岩石结构面、力学性质岩体力学.ppt

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1、3.1概述工程涉及的实际岩体与实验室内测试的岩石试件的力学性能有着很大的差别，引起这种差别的主要因素有：（1）岩体的非连续性；（2）岩体的非均质性；（3）岩体的各向异性；（4）岩体的含水性等。其中最关键的因素是岩体的非连续性。结构面（亦称弱面）：岩体内存在的各种地质界面，包括：不连续面和物质分异面，如裂隙、节理、层理、软弱夹层、断层及断裂破碎带等。结构体（亦称岩块）：岩体中的各种结构面依其本身的产状，彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩石块体，称为结构体。岩体的变形与强度，取决于构成岩体的岩块和结构面的力学性能。结构面弱化了岩体的力学性能，决定了岩体工程的稳定性，导致岩体的各

2、向异性，成为岩体渗流的主要通道。大至地震、滑坡，小到地下工程的冒顶、片邦，一般都是沿结构面活动和发展的。3.2岩体结构的基本类型岩体结构是指岩体中结构面与结构体的空间排列组合特征。岩体结构包括两个基本要素或称结构单元，即结构面和结构体。3.2.1结构体特征结构体的大小及形态主要取决于结构面的密度及其空间组合关系。结构体常见的形状有：块状、柱状、层状、板状、碎块状及碎屑状。3.2.2岩体结构的类型在《岩土工程勘察规范（GB50021-2001）》中，将岩体结构划分为5大类（见下表）。岩体结构类型岩体地质类型结构体形状结构面发育情况岩土工程特征可能发生的岩土工程问题整体状结构巨块状岩浆岩和变质岩巨

3、块状以层面和原生、构造节理为主，多呈闭合型，间距大于1.5m，一般为1~2组，无危险结构岩体稳定，可视为均质弹性各项同性体局部滑动或坍塌；深埋洞室的岩爆块状结构厚层状沉积岩，块状岩浆岩和变质岩块状柱状有少量贯穿性节理裂隙，结构面间距0.7~1.5m，一般为2~3组，有少量分离体结构面互相牵制，岩体基本稳定，接近弹性各项同性体层状结构多韵律薄层、中厚层状沉积岩，副变质岩层状板状有层理、片理、节理，常有层间错动变形和强度受层面控制，可视为各向异性弹塑性体，稳定性极差可沿结构面滑塌；软岩可产生塑性变形碎裂状结构构造影响严重的破碎岩层碎块状断层、节理、片理、层理发育，结构面间距0.25~0.5m，一般

4、为3组以上，有许多分离体整体强度很低，并受较弱结构面控制，呈弹塑性体，稳定性很差易发生规模较大的岩体失稳；地下水加剧失稳散体状结构断层破碎带，强风化及全风化带碎屑状构造和风化裂隙密集，结构面错综复杂，多充填粘性土，形成无序小块和碎屑完整性遭极大破坏，稳定性极差，接近松散体介质易发生规模较大的岩体失稳；地下水加剧失稳3.3结构面的特性3.3.1结构面的几何特征3.3.1.1结构面的产状是指结构面在空间的分布状态，可由走向、倾向和倾角三要素来表示。（1）走向：是指结构面与水平面相交的交线方向；（2）倾向：是与走向成垂直的方向，它是结构面上倾斜线最陡的方向；（3）倾角：是指水平面与结构面之间所夹的最

5、大角度。由于走向可根据倾向来加以推算，故一般只用倾向、倾角来表示。结构面产状由倾向角β和倾角α确定。表示结构面的外法线，设为单位矢量，则在坐标轴上的分量分别为：sinαsinβ，sinαcosβ,conα。这样，结构面的空间方位就可用单位矢量来表示，即=(sinαsinβ,sinαcosβ,conα)3.3.1.2结构面的连续性结构面的连续性又称为结构面的延展性或贯通性，常用迹长、线连续性系数和面连续性系数表示。（1）迹长结构面与勘测面交线的长度，称为迹长。国际岩石力学学会(ISRM，1978年)制订的分级标准(见下表)。描述很低连续性低连续性中等连续性高连续性很高连续性迹长/m<11~33~

6、1010~20>20（2）线连续性系数Kl是指沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和与测线长度的比值。（3）面连续性系数Ka是指结构面延伸方向，结构面面积之和与被测试岩体总面积的比值，即式中：a——结构面面积之和，m2；A——被测试岩体总面积，m2；3.3.1.3结构面的密度是指结构面发育的密集程度，常用线密度、间距等指标表示。（1）线密度Kρ：是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数(条／m)；（2）间距d：是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。两者互为倒数关系，即当岩体上有组方向的结构面时，如下图所示，有两组结构面：则沿测线上的n组结构面间距为：,,…….,结构面的密度

7、为：ISRM(1978年)结构面密度分级标准（见下表）。描述极密集很密集密集中等密集稀疏很稀疏极稀疏间距/mm<2020~6060~200200~600600~20002000~6000>60003.3.1.4结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离，分级见下表。描述结构面张开度/mm状　态很紧密紧密部分张开<0.10.1~0.250.25~0.5闭合结构面张开中等宽的宽的0.5~2.52.5~