岩体地质与结构特征课件

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,第一章 岩体的地质与结构特征,岩体力学,第一章 岩体地质与结构特征,李 英,11/5/2024,1,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,岩体力学第一章 岩体地质与结构特征10/4/20231中国地,第一章 岩体地质与结构特征,1.1 概述,1.2 岩块及其特征,1.3 结构面的特征,1.4 岩体结构特征及结构控制论,第一章 岩体地质与结构特征 1.1 概述,岩石,（Rock）矿物、岩屑的集合体。,结构面,（Structural Plane） 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的,地质界面或带,。,岩块,（Rock block 或 Rock）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小,岩石单元体,。,岩体,（Rockmass）是指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的,地质体,。,1.1 概述,岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体。 1.1 概述,一、岩块的物质组成,1.2 岩块及其特征,岩,块的,力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量,粘土矿物,硅酸盐类矿物,碳酸盐类矿物,氧化物类矿物,组成岩石的矿物,一、岩块的物质组成 1.2 岩块及其特征岩块的力学性质主要,二、岩块的结构与构造,岩块的结构,：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。,结晶连结,：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。,岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结,胶结连结,：矿物颗粒通过胶结物连结在一起。,胶结连结的岩块强度,硅质胶结铁质、钙质泥质胶结,二、岩块的结构与构造岩块的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、,二、岩块的结构特征,微结构面 削弱岩块的强度，导致各向异性,颗粒形状 强度： 粒状、柱状片状鳞状,颗粒大小 强度： 粗粒矿物组成和结构改变=岩块的物理力学性质改变（强度降低、抗变形性能减弱、空隙率增大，渗透性加大）,风化,衡量岩块的风化程度的指标：,定性,指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。,定量,指标主要有,风化空隙率,指标和,波速,指标等。,三、岩块的风化风化衡量岩块的风化程度的指标：,风化空隙率指标(Iw),：快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比。,波速指标,纵波波速（,cp,）,波速比(,k,v,),风化系数,风化空隙率指标(Iw)：快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥,硬质岩石按波速指标的风化分级表,风化程度,v,cp,（,m/s,）,k,v,k,f,全风化,5001000,0.20.4,-,强风化,10002000,0.40.6,5000,0.91.0,0.91.0,岩土工程勘察规范（,GB50021-2019,）,硬质岩石按波速指标的风化分级表风化程度vcp（m/s）kvk,一、结构面的成因类型,(一)地质成因类型,原生结构面,构造结构面,次生结构面,(二)力学成因类型,张性结构面,剪性结构面,1.3,结构面特征,一、结构面的成因类型(一)地质成因类型 1.3 结构面特,岩体结构面的类型及其特征,成因类型,地质类型,主,要,特,征,工程地质评价,产,状,分,布,性,质,原生结构面,沉积结构面,1,层理层面,2,软弱夹层,3,不整合面、假整合面,4,沉积间断面,一般与岩层产状一致，为层间结构面,海相岩层中此类结构面分布稳定，陆相岩层中呈交错状，易尖灭,层面、软弱夹层等结构面较为平整；不整合面及沉积间断面多由碎屑泥质物构成，且不平整,国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此类结构面所造成的，如奥斯汀、圣,弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水库附近的巨大滑坡,岩浆岩结构面,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,岩脉受构造结构面控制，而原生节理受岩体接触面控制,接触面延伸较远，比较稳定，而原生节理往往短小密集,与围岩接触面可具熔合及破碎两种不同的特征，原生节理一般为张裂面，较粗糙不平,一般不造成大规模的岩体破坏，但有时与构造断裂配合，也可形成岩体的滑移，如有的坝肩局部滑移,变质结构面,1片理,2,片岩软弱夹层,产状与岩层或构造方向一致,片理短小，分布极密，片岩软弱夹层延展较远，具固定层次,结构面光滑平直，片理在岩层深部往往闭合成隐蔽结构面，片岩软弱夹层具片状矿物，呈鳞片状,在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对工程及地下洞体稳定也有影响,构造结构面,1,节理,（X型节理、张节理）,2,断层,（冲断层、捩断层、横断层）,3,层间错动,4羽状裂隙、劈理,产状与构造线呈一定关系，层间错动与岩层一致,张性断裂较短小，剪切断裂延展较远，压性断裂规模巨大，但有时为横断层切割成不连续状,张性断裂不平整，常具次生充填，呈锯齿状，剪切断裂较平直，具羽状裂隙，压性断层具多种构造岩，成带状分布，往往含断层泥、糜棱岩,对岩体稳定影响很大，在上述许多岩体破坏过程中，大都有构造结构面的配合作用。此外常造成边坡及地下工程的塌方、冒顶,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,受地形及原结构面控制,分布上往往呈不连续状，透镜状，延展性差，且主要在地表风化带内发育,一般为泥质物充填，水理性质很差,在天然及人工边坡上造成危害，有时对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有影响，但一般在施工中予以地基处理,岩体结构面的类型及其特征成因类型地质类型主 要,(一)地质成因类型,1.,原生结构面,岩体在成岩过程中形成的结构面。,沉积结构面,是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。,岩浆结构面,是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等。,变质结构面,在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶结构面。,2.,构造结构面,是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。,3.,次生结构面,是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。,(一)地质成因类型,(二)力学成因类型,1、张性结构面,是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等,特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强,2、剪性结构面,是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。,特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等。,(二)力学成因类型,二、结构面的规模,级,指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；,级,指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。,级,指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。,、级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性,二、结构面的规模级 指大断层或区域性断层。控制工程建设地区,级,指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。,级结构面主要控制着,岩体,的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律，需用,统计方法,进行研究。,级,又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质，控制,岩块,的力学性质。,二、结构面的规模,级 指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理,走向、倾向、倾角,结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。,三、 产状,据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度与结构面倾角间的关系为：,走向、倾向、倾角三、 产状据单结构面理论，岩体中存在一组结构,第二章 岩体地质与结构特征,1.1 概述,1.2 岩块及其特征,1.3 结构面的特征,1.4 岩体结构特征及结构控制论,第二章 岩体地质与结构特征 1.1 概述,四 连续性,结构面的连续性反映结构面的贯通程度。,1、,线连续性系数：,指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和(a)与测线长度的比值。,K,1,变化在01之间，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。,2、,面连续性系数：,指沿结构面延伸方向，结构面面积之和与总面积的比值。,四 连续性 K1变化在01之间，K1值愈大说明结构面的连,结构面连续性分级表,描述,迹长（,m,）,很低连续性,20,结构面连续性分级表 描述迹长（m）很低连续性1低连续性1,五 密度,结构面的密度反映结构面发育的密集程度。,1、,线密度,(,K,d,),是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数,(,条,m),。,2、,间距(,d,),则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。,Kd,与,d,互为倒数关系,如果测线水平布置，且与结构面法线的夹角为,，结构面的倾角为,时:,五 密度,岩体地质与结构特征课件,岩体地质与结构特征课件,结构面间距分级表,描述,间距（,mm,）,极密集的间距,6000,结构面间距分级表描述间距（mm）极密集的间距20很密集的间,用线密度来估算,岩体质量指标RQD,(rock quality designation),岩体质量指标RQD,：长度大于10cm的岩心长度之和与钻孔总进尺的百分比。,用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality,六 张开度,结构面的,张开度,是指结构面两壁面间的,垂直距离。,结构面两壁面一般不是紧密接触，使结构面实际接触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。,如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的渗透系数(K,f,)可表达为：,六 张开度,结构面张开度分级表,描述,结构面张开度（,mm,）,分类,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,10100,1001000,1000,张开结构面,结构面张开度分级表描述结构面张开度（mm）分类很紧密0.1,级及部分级结构面的产状、迹长、间距及张开度等几何特征参数，服从一定的,随机分布规律,。,级及部分级结构面的产状、迹长、间距及张开度等几何特征参,岩体地质与结构特征课件,岩体地质与结构特征课件,七 形态,结构面的形态可以用侧壁的,起伏形态,及,粗糙度,来反映。,结构面侧壁的,起伏形态,分为：平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的。,侧壁的起伏程度可用,起伏角,(,i,)表示。,七 形态侧壁的起伏程度可用起伏角,结构面的,粗糙度,用,粗糙度系JRC,(joint roughness coefficient)表示。,随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。,根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划分为,10级,。,结构面的粗糙度用粗糙度系JRC(joint roughnes,八 充填胶结特征,结构面胶结后,力学性质,有所增强，Fe质胶结的强度最高，泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。,未胶结的结构面，,力学性质,取决于其充填情况，可分为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填4类,1,薄膜充填,是结构面两壁附着一层极薄的矿物膜，厚度多小于1mm，多明显降低结构面的强度。,2,断续充填,结构面的力学性质与充填物性质、壁岩性质及结构面的形态有关。,3,连续充填,结构面的力学性质主要取决于充填物性质。,4,厚层充填,结构面的力学性质很差，主要取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。,八 充填胶结特征结构面胶结后力学性质有所增强，Fe质胶结的强,九 软弱结构面,软弱结构面,是岩体中具有一定厚度的,软弱带(层),，与两盘岩体相比具有,高压缩和低强度,等特征，在产状上多属缓倾角结构面。,主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其他夹泥层等。,九 软弱结构面软弱结构面是岩体中具有一定厚度的软弱带(层)，,九 软弱结构面,泥化夹层特性：,1、,由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构 或泥质定向结构,2、,粘粒含量很高,3、,含水量接近或超过塑限,4、,密度比原岩小,5、,常具有一定的胀缩性,6、,力学性质比原岩差,7、,强度低,8、,压缩性高,9、,易产生渗透变形,九 软弱结构面泥化夹层特性：,十、结构面的组合关系,结构面的组合关系控制着,可能滑移岩体,的几何边界条件、形态、规模、滑动方向及滑移破坏类型，它是工程岩体稳定性预测与评价的基础。,任何坚硬岩体的块体滑移破坏，都必须具备一定的,几何边界条件,。因此，在研究岩体稳定性时，必须研究结构面之间及其与临空面之间的组合关系，确定可能失稳块体的形态、规模和可能滑移方向等。,结构面组合关系的分析可用,赤平投影、立体投影和三角几何计算法,等进行。,十、结构面的组合关系,岩体地质与结构特征课件,岩体地质与结构特征课件,岩体地质与结构特征课件,1.4,岩体的结构特征,一、岩体的组成,岩体,是由,结构面网络,及其所围限的,岩块,(结构体)所组成。,具有一定的,结构,是岩体的,显著特征,之一。,岩体中存在着复杂的天然应力状态和,地下水,，这是岩体与其他材料的,根本区别,之一。,1.4 岩体的结构特征一、岩体的组成,二、岩体的结构,岩体结构,(rockmass structure),指岩体中结构面与结构体的,排列组合关系,。,1 结构体特征,结构体,(structural element)指岩体中被结构面切割围限的岩石块体。,它不同于岩块的概念。,结构体的,规模,取决于结构面的密度，密度愈小，结构体的规模愈大,与结构面对应,划分为五级。,常用,块度模数,（单位体积内的级结构体数) 或结构体体积来表示结构体规模。,二、岩体的结构,结构体的形状示意图,结构体常见的形状:柱状、板状、楔形、菱形,形状不同，稳定性不同。,结构体的形状示意图结构体常见的形状:柱状、板状、楔形、菱形,2 岩体的结构类型,岩体结构类型,岩体地质类型,主要结构形状,结构面发育情况,岩土工程特征,可能发生的岩土工程问题,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,1,2,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塌，深埋洞室的岩爆,块状结构,厚层状沉积岩、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，裂隙结构面间距,0.7,1.5m,。一般为,2,3,组，有少量分离体,整体强度较高，结构面互相牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性体,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，常有层间错动面,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制，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,碎裂状结构,构造影响严重的破碎岩层,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，多呈弹塑性介质，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,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，结构面及组合错综复杂，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,2 岩体的结构类型岩体结构类型岩体地质类型主要结构形状结构面,三、岩体成因与岩体特征,1,岩浆岩体,无层理，产状复杂。根据岩浆活动方式，岩浆岩可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。,2,沉积岩体,具有层理构造，岩体呈层状结构。沉积岩包括他生沉积岩和自生沉积岩两大类。,3,变质岩体,多数岩石变质后都经历了不同程度的重结晶作用，结构较致密，抗水性增强，孔隙率较低，透水性弱，抗变形性能好，强度高。因此与沉积岩相比，变质岩的性质一般要好些。,三、岩体成因与岩体特征1 岩浆岩体,思考题二,1、结构面有哪些主要特征？它们是怎样影响岩体力学性质的？,2、比较岩块与结构体的含义异同？,3、试总结说明三大类岩体的主要特征？,思考题二1、结构面有哪些主要特征？它们是怎样影响岩体力学性质,总结,（一）岩块、结构面、岩体的基本概念,（二）岩块的物质组成与结构构造特征,*,（三）结构面特征（,重要,）,1）结构面成因不同，其特征如何？,2）掌握反映结构面特征的各种指标（规模、密度、产状等） 的含义，怎样确定这些指标,3）这些特征如何影响岩体物理力学性质,（四）岩体的结构特征,总结 （一）岩块、结构面、岩体的基本概念,