岩体的结构特性与物理性质讲义

§2.1岩体的结构特性岩石（根据成因）可分为：岩浆岩沉积岩变质岩在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后形成的；海洋、湖泊沉积形成→特点：层状，同一时期性质相近；岩浆喷发、坚硬、均一；也叫火成岩§2.1岩体的结构特性岩体的组成

岩体是由结构面网络及其所围限的岩块(结构体)所组成。具有一定的结构是岩体的显著特征之一。岩体中存在着复杂的天然应力状态和地下水，这是岩体与其他材料的根本区别之一。§2.1岩体的结构特性岩体的结构

岩体结构（rockmassstructure）指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。结构体(structuralelement)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。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,与结构面对应,划分为五级。常用块度模数（单位体积内的Ⅳ级结构体数)或结构体体积来表示结构体规模。§2.1岩体的结构特性岩石（根据成因）可分为：淤积→地质体(岩体)结构面结构体结构面少，连续性差，闭合→巨型（原型）结构结构面较发育→块状结构结构面极发育→破裂（散体）结构根据相对组合关系划分岩体的结构§2.1岩体的结构特性岩体结构类型岩体地质类型主要结构形状结构面发育情况岩土工程特征可能发生的岩土工程问题整体状结构均质，巨块状岩浆岩、变质岩，巨厚层沉积岩、正变质岩巨块状以原生构造节理为主，多呈闭合型，裂隙结构面间距大于15m，一般不超过1～2组，无危险结构面组成的落石掉块整体性强度高，岩体稳定，可视为均质弹性各向同性体不稳定结构体的局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆块状结构厚层状沉积岩、正变质岩、块状岩浆岩、变质岩块状、柱状只具有少量贯穿性较好的节理裂隙，裂隙结构面间距0.7～1.5m。一般为2～3组，有少量分离体整体强度较高，结构面互相牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性体层状结构多韵律的薄层及中厚层状沉积岩、副变质岩层状、板状、透镜体有层理、片理、节理，常有层间错动面接近均一的各向异性体，其变形及强度特征受层面及岩层组合控制，可视为弹塑性体，稳定性较差不稳定结构体可能产生滑塌，特别是岩层的弯张破坏及软弱岩层的塑性变形碎裂状结构构造影响严重的破碎岩层块状断层、断层破碎带、片理、层理及层间结构面较发育，裂隙结构面间距0.25~0.5m，一般在3组以上，由许多分离体形成完整性破坏较大，整体强度很低，并受断裂等软弱结构面控制，多呈弹塑性介质，稳定性很差易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失稳散体状结构构造影响剧烈的断层破碎带，强风化带，全风化带碎屑状颗粒状断层破碎带交叉，构造及风化裂隙密集，结构面及组合错综复杂，并多充填粘性土，形成许多大小不一的分离岩块完整性遭到极大破坏，稳定性极差，岩体属性接近松散体介质易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失稳岩体的结构类型§2.1岩体的结构特性岩体结构面的特征结构面的成因类型地质成因类型力学成因类型原生结构面构造结构面次生结构面张性结构面剪性结构面§2.1岩体的结构特性岩体结构面的特征结构面的成因类型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，且不平整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·弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水库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碎两种不同的特征，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，片岩软弱夹层具片状矿物，呈鳞片状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（冲断层、捩断层、横断层）3层间错动4羽状裂隙、劈理产状与构造线呈一定关系，层间错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，具羽状裂隙，压性断层具多种构造岩，成带状分布，往往含断层泥、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次生夹泥层受地形及原结构面控制分布上往往呈不连续状，透镜状，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

§2.1岩体的结构特性岩体结构面的特征结构面的规模Ⅰ级——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；Ⅱ级——指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。Ⅲ级

——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。Ⅳ级

——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，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。Ⅴ级

——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。Ⅱ、Ⅲ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Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律，需用统计方法进行研究。§2.1岩体的结构特性岩体结构面的特征产状测量走向时，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：N320°W，S230°W，∠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。如上述岩层的产状，可记录为SW230°∠35°形式。如需知道岩层的走向时，只需将倾向加减90°即可。§2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异性

由于岩石中存在各种规模的结构面（断裂带、断层、节理、裂隙）

致使岩石的物理力学性质→不连续、不均匀、各向异性因此，有必要引入刻划不均一程度的参数。§2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异性2.2.1岩石的裂隙性

通常采用裂隙率作为定量评价(描述)裂隙切割的程度。§2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异性2.2.1岩石的裂隙性

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。§2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异性2.2.2各向异性

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）随空间方位不同而异的特性。(从岩石的不同方向施加荷载，其抵抗破坏的能力不同)

三个材料主轴方向→力学性质不同

表征各向异性材料的参数9个！§2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异性2.2.2各向异性

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。

横观各向同性（层状）

层面内―力学性质相同（多向同性面）；层间―力学性质差异；涉及5个参数：§2.3岩石的物理性质指标物理性质水理性质容重/密度空隙性吸水性软化性抗冻性抗冻性§2.3岩石的物理性质指标岩体属于三相体（固Solid、液Liquid、气Gas）孔隙（含水、空气等）矿物颗粒§2.3岩石的物理性质指标2.3.1岩石的容重

指单位体积岩石的重量。

由于岩样中含有水分，根据“w”的不同含义，可分为：

干容重（烘干状态）

天然容重天然状态（大气压力室温条件下含水量）§2.3岩石铲的物食理性艘质指苗标2.3阁.1岩石的食容重饱和容剂重岩石拔的容宜重在窑一定剧程度腊上反贞映岩砌石的冻力学朴性质猾情况高。通衡常，庭岩石脉的容苹重越苦大，色则它秃的性部质越熄好，俘反之漠越差五。§2.狮3岩石的绝物理性汤质指标2.未3.誓2比重指岩石洪干重量Wd除以岩束石的实柴体积（阅不含孔鬼隙体积辱）Vs的干龄容重血与4˚斑c水的赌容重芒的比立值。式中：——绝对干燥时体积为V的岩石重量（kN）；

——岩石的实体体积（不包含孔隙体积）（m3）；

——水的容重（在4℃时等于10）（kN/m3）；§2.3岩石的门物理性正质指标2.桨3.醋3孔隙率指岩摄石内摸孔隙部体积壶与总丈体积晚之比僚。用浊下式葛表示瞎：§2.市3岩石志的物热理性奸质指恩标2.白3.宜4天然愧含水虾量指天然蝴状态下，驴岩石驾的含旬水量圣与岩肆石干泄重比维值的爷百分液比。交用下鸽式表羽示：§2.斜3岩石信的物党理性惯质指蔬标2.日3.袍5自然额吸水雁率指岩石顽在常温条汇件下浸颂水48小时姐后，推岩石娘内的谷含水闭量与短岩石朴干容雨重的腥比值叫。用券下式请表示虎：§2.3岩石的粘物理性岛质指标2.3誉.6饱和匹吸水替率指岩样苹在强制状陆态（真何空、煮恳沸或高洁压）下，岩雨样最大宽吸水量散与岩石侦干重量属比值。茶用下式兆表示：测定戚方法稿：煮伪沸法陶或真链空抽紫气法触，用泼高压茫法可粉能会生提高透饱和谈程度死，但浑设备壳复杂§2.3岩石桌的物王理性融质指疗标2.孔3.场7饱水系氧数指岩石投吸水率灿与饱水伙率的比谷值百分开率。用庙下式表碌示：（一般萍饱水系符数介于0.5～0.8之间）§2.3岩石寺的物孟理性巴质指啊标2.剥3.凡7饱水系寺数Kω>投91％时塑：冻裳结过觉程中恰，水燃结成脊冰的敏相变膛现象酬会对羽岩石雁中的弟孔隙竞和裂绿隙产痛生“敲冰劈困”作现用，鞠造成与岩石共胀烈崇破坏佣。饱水污系数宴对岩石影抗冻野性具有重口要影响岭，试验爽证明：Kω<猛91％时：和水尚有归膨胀和有挤入剩旋余敞开论孔隙和息裂隙的肉余地，踪蝶可避免怪岩石的纳冰冻破殿坏；2.3奸.8抗冻系丢数岩石经旱过反复女冻结与年融解，苍会使强灭度降低座，甚至非可能引择起破坏豪（原因遗：岩样胸中各种者矿物成距分膨胀灰系数不绪同→变形压赌力、结旨冰时形久成的膨权胀压力及）。常碗用抗冻捡系数和质量损拨失率表示。岩石锋冻融蓄后的匀干抗麻压强膊度与不冻融谷前的就干抗劈燕压强致度的粉比值俱称为然岩石怠的抗术冻系袍数。已用下扶式表统示：测定方蜻法：用经过±25决℃条件污下反匪复（晴规定糠次数,一般为20次，欢严寒信地区岭不少钉于25次）私的降乎温、奇冻结甩、融添解、波升温洒过程姥后，谈测定盯岩石流抗压村强度开的下奔降值。§2.3岩石变的物誓理性腐质指乐标§2.3岩石雕的物美理性塔质指顺标2.3柜.9软化系度数岩石浸跑水饱和鲁后强度鸭降低的跳性质，雪称为软贿化性，之用软化竹系数（ηc）表示颜。ηc定义舰为岩己石试书件的状饱和捷状态艳抗压渠强度午与干知压强奥度的握比值厕，即牺：讨论：ηc愈小吼则岩擦石软尤化性档愈强且。研究殃表明童：岩吵石的尸软化沫性取飘决于玩岩石扣的矿室物组讯成与侮空隙本性。器当岩扯石中爬含有壮较多狱的亲古水性眯和可促溶性勾矿物羽，且朝含大陆开空识隙较峡多时岂，岩国石的芦软化弓性较省强，选软化翅系数简较小排。§2.观3岩石孔的物岗理性晨质指装标2.喘3.彩10渗透性定义急：在恨一定厅的水窝力梯旗度或顷压力枕作用赢下，雷有压膜水可检以透碑过岩别石的监孔隙绩、裂早隙而掉流动缠，岩乒石能大透过碧水的酱这种淋能力序称为蒙岩石之渗透佣性。对孔凭隙介贫质岩旅体，驰一般回认为待，水霉在岩庭石中土的流杯动，肯如同奸水在想土中愉流动用一样刘，也避服从丹于线哭性渗愧流规椒律——达西态定律.§2.彩3岩石的春物理性券质指标2.推3.摇10渗透爪性在一定喷水力梯阿度下,渗流德速度字反映析岩土缸体渗无透性昂强弱拾，岩辞体渗臂透性身一般咬以渗朱透系训数K表征（cm嘉∕s）。渗透毙系数K是渗把流速尊度与狭水力斧梯度镜成正喉比的色比例肚系数衔，即建单位闷水力抹梯度危下水贺在岩鲜体孔层隙中酿的渗母流速砖度。吕容系类数Lu渗透系辨数K吕容系涝数也是哲表征岩听石渗透蹲特性的哥一种方猪式，其路可与渗箩透系数窝互换。1Lu母=1×辩10-5cm徐∕s§2.3岩石之的物由理性纺质指河标2.懂3.替10渗透置性渗透亦系数己是表雕征岩拦石透粗水性帝的重匹要指榜标，简其大沟小取范决于旺岩石安中空盯隙、营裂隙吃的数炕量、糟规模牙及连逮通情师况等择，并光可在对室内稳根据浇达西届定律剧测定棉。NO博TE谦s岩石的马渗透性特一般都催很小，服远小于学相应岩爹体的透指水性，末新鲜致楼密岩石祖的渗透号系数一蜡般均小切于10-7cm榜/s量级。同一裙种岩叔石，窃有裂造隙发驻育时坝，渗阴透系道数急喘剧增爱大，盾一般土比新愚鲜岩尝石大4～6个数忽量级志，甚毛至更撑大，桨说明政空隙篮性对栏岩石淡透水积性的臂影响航是很筹大的§2.碌3岩石的泥物理性期质指标2.纺3.惹10渗透性岩体的屈渗透性尿是一个竞复杂的街问题，磁根据目旨前的研北究，岩市体的渗迫流大体转可划分元为准均裳匀介质伤渗流、仔裂隙性辰介质渗械流和岩端溶性介书质渗流涂三种。准均匀古介质渗指流——属于院这一支类型柳的有融全、后强风金化带捞及弱盗风化钱带的念中上高部的抢多孔能隙砂继岩。膏在该贿渗流峰场中辟，达你西定杆律基灭本上旦适用春。裂隙映性介夏质渗芹流——裂隙垮性介歪质渗慈流是刺岩体断渗流呈的基次本形决式，遣水的盈渗流图主要苹受裂托隙的地类型毅、裂膊隙的钳大小翻、裂很隙的厉产状圈及裂坏隙充烟填情册况所答控制洁。岩溶执介质这渗流——岩溶袖介质匠渗流波是岩尽体渗石流最登复杂数的一猾种形理式，活由于虎受岩肆溶的萍发育军规律闷所控缩慧制，搏岩溶轨的渗士流具词有间快歇性款、隐猫伏性趁、封格闭性妨和地眼下水量系等王特点撕。。§2.3岩石的托物理性给质指标2.3籍.10渗透性降低岩瓣石或结钩构的参弄数;产生渗手透压力拨，减小内岩石或虎结构的权有效应午力，从杨而降低紫岩石的海抗剪强形度；渗透春对工煤程的丙影响§2.打3岩石掏的物穴理性降质指山标2.3抹.10渗透性渗透破用坏的防感治措施控制坝蚂基及地必基的渗走流，其缩慧主要任休务可归析结为三戏点：一是尽滩量减少同渗漏量雾；二是提罗早释放汽渗透压唱力，保尽证地基掘与水工溉建筑物柏有足够延的静力贡稳定性他；三是星防止霉渗透律破坏古，保挠证渗算透稳仔定性喂。渗透义破坏铁的防哗治措侄施可抄分为粘渗流成水动硬力条苹件改背变、炒渗流说出口披保护尾和土叔石性今质改想善等税三个狼方面菠。§2.笨3岩石昼的物会理性称质指乓标2.轧3.多10渗透性渗透破泡坏的防民治措施坝基有金岩基和股非岩基仰两大类尘，非岩射基也称唇为松散竖地基。术对松散吧地基的痒渗流通哲常采用诵垂直和毅水平两盈种控制峡手段，榨具体措授施有：①设置截扎水槽；②浇筑辩混凝蚕土防批渗墙业或灌迅浆帷骆幕；③铺筑上扇游水平烟防渗铺尤盖。坝基的庭渗流控宝制主要朋是防渗简和保证红渗透稳挪定，如收我国黄萍河小浪冬底工程阅高15企4m的土石统坝及三蕉峡工程尺二期围况堰堰体引等均采致用防渗恳墙和防究渗帷幕临灌浆结踢合防止膊坝基渗拿流。2.今3.誉10渗透性渗透系邮数的实码验室测脆定采用谈下式顿计算吉渗透醉系数K：NO彼TE：尽管贸此类渗授透仪的碰方法和模仪器与向土的渗亡透仪相描似，但检所采用咏的压力救差要大瓦得多。§2.谊3岩石的使物理性拐质指标§2.复3岩石犁的物刷理性块质指恶标2.纷3.乘10渗透阳性渗透系肥数的实低验室测上定值得敞注意毅的是凶：岩监石的酬渗透富系数赚不仅倾与岩赢石及靠水的去物理怕性质姓有关触，还见与岩石震的应雨力状案态有关妻。对于器径向汤渗透肾试验构：2）反帮之水兆从内识壁流映向外辈壁，胳岩样临受拉K2。1）当外馋壁水压狱大于内之壁水压担，水从佳外壁流向终内壁，炮岩样受旋压K1；一般来羽说，K2>K1。2.3歪.10渗透迟性渗透系间数的实秋验室测拥定或应用了水力学中的达西(Darcy)定律§2.汉3岩石的衫物理性亦质指标§2.忍3岩石殊的物呼理性峡质指斗标2.奸3.懂10渗透性渗透份系数君的现贯场测文定现场勺抽水良试验Bo扇re昌ho哪le达P维um凤pi育ng韵T锋es乖t稳定流抽水试验非稳定流抽水试验自由振荡法试验§2.4岩体的吧工程分雷类岩体胁工程邻分类给既是煮工程扯岩体份稳定怪性分饲析的只基础贷，也鬼是评芬