巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類

巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類一、結(jié)構(gòu)面的成因類型(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)面第一節(jié)巖體的結(jié)構(gòu)特征書籍能培養(yǎng)我們的道德情操，給我們巨大的精神力量，鼓舞我們前進巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程1一、結(jié)構(gòu)面的成因類型

(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)面第一節(jié)巖體的結(jié)構(gòu)特征一、結(jié)構(gòu)面的成因類型(一)地質(zhì)成因類型第一節(jié)巖體的結(jié)構(gòu)2結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面3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，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，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，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

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4(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。2.構(gòu)造結(jié)構(gòu)面是巖體形成后在構(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。(一)地質(zhì)成因類型5(二)力學(xué)成因類型1、張性結(jié)構(gòu)面是由拉應(yīng)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(dǎo)水性強2、剪性結(jié)構(gòu)面是剪應(yīng)力形成的，破裂面兩側(cè)巖體產(chǎn)生相對滑移，如逆斷層、平移斷層以及多數(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。(二)力學(xué)成因類型6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理與強度。（一）結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀據(jù)單結(jié)構(gòu)面理論，巖體中存在一組結(jié)構(gòu)面時，巖體的極限強度與結(jié)構(gòu)面傾角間的關(guān)系為：二、結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響走向、傾向、傾角（一）結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀據(jù)單結(jié)構(gòu)面理論，巖體中存7

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。（二）結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性反映結(jié)構(gòu)面的貫通程度。K1變化在0～1之8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1~9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:（三）結(jié)構(gòu)面的密度（三）結(jié)構(gòu)面的密度10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11用線密度來估算巖體質(zhì)量指標RQD(rockqualitydesignation)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。用線密度來估算巖體質(zhì)量指標RQD(rockquality12

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。（四）結(jié)構(gòu)面的形態(tài)側(cè)壁的起伏程度可用起伏角（四）結(jié)構(gòu)面的形態(tài)13結(jié)構(gòu)面的粗糙度用粗糙度系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)標準粗糙度剖面將結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)劃分為10級。結(jié)構(gòu)面的粗糙度用粗糙度系JRC(jointroughnes14

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)可表達為：（五）結(jié)構(gòu)面的張開度結(jié)構(gòu)面的張開度是指結(jié)構(gòu)面兩壁面間的垂直距離。（五）結(jié)構(gòu)面的15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<0.10.1~0.250.25~0.5閉合結(jié)構(gòu)面張開中等寬的寬的0.5~2.52.5~10>10裂開結(jié)構(gòu)面很寬的極寬的似洞穴的10~100100~1000>1000張開結(jié)構(gòu)面結(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<0.116（六）結(jié)構(gòu)面的充填膠結(jié)特征結(jié)構(gòu)面膠結(jié)后力學(xué)性質(zhì)有所增強，F(xiàn)e質(zhì)膠結(jié)的強度最高，泥質(zhì)與易溶鹽類膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面強度最低，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)。（六）結(jié)構(gòu)面的充填膠結(jié)特征結(jié)構(gòu)面膠結(jié)后力學(xué)性質(zhì)有所增強，F(xiàn)e17（七）結(jié)構(gòu)面的分級及其特征（七）結(jié)構(gòu)面的分級及其特征18三、軟弱夾層

軟弱夾層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。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、強度低

8、壓縮性高9、易產(chǎn)生滲透變形三、軟弱夾層軟弱夾層是巖體中具有一定厚度的軟弱帶(層)，19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)測與評價的基礎(chǔ)。任何堅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算法等進行。結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系20四、結(jié)構(gòu)體特征結(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。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(yīng),劃分為五級。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。巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類21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。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22五、巖體的結(jié)構(gòu)類型劃分五、巖體的結(jié)構(gòu)類型劃分23塊狀結(jié)構(gòu)巖體塊狀結(jié)構(gòu)巖體24層壯結(jié)構(gòu)巖體層壯結(jié)構(gòu)巖體25碎裂結(jié)構(gòu)巖體：碎裂結(jié)構(gòu)巖體：26散體結(jié)構(gòu)巖體散體結(jié)構(gòu)巖體27第二節(jié)巖體的力學(xué)性質(zhì)一、巖體的變形性質(zhì)二、巖體的強度性質(zhì)第二節(jié)巖體的力學(xué)性質(zhì)一、巖體的變形性質(zhì)28一、巖體的變形性質(zhì)

在受力條件改變時巖體的變形是巖塊變形和結(jié)構(gòu)變形的總和，而結(jié)構(gòu)變形通常包括結(jié)構(gòu)面閉合、充填物的壓密及結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)動和滑動等變形。

從巖體的定義：巖塊+結(jié)構(gòu)面=>巖體巖體變形=巖塊變形+結(jié)構(gòu)面閉合+充填物壓縮+其他變形在一般情況下，巖體的結(jié)構(gòu)變形起著控制作用。一、巖體的變形性質(zhì)在受力條件改變時巖體的變形是巖塊變形和結(jié)29（一）結(jié)構(gòu)面的變形性質(zhì)1、法向變形特性ΔVｊΔVｔΔVｒΔVｊ＝ΔVｔ－ΔVｒ（一）結(jié)構(gòu)面的變形性質(zhì)1、法向變形特性ΔVｊΔVｔΔVｒΔV30應(yīng)力-變形關(guān)系曲線

ABC應(yīng)力-變形關(guān)系曲線ABC31開始時隨著法向應(yīng)力增加，結(jié)構(gòu)面閉合變形迅速增長，σn-ΔV及σn-ΔVｊ曲線均呈上凹型。當σn增到一定值時，σn-ΔVｔ曲線變陡，并與σn-ΔVｒ曲線大致平行。說明結(jié)構(gòu)面已基本上完全閉合，其變形主要是巖塊變形貢獻的。這時ΔVｊ則趨于結(jié)構(gòu)面最大閉合量Vｍ。初始壓縮階段，含結(jié)構(gòu)面的巖塊變形ΔVｔ主要是由結(jié)構(gòu)面的閉合造成的。試驗表明，當σn＝１MPa時，ΔVｔ/ΔVｒ可達５~３０，說明ΔVｔ占了很大一部分。法向應(yīng)力σn大約從σｃ/3處開始，含結(jié)構(gòu)面的巖塊變形由以結(jié)構(gòu)面的閉合為主轉(zhuǎn)為以巖塊的彈性變形為主。應(yīng)力-變形關(guān)系曲線特征開始時隨著法向應(yīng)力增加，結(jié)構(gòu)面閉合變形迅速增長，σn-ΔV32結(jié)構(gòu)面的σn-ΔVｊ曲線大致為以ΔVｊ＝Vｍ為漸近線的非線性曲線?？捎贸跏挤ㄏ騽偠燃白畲箝]合量來確定，與結(jié)構(gòu)面的類型及壁巖性質(zhì)無關(guān)。結(jié)構(gòu)面的最大閉合量始終小于結(jié)構(gòu)面的張開度（ｅ）。這是因為結(jié)構(gòu)面是凹凸不平的，兩壁面間無論如何也不可能達到100％的接觸。結(jié)構(gòu)面的初始法向剛度是一個與結(jié)構(gòu)面在地質(zhì)歷史時期的受力歷史及初始應(yīng)力（σｉ）有關(guān)的量，其定義為σn-Vｊ曲線原點處的切線斜率，即：應(yīng)力-變形關(guān)系曲線特征結(jié)構(gòu)面的σn-ΔVｊ曲線大致為以ΔVｊ＝Vｍ為漸近線的非線33幾種結(jié)構(gòu)面的抗剪參數(shù)表

幾種結(jié)構(gòu)面的抗剪參數(shù)表34巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗結(jié)果表

巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗結(jié)果表35便攜式直剪儀便攜式直剪儀36脆性變形型塑性變形型結(jié)構(gòu)面變形與風(fēng)化程度有關(guān)結(jié)構(gòu)面的剪切剛度，隨法向應(yīng)力的增大而增大，隨結(jié)構(gòu)面的規(guī)模增大而降低。2、剪切變形特性脆性變形型2、剪切變形特性37二、巖體變形參數(shù)的測定及變形曲線類型承壓板法狹縫法鉆孔變形法水壓洞室法單(雙)軸壓縮試驗法聲波法地震波法原位巖體變形試驗靜力法動力法二、巖體變形參數(shù)的測定及變形曲線類型承壓板法狹縫法鉆孔變形法38靜力法的基本原理：在選定的巖體表面、槽壁或鉆孔壁面上施加法向荷載，并測定其巖體的變形值；然后繪制出壓力-變形關(guān)系曲線，計算出巖體的變形參數(shù)。動力法的基本原理：用人工方法對巖體發(fā)射(或激發(fā))彈性波(聲波或地震波)，并測定其在巖體中的傳播速度，然后根據(jù)波動理論求巖體的變形參數(shù)。靜力法的基本原理：在選定的巖體表面、槽壁或鉆孔壁面上施加法向391、承壓板法

剛性承壓板法柔性承壓板法1、承壓板法剛性承壓板法40ω是與承壓板形狀與剛度有關(guān)的系數(shù)。對于圓形板ω＝0.785；對于方形板ω＝0.886

ω是與承壓板形狀與剛度有關(guān)的系數(shù)。412、鉆孔變形法

優(yōu)點：①對巖體擾動?。虎诳梢栽诘叵滤灰韵潞拖喈斏畹牟课贿M行；③試驗方向基本上不受限制，而且試驗壓力可以達到很大；④在一次試驗中可以同時量測幾個方向的變形，便于研究巖體的各向異性。缺點：試驗涉及的巖體體積小，代表性受到局限。

2、鉆孔變形法優(yōu)點：①對巖體擾動??；②可以在地下水位以下和423、聲波法選擇代表性測線，布置測點和安裝聲波儀發(fā)生正弦脈沖，向巖體內(nèi)發(fā)射聲波記錄縱、橫波在巖體中傳播的時間

3、聲波法選擇代表性測線，布置測點和安裝聲波儀43常見巖石的縱、橫波速度值常見巖石的縱、橫波速度值44常見巖體不同結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況下的縱波速度值

常見巖體不同結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況下的縱波速度值45計算公式計算公式464、狹縫法

4、狹縫法47幾種巖體用不同試驗方法測定的彈性模量巖體的變形模量比巖塊的小，而且受結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度及風(fēng)化程度等因素影響十分明顯。不同地質(zhì)條件下的同一巖體，其變形模量相差較大。試驗方法不同、壓力大小不同，巖體變形模量不同。幾種巖體用不同試驗方法測定的彈性模量巖體的變形模量比巖塊的小48巖體變形曲線類型及其特征

1、法向變形曲線直線型上凹型上凸型復(fù)合型

巖體變形曲線類型及其特征1、法向變形曲線49直線型通過原點的直線，其方程為p＝f(W)＝KW加壓過程中W隨p成正比增加巖體巖性均勻、結(jié)構(gòu)面不發(fā)育或結(jié)構(gòu)面分布均勻巖體剛度大，不易變形，巖體較堅硬、完整、致密均勻、少裂隙，以彈性變形為主，接近于均質(zhì)彈性體。

巖體剛度低、易變形，由多組結(jié)構(gòu)面切割且分布較均勻或巖性較軟弱且均質(zhì)或平行層面加壓。有明顯的塑性變形和回滯環(huán)，非彈性變形。

陡直線型緩直線型直線型通過原點的直線，其方程為p＝f(W)＝KW巖體剛度大，50上凹型曲線方程為p＝f(W)，dp/dW隨p增大而遞增，dp/dW＞0層狀及節(jié)理巖體多呈這類曲線

巖體剛度隨循環(huán)次數(shù)增加而增大，彈性變形成分較大。多為垂直層面加壓的較堅硬層狀巖體。卸壓曲線較陡，變形大部分為塑性變形。多為存在軟弱夾層的層狀巖體及裂隙巖體或垂直層面加壓的層狀巖體。第二種情況第一種情況上凹型曲線方程為p＝f(W)，dp/dW隨p增大而遞增，dp51上凸型曲線方程為p＝f(W)，dp/dW隨p增加而遞減，d2p/dW2＜0。結(jié)構(gòu)面發(fā)育且有泥質(zhì)充填的巖體、較深處埋藏有軟弱夾層或巖性軟弱的巖體常呈這類曲線。復(fù)合型p-W曲線呈階梯或“S”型。結(jié)構(gòu)面發(fā)育不均或巖性不均勻的巖體，常呈此類曲線。上凸型曲線方程為p＝f(W)，dp/dW隨p增加而遞減，d2522、剪切變形曲線峰值前曲線平均斜率小，破壞位移大；峰值后應(yīng)力降很小或不變。多為沿軟弱結(jié)構(gòu)面剪切。峰值前曲線平均斜率較大，峰值強度較高。峰值后應(yīng)力降較大。多為沿粗糙結(jié)構(gòu)面、軟弱巖體及劇風(fēng)化巖體剪切。峰值前曲線斜率大，線性段和非線性段明顯，峰值強度高，破壞位移小。峰值后應(yīng)力降大，殘余強度較低。多為剪斷堅硬巖體。2、剪切變形曲線峰值前曲線平均斜率小，破壞位移大；峰值后應(yīng)力53（三）節(jié)理化巖體變形模量的估算

（1）用RMR值估算巖體變形模量（2）用Q值估算縱波速度和巖體平均變形模量（三）節(jié)理化巖體變形模量的估算（1）用RMR值估算巖體變形54二、巖體的強度性質(zhì)

（一）結(jié)構(gòu)面的剪切強度結(jié)構(gòu)面強度分為抗拉強度和抗剪強度。結(jié)構(gòu)面的抗拉強度非常小，常可忽略不計，所以一般認為結(jié)構(gòu)面是不能抗拉的。在工程荷載作用下，巖體破壞常沿某些軟弱結(jié)構(gòu)面的滑動破壞。在巖體力學(xué)中，重點研究結(jié)構(gòu)面的抗剪強度。二、巖體的強度性質(zhì)

（一）結(jié)構(gòu)面的剪切強度結(jié)構(gòu)面強度分為抗拉551、平直無充填的結(jié)構(gòu)面2、粗糙起伏無充填的結(jié)構(gòu)面3、非貫通斷續(xù)的結(jié)構(gòu)面4、具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面1、平直無充填的結(jié)構(gòu)面561、平直無充填的結(jié)構(gòu)面平直無充填的結(jié)構(gòu)面包括剪應(yīng)力作用下形成的剪性破裂面，如剪節(jié)理、剪裂隙等，發(fā)育較好的層理面與片理面。特點是面平直、光滑，只具微弱的風(fēng)化蝕變。堅硬巖體中的剪破裂面還發(fā)育有鏡面、擦痕及應(yīng)力礦物薄膜等。這類結(jié)構(gòu)面的抗剪強度大致與人工磨制面的摩擦強度接近，即：1、平直無充填的結(jié)構(gòu)面平直無充填的結(jié)構(gòu)面包括剪應(yīng)力作用下形成57巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類582、粗糙起伏無充填的結(jié)構(gòu)面剪切特點：①當σ較小時，上盤巖塊上下運動，產(chǎn)生爬坡效應(yīng)，增大了τ②當σ較大時，將剪斷凸起而運動，也增大了τσττ2、粗糙起伏無充填的結(jié)構(gòu)面剪切特點：σττ59（1）、規(guī)則鋸齒形結(jié)構(gòu)面1）σ較小，剪脹作用Patton公式（1）、規(guī)則鋸齒形結(jié)構(gòu)面Patton公式602）σ較大，啃斷效用上式為法向應(yīng)力σ≥σt時，結(jié)構(gòu)面的抗剪強度。剪斷凸起的條件為：

2）σ較大，啃斷效用上式為法向應(yīng)力σ≥σt時，結(jié)構(gòu)面的抗剪強61（2）、不規(guī)則起伏結(jié)構(gòu)面

自然界巖體中絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)面的粗糙起伏形態(tài)是不規(guī)則的，起伏角也不是常數(shù)。其強度包絡(luò)線不是折線，而是曲線形式。（2）、不規(guī)則起伏結(jié)構(gòu)面自然界巖體中絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)面的粗糙起62巴頓（Ｂarton，1973）對８種不同粗糙起伏的結(jié)構(gòu)面進行了試驗研究，提出了剪脹角的概念并用以代替起伏角，剪脹角αｄ（angleofdilatancy）的定義為剪切時剪切位移的軌跡線與水平線的夾角，即：巴頓（Ｂarton，1973）對８種不同粗糙起伏的結(jié)構(gòu)面進行63Barton方程：大量的試驗資料表明，一般結(jié)構(gòu)面的基本摩擦角

u＝２５°～３５°。因此，上式右邊的第二項應(yīng)當就是結(jié)構(gòu)面的基本摩擦角

u，而第一項的系數(shù)取整數(shù)２。Barton方程：大量的試驗資料表明，一般結(jié)構(gòu)面的基本摩擦643、非貫通斷續(xù)的結(jié)構(gòu)面假設(shè)沿整個剪切面上的應(yīng)力分布是均勻的，結(jié)構(gòu)面的線連續(xù)性系數(shù)為Ｋ1裂面巖橋裂面巖橋Ctgφ3、非貫通斷續(xù)的結(jié)構(gòu)面假設(shè)沿整個剪切面上的應(yīng)力分布是均勻的，65裂面巖橋裂面巖橋Ctgφ裂面巖橋裂面巖橋Ctgφ664、具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面包括泥化夾層和各種類型的夾泥層，其形成多與水的作用和各類滑錯作用有關(guān)。這類結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)常與充填物的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)及充填程度和厚度等因素密切相關(guān)。

4、具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面包括泥化夾層67巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類68巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類69巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類70（二）巖體的剪切強度巖體強度是指巖體抵抗外力破壞的能力。巖體的強度既不同于巖塊的強度，也不同于結(jié)構(gòu)面的強度，一般情況下，其強度介于巖塊與結(jié)構(gòu)面強度之間。巖體和巖塊一樣，巖體強度也有抗壓強度、抗拉強度和剪切強度之分。（二）巖體的剪切強度巖體強度是指巖體抵抗外力破壞的能力。巖體71巖體的剪切強度

巖體的剪切強度是指巖體內(nèi)任一方向剪切面，在法向應(yīng)力作用下所能抵抗的最大剪應(yīng)力。剪切強度分為抗剪斷強度、抗剪強度和抗切強度。抗剪斷強度是指在任一法向應(yīng)力下，橫切結(jié)構(gòu)面剪切破壞時巖體能抵抗的最大剪應(yīng)力?？辜魪姸仁侵冈谌我环ㄏ驊?yīng)力下，巖體沿已有破裂面剪切破壞時的最大應(yīng)力?？骨袕姸仁侵讣羟忻嫔系姆ㄏ驊?yīng)力為零時的抗剪斷強度。巖體的剪切強度巖體的剪切強度是指巖體內(nèi)任一方向剪切面，在法72（1）、原位巖體剪切試驗及其強度參數(shù)確定雙千斤頂法直剪試驗

（1）、原位巖體剪切試驗及其強度參數(shù)確定雙千斤頂法直剪試驗73巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類74巖體剪應(yīng)力(τ)-剪位移(u)曲線及法向應(yīng)力(σ)-法向變形(W)曲線。剪切強度曲線及巖體剪切強度參數(shù)Cm，φm值

巖體剪應(yīng)力(τ)-剪位移(u)曲線及法向應(yīng)力(σ)-法向變形75各類巖體的剪切強度參數(shù)表巖體內(nèi)摩擦角與巖塊較接近，而內(nèi)聚力則大大低于巖塊。說明結(jié)構(gòu)面的存在主要是降低了巖體的連結(jié)能力，進而降低其內(nèi)聚力。

各類巖體的剪切強度參數(shù)表巖體內(nèi)摩擦角與巖塊較接近，而內(nèi)聚力則76（2）、巖體的剪切強度特征巖體的剪切強度是具有上限和下限的值域，其強度包絡(luò)線也是有上限和下限的曲線族。上限是巖體的剪斷強度,下限是結(jié)構(gòu)面的抗剪強度。應(yīng)力σ較低時，強度變化范圍較大，隨著應(yīng)力增大，范圍逐漸變小。應(yīng)力σ高到一定程度時，包絡(luò)線變?yōu)橐粭l曲線，巖體強度將不受結(jié)構(gòu)面影響而趨于各向同性體。沿結(jié)構(gòu)面剪切(重剪破壞)時，巖體剪切強度最低，等于結(jié)構(gòu)面的抗剪強度。橫切結(jié)構(gòu)面剪切(剪斷破壞)時，巖體剪切強度最高。沿復(fù)合剪切面剪切(復(fù)合破壞)時，其強度介于以上兩者之間。（2）、巖體的剪切強度特征巖體的剪切強度是具有上限和下限的值77堅硬巖石的強度曲線軟弱巖石的強度曲線

堅硬巖石的強度曲線78節(jié)理化巖體強度的估算巖體的壓縮強度分為單軸抗壓強度和三軸壓縮強度。在生產(chǎn)實際中，由于原位巖體強度試驗費用高昂而周期長，一般情況下，難于普遍采用。

單軸壓縮三軸壓縮節(jié)理化巖體強度的估算巖體的壓縮強度分為單軸抗壓強度和三軸壓縮791、利用單結(jié)構(gòu)面理論估算巖體強度1、利用單結(jié)構(gòu)面理論估算巖體強度80巖體的強度(σ1－σ3)隨結(jié)構(gòu)面傾角β的變化而變化。當β→φj或β→90°時，巖體不可能沿結(jié)構(gòu)面破壞，而只能產(chǎn)生剪斷巖體破壞。只有當β1≤β≤β2時，巖體才能沿結(jié)構(gòu)面破壞。

單結(jié)構(gòu)面理論巖體的強度(σ1－σ3)隨結(jié)構(gòu)面傾角β的變化而變化。單結(jié)構(gòu)81單結(jié)構(gòu)面理論當β＝45°＋φj／2時，巖體強度取得最低值

σ3=0單結(jié)構(gòu)面理論當β＝45°＋φj／2時，巖體強度取得最低值σ82單結(jié)構(gòu)面理論含多組結(jié)構(gòu)面，且假定各組結(jié)構(gòu)面具有相同的性質(zhì)時，可分步運用單結(jié)構(gòu)面理論確定巖體強度包線及巖體強度。隨結(jié)構(gòu)面組數(shù)的增加，巖體的強度趨向于各向同性，并被大大削弱，且多沿復(fù)合結(jié)構(gòu)面破壞。含四組以上結(jié)構(gòu)面巖體的強度可按各向同性考慮。當σ3接近于σmc時，可視為各向同性體。

單結(jié)構(gòu)面理論含多組結(jié)構(gòu)面，且假定各組結(jié)構(gòu)面具有相同的性質(zhì)時，832、利用Hoek-Brown經(jīng)驗強度方程估算巖體強度M、S、A、B、T為與巖性及結(jié)構(gòu)面情況有關(guān)的常數(shù)，根據(jù)巖體性質(zhì)查表確定。

2、利用Hoek-Brown經(jīng)驗強度方程估算巖體強度M、S、84巖體質(zhì)量和經(jīng)驗常數(shù)之間關(guān)系

表巖體質(zhì)量和經(jīng)驗常數(shù)之間關(guān)系

表85巖體工程分類既是工程巖體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，也是評價巖體工程地質(zhì)條件的一個重要途徑。巖體工程分類實際上是通過巖體的一些簡單和容易實測的指標，把工程地質(zhì)條件和巖體的力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來，并借鑒已建工程設(shè)計、施工和處理等方面成功與失敗的經(jīng)驗教訓(xùn)，對巖體進行歸類的一種工作方法。其目的是通過分類，概括地反映各類工程巖體的質(zhì)量好壞，預(yù)測可能出現(xiàn)的巖體力學(xué)問題。為工程設(shè)計、加固、建筑物選型和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。目前國內(nèi)外已提出的巖體分類方案得到大家共識的有數(shù)十種之多，多以考慮地下洞室圍巖穩(wěn)定性為主。有定性的，也有定量或半定量的，有單一因素分類，也有考慮多種因素的綜合分類。各種方案所考慮的原則和因素也不盡相同，但巖體的完整性和成層條件、巖塊強度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況和地下水等因素都不同程度地考慮到了。下面主要介紹幾種國內(nèi)外在水工建設(shè)工程中應(yīng)用較廣、影響較大的分類方法。

第三節(jié)

巖體的工程分類巖體工程分類既是工程巖體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，也是評價巖體工程地86方法：通過巖體的一些簡單和容易實測的指標，把工程地質(zhì)條件和巖體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)聯(lián)系起來，并借鑒已建工程設(shè)計、施工和處理等方面成功與失敗的經(jīng)驗教訓(xùn)，對巖體進行歸類的一種工作方法。目的：通過分類，概括地反映各類工程巖體的質(zhì)量好壞，預(yù)測可能出現(xiàn)的巖體力學(xué)問題。為工程設(shè)計、支護襯砌、建筑物選型和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。方法：通過巖體的一些簡單和容易實測的指標，把工程地質(zhì)條件和巖87美國伊利諾斯大學(xué)用巖體質(zhì)量指標RQD來表示巖石的完整性。采用直徑為75mm的雙層巖心管金剛石鉆進，提取直徑為54mm的巖心，將長度小于10cm的破碎巖心及軟弱物質(zhì)剔除，然后測量大于或等于10cm長柱狀巖心的總長度(Lp)。用這一有效的巖心長度與采集巖心段的鉆孔總進尺(L)之比，取其百分數(shù)就是RQD。按照RQD值大小可把巖石分成五個質(zhì)量等級

一、RQD分類美國伊利諾斯大學(xué)用巖體質(zhì)量指標RQD來表示巖石的完整性。一、88巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類89二、節(jié)理巖體的RMR分類分類指標：巖塊強度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理條件及地下水分類方法：（1）根據(jù)各類指標的數(shù)值，按表1A的標準評分，求和得總分RMR值。（2）按表1B和表2的規(guī)定對總分作適當?shù)男拚?。?）用修正后的總分對照表1C求得巖體的類別及相應(yīng)的無支護地下洞室的自穩(wěn)時間和巖體強度指標(c，φ)值。二、節(jié)理巖體的RMR分類90（1）根據(jù)各類指標的數(shù)值，按下表的標準評分，求和得總分RMR值。

分類參數(shù)數(shù)

值

范

圍1完整巖石強度(MPa)點荷載強度指標＞104~102~41~2對強度較低的巖石宜用單軸抗壓強度單軸抗壓強度＞250100~25050~10025~505~251~5＜1評

分

值1512742102巖心質(zhì)量指標RQD(％)90~10075~9050~7525~50＜25評

分

值201510833節(jié)理間距(cm)＞20060~20020~606~20＜6評

分

值201510854節(jié)理條件節(jié)理面很粗糙，節(jié)理不連續(xù)，節(jié)理寬度為零，節(jié)理面巖石堅硬節(jié)理面稍粗糙，寬度＜1mm，節(jié)理面巖石堅硬節(jié)理面稍粗糙，寬度＜1mm，節(jié)理面巖石軟弱節(jié)理面光滑或含厚度＜5mm的軟弱夾層，張開度1~5mm，節(jié)理連續(xù)含厚度＞5mm的軟弱夾層，張開度＞5mm，節(jié)理連續(xù)評

分

值3025201005地下水條件每10m長的隧道涌水量(L/min）無＜1010~2525~125＞125節(jié)理水壓力/最大主應(yīng)力比值或0或＜0.1或0.1~0.2或