第2章巖體地質(zhì)與結構特征§2.1幾個基本概念§2.2巖塊及其特征§2.3結構面地質(zhì)特征及對巖體力學性質(zhì)的影響§2.4巖體結構特征及結構控制論1.巖石（Rock）礦物、巖屑的集合體?！?.1幾個基本概念2.結構面（StructuralPlane）指地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，在巖體內(nèi)形成的具有一定的延伸方向和長度，厚度相對較小的地質(zhì)界面或帶。4.巖體（Rockmass）是指地質(zhì)歷史過程中形成的，由巖塊和結構面網(wǎng)絡組成的，具有一定的結構并賦存于一定的天然應力狀態(tài)和地下水等地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體。3.巖塊（Rockblock或Rock）指不含顯著結構面的巖石塊體，是構成巖體的最小巖石單元體。第2章巖體地質(zhì)與結構特征思考題1、巖塊與巖體有哪些區(qū)別？2、試比較土與巖有那些異同點？一、巖塊的物質(zhì)組成第2章巖體地質(zhì)與結構特征§2.2巖塊及其特征

巖塊力學性質(zhì)取決于組成巖石的礦物成分及其相對含量粘土礦物硅酸鹽類礦物碳酸鹽類礦物氧化物類礦物二、巖塊的結構特征巖塊的結構是指巖石內(nèi)礦物顆粒的大小、形狀、排列方式及微結構面發(fā)育情況與粒間連結方式等反映在巖塊構成上的特征。結晶連結是礦物顆粒通過結晶相互嵌合在一起，它是通過共用原子或離子使不同晶粒緊密接觸。巖石的粒間連結分結晶連結與膠結連結。膠結連結是礦物顆粒通過膠結物連結在一起。硅質(zhì)膠結的巖塊強度最高；鐵質(zhì)、鈣質(zhì)膠結的次之；泥質(zhì)膠結的巖塊強度最低。第2章巖體地質(zhì)與結構特征二、巖塊的結構特征微結構面削弱巖石強度，形成各向異性顆粒形狀強度：粒狀、柱狀>片狀>鱗片狀顆粒大小強度：粗粒<細粒三、巖石風化

巖石====>礦物組成和結構改變==>巖塊的物理力學性質(zhì)改變（強度降低、抗變形性能減弱、空隙率增大，滲透性加大）第2章巖體地質(zhì)與結構特征風化巖塊的風化程度可用定性指標和某些定量指標表述定性指標主要有：顏色、礦物蝕變程度、破碎程度及開挖錘擊技術特征等。定量指標主要有風化空隙率指標和波速指標等。風化空隙率指標(Iw)是快速浸水后風化巖塊吸入水的質(zhì)量與干燥巖塊質(zhì)量之比。波速指標

縱波波速（cp）

波速比

風化系數(shù)

硬質(zhì)巖石按波速指標的風化分級表

《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-94）風化程度vcp(m/s)kvkf全風化500～10000.2～0.4強風化1000～20000.4～0.6＜0.4中等風化2000～40000.6～0.80.4～0.8微風化4000～50000.8～0.90.8～0.9未風化＞50000.9～1.00.9～1.0結構面(structuralplane)是指地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，在巖體內(nèi)形成的具有一定的延伸方向和長度，厚度相對較小的地質(zhì)界面或帶。它包括物質(zhì)分異面和不連續(xù)面，如層面、不整合面、節(jié)理面、斷層、片理面等。在結構面中，那些規(guī)模較大、強度低、易變形的結構面又稱為軟弱結構面。第2章巖體地質(zhì)與結構特征一、結構面的成因類型(一)地質(zhì)成因類型(二)力學成因類型§2.3

結構面地質(zhì)特征及對巖體力學性質(zhì)的影響巖體結構面成因類型及其特征(一)地質(zhì)成因類型1.原生結構面巖體在成巖過程中形成的結構面。

沉積結構面是沉積巖在沉積和成巖過程中形成的，有層理面、軟弱夾層、沉積間斷面和不整合面等。

巖漿結構面是巖漿侵入及冷凝過程中形成的結構面，包括巖漿巖體與圍巖的接觸面、各期巖漿巖之間的接觸面和原生冷凝節(jié)理等。

變質(zhì)結構面在變質(zhì)過程中形成，殘留結構面和重結晶結構面2.構造結構面是巖體在構造應力作用下形成的各種破裂面，包括斷層、節(jié)理、劈理和層間錯動面等。3.次生結構面是巖體形成后在外營力作用下產(chǎn)生的結構面，包括卸荷裂隙、風化裂隙、次生夾泥層和泥化夾層等。(二)力學成因類型張性結構面是由拉應力形成的，如羽毛狀張裂面、縱張及橫張破裂面，巖漿巖中的冷凝節(jié)理等。特點：張開度大、連續(xù)性差、形態(tài)不規(guī)則、面粗糙，起伏度大及破碎帶較寬,易被充填,常含水豐富，導水性強剪性結構面是剪應力形成的，破裂面兩側巖體產(chǎn)生相對滑移，如逆斷層、平移斷層以及多數(shù)正斷層等。特點：連續(xù)性好，面較平直，延伸較長并有擦痕鏡面等現(xiàn)象發(fā)育。二、結構面的規(guī)模Ⅰ級指大斷層或區(qū)域性斷層?？刂乒こ探ㄔO地區(qū)的地殼穩(wěn)定性，直接影響工程巖體穩(wěn)定性；Ⅱ級指延伸長而寬度不大的區(qū)域性地質(zhì)界面。Ⅲ級指長度數(shù)十米至數(shù)百米的斷層、區(qū)域性節(jié)理、延伸較好的層面及層間錯動等。Ⅱ、Ⅲ級結構面控制著工程巖體力學作用的邊界條件和破壞方式，它們的組合往往構成可能滑移巖體的邊界面，直接威脅工程安全穩(wěn)定性。Ⅳ級指延伸較差的節(jié)理、層面、次生裂隙、小斷層及較發(fā)育的片理、劈理面等。是構成巖塊的邊界面，破壞巖體的完整性，影響巖體的物理力學性質(zhì)及應力分布狀態(tài)。

Ⅳ級結構面主要控制著巖體的結構、完整性和物理力學性質(zhì)，數(shù)量多且具隨機性，其分布規(guī)律不太容易搞清楚，需用統(tǒng)計方法進行研究。Ⅴ級又稱微結構面。常包含在巖塊內(nèi)，主要影響巖塊的物理力學性質(zhì)?？刂茙r塊的力學性質(zhì)。二、結構面的規(guī)模走向、傾向、傾角結構面與最大主應力間的關系控制著巖體的破壞機理與強度。據(jù)單結構面理論，巖體中存在一組結構面時，巖體的極限強度與結構面傾角間的關系為：三、產(chǎn)狀四連續(xù)性結構面的連續(xù)性反映結構面的貫通程度。1、線連續(xù)性系數(shù)：指沿結構面延伸方向，結構面各段長度之和(Σa)與測線長度的比值。

K1變化在0～1之間，K1值愈大說明結構面的連續(xù)性愈好，當K1＝1時，結構面完全貫通。2、跡長：結構面與巖體露頭交線的長度。

結構面連續(xù)性分級表

五密度結構面的密度反映結構面發(fā)育的密集程度。1、線密度(Kd)是指結構面法線方向單位測線長度上交切結構面的條數(shù)(條／m)。2、間距(d)則是指同一組結構面法線方向上兩相鄰結構面的平均距離。Kd與d互為倒數(shù)關系。如果測線是水平布置，且與結構面法線的夾角為α，結構面的傾角為β時:

結構面間距分級表用線密度來估算巖體質(zhì)量指標RQD(Rockqualitydesignation)巖體質(zhì)量指標RQD：長度大于10cm的巖心長度之和與鉆孔總進尺的百分比。六張開度張開度是指結構面兩壁面間的垂直距離。結構面兩壁面一般不是緊密接觸，使結構面實際接觸面積減少，導致結構面粘聚力降低和滲透性增大。如在層流條件下，平直而兩壁平行的單個結構面的滲透系數(shù)(Kf)可表達為：

Ⅳ級及部分Ⅲ級結構面的產(chǎn)狀、跡長、間距及張開度等幾何特征參數(shù)，服從某種隨機分布規(guī)律。七形態(tài)結構面的形態(tài)可以用側壁的起伏形態(tài)及粗糙度來反映。結構面?zhèn)缺诘钠鸱螒B(tài)分為：平直、臺階狀、鋸齒狀、波狀、和不規(guī)則狀。側壁的起伏程度可用起伏角(i)表示結構面的粗糙度用粗糙度系JRC表示

(jointroughnesscoefficient)。隨粗糙度的增大，結構面的摩擦角也增大。根據(jù)標準粗糙度剖面將結構面的粗糙度系數(shù)劃分為10級。八充填膠結特征結構面膠結后力學性質(zhì)有所增強，F(xiàn)e質(zhì)膠結的強度最高，泥質(zhì)與易溶鹽類膠結的結構面強度最低，且抗水性差。未膠結的結構面，力學性質(zhì)取決于其充填情況，可分為：薄膜充填、斷續(xù)充填、連續(xù)充填及厚層充填4類1

薄膜充填是結構面兩壁附著一層極薄的礦物膜，厚度多小于1mm，多明顯降低結構面的強度。2

斷續(xù)充填結構面的力學性質(zhì)與充填物性質(zhì)、壁巖性質(zhì)及結構面的形態(tài)有關。3

連續(xù)充填結構面的力學性質(zhì)主要取決于充填物性質(zhì)。4

厚層充填結構面的力學性質(zhì)很差，主要取決于充填物性質(zhì)，巖體往往易于沿這種結構面滑移而失穩(wěn)。九結構面組合關系結構面的組合關系控制著可能滑移巖體的幾何邊界條件、形態(tài)、規(guī)模、滑動方向及滑移破壞類型，它是工程巖體穩(wěn)定性預測與評價的基礎。軟弱結構面軟弱結構面就其物質(zhì)組成及徽觀結構而言，主要包括原生軟弱夾層、構造及擠壓破碎帶、泥化夾層及其他夾泥層等。與兩盤巖體相比具有高壓縮和低強度等特征，在產(chǎn)狀上多屬緩傾角結構面。軟弱結構面在工程巖體穩(wěn)定性中具有很重要的意義，往往控制著巖體的變形破壞機理及穩(wěn)定性。泥化夾層是含泥質(zhì)的軟弱夾層經(jīng)一系列地質(zhì)作用演化而成的。它多分布在上下相對堅硬而中間相對軟弱剛柔相間的巖層組合條件下。泥化夾層特點：粘粒含量很高；含水量接近或超過塑限，密度比原巖小，具有一定的服縮性；力學性質(zhì)比原巖差，強度低，壓縮性高；抗沖刷能力差，因而在滲透水流的作用下，易產(chǎn)生滲透變形?！?.4

巖體結構特征及結構控制論一、巖體的組成巖體是由結構面網(wǎng)絡及其所圍限的巖塊

(結構體)所組成。具有一定的結構是巖體的顯著特征之一。巖體中存在著復雜的天然應力狀態(tài)和地下水，這是巖體與其他材料的根本區(qū)別之一第2章巖體地質(zhì)與結構特征二、巖體的結構巖體結構(rockmassstructure)指巖體中結構面與結構體的排列組合關系。1結構體特征結構體(structuralelement)指巖體中被結構面切割圍限的巖石塊體。它不同于巖塊的概念。結構體的規(guī)模取決于結構面的密度，密度愈小，結構體的規(guī)模愈大,與結構面對應,劃分為四級。常用塊度模數(shù)（單位體積內(nèi)的Ⅳ級結構體數(shù))或結構體體積來表示結構體規(guī)模。結構體常見的形狀有：柱狀、板狀、楔形及菱形等。形狀不同，穩(wěn)定性不同。結構體的形狀示意圖圖1-6結構體形狀典型類型示意圖（據(jù)孫廣忠，1983）a，b.柱狀結構體；d，e.菱形或板狀結構體；c，f，g，h，j.楔、錐形結構體；i.板狀結構體2巖體的結構類型三、巖體結構控制論工程實踐和研究表明，巖體結構對工程巖體控制作用表現(xiàn)如下方面：

1）改變巖體的力學性質(zhì)。發(fā)育于巖體中的結構面，是巖體的薄弱環(huán)節(jié)。降低了巖體的完整性和力學強度，使巖體物理力學性質(zhì)變差。

2）巖體的應力傳播特征

3）巖體的變形與破壞特征及工程巖體的穩(wěn)定性

巖體變形機制受巖體結構控制巖體結構整體狀結構碎裂狀結構塊狀結構變形成分主要的巖塊壓縮變形結構面滑移變形結構體滑移及壓縮變形次要的微結構面錯動結構體及結構面壓縮及結構體性狀改變結構體壓縮及形狀改變側脹系數(shù)小于0.5常大于0.5小變形特征結構體壓縮及形狀改變壓密沿結構面滑移控制巖體變形的主要因素巖石、巖相特征及Ⅴ級結構面特征開裂的不連續(xù)的Ⅲ、Ⅳ級結構面貫通的Ⅰ、Ⅱ級結構面，主要為軟弱結構面

表明巖體變形受結構面變形控制。

塊狀結構巖體變形主要為貫通性結構面滑移；碎裂狀結構巖體變形則由Ⅲ、Ⅳ級結構面滑移及部分巖塊變形構成；完整巖體的變形才受控于巖石的變形特征。

巖體的破壞機制也受控于巖體結構：即：結構控制巖體破壞的難易程度、破壞的規(guī)模和破壞的過程及巖體破壞的主要方式等。巖體破壞機制受巖體結構控制整塊體結構巖體塊狀結構巖體碎裂狀結構巖體散體狀結構巖體①張破裂②剪破壞結構體沿結構面滑動①結構體張破裂②結構體剪破裂③結構體流動變形④結構體沿結構面滑動⑤結構體轉(zhuǎn)動⑥結構體組合體傾倒⑦結構體組合體潰屈①剪破壞②流動變形

巖體變形破壞方式：a.塊狀及層狀結構巖體的塊體滑移；b.薄層狀結構巖體的彎曲傾倒；c.碎裂結構巖體的剪切破壞及塑性變形；d.松散及破碎