岩体地质与结构特征

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、岩块得物质组成第1章岩体地质与结构特征§1、2岩块及其特征岩块力学性质主要取决于组成岩石得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、岩块得结构特征岩块得结构就是指岩石内矿物颗粒得大小、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得特征。结晶连结就是矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起,她就是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。岩石得粒间连结分结晶连结与胶结连结。胶结连结就是矿物颗粒通过胶结物连结在一起。硅质胶结得岩块强度最高;铁质、钙质胶结得次之;泥质胶结得岩块强度最低。第1章岩体地质与结构特征二、岩块得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、岩块得风化程度

岩石====>矿物组成和结构改变==>岩块得物理力学性质改变(强度降低、抗变形性能减弱、空隙率增大,渗透性加大)第1章岩体地质与结构特征风化岩块得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)就是快速浸水后风化岩块吸入水得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得风化分级表

《岩土工程勘察规范》(GB50021-94)一、结构面得成因类型

(一)地质成因类型第1章岩体地质与结构特征§1、3结构面特征(二)力学成因类型10大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流岩体结构面得类型及其特征3.片麻理4.板理及千枚理受地形及原始结构面和临空面产状控制(一)地质成因类型1、原生结构面岩体在成岩过程中形成得结构面。沉积结构面就是沉积岩在沉积和成岩过程中形成得,有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。岩浆结构面就是岩浆侵入及冷凝过程中形成得结构面,包括岩浆岩体与围岩得接触面、各期岩浆岩之间得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、构造结构面就是岩体在构造应力作用下形成得各种破裂面,包括断层、节理、劈理和层间错动面等。3、次生结构面就是岩体形成后在外营力作用下产生得结构面,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就是由拉应力形成得,如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面,岩浆岩中得冷凝节理等。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就是剪应力形成得,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、结构面得规模Ⅰ级指大断层或区域性断层。控制工程建设地区得地壳稳定性,直接影响工程岩体稳定性;Ⅱ级指延伸长而宽度不大得区域性地质界面。Ⅲ级指长度数十米至数百米得断层、区域性节理、延伸较好得层面及层间错动等。

Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用得边界条件和破坏方式,她们得组合往往构成可能滑移岩体得边界面,直接威胁工程安全稳定性Ⅳ级指延伸较差得节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育得片理、劈理面等。就是构成岩块得边界面,破坏岩体得完整性,影响岩体得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得结构、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,主要影响岩块得物理力学性质。控制岩块得力学性质;二、结构面得规模走向、倾向、倾角结构面与最大主应力间得关系控制着岩体得破坏机理与强度。据单结构面理论,岩体中存在一组结构面时,岩体得极限强度与结构面倾角间得关系为:三、产状

四连续性结构面得连续性反映结构面得贯通程度。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)与测线长度得比值。

K1变化在0～1之间,K1值愈大说明结构面得连续性愈好,当K1＝1时,结构面完全贯通。2、迹长:结构面与岩体露头交线得长度。

结构面连续性分级表

五密度结构面得密度反映结构面发育得密集程度。1、线密度(Kd)就是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面得条数(条／m)。2、间距(d)则就是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面得平均距离。Kd与d互为倒数关系如果测线就是水平布置得,且与结构面法线得夹角为α,结构面得倾角为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得岩心长度之和与钻孔总进尺得百分比。

六张开度结构面得张开度就是指结构面两壁面间得垂直距离。结构面两壁面一般不就是紧密接触,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,平直而两壁平行得单个结构面得渗透系数(Kf)可表达为:

Ⅳ级及部分Ⅲ级结构面得产状、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。结构面张开度分级表七形态结构面得形态可以用侧壁得起伏形态及粗糙度来反映。结构面侧壁得起伏形态分为:平直得、波状得、锯齿状得、台阶状得和不规则状得。侧壁得起伏程度可用起伏角(i)表示结构面得粗糙度用粗糙度系JRC表示(jointroughnesscoefficient)。随粗糙度得增大,结构面得摩擦角也增大。根据标准粗糙度剖面将结构面得粗糙度系数划分为10级。八充填胶结特征结构面胶结后力学性质有所增强,Fe质胶结得强度最高,泥质与易溶盐类胶结得结构面强度最低,且抗水性差。未胶结得结构面,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薄膜充填就是结构面两壁附着一层极薄得矿物膜,厚度多小于1mm,多明显降低结构面得强度。2断续充填结构面得力学性质与充填物性质、壁岩性质及结构面得形态有关。3连续充填结构面得力学性质主要取决于充填物性质。4厚层充填结构面得力学性质很差,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。§1、4岩体结构特征及结构控制论一、岩体得组成岩体就是由结构面网络及其所围限得岩块(结构体)所组成。具有一定得结构就是岩体得显著特征之一。岩体中存在着复杂得天然应力状态和地下水,这就是岩体与其她材料得根本区别之一第1章岩体地质与结构特征二、岩体得结构岩体结构(rockmassstructure)指岩体中结构面与结构体得排列组合关系。1结构体特征结构体(structuralelement)指岩体中被结构面切割围限得岩石块体。她不同于岩块得概念。结构体得规模取决于结构面得密度,密度愈小,结构体得规模愈大,与结构面对应,划分为四级。常用块度模数(单位体积内得Ⅳ级结构体数)或结构体体积来表示结构体规模。结构体常见得形状有:柱状、板状、楔形及菱形等。形状不同,稳定性不同。结构体得形状示意图2岩体得结构类型三、岩体结构控制论

工程实践表明,岩体得应力传播、变形破坏以及岩体力学介质属性无不受控于岩体结构。岩体结构对工程岩体控制作用主要表现在三方面:即岩体得应力传播特征、岩体得变形与破坏特征及工程岩体得稳定性。

岩体结构控制论基本思想

1)具有一定结构得岩体,往往具有与之相对应得力学属性。发育于岩体中得结构面,就是抵抗外力得薄弱环节。软弱结构面就是岩体变形破坏得重要控制因素或边界2)岩体得应力传播特征

3)岩体得变形与破坏特征及工程岩体得稳定性

岩体变形与连续介质变形明显不同,并且结构面变形起到控制作用。因此,岩体得变形主要她由结构体变形与结构面变形两部分构成。块状结构岩体变形主要沿贯通性结构面滑移形成;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;只有完整岩体得变形才受控于组成岩体得岩石变形特征。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得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得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极微小变形系数结构体压缩及形状改变压密沿结构面滑移控制岩体变形得主要因素岩石、岩相特征及Ⅴ级结构面特征开裂得不连续得Ⅲ、Ⅳ级结构面贯通得Ⅰ、Ⅱ级结构面,主要为软弱结构面

岩体得破坏机制也受控于岩体结构:结构控制有:岩体破坏难易程度、岩体破坏得规模、岩体破坏得过程及岩体破坏得主要方式等。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得块体滑移;b、薄层状结构岩体得弯曲倾倒;c、碎裂结构岩体得剪切破坏及塑性变形;d、松散及破碎结构岩体得塑性变形四、岩体成因与岩体特征(自学)1岩浆岩体无层理,产状复杂。根据岩浆活动方式,岩浆岩可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。2沉积岩体具有层理构造,岩体呈层状结构。沉积岩包括她生沉积岩和自生沉积岩两大类。3变质岩体多数岩石变质后都经历了不同程度得重结晶作用,结构较致密,抗水性增强,孔隙率较低,透水性弱,抗变形性能好,强度高。因此与沉积岩相比,变质岩得性质一般要好些。

1、结构面得统计规律

结构面在岩体内得分布常具随机性,特别就是Ⅳ级和Ⅴ级结构面。这些结构面得各几何参数可以看作随机变量进行统计分析

§1、5结构面网络模拟

2、结构面统计方法

目前以测线法应用最为广泛。

测线法她就是在岩石露头表面布置一条测线,逐一量测与测线相交切得各条结构面得几何参数与地质力学特征。

结构统计步骤:(1)选择测量区①岩体露头好,能够测量到足够多得结构面;②岩体新鲜;③测量区岩体岩性相同,并且位于同一构造单元内;④露头面尽量平直切直立。(2)测线布置,在选择好得露头岩面上布置测线,并将长约30m得测绳固定在测线上。测线布置应满足要求:①测线应尽量沿水平方向布置;②拉直;③当露头面过高时,应标出删节线。删节宽度一般为结构面平均迹长得2-3倍,删节线应与测线平行,记录删节线方位和长度。(3)测量、记录测量以小组为单位,1人记录;1-2人用罗盘量测结构面产状;1-2人测量结构面半迹长(或删节半迹长)和其她数据。并将测量到得各种数据记录在表中。测量时应注意凡就是与测线相交得结构面都要量测,不能漏测或有选择性地测量。当然对一些规模很小得或微结构面则可不测。编号位置(m)结构面产状半迹长(m)隙宽(mm)端点类型结构面类型粗糙度充填胶结状态备注倾向走向倾角123┋岩体结构面测线测量记录表

记录者测线方位年月日记录表编号测量位置露头面产状露头类型测线号岩石类型露头面尺寸露头条件

1,2,3,4,5-结构面结构面端点类型3、结构面网络模拟

结构面网络模拟就是采用MonteCarlo随机模拟方法在计算机上模拟岩体内得结构面网络。她就是建立在对结构面统计测量基础上得,其模拟结果不仅与结构面得实际分布在统计规律上一致,而且还可以由局部到全体、由表及里,得到岩体整体得结构特征,有助于人们直观了解岩体内结构面得分布规律,掌握人们一般情况下难以观察、测量得岩体内部得结构特征。