工程地质学第六章岩体的工程地质性质及岩体工程分类分析报告.ppt

中国地质大学工程学院 贾洪彪 工程地质学概论 第六章 岩体的工程地质性质 及岩体工程分类 贾 洪 彪 中国地质大学（武汉）工程学院 第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类 第一节 岩体的结构特征 第二节 岩体的变形与强度性质 第三节 岩体的工程分类 一、结构面的类型 (一)地质成因类型 原生结构面 构造结构面 次生结构面 (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。 (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、结构面特征及其对岩体力学性质的影响 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。 2、结构面的连续性 结构面的连续性反映结构面的贯通程度。 线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和(Σa)与测线长度的比值。 用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation) 4、结构面的形态  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：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。 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。 三、岩体的结构 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。 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。 整体状结构与块状结构 层状结构 碎裂状结构 散体状结构 一、法向变形性质 1. 法向变形特征 两块试件（含结构面、不含结构面）做变形试验，得变形曲线σｎ-ΔＶ，设不含结构面的岩块变形为ΔＶｒ，含结构面的岩块变形为ΔＶｔ，则结构面的变形（法向闭合变形）ΔＶｊ为： 法向刚度Ｋｎ（normal stiffness）是指在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力，在数值上等于σｎ- ?Ｖｊ曲线上一点的切线斜率。 二、结构面的剪切变形性质 粗糙结构面，呈脆性变形型 平直结构面，呈塑性变形型 结构面变形与风化程度有关 结构面的剪切刚度，随法向应力的增大而增大，随结构面的规模增大而降低。 （一）平直无充填的结构面 平直无充填的结构面包括剪应力作用下形成的剪性破裂面，如剪节理、剪裂隙等，发育较好的层理面与片理面。 特点是面平直、光滑，只具微弱的风化蚀变。坚硬岩体中的剪破裂面还发育有镜面、擦痕及应力矿物薄膜等。 这类结构面的抗剪强度大致与人工磨制面的摩擦强度接近，即： （二）粗糙起伏无充填的结构面 剪切特点： ① 当σ较小时，上盘岩块上下运动，产生爬坡效应，增大了τ ②当σ较大时，将剪断凸起而运动，也增大了τ 1、规则锯齿形结构面 （1） σ较小，剪胀作用 （2）σ较大，啃断作用 2、不规则起伏结构面 自然界岩体中绝大多数结构面的粗糙起伏形态是不规则的，起伏角也不是常数。其强度包络线不是折线，而是曲线形式。 巴顿对８种不同粗糙起伏的结构面进行了试验研究，提出了剪胀角的概念并用以代替起伏角，剪胀角αｄ（angle of dilatancy）的定义为剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角，即： Barton 方程：Barton 通过大量结构面剪切试验，用统计方法求得 结构面的基本摩擦角?u＝２５°～３５°之间。因此，上式右