工程地质实习报告5

1、岩体的性质与风化 工程地质实习报告 班级： 姓名： 学号：1岩体在地质作用过程中经受过变形和破坏的，由一定岩石成分组成，并具有一定结构的、赋存于一定地质环境中的地质体。岩体是岩石的集合体。岩石的成因决定着岩石的联结类型和岩体的原生结构或产状。它们对岩体力学性能具有重要的影响。岩体内存在的原生的层理、层面及以后在地质作用中形成的断层、节理、劈理、层间错动面等各种类型的地质界面统称结构面。由结构面切割成的大小、形状不同的岩石块称结构体。结构面和结构体的组合称岩体结构。岩体结构的突出特点是不连续性。这种不连续性使岩体在力学性质上的各向异性更加增强。在受到力的作用时，岩体结构控制着岩体的变形和破坏。岩

2、体是经过多次、多种、长期的地质作用形成的。岩体在形成过程中经历的地质作用分 岩体为建造过程和改造过程。这些过程使岩体和岩体所处的环境受到改变。如在建造过程中形成的粘土岩在高温高压作用下，发生变质作用，转变为板岩、千枚岩、片岩等变质岩。又如岩体在风化作用下隐节理变为显节理，同时还会产生新的节理和卸荷裂隙等，这样的结果使岩体的力学性能发生弱化或恶化。岩体的赋存环境也会因内、外地质作用改变了地应力场和地下水状况而发生变化。 岩体结构改组和结构丧失联结现象的总称。岩体中的应力超过岩体的最大强度，产生岩体破坏。岩体破坏时破裂面上应力作用方式和破坏过程称为破坏机理，它是研究岩体破坏的核心问题。 2岩体结构

3、2.1定义岩体内岩块的组合排列形式。岩体结构是由结构面和结构体2个基本单元组成。 2.2结构面岩体内存在的不同成因、不同特性的各种地质界面的统称。如层面、断层、节理、裂隙等。结构面不是几何学上的面，而往往是具有一定张开度的裂缝，或被一定物质充填,具有一定厚度的层或带。按成因,结构面可分为：沉积或成岩过程中产生的层面、夹层、冷凝节理等原生结构面；构造作用下形成的断层、节理等构造结构面；变质作用下所产生的片理、片麻理等变质结构面；还有在外营力作用下形成的风化裂隙、卸荷裂隙等次生结构面。按规模（主要是长度），可将结构面分为5级：（几十至上百公里，十几公里，几公里,几米至几十米和厘米级）。它们分级或共

4、同控制着区域、地区、山体、岩体的稳定性和岩块的力学特性。按性质，结构面可分为硬性（刚性）结构面和软弱结构面。硬性结构面的摩擦系数较大，多数没有充填物。软弱结构面的摩擦系数相对较小，延伸较长，且普遍充填粘土、泥、岩石碎块等物质。按物质组成和微结构形态，软弱结构面分为原生软弱夹层、断层和层间错动破碎带、软弱泥化带（或夹层）等 3种类型。某些充填泥质或粘土薄膜的大节理，也可构成软弱结构面。软弱结构面是岩体中最容易产生变形和破坏的部位。它常常成为危险的切割面、滑移面或构成有害的压缩变形带，导致岩体产生不允许的变形或失稳。因此，当工程岩体中存在软弱结构面时，除了要研究它们的几何形态、结合状况、空间分布和

5、填充物质等方面外，还要特别注意对其物质组成、厚度、微观结构、在地下水作用下工程地质性质（潜蚀、软化）的变化趋势、受力条件和所处的工程部位，以及它们的力学性质指标等，进行专门的试验研究，并对其对岩体稳定性的影响作出定量的分析评价，提出工程处理措施。 2.3结构体岩体受结构面切割而成的块体或岩块。随着结构面的分级，相应地结构体也可分级。视研究问题的不同，所选取的结构体等级是不一的。几级结构体综合叠加影响居多。由于不同级别、不同性质、不同产状以及不同发育程度的结构面的组合，结构体几何形态、单体大小可迥然不同。岩性的变化，也均关系着岩体的完整性、坚强性，从而决定着岩体的所属介质类型。 2.3岩体结构类

6、型按结构面和结构体组合形式，尤其是结构面性状，可将岩体划分如下结构类型： 整体块状结构，包括整体（断续）结构、块状结构和菱块状结构； 层状结构，包括层状结构和薄层(板状)结构； 碎裂结构，包括镶嵌结构、层状碎裂结构和碎裂结构； 散体结构，包括块夹 岩体的结构形式泥结构和泥夹块结构等。 2.4 岩体结构力学效应结构对岩体力学性能的影响。岩体在力学作用和力学性质上有明显的结构效应，结构类型不同，力学效应不一。若岩体内存在着软弱结构面，则岩体结构力学效应主要受它控制，而且取决于它的充填度(即充填物在结构面内填充程度)、充填物成分与结构、充填物厚度以及结构面的起伏度（即结构面的起伏程度，常用起伏差即起

7、伏最大值表示）。其中又以充填物厚度、充填度和起伏度最为重要。厚度大小与物质成分有关,一般颗粒越粗厚度越大;反之,颗粒越细,厚度越小。设充填物厚度为h,结构面起伏差为h,定义为充填度。起伏的结构面内充填物的充填度越大，结构面抗剪强度越低。当充填度大于200左右时,结构面强度便稳定于一定的水平上；即与软弱充填物质的强度相当，这种关系称之为充填度的力学效应。 结构面起伏度用起伏差及起伏角表示。起伏差的力学效应常与充填度相联系。起伏角 为迎着受力方向结构面的仰角，又称为爬坡角。结构面具有爬坡角为 的起伏时，其抗剪强度中的摩擦角a将增加 ，即 a=j+j为平直结构面的基本摩擦角。 多组四级结构面（如节理

8、）发育的岩体结构类型的力学效应主要取决于结构面密度（单位尺寸上的结构面数）、结构面产状（结构面出露的空间方位）及结构面组数 3个方面。岩体强度（变形参数也同样）随着岩体内含的结构面组数和结构体数增多而降低。结构面对岩体破坏影响有一定的范围。当结构面倾角大于或小于 min时，结构面对岩体破坏便没有影响。当结构面倾角介于和min之间时,岩体强度则随着结构面倾角而变化，在=30时，出现强度最低值。在多组结构面发育的岩体，结构面对岩体力学作用和力学性质的影响，是各组结构面力学效应的叠加。显然，结构面组数越多，岩体力学性质越均匀化。 整体结构岩体的力学效应规律基本上与节理化岩体相近。以单轴抗压强度为例，

9、节理化岩体仅相当于岩块抗压强度的1/3至1/10,而整体结构岩体的单轴抗压强度可相当于岩块的1/2至1/3。 3岩体力学性质 3.1 定义岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力。它包括变形性质和强度性质两个方面。岩体的力学性质，是设计一切大型岩体工程的重要依据。 3.2岩体变形性质表征岩体变形性质的物理量主要是变形模量、弹性模量和泊松比等。具有弹性和非弹性性能的岩体在加荷时应力与应变的比值，称为变形模量。岩体在弹性变形阶段内，应力与应变的比值，称为弹性模量或杨氏模量。轴向加荷的岩体试件的侧向应变与轴向应变的比的负值，称为泊松比。岩体的变形模量值普遍低于岩块的变形模量值，两者的比值一般为0.20.

10、6。岩体变形模量与其弹性模量的比值，也多为0.20.6。岩体的变形性质普遍具有各向异性，不同方向的模量值不相同，在有些情况下，高达110,通常为12。此外，岩体变形模量与弹性模量的比值，也常常随着方向不同而变化。 3.3 岩体的强度性质岩体在各种压力状态下所能承受的最大应力，称为岩体的强度。它可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三轴抗压强度以及剪切强度等。单轴抗压强度是岩体在单向压缩时所能承受的最大压应力。岩体的单轴抗压强度总是低于岩块的单轴抗压强度。二者的比值变化较大，通常为0.050.65。单轴抗拉强度是岩体在单向拉伸时所能承受的最大拉应力。岩体单轴抗拉强度很难实测，一般认为其值很小或接近于

11、零。岩体在三向受压状态下所能承受的最大压应力，称为岩体三轴抗压强度。原位岩体三轴压缩试验的开展，有益于更好地评价岩体的各向异性。岩体内任一方向切面在任一法向压应力下所能抵抗的最大剪应力，称为岩体该方向切面在该法向应力下的剪切强度。它可分为剪断强度、重剪强度和抗切强度。剪断强度是岩体中先前没有破坏的面在任一法向应力下能抵抗的最大剪应力。剪切面上法向应力等于零时的剪断强度，称为抗切强度。岩体中先前存在的破坏面在任一法向压应力下能抵抗的最大剪应力，称为重剪强度。岩体剪切强度的大小，通常用库仑强度参数，即内聚力和内摩擦角的大小来说明。岩体的剪切强度远小于岩块的剪切强度。岩体重剪强度的内聚力值一般在00

12、.3兆帕，内摩擦角多为1048。岩体剪断强度的内聚力值一般在0.054兆帕,内摩擦角多为2055。岩体剪切强度具有各向异性。沉积岩体的各向异性最为显著，火成岩体的各向异性表现不明显，变质岩体的各向异性则介于沉积岩体和火成岩体之间。 3.4岩体力学性质的确定原位岩体的力学性质较岩块的力学性质更为复杂。岩体的力学性质除受岩块力学性质的影响外，还受岩体结构和环境因素的影响和控制。因此，岩体的力学性质通常不能根据实验室小岩石试件试验的结果来预测，而必须通过原位岩体力学试验来测定。这类试验有承压板载荷试验、水压洞室试验、钻孔变形试验、原位岩体单轴抗压强度试验、原位直剪试验以及原位三轴压缩试验等（见岩土实

13、验）。进行原位岩体力学性质试验时要注意试验岩体的代表性、比例尺效应以及试验方法的选择。 4岩体风化4.1定义在水、大气、温度和生物等营力的作用下，地壳上部岩体的物质成分和结构发生变化，从而改变岩体力学性质的过程和现象。风化了的岩体工程地质性能发生恶化，给建筑工程带来不良影响。一般情况下，岩体的风化程度呈现出由表及里逐渐减弱的规律。但由于岩体中岩性并不均一，且有断裂存在，所以岩体风化的情况并不一定完全符合一般规律。岩体风化厚度一般为数米至数十米，沿断裂破碎带和易风化岩层，可形成风化较剧的岩层。断层交会处还可形成风化囊。在这两种情况下深度可超过百米。根据风化程度，一般将岩体的风化部分划分为3个或4

14、个风化带。分带多少视建筑物类型、规模，以及各部门的习惯而有所不同。划分风化带的方法大致有3种：现场根据岩石颜色、矿物晶面光泽和粗矿物颗粒的变化、裂隙发育程度、锤击反应和手控易碎程度用肉眼鉴定。用化学或矿物成分分析方法鉴定活动金属元素的迁移程度或易风化矿物的变异比率。 岩体球状风化用简易的物理力学性质测试方法测试风化岩石与新鲜岩石单轴抗压强度的对比、回弹状况和点荷载变化。划分风化带的目的在于建筑施工时，充分利用可利用的部分，挖除不能满足施工要求的部分以确保工程安全，并减少施工量和工程费用。4.2岩体风化物理风化，如气温变化使岩石胀缩导致破裂等；化学风化，如低价铁的黄铁矿在水参与下变为高价铁的褐铁

15、矿；生物风化，如植物根系可使岩石的裂隙扩张等。岩体风化的速度和程度取决于岩石的性质和结构、地质构造、气候条件、 地形条件、人类活动的影响等。. 4.3风化过程从岩石风化的细部特征来分析，尤其是化学风化，首先是从一些易风化的结构 面（如裂隙面、层理面、片理面）开始，逐渐向岩体内部风化，结构面风化强烈一些（如呈土状），距风化面越远则风化越微弱，形成碎块夹土状。下图为片岩的风化断面，总体判断呈弱风化状态，沿结构面处呈土状，其内部风化较弱，按此发展下去，到强风化状态则会呈碎块夹土状。4.4风化程度未风化：岩质新鲜偶见风化痕迹。微风化：结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙。中风化：结构

16、部分破坏，沿节理面有次生矿物，有风化裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难挖，干钻不易钻进。强风化：结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙发育，岩体破碎，用镐可挖， 干 岩体风化不同程度钻不易钻进。 全风化：结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进。残积土：组织结构全部破坏，已成土状，锹镐易开挖，干钻易钻进，具可塑。4.5特征风化变色及矿物蚀变。 岩石组织结构的变化。风化类型（或形式）及地质特征（风前述）。沿结构面的风化程度及充填物。围岩中地下水渗流状态。4.6特殊风化的类型风化夹层或夹层状风化：沿层状岩体的层间挤压破碎带或软硬相间的软弱岩层有加深风化现象，称为风化夹层；而沿块状岩体中的断层及节理密集