岩体力学性质

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3 岩体力学性质,1,岩石力学与工程,ROCK MECHANICS AND ENGINEERING,岩体结构,ROCKMASS STRUCTURE,2,3.1 岩体结构主要内容,1,岩体结构要素,2,结构面类型,3,结构面分级及其特性,4,结构面状态,5,岩体结构类型,3,3.1.1 岩体结构要素,4,3.1.2 结构面（Structural plane)类型1,成因类型,地质类型,原,生,结,构,面,沉积,结构面,层面、层理、沉积间断面（不整合面、假整合面）、原生软弱夹层,火成,结构面,流层、流线、火山岩流接触面，蚀变带、挤压破碎带、原生节理,变质,结构面,片理、板理、软弱夹层,5,3.1.2 结构面（Structural plane)类型2,成因类型,地质类型,构,造,结,构,面,劈理,节理,断层,层间破碎夹层,6,3.1.2 结构面（Structural plane)类型3,成因类型,地质类型,次,生,结,构,面,卸 荷 裂 隙,爆 破 裂 隙,风 化 裂 隙,风 化 夹,层,泥 化 夹 层,7,3.1.3 结构面分级及其特性1,级序,分级依据,地质类型,力学属性,对岩体稳定性影响,I,级,延伸,数十公里,深度,可切穿一个构造层,破碎带宽度,在数米、数十米以上,区域性深大断裂,或大断裂,属于,软弱结构面,，,构成独立的力学介质单元,影响,区域,稳定性,是岩体变形或破坏的,控制条件,，,形成岩体力学,作用边界,。,8,3.1.3 结构面分级及其特性2,级序,分级依据,地质类型,力学属性,对岩体稳定性影响,II,级,延伸,数百米至数公里，,破碎带,宽度,比较窄，几厘米至数米,不整合面,假整合面,原生软弱夹层,层间错动带,风化夹层,属于,软弱结构面,形成块裂边界,控制山体稳定性,与I级结构面可形成,大规模的块体破坏,，即控制岩体变形和破坏方式。,9,3.1.3 结构面分级及其特性3,级序,分级依据,地质类型,力学属性,对岩体稳定性影响,III,级,延展,十米或数十米，,无破碎带,，,面内,不含泥,，有泥膜。在一个地质时代地层中分布。,各种类型的,断层,原生软弱夹层,层间错动带等,多数属于,坚硬,结构面,少数属软弱结构面。,控制,岩体的稳定性,与I、II级结构面组合可形成不同规模的块体破坏,划分II类岩体结构的重要依据,10,3.1.3 结构面分级及其特性4,级序,分级依据,地质类型,力学属性,对岩体稳定性影响,IV,级,延展,数米，,未错动，,不夹泥，,有的呈弱结合状态，,统计结构面,节理、,劈理、,片理、,层理、,卸荷裂隙,等。,坚硬,结构面,划分II类岩体结构的基本依据,是岩体力学性质和结构效应基础,破坏岩体的完整性,，与其他结构面形成不同类型边坡破坏方式。,11,3.1.3 结构面分级及其特性5,级序,分级依据,地质类型,力学属性,对岩体稳定性影响,V,级,连续性极差、刚性接触的细小或隐微裂面，,统计结构面,微小,节理,隐微裂隙,线理等。,硬性,结构面,分布随机，,降低岩块强度,，是岩块力学性质效应基础。,若十分密集，又因风化，形成松散介质。,12,3.1.4 结构面状态,1）结构面,贯通类型,和,连续性,a. 贯通类型,非贯通性结构面：较短、不能贯通,岩块强度降低、变形增大.,半贯通性结构面：有一定长度、不能贯通,岩块强度降低、变形增大,贯通性结构面：长度较长、连续好、贯通整个岩体、构成岩体边界，它对岩体有较大的影响，破坏常受这种结构面控制,13,b. 连续性,结构面的连续性反映结构面的贯通程度。,线,连续性系数,K,1,：,沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和与测线长度比值,K,1,=,a/(a+ b),K,1,变化在01之间变化,K,1,值愈大说明结构面的,连续性愈好,当K,1,=1时，结构面完全,贯通。,14,面,连续性系数（面切割度）Xe：,在岩体中沿结构面延展平面上，结构面各块面积之和,a,与该断面面积,A,之比,Xe=,a/A,Xe变化在01之间变化；,Xe值愈大说明结构面的连续性愈好；,当Xe =1时，结构面完全贯。,当Xe =0时，岩体完整。,15,岩体按,切割度Xe的分类表,名称,切割度Xe,完整的,0.10.2,弱节理化,0.20.4,中等节理化,0.40.6,强节理化,0.60.8,完全节理化,0.81.0,16,迹长,：,在岩体中沿结构面延展迹线的长度。,国际岩石力学学会(ISRM，1978)建议：,用结构面的,迹长,来描述和评价,结构面的连续性,，并制订了相应的分级标准,描 述,迹长(m),很低连续性,20,17,结构面的密集程度反映,结构面发育,的密集程度。,裂隙度K ：,沿取样线方向单位长度上的结构面数量。,设取样线长度为L,单位m,该长度内出现的结构面数量n，沿取样线方向结构面平均间距为d,，则,K=n/L ，,d,=1/K=L/n,线密度K,d,：,若取样线垂直结构面，则裂隙度被称为线密度。,间距d：,同一组结构面法线方向上结构面平均距离。,K,d,=n/L ，,d,=1/K,d,=L/n,2）结构面,密集程度,18,按,结构面间距d的分级表,描 述,削 距(mm),极密集的间距,6000,19,多组结构面裂隙度K 的计算：,K,a,=1/m,ax,=cos,a,/d,a,，,K,b,=1/m,bx,=cos,b,/d,b,，,，,K,n,=1/m,nx,=cos,n,/d,n,K=K,a,+K,b,+,+K,n,结构面按裂隙度K分类：,k=01为蔬节理， k=110为密节理，,k=10100为非常密集节理， k=1001000为压碎、糜棱化。,20,裂隙度K与的线密度Kd关系：,假设,测线OC是水平布置的，且与结构面法线OA在水平面上的,投影线OB的夹角为,，结构面的倾角为，则,体切割度Xv：,面切割度Xe与裂隙度K的乘积；,表示一组结构面对岩体的切割程度。,Xv K Xe,21,3）结构面,产状：,要素：,走向、倾向、倾角,与主应力之间的关系：控制岩体的破坏机理与强度。,22,4）结构面,形态：,要素：,起伏形态、起伏角、粗糙度。,对岩体的力学性质和,剪切强度,有影响。,起伏角:,i=arctan(2h/L),23,粗糙度系数：,JRC（joint roughness coefficent),巴顿（Barton，1977）提出：,粗糙度标准,及,粗糙系数,挪威岩土工程研究所,(Norwegian Geotechnical Iinsitute),24,5）结构面,张开度：,张开度：,结构面两壁间的垂直距离。,点接触：,起伏、锯齿的凸起点，粘聚力降低。,张开:,强度决定于充填物。,描 述,结构面张开度(mm),张开情况,很紧密,紧 密,部分张开,10,裂开结构面,很宽的,极宽的,似洞穴的,10100,100l 000,1000,张开结构面,结构面按张开度分级,25,6）结构面,的,胶结,充填物：,a.,胶结充填物,成分,对结构面力学性质的影响：,铁硅质胶结强度高；,钙质胶结强度较差；,黏土、泥质胶结强度最差。,b.,胶结充填物,厚度,对结构面力学性质的影响：,薄膜充填：厚度小于1mm、应力矿物、强度明显降低；,端续充填：厚度小于起伏、强度与充填物和结构面有关；,连续充填：厚度稍大于起伏、强度取决于充填物。,后层充填：,厚度远大于起伏、强度取决于充填物、,易滑移,。,26,3.1.5 岩体结构类型1,岩体构类型,岩体地质类型,主要结构体形状,结构面发育情况,岩土工程特征,可能发生的岩上工程问题,整体状结构,均质，巨块状岩浆岩、变质岩巨厚层沉积岩、正变质岩,巨块状,以原生构造节理为主多呈闭合型，裂隙结构面间距大于1.5m,一般不超过l2组无危险结构面组成的落石掉块,整体性强度高，岩体稳定，可视为均质弹性各向同性体,不稳定结构体的局部滑动或坍深埋洞室的岩爆,27,3.1.5 岩体结构类型2,岩体构类型,岩体地质类型,主要结构体形状,结构面发育情况,岩土工程特征,可能发生的岩上工程问题,块状结构,厚层状机积岩、正变质岩、块状岩浆岩、变质岩,块状,柱状,只具有少量贯穿性较好的节理裂隙裂隙结构面问距0.7,1.5m。一般为23组有少量分离体,整体强度较高结构面互相牵制岩基本稳定，接近弹性各向同性体,不稳定结构体的局部滑动或坍塌深埋洞室的岩爆,28,3.1.5 岩体结构类型3,岩体构类型,岩体地质类型,主要结构体形状,结构面发育情况,岩土工程特征,可能发生的岩上工程问题,层状结构,多韵律的薄层及,中厚层状沉积岩、副变质岩,层状,板状,透镜体,有层理、片理、节理带有层间错动面,接近均一的各向异性体其变形及强度特征受层面及岩层组合控可视为弹塑性体稳定性较差,不稳定结构体可能产生滑塌特别是岩层的弯张破坏及软弱岩层的塑性变形,29,3.1.5 岩体结构类型4,岩体构类型,岩体地质类型,主要结构体形状,结构面发育情况,岩土工程特征,可能发生的岩上工程问题,碎裂状结构,构造影严重的破碎岩层,碎块状,断层、断层破碎带、片理、层理及层间结构面较发育，裂隙结构面 间距0.250.5m，一般在3组以上由许多分离体形成,完整性破坏较大，整体强度很低并受断裂等软弱结构面控制，多呈弹塑性介稳定性很差,易引起规模较大的岩体失稳、地下水加剧岩体失稳,30,3.1.5 岩体结构类型5,岩体构类型,岩体地质类型,主要结构体形状,结构面发育情况,岩土工程特征,可能发生的岩上工程问题,散体状结构,构造影响剧烈的,断层破碎带，强风化带，全风化带,碎屑状,颗粒状,断层破碎带交叉构造及风化裂隙密集结构及组合错综复杂，并多充填粘性土形成许多大小不一的分离岩块,完整性遭到极大破坏稳定性极差岩体属性接近松散体介质,易引起规模较大的岩体失稳、地下水加剧岩体失稳,31,结束语,32,