的面积

令稳定系数极限滑动体高度为

图7—2942第42页，共46页，2023年，2月20日，星期四3.岩体滑动方向的分析

若结构面的交线CO在两倾向线之间（图a），则组合交线CO为滑动方向。这时两组结构面都是滑动面。若结构面的交线和一根倾向线重合，(图b）中CO与AO重合，则倾向线AO就是滑动时的滑动方向。这时，结构面M1是主要滑动面，而结构面M2则为稳定结构体滑动时摩阻力较小的依附面。若结构面的交线CO在两个倾向线之外，则其中一条倾向线为滑动方向。(图c）中AO是滑动线，即沿结构面M1的倾向线滑动，这时，结构面M2仅起切割面的作用。

图7—30楔形滑移体滑动方向分析43第43页，共46页，2023年，2月20日，星期四复习思考题1.什么是岩石饱水系数？2.说明岩石软化系数的物理意义。3.岩石的抗剪强度可分为哪几种？4.说明影响岩石工程性质的因素有哪些？5．何谓岩体？试说明岩体与岩石的区别。6．什么叫结构面？结构面的主要特征有哪些？7．按成因，结构面可划分为哪几种类型？研究结构面有何