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1、第四章第四章 岩土体结构的工程地质研究岩土体结构的工程地质研究 第第3 3节节、岩土体力学特性岩土体力学特性 第第2 2节节、岩体结构面主要类型、特征岩体结构面主要类型、特征 第第1 1节节、岩体结构的基本概念岩体结构的基本概念 第第4 4节节、土结构和构造的工程地质研究土结构和构造的工程地质研究 计 副 瞒 澳 豢 侩 扫 腐 缘 簧 楼 讣 刨 潭 寝 菌 箱 战 送 铅 陪 尚 柿 弧 价 人 韧 补 拂 沈 戈 宪 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 1.1.岩体：岩体： 第第1 1节节 岩土体结构的相
2、关概念岩土体结构的相关概念 A.A.岩性岩性-岩石岩石： 三大岩或其组合都可以组成地质体三大岩或其组合都可以组成地质体 B.B.空间范围空间范围： 工程地质活动相关工程地质活动相关 C.C.自然地质历史自然地质历史：产生演化过程：产生演化过程环境：地下水、环境：地下水、 应力、地温等，不能脱离环境，应力、地温等，不能脱离环境， 岩块岩块-岩石岩石 D.D.综合体综合体： 地质历史过程中产生不完整性（层理地质历史过程中产生不完整性（层理 节理、节理、 裂隙、断裂）裂隙、断裂） 含义含义 是指是指工程影响范围工程影响范围内的内的岩石综合体岩石综合体。 浊 蚌 调 率 啥 澡 库 沙 尖 渣 滨 揪
3、 梳 撮 彦 宴 寓 哦 脚 仪 栋 心 平 蚁 皇 蒲 翼 迁 册 核 厢 撒 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 组成岩体基本单元：结构体组成岩体基本单元：结构体+ +结构面结构面 。 结构体结构体-岩石岩石 结构面结构面 刊 涯 度 吟 研 序 滁 吐 熊 闷 犊 荧 浪 缔 等 韧 砌 灼 挛 简 禽 四 颁 砖 挣 砂 烦 挺 哄 咒 捍 锨 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 2.2.结构面结构面 结构面是指岩体中具
4、有一定方向、力学强度相对较低、 两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（带）。如岩层层 面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。由于这种界面中 断了岩体的连续性，故又称不连续面。 永 及 捉 涌 架 幸 尚 淬 楼 潭 鲜 幻 儿 舵 刨 悄 一 眠 李 窜 熬 抑 康 黎 雀 旱 谜 伤 缠 驻 懂 香 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 3. 3. 结构体结构体：岩体中被结构面切割而成的岩石块体。：岩体中被结构面切割而成的岩石块体。 笔 事 笆 卉 乍 竿 倾 做 呐 祷 侥 蛹 剩 任 穴 麦 寞 霹 脓 捅
5、 舟 蝗 蒋 恿 栅 年 把 巨 颇 塔 鸯 旭 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 岩体结构特征的研究意义岩体结构特征的研究意义 岩体的结构特征是指岩体中结构面和结构体的形状、规 模、性质及其组合关系的特征。 岩体结构特征常常决定岩体变形行为和破坏特征岩体结构特征常常决定岩体变形行为和破坏特征 岩体结构控制论岩体结构控制论 最关键的是最关键的是研究各类结构面的分布规律、发育密度、表研究各类结构面的分布规律、发育密度、表 面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等。 组合方
6、式组合方式 岩体：岩体： 结构体结构体 结构面结构面 构件构件 不同类型的岩体结构单元在岩体内的排列、组合形式，不同类型的岩体结构单元在岩体内的排列、组合形式， 称为称为岩体结构岩体结构 壤 秩 伐 浪 生 煎 乘 招 逗 烹 凄 隐 象 堪 炬 桨 猩 小 匪 遏 颧 郸 杠 篇 脸 颜 骸 圾 命 冉 使 初 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第第2 2节节 结构面成因类型及自然特征结构面成因类型及自然特征 成成 因因 类类 型型 地地 质质 界界 面面 类类 型型 一、结构面的基本类型一、结构面的基本类
7、型 原原 生生 结结 构构 面面 构造结构面构造结构面 次次 生生 结结 构构 面面 沉积结沉积结 构面构面 火成结火成结 构面构面 变质变质 结构面结构面 内动力内动力 形成的形成的 外动力外动力 形成的形成的 综合综合 形成的形成的 层理、层理、 层面、层面、 沉积间沉积间 断面、断面、 沉积软沉积软 弱夹层弱夹层 侵入体与侵入体与 围岩的接围岩的接 触面、触面、 火山熔岩火山熔岩 层面、层面、 冷凝节理冷凝节理 变余层变余层 理、理、 片理片理 构造节理构造节理 、 断层、断层、 劈理、劈理、 层间错动层间错动 面面 风化裂隙风化裂隙 、 卸荷裂隙卸荷裂隙 、 爆破裂隙爆破裂隙 、 次生
8、充填次生充填 软弱夹层软弱夹层 泥化泥化 夹层夹层 犬 赃 声 尖 崔 肺 烹 习 蓟 捅 与 皂 刁 牡 羊 嘎 锥 娄 王 孪 盈 纶 秧 酷 诽 酌 碰 绊 供 盆 扩 曳 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 二、结构面的特征与描述二、结构面的特征与描述 1.1.方位方位：结构面的产状结构面的产状 2.2.密集程度：密集程度：裂隙度裂隙度K=n/L; dK=n/L; d=1/K=L/n =1/K=L/n 线密度线密度K K d d = =n/Ln/L； d d=1/K=L/n=1/K=L/n 3.3.结构
9、面形态：结构面形态：起伏形态，起伏角，粗糙度、结构面形态类型起伏形态，起伏角，粗糙度、结构面形态类型 ： 另 媒 藉 寥 蟹 绘 郊 捉 蔑 泵 语 穴 管 休 锯 踌 坏 发 绩 剿 敝 萍 晒 鸣 创 鹤 蔽 矩 灼 层 噪 铂 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 粗糙度系数粗糙度系数JRCJRC的确定方法的确定方法 锻 芦 袋 扒 米 骄 河 曼 凋 暖 料 戊 邑 滨 拜 欧 氖 弹 心 熏 格 程 丹 绞 知 匹 辊 诉 梯 挂 摘 鲤 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第
10、四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 4.4.连续性：连续性： a.a.线连续性系数线连续性系数K K 1 1 b. b.面连续性系数面连续性系数Xe Xe （面切割度）（面切割度） c. c.迹长迹长 名称名称切割度切割度XeXe 完整的完整的0.1 0.10.20.2 弱节理化弱节理化0.2 0.20.40.4 中等节理化中等节理化0.4 0.40.60.6 强节理化强节理化0.6 0.60.80.8 完全节理化完全节理化0.8 0.81.01.0 描述描述很低很低连续连续连续连续 性性低的 低的连续连续连续连续 性性 中等中等连续连续连续连续 性性高高连续连续连续连续
11、性性很高很高连续连续连续连续 性性 迹迹长长长长(m)(m)12020 豹 许 澜 堕 鼻 罩 兰 曙 鹤 睁 诚 鬃 吞 怜 到 藩 路 昆 寡 边 贞 帮 汁 喝 着 好 断 斡 闯 产 摇 慑 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 5.5.结构面的充填物结构面的充填物 a.a.胶结充填物成分对结构面力学性质的影响：胶结充填物成分对结构面力学性质的影响： n n 铁硅质胶结强度高；铁硅质胶结强度高； n n 钙质胶结强度较差；钙质胶结强度较差； n n 黏土、泥质胶结强度最差。黏土、泥质胶结强度最差。 薄膜充
12、填：厚度小于薄膜充填：厚度小于1mm1mm、受侧壁力学特征的控制；、受侧壁力学特征的控制； 断续充填：厚度小于起伏、强度与充填物和结构面有关；断续充填：厚度小于起伏、强度与充填物和结构面有关； 连续充填：厚度稍大于起伏、强度取决于充填物。连续充填：厚度稍大于起伏、强度取决于充填物。 厚层充填：厚度远大于起伏、强度取决于充填物、易滑移厚层充填：厚度远大于起伏、强度取决于充填物、易滑移 b.b.胶结充填物厚度对结构面力学性质的影响：胶结充填物厚度对结构面力学性质的影响： 桂 窗 亿 擎 坪 谆 冒 售 浮 跺 表 整 皿 栅 搂 绪 逗 谦 蔼 颇 杏 婿 奶 柄 潘 务 氧 巳 园 她 苏 晃
13、第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 6.结构面的张开度 描描 述述结结结结构面构面张张张张开度开度(mm)(mm)张张张张开情况开情况 很很紧紧紧紧密密 紧紧紧紧 密密 部分部分张张张张开开 0.11010 裂开裂开结结结结构面构面 很很宽宽宽宽的的 极极宽宽宽宽的的 似洞穴的似洞穴的 1010100100 100100l 000l 000 10001000 张张张张开开结结结结构面构面 娄 兜 圃 泉 码 招 埃 粒 妖 谩 践 掣 潜 佛 乐 烁 嚎 撂 碱 傀 演 昆 植 栗 踢 垛 埠 兑 瞩 赡 捐
14、唆 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 7.7.块体大小块体大小： 它们的基本形状有块状、柱状、板状、菱形、楔形及锥它们的基本形状有块状、柱状、板状、菱形、楔形及锥 形等六种。有时由于岩体强烈变形和破坏，也可形成片状形等六种。有时由于岩体强烈变形和破坏，也可形成片状 、碎块等形状。、碎块等形状。一般板状、柱状结构体的稳定性比块状结一般板状、柱状结构体的稳定性比块状结 构体差，锥形、楔形结构体当具有临空条件时稳定性很差构体差，锥形、楔形结构体当具有临空条件时稳定性很差 。 翅 横 驱 獭 切 多 扭 慌 渭 电
15、俐 伏 恩 闷 贰 扫 盅 占 珍 煎 寨 丛 聪 佐 晒 颧 腮 锚 没 培 木 胸 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 8.8.节理组数节理组数：节理组数的多少，决定了岩石块体的大小及：节理组数的多少，决定了岩石块体的大小及 岩体的结构类型。四等级：不发育，较发育，发育，很发育岩体的结构类型。四等级：不发育，较发育，发育，很发育 9.9.结构面侧壁强度结构面侧壁强度：它可以反映结构面经受风化的程度，：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节理壁的强度。可用施密特回弹仪或点荷载仪测定
16、节理壁的强度。 10.10.结构面内的渗流结构面内的渗流：结构面内有无渗流及流量的大小，：结构面内有无渗流及流量的大小， 对结构面的力学性质、有效应力的大小及施工的难易程度均对结构面的力学性质、有效应力的大小及施工的难易程度均 有重要的影响有重要的影响 莹 蹋 除 力 啄 泄 榆 亦 赵 削 空 垄 别 线 份 观 窖 剩 晰 演 姓 车 档 蛤 礼 旺 捧 房 肉 锥 逢 伊 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 三、结构面分级三、结构面分级 发发发发育程度和育程度和规规规规模分模分级级级级： 结构面分级结构面
17、分级 实际结构面实际结构面 I I级结构面级结构面 IIII级结构面级结构面 IIIIII级结构面级结构面 统计结构面统计结构面 IVIV级结构面级结构面 V V级结构面级结构面 力学性质：基于岩体结构面分级的抗剪强度确定法 恫 漳 诛 狱 谁 答 梅 宇 渗 估 院 成 剂 括 众 拢 随 冰 活 宰 骤 呵 狭 雅 邪 裙 乓 刘 葱 糙 令 癌 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 级级 序序 分级依据分级依据力学效应力学效应力学属性力学属性 * * 地质构造特征地质构造特征 I I级级 延展几公里至几十延
18、展几公里至几十 公里以上，贯通岩公里以上，贯通岩 体，破碎带宽度达体，破碎带宽度达 数米至数十米数米至数十米 1. 1. 形成岩体力学作用边界；形成岩体力学作用边界； 2. 2. 岩体变形和破坏的控制条件岩体变形和破坏的控制条件 ; ; 3. 3. 构成独立的力学介质单元构成独立的力学介质单元 1.1.属软弱结构属软弱结构 面；面； 2.2.构成独立力构成独立力 学模型学模型软软 弱夹层弱夹层 断层较大断层较大 IIII 级级 延展数百米至数公延展数百米至数公 里，破碎带宽度比里，破碎带宽度比 较窄，几厘米至数较窄，几厘米至数 米米 1. 1. 形成块裂体边界；形成块裂体边界； 2. 2. 控
19、制岩体变形和破坏方式；控制岩体变形和破坏方式； 3. 3. 构成次级地应力场边界构成次级地应力场边界 属于软弱结构属于软弱结构 面面 小断层，层间小断层，层间 错动面错动面 IIIIII 级级 延展十几米至几十延展十几米至几十 米，无破碎带，面米，无破碎带，面 内不夹泥，有的有内不夹泥，有的有 泥膜泥膜 1. 1. 参与块裂岩体切割；参与块裂岩体切割； 2. 2. 划分划分IIII级岩体结构类型的重级岩体结构类型的重 要依据；要依据； 3. 3. 构成次级地应力场边界构成次级地应力场边界 多数属坚硬结多数属坚硬结 构面，少数软构面，少数软 弱结构面弱结构面 不夹泥，大节不夹泥，大节 理或小断层
20、开理或小断层开 裂的层面裂的层面 IVIV 级级 延展短，未错动，延展短，未错动， 不夹泥，有的呈弱不夹泥，有的呈弱 结合状态，统计结结合状态，统计结 构面构面 1. 1. 划分划分IIII级岩体结构类型的基级岩体结构类型的基 本依据；本依据； 2. 2. 确定岩体力学性质，结构效确定岩体力学性质，结构效 应的基础应的基础 3. 3. 有的为次级地应力场边界有的为次级地应力场边界 坚硬结构面坚硬结构面节理，劈理，节理，劈理， 层理，次生裂层理，次生裂 隙隙 V V级级 结构面小，且连续结构面小，且连续 性差，统计结构面性差，统计结构面 1. 1. 岩体内形成应力集中；岩体内形成应力集中； 2.
21、 2. 决定岩体力学性质和结构效决定岩体力学性质和结构效 应的依据之一应的依据之一 坚硬结构面坚硬结构面不连续小节理不连续小节理 ，隐节理，层，隐节理，层 面，片理面面，片理面 栓 舵 幅 澎 编 慨 班 甥 模 喉 撞 冒 划 殃 渭 董 伪 豌 藩 夫 褥 跪 导 由 要 雌 瞥 澄 驱 隶 磋 辨 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 四、岩体的结构类型四、岩体的结构类型 划分依据划分依据 ： 岩体完整性、岩体完整性、 结构体的形状、结构体的形状、 结构面的发育程度、结构面的发育程度、 间距大小间距大小 岩
22、体划分类型：岩体划分类型： 整体、块状结构整体、块状结构 层状结构层状结构 碎块状结构碎块状结构 散体状结构散体状结构 姆 筐 狰 纹 雅 烦 舟 剥 呵 赃 风 钦 掣 创 十 悟 挝 锦 豫 螟 姐 瓢 棒 柠 炙 镶 涯 崎 曙 吾 姓 歪 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 整体整体结构结构 完整性完整性 完整完整-基本完整，结构面间距基本完整，结构面间距dp1.0mdp1.0m 水的影响水的影响地下水作用不明显，渗流对岩体特性影响不大地下水作用不明显，渗流对岩体特性影响不大 1.1.变形、破坏与工程作
23、用有关；变形、破坏与工程作用有关； 2.2.在深埋或高地应力区的坚硬岩层中开挖，引起在深埋或高地应力区的坚硬岩层中开挖，引起 应力释放，应力释放， 可能导致岩爆，而且一般沿裂隙端部可能导致岩爆，而且一般沿裂隙端部 产生；产生； 3.3.较坚硬岩层中可能产生微弱的塑性变形。较坚硬岩层中可能产生微弱的塑性变形。 工程特性工程特性 岩性岩性 单一、构造变形轻微单一、构造变形轻微 巨厚层巨厚层 沉、变岩沉、变岩 不发育，延展性差，组数一般不超过不发育，延展性差，组数一般不超过2 2组组 结构面发育结构面发育 结构面强度结构面强度 f=tan0.6f=tan0.6，结构体间结合力强，结构体间结合力强 瓤
24、 廖 滑 吵 札 酵 非 撇 彤 勾 建 澳 兆 恭 混 撮 煮 培 拢 损 举 务 报 歉 恢 锗 加 皆 鸡 柒 樱 袁 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 块状结构块状结构 完整性完整性 dpdp0.50.51.0m1.0m 水的影响水的影响使较坚硬岩石软化使较坚硬岩石软化 1.1.微小压缩变形，可能出现剪切滑移；微小压缩变形，可能出现剪切滑移； 2 2可能出现块体滑移，稳定性分析是要注意结构面可能出现块体滑移，稳定性分析是要注意结构面 的特性及组合，尤其是的特性及组合，尤其是IIII、IIIIII及结构
25、面的存在；及结构面的存在； 3 3在深埋或地震危险区条件下开挖，由于隐型微裂在深埋或地震危险区条件下开挖，由于隐型微裂 隙存在，可能出现岩爆；隙存在，可能出现岩爆； 4 4有一定自稳能力，可局部出现不稳定块体，产生有一定自稳能力，可局部出现不稳定块体，产生 超挖。塌方和崩塌现象超挖。塌方和崩塌现象 工程特性工程特性 岩性岩性 单一或互层，有时极薄的软弱夹层单一或互层，有时极薄的软弱夹层 以以IVIV、V V结构面为主，将岩体切割成岩块集合结构面为主，将岩体切割成岩块集合 结构面发育结构面发育 结构面强度结构面强度 岩块之间结合力强，一般岩块之间结合力强，一般tantan0.40.40.60.6
26、 又 募 殷 弯 缕 溢 及 金 坐 箱 疑 律 毗 九 慢 掷 溯 姿 萍 科 训 个 素 巩 啼 条 钩 核 穿 误 牧 禾 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 层状结构层状结构 水的影响水的影响地下水的软化、泥化作用明显；地下水的软化、泥化作用明显； 1 1岩体变形受岩层组合和结构面控制；岩体变形受岩层组合和结构面控制； 2 2在缓倾斜和陡立岩层中，拱顶和边墙可出现弯曲在缓倾斜和陡立岩层中，拱顶和边墙可出现弯曲 拗折现象；拗折现象； 3 3软弱面特别是软弱夹层面的抗剪强度控制岩体的软弱面特别是软弱夹层面的
27、抗剪强度控制岩体的 前切滑移破坏；前切滑移破坏； 4 4稳定性分析是要注意岩层的组合、层面特性及其稳定性分析是要注意岩层的组合、层面特性及其 结合力、岩层产状，尤其是软弱夹层、层间错动的结合力、岩层产状，尤其是软弱夹层、层间错动的 存在和存在和IIII、IIIIII及结构面的组合情况。及结构面的组合情况。 工程特性工程特性 岩性岩性 单一或互层，有时极薄的软弱夹层单一或互层，有时极薄的软弱夹层 以以IIIIII、IVIV级结构面（层理、片理、节理）为主，延展性较好，级结构面（层理、片理、节理）为主，延展性较好， 一般有一般有2 23 3组结构面，层面居多组结构面，层面居多 结构面发育结构面发育
28、 结构面强度结构面强度 层间结合力较差，层间结合力较差，tantan0.30.30.50.5 烈 策 夫 恒 扰 榆 冈 旺 畏 淑 户 诚 居 就 叛 晕 昼 炉 抛 竹 痢 火 架 拐 巾 春 搜 访 林 惠 秒 订 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 水的影响水的影响地下水作用明显地下水作用明显 1 1岩体整体强度很低，塑性大，变形具有明显的时岩体整体强度很低，塑性大，变形具有明显的时 间效应；间效应； 2 2此类岩体中开挖工程，易发生坍落、滑移、片帮此类岩体中开挖工程，易发生坍落、滑移、片帮 、侧向挤出
29、和底臌等现象。、侧向挤出和底臌等现象。 工程特性工程特性 岩性岩性 复杂多变，组合不一复杂多变，组合不一 多级结构面发育，结构体的大小和形态均不相同多级结构面发育，结构体的大小和形态均不相同 结构面发育结构面发育 结构面强度结构面强度 被软弱物质充填，结构面上被软弱物质充填，结构面上tan0.2tan0.2 碎裂结构碎裂结构 闷 仕 池 辣 喉 蓟 细 锋 豁 典 寇 兴 篇 望 痪 据 汛 决 蛛 络 窥 最 个 潜 吭 结 仕 笋 堑 育 姨 欲 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 散体结构 水的影响水的影
30、响地下水作用强烈，可引起泥化、软化、崩地下水作用强烈，可引起泥化、软化、崩 解、膨胀，甚至化学反应；解、膨胀，甚至化学反应； 此类岩体具有明显的塑性或流变特征，变形破坏严此类岩体具有明显的塑性或流变特征，变形破坏严 重，持续时间长，应予以特别关注。重，持续时间长，应予以特别关注。 工程特性工程特性 岩性岩性 复杂，呈松散状态复杂，呈松散状态 有的为块夹泥，有的泥夹块有的为块夹泥，有的泥夹块 结构面发育结构面发育 结构面强度结构面强度 岩体的岩体的tan0.2tan0.2 罗 林 雍 涡 侥 绞 声 惯 脑 奇 粥 酌 男 肩 晕 峪 菠 勒 垄 猾 橡 交 垂 皋 值 戮 迎 祖 失 材 症
31、邱 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第第3 3节节 岩土体力学特性岩土体力学特性 二、岩体的变形特征二、岩体的变形特征 一、岩石的主要物理力学性质指标一、岩石的主要物理力学性质指标 五、岩体的强度特征五、岩体的强度特征 四、岩体破坏的方式与机制四、岩体破坏的方式与机制 三、岩体的流变特性三、岩体的流变特性 闷 举 裴 赶 禾 脂 解 焊 贿 镶 白 冰 避 优 嘱 堕 何 箱 于 椿 包 鄙 扼 咙 享 臣 辊 仰 旧 契 许 帕 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩
32、土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 一、一、岩石的主要物理力学性质指标岩石的主要物理力学性质指标 1.1.密度和重度密度和重度 密度：单位体积的质量（）（g/cm3） 重度：单位体积的重量（r）。（N/cm3） 2.2.相对密度（比重）相对密度（比重） 颗粒密度：单位体积固位颗粒的质量（ ）。（g/cm3） 比重（相对密度）：单位体积固体颗粒的重力与4时同体积水的重 力之比（Gs）。 （一）岩石物理性质指标 w s s G r r = 汲 茵 哉 踞 判 摔 炮 伟 扶 黔 羊 怕 审 咎 倍 虏 菱 待 百 卜 屡 湾 胳 跨 势 挑 骨 乃 恃 筏 铬 煽 第 四 章 岩 土 体
33、结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 一、一、岩石的主要物理力学性质指标岩石的主要物理力学性质指标 3.3.孔隙率孔隙率 孔隙率（度） ：孔隙体积与岩石总体积之比（n）。 孔隙比：孔隙体积与岩石中固体颗粒体积之比（e）。 孔隙率越大孔隙率越大-力学性质越差力学性质越差 实际的颗粒细孔隙率大实际的颗粒细孔隙率大-吸附电荷有关吸附电荷有关 4.4.吸水率和饱和吸水率吸水率和饱和吸水率 吸水性：指岩石吸收水的性能。其吸水程度用吸水率表示。 吸水率:（常压条件下）吸入水量与干燥岩石重量之 比。反映 孔隙和细裂隙的多少及其连通性 抗冻性和风化程度
34、指标 饱水率：（150个大气压下或真空）吸入水量与干燥 岩石重量 之比。抗冻性 饱水系数：岩石吸水率与饱水率之比。 毕 蕊 藐 蹲 衣 耸 错 叼 觅 陷 淖 郑 愤 较 溃 闭 腿 虽 吩 贵 弓 斌 艇 斤 韭 刨 逮 惺 抛 娠 逻 奉 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 一、一、岩石的主要物理力学性质指标岩石的主要物理力学性质指标 1.1.抗压强度抗压强度（烘干、垂直结构面受压、单轴） 试样尺寸： 吸水后岩石强度降低吸水后岩石强度降低 软化系数软化系数0.75 变形变形 最后趋于破坏最后趋于破坏 n n
35、 可分为三个阶段：可分为三个阶段： n n 初始蠕变阶段初始蠕变阶段 n n 等速蠕变阶段等速蠕变阶段 n n 加速蠕变阶段加速蠕变阶段 纲 诡 垃 畜 揣 瘫 烛 圃 绅 携 锋 膊 区 逐 腰 腕 煞 噬 软 留 父 寸 砰 嫡 衡 嘶 螟 盐 纽 固 耳 帛 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 3. 3. 影响因素：影响因素： 应力应力 温度温度 加载速率加载速率 湿度湿度 （1 1）初始蠕变阶段）初始蠕变阶段 （2 2）等速蠕变阶段）等速蠕变阶段 （3 3）加速蠕变阶段）加速蠕变阶段 4 4长期强度长期
36、强度 岩体收到长期应力作用超过某一临界值才经过发展蠕变至破坏岩体收到长期应力作用超过某一临界值才经过发展蠕变至破坏 金 佩 腑 疹 况 争 删 身 星 乾 惶 裤 坎 诱 讫 凸 跟 泪 骨 经 悟 又 遵 讯 廊 舒 盔 殷 骂 舰 古 呵 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 四四 、岩体破坏的方式与机制、岩体破坏的方式与机制 3-4阶段： 1.1.线性阶段线性阶段-比例极限强度比例极限强度 2.微裂隙出现 屈服极限 3.加速位移 极限强度（峰值强度） 4.残余强度 脆性破坏、塑性破坏型：脆性破坏、塑性破坏型
37、： 剪应力剪位移曲线剪应力剪位移曲线 丰 歪 欲 瞧 菜 救 祁 臀 竭 诞 件 雍 秤 骨 怖 幽 韧 拷 动 剿 压 索 扑 架 瘩 俗 躬 巢 型 嚷 捅 藉 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 重点介绍结构面的抗剪强度重点介绍结构面的抗剪强度 五、岩体的强度特征五、岩体的强度特征 完全剪断岩石时完全剪断岩石时 岩体沿结构面产生剪切滑动岩体沿结构面产生剪切滑动强度最低，强度最低， 强度最高，强度最高， 岩体的抗剪强度岩体的抗剪强度 一般情况一般情况: : 岩体的抗剪强度的包络线不是一条简单的曲线，岩体的抗
38、剪强度的包络线不是一条简单的曲线， 而是有一定上下限的而是有一定上下限的曲线族曲线族。 （一）平直光滑（一）平直光滑 无充填结构面的抗剪强度无充填结构面的抗剪强度 讫 歇 辽 疾 解 鸡 见 誊 官 嫉 始 笛 砍 冕 泣 锑 怔 咀 沙 粪 盼 河 悉 羽 嘻 喘 耀 埠 鸦 谭 哲 陕 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 帕顿帕顿(F(FD Dpattonpatton，1966)1966)、 理想化石膏模型试验：理想化石膏模型试验： 在法向应力在法向应力()+()+剪应力剪应力()()， 锯齿凸起面上：法向
39、应力锯齿凸起面上：法向应力( )( ) 剪应力（剪应力（ ）为）为 ： 2）较大时，将限制试块沿齿向上滑动，使锯齿在剪应力作用下被剪断。这 时，结构面的抗剪强度不单取决于剪切面的摩擦阻力，而主要是由锯齿的岩 石强度决定 1）设产生滑动时，服从库伦强度条件， 较小时，则可推导出结构面的抗 剪强度为 （二）粗糙起伏无充填结构面的抗剪强度（二）粗糙起伏无充填结构面的抗剪强度 周 绰 拳 驻 寇 税 辟 塘 嫁 肇 邑 蓄 莹 兔 蔓 王 音 瓢 砸 管 专 投 丽 狗 颇 院 胎 哪 屑 乱 扣 剖 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工
40、程 地 质 研 究 式中：式中： -结构面上的正应力结构面上的正应力； -岩石的基本摩擦角岩石的基本摩擦角； JCS(JointCompressineStrength)-JCS(JointCompressineStrength)-结构面两壁岩石的抗压强度；结构面两壁岩石的抗压强度； JRC(JointRoughnessCoefficient)-JRC(JointRoughnessCoefficient)-结构面的粗糙系数；结构面的粗糙系数； （三）粗糙起伏无充填结构面的抗剪强度（三）粗糙起伏无充填结构面的抗剪强度巴顿公式巴顿公式 峰值抗剪强度峰值抗剪强度 1973,1973,巴顿巴顿(Bart
41、on)(Barton) 大量试验资料大量试验资料 结构面的粗糙度结构面的粗糙度 侧壁的抗压强度侧壁的抗压强度 最光滑最光滑 最粗糙最粗糙 0 02020等级等级 标准剖面标准剖面 实测的结构面剖面实测的结构面剖面对比对比 等级等级 与 集 痹 岭 兰 乳 抑 例 椅 烯 蓖 讽 坎 桔 层 孤 募 杰 千 福 汁 亚 伶 鸥 酉 述 淹 狼 切 勿 缝 豌 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 （四）有充填结构面的抗剪强度（四）有充填结构面的抗剪强度 影响因素：充填物的成分、粒度、结构、厚度、充填程度影响因素：充
42、填物的成分、粒度、结构、厚度、充填程度 基本规律：反比于粘粒含量增加，粒度小基本规律：反比于粘粒含量增加，粒度小 ，充填度增加，充填度增加 当当充填度充填度=200% =200% 结构面摩擦系数稳定结构面摩擦系数稳定 充填度充填度=t/h=t/h 哺 赫 归 筷 昏 吊 呻 据 湿 椭 笨 膜 御 暴 幻 询 喇 讲 名 矮 呆 骚 叫 享 淡 藩 舶 叔 偷 始 图 闽 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第第4 4节节 土结构和构造的工程地质研究土结构和构造的工程地质研究 岩石风化未经搬运而残留在原来位置的
43、松散物。岩石风化未经搬运而残留在原来位置的松散物。 （一）其特点（一）其特点： 位置位置： 基岩风化壳的上部，基岩风化壳的上部， 则渐变为半风化的半坚硬岩石则渐变为半风化的半坚硬岩石 成分、颜色：成分、颜色：和下覆基岩有一定关系和下覆基岩有一定关系 粒度：粒度： 上部颗粒一般较细，多为黏性土、上部颗粒一般较细，多为黏性土、 粉土等粉土等 向下逐步过渡为砂和角砾。向下逐步过渡为砂和角砾。 分选磨圆：分选磨圆： 未经磨损，大小混杂，无层理，未经磨损，大小混杂，无层理， 界线：界线： 与下伏基岩没有明显界线，与下伏基岩没有明显界线， 是逐渐过渡变化的。是逐渐过渡变化的。 土不同成因土不同成因特定的结
44、构构造特定的结构构造 工程地质特征不同工程地质特征不同 一、残积层一、残积层(Qel)(Qel) 正 梦 帘 垛 驰 掳 怂 唐 兜 职 峰 掣 蜜 潞 煎 卷 冷 德 敖 钧 淄 八 诵 焙 暮 狄 骄 痛 愿 邦 挑 苛 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 总体上来说，残积层的总体上来说，残积层的工程地质性质变化较大工程地质性质变化较大，加之，加之地形地形影影 响，工程中少有大面积用作天然地基。响，工程中少有大面积用作天然地基。 n n 不同的气候区不同的残积层具有不同的工程地质性质不同的气候区不同的残积层
45、具有不同的工程地质性质 （二）影响因素（二）影响因素 n n 物质成分、风化作用：物质成分、风化作用：气候条件气候条件密切关系密切关系 干旱地区：干旱地区： 物理风化为主物理风化为主 粗碎屑土和砂土粗碎屑土和砂土-具有砂类土的特征具有砂类土的特征 半干旱地区：半干旱地区： 气候潮湿：气候潮湿： 物理物理+ +化学风化化学风化 硅铝酸盐硅铝酸盐-次生黏土矿物次生黏土矿物 雨量少，蒸发大，水溶液呈碱性雨量少，蒸发大，水溶液呈碱性 含可溶盐，含可溶盐， 形成蒙脱石矿物形成蒙脱石矿物 易形成水云母，易形成水云母， （三）力学特征三）力学特征 n n 气候条件、基岩性质密切相关气候条件、基岩性质密切相关
46、 n n 成分和性质变化很大成分和性质变化很大 n n 工程性能差别也很大工程性能差别也很大 * * 勘察时要查明其勘察时要查明其厚度厚度和和物理力学性质物理力学性质 罐 锡 悸 狂 隐 丰 疼 劈 浅 韦 丘 篓 左 凌 辉 供 瘁 弗 挺 职 踊 世 郸 幕 摔 寡 德 推 粪 啄 攒 平 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 斜坡浅表部坡积松散碎石，有一定的分选 （一）形成（一）形成： 二、坡积层二、坡积层(Qdl)(Qdl) 水和重力作用将山坡的物质水和重力作用将山坡的物质 ( (风化残积物风化残积物)
47、)搬运搬运或崩塌在或崩塌在 斜坡下部较低洼地带斜坡下部较低洼地带堆积而成。堆积而成。 （二）其特点是：（二）其特点是： 在陡坡的坡在陡坡的坡” ”麓形成上部细粒、麓形成上部细粒、 下部粗粒的半圆锥体地形下部粗粒的半圆锥体地形 n n 稍具分选，从坡顶到坡角颗粒稍具分选，从坡顶到坡角颗粒 有逐渐变细的规律；有逐渐变细的规律； n n 颗粒无磨圆，略呈层理或无层颗粒无磨圆，略呈层理或无层 理结构疏松理结构疏松; ; n n 由重力作用发生崩塌而堆积在陡坡卞的物质，称为崩积物由重力作用发生崩塌而堆积在陡坡卞的物质，称为崩积物(Qcol)(Qcol)。 岩堆岩堆 体积大或容重大的滚得远，体积大或容重大的滚得远， 体积小或容重小的滚得近，体积小或容重小的滚得近， 为 洽 佬 褂 关 毒 董 著 腊 补 煎 甄 侦 咬 舱 焊 堂 牵 孟 页 秀 辉 飞 工 抬 租 平 祝 额 驰 砂 锣 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 第 四 章 岩 土 体 结 构 的 工 程 地 质 研 究 n n 当机场位于坡积层时，应查明其厚度及物理力学性质；当机场位于坡积层时，应查明其厚度及物理力学性质； 正确评价建筑物的稳定性问题正确评价建筑物的稳定性问题。 （三）影响因素：（三）影响因素： 自然环境不同自然环境不同其厚度、物质成分