岩块和岩体的地质特征.doc

第二章岩块和岩体的地质特征概述岩体力学研究的对象是在各种地质作用下形成的天然岩体。这些岩体，尤其是与人类工程活动密切相关的地壳表层岩体，其物理力学性质和力学属性，在很大程度上受形成和改造岩体的各种地质作用过程所控制，往往表现出非均匀、非连续、各向异性和多相性特征。因此，在岩体力学研究中，应将岩体地质特征的研究工作置于相当重要的地位。岩块和岩体均为岩石物质和岩石材料。传统的工程地质方法往往是按岩石的成因，取小块试件在室内进行矿物成分、结构构造及物理力学性质的测定，以评价其对工程建筑的适宜性。大量的工程实践表明，用岩块性质来代表原位工程岩体的性质是不合适的。因此，自20世纪60年代起，国内外工程地质和岩体力学工作者都注意到岩体与岩块在性质上有本质的区别，其根本原因之一是岩体中存在有各种各样的结构面及不同于自重应力的天然应力场和地下水。因而，从岩体力学观点出发提出了岩块、结构面和岩体等基本概念。本章将重点讨论岩块、结构面和岩体的地质特征，影响岩块与岩体物理力学性质的主要地质因素以及岩体工程分类等问题。岩块一、岩块的物质组成岩块(rock或rockblock)是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。这一定义里的显著一词是个比较模糊的说法,一般来说，能明显地将岩石切割开来的分界面叫显著结构面，而包含在岩石块体内结合比较牢固的面如微层面、微裂隙等都属于不显著的结构面。在国内外，有些学者把岩块称为结构体(structuralelement)、岩石材料(rockmaterial)及完整岩石(intactrock)等等。岩石是由具有一定结构构造的矿物(含结晶和非结晶的)集合体组成的。因此，新鲜岩块的力学性质主要取决于组成岩块的矿物成分及其相对含量。一般来说，含硬度大的粒柱状矿物(如石英、长石、角闪石、辉石等)愈多时，岩块强度愈高；含硬度小的片状矿物(如云母、绿泥石、蒙脱石和高岭石等)愈多时，则岩块强度愈低。自然界中的造岩矿物有：含氧盐、氧化物及氢氧化物、卤化物、硫化物和自然元素五大类。其中以含氧盐中的硅酸盐、碳酸盐及氧化物类矿物最常见，构成了几乎99.9％的地壳岩石。而其他矿物的工程地质意义不大。常见的硅酸盐类矿物有长石、辉石、角闪石、橄榄石及云母和粘土矿物等。这类矿物除云母和粘土矿物外，硬度大，呈粒、柱状晶形。因此，含这类矿物多的岩石如花岗岩、闪长岩及玄武岩等，强度高，抗变形性能好。但该类矿物多生成于高温环境，与地表自然环境相差较大，在各种风化营力的作用下，易风化成高岭石、水云母等。尤以橄榄石、基性斜长石等抗风化能力最差，长石、角闪石次之。粘土矿物属层状硅酸盐类矿物，主要有高岭石、水云母及蒙脱石三类，具薄片状或鳞片状构造，硬度小。因此含这类矿物多的岩石如粘土岩、粘土质岩，物理力学性质差，并具有不同程度的胀缩性，特别是含蒙脱石多的膨胀岩，其物理力学性质更差。碳酸盐类矿物是石灰岩和白云岩类的主要造岩矿物。岩石的物理力学性质取决于岩石中CaCO3及酸不溶物的含量。CaCO3含量越高，如纯灰岩、白云岩等强度高、抗变形和抗风化性能都比较好。泥质含量高的，如泥质灰岩、泥灰岩等，力学性质较差。但随岩石中硅质含量的增高，岩石性质将不断变好。另外，碳酸盐类岩体中，常发育各种岩溶现象，使岩体性质趋于复杂化。氧化物类矿物以石英最常见，是地壳岩石的主要造岩矿物。呈等轴晶系、硬度大，化学性质稳定。因此，一般随石英含量增加，岩块的强度和抗变形性能都明显增强。岩块的矿物组成与岩石的成因及类型密切相关。岩浆岩多以硬度大的粒柱状硅酸盐、石英等矿物为主，所以其岩块物理力学性质一般都很好。沉积岩中的粗碎屑岩如砂砾岩等，其碎屑多为硬度大的粒柱状矿物，岩块的力学性质除与碎屑成分有关外，在很大程度上取决于胶结物成分及其类型。细碎屑岩如页岩、泥岩等，矿物成分多以片状的粘土矿物为主，其岩块力学性质很差。变质岩的矿物组成与母岩类型及变质程度有关。浅变质的副变质岩如千枚岩、板岩等多含片状矿物(如绢云母、绿泥石及粘土矿物等)，岩块力学性质较差。深变质岩如片麻岩、混合岩、石英岩等，多以粒柱状矿物(如长石、石英、角闪石等)为主，因而其岩块力学性质好。二、岩块的结构与构造岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形状和排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。岩块的结构特征，尤其是矿物颗粒间连结及微结构面的发育特征对岩块的力学性质影响很大。矿物颗粒间具有牢固的连结是岩石区别于土并赋予岩石以优良工程地质性质的主要原因。岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结两类。结晶连结是矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩均具这种连结。它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触，故一般强度较高。但是不同的结晶结构对岩块性质的影响不同。一般来说，等粒结构的岩块强