2016工程地质学（电力版）电子教案：第4章 岩体及其工程地质性质.docVIP

土木工程地质 （教案） 第4章 岩体及其工程地质性质 岩体是在地质历史过程中形成的、由岩石基本单元和结构面网络组成的、赋存在一定的地应力和地下水等地质环境中的地质体。 岩石和岩体的性质虽有联系，但也有本质区别。二者在工程性质上的本质区别在于岩体结构面对强度和变形性质的控制作用。岩体的强度、变形和渗透性主要受岩体中不连续面（结构面）及其组合特征所控制。 4.1 岩体结构 岩体结构是指结构面和结构体的排列与组合。研究岩体结构既包括结构面，又包括结构体以及岩体结构类型。结构面是指发育在岩体中，具有一定方向和延伸性，有一定厚度的各种地质界面，如断层、节理、层理及不整合面等。结构体是指由结构面切割而成的岩石块体。 4.1.1 结构面 结构面按成因可分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三类。 原生结构面:：沉积结构面（层理层面、软弱夹层、不整合面、假整合面、沉积间断面） 岩浆结构面（1．侵入体与围岩接触面2．岩脉、岩墙接触面3．原生冷凝节理） 变质结构面（1．片理2．片岩软弱夹层） 构造结构面（1．节理2．断层3．层间错动4．弱状裂隙、劈理） 次生结构面（1．卸荷裂隙2．风化裂隙3．风化夹层4．泥化夹层5．次生夹泥层） 2．结构面工程地质研究 结构面研究的内容，主要包括结构面的规模、延展性、密度、形态、张开度和充填胶结特征等，它们对结构面的物理力学性质有很大的影响。 4.1.2结构体 由各种成因的结构面组合而形成的大小、形状不同的岩石块体称为结构体。根据其外形特征可大致归纳为：柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形六种基本形态 不同形状和不同产状的结构体，其稳定程度各不相同。因此，结构体形状的划分与岩体稳定性评价有很大关系。但就结构体形状来说，楔形的比锥形及菱形的差，板状结构体较柱状、块状稳定性差。 4.1.3 岩体结构类型 根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）可把岩体结构化分为整体块状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构、散体结构五类 岩体的工程地质性质首先取决于岩体结构类型与特征，其次才是组成岩体的岩石的性质(或结构体本身的性质)。例如，散体结构的花岗岩岩体的工程地质性质往往要比层状结构的页岩岩体的工程地质性质要差。因此，在分析岩体的工程地质性质时，必须首先分析岩体的结构特征及其相应的工程地质性质；其次再分析组成岩体的岩石的工程地质性质，有条件时配合必要的室内和现场岩体(或岩块)的物理力学性质试验，加以综合分析，才能确切地把握和认识岩体的工程地质性质。 4.2 岩体结构面的变形及强度性质 大量的工程实践证明，在工程荷载（一般小于1MPa）范围内工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的。 4.2.1岩体结构面变形性质 大量资料和实验研究表明，结构面剪切变形曲线均为非线性曲线。按其剪切变形机理可分为脆性变形型和塑性变形型两类曲线。 4.2.2岩体结构面强度性质 实验研究表明，结构面抗剪强度的影响因素是非常复杂而多变的，从而致使结构面的抗剪强度性质也很复杂。影响结构面抗剪强度的因素主要包括结构面形态、连续性、胶结充填情况及壁岩性质、次生变化和受力历史等等。 4.3 岩体的力学性质 由于岩体内部存在着结构面和软弱夹层，它们又可以延展到相当广阔的空间范围，所以必然会对岩体的工程地质性质(包括物理、水理及力学性质)的不均匀性和各向异性产生显著影响，这些工程地质性质一般也存在着明显的不连续性。 4.3.1岩体的变形性质 1．岩体应力分布的不连续性 2．岩体剪切变形特征 根据原位岩体剪切试验结果表明，岩体的剪切变形曲线十分复杂。沿软弱结构面剪切和剪断岩体的剪切曲线明显不同，沿平直光滑结构面和粗糙结构面剪切的剪切曲线也有差异。 4.3.2 岩体的强度性质 一般来说，岩体强度低于岩石强度，仅在少数情况下，岩体强度才接近于岩石强度。垂直结构面方向的岩体抗剪强度，接近于岩石的抗剪强度；平行结构面或软弱夹层的岩体抗剪强度，一般很低，它取决于岩体结构面或软弱夹层的抗剪强度；斜交结构面方向的岩体抗剪强度，在其它条件相同情况下，主要随剪切面与结构面夹角(θ)而变化。 4.3.3岩体蠕变 岩体蠕变可以划分为三个阶段。第一阶段(OA段)，称为减速(初始)蠕变阶段，变形速度逐渐减小，至A点达到最小值。该阶段在任一应力值下均可出现。第二阶段(AB段)，称为等速蠕变阶段，其变形缓慢平稳，变形速度保持常量，一直持续到B点。第三阶段(BC段)，称为加速蠕变阶段，它出现在应力值等于或超过岩体的蠕变极限应力条件下，其变形速度逐渐加快，最终导致岩体破坏。 岩体的三个蠕变阶段，并不是在任何应力值下都可全部出现。应力值较小，岩体仅出现第一阶段或第一与第二阶段；应力值等于或超过岩体极限能力，岩体才可能蠕变至破坏。通常把蠕变破坏的最低应力值，称为长期强度。 4.3.4