岩体的工程地质特性

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1、在20世纪以前，由于生产规模和科学水平的限制，人们认为建筑物的安全仅与岩石的软硬有关、很少怀疑其整体稳定性。后来，随着生产和科学技术的发展，修建在岩基上的工程日益增多，规模也愈来愈大，出现了一些工程灾难性工程事故，使人们认识到，岩石地基的好坏不仅取决于岩石本身强度，而且还与多种因素有关，从而提出了岩体的概念，并开始注意有影响的其他因素。影响岩体稳定的因素有地形地貌条件岩性地质构造岩体的结构特征地应力地下水建筑物的规模、类型和施工方法等在多数情况下岩体结构特征可成为控制性因素。第一节岩体的结构特征一、结构面的成因类型根据成因，结构面分为原生的

2、和次生的两大类。（一）原生结构面原生结构面是在岩石成岩过程中形成的，分为以下三类。1、沉积结构面层面沉积间断面沉积软弱夹层等沉积软弱夹层的强度低，遇水易软化。2、火成结构面岩浆侵入、喷出后冷凝过程中形成的结构面3、变质结构面残留的变余结构面变成的重结晶结构面（二）构造结构面节理劈理断层层间剪切带等。节理面分布最广泛，断层的延伸规模很大。（三）次生结构面由风化作用、卸荷及人类活动所形成的结构面卸荷裂隙风化裂隙风化夹层泥化夹层等二、结构面的特征一般从方位、间距、延续性、粗糙度、侧壁强度、张开度、充填物、渗流、节理组数、块体大小十个方面进行研究。

3、（1）方位：即结构面的产状，表示方法与岩层产状相同。（2）间距：指一组结构面的平均间距。（3）延续性：它是表征结构面延伸长度和展布范围的指标。（4）粗糙度：结构面的粗糙程度可用粗糙系数（JRC）表示。（5）结构面侧壁强度：它可以反映结构面经受风化的程度，可用施密特回弹仪或点荷载仪测定结构面侧壁的强度。（6）张开度：指结构面两壁间的垂直距离。我国通常将张开度分成下述四级：闭合的小于0.2mm；微张的为0.2～1.0mm；张开的为1.0～5.0mm；宽张的大于5.0mm。（7）充填物：常见的充填物有砂、粘土、角砾、岩屑及硅质、钙质、石膏质沉淀物

4、。（8）渗流：（9）节理组数：（10）块体大小与形状：软弱夹层是指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较广和厚度较薄的软弱岩层。软弱夹层具有明显的低强度和高压缩性，大约是坚硬岩层的1/5～1/50。一般软弱夹层的强度和变形参数如下：磨擦系数f＜0.5饱和抗压强度Rb≤10MPa变形模量E0≤1000MPa软弱夹层是控制岩体稳定性的极端重要的因素许多工程的失事均与此有关。（一）软弱夹层的成因与分类原生次生一般按成因将软弱夹层分为沉积型、火成型、变质型、构造型、风化型及充填型（二）软弱夹层的特性软弱夹层的物理力学性质

5、与夹层的物质组成、颗粒大小、含水量及起伏程度等多种因素有关。无论那种软弱夹层与围岩相比，都具有单轴抗压强度低，峰值磨擦系数小，变形模量小等特征，因而工程性质普遍较差，以泥化夹层最为突出。形成泥化夹层一般认为必须具备下述三个条件。（1）物质基础。粘土岩类夹层是泥化夹层形成的物质基础。（2）构造作用。构造作用可以破坏原来粘土岩夹层的完整性，为地下水的渗入提供通道；同时，原岩的矿物颗粒联接也会受到严重的破坏，为泥化提供了重要的有利条件。（3）地下水的作用。水在粘粒周围形成结合水膜，使颗粒进一步分散，颗粒间连接力减弱，含水量增加，使粘土岩夹层处于塑

6、态甚至接近流态，即产生了泥化。第二节岩体的主要力学特性一、岩体的变形特征岩体的变形通常包括结构面和结构体变形两部分。应力-应变曲线分为四个阶段；OA节理压密闭AB弹性变形阶段BC微破裂或塑性变形；CD破坏阶段。对多数岩体而言，一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值。因此，设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。图5-4岩石、岩体与结构面的σ-ε关系曲线变形模量或弹性模量是表征岩体变形的重要参数。岩体在荷载作用下对应于每一级压力的变形，均有弹性变形残余变形变形模量和弹性模量分别为图5-5岩体的弹性变形εe与残余变形εp岩体在加载变形过程中，其

7、压力（P）与变形（W）的关系曲线通常为下列三种类型：直线型：是岩体完整，裂隙少、致密的反应。上凹型：反映出岩体中节理发育且充填不好。上凸型：反映了岩体表层坚硬，深部软弱岩层。图5-6岩体变形曲线的三种基本类型（a）直线型（b）上凹型（c）上凸型二、岩体的流变特征流变:应力或变形随时间而变化的性质称。流变性有蠕变和松驰两种表现形式。蠕变：指在应力一定的条件下，变形随时间的持续而逐渐增长的现象。松弛：指在变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。典型的蠕变曲线可分为以下三个阶段。（1）初始蠕变阶段（2）等速蠕变阶段（3）加速蠕变阶段图5

8、-7不同应力条件下岩体的蠕变曲线o第三节岩体的天然应力状态岩体在天然状态下所存在的内在应力称为天然应力或初始应力，在地质学中，通常又称它为地应力。一、天然应力的组成图自重应力构造