1、*巖石力學與工程 諶會芹1第1章 巖體地質與結構特征區別巖石、巖體與結構面1.1 基本概念巖石（Rock）：礦物、巖屑的集合體。 是在一定的生成條件下，顆粒之間具有牢固連接的礦物結合體。第1章 巖體地質與結構特征2022/8/2031.1 基本概念結構面（Structural Plane）：指地質歷史發展過程中，在巖體內形成的具有一定的延伸方向和長度，厚度相對較小的地質界面或帶。具有極低的或沒有抗拉強度的不連續面,包括一切地質分離面。大到幾公里的斷層，小到幾公分的裂隙。第1章 巖體地質與結構特征2022/8/204第1章 巖體地質與結構特征2022/8/2051.1 基本概念巖塊（Rock b

2、lock 或 Rock）：又稱結構體，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。巖體（Rockmass）：是指地質歷史過程中形成的，由巖塊和結構面網絡組成的，具有一定的結構并賦存于一定的天然應力狀態和地下水等地質環境中的地質體。第1章 巖體地質與結構特征巖體中被結構面切割的巖石塊體2022/8/206巖體=巖塊+結構面/結構體+結構面 巖 體結構面巖塊不連續面：包括節理、裂隙、孔隙、斷面、孔洞、層面第1章 巖體地質與結構特征2022/8/207第1章 巖體地質與結構特征2022/8/2081.1基本概念巖體結構（rockmass structure）：指巖體中結構面的發育程度及其

3、組合關系；或者指結構體的規模、形態及其排列形式所表現的空間形態。第1章 巖體地質與結構特征2022/8/2091.2巖塊及其特征影響巖石力學性質和物理性質的三個重要因素:構造: 組成成分的空間分布及其相互間排列關系 礦物：存在地殼中的具有一定化學成分和物理性 質的自然元素和化合物。結構：組成巖石的物質成分、顆粒大小和形狀以及 其相互結合（結晶聯結、膠結聯結）的情況。第1章 巖體地質與結構特征一、巖塊的結構與構造2022/8/2010聯結方式結晶聯結膠結聯結聯結方法礦物顆粒通過結晶相互嵌合在一起礦物顆粒通過膠結物聯結在一起巖相巖漿巖、大部分變質巖及部分沉積巖碎屑巖特征強度：等粒結構大于非等粒結構

4、，細粒結構大于粗粒結構膠結成分：硅質、鐵質、鈣質、泥質膠結類型：基底式、孔隙式、接觸式2022/8/2011二、巖塊的風化程度定性指標：顏色礦物蝕變程度破碎程度開挖錘擊技術第1章 巖體地質與結構特征1.2巖塊及其特征2022/8/2012*巖石力學與工程 13風化空隙率指標Iw （漢羅爾，1961）快速浸水后風化巖塊吸入水的質量與干燥巖塊質量之比第1章 巖體地質與結構特征快速浸水后風化巖石吸入水的質量定量指標：巖塊的風化程度定量指標：波速指標1）波速比2）風化系數第1章 巖體地質與結構特征風化巖石縱波速度巖塊的風化程度2022/8/2014*巖石力學與工程15風化程度vcp（m/s）kvkf全

5、風化50010000.20.4-強風化100020000.40.650000.91.00.91.0硬質巖石按波速指標的風化分級表巖土工程勘察規范（GB50021-2002（09版） *巖石力學與工程 161.3 結構面特征 結構面（Structural Plane）：指地質歷史發展過程中，在巖體內形成的具有一定的延伸方向和長度，厚度相對較小的地質界面或帶。 國外又稱不連續面（discontinuties）或節理（joint）第1章 巖體地質與結構特征1.3.1結構面的成因類型原生結構面 巖體在成巖過程中形成的結構面。沉積結構面：有層理面、軟弱夾層、沉積間斷面和不整合面等。巖漿結構面：包括巖漿巖

6、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理等。變質結構面：殘留結構面和重結晶結構面。構造結構面 巖體形成后在構造應力作用下形成的各種破裂面，包括斷層、節理、劈理和層間錯動面等。次生結構面 巖體形成后在外營力作用下產生的結構面，包括卸荷裂隙、風化裂隙、次生夾泥層和泥化夾層等。第1章 巖體地質與結構特征(一)地質成因類型2022/8/2017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、巖漿巖中的冷凝節理等 特點：張開度大、連續性差、形態不規則、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，破裂面兩側巖體產生相對滑移，如逆斷層、平

7、移斷層以及多數正斷層等。 特點：連續性好，面較平直，延伸較長并有擦痕鏡面等。1.3.1結構面的成因類型第1章 巖體地質與結構特征(二)力學成因類型2022/8/20182022/8/2019級 大斷層或區域性斷層。控制工程建設地區的地殼穩定性，直接影響工程巖體穩定性；級 延伸長而寬度不大的區域性地質界面。級 長度數十米至數百米的斷層、區域性節理、延伸較好的層面及層間錯動等。、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定性1.3.2結構面的規模與分級第1章 巖體地質與結構特征1.3 結構面特征2022/8/2020級 延伸較差的

8、節理、層面、次生裂隙、小斷層及較發育的片理、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及應力分布狀態。級結構面主要控制著巖體的結構、完整性和物理力學性質，數量多且具隨機性，其分布規律具統計規律，需用統計方法進行研究。級 又稱微結構面。常包含在巖塊內，主要影響巖塊的物理力學性質，控制巖塊的力學性質。1.3.2結構面的規模與分級第1章 巖體地質與結構特征1.3 結構面特征2022/8/2021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。（一） 產狀第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響據單結構面理論，巖體中存在一組

9、結構面時，巖體的極限強度與結構面傾角間的關系為：2022/8/20221、線連續性系數：指沿結構面延伸方向，結構面各段長度之和(a)與測線長度的比值。注：K1變化在01之間，K1值愈大說明結構面的連續性愈好，當K11時，結構面完全貫通。（二） 連續性第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響反映結構面的貫通程度2022/8/20232、面連續性系數：指沿結構面延伸方向，結構面面積之和與總面積的比值。又稱切割度。（二） 連續性第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響反映結構面的貫通程度2022/8/2024表1-3 結構面連續性分級（二）連續

10、性第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響反映結構面的貫通程度描述跡長（m）很低連續性203、跡長2022/8/20251、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(條m)。設勘測線長度為l ，在l上出現的節理的個數為n，則 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互為倒數關系（三） 密度第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響反映結構面發育的密集程度實例2022/8/202610m實例：Kd=4/10=0.4/md=1/Kd=2.5m（三） 密度第1章 巖體地質與結構特征1.3.3

11、 結構面特征及其對巖體性質的影響反映結構面發育的密集程度2022/8/2027用線密度來估算巖體質量指標RQD(Rock Quality Designation)巖體質量指標RQD：長度大于10cm的巖心長度之和與鉆孔總進尺的百分比。（三） 密度第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響2022/8/2028例: 某鉆孔的長度為250cm，其中巖芯采取總長度為200cm,而大于10cm的巖芯總長度為157cm，巖體質量指標： RQD=157/250=63%（三） 密度第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響2022/8/2029表1-4 結

12、構面間距分級表描述間距d（mm）極密集的間距6000（三） 密度第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響2022/8/2030（四） 張開度第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響結構面兩壁面間的垂直距離2022/8/2031表1-5 結構面張開度分級表（四） 張開度第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響描述結構面張開度（mm）分類很緊密緊密部分張開10裂開結構面很寬的極寬的似洞穴的1010010010001000張開結構面2022/8/2032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(Kf)可表

13、達為：e-結構面張開度（mm）v-水的運動粘滯系數（cm2/s）g-重力加速度（四） 張開度第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響2022/8/20331、結構面側壁的起伏形態：平直的、波狀的、鋸齒狀的、臺階狀的和不規則狀的。側壁的起伏程度可用起伏角i表示。（五） 形態第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響2022/8/2034結構面的粗糙度用粗糙度系JRC(joint roughness coefficient)表示。隨粗糙度的增大，結構面的摩擦角也增大。根據標準粗糙度剖面將結構面的粗糙度系數劃分為10級。（五）形態第1章 巖體地質

14、與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響2022/8/20351 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 斷續充填結構面的力學性質與充填物性質、壁巖性質及結構面的形態有關。3 連續充填結構面的力學性質主要取決于充填物性質。4 厚層充填結構面的力學性質很差，主要取決于充填物性質，巖體往往易于沿這種結構面滑移而失穩。（六） 填充膠結特征第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響2022/8/2036（1）Fe、Si質膠結的強度最高，往往與巖石強度差別不大；泥質、易溶鹽類膠結的結構面強度最低，且抗水性差。（2）就充

15、填物成分來說以砂質、礫質等粗粒充填的結構面性質最好；以粘土質（如高嶺石、綠泥石、水云母、蒙脫石等）和易溶鹽類充填的結構面性在最差。2022/8/2037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、規模、滑動方向及滑移破壞類型，它是工程巖體穩定性預測與評價的基礎。（七） 結構面的組合關系第1章 巖體地質與結構特征1.3.3 結構面特征及其對巖體性質的影響2022/8/20381.3.4 軟弱結構面軟弱結構面是巖體中具有一定厚度的軟弱帶(層)，與兩盤巖體相比具有高壓縮和低強度等特征，在產狀上多屬緩傾角結構面。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。泥化夾層特性：

16、 1、由原巖的超固結膠結式結構變成了泥質散狀結構或泥質定向結構 2、粘粒含量很高 3、含水量接近或超過塑限，密度比原巖小 4、常具有一定的脹縮性 5、力學性質比原巖差，強度低，壓縮性高 6、易產生滲透變形 第1章 巖體地質與結構特征1.3 結構面特征2022/8/2039思考沉積巖中的沉積間斷面屬于哪一種類型的結構面？（A）原生結構面（B）構造結構面（C）次生結構面巖體的變形和破壞主要發生在?（A）劈理面（B）節理面（C）結構面（D）晶面關于結構面的描述，錯誤的是? （A）結構面有一定的方向 （B） 結構面是平直的 （C）結構面可能有一定的充填 下列指標不能直接用來衡量巖石的風化程度? （A）

17、風化系數 （B）巖石破碎程度 （C）結構面組數 2022/8/2040下面哪一種結構面屬于原生結構面？A層面 B卸荷裂隙 C斷層面下面哪一種結構面屬于構造結構面？ A層面 B卸荷裂隙 C斷層面 D風化裂隙下面哪一種結構面屬于次生結構面？A層面 B斷層面 C風化裂隙可以用來反映結構面密集程度的物理量是? AJRC B間距 C連續性系數2022/8/20411.4 巖體結構特征及結構控制論第1章 巖體地質與結構特征1.4.1巖體組成與特征 巖體是由結構面網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和地下水，這是巖體與其他材料的根本區別之

18、一。第1章 巖體地質與結構特征1.4 巖體結構特征及結構控制論2022/8/2043巖體結構(rockmass structure)指巖體中結構面與結構體的排列組合關系。不同的結構面與結構體之間，以不同方式排列組合形成不同的巖體結構。1.4.2 巖體的結構特征第1章 巖體地質與結構特征1.4 巖體結構特征及結構控制論2022/8/2044結構體(structural element)指巖體中被結構面切割圍限的巖石塊體。結構體的規模取決于結構面的密度，密度愈小，結構體的規模愈大,與結構面對應,劃分為五級。常用塊度模數（單位體積內的級結構體數) 或結構體體積來表示結構體規模。1.4.2.1 結構體

19、特征第1章 巖體地質與結構特征1.42 巖體的結構特征2022/8/2045圖1-6結構體的形狀示意圖常見形狀:柱狀、板狀、楔形、菱形形狀不同，穩定性不同。1.4.2.1 結構體特征第1章 巖體地質與結構特征1.42 巖體的結構特征2022/8/20461.4.2.2 巖體的結構類型劃分第1章 巖體地質與結構特征1.4.2 巖體的結構特征巖體結構類型巖體地質類型主要結構形狀結構面發育情況巖土工程特征可能發生的巖土工程問題整體狀結 構均質，巨塊狀巖漿巖、變質巖，巨厚層沉積巖、正變質巖巨塊狀以原生構造節理為主，多呈閉合型，裂隙結構面間距大于15m，一般不超過12組，無危險結構面組成的落石掉塊整體性

20、強度高，巖體穩定，可視為均質彈性各向同性體不穩定結構體的局部滑動或坍塌，深埋洞室的巖爆塊狀結構厚層狀沉積巖、正變質巖、塊狀巖漿巖、變質巖塊狀、柱 狀只具有少量貫穿性較好的節理裂隙，裂隙結構面間距0.71.5m。一般為23組，有少量分離體整體強度較高，結構面互相牽制，巖體基本穩定，接近彈性各向同性體層狀結構多韻律的薄層及中厚層狀沉積巖、副變質巖層狀、板狀、透鏡體有層理、片理、節理，常有層間錯動面接近均一的各向異性體，其變形及強度特征受層面及巖層組合控制，可視為彈塑性體，穩定性較差不穩定結構體可能產生滑塌，特別是巖層的彎張破壞及軟弱巖層的塑性變形碎裂狀結構構造影響嚴重的破碎巖層塊狀斷層、斷層破碎帶

21、、片理、層理及層間結構面較發育，裂隙結構面間距0.250.5m，一般在3組以上，由許多分離體形成完整性破壞較大，整體強度很低，并受斷裂等軟弱結構面控制，多呈彈塑性介質，穩定性很差易引起規模較大的巖體失穩，地下水加劇巖體失穩散體狀結構構造影響劇烈的斷層破碎帶，強風化帶，全風化帶碎屑狀顆粒狀斷層破碎帶交叉，構造及風化裂隙密集，結構面及組合錯綜復雜，并多充填粘性土，形成許多大小不一的分離巖塊完整性遭到極大破壞，穩定性極差，巖體屬性接近松散體介質易引起規模較大的巖體失穩，地下水加劇巖體失穩2022/8/2047巖體結構對于工程巖體的控制表現在三個方面：巖體的應力傳播特征 強度問題 巖體的變形與破壞特征 剛度問題工程巖體的穩定 穩定性問題1.4.3 巖體結構控制論第1章 巖體地質與結構特征1.4 巖體結構特