理学工程地质讲稿岩石岩体工程性质

了解岩体稳定性的影响因素。重点岩石的工程性质;结构面、结构体、岩体结构、岩体的概念；结构面及岩体的力学性质；岩体的工程分类。岩石的工程性质一、岩石的物理性质

重量—比重—重量固体物质水气Ws、VsWw、VwW、VVn*干容重、天然容重及饱和容重

*

空隙性坚硬岩石0.2~4.5%半坚硬岩石5.0~20.0%松散沉积物25.9~47.6%

二、岩石的水理性质

吸水性透水性

吸水率

饱和吸水率

饱和系数*

反映岩石大开型空隙与**小开型空隙之相对数量

*—

渗透系数

软化性抗冻性

软化系数

重量损失率

强度损失率*强度损失率小于25%或重量损失率小于2%的岩石抗冻性强

*岩石饱水状态的抗压强度岩石干燥状态的抗压强度*软化系数>0.75的岩石抗水、抗风化、抗冻性强*可溶性

膨胀性

三、岩石的力学性质

变形特性

变形模量（E0）弹性模量（E）εσ(MPa))0ABCσΔh½Δd½Δdhd

泊松比（μ）μ=ε横

/ε轴ε横=Δd/dε轴=Δh/h：岩石抵抗外荷不被破坏的能力。强度特性

单轴抗压强度

抗拉强度APPAP

抗剪强度AP

抗切强度

抗摩擦强度

点荷载强度τDPP四、岩石的工程分类

硬质岩岩石极硬岩Rc>60硬岩60～30软质岩较软岩30～15软岩15～5极软岩Rc<5岩体的工程性质区别：

岩石：矿物的集合体，无显著软弱结构面岩体：岩石的地质综合体，被各种地质界面分割成大小不等、形状各异的许多块体。其工程性质严格受其结构面的控制。岩体特征：岩石、地质构造、地下水及岩体天然应力状态对岩体稳定影响较大。结构面是岩体稳定性的控制因素，它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。岩体的变形与破坏主要受各种结构面的性质及其组合形式的控制。

岩体中存在复杂的天然应力场。

一、岩体结构

岩体的结构特征

—

岩体中结构面、结构体的形状、规模、性质及其组合关系的特征。

结构面—岩体中的物质分异面、破裂面及软弱夹层等力学不连续面。结构体—岩体被结构面切割成的不同形状和大小的岩块。1、结构面的成因类型

原生结构面

构造结构面

次生结构面

沉积结构面片理

火成结构面

变质结构面层理面沉积间断面

软弱夹层原生节理多期岩浆岩之间的接触面侵入体与围岩的接触面流纹和流层面劈理、节理断层层间错动带

风化裂隙卸荷裂隙次生充填夹泥2、结构面的特征

结构面的规模

一级结构面小断层、大型节理、风化夹层和卸荷裂隙

二级结构面区域性断裂破碎带

三级结构面断层层间错动带沉积间断面软弱夹层大型接触破碎带微小裂隙节理、片理、劈理

四级结构面

五级结构面*工程所在区域的稳定性

**控制山体及工程岩体的破坏方式及滑动边界**工程岩体稳定的控制性因素及边界条件**小范围内将岩体切割成块状**影响岩块的力学性质*

结构面的形态

平直

波状

不规则

锯齿状ii：起伏角h：起伏高度h—起伏度—粗糙度

结构面的密集程度

线密集度K：单位长度上的结构面条数

结构面间距d：同一组结构面的平均间距K=n/LM1Ln=3M2n=2d=MK=1/M1+1/M2

结构面的连续性（贯通性、延展性）非贯通半贯通贯通

线连续性系数：某一结构面的延长线上，结构面各段长度之和与整个线段长度之比

面连续性系数：岩体内包含结构面的断面上，结构面面积之和与整个断面面积之比KL=∑a/(∑a+∑b)KA=(A1+A2+A3+···+An)/Aa1a2a3a4a5b1b2b3b4A2A3A4

结构面的张开度及充填情况

密闭<0.2mm

微张0.2-1.0mm

张开1.0-5.0mm

宽张>5.0mm*取决于岩石成分及结构面的粗糙程度**取决于充填物情况及胶结情况*3、软弱夹层

软弱夹层

—在坚硬岩层中夹有的力学强度低、泥质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较长和厚度较薄的软弱岩层。

▲

成因原生型构造型次生型

▲

分类▲泥化夹层的形成泥化—粘土岩类岩石经一系列地质作用变成塑泥的过程。标志：其天然含水量等于或大于塑限。特点：湿度高、密度小、强度低、变形大。①物质基础：粘土矿物含量较高的原生软弱夹层，如粘土岩、粘土质页岩、粘土质粉砂岩、泥质板岩、泥灰岩、千枚岩等夹层。②构造作用③

地下水的作用：结合水膜减弱颗粒间连接力，岩石处于塑态甚至接近流态；溶解盐类、水化和水解作用。成分：粘粒含量明显增多。结构：由固结或超固结变成泥质分散结构。

物理状态：天然含水量高，接近或超过塑限。

力学强度：软弱，μ≈0.2。

▲泥化夹层的特征4、结构体

形状（取决于结构面的组数及产状）

大小（取决于结构面组数及各组间距）12>

结构体的形状大小相同，产状不同

12

结构体产状相同，位置不同1>25、岩体结构类型

整体结构岩体（近似各向同性连续介质）

层状结构岩体（顺层滑动、层间张裂及岩层弯曲折断）

块状结构岩体（沿软弱夹层滑动）

碎裂结构岩体（沿结构面的滑移和张裂、结构体的剪切、张裂及塑性流动）

散体结构岩体（大型断裂破碎带，大型岩浆岩侵入接触破碎带及强烈风化带）二、结构面的力学性质

结构面的变形特性

1`2`3`

脆性破坏变形*坚硬岩体的高强度结构面

*

塑性破坏变形*半坚硬或较软弱岩体结构面，或结构面光滑并附着有相当多的松散物质

*ετ1423三、岩体的力学性质

岩体应力分布的不连续性应力集中、应力集中轨迹的转折、弯曲和应力值不连续现象

岩体不均匀性和不连续性

岩体强度的各向异性τAP⊥结构面//结构面

斜交结构面TPTP

岩体的变形特征

εσ0二者迭加结构体变形结构面变型ετ0结构面岩石τ岩体ABCD

岩体的流变特性

流变性

—物体在长期静荷载作用下，应力或应变随时间变化的性质。蠕变：应力一定，变形随时间的持续而增长。松弛：变形一定，应力随时间的持续而减小。

tε0σ1σ2=σcσ3Ⅰ初始蠕变Ⅲ加速蠕变Ⅱ平缓蠕变

初始蠕变阶段：变形速度逐渐减小。平缓蠕变阶段：变形缓慢平稳，变形速度为常量。

加速蠕变阶段：变形速度加快直至岩体破坏。长期强度：出现蠕变破坏的最低应力值。

岩体的破坏方式和破坏机制

脆性破裂、块体滑移层状弯折塑性流动追踪破裂剪切破坏剪断破坏：层状弯折、塑性流动重剪破坏：脆性破裂、块体滑移复合剪切破坏：追踪破裂—岩体剪切破坏类型▲脆性破坏型：坚硬完整岩体特点：岩体破坏前剪位移较小，破坏后有明显应力降。1`2`3`0—1：τ∝ε2：屈服极限

3：破坏极限

4：残余强度ετ12340▲塑性破坏型：半坚硬或软弱破碎岩体特点：峰值破坏前剪位移较大，过峰之后剪应力不变，岩体沿剪切面滑移。岩体的工程分类一、单指标分类

非常好RQD90~100

好RQD75~90较好RQD50~75不好RQD25~50非常不好RQD0~25岩体LL1L2L3L4

岩体的RQD分类

RQD=(L1+L2+L3+L4)/L

岩体弹性波速分类

ⅠKv90~100ⅡKv75~90ⅢKv50~75ⅣKv25~50ⅤKv25~50岩体

岩体完整性系数（Kv）分类

Kv=(Vpm/Vpr)2*

Vpm:岩体纵波速度

**Vpr:同类岩石完整岩块纵波速度

*二、多指标分类

比氏分类

*岩石的单轴抗压强度、RQD、节理**间距、节理状态、地下水及节理产状

*

巴顿分类

*RQD、节理组系数、节理面粗糙度、节理面的**蚀变系数、节理中水的折减系数、应力折减系数*整体块状结构岩体层状结构岩体碎裂结构岩体散体结构岩体

岩体结构分类

岩体稳定性评价一、岩体稳定性的影响因素

地壳构造活动性

地质环境的影响

区域稳定性

山体稳定性