河海大学工程地质第四章

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,*,*,*,第四章,岩体的工程地质特性,概述,4.1岩体的结构特征,4.2岩体的主要力学特征,4.3岩体的天然应力状态,4.4岩体的工程分类,概述,1.基本概念及研究意义,岩体,（rockmass）通常,指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的地质环境、被各种结构面所分割。岩体具有一定的结构特征，它由岩体中含有的不同类型的结构面及其在空间的分布和组合状况所确定。,结构面,是,指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。,包括物质分异面、不连续面和软弱夹层。,结构体,：结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成形状、大小不同的块体，称结构体。,2.岩体的工程地质特征,岩体是复杂的地质体,形成过程复杂：是地质历史的产物，经历过多期构造运动。,组成复杂：岩性、风化状态的多样性,结构复杂：存在大量各种成因的结构面,处于复杂的、变化的地质环境中,岩体的强度主要取决于结构面的强度,岩体的变形主要取决于结构面闭合、压缩、张裂和剪切滑移，岩体的破坏形式主要取决结构面的结合形式,岩体中存在复杂的天然应力场、温度场和渗流场。,3.岩体的结构特征的研究意义,岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。只有掌握岩体的结构特征，才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分布和应力状况。,岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。岩体中的软弱结构面，常常成为决定岩体稳定性的控制面，各结构面分别为确定坝肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。,靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的改造进程。这是由于结构面往往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位，也常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要通道，往往发展为重要的控制面。,总之，对岩体的结构特征的研究，是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据。,研究结构面最关键的是,研究各类结构面的分布规律、发育密度、表面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等,。,4.1 岩体结构特征及主要类型,1.结构面的成因类型,原生结构面物质分异面,沉积岩的层理、层面、沉积间断面及沉积软弱夹层等陡属于沉积结构面。,火成结构面,岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面，如流面、冷凝节理、侵入体与围岩的接触面及岩浆间歇喷溢所形成的若若接触面。,变质结构面,变质结构面可分为残留的,变余结构面,和,变成的重结晶结构面,两种。前者为沉积岩浅变质所具有，层面仍保留，但在层面上有绢云母、绿泥石等鳞片状矿物密集并定向排列。,重结晶结构面主要有片理和片麻理,。,沉积结构面,玄武岩的原生柱状裂隙,沉积岩的层间裂隙,次生结构面,节理（X型节理，张节理）,断层（正断层，逆断层，走滑断层）,层间错动带，羽状裂隙，破劈理,内动力形成的结构面,构造裂隙,外动力形成的结构面,主要是由风化作用、卸荷及人类活动所形成的结构面，其特点是只分布在地表或地表以下数十米的范围内。,有,风化裂隙,、,卸荷裂隙,和,次生夹泥层,。,次生裂隙：地壳运动在岩体中形成的构造裂隙，风化和卸荷作用形成的裂隙。,2.结构面的特征,规模,：机构面的规模大小相差悬殊。大者可延展数十公里，宽度可达数十米。规模小的延展仅数十厘米或数十米，甚至可以十很微小的不连续裂隙。,方位,：即结构面的产状,延续性,：表征结构面延伸长度和展布范围的指标。,间距,：指相邻结构面间的垂直距离，通常是指一组结构面的平均间距。反映岩体的完整性。,粗糙度,：结构面的形态有,平直的,、,波状的,、,锯齿状的,、,台阶状的,和,不规则状的,几种。起伏程度用,起伏差,和,起伏角,表示。,结构面侧壁强度,：它可以反映结构面经受风化的程度。,张开度,：指结构面两壁间的垂直距离。,充填物,：结构面内常见有砂、粘土、角砾、岩屑及硅质、钙质、石膏质沉淀物。铁或硅质胶结者强度最高，泥质及易溶盐类胶结者强度低、抗水性差。未胶结的充填物强度低，充填厚度不同时，变形和强度不通,节理组数,：节理组数的多少，决定了岩石块体的大小及岩体的结构类型。,块体大小,：由数组结构面切割而成的岩石块体，一般称为结构体。,体积节理组数J,是单位体积通过的总节理数。可根据此来堆块体大小进行分类。,原生型:,沉积成因的、岩浆活动成因的、变质成因的,分布：成层条件好，层次多、有韵律、分布广、厚度大、延伸远、产状稳定、且与岩层一致。,次生型:,风化、地下水外营力作用形成的夹层,分布：产状不稳定，厚度变化大，成层条件不好，主要分布在风化卸荷带或地下水循环带内,构造型:,层间错动带;断层破碎带,分布：厚度变化大，延续通过多种岩性，倾角变化大，可能彼此相交。,3.软弱夹层,夹在岩体中的泥质和炭质含量高，遇水易软化，延伸长、厚度薄，物理力学性质差的软弱岩层。,软弱夹层的成因与分类,长委（据葛,洲,洲坝的研究,成,成果）建议：,软岩夹层:夹在坚硬,岩,岩体中的薄,层,层软弱岩层,碎块夹层:80%以,上,上粒径大于2mm的粗,碎,碎屑（碎块,、,、砾石）,粘,粘粒含量少,于,于10%,碎屑夹层:2,0.5mm,的,的细碎屑30%,2mm的粗碎,屑,屑30,50%,粘,粒,粒10,30%,泥化夹层:结构松散,粘粒含量30%,含,含水量高,密,密度低。,黄委（据小,浪,浪底的研究,成,成果）建议,：,：,软岩夹层（,砂,砂岩间的页,岩,岩、粘土岩,、,、粉砂岩薄,层,层）,泥化夹层,泥化夹层,按粒度成分,和,和厚度变化,可,可分为:,全泥型：厚度大于3mm，不,夹,夹角砾,泥夹粉砂和,粉,粉砂夹泥型：角砾含量,小,小于10%,的,的粉土层,泥膜型：不含角砾,的,的薄粘土层,泥夹角砾型：角砾含量,小,小于10%,的,的粘土层,角砾夹泥型：角砾含量,在,在1050%的粘性,土,土层,泥化夹层,是软弱,夹,夹层中物理,力,力学性质最,差,差、强度最,低,低的关键部,位,位，对岩体,稳,稳定性往往,起,起控制作用,，,，是软弱夹,层,层工程地质,研,研究的重点,。,。,泥化夹层,形,形成的基本,条,条件,软弱夹层是,形,形成泥化夹,层,层的物质基,础,础：提供泥,质,质和炭质矿,物,物；,构造破坏是,形,形成泥化夹,层,层的主导因,素,素：裂隙化破坏,了,了硬岩对软,岩,岩的保护作,用,用；层间错动对,软,软弱岩层的,研,研磨作用。,地下水和风,化,化作用是泥,化,化夹层的必,要,要条件：地下水的浸,泡,泡、软化、,泥,泥化、溶解,和,和崩解作用；风化的机械,破,破坏和风化,作,作用。,泥化夹层,的,的基本特征,泥化夹层的,结,结构特征,具有明显错动面,和,和分带性，通常可有,三,三种不同的,构,构造影响带,，,，即节理带、劈理带和泥化带,泥化夹层的,矿,矿物成分和,化,化学成分,矿物成分,以,以粘土矿物为主，与母岩性质和,后,后期改造程度有关；,粒,粒度成分以粘粒和粉粒为主；主要,化,化学成分位SiO2、Al2O3,、,、Fe2O3,泥化夹层的,水,水理性质,泥化夹层,的,的膨胀量与膨胀力，主要与粘,土,土矿物成分,和,和微结构面,的,的发育程度,有,有关，以蒙脱石为主的夹层,，,，膨胀量可,大,大8；泥,化,化夹层具有明显,渗,渗流,层,层状,分,分带,现,现象和渗流,集,集中的特,点,点。,泥化,夹,夹层,的,的物,理,理力,学,学性,质,质,主,要,要由,夹,夹层,内,内物,质,质成,分,分、,结,结构,特,特征,、,、上,下,下界,面,面形,态,态决,定,定。,物,物理,力,力学,性,性质,差,差：,“,“三高”（高含,水,水量,、,、高,崩,崩解,性,性、,高,高分,散,散性）“三低”（低重,度,度、,低,低强,度,度、,低,低模,量,量）,泥化,夹,夹层,在,在长,期,期渗,水,水作,用,用下,的,的演,变,变趋,势,势,化学,成,成分,的,的变,化,化（主,要,要发,生,生盐,类,类的,溶,溶解,、,、阳,离,离子,的,的交,换,换、,碳,碳酸,钙,钙的,溶,溶蚀,、,、游,离,离氧,化,化物,的,的溶,解,解、,胶,胶溶,及,及氧,化,化还,原,原反,应,应）,；,；渗透,稳,稳定,的,的变,化,化（恶化-机,械,械管,涌,涌、,爆,爆发,式,式挤,出,出破,坏,坏）,；,；抗剪,强,强度,的,的变,化,化(降低）。,泥化,夹,夹层,在,在特,定,定条,件,件下,的,的流,变,变特,性,性和,长,长期,强,强度,泥化,夹,夹层,具,具有,流,流变,性,性，宜,取,取长,期,期强,度,度或剩余,强,强度(约,峰,峰值,的,的80)；反复,荷,荷载,作,作用下取,残,残余,强,强度,；,；动力,强,强度(振,动,动对,泥,泥化,夹,夹层,强,强度,的,的影,响,响程,度,度与,振,振动,的,的振,幅,幅、,频,频率,和,和夹,层,层的,孔,孔隙,比,比有,关,关。),4.,岩,岩体,结,结构,分,分类,水,水,利,利水,电,电工,程,程地,质,质勘,察,察规,范,范（GB50287-99）,实,实行,的,的分,类,类标,准,准:4大,类,类12亚,类,类,类型,亚 类,岩 体 结 构 特 征,块状,结构,整体状结构,岩体完整，呈巨块状，结构面不发育，间距大于100cm,块状结构,岩体较完整，呈块状，结构面轻度发育，间距一般100-50cm,次块状结构,岩体较完整，呈次块状，结构面中等发育，问距一般50-30cm,层,状,结,构,巨厚层状结构,岩体完整，呈巨厚层状，结构面不发育，间距大于100cm,厚层状结构,岩体较完整，呈厚层状，结构面轻度发育，间距一般100-50cm,中厚层状结构,岩体较完整，呈中厚层状，结构面中等发育，间距一般50-30cm,互层状结构,岩体较完整或差，呈互层状，结构面较发育，间距一般30-10cm,薄层状结构,岩体完整性差，呈薄层状，结构面发育，间距一般小于10cm,碎裂结构,镶嵌碎裂结构,岩体完整性差，岩块镶嵌紧密，结构面较发育到很发育，间距一般30-10cm,碎裂结构,岩体较破碎，结构面很发育，间距一般小于10cm,散体,结构,碎块状结构,岩体破碎，岩块夹岩屑或泥质物,碎屑状结构,岩体破碎，岩屑或泥质物夹岩块,岩,岩土,工,工程,勘,勘察,规,规范,（,（GB50021-2001,）,）,实行,的,的分,类,类标,准,准,结构类型,岩体地质类型,结构体,结构面发育情况,岩土工程特征,岩土工程问题,整体状,结 构,巨块状岩浆岩、变质岩，巨厚层沉积岩,巨块状,以层面、原生、构造节理为主，多呈闭合型，间距大于1.5m，一般12组，无危险结构,岩体稳定，可视为均质弹性各向同性体,局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆,块 状,结 构,厚层状沉积岩，块状岩浆岩、变质岩,块 状,柱 状,有少量贯穿性裂隙，间距0.71.5m。一般为23组，有少量分离体,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、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,变形和强度受层面及层面控制，可视为各向异性弹塑性体，稳定性较差,可沿结构面滑塌，软岩可产生塑性变形,碎裂状,结 构,构造影响严重的破碎岩层,碎块状,断层、节理、片理、层理发育，结构面间距0.250.5m，一般在3组以上，有许多分离体,整体强度很低，并受软弱结构面控制，呈弹塑性体，稳定性很差,易发生规模较大的岩体失稳，地下水加剧失稳,散体状结构,断层破碎带，强风化及全风化带,碎屑状,构造和风化裂隙密集，结构面错综复杂，多充填粘性土，形成无序小块和碎屑,完整性遭极大破坏，稳定性极差，接近松散体介质,易发生规模较大的岩体失稳，地下水加剧失稳,4.3岩,体,体的,主,主要,力,力学,特,特性,岩,体,体,易,易,于,于,岩,岩,块,块,变,变,形,形,，,，,并,并,且,且,其,其