岩体的结构特性与物理性质讲义PPT41页

1、 岩体是由岩体是由及其所围限的及其所围限的所所组成。组成。 具有一定的具有一定的是岩体的是岩体的之一。之一。 岩体中存在着复杂的岩体中存在着复杂的和和，这是，这是岩体与其他材料的岩体与其他材料的之一。之一。 岩体结构（岩体结构（rockmass structure）指岩体中）指岩体中与与的的关系。关系。p结构体结构体(structural element)指岩体中被结构面切割围限的岩石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。块体。它不同于岩块的概念。p结构体的规模取决于结构面的密度，密度愈小，结构体的规结构体的规模取决于结构面的密度，密度愈小，结构体的规模愈大模愈大,与结构面对

2、应与结构面对应,划分为五级。划分为五级。p常用块度模数（单位体积内的常用块度模数（单位体积内的级结构体数级结构体数) 或结构体体积来或结构体体积来表示结构体规模。表示结构体规模。淤积淤积地质体地质体( (岩体岩体) )结构面结构面结构体结构体根据相根据相对组合对组合关系划关系划分岩体分岩体的结构的结构岩体结岩体结构类型构类型岩体地质类型岩体地质类型主要主要结构结构形状形状结构面发育情况结构面发育情况岩土工程特征岩土工程特征可能发生的岩土可能发生的岩土工程问题工程问题整体状整体状结结 构构均质，巨块状岩浆均质，巨块状岩浆岩、变质岩，巨厚岩、变质岩，巨厚层沉积岩、正变质层沉积岩、正变质岩岩巨块巨块

3、状状以原生构造节理为主，多呈闭合以原生构造节理为主，多呈闭合型，裂隙结构面间距大于型，裂隙结构面间距大于15m，一般不超过一般不超过12组，无危险结构组，无危险结构面组成的落石掉块面组成的落石掉块整体性强度高，岩体稳定，整体性强度高，岩体稳定，可视为均质弹性各向同性可视为均质弹性各向同性体体不稳定结构体的不稳定结构体的局部滑动或坍塌，局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆深埋洞室的岩爆块状结块状结构构厚层状沉积岩、正厚层状沉积岩、正变质岩、块状岩浆变质岩、块状岩浆岩、变质岩岩、变质岩块状、块状、柱柱 状状只具有少量贯穿性较好的节理裂只具有少量贯穿性较好的节理裂隙，裂隙结构面间距隙，裂隙结构面间距0.7

4、1.5m。一般为一般为23组，有少量分离体组，有少量分离体整体强度较高，结构面互整体强度较高，结构面互相牵制，岩体基本稳定，相牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性体接近弹性各向同性体层状结层状结构构多韵律的薄层及中多韵律的薄层及中厚层状沉积岩、副厚层状沉积岩、副变质岩变质岩层状、层状、板状、板状、透镜透镜体体有层理、片理、节理，常有层间有层理、片理、节理，常有层间错动面错动面接近均一的各向异性体，接近均一的各向异性体，其变形及强度特征受层面其变形及强度特征受层面及岩层组合控制，可视为及岩层组合控制，可视为弹塑性体，稳定性较差弹塑性体，稳定性较差不稳定结构体可不稳定结构体可能产生滑塌，特能产生滑

5、塌，特别是岩层的弯张别是岩层的弯张破坏及软弱岩层破坏及软弱岩层的塑性变形的塑性变形碎裂状碎裂状结构结构构造影响严重的破构造影响严重的破碎岩层碎岩层块状块状断层、断层破碎带、片理、层理断层、断层破碎带、片理、层理及层间结构面较发育，裂隙结构及层间结构面较发育，裂隙结构面间距面间距0.250.5m，一般在，一般在3组以组以上，由许多分离体形成上，由许多分离体形成完整性破坏较大，整体强完整性破坏较大，整体强度很低，并受断裂等软弱度很低，并受断裂等软弱结构面控制，多呈弹塑性结构面控制，多呈弹塑性介质，稳定性很差介质，稳定性很差易引起规模较大易引起规模较大的岩体失稳，地的岩体失稳，地下水加剧岩体失下水加

6、剧岩体失稳稳散体状散体状结构结构构造影响剧烈的断构造影响剧烈的断层破碎带，强风化层破碎带，强风化带，全风化带带，全风化带碎屑碎屑状颗状颗粒状粒状断层破碎带交叉，构造及风化裂断层破碎带交叉，构造及风化裂隙密集，结构面及组合错综复杂，隙密集，结构面及组合错综复杂，并多充填粘性土，形成许多大小并多充填粘性土，形成许多大小不一的分离岩块不一的分离岩块完整性遭到极大破坏，稳完整性遭到极大破坏，稳定性极差，岩体属性接近定性极差，岩体属性接近松散体介质松散体介质易引起规模较大易引起规模较大的岩体失稳，地的岩体失稳，地下水加剧岩体失下水加剧岩体失稳稳结构面的成因类型结构面的成因类型地质成因类型地质成因类型力学

7、成因类型力学成因类型原生结构面原生结构面构造结构面构造结构面次生结构面次生结构面张性结构面张性结构面剪性结构面剪性结构面结构面的成因类型结构面的成因类型成因类型成因类型地质类型地质类型主主 要要 特特 征征工程地质评价工程地质评价产产 状状分分 布布性性 质质原原生生结结构构面面沉积沉积结构面结构面1层理层面层理层面2软弱夹层软弱夹层3不整合面、假整合面不整合面、假整合面4沉积间断面沉积间断面一般与岩层产状一般与岩层产状一致，为层间结一致，为层间结构面构面海相岩层中此类结构海相岩层中此类结构面分布稳定，陆相岩面分布稳定，陆相岩层中呈交错状，易尖层中呈交错状，易尖灭灭层面、软弱夹层等结构面较为平

8、层面、软弱夹层等结构面较为平整；不整合面及沉积间断面多由整；不整合面及沉积间断面多由碎屑泥质物构成，且不平整碎屑泥质物构成，且不平整国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此类结构面所造成的，如奥斯汀、此类结构面所造成的，如奥斯汀、圣圣弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水库附近的巨大滑坡依昂水库附近的巨大滑坡岩浆岩浆结构面结构面1侵入体与围岩接触面侵入体与围岩接触面2岩脉岩墙接触面岩脉岩墙接触面3原生冷凝节理原生冷凝节理岩脉受构造结构岩脉受构造结构面控制，而原生面控制，而原生节理受岩体接触节理受岩体接触面控制面控制接触面延伸较远，比接触面延

9、伸较远，比较稳定，而原生节理较稳定，而原生节理往往短小密集往往短小密集与围岩接触面可具熔合及破碎两与围岩接触面可具熔合及破碎两种不同的特征，原生节理一般为种不同的特征，原生节理一般为张裂面，较粗糙不平张裂面，较粗糙不平一般不造成大规模的岩体破坏，但有一般不造成大规模的岩体破坏，但有时与构造断裂配合，也可形成岩体的时与构造断裂配合，也可形成岩体的滑移，如有的坝肩局部滑移滑移，如有的坝肩局部滑移变质变质结构面结构面1片理片理2片岩软弱夹层片岩软弱夹层产状与岩层或构产状与岩层或构造方向一致造方向一致片理短小，分布极密，片理短小，分布极密，片岩软弱夹层延展较片岩软弱夹层延展较远，具固定层次远，具固定层

10、次结构面光滑平直，片理在岩层深结构面光滑平直，片理在岩层深部往往闭合成隐蔽结构面，片岩部往往闭合成隐蔽结构面，片岩软弱夹层具片状矿物，呈鳞片状软弱夹层具片状矿物，呈鳞片状在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对工堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对工程及地下洞体稳定也有影响程及地下洞体稳定也有影响构造结构面构造结构面1节理（节理（X型节理、张型节理、张节理）节理）2断层（冲断层、捩断断层（冲断层、捩断层、横断层）层、横断层）3层间错动层间错动4羽状裂隙、劈理羽状裂隙、劈理产状与构造线呈产状与构造线呈一定关系，层间一定关系，层间错动与岩层一致错动与

11、岩层一致张性断裂较短小，剪张性断裂较短小，剪切断裂延展较远，压切断裂延展较远，压性断裂规模巨大，但性断裂规模巨大，但有时为横断层切割成有时为横断层切割成不连续状不连续状张性断裂不平整，常具次生充填，张性断裂不平整，常具次生充填，呈锯齿状，剪切断裂较平直，具呈锯齿状，剪切断裂较平直，具羽状裂隙，压性断层具多种构造羽状裂隙，压性断层具多种构造岩，成带状分布，往往含断层泥、岩，成带状分布，往往含断层泥、糜棱岩糜棱岩对岩体稳定影响很大，在上述许多岩对岩体稳定影响很大，在上述许多岩体破坏过程中，大都有构造结构面的体破坏过程中，大都有构造结构面的配合作用。此外常造成边坡及地下工配合作用。此外常造成边坡及地

12、下工程的塌方、冒顶程的塌方、冒顶次生结构面次生结构面 1卸荷裂隙卸荷裂隙2风化裂隙风化裂隙3风化夹层风化夹层4泥化夹层泥化夹层5次生夹泥层次生夹泥层 受地形及原结构受地形及原结构面控制面控制分布上往往呈不连续分布上往往呈不连续状，透镜状，延展性状，透镜状，延展性差，且主要在地表风差，且主要在地表风化带内发育化带内发育一般为泥质物充填，水理性质很一般为泥质物充填，水理性质很差差在天然及人工边坡上造成危害，有时在天然及人工边坡上造成危害，有时对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有影响，但一般在施工中予以清基处理影响，但一般在施工中予以清基处理 结构面的规模结构面的规模指大

13、断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，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；直接影响工程岩体稳定性； 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的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。层面及层间错动等。 指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的指延伸较差的节理、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

14、力分布状态。体的物理力学性质及应力分布状态。 又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力又称微结构面。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。学性质，控制岩块的力学性质。 、级结构面控制着工程岩体力学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胁工程安全稳定性 级结构面主要控制着岩体的结构、级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律，需用统

15、计方性，其分布规律具统计规律，需用统计方法进行研究法进行研究。产状产状测量走向时，使罗盘的长边紧贴层面，将罗盘放平，水准泡居中，读指北针所示的方位角，就是岩层的走向。测量倾向时，将罗盘的短边紧贴层面，注意将罗盘的北端朝向岩层的倾斜方向，水准泡居中，读指北针所示的方位角，就是岩层的倾向。测量倾角时，需将罗盘横着竖起来，使长边与岩层的走向垂直，紧贴层面，等倾斜器上的水准泡居中后，读悬锤所示的角度，就是岩层的倾角。一组走向为北西320，倾向南西230，倾角35的岩层产状，可写成：N320W，S230W，35 由于岩层的走向与倾向相差90，所以在野外测量岩层的产状时，往往只记录倾向和倾角。如上述岩层的

16、产状，可记录为SW23035形式。如需知道岩层的走向时，只需将倾向加减90即可。结构面结构面不均一程度不均一程度2.2.1 岩石的裂隙性岩石的裂隙性 通常采用通常采用裂隙率裂隙率作为定量评作为定量评价价( (描述描述) )裂隙切割的程度。裂隙切割的程度。2.2.1 岩石的裂隙性岩石的裂隙性q 平面裂隙率平面裂隙率概念：指岩石单位面积上各类裂隙面积所占比重。概念：指岩石单位面积上各类裂隙面积所占比重。2.2.2 各向异性各向异性q 正交各向异性（三个材料主轴、定义材料参数）正交各向异性（三个材料主轴、定义材料参数） 概念：岩石的强度、变形指标（力学性质）随空间方位概念：岩石的强度、变形指标（力学

17、性质）随空间方位不同而异的特性。不同而异的特性。(从岩石的不同方向施加荷载，其抵抗破坏从岩石的不同方向施加荷载，其抵抗破坏的能力不同的能力不同) 三个材料主轴方向三个材料主轴方向力学性力学性质不同质不同 表征各向异性材料的参数表征各向异性材料的参数9个！个！2.2.2 各向异性各向异性 概念：岩石的强度、变形指标（力学性质）随空间方位概念：岩石的强度、变形指标（力学性质）随空间方位不同而异的特性。不同而异的特性。q 横观各向同性（层状）横观各向同性（层状） 层面内层面内 力学性质相同（多向同性面）；力学性质相同（多向同性面）； 层层 间间 力学性质差异；力学性质差异； 涉及涉及5个参数：个参数

18、：nEniEiG物理性质物理性质水理性质水理性质容重容重/ /密度密度空隙性空隙性吸水性吸水性软化性软化性抗冻性抗冻性抗冻性抗冻性孔隙（含水、空气等）孔隙（含水、空气等）矿物颗粒矿物颗粒2.3.1 岩石的容重岩石的容重 指单位体积岩石的重量。指单位体积岩石的重量。q 干容重（烘干状态）干容重（烘干状态）q 天然容重天然容重天然状态（大气压力室温条件下含水量）天然状态（大气压力室温条件下含水量）2.3.1 岩石的容重岩石的容重q 饱和容重饱和容重 岩石的容重在一定程度上反映岩石的容重在一定程度上反映岩石的力学性质情况。通常，岩石岩石的力学性质情况。通常，岩石的容重越大，则它的性质越好，反的容重越大，则它的性质越好，反之越差。之越差。2.3.2 比重比重wsdsVWGdWsVw2.3.3 孔隙率孔隙率2.3.4 天然含水量天然含水量2.3.5 自然吸水率自然吸水率2.3.6 饱和吸水率饱和吸水率2.3.7 饱水系数饱水系数2.3.7 饱水系数饱水系数 K91时：冻结过程中，水结成冰的相变现象时：