岩土体工程性质

1、关于岩土体的工程性质第一张，PPT共六十页，创作于2022年6月一、岩土体的物质组成 矿物 + 颗粒联结1 岩土体：是非均质、各向异性、厚度不等，具有一定次序并含有一定结构的多层岩土层，且存在于一定的地下水、温度及应力场环境中的地质体。2 岩体与土体共性：a.都为矿物集合体; b.有固相、液相和气相组成的多相体系; c.相互转化：土-成岩作用-岩石；岩石-风化作用-土; 第一节 岩土体的物质组成与性质 第二张，PPT共六十页，创作于2022年6月3 岩体与土体差别：a. 结构形式 岩石 存在断层、节 理、裂隙等结构面; 土 一般是连续; b. 连结形式岩石-结晶连结、胶结连结-硬连结; 土-无

2、连结、水连结或水胶连结等; c. 力学性质岩石比土具有强度高、不易变形及整体性和抗水性好，但缺陷是存在断层、节理等构造面; d. 地应力 岩体-有较高地应力; 土体自重应力状态; 第一节 岩土体的物质组成与性质 第三张，PPT共六十页，创作于2022年6月 第一节 岩土体的物质组成与性质 二、工程地质性质 1 土体：不是各土层性质的叠加而是相互影响 淤泥、砂土液化、欠固结、特殊土2 岩体：结构起控制作用 第四张，PPT共六十页，创作于2022年6月第二节工程地质岩组 岩土工程地质类型划分-联合国教科文组织（UNESCO）和国际工程地质协会（IAEG）1 划分: 工程地质单元 工程地质类型（ET

3、）、岩石类型（LT）、岩石综合体（LC)、工程地质岩组(LS) a. ET-精度高，物理状态和岩性均匀. b. LT-包含不同ET其成分、结构和构造是均匀的,但物理状态不均匀,存在一定范围. c. LC-一组发育在特定古地理和地质构造条件下的成因相关的LT组成,空间分布均一,物理状态不同. d. LS-在相似的古地理构造条件下形成,具有共同的岩性性质和一般的均匀性. 第五张，PPT共六十页，创作于2022年6月2.目的: 研究对比和量化计算3.原则: A)精度有高到低 B)必须以实际资料为前提4 依据: A)地层形成时代及顺序 B)岩石成因类型、岩性及岩相变化 C)岩石的物质组成及组织结构 D

4、)成层条件及厚度变化 E)岩层的原生结构面标志 F)岩石的物理力学性质第二节工程地质岩组 第六张，PPT共六十页，创作于2022年6月划分举例第七张，PPT共六十页，创作于2022年6月第三节 岩体结构及其工程性质 一、基本概念 1 结构面:指发育于岩体中，具有一定方向和延伸性,有一定厚度的各种地质界面,如断层、节理、层理及不整合面等.由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续面。 2 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. 第八张，PPT共六十页，创作于2022年6月 3 岩体 在地质历史过程中形成的,具有一定的岩石成分和一定结构,并赋存于一定地应力

5、状态的地质环境中的地质体。 4 岩体结构 结构面和结构体的排列与组合形成。包括结构面和结构体两个要素。第三节 岩体结构及其工程性质 第九张，PPT共六十页，创作于2022年6月二、岩体结构特征1 结构面的特征及性质(1)类型 结构面的成因分类： 原生结构面、构造结构面、次生结构面 （解释）(2)特征 a.结构面的产状 结构面的产状与最大主应力作用线方向之间的关系控制着岩体的破坏机理，进而控制着岩体的强度。 第三节 岩体结构及其工程性质 第十张，PPT共六十页，创作于2022年6月成因类型地质类型主要特征工程地质评价 产 状 分 布 性 质 原生结构面沉积结构面 1.层理层面2.软弱夹层3.不整

6、合面假整合面4.沉积间断面一般与岩层产状一致，为层间结构面海相岩层中此类结构面分布稳定。陆相岩层中呈交错状，易尖灭 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碎屑泥质物构成且不平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、圣佛兰西靳，马尔巴赛坝的破坏瓦依昂坝附近的巨大滑坡 岩浆结构面 1.侵入体与围岩接触面2.岩脉、岩墙接触面3.原生冷凝节理 岩脉受构造结构面控制而原生节理受岩体接触面控制接触面延伸较远，比较稳定而原生节理往往短小密集与围岩接触面可具熔合及破坏两种不同的特征。原生节理一般为张裂面，较粗糙不平 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

7、岩体的滑移，如有的坝肩局部滑移变质结构面 1.片理2.片岩软 弱夹层产状与岩层或构造方向一致 片理短小，分布极密片岩软弱夹层延展较远，具固定层次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、软弱夹层、岩片状矿物呈鳞片状 变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对工程及地下洞体稳定也有影响构造结构面 1.节理（X型节理，张节理）2.断层（正断层，逆断层，走滑断层）3.层间错动带4.羽状裂隙劈理 产状与构造线呈一定关系，层间带动与岩层一致 张性断裂较短小,剪切断裂延展较远，压性断裂规模巨大但有时为横断层切割成不连续状 张性断裂不平整，常具次生充填呈锯齿状，剪切断裂较平直

8、具羽状裂晾，压性断层具多种构造岩，成带状分布，往往含断层泥、糜棱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配合作用此外常造成边坡及地下工程的塌方、冒顶次生结构面 1.卸荷裂隙 2.风化裂隙3.风化夹层4.泥化夹层5.次生夹泥受地形及原结构面控制分布上往往呈不连续状，透镜体，延展性差，且主要在地表风化带内发育 一般为泥质物充填，水理性质很差 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影响，但一般在施工中予以清基处理 第十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月如上图： -结构面与最大主应力的夹角 (a) 为锐角,岩体将沿结构面产生滑动破坏 (b) 为直

9、角,表现为切过结构面，产生剪断、岩体破坏 (c) 为0度, 平行结构而的劈裂拉张破坏第三节 岩体结构及其工程性质第十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月b.结构面连续性 连续性反映结构面的贯通程度 常用线连续性系数和面连续性系数表示. 线连续系数(K): K=a/ b; 其中: a-各结构面长度之和; b-完整岩石各段长度之和; K 变化在01之间 K值愈大，说明结构面连续性愈好； 当K1时说明结构面完全贯通.第三节 岩体结构及其工程性质第十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月c.结构面的密度 密度反映结构面发育的密集程度常用间距、线密度等指标表示。线密度(Kd)是指结构面法线方向

10、上单位测线长度交切结构面的条数(条/m)；间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面之间的平均距离。两者互为倒数关系.即 Kd = 1/d 结构面的密度决定了岩体的完整性和岩块的块度。一般来说结构面发育愈密集，岩体的完整性愈差，岩块块度愈小进而导致岩体的力学性质变差渗透性增强. 第三节 岩体结构及其工程性质第十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月d.结构面的形态 结构面的形态可从侧壁的起伏形态和粗糙度两方面来进行研究. 结构面侧壁的起伏形态可分为：平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的几种，见下图。 而侧壁的起伏程度则可用起伏角(i)表示如下: i=arctg(2/L)第

11、三节 岩体结构及其工程性质第十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月结构面侧壁的起伏形态第十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月侧壁的起伏程度第十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月 结构面的粗糙度可用粗糙度系数(JRC)表示: 它可以增加结构面的摩擦角进而提高了岩体的强度。据结构面的粗糙程度可将粗糙度系数（JRC）分为10级。在实际工作中，可用剖面仪测出所研究结构面的粗糙剖面、然后与标准剖面进行比较，即可求得结构面的粗糙度系数(JRC). 结构面粗糙度第十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月e. 结构面的张开度 结构面两壁之间，一般不是最紧密接触，而是点接触或局部接触.

12、 结构面的张开度是指结构面两壁间的平均距离常以毫米为单位.第三节 岩体结构及其工程性质第十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月f.结构面的充填胶结特征 结构面经胶结后，力学性质有所改善。改善的程度因胶结物成分不同而异，铁硅质胶结的强度最高，泥质及易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差. 未胶结且具一定张开度的结构面，其力学性质取决于充填物成分、厚度、含水性及壁岩性质等。就充填物成分来说以砂质、角砾质力学性质最好粘土质、易溶盐类性质最差. 第三节 岩体结构及其工程性质第二十张，PPT共六十页，创作于2022年6月g.结构面的分级及其特征按结构面的规模及其力学效应，可将结构面划分为5级级序

13、 分级依据力学效应力学属性地质构造特征级 结构面延展长，几公里至几十公里以上贯通岩体，破碎带宽度达数至数十米 1.形成岩体力学作用边界2.岩体变形和破坏的控制条件3.构成独立的力学介质单元1.属于软弱结构面2.构成独立的力学模型一软弱夹层 较大的断层级延展规模与研究的岩体相关，破碎带宽度比较窄，几厘米至数米1.形成块裂岩体边界2.控制岩体变形和破坏方式3.构成次级地应力场边界属于软弱结构面小断层层间错动面级延长度短,从十几米至几十米,无破碎带,面内不夹泥,有的具有泥膜1.参与块裂岩体切割 2.构成次级地应力场边界少数属于软弱结构面不夹泥大节理或小断层开裂的层面级延展短、未错动、不夹泥,有的呈弱

14、结合状态1.是岩体力学性质、结构效应的基础 2.有的为次级地应力边界节理劈理层面次生裂隙级 结构面小，且连续性差1.岩体内形成应力集中 2.岩体力学性质、结构效应的基础不连续的小节理隐节理 层面片理面第二十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月（3)软弱夹层 a.定义:指岩体中那些性质软弱、有一定厚度的软弱结构面或软弱带,具有高压缩性和低强度的特征. b.特征: (a)由原岩的超固结胶结式结构，变成了泥质散体结构或泥质定向结构； (b)粘粒含量较原岩增多并达一定含量； (c)含水量接近或超过塑限密度比原岩小； (d)常具一定的膨胀性； (e)力学强度比原岩大为降低压缩性较大； (f)由于结

15、构松散，因而抗冲刷能力低. 在渗透水流作用下，易产生渗透变形.第三节 岩体结构及其工程性质第二十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月2 结构体特征及性质 (1)特征 可用其规模、形态及其产状进行描述 a.按不同级别结构面对岩岩体的切割，可将结构体划分为4级。 级结构体地质体或称断块体 级结构体岩块 级结构体块体 级结构体山体第三节 岩体结构及其工程性质第二十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月 b.基本形状有柱状、块状、板状、楔形、锥形、菱形等。一般来说其稳定程度，板状结构体比柱状、块状的差。而楔状的比菱形及锥状的差. c.产状一般用结构体表面上最大结构面的长轴方向表示，平卧的板状

16、结构体比竖直的板状结构体对岩体稳定性的影响要大些.第三节 岩体结构及其工程性质第二十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月3 岩体结构类型划分 为了概括地反映岩体结构面和结构体的成因、特征及其排列组合关系将岩体结构划分为4大类和8个亚类 如下表所示：第三节 岩体结构及其工程性质第二十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月结构类型 地 质 背 景结构面特征结构体形态 类亚 类整体块状结构 整体结构（1）岩性单一，构造变形轻微的巨厚层沉积岩、变质岩和火成岩体结构面少一般不超过3组延展性极差多闭合无充填或夹少量碎屑巨型块状块状结构（2）岩性单一，构造变形轻一中等的厚层沉积岩、变质岩和火成岩体

17、结构面般23组，面多闭合，层间有一定的结合力各种形状的块状层状结构 层状结构（1）构造变形轻一中等的中一厚层的层状岩体以层面、片理、节理为主延展性较好。一般有2- 3组层间结合力较差厚板状，块状、柱状薄层状结构（2）同1但厚度小(30cm)，在构造作用下表现为相对强烈褶曲和层间错动层理、片理发育原生软弱夹层层间错动和小断层不时出现。结构面多为泥胶、碎屑和泥质物充填。般结合力差板状或薄板状碎裂结构 镶嵌结构（1）一般发育于脆硬岩层，节理，劈理组数多，密度大以节理、劈理等小结构面为主组数多，密度大，但延展性差，闭合无充填或夹少量碎屑形态、大小不棱角显著。层状碎裂结构（2）软硬相间的岩石组合井常有近

18、于平行的软弱破碎带存在软弱夹层和各种成因类型的破碎带发育，大致平行分布，以构造节理等小型结构面为主 以碎块状和板柱状为主碎裂结构(3)岩性复杂，构造破碎强烈；弱风化带各类结构面皆发育，彼此交切多被充填 结构面光滑度不等，形态不同碎屑和大小、形态不同的岩块散体结构 构造破碎带及剧一强风化带节理，劈理密集破碎带呈块夹泥或泥包块的松软状态泥、岩粉，碎屑、碎块，碎片等第二十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月第三节 岩体结构及其工程性质三、岩体工程性质1 岩体变形性质 (1)结构面的变形特性a.法向变形特性 （对比试验） 在同一岩体中取一块不含结构面的完整岩块试件和一块含结构面的岩石试件。然后，

19、分别对这两块试件进行单向压缩试验，可得到如图。 设不含结构面试件的法向变形为Vr，含结构面试件的法向变形为Vt，则结构面的闭合变形Vj为： Vj=Vt-Vr 应力-应变曲线上某点的切线斜率定义为结构面的法向刚度（Kn），它是反映结构面法向变形性质的主要参数。第二十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月第二十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月b.剪切变形特征 结构面的剪切变形有两种基本类型：一类为塑性变形型如泥化夹层、光滑 平直的破裂面等一般具这类变形特征；另类为脆性变形.n-Vj曲线有明显的峰值点和应力降。 当应力降于定值后趋于稳定。不再随位移变化而变化。如粗糙结构面等常具这种变形

20、特征。 把剪力-应变曲线上某点的切线斜率定义为结构面的剪切刚度(Ks)它是反映结构面剪切变形性质的主要参数。第三节 岩体结构及其工程性质第二十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月第三十张，PPT共六十页，创作于2022年6月(2)岩体变形参数的确定及变形曲线类型 a.承压板法 试验一般在平巷中进行。利用巷道顶板作反力，以油压千斤顶施加压力通过刚性承压板将压力传至底部平直光滑的岩面上用百分表测量岩体变形值。按下式计算即 式中：Em 为岩体的变形模量(MPa)； W为岩体的变形量(cm) ； P为承压板单位面积上的压力(MPa)； D为承压板直径或边长(cm)； 为岩体的泊松比； 为与承压板

21、刚度和形状有关的系数，圆形板取0.79、方形板取0.88.第三节 岩体结构及其工程性质第三十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月b.钻孔变形法 利用钻孔膨胀计对一定长度的孔壁施加均匀压力，同时测量孔壁的径向变形。利用下式计算岩体的变形模量和弹性模量，即 式中：为岩体的径向变形(cm)； p为计算压力，等于试验压力与初始压力之差(MPa)； d为实测点的钻孔直径(cm)； 其余符号意义同前. 第三节 岩体结构及其工程性质第三十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月c.声波法 通过测量岩体中纵波和横波的传播速度，来确定其变形参数，即 或式中：Emd为岩体的动弹性模量(GPa)； d为岩体

22、的动泊松比; Gmd为岩体的动剪切模量(GPa) 为岩体的密度(gcm2); vp为纵波速度(ms); vs为横波速度(ms).第三节 岩体结构及其工程性质第三十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月第三十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月(3)节理化岩体变形模量的估算 比尼卫斯基根据岩体变形模量实测资料，并用CSIR分类法对岩体进行了分类建立了如下的统计关系： 当 RMR55时， Em=2RMR-100 当 RMR2m3m) 20 5D不连续面性状（粗糙-夹泥) 30 0E地下水（干燥流动） 15 0 F不连续面产状条件（很好很差） 0 12第三节 岩体结构及其工程性质第五十四张

23、，PPT共六十页，创作于2022年6月c.巴顿岩体质量（Q）分类 岩体质量指标计算公式及方法： Q=(RQD/JR)*(Jr/Ja)*(Jw/SRF) 式中：RQD岩石质量指标； JR节理组数，无裂破裂 ，0.520；Jr节理粗糙度系数粗糙镜面，40.5 Ja节理蚀变系数，新鲜蚀变夹泥，0.7520；Jw节理水折减系数，干燥特大水流，10.05； SRF应力折减系数。 第三节 岩体结构及其工程性质第五十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月第四节 风化岩体的工程地质性质 一、岩体风化作用 岩体在各种风化营力，如太阳能、大气、水及动植物有机体等的作用下，发生物理化学变化的过程称为岩体风化作用。岩体风化的程度、深度、速度及风化壳厚度，除与风化营力的强弱有关外还与地区的气候、岩性、地质构造、地貌、水文地质条件以及人类活动等因素有关. 第五十六张，PPT共六十页，创作于2