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/LL——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填物依次为，硅质>钙质>泥质第三节岩体结构的基本类型岩体结构分类依据1、结构面性质或类型；2、结构面切割程度或结构体类型。按结构面力学性质，分为两类：软弱结构面——I级，坚硬结构面——II级。按结构体力学作用分为块状和板状。按结构面切割程度，亦可分为两类，分为两类：软弱结构面——I级岩体结构，坚硬结构面——II级岩体结构。I级岩体结构块状—块裂结构板状—板裂II级岩体结构结构面贯通—碎裂结构面断续切割—断续无明显结构面—完整结构过度