岩体结构,岩土工程 地大-教材讲义.ppt

岩体结构及岩体工程地质性质 一、结构面的成因类型 二、结构面的规模和等级 三、结构面的特征及其对岩体性质的影响 四、软弱结构面 五、结构体特征 六、岩体的结构类型划分 岩体结构的基本概念 岩体的定义： 岩体是指与工程建设有关的、经受过变形、遭受过破坏、由一定的岩石成分组成、具有一定的结构、赋存于一定地质环境中的地质体。 谷德振教授1979年出版的《岩体工程地质力学基础》标志着“岩体结构控制论”的形成， 孙广忠教授以岩体结构控制论为基础开展岩体力学研究工作，创立了《岩体结构力学》(1988年)。 研究岩体结构的意义 岩体在自然界中经受过多次变形和破坏，要评价其在环境改变或工程条件下产生再变形与再破坏的规律，而地下工程施工过程基本上是一个卸载过程，因此，研究岩体结构对评价模型建立及计算方案选择具有重要意义。 具体表现在： 第一，可以使我们充分认识岩体结构对稳定性的控制作用，既要重视对结构面的研究，又要重视对其物质组成(工程地质单元)的研究； 第二，对判断工程地质作用机制具有指导意义，不同结构的岩体其变形破坏机制是不同的，如分析岩体变形时首先应根据岩体结构特征分析其是材料变形为主，还是以结构变形为主，对材料变形应该选用何种介质模型(弹性、弹塑性、粘弹性还是粘弹塑性)，对结构变形应采用什么结构模型。 第三，对正确地估价定量计算结果具有指导意义，建立计算模型时，对岩体中的结构面和结构体性质以及岩体中赋存的地质环境均需作一定程度的概化，只有充分认识了岩体的天然特性和由于概化造成的原型与模型之间的异同，才能恰当地评价和应用计算结果。 岩体经过建造过程和改造过程的综合作用形成了两种基本单元，即结构面和结构体。 结构面是指岩体内开裂的和易开裂的地质界面。被结构面切割成的岩块称为结构体。结构面和结构体均是具有一定的地质实体特征的概念术语，它们与几何学上的面和体不完全相同。结构面常充填有一定的物质、具有一定的厚度， 结构面和结构体按力学性能可分为若干类型，不同类型的岩体结构单元在岩体内组合、排列的形式即为岩体结构。 岩体结构单元可分为两类四种，即 岩体结构单元 结构面 坚硬结构面(干净的) 软弱结构面(夹泥的，夹层) 结构体 块状结构体(短轴的) 板状结构体(长厚比大于15) 结构面 岩体与一般材料的重大差别在于它是结构面纵横切割、具有一定结构的多裂隙体。岩体内的结构面及它控制下形成的岩体结构控制着岩体的变形、破坏机制及力学法则。 一、结构面的成因类型 结构面（Structural plane)类型－1 加拿大Cororation海湾湖相沉积岩中的交错层理 结构面（Structural plane)类型－2 断层面，断面上擦痕清晰可见 结构面（Structural plane)类型－3 3.次生结构面：指岩体生成以后，由于次生作用造成的结构面。 它包括因应力状态变化卸荷作用形成的卸荷裂隙；风化作用形成的风化裂隙、次生风化带；地下水作用造成的泥化夹层、次生夹泥层等。 二、结构面的规模和分级 结构面分级及其特征(据孙广忠，1988) 结构面分级及其特性－1 结构面分级及其特性－2 结构面分级及其特性－3 结构面分级及其特性－4 结构面分级及其特性－5 三、结构面的特征及其对岩体性质的影响 岩体因结构面的特征（空间方位、连续性、密度、形态、张开度及其组合关系等）及其力学效应不同，将呈现出完全不同的力学反应。 下面主要就Ⅳ级结构面进行讨论。 当岩体中存在一组结构面时，随破坏方式不同，岩体的极限强度?1与结构面倾角?的关系为： 2．连续性 结构面的连续性反映结构面的贯通程度，常用线连续性系数、迹长和面连续性系数等表示。 结构面的连续性对岩体的变形破坏机理、强度及渗透性都有很大的影响。 线连续性系数K1是指沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和与测线长AC的比值，即： 国际岩石力学学会(ISRM，1978)主张用结构面迹长（在露头中对结构面可追索的长度）来描述和评价结构面的连续性，并制订了相应的分级标准。 3．密度 结构面的密度反映结构面发育的密集程度，常用线密度、面密度和间距等指标表示。 为了统一描述结构面密度的术语，ISRM规定了分级标准。 4．张开度与充填胶结特征 1)结构面的张开度e是指结构面两壁面间的垂直距离(mm)。一般认为： e＜1mm为密合的 e＝1~5mm为中等张开的 e＞5mm为张开的 5．形态 结构面的形态，可以从侧壁的起伏形态及其粗糙度两方面进行研究。 结构面侧壁的起伏形态可分为平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的几种。侧壁的起伏程度可用起伏角i表示： 结构面的粗糙