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第六节有关岩体的基本概念 第六节有关岩体的基本概念 一、岩体的基本特征和类型 以上介绍的岩石力学性质，都是以对小型岩石试件（岩块）进行实验和 研究为基础的，它与大范围天然岩体的力学性质相比有很大差别。为了有效 地解决与工程有关的岩石力学实际问题，必须了解岩体的基本特征和其有关 力学性质。 （一）岩体的基本特征 概括来说，岩体在以下三个方面与实验室内制作的岩石试件有显著不 同： 岩体以自然状态埋藏在地下一定深度处，处于特定的天然物理环境 （地应力、地温、地下水等）之中，这些因素无疑将对岩体的物理力学性质 有很大影响； 岩体由一定数量的岩石组成，没有特定的自然边界。岩体的范围常 根据解决问题的需要来圈定； 岩体中存在各种地质构造和弱面。岩体在自然状态下经历了漫长的 地质作用过程。在地应力作用下，岩体内部保留了各种永久变形的形态和各 种地质构造形迹，如不整合、褶皱、断层、节理、裂隙等等。 根据上述特征，岩体定义为自然界中由各种岩性和各种结构特征的岩石 所组成的集合体。从工程实际来看，大多数情况下遇到的岩体是含有各种弱 面的坚硬天然岩石。因此，从抽象的、典型化的概念来说，可以把岩体看作 ---------------------------------------64 第一篇钻眼爆破与井巷支护技术—— 是由结构面和受它包围的结构体共同组成的。 所谓“结构面”，是指在地质发展历史中，尤其是地质构造变形过程中 形成的，具有一定方向、延展较大、厚度较小的二维面状地质界面，它包括 岩石物质的分界面和不连续面，如岩体中存在的层面、节理、断层、软弱夹 层等，可统称为结构面。结构面是岩体的重要组成单元，它的性质影响到岩 体的性质。 所谓“结构体”，是指由不同产状的结构面相互切割而形成的单元块体， 也称单元岩块。结构体的四周都被结构面包围，常见的结构体大都是有棱有 角的多面体，如立方体、长方体、柱状体、板状体、菱形体、梯形体、楔形 体、锥形体等。结构体也是岩体的重要组成部分，它本身的物质组成和排列 组合方式也影响到岩体的力学性质。 因此，从力学角度来看，岩体也与岩石有许多区别，其中比较明显的特 征可归纳为以下几点： 岩体的非均质性 岩体可以由一种或几种岩石组成，而且以后者居多。对于由多种岩石组 成的岩体，由于在自然条件下组成岩石的物质成分、组织结构及其组合状况 经常变化，所以一般认为岩体是非均质的。例如，对于倾斜层状岩体，无论 是铅直方向还是水平方向，其非均质性都十分明显；对于水平或近水平的层 状岩体，在铅直方向上的非均质性也是明显的，而在水平方向，尽管岩石种 类在一定范围内可能没有明显变化，但物质组成、岩性岩相也有变化，所以 严格地说岩体都是非均质的。只有在少数情况下，在某些局部范围内，如果 不存在软、硬悬殊的夹层，岩石的物理力学性质基本一致，才可看作是均质 体。 岩体除了因物质成分不同造成的非均质性外，由于各种非均质结构面切 割的结果也会呈现出明显的结构非均质性。其中当岩体被自然裂隙和采动裂 隙切割成由几十厘米至几十米的结构岩块时，会对顶板稳定性造成不利的影 响。 岩体的各向异性 各向异性是指物体的全部或部分物理力学特性随方向不同而表现出一定 差异的性质。岩体的许多物理力学性质，如弹性模量，抗压、抗拉强度，声 波的传播速度等，就随加载或测试方向不同而有显著差别。 岩体的各向异性也和非均质性类似，不仅由于物质成分、结构致密程度 不同而造成，而且也受到各种结构面的影响。由于结构面的方位不同，数量 ---------------------------------------65 ——必威体育精装版矿山井巷工程施工综合技术与标准规范实用手册 不等，规模不一，性质各异，会造成岩体具有各向异性。如结构面组数较少 且各自发育程度不同的岩体，其各向异性会表现得很明显；反之，结构面组 数多、各自都很发育、方向十分复杂的岩体，其各向异性反而表现得不明 显。所以，岩体中组成岩石的成层条件及其分布规律，结构面特性及其发育 状况等都会导致岩体具有各向异性。 岩体的非连续性 由于岩体被各种结构面所切割，因此从原则上说岩体属于非连续体。但 是随着被切割的岩块大小、形态和性质不同，岩块的排列和相互接触状态的 差异，及其不连续程度都会有所不同。因此，在研究工程问题，尤其是进行 岩体稳定性分析时，往往根据岩体的不同结构类型把岩体分别看作是非连续 体、似连续体或连续体。例如，受结构面影响明显的层状、块状结构岩体和 碎裂结构岩体可视为非连续体；结构发育密集的碎裂结构及结构面不规则密 集分布的散体结构岩体可看成似连续体；而只有那些整体结构岩体和部分块 状、中厚层状结