巖體結(jié)構(gòu)特征

巖體結(jié)構(gòu)特征第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四第七章巖體的結(jié)構(gòu)特征§1幾個基本概念§2巖體的結(jié)構(gòu)特征§3巖體結(jié)構(gòu)面的特征§4巖體工程分類§5結(jié)構(gòu)面的測量與統(tǒng)計(jì)分析第2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四幾個基本概念巖石（Rock）礦物、巖屑的集合體。結(jié)構(gòu)面（StructuralPlane）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。巖塊（Rockblock或Rock）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(luò)組成的，具有一定的結(jié)構(gòu)并賦存于一定的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水等地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體。第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四巖塊的結(jié)構(gòu)特征巖塊的結(jié)構(gòu)是指巖石內(nèi)礦物顆粒的大小、形狀、排列方式及微結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況與粒間連結(jié)方式等反映在巖塊構(gòu)成上的特征。結(jié)晶連結(jié)是礦物顆粒通過結(jié)晶相互嵌合在一起，它是通過共用原子或離子使不同晶粒緊密接觸。巖石的粒間連結(jié)分結(jié)晶連結(jié)與膠結(jié)連結(jié)。膠結(jié)連結(jié)是礦物顆粒通過膠結(jié)物連結(jié)在一起。硅質(zhì)膠結(jié)的巖塊強(qiáng)度最高；鐵質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)的次之；泥質(zhì)膠結(jié)的巖塊強(qiáng)度最低。第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四2.1巖體的結(jié)構(gòu)特征一、巖體的組成巖體是由結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)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(fù)雜的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水，這是巖體與其他材料的根本區(qū)別之一。第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四巖體結(jié)構(gòu)的基本要素是構(gòu)成巖體的結(jié)構(gòu)體（巖石）和將結(jié)構(gòu)體分割開來的結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)體是被各種構(gòu)造形跡和裂隙分割而成的巖石塊體，可用其規(guī)模、形態(tài)及其產(chǎn)狀進(jìn)行描述：按不同級別結(jié)構(gòu)面對巖巖體的切割，可將結(jié)構(gòu)體劃分為4級。Ⅰ級結(jié)構(gòu)體——地質(zhì)體或稱斷塊體

Ⅱ級結(jié)構(gòu)體——巖塊

Ⅲ級結(jié)構(gòu)體——塊體

Ⅳ級結(jié)構(gòu)體——山體；結(jié)構(gòu)面就是各種構(gòu)造形跡或裂隙。結(jié)構(gòu)面的存在是巖體不同于巖石概念的根本原因，結(jié)構(gòu)面是巖體的重要組成單元。巖體力學(xué)性質(zhì)的好壞在大多數(shù)情況下都取決于結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)，而非巖石本身的性質(zhì)。二、巖體結(jié)構(gòu)的基本要素第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四巖體結(jié)構(gòu)(rockmassstructure)指巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的排列組合關(guān)系。結(jié)構(gòu)體(structuralelement)指巖體中被結(jié)構(gòu)面切割圍限的巖石塊體。它不同于巖塊的概念。常用塊度模數(shù)（單位體積內(nèi)的Ⅳ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。第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四巖體的地質(zhì)特征形式結(jié)構(gòu)體的形狀示意圖

結(jié)構(gòu)體常見的形狀:柱狀、板狀、楔形、菱形形狀不同，穩(wěn)定性不同。第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

巖體變形破壞方式：a.塊狀及層狀結(jié)構(gòu)巖體的塊體滑移；b.薄層狀結(jié)構(gòu)巖體的彎曲傾倒；c.碎裂結(jié)構(gòu)巖體的剪切破壞及塑性變形；d.松散及破碎結(jié)構(gòu)巖體的塑性變形第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四巖體的結(jié)構(gòu)類型巖體結(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1～2組，無危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)面組成的落石掉塊

整體性強(qiáng)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0.7～1.5m。一般為2～3組，有少量分離體

整體強(qiáng)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(qiáng)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(yán)重的破碎巖層塊狀斷層、斷層破碎帶、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0.25~0.5m，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(qiáng)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(qiáng)風(fēng)化帶，全風(fēng)化帶碎屑狀顆粒狀斷層破碎帶交叉，構(gòu)造及風(fēng)化裂隙密集，結(jié)構(gòu)面及組合錯綜復(fù)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)第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四巖體成因與巖體特征1巖漿巖體

無層理，產(chǎn)狀復(fù)雜。根據(jù)巖漿活動方式，巖漿巖可分為深成巖、淺成巖和噴出巖三類。2沉積巖體

具有層理構(gòu)造，巖體呈層狀結(jié)構(gòu)。沉積巖包括他生沉積巖和自生沉積巖兩大類。3變質(zhì)巖體

多數(shù)巖石變質(zhì)后都經(jīng)歷了不同程度的重結(jié)晶作用，結(jié)構(gòu)較致密，抗水性增強(qiáng)，孔隙率較低，透水性弱，抗變形性能好，強(qiáng)度高。因此與沉積巖相比，變質(zhì)巖的性質(zhì)一般要好些。

第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四巖體結(jié)構(gòu)類型劃分為了概括地反映巖體結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的成因、特征及其排列組合關(guān)系．將巖體結(jié)構(gòu)劃分為4大類和8個亞類

。

結(jié)構(gòu)類型

地

質(zhì)

背

景結(jié)構(gòu)面特征結(jié)構(gòu)體形態(tài)類亞

類整體塊狀結(jié)構(gòu)

Ⅰ整體結(jié)構(gòu)（Ⅰ1）巖性單一，構(gòu)造變形輕微的巨厚層沉積巖、變質(zhì)巖和火成巖體結(jié)構(gòu)面少．一般不超過3組．延展性極差．多閉合．無充填或夾少量碎屑巨型塊狀塊狀結(jié)構(gòu)（Ⅰ2）巖性單一，構(gòu)造變形輕一中等的厚層沉積巖、變質(zhì)巖和火成巖體結(jié)構(gòu)面—般2—3組，面多閉合，層間有一定的結(jié)合力各種形狀的塊狀層狀結(jié)構(gòu)

Ⅱ

層狀結(jié)構(gòu)（Ⅱ1）構(gòu)造變形輕一中等的中一厚層的層狀巖體以層面、片理、節(jié)理為主．延展性較好。一般有2-3組．層間結(jié)合力較差

厚板狀，塊狀、柱狀薄層狀結(jié)構(gòu)（Ⅱ2）同Ⅱ1但厚度小(<30cm)，在構(gòu)造作用下表現(xiàn)為相對強(qiáng)烈褶曲和層間錯動層理、片理發(fā)育．原生軟弱夾層層間錯動和小斷層不時出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)面多為泥膠、碎屑和泥質(zhì)物充填。—般結(jié)合力差板狀或薄板狀碎裂結(jié)構(gòu)

Ⅲ鑲嵌結(jié)構(gòu)

（Ⅲ1）一般發(fā)育于脆硬巖層，節(jié)理，劈理組數(shù)多，密度大以節(jié)理、劈理等小結(jié)構(gòu)面為主組數(shù)多，密度大，但延展性差，閉合無充填或夾少量碎屑形態(tài)、大小不—棱角顯著。層狀碎裂結(jié)構(gòu)

（Ⅲ2）軟硬相間的巖石組合．井常有近于平行的軟弱破碎帶存在軟弱夾層和各種成因類型的破碎帶發(fā)育，大致平行分布，以構(gòu)造節(jié)理等小型結(jié)構(gòu)面為主

以碎塊狀和板柱狀為主碎裂結(jié)構(gòu)(Ⅲ3)巖性復(fù)雜，構(gòu)造破碎強(qiáng)烈；弱風(fēng)化帶各類結(jié)構(gòu)面皆發(fā)育，彼此交切多被充填結(jié)構(gòu)面光滑度不等，形態(tài)不同碎屑和大小、形態(tài)不同的巖塊

散體結(jié)構(gòu)

Ⅳ

構(gòu)造破碎帶及劇一強(qiáng)風(fēng)化帶節(jié)理，劈理密集．破碎帶呈塊夾泥或泥包塊的松軟狀態(tài)泥、巖粉，碎屑、碎塊，碎片等

第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四巖體的主要結(jié)構(gòu)類型如下：（1）

整體結(jié)構(gòu)（巨型塊狀結(jié)構(gòu)）；（2）

塊狀結(jié)構(gòu)；（3）

鑲嵌結(jié)構(gòu)（火成巖的侵入結(jié)構(gòu)）；（4）

層狀結(jié)構(gòu)；（5）

碎裂結(jié)構(gòu)（微風(fēng)化巖體）；（6）

層狀碎裂結(jié)構(gòu)；（7）

散體結(jié)構(gòu)（強(qiáng)風(fēng)化巖石）；《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）在巖體的結(jié)構(gòu)類型劃分中取掉了鑲嵌結(jié)構(gòu)，并將層狀碎裂結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)一起歸并為碎裂結(jié)構(gòu)。巖體的結(jié)構(gòu)類型第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四三、結(jié)構(gòu)面的類型及成因(一)地質(zhì)成因類型原生結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面(二)力學(xué)成因類型張性結(jié)構(gòu)面剪性結(jié)構(gòu)面第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四(一)地質(zhì)成因類型1.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)面是沉積巖在沉積和成巖過程中形成的，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)面是巖漿侵入及冷凝過程中形成的結(jié)構(gòu)面，包括巖漿巖體與圍巖的接觸面、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)面在變質(zhì)過程中形成，分為殘留結(jié)構(gòu)面和重結(jié)晶結(jié)構(gòu)面；沉積巖的層理層面、龜裂；2.構(gòu)造結(jié)構(gòu)面是巖體形成后在不同性質(zhì)的構(gòu)造應(yīng)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。3.次生結(jié)構(gòu)面是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(fēng)化裂隙、次生夾泥層和泥化夾層等。第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四巖體結(jié)構(gòu)面的類型及其特征成因類型地質(zhì)類型主

要

特

征

工程地質(zhì)評價(jià)產(chǎn)

狀

分

布

性

質(zhì)

原生結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面1層理層面

2軟弱夾層

3不整合面、假整合面

4沉積間斷面

一般與巖層產(chǎn)狀一致，為層間結(jié)構(gòu)面海相巖層中此類結(jié)構(gòu)面分布穩(wěn)定，陸相巖層中呈交錯狀，易尖滅層面、軟弱夾層等結(jié)構(gòu)面較為平整；不整合面及沉積間斷面多由碎屑泥質(zhì)物構(gòu)成，且不平整國內(nèi)外較大的壩基滑動及滑坡很多由此類結(jié)構(gòu)面所造成的，如奧斯汀、圣·弗朗西斯、馬爾帕塞壩的破壞，瓦依昂水庫附近的巨大滑坡

巖漿巖結(jié)構(gòu)面1侵入體與圍巖接觸面

2巖脈巖墻接觸面

3原生冷凝節(jié)理

巖脈受構(gòu)造結(jié)構(gòu)面控制，而原生節(jié)理受巖體接觸面控制接觸面延伸較遠(yuǎn)，比較穩(wěn)定，而原生節(jié)理往往短小密集與圍巖接觸面可具熔合及破碎兩種不同的特征，原生節(jié)理一般為張裂面，較粗糙不平一般不造成大規(guī)模的巖體破壞，但有時與構(gòu)造斷裂配合，也可形成巖體的滑移，如有的壩肩局部滑移變質(zhì)結(jié)構(gòu)面1片理

2片巖軟弱夾層

產(chǎn)狀與巖層或構(gòu)造方向一致片理短小，分布極密，片巖軟弱夾層延展較遠(yuǎn)，具固定層次結(jié)構(gòu)面光滑平直，片理在巖層深部往往閉合成隱蔽結(jié)構(gòu)面，片巖軟弱夾層具片狀礦物，呈鱗片狀在變質(zhì)較淺的沉積巖，如千枚巖等路塹邊坡常見塌方。片巖夾層有時對工程及地下洞體穩(wěn)定也有影響構(gòu)造結(jié)構(gòu)面1節(jié)理（X型節(jié)理、張節(jié)理）2斷層（沖斷層、捩斷層、橫斷層）3層間錯動

4羽狀裂隙、劈理

產(chǎn)狀與構(gòu)造線呈一定關(guān)系，層間錯動與巖層一致張性斷裂較短小，剪切斷裂延展較遠(yuǎn)，壓性斷裂規(guī)模巨大，但有時為橫斷層切割成不連續(xù)狀張性斷裂不平整，常具次生充填，呈鋸齒狀，剪切斷裂較平直，具羽狀裂隙，壓性斷層具多種構(gòu)造巖，成帶狀分布，往往含斷層泥、糜棱巖對巖體穩(wěn)定影響很大，在上述許多巖體破壞過程中，大都有構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的配合作用。此外常造成邊坡及地下工程的塌方、冒頂次生結(jié)構(gòu)面

1卸荷裂隙

2風(fēng)化裂隙

3風(fēng)化夾層

4泥化夾層

5次生夾泥層

受地形及原結(jié)構(gòu)面控制分布上往往呈不連續(xù)狀，透鏡狀，延展性差，且主要在地表風(fēng)化帶內(nèi)發(fā)育一般為泥質(zhì)物充填，水理性質(zhì)很差在天然及人工邊坡上造成危害，有時對壩基、壩肩及淺埋隧洞等工程亦有影響，但一般在施工中予以清基處理

第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（二）結(jié)構(gòu)面的規(guī)模Ⅰ級指大斷層或區(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；Ⅱ級指延伸長而寬度不大的區(qū)域性地質(zhì)界面。Ⅲ級指長度數(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。Ⅱ、Ⅲ級結(jié)構(gòu)面控制著工程巖體力學(xué)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)定性第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（二）結(jié)構(gòu)面的規(guī)模（續(xù)）Ⅳ級指延伸較差的節(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(xué)性質(zhì)及應(yīng)力分布狀態(tài)。Ⅳ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(xué)性質(zhì)，數(shù)量多且具隨機(jī)性，其分布規(guī)律具統(tǒng)計(jì)規(guī)律，需用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行研究。Ⅴ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(xué)性質(zhì)，控制巖塊的力學(xué)性質(zhì)。第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（三）產(chǎn)狀走向、傾向、傾角結(jié)構(gòu)面與最大主應(yīng)力間的關(guān)系控制著巖體的破壞機(jī)理與強(qiáng)度。據(jù)單結(jié)構(gòu)面理論，巖體中存在一組結(jié)構(gòu)面時，巖體的極限強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)面傾角間的關(guān)系為：產(chǎn)狀一般用結(jié)構(gòu)體表面上最大結(jié)構(gòu)面的長軸方向表示，平臥的板狀結(jié)構(gòu)體比豎直的板狀結(jié)構(gòu)體對巖體穩(wěn)定性的影響要大—些。第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（四）連續(xù)性結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性反映結(jié)構(gòu)面的貫通程度。1、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(Σa)與測線長度的比值。

K1變化在0～1之間，K1值愈大說明結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性愈好，當(dāng)K1＝1時，結(jié)構(gòu)面完全貫通。2、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。第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)面連續(xù)性分級表描述跡長（m）

很低連續(xù)性<1

低連續(xù)性1~3

中等連續(xù)性3~10

高連續(xù)性10~20

很高連續(xù)性>20

第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（五）密度結(jié)構(gòu)面的密度反映結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密集程度。1、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)。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)系如果測線水平布置，且與結(jié)構(gòu)面法線的夾角為α，結(jié)構(gòu)面的傾角為β時:

第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)面間距分級表描述間距（mm）

極密集的間距<20

很密集的間距20~60

密集的間距60~200

中等的間距200~600

寬的間距600~2000

很寬的間距2000~6000

極寬的間距>6000

第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四用線密度來估算巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD(rockqualitydesignation)

巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD：長度大于10cm的巖心長度之和與鉆孔總進(jìn)尺的百分比。第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（六）張開度結(jié)構(gòu)面的張開度是指結(jié)構(gòu)面兩壁面間的垂直距離。結(jié)構(gòu)面兩壁面一般不是緊密接觸，使結(jié)構(gòu)面實(shí)際接觸面積減少，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面粘聚力降低和滲透性增大。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)可表達(dá)為：第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)面張開度分級表描述結(jié)構(gòu)面張開度（mm）

分類很緊密緊密部分張開<0.1

0.1~0.25

0.25~0.5

閉合結(jié)構(gòu)面張開中等寬的寬的0.5~2.5

2.5~10

>10

裂開結(jié)構(gòu)面很寬的極寬的似洞穴的10~100

100~1000

>1000

張開結(jié)構(gòu)面第26頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

Ⅳ級及部分Ⅲ級結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、跡長、間距及張開度等幾何特征參數(shù)，服從一定的隨機(jī)分布規(guī)律。

第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（七）結(jié)構(gòu)面形態(tài)

結(jié)構(gòu)面的形態(tài)可以用側(cè)壁的起伏形態(tài)及粗糙度來反映。結(jié)構(gòu)面?zhèn)缺诘钠鸱螒B(tài)分為：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。第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四粗糙度結(jié)構(gòu)面的粗糙度用粗糙度系數(shù)JRC(jointroughnesscoefficient)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(biāo)準(zhǔn)粗糙度剖面將結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)劃分為10級。第29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（八）充填膠結(jié)特征結(jié)構(gòu)面膠結(jié)后力學(xué)性質(zhì)有所增強(qiáng)，F(xiàn)e質(zhì)膠結(jié)的強(qiáng)度最高，泥質(zhì)與易溶鹽類膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度最低，且抗水性差。未膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面，力學(xué)性質(zhì)取決于其充填情況，可分為：薄膜充填、斷續(xù)充填、連續(xù)充填及厚層充填4類1

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(qiáng)度。2

斷續(xù)充填結(jié)構(gòu)面的力學(xué)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(xué)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(xué)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)。第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（九）結(jié)構(gòu)面的分級及其特征按結(jié)構(gòu)面的規(guī)模及其力學(xué)效應(yīng)，可將結(jié)構(gòu)面劃分為5級

級序

分級依據(jù)力學(xué)效應(yīng)力學(xué)屬性地質(zhì)構(gòu)造特征Ⅰ級

結(jié)構(gòu)面延展長，幾公里至幾十公里以上貫通巖體，破碎帶寬度達(dá)數(shù)至數(shù)十米1.形成巖體力學(xué)作用邊界2.巖體變形和破壞的控制條件3.構(gòu)成獨(dú)立的力學(xué)介質(zhì)單元1.屬于軟弱結(jié)構(gòu)面2.構(gòu)成獨(dú)立的力學(xué)模型—一軟弱夾層較大的斷層

Ⅱ級延展規(guī)模與研究的巖體相關(guān)，破碎帶寬度比較窄，幾厘米至數(shù)米1.形成塊裂巖體邊界2.控制巖體變形和破壞方式3.構(gòu)成次級地應(yīng)力場邊界

屬于軟弱結(jié)構(gòu)面

小斷層層間錯動面Ⅲ級延長度短,從十幾米至幾十米,無破碎帶,面內(nèi)不夾泥,有的具有泥膜1.參與塊裂巖體切割2.構(gòu)成次級地應(yīng)力場邊界少數(shù)屬于軟弱結(jié)構(gòu)面不夾泥大節(jié)理或小斷層開裂的層面Ⅳ級延展短、未錯動、不夾泥,有的呈弱結(jié)合狀態(tài)1.是巖體力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)的基礎(chǔ)2.有的為次級地應(yīng)力邊界節(jié)理劈理層面次生裂隙Ⅴ級結(jié)構(gòu)面小，且連續(xù)性差1.巖體內(nèi)形成應(yīng)力集中

2.巖體力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)的基礎(chǔ)不連續(xù)的小節(jié)理隱節(jié)理層面片理面第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四軟弱結(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(qiáng)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。特性：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4、密度比原巖小5、常具有一定的脹縮性6、力學(xué)性質(zhì)比原巖差7、強(qiáng)度低8、壓縮性高9、易產(chǎn)生滲透變形第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系結(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(yù)測與評價(jià)的基礎(chǔ)。任何堅(jiān)硬巖體的塊體滑移破壞，都必須具備一定的幾何邊界條件。因此，在研究巖體穩(wěn)定性時，必須研究結(jié)構(gòu)面之間及其與臨空面之間的組合關(guān)系，確定可能失穩(wěn)塊體的形態(tài)、規(guī)模和可能滑移方向等。結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系的分析可用赤平投影、立體投影和三角幾何計(jì)算法等進(jìn)行。第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四§

4

幾種有代表性的工程巖體分類方法式中：Rc——巖石單軸抗壓強(qiáng)度，Mpaf≥20為1級，最堅(jiān)固；f≤0.3為第10級，最軟弱。優(yōu)點(diǎn)：形式簡單，使用方便。缺點(diǎn)：未考慮巖體的完整性、巖體結(jié)構(gòu)特征對穩(wěn)定性影響，故不能準(zhǔn)確評價(jià)巖體的穩(wěn)定性。1、普氏分類法以巖石試件的單軸抗壓強(qiáng)度作為分類依據(jù)，根據(jù)普氏堅(jiān)固性系數(shù)f將巖石分為十級。f值越大，巖體越穩(wěn)定。第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四2、巖石單軸抗壓強(qiáng)度分類我國工程界按巖石單軸抗壓強(qiáng)度將巖體分為四類：類別巖石單軸抗壓強(qiáng)度σc(Mpa)堅(jiān)固性Ⅰ250~160特堅(jiān)固Ⅱ160~100堅(jiān)固Ⅲ100~40次堅(jiān)固Ⅳ<40軟巖第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四3、按巖體完整性系數(shù)Kv（龜裂系數(shù)）分類式中：Vpm、Vpr—巖體、巖石彈性縱波速度（m/s)。Kv>0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15<0.15完整程度完整較完整較破碎破碎極破碎第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4、按巖芯質(zhì)量指標(biāo)（RQD）分類蒂爾（Deer,1968)提出根據(jù)鉆探時巖芯完好程度來判斷巖體的質(zhì)量，對巖體分類。式中：li—所取巖芯中≥10cm長度的巖芯段的長度；

L—鉆進(jìn)巖芯的總程度，m。RQD（％）0～2525~5050~7575~9090～100等級ⅠⅡⅢⅣⅤ分類很差差較好良好很好第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四5、以彈性波速度分類第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四6、賓尼奧夫斯基節(jié)理巖體地質(zhì)力學(xué)分類（RMR分級系統(tǒng)）賓尼奧夫斯基（Bieniawski，1976)提出的分類指標(biāo)RMR(RockMassRating)，由下列6種指標(biāo)組成：（1）巖塊強(qiáng)度(R1)

（2）RQD值(R2)（3）節(jié)理間距(R3)（4）節(jié)理?xiàng)l件(R4)（5）地下水(R5)

（6）節(jié)理方向?qū)こ痰挠绊懙男拚齾?shù)（R6）

即：第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（1）對應(yīng)巖石強(qiáng)度的巖體評分值R1點(diǎn)荷載指標(biāo)（Mpa）巖石單軸抗壓強(qiáng)度Rc(Mpa)評分值>10>250154~8100~250122~450~10071~225~504不采用5~252不采用1~51不采用<10第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（2）對應(yīng)于巖芯質(zhì)量指標(biāo)的巖體評分值R2RQD（％）91～10076~9051~7526~50<25評分值20171383（3）對應(yīng)于最有影響的節(jié)理組間距的巖體評分值R3節(jié)理間距（m）>31~30.3~10.05~0.3<0.05評分值302520105第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（4）對于節(jié)理狀態(tài)的巖體評分值R4說明評分值尺寸有限的粗糙的表面、硬巖壁25略粗糙的表面、張開度<1mm，硬巖壁20略粗糙的表面、張開度<1mm，軟巖壁12光滑表面；由斷層泥充填厚度為1～5mm；張開度1～5mm，節(jié)理延伸超過數(shù)米6由厚度>5mm的斷層泥充填的張開節(jié)理;張開度>5mm的節(jié)理，延伸超過數(shù)米0第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（5）取決于地下水狀態(tài)的巖體評分值R5每米隧道的涌水量（L/min）節(jié)理水壓力與最大主應(yīng)力的比值總的狀態(tài)評分值無0完全干燥15<10<0.1潮濕1010～250.1～0.2濕725～1250.2～0.5有中等壓力水，滴水4>125>0.5有嚴(yán)重地下水問題，流水0第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四目前以測線法應(yīng)用最為廣泛。

測線法它是在巖石露頭表面布置一條測線，逐一量測與測線相交切的各條結(jié)構(gòu)面的幾何參數(shù)與地質(zhì)力學(xué)特征。

結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)步驟：（1）選擇測量區(qū)①巖體露頭好，能夠測量到足夠多的結(jié)構(gòu)面；②巖體新鮮；③測量區(qū)巖體巖性相同，并且位于同一構(gòu)造單元內(nèi)；④露頭面盡量平直切直立?！?結(jié)構(gòu)面測量及統(tǒng)計(jì)方法第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（2）測線布置，在選擇好的露頭巖面上布置測線，并將長約30m的測繩固定在測線上。測線布置應(yīng)滿足要求：①測線應(yīng)盡量沿水平方向布置；②拉直；③當(dāng)露頭面過高時，應(yīng)標(biāo)出刪節(jié)線。刪節(jié)寬度一般為結(jié)構(gòu)面平均跡長的2-3倍，刪節(jié)線應(yīng)與測線平行，記錄刪節(jié)線方位和長度。第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四（3）測量、記錄測量以小組為單位，1人記錄；1-2人用羅盤量測結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀；1-2人測量結(jié)構(gòu)面半跡長（或刪節(jié)半跡長）和其它數(shù)據(jù)。并將測量到的各種數(shù)據(jù)記錄在表中。測量時應(yīng)注意凡是與測線相交的結(jié)構(gòu)面都要量測，不能漏測或有選擇性地測量。當(dāng)然對一些規(guī)模很小的或微結(jié)構(gòu)面則可不測。編號位置（m）結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀半跡長(m)隙寬(mm)端點(diǎn)類型結(jié)構(gòu)面類型粗糙度充填膠結(jié)狀態(tài)備注傾向走向傾角123┋巖體結(jié)構(gòu)面測線測量記錄表

記錄者測線方位年月日記錄表編號測量位置露頭面產(chǎn)狀露頭類型測線號巖石類型露頭面尺寸露頭條件

第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四1，2，3，4，5-結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面端點(diǎn)類型第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬

結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬是采用MonteCarlo隨機(jī)模擬方法在計(jì)算機(jī)上模擬巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)。它是建立在對結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)測量基礎(chǔ)上的，其模擬結(jié)果不僅與結(jié)構(gòu)面的實(shí)際分布在統(tǒng)計(jì)規(guī)律上一致，而