《2019岩体力学ppt课件cha2岩体的地质特征.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019岩体力学ppt课件cha2岩体的地质特征.ppt（59页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、岩 体 力 学,贾洪彪,岩土工程与工程地质系,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,2,第二章 岩体的地质特征, 2.1 几个基本概念 2.2 岩块的物质组成与结构特征 2.3 结构面的特征 2.4 岩体的结构特征 2.5 岩体工程分类,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,3,岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体。 结构面（Structural Plane） 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 岩块（Rock block 或 Rock）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的
2、最小岩石单元体。 岩体（Rockmass）是指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。, 2.1 几个基本概念,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,4,一、岩块的物质组成, 2.2 岩块的物质组成与结构特征,岩块的力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量,粘土矿物,硅酸盐类矿物,碳酸盐类矿物,氧化物类矿物,组成岩石的矿物,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,5,二、岩块的结构特征,岩块的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育
3、情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。,结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。,岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结,胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起。,胶结连结的岩块强度,硅质胶结铁质、钙质泥质胶结,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,6,二、岩块的结构特征,微结构面 削弱岩块的强度，导致各向异性,颗粒形状 强度： 粒状、柱状片状鳞状,颗粒大小 强度： 粗粒细粒,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,7,三、岩块的风化 岩石=矿物组成和结构改变=岩块的物理力学性质改变（强
4、度降低、抗变形性能减弱、空隙率增大，渗透性加大）,风化,衡量岩块的风化程度的指标： 定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。 定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,8,风化空隙率指标(Iw)：快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比。,波速指标 纵波波速（cp） 波速比(kv),风化系数,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,9,硬质岩石按波速指标的风化分级表,岩土工程勘察规范（GB50021-2002）,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程
5、与工程地质系 贾洪彪,10,一、结构面的成因类型,(一)地质成因类型 原生结构面 构造结构面 次生结构面 (二)力学成因类型 张性结构面 剪性结构面, 2.3 结构面特征,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,11,岩体结构面的类型及其特征,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,12,(一)地质成因类型 1.原生结构面岩体在成岩过程中形成的结构面。 沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。 岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触
6、面和原生冷凝节理等。 变质结构面在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶结构面。 2.构造结构面 是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。 3.次生结构面 是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,13,(二)力学成因类型 1、张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等 特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强 2、剪性结构面是剪应力形成的
7、，破裂面两侧岩体产生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。 特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,14,二、结构面的规模,级 指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性； 级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。 级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。 、级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,
8、15,级 指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。 级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律，需用统计方法进行研究。 级 又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。,二、结构面的规模,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,16,走向、倾向、倾角 结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。,三、 产状,据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度与结构面倾角
9、间的关系为：,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,17,四 连续性 结构面的连续性反映结构面的贯通程度。 1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和(a)与测线长度的比值。,K1变化在01之间，K1值愈大说明结构面的连续性愈好，当K11时，结构面完全贯通。 2、面连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面面积之和与总面积的比值。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,18,结构面连续性分级表,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,19,五 密度 结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 1
10、、线密度(Kd)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)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。 Kd与d互为倒数关系 如果测线水平布置，且与结构面法线的夹角为，结构面的倾角为时:,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,20,结构面间距分级表,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,21,用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation),岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心长度之和与钻孔总进尺的百分比。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩
11、土工程与工程地质系 贾洪彪,22,六 张开度 结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。 结构面两壁面一般不是紧密接触，使结构面实际接触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。 如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的渗透系数(Kf)可表达为：,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,23,结构面张开度分级表,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,24,级及部分级结构面的产状、迹长、间距及张开度等几何特征参数，服从一定的随机分布规律。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,25,2019/5
12、/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,26,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,27,七 形态 结构面的形态可以用侧壁的起伏形态及粗糙度来反映。 结构面侧壁的起伏形态分为：平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的。,侧壁的起伏程度可用起伏角 (i)表示。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,28,结构面的粗糙度用粗糙度系JRC(joint roughness coefficient)表示。 随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。 根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划分为10级。,2019/5/29
13、,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,29,八 充填胶结特征,结构面胶结后力学性质有所增强，Fe质胶结的强度最高，泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。,未胶结的结构面，力学性质取决于其充填情况，可分为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填4类 1 薄膜充填是结构面两壁附着一层极薄的矿物膜，厚度多小于1mm，多明显降低结构面的强度。 2 断续充填结构面的力学性质与充填物性质、壁岩性质及结构面的形态有关。 3 连续充填结构面的力学性质主要取决于充填物性质。 4 厚层充填结构面的力学性质很差，主要取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。,2019/5/29,
14、中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,30,九 软弱结构面,软弱结构面是岩体中具有一定厚度的软弱带(层)，与两盘岩体相比具有高压缩和低强度等特征，在产状上多属缓倾角结构面。 主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其他夹泥层等。 特性： 1、由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构 或泥质定向结构 2、粘粒含量很高 3、含水量接近或超过塑限 4、密度比原岩小 5、常具有一定的胀缩性 6、力学性质比原岩差 7、强度低 8、压缩性高 9、易产生渗透变形,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,31,十、结构面的组合关系 结构面的组合关系控制着可
15、能滑移岩体的几何边界条件、形态、规模、滑动方向及滑移破坏类型，它是工程岩体稳定性预测与评价的基础。 任何坚硬岩体的块体滑移破坏，都必须具备一定的几何边界条件。因此，在研究岩体稳定性时，必须研究结构面之间及其与临空面之间的组合关系，确定可能失稳块体的形态、规模和可能滑移方向等。 结构面组合关系的分析可用赤平投影、立体投影和三角几何计算法等进行。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,32,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,33,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,34,2019/5/29,中国地
16、质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,35,2.4 岩体的结构特征,一、岩体的组成 岩体是由结构面网络及其所围限的岩块 (结构体)所组成。 具有一定的结构是岩体的显著特征之一。 岩体中存在着复杂的天然应力状态和地下水，这是岩体与其他材料的根本区别之一。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,36,二、岩体的结构 岩体结构(rockmass structure)指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。 1 结构体特征 结构体(structural element)指岩体中被结构面切割围限的岩石块体。它不同于岩块的概念。 结构体的规模取决于结构面的密度，密度愈小
17、，结构体的规模愈大,与结构面对应,划分为五级。 常用块度模数（单位体积内的级结构体数) 或结构体体积来表示结构体规模。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,37,结构体的形状示意图,结构体常见的形状:柱状、板状、楔形、菱形 形状不同，稳定性不同。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,38,2 岩体的结构类型,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,39,三、岩体成因与岩体特征,1 岩浆岩体 无层理，产状复杂。根据岩浆活动方式，岩浆岩可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。 2 沉积岩体 具有层理构造，岩
18、体呈层状结构。沉积岩包括他生沉积岩和自生沉积岩两大类。 3 变质岩体 多数岩石变质后都经历了不同程度的重结晶作用，结构较致密，抗水性增强，孔隙率较低，透水性弱，抗变形性能好，强度高。因此与沉积岩相比，变质岩的性质一般要好些。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,40,方法：通过岩体的一些简单和容易实测的指标，把工程地质条件和岩体力学性质参数联系起来，并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对岩体进行归类的一种工作方法。 目的：通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择
19、等提供参数和依据。,2.5 岩体的工程分类,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,41,一、岩块的工程分类 1、Deere &Miller 双指标分类 分类指标：岩块抗压强度（c）、模量比（Et/c）,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,42,2 国标岩土工程勘察规范分类 分类指标：新鲜岩块的饱和单轴抗压强度（cw）,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,43,二、岩体的工程分类,1 岩体质量分级 2 洞室围岩分类 3 岩体地质力学分类（RMR分类） 4 巴顿岩体质量分类（Q分类）,2019/5/
20、29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,44,1、岩体质量分级（工程岩体分级标准GB50218-94） 分级指标：岩体基本质量指标BQ BQ=90+3cw +250 Kv 当cw90Kv30时，令cw90Kv30 当Kv0.04cw0.4时，令Kv0.04cw0.4,Jv与Kv对照表,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,45,分级方法： （1）按岩体基本质量指标BQ进行初步分级 （2）根据天然应力、地下水和结构面方位等对BQ进行修正 （3）按修正后的BQ进行详细分级,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,46,岩
21、石坚硬程度划分表,岩体完整程度划分表,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,47,各级岩体物理力学参数及围岩自稳能力表,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,48,当地下洞室围岩处于高天然应力区或围岩中有不利于岩体稳定的软弱结构面和地下水时，岩体BQ值应进行修正，修正值BQ按下式计算： BQBQ100(K1K2K3) K1-地下水影响修正系数； K2-主要软弱面产状影响修正系数； K3-天然应力影响修正系数。 根据修正值的BQ进行重新分级。确定各级岩体的物理力学参数和围岩自稳能力。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程
22、与工程地质系 贾洪彪,49,地下水影响修正系数(K1)表,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,50,主要软弱结构面产状影响修正系数(K2)表,天然应力影响修正系数(K3)表,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,51,2、洞室围岩分类 （锚杆喷射混凝土支护技术规范）,分类指标：岩体结构、结构面发育特征、岩石强度及岩体声学性质、 优点：给出了毛洞自稳性的工程地质评价，给出了各类围岩的喷锚支护设计参数及围岩物理力学性质的计算指标。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,52,GBJ86-2002围岩分
23、类,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,53,3 岩体地质力学分类(RMR分类) 分类指标：岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水 分类方法： （1）根据各类指标的数值，按表2-20A的标准评分，求和得总分RMR值。 （2）按表2-20B和表2-21的规定对总分作适当的修正。 （3）用修正后的总分对照表2-20C求得岩体的类别及相应的无支护地下洞室的自稳时间和岩体强度指标(c，)值。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,54,（1）根据各类指标的数值，按右表的标准评分，求和得总分RMR值。,2019/5/29,中国地质
24、大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,55,（2）按下表的规定对总分作适当的修正。,按节理方向修正评分值,节理走向和倾角对隧道开挖的影响,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,56,（3）根据修正后的总分确定岩体的类别及相应的无支护地下洞室的自稳时间和岩体强度指标(c，)值。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,57,4、巴顿岩体质量(Q)分类 分类指标：Q值 RQD岩石质量指标； Jn节理组数； Jr节理粗糙系数； Ja节理蚀变系数； Jw节理水折减系数； SRF应力折减系数。 Jw/SRF水与其它应力存在时对岩体质量的影响 RQD/Jn岩体的完整性； Jr/Ja结构面(节理)的形态、充填物特征及其次生变化程度； 分类方法：确定各参数的数值，求得Q值，以Q值为依据将岩体分为9类。,2019/5/29,中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系 贾洪彪,58,实验安排,