巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征解析課件

1、*巖石力學與工程 諶會芹1第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征區(qū)別巖石、巖體與結(jié)構(gòu)面1.1 基本概念巖石（Rock）：礦物、巖屑的集合體。 是在一定的生成條件下，顆粒之間具有牢固連接的礦物結(jié)合體。第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征2022/8/2031.1 基本概念結(jié)構(gòu)面（Structural Plane）：指地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，在巖體內(nèi)形成的具有一定的延伸方向和長度，厚度相對較小的地質(zhì)界面或帶。具有極低的或沒有抗拉強度的不連續(xù)面,包括一切地質(zhì)分離面。大到幾公里的斷層，小到幾公分的裂隙。第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征2022/8/204第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征2022/8/2051.1 基本概念巖塊（Rock b

2、lock 或 Rock）：又稱結(jié)構(gòu)體，指不含顯著結(jié)構(gòu)面的巖石塊體，是構(gòu)成巖體的最小巖石單元體。巖體（Rockmass）：是指地質(zhì)歷史過程中形成的，由巖塊和結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡組成的，具有一定的結(jié)構(gòu)并賦存于一定的天然應力狀態(tài)和地下水等地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體。第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征巖體中被結(jié)構(gòu)面切割的巖石塊體2022/8/206巖體=巖塊+結(jié)構(gòu)面/結(jié)構(gòu)體+結(jié)構(gòu)面 巖 體結(jié)構(gòu)面巖塊不連續(xù)面：包括節(jié)理、裂隙、孔隙、斷面、孔洞、層面第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征2022/8/207第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征2022/8/2081.1基本概念巖體結(jié)構(gòu)（rockmass structure）：指巖體中結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及其

3、組合關(guān)系；或者指結(jié)構(gòu)體的規(guī)模、形態(tài)及其排列形式所表現(xiàn)的空間形態(tài)。第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征2022/8/2091.2巖塊及其特征影響巖石力學性質(zhì)和物理性質(zhì)的三個重要因素:構(gòu)造: 組成成分的空間分布及其相互間排列關(guān)系 礦物：存在地殼中的具有一定化學成分和物理性 質(zhì)的自然元素和化合物。結(jié)構(gòu)：組成巖石的物質(zhì)成分、顆粒大小和形狀以及 其相互結(jié)合（結(jié)晶聯(lián)結(jié)、膠結(jié)聯(lián)結(jié)）的情況。第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征一、巖塊的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造2022/8/2010聯(lián)結(jié)方式結(jié)晶聯(lián)結(jié)膠結(jié)聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)方法礦物顆粒通過結(jié)晶相互嵌合在一起礦物顆粒通過膠結(jié)物聯(lián)結(jié)在一起巖相巖漿巖、大部分變質(zhì)巖及部分沉積巖碎屑巖特征強度：等粒結(jié)構(gòu)大于非等粒結(jié)構(gòu)

4、，細粒結(jié)構(gòu)大于粗粒結(jié)構(gòu)膠結(jié)成分：硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)類型：基底式、孔隙式、接觸式2022/8/2011二、巖塊的風化程度定性指標：顏色礦物蝕變程度破碎程度開挖錘擊技術(shù)第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.2巖塊及其特征2022/8/2012*巖石力學與工程 13風化空隙率指標Iw （漢羅爾，1961）快速浸水后風化巖塊吸入水的質(zhì)量與干燥巖塊質(zhì)量之比第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征快速浸水后風化巖石吸入水的質(zhì)量定量指標：巖塊的風化程度定量指標：波速指標1）波速比2）風化系數(shù)第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征風化巖石縱波速度巖塊的風化程度2022/8/2014*巖石力學與工程15風化程度vcp（m/s）kvkf全

5、風化50010000.20.4-強風化100020000.40.650000.91.00.91.0硬質(zhì)巖石按波速指標的風化分級表巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2002（09版） *巖石力學與工程 161.3 結(jié)構(gòu)面特征 結(jié)構(gòu)面（Structural Plane）：指地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，在巖體內(nèi)形成的具有一定的延伸方向和長度，厚度相對較小的地質(zhì)界面或帶。 國外又稱不連續(xù)面（discontinuties）或節(jié)理（joint）第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.1結(jié)構(gòu)面的成因類型原生結(jié)構(gòu)面 巖體在成巖過程中形成的結(jié)構(gòu)面。沉積結(jié)構(gòu)面：有層理面、軟弱夾層、沉積間斷面和不整合面等。巖漿結(jié)構(gòu)面：包括巖漿巖

6、體與圍巖的接觸面、各期巖漿巖之間的接觸面和原生冷凝節(jié)理等。變質(zhì)結(jié)構(gòu)面：殘留結(jié)構(gòu)面和重結(jié)晶結(jié)構(gòu)面。構(gòu)造結(jié)構(gòu)面 巖體形成后在構(gòu)造應力作用下形成的各種破裂面，包括斷層、節(jié)理、劈理和層間錯動面等。次生結(jié)構(gòu)面 巖體形成后在外營力作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面，包括卸荷裂隙、風化裂隙、次生夾泥層和泥化夾層等。第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征(一)地質(zhì)成因類型2022/8/2017張性結(jié)構(gòu)面是由拉應力形成的，如羽毛狀張裂面、縱張及橫張破裂面、巖漿巖中的冷凝節(jié)理等 特點：張開度大、連續(xù)性差、形態(tài)不規(guī)則、面粗糙，起伏度大及破碎帶較寬,易被充填,常含水豐富，導水性強剪性結(jié)構(gòu)面是剪應力形成的，破裂面兩側(cè)巖體產(chǎn)生相對滑移，如逆斷層、平

7、移斷層以及多數(shù)正斷層等。 特點：連續(xù)性好，面較平直，延伸較長并有擦痕鏡面等。1.3.1結(jié)構(gòu)面的成因類型第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征(二)力學成因類型2022/8/20182022/8/2019級 大斷層或區(qū)域性斷層。控制工程建設(shè)地區(qū)的地殼穩(wěn)定性，直接影響工程巖體穩(wěn)定性；級 延伸長而寬度不大的區(qū)域性地質(zhì)界面。級 長度數(shù)十米至數(shù)百米的斷層、區(qū)域性節(jié)理、延伸較好的層面及層間錯動等。、級結(jié)構(gòu)面控制著工程巖體力學作用的邊界條件和破壞方式，它們的組合往往構(gòu)成可能滑移巖體的邊界面，直接威脅工程安全穩(wěn)定性1.3.2結(jié)構(gòu)面的規(guī)模與分級第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3 結(jié)構(gòu)面特征2022/8/2020級 延伸較差的

8、節(jié)理、層面、次生裂隙、小斷層及較發(fā)育的片理、劈理面等。是構(gòu)成巖塊的邊界面，破壞巖體的完整性，影響巖體的物理力學性質(zhì)及應力分布狀態(tài)。級結(jié)構(gòu)面主要控制著巖體的結(jié)構(gòu)、完整性和物理力學性質(zhì)，數(shù)量多且具隨機性，其分布規(guī)律具統(tǒng)計規(guī)律，需用統(tǒng)計方法進行研究。級 又稱微結(jié)構(gòu)面。常包含在巖塊內(nèi)，主要影響巖塊的物理力學性質(zhì)，控制巖塊的力學性質(zhì)。1.3.2結(jié)構(gòu)面的規(guī)模與分級第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3 結(jié)構(gòu)面特征2022/8/2021走向、傾向、傾角結(jié)構(gòu)面與最大主應力間的關(guān)系控制著巖體的破壞機理與強度。（一） 產(chǎn)狀第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響據(jù)單結(jié)構(gòu)面理論，巖體中存在一組

9、結(jié)構(gòu)面時，巖體的極限強度與結(jié)構(gòu)面傾角間的關(guān)系為：2022/8/20221、線連續(xù)性系數(shù)：指沿結(jié)構(gòu)面延伸方向，結(jié)構(gòu)面各段長度之和(a)與測線長度的比值。注：K1變化在01之間，K1值愈大說明結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性愈好，當K11時，結(jié)構(gòu)面完全貫通。（二） 連續(xù)性第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響反映結(jié)構(gòu)面的貫通程度2022/8/20232、面連續(xù)性系數(shù)：指沿結(jié)構(gòu)面延伸方向，結(jié)構(gòu)面面積之和與總面積的比值。又稱切割度。（二） 連續(xù)性第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響反映結(jié)構(gòu)面的貫通程度2022/8/2024表1-3 結(jié)構(gòu)面連續(xù)性分級（二）連續(xù)

10、性第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響反映結(jié)構(gòu)面的貫通程度描述跡長（m）很低連續(xù)性203、跡長2022/8/20251、線密度(Kd)是指結(jié)構(gòu)面法線方向單位測線長度上交切結(jié)構(gòu)面的條數(shù)(條m)。設(shè)勘測線長度為l ，在l上出現(xiàn)的節(jié)理的個數(shù)為n，則 2、間距(d)則是指同一組結(jié)構(gòu)面法線方向上兩相鄰結(jié)構(gòu)面的平均距離。Kd與d互為倒數(shù)關(guān)系（三） 密度第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響反映結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密集程度實例2022/8/202610m實例：Kd=4/10=0.4/md=1/Kd=2.5m（三） 密度第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3

11、 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響反映結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密集程度2022/8/2027用線密度來估算巖體質(zhì)量指標RQD(Rock Quality Designation)巖體質(zhì)量指標RQD：長度大于10cm的巖心長度之和與鉆孔總進尺的百分比。（三） 密度第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響2022/8/2028例: 某鉆孔的長度為250cm，其中巖芯采取總長度為200cm,而大于10cm的巖芯總長度為157cm，巖體質(zhì)量指標： RQD=157/250=63%（三） 密度第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響2022/8/2029表1-4 結(jié)

12、構(gòu)面間距分級表描述間距d（mm）極密集的間距6000（三） 密度第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響2022/8/2030（四） 張開度第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響結(jié)構(gòu)面兩壁面間的垂直距離2022/8/2031表1-5 結(jié)構(gòu)面張開度分級表（四） 張開度第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響描述結(jié)構(gòu)面張開度（mm）分類很緊密緊密部分張開10裂開結(jié)構(gòu)面很寬的極寬的似洞穴的1010010010001000張開結(jié)構(gòu)面2022/8/2032如在層流條件下，平直而兩壁平行的單個結(jié)構(gòu)面的滲透系數(shù)(Kf)可表

13、達為：e-結(jié)構(gòu)面張開度（mm）v-水的運動粘滯系數(shù)（cm2/s）g-重力加速度（四） 張開度第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響2022/8/20331、結(jié)構(gòu)面?zhèn)缺诘钠鸱螒B(tài)：平直的、波狀的、鋸齒狀的、臺階狀的和不規(guī)則狀的。側(cè)壁的起伏程度可用起伏角i表示。（五） 形態(tài)第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響2022/8/2034結(jié)構(gòu)面的粗糙度用粗糙度系JRC(joint roughness coefficient)表示。隨粗糙度的增大，結(jié)構(gòu)面的摩擦角也增大。根據(jù)標準粗糙度剖面將結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)劃分為10級。（五）形態(tài)第1章 巖體地質(zhì)

14、與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響2022/8/20351 薄膜充填是結(jié)構(gòu)面兩壁附著一層極薄的礦物膜，厚度多小于1mm，多明顯降低結(jié)構(gòu)面的強度。2 斷續(xù)充填結(jié)構(gòu)面的力學性質(zhì)與充填物性質(zhì)、壁巖性質(zhì)及結(jié)構(gòu)面的形態(tài)有關(guān)。3 連續(xù)充填結(jié)構(gòu)面的力學性質(zhì)主要取決于充填物性質(zhì)。4 厚層充填結(jié)構(gòu)面的力學性質(zhì)很差，主要取決于充填物性質(zhì)，巖體往往易于沿這種結(jié)構(gòu)面滑移而失穩(wěn)。（六） 填充膠結(jié)特征第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響2022/8/2036（1）Fe、Si質(zhì)膠結(jié)的強度最高，往往與巖石強度差別不大；泥質(zhì)、易溶鹽類膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面強度最低，且抗水性差。（2）就充

15、填物成分來說以砂質(zhì)、礫質(zhì)等粗粒充填的結(jié)構(gòu)面性質(zhì)最好；以粘土質(zhì)（如高嶺石、綠泥石、水云母、蒙脫石等）和易溶鹽類充填的結(jié)構(gòu)面性在最差。2022/8/2037結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系控制著可能滑移巖體的幾何邊界條件、形態(tài)、規(guī)模、滑動方向及滑移破壞類型，它是工程巖體穩(wěn)定性預測與評價的基礎(chǔ)。（七） 結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3.3 結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體性質(zhì)的影響2022/8/20381.3.4 軟弱結(jié)構(gòu)面軟弱結(jié)構(gòu)面是巖體中具有一定厚度的軟弱帶(層)，與兩盤巖體相比具有高壓縮和低強度等特征，在產(chǎn)狀上多屬緩傾角結(jié)構(gòu)面。主要包括原生軟弱夾層、構(gòu)造及擠壓破碎帶、泥化夾層及其他夾泥層等。泥化夾層特性：

16、 1、由原巖的超固結(jié)膠結(jié)式結(jié)構(gòu)變成了泥質(zhì)散狀結(jié)構(gòu)或泥質(zhì)定向結(jié)構(gòu) 2、粘粒含量很高 3、含水量接近或超過塑限，密度比原巖小 4、常具有一定的脹縮性 5、力學性質(zhì)比原巖差，強度低，壓縮性高 6、易產(chǎn)生滲透變形 第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.3 結(jié)構(gòu)面特征2022/8/2039思考沉積巖中的沉積間斷面屬于哪一種類型的結(jié)構(gòu)面？（A）原生結(jié)構(gòu)面（B）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面（C）次生結(jié)構(gòu)面巖體的變形和破壞主要發(fā)生在?（A）劈理面（B）節(jié)理面（C）結(jié)構(gòu)面（D）晶面關(guān)于結(jié)構(gòu)面的描述，錯誤的是? （A）結(jié)構(gòu)面有一定的方向 （B） 結(jié)構(gòu)面是平直的 （C）結(jié)構(gòu)面可能有一定的充填 下列指標不能直接用來衡量巖石的風化程度? （A）

17、風化系數(shù) （B）巖石破碎程度 （C）結(jié)構(gòu)面組數(shù) 2022/8/2040下面哪一種結(jié)構(gòu)面屬于原生結(jié)構(gòu)面？A層面 B卸荷裂隙 C斷層面下面哪一種結(jié)構(gòu)面屬于構(gòu)造結(jié)構(gòu)面？ A層面 B卸荷裂隙 C斷層面 D風化裂隙下面哪一種結(jié)構(gòu)面屬于次生結(jié)構(gòu)面？A層面 B斷層面 C風化裂隙可以用來反映結(jié)構(gòu)面密集程度的物理量是? AJRC B間距 C連續(xù)性系數(shù)2022/8/20411.4 巖體結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)控制論第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.4.1巖體組成與特征 巖體是由結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡及其所圍限的巖塊 (結(jié)構(gòu)體)所組成。具有一定的結(jié)構(gòu)是巖體的顯著特征之一。巖體中存在著復雜的天然應力狀態(tài)和地下水，這是巖體與其他材料的根本區(qū)別之

18、一。第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.4 巖體結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)控制論2022/8/2043巖體結(jié)構(gòu)(rockmass structure)指巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的排列組合關(guān)系。不同的結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體之間，以不同方式排列組合形成不同的巖體結(jié)構(gòu)。1.4.2 巖體的結(jié)構(gòu)特征第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.4 巖體結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)控制論2022/8/2044結(jié)構(gòu)體(structural element)指巖體中被結(jié)構(gòu)面切割圍限的巖石塊體。結(jié)構(gòu)體的規(guī)模取決于結(jié)構(gòu)面的密度，密度愈小，結(jié)構(gòu)體的規(guī)模愈大,與結(jié)構(gòu)面對應,劃分為五級。常用塊度模數(shù)（單位體積內(nèi)的級結(jié)構(gòu)體數(shù)) 或結(jié)構(gòu)體體積來表示結(jié)構(gòu)體規(guī)模。1.4.2.1 結(jié)構(gòu)體

19、特征第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.42 巖體的結(jié)構(gòu)特征2022/8/2045圖1-6結(jié)構(gòu)體的形狀示意圖常見形狀:柱狀、板狀、楔形、菱形形狀不同，穩(wěn)定性不同。1.4.2.1 結(jié)構(gòu)體特征第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.42 巖體的結(jié)構(gòu)特征2022/8/20461.4.2.2 巖體的結(jié)構(gòu)類型劃分第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.4.2 巖體的結(jié)構(gòu)特征巖體結(jié)構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖土工程問題整體狀結(jié) 構(gòu)均質(zhì)，巨塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖，巨厚層沉積巖、正變質(zhì)巖巨塊狀以原生構(gòu)造節(jié)理為主，多呈閉合型，裂隙結(jié)構(gòu)面間距大于15m，一般不超過12組，無危險結(jié)構(gòu)面組成的落石掉塊整體性

20、強度高，巖體穩(wěn)定，可視為均質(zhì)彈性各向同性體不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體的局部滑動或坍塌，深埋洞室的巖爆塊狀結(jié)構(gòu)厚層狀沉積巖、正變質(zhì)巖、塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖塊狀、柱 狀只具有少量貫穿性較好的節(jié)理裂隙，裂隙結(jié)構(gòu)面間距0.71.5m。一般為23組，有少量分離體整體強度較高，結(jié)構(gòu)面互相牽制，巖體基本穩(wěn)定，接近彈性各向同性體層狀結(jié)構(gòu)多韻律的薄層及中厚層狀沉積巖、副變質(zhì)巖層狀、板狀、透鏡體有層理、片理、節(jié)理，常有層間錯動面接近均一的各向異性體，其變形及強度特征受層面及巖層組合控制，可視為彈塑性體，穩(wěn)定性較差不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體可能產(chǎn)生滑塌，特別是巖層的彎張破壞及軟弱巖層的塑性變形碎裂狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響嚴重的破碎巖層塊狀斷層、斷層破碎帶

21、、片理、層理及層間結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，裂隙結(jié)構(gòu)面間距0.250.5m，一般在3組以上，由許多分離體形成完整性破壞較大，整體強度很低，并受斷裂等軟弱結(jié)構(gòu)面控制，多呈彈塑性介質(zhì)，穩(wěn)定性很差易引起規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)，地下水加劇巖體失穩(wěn)散體狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響劇烈的斷層破碎帶，強風化帶，全風化帶碎屑狀顆粒狀斷層破碎帶交叉，構(gòu)造及風化裂隙密集，結(jié)構(gòu)面及組合錯綜復雜，并多充填粘性土，形成許多大小不一的分離巖塊完整性遭到極大破壞，穩(wěn)定性極差，巖體屬性接近松散體介質(zhì)易引起規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)，地下水加劇巖體失穩(wěn)2022/8/2047巖體結(jié)構(gòu)對于工程巖體的控制表現(xiàn)在三個方面：巖體的應力傳播特征 強度問題 巖體的變形與破壞特征 剛度問題工程巖體的穩(wěn)定 穩(wěn)定性問題1.4.3 巖體結(jié)構(gòu)控制論第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征1.4 巖體結(jié)構(gòu)特