岩体结构控制论

第三章岩体结构控制论3.1概述3.2岩体结构的物质根底3.2.1岩石的成分与结构3.2.2岩石的成岩环境与岩相变化3.2.3岩石的成层条件及其厚度变化3.2.4岩石组合特征及其划分依据3.2.5岩石的物理力学性质3.4岩体结构的力学效应3.3岩体结构3.3.1结构面的类型及特征3.4.1岩体变形机制3.4.2岩体破坏机制精选课件第三章岩体结构控制论3.1概述定义：岩体是在地质历史时期形成的具有一定组分和结构的地质体。将其作为工程建设的对象时，称为“工程岩体〞。它赋存于一定的地质环境中，并随着地质环境的演化而不断变化。岩体结构，反映岩体的本质：①岩体结构的不同，岩体物理力学性质、工程岩体变性、破坏的难易程度与方式也不同；②岩体结构还控制了岩体的水文地质条件、风化作用；③岩体结构不同，岩体稳定性的特征完全不同。〔组合角度〕精选课件第三章岩体结构控制论3.2岩体结构的物质根底物质成分和结构是岩体的两个根本特性，岩体结构组成要素有两个根本单元：结构面和结构体。结构面是指岩体中力学强度相对薄弱的部位，是岩体中的地质界面〔如层面、断裂、风化卸荷裂隙等〕。使岩体力学性能具有不连续性、不均一性和各向异性。它决定了岩体的介质特征和力学属性；结构面的存在，尤其是较弱结构面的存在，对岩体变形破坏方式及岩体稳定性常常起控制作用，常常成为切割面或滑动面；结构面是表生作用的活泼地带，成为岩体次生演变的重要控制因素。精选课件第三章岩体结构控制论结构体是指由结构面所切割成的岩石块体，即岩块。在岩体结构中，结构面居主导地位，随着结构面的类型、发育程度、形状与组合情况不同，岩体结构类型迥然不同。工程地质工作，首先要对地层岩性进行系统的研究，分析岩性岩相变化特征，并进行岩体工程地质分类，即工程地质岩组〔粒组〕的划分。把工程地质性质相近的岩层组合体划归到一起，构成工程地质评价的独立单元，即工程地质岩组。在进行工程地质岩组划分时，要特变关注软弱、松软、破碎岩层，以便于在进行工程地质综合评价时，加以全面论证和重点分析。岩石形成于漫长的地质历史时期，要研究岩体的物质特征，就要充分考虑其形成的地质环境，如：成岩作用、成岩历史与成岩后的次生变化等。精选课件第三章岩体结构控制论3.2.1岩石的成分与结构岩石的成分和结构不同，是岩石工程地质性质差异的主要原因：①对碎屑岩类岩石，决定其工程地质性质的主要是颗粒粒径、胶结物与胶结程度、粘土矿物含量等；②对碳酸盐岩，要特变关注其可溶性，而可溶性取决于其成分与组构，成分尤为重要；③对岩浆岩，应特别重视其矿物成分与化学成分、粒径与结晶性状。火山岩物质成分与结构变化很大，尤其应对软硬相间的多层结构给予重点关注；④变质岩岩石系列千差万别，变质岩的成分、结构与变质程度有着十分密切的关系。矿物的集中和定向排列，往往成为岩体的软弱带。精选课件第三章岩体结构控制论3.2.2岩石的成岩环境与岩相变化岩石的成岩环境与岩相变化，很大程度决定了岩石的均一性与各向异性：①沉积岩成岩环境复杂，形成过程差异很大，由此决定岩性、岩相变化与层厚；②岩浆岩成因类型同样复杂，岩性岩相随之变化。要特别注意岩浆分异及其岩性岩相分带、岩脉的分布及其接触带。火山岩分布很广，成因类型不同，其岩性岩相变化显著，岩石组合更为复杂。海底喷发的火山岩类型，它往往与海底沉积岩交互产生，构成不利的岩石组合，形成较差的工程地质条件；③变质岩大多形成于高温高压下，其物质成分和结构均发生剧烈变化，往往产生软弱的岩层与岩组，如千枚岩、绿泥石片岩、石墨片岩等；精选课件第三章岩体结构控制论3.2.3岩石的成层条件及其厚度变化

对沉积岩及负变质岩，岩石成层特点直接关系到岩体介质的连续性与各向异性：①沉积岩，应特别重视滨海及河湖相岩层，其厚度往往特别大。还要注意不整合面、岩层层面强度，尤其是软弱夹层，常是工程地质条件中的关键因素之一；②在变质作用下，可形成明显的定向排列或层状结构。由于构造作用，还会产生层间错动。因而变质岩成层条件复杂，单层厚度变化明显；③岩浆岩的成层性不明显，只是熔岩流表现出一定的成层特点。火山岩有较好的成层性。在火山岩中常夹有碎屑岩，形成不稳定的层状结构。精选课件第三章岩体结构控制论3.2.4岩石组合特征及其划分依据岩石组合特征是研究岩体结构物质特征的根底工作：①岩石组合首先考虑岩石的软硬程度，其次是岩层的厚度，第三是岩体中各类夹层的发育特征；②每一岩组均有其一定的岩石组合特征，具有相似的工程地质特性。要结合工程区的具体情况，寻找其规律性；③岩组划分不宜过大，否那么，会掩盖岩体强度的薄弱环节。④岩组划分必须建立在建造的根底上。各种建造的地质体，在不同的大地构造单元中，差异性很大。精选课件第三章岩体结构控制论3.2.5岩石的物理力学性质岩体可由一种岩石，亦可由多种岩石构成。岩石的物理力学性质对工程岩体的稳定性重要作用：①岩石或岩体的物理力学性质在很大程度上受控于其地质属性；②岩石的物理力学性质及其参数主要包括孔隙度或孔隙比、膨胀性、水理性质、弹性参数、变形参数、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等；③从岩石和岩体工程地质性所进行的工程分类〔或分级〕具有重要的工程应用价值。精选课件第三章岩体结构控制论3.3岩体结构“岩体结构〞：由结构面和结构体共同组成的结构形态，不同类型的根本单元在岩体内组合、排列的形式。岩体结构受岩体中结构面的空间分布与组合形式控制。结构面为岩体中具有一定方位和厚度、两向延伸的地质界面，结构面分为两大类：①物质分异面，如层面、片理面、软弱夹层、岩浆侵入接触面等；②岩体中的不连续面，如断层、节理、风化与卸荷裂隙等。结构体的发育受结构面发育、排列与组合的制约。结构面往往是岩体结构的控制因素。精选课件第三章岩体结构控制论3.3.1结构面的类型及特征1〕结构面成因类型和特征精选课件第三章岩体结构控制论2〕结构面的力学类型和特征按影响结构面力学特性的主要因素，将结构面划分以下四种力学类型：①破裂结构面岩体中无充填的节理、片理、劈理等，它们在法向应力作用下呈刚性接触，属硬性结构面。这类结构的抗剪强度主要取决于结构面的几何特征。精选课件第三章岩体结构控制论②破碎结构面如断层破碎带、风化破碎带及层间破碎夹层等，可有不同程度的胶结。精选课件第三章岩体结构控制论③层状结构面岩体中成层的不连续面，如层面、层理及软弱夹层等。精选课件第三章岩体结构控制论④泥化结构面为塑性泥质组成的软弱结构面，如断层泥、层间错动泥化夹层、裂隙夹泥、层面夹泥。由于泥质富集，这类结构面易变形，强度低。精选课件第三章岩体结构控制论3.4岩体结构的力学效应岩体结构的力学效应实质上就是探讨岩体结构对岩体力学行为与力学作用的影响。大量实践与试验研究说明，岩体的应力传播、岩体的变形破坏以及岩体力学介质无不受控于岩体结构。必须划分软弱结构面与硬性结构面。软弱结构面是岩体变形破坏的重要控制因素或边界；硬性结构面是划分岩体结构、鉴别岩体力学介质类型的重要依据。“软弱结构面〞是力学强度明显低于围岩，一般充填有一定厚度软弱物质的结构面。如泥化、软化、破碎薄夹层等。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。精选课件第三章岩体结构控制论3.4.1岩体变形机制指岩体变形的力学过程。如，岩块压缩变形是岩块在全围压下体积缩小；岩块形状改变、岩块沿结构面滑动和结构体滚动是在剪应力作用下产生的；板裂结构体横向弯曲变形是在力矩作用下产生的等。岩体变形可分为材料变形型与结构变形型两类。

材料变形可细分为结构体弹性变形、结构体粘性变形、结构面闭合变形和结构面错动变形。

结构变形可细分为结构体滚动变形、板裂体结构变形、结构面滑动变形、软弱夹层压缩和挤出变形。精选课件第三章岩体结构控制论岩体变形不仅与受力状态〔外因〕密切相关，而且受岩体结构〔内因〕控制。不同结构的岩体变形不同：块裂结构岩体最主要的变形是沿结构面滑动；完整结构岩体的变形，主要是岩石材料变形及微裂隙闭合和少量的错动变形；板裂结构岩