水工地質巖體工程地質性質第1頁，課件共29頁，創作于2023年2月

參與巖石工程地質性質描述的主要物理指標包括兩類：1．物理指標2．水理指標

一、巖石的物理性質指標第一節

巖石地質及力學指標第2頁，課件共29頁，創作于2023年2月1．物理指標（1）質量：比重(specialgravity)：單位體積巖石固體部分的重量與同體積水之比;容重(volume-weight)：單位體積巖石的重量（含孔隙）;

（2）空隙性：巖石構成除了固體顆粒外，其間還分布有孔隙、裂隙，這稱為巖石的空隙性，以空隙率(porosity)來表達。而一般來講，n（沉積巖）>n（變質巖）>n（新鮮巖漿巖）第3頁，課件共29頁，創作于2023年2月(2）透水性(permeability)：水份可通過巖石移動的性能，以滲透系數k來衡量。透水層（含水層）：k≥0.001m/24hr隔水層（不透水層）：k<0.001m/24hr

2．水理指標（1）

吸水性(water-absorbcharacter)：一定條件下巖石可吸納水份的性能，常以飽水率表達。

Ww2：巖石在1500atm下吸水的質量。Ws：巖石的干重。第4頁，課件共29頁，創作于2023年2月（4）抗凍性(frosty)：巖石抵抗凍融破壞的性能（抗凍脹性），以強度損失率表達（在±25℃間反復凍融25次，西部寒區考慮）。Rs1=凍融后的巖石抗壓強度（飽和）Rs2=凍融前的飽水巖石抗壓強度。

（3）軟化性(softy)：巖石浸水后強度降低的性能，多以軟化系數Kd表示。Rw——巖石飽水條件下的抗壓強度。Rd——巖石干燥條件下的抗壓強度。第5頁，課件共29頁，創作于2023年2月二、巖石的力學性質*依單軸應力曲線，自然材料可分為：

a.線性彈性材料b.完全彈性材料c.帶滯回環的彈性材料d.彈塑性材料第6頁，課件共29頁，創作于2023年2月1．巖石的變形特性巖石是標準的彈塑性體，即瞬時高壓作用下表現為彈脆性體，而長期慢施高壓下表現為塑性體，其變形可分為4個階段。

彈脆性變形--斷層彈塑性變形--褶皺第7頁，課件共29頁，創作于2023年2月（3）裂隙發展和破壞階段：新裂隙產生并發展，δ增加不多，而ε快速增加，直至最高點，巖石發生整體破壞，此點的δ值稱單軸極限抗壓強度。（1）微裂隙壓密階段：巖石中微裂隙在荷重下壓密，此階段δ變化小而ε變化大（2）彈性變形階段：裂隙進一步密合，不產生新裂隙，δ、ε近乎同步增加（曲線外切線近45°），最高點稱彈性極限抗壓強度，亦稱屈服點。（4）峰值后階段：巖石大變形，δ下降至穩定。δε屈服點第8頁，課件共29頁，創作于2023年2月（2）泊松比(PoiseRatio)單軸壓縮條件下，橫向應變與縱（軸）向應變之比（過屈服點后）2．巖石的變形特性指標（1）彈性模量（modulusofelasticity,認為巖石是準彈性體）單軸壓縮條件下，軸向壓變力與軸向應變之比。（1Pa=1N/m2）第9頁，課件共29頁，創作于2023年2月強度分抗壓(compressiveStrength)，抗拉(tensileStrength)和抗剪強度(shearStrength)三類，對巖石材料而言，

抗壓強度＞抗剪強度＞抗拉強度。地基的處理與設計就是使巖石中盡量消除拉應力，一般而言，三類強度，

細晶巖漿巖＞變質巖＞沉積巖

3．巖石的強度(Strength)巖石抵抗外力破壞的能力。第10頁，課件共29頁，創作于2023年2月

應力δ(stress)不變的情況下巖石的變形（deformation,或應變ε）隨時間增大的現象。是巖層中形成褶皺構造的根本原因，結構越松軟的巖石蠕變的量越大，可能性越高，如100kg/cm2應力下：

ε頁巖>ε砂巖>ε細晶γ

三、巖石的蠕變巖石蠕變形成的香腸狀構造第11頁，課件共29頁，創作于2023年2月巖體(Rockmass)：是工程影響范圍內的地質體，由處于一定應力狀態的被各種結構面所切割的巖石組成。

在各種類型各種規模的地質構造作用下，完整的巖石被切割成支離破碎的小塊，所以同體積下的完整巖石與破碎巖石力學性質肯定是不同的，在工程建筑中，不能完全以巖石的力學性質來界定其工程地質性質。而這種影響到建筑安全穩定性的，受各類結構面切割的破碎巖塊就是巖體。第二節巖體的工程地質特性及工程地質分類第12頁，課件共29頁，創作于2023年2月3．軟弱結構面：是一類特殊的結構面，特指巖體中具有一定厚度的結構面。它可以是原生的，也可以是次生的，工程地質勘察中應予以特別重視。如砂巖中的泥巖夾層，花崗巖中的裂隙風化帶等。一、巖體結構面類型指切割巖石的所有地質界面，如巖層面、斷層面、節理面等。依據結構面成因將其分為三種類型。1．原生結構面：與巖石同時形成，如層面、片理，收縮裂隙。2．次生結構面：巖石形成后疊加形成的，節理面，斷層面等。第13頁，課件共29頁，創作于2023年2月二、巖體結構類型（巖塊特點+巖塊組合特點）是巖體力學（1951—奧地利學派誕生起）研究的重點內容。

1．結構體形式依據巖石碎塊的面、角特點可分為五種：（1）錐形：即由4個面構成的巖石塊，類似于4面體。第14頁，課件共29頁，創作于2023年2月（2）楔形：具有5個面的巖石塊，類似于楔形，有一個面角遠小于其余各面角的特點。（3）菱形：具有6個面的巖石塊，類似棱形，各面角夾角大小不一。第15頁，課件共29頁，創作于2023年2月（4）方形：具有6個面的巖石塊，但各面角均近似于90°。（5）聚合形：多于6個面的巖石塊。第16頁，課件共29頁，創作于2023年2月

從洞頂懸垂穩定和地基抗滑兩方面來看，上述結構體形式的穩定程度是：聚合形>菱形>方形>楔形>錐形

第17頁，課件共29頁，創作于2023年2月2．巖體結構類型特指工程范圍內由結構面圍限起來的結構體的組合形式，依據巖石類型、結構面性質和結構體形式可將巖體結構分為6種類型：（2）塊狀結構：整體強度高、塊度均勻，與完整巖體相近。（3）鑲嵌結構：塊度具有顯著兩分性，但整體強度仍較高。（1）整體結構：即完整巖體，強度高、力學性質穩定。第18頁，課件共29頁，創作于2023年2月（5）層狀結構：是沉積巖或變質沉積巖具有的結構，受層內軟弱夾層或層間層面特點控制。（6）散體結構：指相對于工程規模巖塊塊度小，細顆粒較多接近松散介質的巖體結構，一般是工程清挖的對象。（4）碎裂結構：巖石完整性差，強度受地質構造控制。第19頁，課件共29頁，創作于2023年2月

作為工程建筑的地基、圍巖或是材料的巖體，因為其巖石質量不同，巖體結構類型不同，巖體結構面類型也有差異，再加上水的參與，風化作用的影響等等，使巖體質量的評定因素十分復雜。但為了滿足工程建設的實際需要必須對巖體的工程地質質量進行分類。

三、巖體的工程地質質量分類第20頁，課件共29頁，創作于2023年2月美國迪爾(伊利諾斯大學)提出，即修正的巖芯采取率法。指以鉆孔獲取的大于10cm的完整巖芯的總長Lp與鉆孔總進尺Lt之比作為巖石質量指標：Lt5016cm15cm14cm1．巖石質量指標（R、Q、D—Rock,qualitydesignation）分類第21頁，課件共29頁，創作于2023年2月依據R.Q.D值的不同將巖體質量分為五個等級：ⅠRQD=90～100%極好的verygoodⅡRQD=75～90%好的goodⅢRQD=50～75%不足的（可以）rathergood或lessgoodⅣRQD=25～50%劣的badⅤRQD=0～25%極劣的verybad

第22頁，課件共29頁，創作于2023年2月方法評述：該方法簡單易行，且可在勘察中伴隨進行，因而為多數工程單位采用，但它過于簡單，難以反映蝕變充填物性質，巖體抗剪性等性質，因此多只作為分類的一個因素而非唯一因素。第23頁，課件共29頁，創作于2023年2月方法評述：即按前述巖體結構類型分類增加工程地質性質評判內容構成，該方法抓住了巖體、工程地質質量分類的實質，但缺乏量化指標，故在實際中較少采用。

2．巖體結構類型分類由中科院地質研究所谷振德在1970’s提出和完善(P147)。第24頁，課件共29頁，創作于2023年2月巖石質量指標節理面糙度裂隙水折減系數

節理組數節理面蝕變程度地應力影響Q=0.01～1000無量納，數值越大，圍巖越堅硬完整。3．巴頓巖體分類挪威，N、巴頓于1974年為適應隧道支護設計而提出，目的是完善RQD分類雖然簡單、但卻不夠全面的不足。是一個六因素組合計算的圍巖巖體質量Q分類法。第25頁，課件共29頁，創作于2023年2月方法評述：該方法定性與定量結合，因素考慮較全面，但是只適用于各類地下洞室，適用面窄。第26頁，課件共29頁，創作于2023年2月

巖石完整系統巖石質量系數巖石風化系數巖石軟化系數M值：<0.004壞巖體0.004～0.12較壞巖體

0.12～2中等巖體