岩石力学之-岩体结构与岩体力学性质.doc

第三章岩体结构与岩体力学性质

第一节概述
成岩之初岩体是连续的，以后由于构造运动的影响，在岩体中形成各种地质界面，因此被各种结构面切割是岩体的主要特征。岩石是构成岩体的物质，岩体是由结构面和结构体(被结构面包围的岩块)两个基本单元组成。岩体的物理力学性质取决于结构面和结构体的力学性质，从总体上说，岩体具有以下几个主要特征：
(1)、岩体是预应力体，在进行开挖工程前，岩体中已存在初始应力场。开挖岩体形成的应力集中势必迭加到初始应力场上。
(2)、岩体是一种含有多种介质的裂体。有两个极端情况，一种是弱面极少或几乎没有的整体性质，可视为连续介质。另一种是弱面充分发育的松散体，在这两种情况之间有松散体—弱面体—连续体的一个系列。将这由连续到不连续的系列划分为几种力学介质，如连续介质、块体介质、松散介质等。
岩体中的结构面：断层、节理、裂隙、片理等不连续面；
假整合、不整合、充填物等物质分界面。
结构面有厚度、有充填物、结构面是弱面
岩体被结构面切割成岩块
岩体破坏可沿结构面发生成追踪开裂
结构体和结构面是构成岩体结构的要素
概念：岩体结构——不同类型的岩体结构单元在岩体内的排列、组合形式，称为岩体结构。
基本的岩体结构单元有两类四种
岩体结构单元
结构面
结构体
坚硬结构面(干净的)
软弱结构面(夹泥的、夹层)
块状结构体
板状结构体(长厚比大于15)

岩体力学性质取决于岩体大小尺度和赋存条件(地质环境)。影响因素有结构体力学性质、结构面力学性质、岩体结构力学效应(实际是结构形式)、地质环境(尤其是水和地应力)。
当岩体强度很高时，结构面的力学性质控制了岩体的力学性质；反之则岩块的力学性质控制了结构体的力学性质。
岩体结构的力学效应主要体现在：爬坡角、尺寸效应和各向异性
地壳中的岩体本身是受载体，周围岩体施于它的应力是地应力。
围压对岩体力学性能的影响主要有：
1、围压越大，承载能力或者强度越大；
2、低围压下呈脆性，高围压下呈塑性；
3、围压越大波传播的衰减越小。
地下水对岩体力学性质有明显影响
研究岩体力学性质要从岩性、结构面、岩体结构型式、应力环境和地下水几个方面参考。

第二节结构面的类型与特征(从地质角度)

岩体中有三类结构面：原生结构面、次生结构面和构造结构面。
原生结构面
原生结构面有三种：沉积结构面、火成结构面、变质结构面
沉积结构面的地质特征
层面、层理、沉积间断面(不整合面、假整合面)、原生软夹层，沉积结构面产状与岩层一致，层面结合良好，风化后才沿层剥落。
火成结构面特征
岩浆侵入，冷凝形成，结构面产状受侵入岩体与围岩接触面控制，延伸较广，原生节理粗糙、柱状节理等。
变质结构面特征：
片理、片麻理、板理、软夹层、变质结构面中软夹层主要是云母等片状矿物。
各类岩体在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层、层间错动等。
构造结构面特征：

节理范围有限，张节理粗糙。剪节理平直，延展性好，有擦痕和泥质薄膜，易于滑动。断层可深切地壳几十公里，小到地表数十米。
对于工程而言，断层是延展性较好的结构面，结构面中的充填物多呈破碎状。
在地表条件下，由于外力[风化、地下水、卸荷、工程]等作用形成的各种界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、风化裂隙、泥化夹层。

结构面的分类
按结构面发育程度和规模分级，分为五级
结构面分级

结构面分级
实际结构面
I级结构面
II级结构面
III级结构面
统计结构面
IV级结构面
V级结构面

I级：对区域起控制作用的断层，至少穿越一个构造层。
II级：延展性强，宽度有限的地质界面，不整合，假整合等。
III级：层部断裂延展数十米的小断层。
IV级：延展性差，无明显宽度、节理面。
V级：延展性甚差，无宽度差别、随机分布。

结构状态(即对结构面的地质描述)
1、贯通类型，非贯通、半贯通、贯通。

2、结构面延展度，相对工程尺度，延展面大的结构面控制了工程尺度。
3、结构面密度，以裂隙度K和切割度Xe表征K=n/L
L——取样长度，n——裂隙条数，d=1/K，d——平均间距
N组不同节理时，平均间距做法。一条直线上测量，直线长L

间距，，，
，……
以上K、d是在一条直线上计算与测量的Xe=a/A。
3、切割度Xe，节理面积与岩体面积之比0<Xe<1。Xe=1，完全切割，Xe=0，无切割，以上是在岩体的等断面上统计，显然与岩体大小有关。若某断面上有多个节理，则
，
a—节理面积，A—岩体面积。
4、结构面充填物
按强度结构面充