工程地质第三章概要.ppt

第一节 岩体及岩体结构 一、岩石与岩体 岩体和岩块的工程性质不同 岩体的工程性质自然和组成岩体的岩石性质有关，但首先取决于其中结构面的性质及其组合形式。这些结构面破坏了岩体的完整性，导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性，常常是岩体中力学强度相对薄弱的部分。特别是软弱结构面。在自然界中，由于各种结构面对岩体切割程度的不同，岩体有时表现为整体状，有时表现为层状、块状或散体状。岩体结构特征不同，岩体变形与破坏机制也不同。因此，对结构面的成因、特征及其组合形式的研究，在工程实践中具有重要意义。 注意到岩体是地质体的一部分，岩石、地质构造、地下水及岩体中的天然应力状态（包括自重应力和构造应力）对岩体稳定也都有较大的影响。同时，岩体是地质体还说明，在研究岩体时，不仅要研究它的现状，而且还要研究它的历史。 二、结构面 （一）结构面的成因类型和基本特征 1．原生结构面 原生结构面即岩石形成过程中所形成的结构面，可分为沉积岩结构面、岩浆岩结构面和变质岩结构面三种类型 2．构造结构面 在构造应力作用下，在岩体中形成的破裂面或破碎带称为构造结构面。 3．次生结构面 次生结构面系指岩体在形成后经风化、卸荷及地下水等作用在岩体中形成的结构面 （二）结构面的特征 1．结构面的规模 （1）—级结构面：区域性的断裂破碎带，延展数十公里以上，破碎带的宽度从数米至数十米。它直接关系到工程所在区域的稳定性，一般在规划选点时，应尽量避开。 （2）二级结构面：一船指延展性较强，贯穿整个工程地区或在—定范围内切断整个岩体的结构面，其长度由数百米至数千米，宽度由一米至数米，主要包括断层、层间错动带、软弱夹层、沉积间断面及大型接触破碎带等，其分布和组合控制了山体及工程岩体的破坏方式及滑动边界。 （3）三级结构面：包括在走向和倾向方向延伸有限、一般在数十米至数百米范围内的小断层、大型节理、风化夹层和卸荷裂隙等。它们控制着岩体的破坏和滑移机理，常常是工程岩体稳定的控制性因素及边界条件。 （4）四级结构面：指延展性差、—般在数米至数十米范围内的节理、片理等。它们仅在小范围内将岩体切割成块状。这些结构面的不同组合，可以将岩体切割成各种形状和大小的结构体，它是岩体结构研究的重点问题之一。 （5）五级结构面：指延展性极差的一些微小裂隙。它主要影响岩块的力学性质，其存在使岩块的破坏具有随机性。 2．结构面的形态 四种类型 （1）平直：包括大多数层面、片理和剪切破裂面等。 （2）波状：如具有波痕的层面、轻度揉曲的片理、呈舒缓波状的压性及压扭性结构面等。 （3）锯齿状：如多数张性或张扭性结构面。 （4）不规则：结构面曲折不平，如沉积间断面、交错层理及沿原裂隙发育的次生结构面等。 结构面的形态特征一般用起伏度和粗糙度来表征。起伏度是指结构面总体起伏的程度，常用起伏角i和起伏高度h来描述。粗糙度是结构面表面的粗糙程度，很难进行定量的描述，多根据手摸时的感觉而定，大致可分为极粗糙、粗糙、一般、光滑和镜面五个等级。 结构面的形态对结构面抗剪强度有很大的影响。一般平直光滑的结构面有较低的摩擦角，粗糙起伏的结构面则有较高的抗剪强度。 3．结构面的物质组成 结构面上的物质组成有时对岩体稳定影响很大。有些结构面上物质松散，含泥质物及水理性质不良的粘土矿物，抗剪强度很低，如粘土岩或页岩夹层、假整合面及不整合面、古风化夹层、断层夹泥、层间破碎夹层、风化夹层、泥化夹层及次生夹泥层等。对这些结构面，不仅要进行一般的物理力学实验，而且还要对其矿物成分及微结构进行必要的分析，预测结构面可能发生的变化（如泥化作用是否会发展等），合理地确定其抗剪强度参数。 4．结构面密集程度 岩体结构面越密集，岩体变形越大，强度越低，而渗透性越高。 （1）线密度K：指单位长度上的结构面条数。线密度的数值越大，说明结构面越密集。不同测量方向的K值往往不等，因此，两垂直方向的K值之比，可以反映岩体的各向异性程度。 （2）结构面间距d：指同一组结构面的平均间距，它和结构面线密度之间是倒数关系。实际工程中也经常用结构面的间距来表征岩体的完整程度。 5．结构面的延展性 结构面的延展性，也称连通性或连续性，是指结构面在其走向和倾斜线方向二维方向上的连通程度。结构面在一定尺寸岩体中的延展性有三种情况：非连通的、半连通的和连通的。 6．结构面的张开度及充填情况 结构面的张开度是指结构面的两壁离开的距离，可分为四级：①闭合：张开度小于0.2mm；②微张：张开度在0.2~1.0mm之间；③张开：张开度在1.0~5.0mm之间；④宽张：张开度大于5.0mm。 闭合的结构面的力学性质取决于岩石性质及结构面的粗糙程度；微张的结构面，因其两壁之间有时保持点接触，其抗剪强度较张开的结构面要大；而张开和宽张的结构面，其抗剪强度则主要取决于充填物