工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識之巖體結(jié)構(gòu)

1、2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所1工程地質(zhì)工程地質(zhì)李子生二零一四年九月Engineering Geology 2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所2第7章 巖體結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性一、概念一、概念1、巖體、巖體(rock mass)：包含巖石巖石(rock)和結(jié)構(gòu)弱面結(jié)構(gòu)弱面 (weak structural plane)。（1）特點）特點：不連續(xù)不連續(xù)受構(gòu)造切割、孔隙等影響；非均質(zhì)非均質(zhì)各類礦物、巖石組合；各向異性各向異性構(gòu)造、非均質(zhì)造成。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所3巖體與巖石的區(qū)別巖體與巖石的區(qū)別（2）巖體與巖石的區(qū)別巖體與巖石的區(qū)別： 范圍大； 強度、穩(wěn)定性低。

2、2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所4巖體穩(wěn)定及其分析巖體穩(wěn)定及其分析2、巖體穩(wěn)定、巖體穩(wěn)定：指在一定時間內(nèi)、一定條件一定時間內(nèi)、一定條件（自然、人為）下巖體不產(chǎn)生破壞性剪切滑移、塑性變形和張破壞性剪切滑移、塑性變形和張裂破壞裂破壞。3、巖體穩(wěn)定性分析巖體穩(wěn)定性分析：包括結(jié)構(gòu)分析；力學分析；類比分析一般需將三種分析方法進行相互補充、驗證，作出綜合評價。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所5二、巖體結(jié)構(gòu)二、巖體結(jié)構(gòu)概念概念巖體結(jié)構(gòu)是指巖體中結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面(structural plane)和和結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體(structural block)的組合特征的組合特征，即結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、組合

3、形式；結(jié)構(gòu)體的大小、幾何形式和排列。結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面巖體中各種地質(zhì)界面，如：層面、裂隙面、斷層面、不整合面等。巖體多沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體由結(jié)構(gòu)面切割而成的單個塊體。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所6結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面 1、成因類型、成因類型：沉積結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面沉積、成巖過程中形成，包括層理、層面、軟弱夾層層理、層面、軟弱夾層(weak intercalated layer)和不整合面不整合面等。其中軟弱夾層軟弱夾層對巖體穩(wěn)定性影響比較大對巖體穩(wěn)定性影響比較大，容易造成滑容易造成滑坡等工程事故坡等工程事故。軟弱夾層的產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀一致。軟弱夾層的產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀一致。2022-3-2廣

4、東工業(yè)大學巖土工程研究所7軟弱夾層分類軟弱夾層分類按成因分為按成因分為：在陸相沉積間斷的不整合面處形成軟弱夾層；在火山噴發(fā)間歇期形成的風化軟弱夾層；原生夾層。其中、兩種軟弱夾層通常含泥質(zhì)物質(zhì)含泥質(zhì)物質(zhì)，松散。形成良好的地下水通道地下水通道，夾層的水穩(wěn)定性差，易軟化、夾層的水穩(wěn)定性差，易軟化、泥化，強度和穩(wěn)定性差泥化，強度和穩(wěn)定性差。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所8火成結(jié)構(gòu)面火成結(jié)構(gòu)面火成結(jié)構(gòu)面火成結(jié)構(gòu)面在巖漿活動中形成，包括：侵入接觸面侵入接觸面與圍巖膠結(jié)不良，有變質(zhì)物質(zhì)。冷凝裂隙冷凝裂隙張性裂隙面，粗糙。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所9變質(zhì)結(jié)構(gòu)面變質(zhì)結(jié)構(gòu)面變質(zhì)結(jié)構(gòu)面變

5、質(zhì)結(jié)構(gòu)面變質(zhì)作用形成。包括：片理片理沿片理面片狀礦物富集，巖體強度片巖軟弱夾層片巖軟弱夾層薄層云母片巖、綠泥石片巖等，片理發(fā)育、巖性軟弱、礦物易風化。對邊坡、地下工程穩(wěn)定造成影響。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所10構(gòu)造結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面構(gòu)造作用形成，規(guī)模大，對巖體穩(wěn)定性影響很大。包括：節(jié)理節(jié)理斷層斷層 產(chǎn)狀受構(gòu)造應力場控制。層間錯動面層間錯動面與巖層一致，破碎，含泥質(zhì)。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所11次生結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面巖體受卸荷、風化、地下水等次生作用形成。次生結(jié)構(gòu)面易造成邊坡巖體破壞。次生結(jié)構(gòu)面包括：卸荷裂隙卸荷裂隙巖體受河流

6、切割、開挖等形成臨空面，應力釋放等作用引起，張裂。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所12次生結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面風化裂隙風化裂隙表層風化帶，裂隙產(chǎn)狀無規(guī)律，短小密集。風化夾層風化夾層沿原結(jié)構(gòu)面發(fā)育形成，延深比風化裂隙大，產(chǎn)狀受原結(jié)構(gòu)面控制。風化夾層多呈松散、破碎狀，含泥質(zhì)，水穩(wěn)定性差。如斷層風化、巖脈風化、夾層風化等。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所13次生結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面泥化夾層泥化夾層地下水作用，使原軟弱夾層（粘土巖、泥灰?guī)r、頁巖等）泥化，產(chǎn)狀與巖層一致。次生夾泥層次生夾泥層地下水作用產(chǎn)生次生夾泥，沿原結(jié)構(gòu)面（層面、裂隙、斷層）形成，受原結(jié)構(gòu)面控制，結(jié)構(gòu)面強度低。2022-3

7、-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所142、結(jié)構(gòu)面的主要特征、結(jié)構(gòu)面的主要特征結(jié)構(gòu)面的發(fā)展歷史結(jié)構(gòu)面的發(fā)展歷史：構(gòu)造、次生作用影響比較大。如：軟弱夾層受構(gòu)造錯動層間破碎夾層，其性質(zhì)；層間錯動面上次生泥化其性質(zhì)結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)組成： 含有松散、粘土類礦物，其抗剪強度低，對巖體穩(wěn)定性影響大。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所152、結(jié)構(gòu)面的主要特征、結(jié)構(gòu)面的主要特征結(jié)構(gòu)面的延展性結(jié)構(gòu)面的延展性： 結(jié)構(gòu)面延展長、規(guī)模大，則對其穩(wěn)定性影響大。結(jié)構(gòu)面的張開程度、充填膠結(jié)情況結(jié)構(gòu)面的張開程度、充填膠結(jié)情況：張節(jié)理為次生充填物、地下水活動提供條件，其抗剪強度低，對斜坡、隧道圍巖穩(wěn)定性影響大。粘

8、土、滑膩性礦物（如滑石、云母、綠泥石等）充填物抗剪強度很低，但若膠結(jié)時則其抗剪強度提高。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所162、結(jié)構(gòu)面的主要特征、結(jié)構(gòu)面的主要特征結(jié)構(gòu)面的密集程度結(jié)構(gòu)面的密集程度： 結(jié)構(gòu)面的密集程度高，則其穩(wěn)定性低。結(jié)構(gòu)面的平整、光滑程度結(jié)構(gòu)面的平整、光滑程度： 結(jié)構(gòu)面越平整、光滑，則其穩(wěn)定性越低。結(jié)構(gòu)面的類型及其特征見表75。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所172022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所18（二）結(jié)構(gòu)體（二）結(jié)構(gòu)體1、結(jié)構(gòu)體形式、結(jié)構(gòu)體形式：由結(jié)構(gòu)面切割產(chǎn)生的單元體的幾何形狀。常見有柱狀、塊狀、板狀、楔狀、錐狀等，見圖7-5。其中柱狀、柱狀

9、、塊狀結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性比板狀結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性高塊狀結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性比板狀結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性高；菱狀菱狀結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性比楔狀結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性高結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性比楔狀結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性高。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所192、巖體結(jié)構(gòu)類型、巖體結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)分為整體結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂整體結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)及散體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)及散體結(jié)構(gòu)五種類型。如圖7-6所示。其中工程性質(zhì)比較差的有碎裂結(jié)構(gòu)、層狀碎裂結(jié)構(gòu)及散體結(jié)構(gòu)。散體結(jié)構(gòu)最差。詳見表7-7。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所202022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所212022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所22劃

10、分巖體結(jié)構(gòu)的目的劃分巖體結(jié)構(gòu)的目的劃分巖體結(jié)構(gòu)的目的劃分巖體結(jié)構(gòu)的目的 定性評價巖體穩(wěn)定性。定性評價巖體穩(wěn)定性。 2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所23各類巖體結(jié)構(gòu)對土木工程穩(wěn)定性的影響各類巖體結(jié)構(gòu)對土木工程穩(wěn)定性的影響1、層狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)：巖體呈層狀分布，類似軸對稱各向異性體，巖體穩(wěn)定性受巖層產(chǎn)狀影響很大:(1)當巖層傾向與邊坡傾向一致或相近時，容易產(chǎn)生滑滑坡坡失穩(wěn)；(2)當巖層傾角較大是，邊坡或開挖面易產(chǎn)生崩塌崩塌；(3)水平巖層的地基抵抗水平滑移能力抵抗水平滑移能力降低；2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所241、層狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)（4）隧道等開挖面的巖層彎張破壞、軟弱巖

11、層的塑性變形等對工程穩(wěn)定影響大；（如金川）（5）層理、片理、節(jié)理比較發(fā)育，路基及邊坡發(fā)生破壞事故多。（6）受強烈褶皺等構(gòu)造影響的層狀碎裂結(jié)構(gòu)，其巖體整體性差，強度低，穩(wěn)定性更差。作為地基需處理，作為邊坡需緩坡或支護，隧道施工中則需緊跟支撐以防止坍塌。2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所252、散體結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)2、散體結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)：巖體呈碎屑、顆粒狀散體介質(zhì)，穩(wěn)定性最差，存在大規(guī)模巖體失穩(wěn)、崩塌等安全隱患，在各種工程中必須采取措施進行處理。其它類型巖體結(jié)構(gòu)影響自學其它類型巖體結(jié)構(gòu)影響自學 2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所26巖體結(jié)構(gòu)類型及其特征表巖體結(jié)構(gòu)類型及其特征表結(jié)構(gòu)類型

12、 完整狀態(tài) 地下水作用特征 結(jié)構(gòu)面間距（cm） 完整性系數(shù)1塊狀結(jié)構(gòu) 50100 0.350.75 甚微 2鑲嵌結(jié)構(gòu) 50 0.35 含、導水不明顯3碎裂結(jié)構(gòu) 50 0.35 顯著,軟、泥化滲流4層狀結(jié)構(gòu) 3050 0.300.60 軟、泥化顯著 薄層30 薄層0.405層狀碎裂結(jié)構(gòu) 50 0.40 較層狀更甚6散體結(jié)構(gòu) 0.20 軟、泥化顯著， 膨脹、崩解2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所27巖體完整性系數(shù)巖體完整性系數(shù)K用巖體完整性系數(shù)K表示巖體完整程度，即K=Vm2Vr2Vm縱波在巖體中的傳播速度；Vr縱波在巖石中的傳播速度。 按照巖體完整性系數(shù)K劃分的巖體完整性如下表所示：20

13、22-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所28巖體完整性劃分表巖體完整性劃分表 巖體完整性巖體完整性 巖體完整性系數(shù)巖體完整性系數(shù)K 完整 0.90 比較完整 0.750.90 中等完整 0.450.75 較差 0.200.45 破碎 0.202022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所29二、巖體穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)分析二、巖體穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)分析巖體穩(wěn)定性的常用分析方法巖體穩(wěn)定性的常用分析方法有： （1）結(jié)構(gòu)分析 （2）力學分析巖體工程中介紹 （3）對比分析2022-3-2廣東工業(yè)大學巖土工程研究所301、結(jié)構(gòu)分析方法的實質(zhì)、結(jié)構(gòu)分析方法的實質(zhì)一般需將三種方法相互結(jié)合，驗證、補充，作出綜合評價。1、結(jié)構(gòu)分析方法的實質(zhì)、結(jié)構(gòu)分析方法的實質(zhì)：對巖體結(jié)構(gòu)要素（結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體）進行分析，明確巖體滑移的邊界條件（切割面