巖土工程勘察 PPT-2巖體的變形及強(qiáng)度

1、巖體力學(xué)巖體力學(xué)2. 巖體變形與強(qiáng)度巖體變形與強(qiáng)度主講：主講： 林林 鋒鋒 2.巖體變形與強(qiáng)度巖體變形與強(qiáng)度 2.0 概述概述 2.1巖體的變形特征巖體的變形特征 2.1.1 試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案 2.1.2 巖體的壓力巖體的壓力變形曲線類型變形曲線類型 2.1.3 巖體的變形指標(biāo)分析巖體的變形指標(biāo)分析 2.1.4 巖體變形的結(jié)構(gòu)效應(yīng)巖體變形的結(jié)構(gòu)效應(yīng) 2.1.5 巖體動力變形特性巖體動力變形特性 2.2 結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)性質(zhì) 2.2.1 結(jié)構(gòu)面的類型結(jié)構(gòu)面的類型 2.2.2 結(jié)構(gòu)面的自然特性結(jié)構(gòu)面的自然特性 2.2.3 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì) 2.3 巖體的強(qiáng)度巖體的強(qiáng)

2、度 2.4 工程巖體的分級分類工程巖體的分級分類2.巖體變形與強(qiáng)度巖體變形與強(qiáng)度 巖體的變形及破壞特征與完整巖石不同。巖體的變形及破壞特征與完整巖石不同。 巖體的變形是巖體的變形是結(jié)構(gòu)體（巖塊）材料變形結(jié)構(gòu)體（巖塊）材料變形和和結(jié)構(gòu)變形結(jié)構(gòu)變形的的總合，后者包括總合，后者包括結(jié)構(gòu)面閉合結(jié)構(gòu)面閉合、充填物壓密充填物壓密及及結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)動和結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)動和滑動等滑動等變形。變形。巖體的結(jié)構(gòu)變形往往起控制作用巖體的結(jié)構(gòu)變形往往起控制作用。 巖體的變形與強(qiáng)度影響因素概述如下：巖體的變形與強(qiáng)度影響因素概述如下： （1 1）受力條件）受力條件 （2 2）巖體本身特性及賦存條件的影響）巖體本身特性及賦存條件的影響，

3、具體如下：，具體如下： 組成巖體的巖石材料性質(zhì)組成巖體的巖石材料性質(zhì) 巖體中結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)巖體中結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì) 巖體中結(jié)構(gòu)面發(fā)育組合情況巖體中結(jié)構(gòu)面發(fā)育組合情況巖體結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)類型 賦存環(huán)境，特別是水和地應(yīng)力條件賦存環(huán)境，特別是水和地應(yīng)力條件 尺寸效應(yīng)尺寸效應(yīng)2.0 概述概述 2.巖體變形與強(qiáng)度巖體變形與強(qiáng)度 依據(jù)依據(jù)水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程（SL264-2001SL264-2001），），巖體力學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目除前面提到的巖塊物理力學(xué)試驗(yàn)，還包巖體力學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目除前面提到的巖塊物理力學(xué)試驗(yàn)，還包括以下項(xiàng)目：括以下項(xiàng)目： (1)(1)巖體變形試驗(yàn)：巖體變形試驗(yàn)：承壓板法，狹

4、縫法、單（雙）軸壓承壓板法，狹縫法、單（雙）軸壓縮法、鉆孔徑向加壓法、隧道液壓枕徑向加壓法、隧道水縮法、鉆孔徑向加壓法、隧道液壓枕徑向加壓法、隧道水壓法等，測量壓法等，測量EeEe、E E、和抗力系數(shù)和抗力系數(shù)(K)(K)等。等。 (2)(2)巖體強(qiáng)度試驗(yàn)巖體強(qiáng)度試驗(yàn)：混凝土與巖體接觸面、結(jié)構(gòu)面直剪、：混凝土與巖體接觸面、結(jié)構(gòu)面直剪、結(jié)構(gòu)面直剪蠕變、巖體直剪、巖體三軸壓縮、巖體載荷試結(jié)構(gòu)面直剪蠕變、巖體直剪、巖體三軸壓縮、巖體載荷試驗(yàn)等。驗(yàn)等。 (3)(3)巖體應(yīng)力測試巖體應(yīng)力測試：孔壁（或底）應(yīng)變法、孔徑變形法、：孔壁（或底）應(yīng)變法、孔徑變形法、水壓致裂法、表面應(yīng)變法等。水壓致裂法、表面應(yīng)變

5、法等。 (4)(4)巖石聲波測試：巖石聲波測試：巖塊、巖體。巖塊、巖體。 (5)(5)工程巖體觀測：工程巖體觀測：如硐室收斂觀測等。如硐室收斂觀測等。2.0 概述概述 2.1巖體的變形特征巖體的變形特征 巖體變形控制量化分析巖體變形控制量化分析的基礎(chǔ)是正確獲得巖體的變形的基礎(chǔ)是正確獲得巖體的變形破壞規(guī)律及相應(yīng)的變形參數(shù)及強(qiáng)度參數(shù)。破壞規(guī)律及相應(yīng)的變形參數(shù)及強(qiáng)度參數(shù)。巖體變形參數(shù)巖體變形參數(shù)需需要通過要通過巖體變形試驗(yàn)巖體變形試驗(yàn)來獲得。來獲得。 巖體變形試驗(yàn)包括：巖體變形試驗(yàn)包括：承壓板法，狹縫法、單（雙）軸承壓板法，狹縫法、單（雙）軸壓縮法、鉆孔徑向加壓法、隧道液壓枕徑向加壓法、隧道壓縮法、

6、鉆孔徑向加壓法、隧道液壓枕徑向加壓法、隧道水壓法等?？梢垣@得變形模量、彈性模量、泊松比等。水壓法等?？梢垣@得變形模量、彈性模量、泊松比等。 一、巖體變形試驗(yàn)分類一、巖體變形試驗(yàn)分類 （一）按照施加荷載作用方向（一）按照施加荷載作用方向 (1)法向變形試驗(yàn)法向變形試驗(yàn)：承壓板法、狹縫法、單雙軸三軸壓：承壓板法、狹縫法、單雙軸三軸壓縮試驗(yàn)、環(huán)形試驗(yàn)等；縮試驗(yàn)、環(huán)形試驗(yàn)等； (2)切向變形試驗(yàn)切向變形試驗(yàn)：傾斜剪切儀，挖試洞等。：傾斜剪切儀，挖試洞等。2.1.0 概述概述 一、巖體變形試驗(yàn)分類一、巖體變形試驗(yàn)分類 （二）（二） 根據(jù)試驗(yàn)原理及方法根據(jù)試驗(yàn)原理及方法 （1） 靜力法：靜力法：是在選定的

7、巖體表面、槽壁或是在選定的巖體表面、槽壁或鉆孔壁面施加法向荷載，并測量變形值，然后繪鉆孔壁面施加法向荷載，并測量變形值，然后繪制壓力制壓力變形關(guān)系曲線，計算巖體的變形參數(shù)。變形關(guān)系曲線，計算巖體的變形參數(shù)。主要有主要有：承壓板法，鉆孔變形法、狹縫法、單：承壓板法，鉆孔變形法、狹縫法、單（雙）軸壓縮法、水壓洞室法等；（雙）軸壓縮法、水壓洞室法等； （2）動力法：）動力法：是用人工方法對巖體發(fā)射彈性波是用人工方法對巖體發(fā)射彈性波（聲波、超聲波、地震波），并測定其在巖體中（聲波、超聲波、地震波），并測定其在巖體中的傳播速度。的傳播速度。根據(jù)彈性波激發(fā)方法不同，分為聲根據(jù)彈性波激發(fā)方法不同，分為聲波法

8、、波法、超聲波法、地震波法等。超聲波法、地震波法等。 目前，應(yīng)用最廣的是目前，應(yīng)用最廣的是承壓板法承壓板法和和動力法動力法。2.1.0 概述概述2.1 巖體的變形特征巖體的變形特征 2.1.0 概述概述 2.1.1 試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案 2.1.2 巖體的壓力巖體的壓力變形曲線類型變形曲線類型 2.1.3 巖體的變形指標(biāo)分析巖體的變形指標(biāo)分析 2.1.4 巖體變形的結(jié)構(gòu)效應(yīng)巖體變形的結(jié)構(gòu)效應(yīng) 2.1.5 巖體動力變形特性巖體動力變形特性2.1巖體的變形特征巖體的變形特征 承壓板法試驗(yàn)承壓板法試驗(yàn)可分為可分為剛性承壓板法剛性承壓板法和和柔性承壓板法。柔性承壓板法。 柔性承壓板法柔性承壓板法又可分為又

9、可分為雙枕法、四枕法、環(huán)形枕法和雙枕法、四枕法、環(huán)形枕法和中心孔法中心孔法。 剛性承壓板法剛性承壓板法適用于各級巖體；柔性承壓板法適用于適用于各級巖體；柔性承壓板法適用于完整和較完整的巖體。完整和較完整的巖體。 試驗(yàn)宜在試驗(yàn)宜在平洞平洞內(nèi)進(jìn)行，特殊情況下也可在露天或豎井內(nèi)進(jìn)行，特殊情況下也可在露天或豎井內(nèi)進(jìn)行。內(nèi)進(jìn)行。 試點(diǎn)受力方向宜與工程巖體實(shí)際受力方向一致。試點(diǎn)受力方向宜與工程巖體實(shí)際受力方向一致。2.1.1 試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案 2.1.1 試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案 （1）試點(diǎn)邊緣）試點(diǎn)邊緣至至洞壁邊緣洞壁邊緣距離應(yīng)大于承壓板直徑距離應(yīng)大于承壓板直徑D（邊長）的（邊長）的1.5倍，至倍，至洞口或掌子

10、面距離洞口或掌子面距離應(yīng)大于應(yīng)大于2D，至，至臨空面距離臨空面距離應(yīng)大于應(yīng)大于6D。試點(diǎn)間距試點(diǎn)間距應(yīng)大于應(yīng)大于3D； （2）試點(diǎn)表面以下）試點(diǎn)表面以下3倍倍承壓板直徑或邊長范圍內(nèi)的巖承壓板直徑或邊長范圍內(nèi)的巖性宜相同；性宜相同； （3）試點(diǎn)表層受擾動巖體）試點(diǎn)表層受擾動巖體清除干凈清除干凈 （4）承壓面應(yīng)鑿平整）承壓面應(yīng)鑿平整，并用砂輪打磨，起伏差應(yīng)小于，并用砂輪打磨，起伏差應(yīng)小于D1%；承壓面以外承壓面以外1.5D范圍范圍內(nèi)巖體表面應(yīng)平整，無松內(nèi)巖體表面應(yīng)平整，無松動塊石。動塊石。 （5）承壓面積不宜小于）承壓面積不宜小于2000cm2。 （6）清洗試點(diǎn)表面）清洗試點(diǎn)表面，鋪墊一層水泥漿，

11、使承壓板平行，鋪墊一層水泥漿，使承壓板平行試點(diǎn)表面，水泥漿厚度應(yīng)小于試點(diǎn)表面，水泥漿厚度應(yīng)小于D1%。（一）打點(diǎn)和貼板（一）打點(diǎn)和貼板 （3）安裝千斤頂）安裝千斤頂及傳力柱及傳力柱 （4）安裝百分表和）安裝百分表和壓力泵壓力泵 2.1.1 試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案 （二）剛性承壓板法試驗(yàn)加壓系統(tǒng)與傳力系統(tǒng)安裝。（二）剛性承壓板法試驗(yàn)加壓系統(tǒng)與傳力系統(tǒng)安裝。 應(yīng)符合下列規(guī)定：應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）承壓板應(yīng)滿足剛度要求）承壓板應(yīng)滿足剛度要求，單塊承壓板厚度不宜小于，單塊承壓板厚度不宜小于6c。，可采用疊置鋼墊板或傳力箱的方式提高剛度；。，可采用疊置鋼墊板或傳力箱的方式提高剛度；（2）在承壓板上依次在承壓板

12、上依次安裝安裝千斤頂、鋼墊板、傳力柱、鋼墊千斤頂、鋼墊板、傳力柱、鋼墊板，在鋼墊板和巖體間填筑砂漿或安裝反力裝置；板，在鋼墊板和巖體間填筑砂漿或安裝反力裝置；（3）施壓使施壓使整個系統(tǒng)接觸緊密整個系統(tǒng)接觸緊密；（4）整個系統(tǒng)應(yīng)具有足夠剛度和強(qiáng)度，所有部件中心應(yīng)保整個系統(tǒng)應(yīng)具有足夠剛度和強(qiáng)度，所有部件中心應(yīng)保持在同一軸線上，軸線應(yīng)與加壓方向一致。持在同一軸線上，軸線應(yīng)與加壓方向一致。 試驗(yàn)記錄應(yīng)包括工程名稱、巖石名稱、試點(diǎn)編號、試點(diǎn)試驗(yàn)記錄應(yīng)包括工程名稱、巖石名稱、試點(diǎn)編號、試點(diǎn)位置、試驗(yàn)方法、試點(diǎn)描述、測表布置、測表編號、壓力位置、試驗(yàn)方法、試點(diǎn)描述、測表布置、測表編號、壓力表編號、承壓板尺寸

13、、壓力變形、試驗(yàn)人員、試驗(yàn)日期。表編號、承壓板尺寸、壓力變形、試驗(yàn)人員、試驗(yàn)日期。2.1.1 試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案 （1）試驗(yàn)最大壓力不宜小于工程設(shè)計壓力的）試驗(yàn)最大壓力不宜小于工程設(shè)計壓力的1.2倍，宜倍，宜等分等分5級施加；級施加； （2）加壓前應(yīng)對測表進(jìn)行初始穩(wěn)定讀數(shù)觀測，每隔）加壓前應(yīng)對測表進(jìn)行初始穩(wěn)定讀數(shù)觀測，每隔10 min同時測讀各測表一次，連續(xù)三次讀數(shù)不變后開始加壓；同時測讀各測表一次，連續(xù)三次讀數(shù)不變后開始加壓； （3）加壓方式宜采用逐級一次循環(huán)法。根據(jù)需要可采用）加壓方式宜采用逐級一次循環(huán)法。根據(jù)需要可采用逐級多次循環(huán)法或大循環(huán)法；逐級多次循環(huán)法或大循環(huán)法；（三）壓力設(shè)計及應(yīng)力

14、路徑（三）壓力設(shè)計及應(yīng)力路徑 每級壓力加壓或退壓后應(yīng)立即讀數(shù)，以后每隔每級壓力加壓或退壓后應(yīng)立即讀數(shù)，以后每隔10min讀讀數(shù)一次，當(dāng)所有測表相鄰兩次讀數(shù)差與同級壓力下第一次數(shù)一次，當(dāng)所有測表相鄰兩次讀數(shù)差與同級壓力下第一次讀數(shù)和前一級壓力下最后一次讀數(shù)差之比小于讀數(shù)和前一級壓力下最后一次讀數(shù)差之比小于5%時，即可時，即可施加或退至下一級壓力。退壓穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)與加壓相同。施加或退至下一級壓力。退壓穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)與加壓相同。 （四）進(jìn)度控制（四）進(jìn)度控制 2.1.1 試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案 （1） 剛性承壓板法試驗(yàn)應(yīng)采用板上剛性承壓板法試驗(yàn)應(yīng)采用板上4個測表的變形平均個測表的變形平均值作為巖體變形值；當(dāng)其中一個

15、測表失效時，可采用另外值作為巖體變形值；當(dāng)其中一個測表失效時，可采用另外三個測表（變形均勻時）或另一對稱的兩個測表（變形不三個測表（變形均勻時）或另一對稱的兩個測表（變形不均勻時）的平均值作為變形值，并予以說明。均勻時）的平均值作為變形值，并予以說明。 （2）繪制壓力）繪制壓力P與變形與變形W之間的關(guān)系曲線，分析曲線類之間的關(guān)系曲線，分析曲線類型并確定變形值。型并確定變形值。 （五）繪制（五）繪制PW曲線曲線 2.1.2 巖體的壓力巖體的壓力變形曲線類型變形曲線類型巖體壓力巖體壓力變形曲線分為變形曲線分為4類類: （1）直線型）直線型A型；型； （2）上凹形）上凹形B型型 （3）上凸形）上凸形

16、C型；型； （4）復(fù)合型）復(fù)合型2.1.2 巖體的壓力巖體的壓力變形曲線類型變形曲線類型（1）直線型）直線型A型型 p=f(W)=KW ， dp/dW =K（常數(shù)），為經(jīng)過原點(diǎn)的直線，（常數(shù)），為經(jīng)過原點(diǎn)的直線，巖性均勻（包括裂隙分布均勻）的巖體，多為這種：根據(jù)曲線巖性均勻（包括裂隙分布均勻）的巖體，多為這種：根據(jù)曲線斜率和加壓退壓曲線，可以分為斜率和加壓退壓曲線，可以分為2個亞類。個亞類。 陡直線型陡直線型(A-1型型)：曲線斜率陡，巖體剛度大；退壓后巖：曲線斜率陡，巖體剛度大；退壓后巖體變形幾乎可完全恢復(fù)；表明巖體較完整、堅(jiān)硬，致密均勻。體變形幾乎可完全恢復(fù)；表明巖體較完整、堅(jiān)硬，致密均勻

17、。 緩直線型緩直線型(A-2型型)：曲線斜率緩，巖體剛度曲線斜率緩，巖體剛度很低。退壓后巖體變形很低。退壓后巖體變形有明顯的不可恢復(fù)變形有明顯的不可恢復(fù)變形和回滯環(huán)。表明巖體結(jié)和回滯環(huán)。表明巖體結(jié)構(gòu)疏松、破碎，但裂隙構(gòu)疏松、破碎，但裂隙分布比較均勻。分布比較均勻。（2）上凹形）上凹形B型型 p=f(W)， dp/dW隨著隨著P增加而增大，層狀及節(jié)理巖體具有增加而增大，層狀及節(jié)理巖體具有這種類型，根據(jù)加壓及退壓曲線，可以分為這種類型，根據(jù)加壓及退壓曲線，可以分為2個亞類。個亞類。 B-1型型： 每次加壓曲線的斜率隨加、退壓循環(huán)次數(shù)增加逐每次加壓曲線的斜率隨加、退壓循環(huán)次數(shù)增加逐漸變大，即巖體剛度

18、在增大；漸變大，即巖體剛度在增大； 各退壓曲線比較緩，且相互近各退壓曲線比較緩，且相互近于平行，巖體彈性變形較大。于平行，巖體彈性變形較大。 巖體特征巖體特征：層狀和似層狀巖體。垂直層面方向加壓。：層狀和似層狀巖體。垂直層面方向加壓。 B-2型型： 加壓曲線斜率不斷變大，巖體的剛度在增加；加壓曲線斜率不斷變大，巖體的剛度在增加；各退荷曲線很陡，退荷各退荷曲線很陡，退荷后大部分變形不可恢復(fù)。后大部分變形不可恢復(fù)。 巖體特征巖體特征：節(jié)理巖體。：節(jié)理巖體。節(jié)理面與加壓方向夾角較節(jié)理面與加壓方向夾角較小，結(jié)構(gòu)體在壓力作用下，小，結(jié)構(gòu)體在壓力作用下，產(chǎn)生楔入效應(yīng)，退壓后變產(chǎn)生楔入效應(yīng)，退壓后變形難以恢

19、復(fù)。形難以恢復(fù)。 （3）上凸形）上凸形C型型 p=f(W)， dp/dW隨著隨著P增加而減小。增加而減小。 巖體特征巖體特征： 節(jié)理裂隙很發(fā)育，且具有泥質(zhì)充填；節(jié)理裂隙很發(fā)育，且具有泥質(zhì)充填； 巖石性質(zhì)軟弱（如泥巖、風(fēng)化巖）；巖石性質(zhì)軟弱（如泥巖、風(fēng)化巖）； 巖體較深處埋藏有軟弱夾層。巖體較深處埋藏有軟弱夾層。2.1.2 巖體的壓力巖體的壓力變形曲線類型變形曲線類型 （4）復(fù)合型）復(fù)合型 PW曲線為階梯狀或曲線為階梯狀或S型。型。 巖體特征：巖體中裂隙發(fā)育不均。巖體特征：巖體中裂隙發(fā)育不均。注意：注意： （1）巖體受力時的力學(xué)行為十分復(fù)雜，它包括：巖石巖體受力時的力學(xué)行為十分復(fù)雜，它包括：巖石

20、的壓密、節(jié)理裂隙的閉合、巖塊沿節(jié)理的移動、轉(zhuǎn)動，的壓密、節(jié)理裂隙的閉合、巖塊沿節(jié)理的移動、轉(zhuǎn)動，同時，巖體受壓的邊界條件又隨壓力的增大而改變（受同時，巖體受壓的邊界條件又隨壓力的增大而改變（受壓層深度隨壓層深度隨p增大而加深），增大而加深），因此，當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)不均時，因此，當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)不均時，其壓力其壓力變形曲線出現(xiàn)各種復(fù)雜的形狀是不奇怪的，必變形曲線出現(xiàn)各種復(fù)雜的形狀是不奇怪的，必須以正確的概念來解釋各種曲線所代表的物理含義，從須以正確的概念來解釋各種曲線所代表的物理含義，從而弄清巖體的變形機(jī)理。而弄清巖體的變形機(jī)理。 （2）巖體同樣具有巖體同樣具有彈性、塑性、粘性特性彈性、塑性、粘性特性，其相

21、應(yīng)物，其相應(yīng)物理力學(xué)指標(biāo)的確定同巖石的這些指標(biāo)的確定是一樣的。理力學(xué)指標(biāo)的確定同巖石的這些指標(biāo)的確定是一樣的。 2.1.2 巖體的壓力巖體的壓力變形曲線類型變形曲線類型 將加載面及加載體視為半無限體，則計算公式如下：將加載面及加載體視為半無限體，則計算公式如下： 變形模量：變形模量： 彈性模量彈性模量: 式中，式中，E0 為變形模量，為變形模量，MPa，E 為彈為彈性模量，性模量，MPa，p為承壓板單位面積上的為承壓板單位面積上的壓力，壓力，MPa；D為承壓板的邊長或直徑。為承壓板的邊長或直徑。 為與承壓板形狀和剛度有關(guān)的系數(shù)為與承壓板形狀和剛度有關(guān)的系數(shù),圓形板為圓形板為0.785,方形板為

22、方形板為0.866； W0為相應(yīng)于壓力為相應(yīng)于壓力p下的下的總變形量總變形量， We為相應(yīng)于為相應(yīng)于p壓力下巖體的壓力下巖體的彈性變形彈性變形。 需要根據(jù)其它方法結(jié)果綜合確定。需要根據(jù)其它方法結(jié)果綜合確定。 020)1 (WpDEeWpDE)1 (22.1.3 巖體的變形指標(biāo)分析巖體的變形指標(biāo)分析 2.1.4 巖體變形的結(jié)構(gòu)效應(yīng)巖體變形的結(jié)構(gòu)效應(yīng) 研究巖體中結(jié)構(gòu)面的方向、性質(zhì)、密度和組合方式對研究巖體中結(jié)構(gòu)面的方向、性質(zhì)、密度和組合方式對巖體變形的影響。巖體變形的影響。 （一）結(jié)構(gòu)面方向的影響（一）結(jié)構(gòu)面方向的影響 巖體的變形因結(jié)構(gòu)面與力作用方向之間角度的不同而不同，巖體的變形因結(jié)構(gòu)面與力作用

23、方向之間角度的不同而不同，導(dǎo)致巖體變形表現(xiàn)為各向異性，特別表現(xiàn)在巖體中結(jié)構(gòu)面組導(dǎo)致巖體變形表現(xiàn)為各向異性，特別表現(xiàn)在巖體中結(jié)構(gòu)面組數(shù)較少時（數(shù)較少時（12組）。組）。 變形最大方向?yàn)榇怪苯Y(jié)構(gòu)面方向，最小方向?yàn)槠叫薪Y(jié)變形最大方向?yàn)榇怪苯Y(jié)構(gòu)面方向，最小方向?yàn)槠叫薪Y(jié)構(gòu)面方向；雖然總變形曲線和彈性變形曲線形狀相似，但兩構(gòu)面方向；雖然總變形曲線和彈性變形曲線形狀相似，但兩者的比值卻因方向而異。者的比值卻因方向而異。 在變形最大方向，塑性變形量顯著，顯示結(jié)構(gòu)面的壓在變形最大方向，塑性變形量顯著，顯示結(jié)構(gòu)面的壓密明顯；在變形最小方向，彈性變形量幾乎與總變形量相同，密明顯；在變形最小方向，彈性變形量幾乎與總變

24、形量相同，巖體變形主要為巖石材料的變形。巖體變形主要為巖石材料的變形。 2.1.4 巖體變形的結(jié)構(gòu)效應(yīng)巖體變形的結(jié)構(gòu)效應(yīng)（二）結(jié)構(gòu)面性質(zhì)的影響（二）結(jié)構(gòu)面性質(zhì)的影響 結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)主要指：結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)主要指：張開程度、充填程度、充填物等。張開程度、充填程度、充填物等。 結(jié)構(gòu)面性質(zhì)影響顯著。結(jié)構(gòu)面性質(zhì)影響顯著。 以發(fā)育一組裂隙的片麻巖（裂隙和片麻理方位不一致）中以發(fā)育一組裂隙的片麻巖（裂隙和片麻理方位不一致）中洞室徑向變形為例，灌漿前，在低壓力（洞室徑向變形為例，灌漿前，在低壓力（0.40.9MPa）時，）時， 主要沿裂隙法向變形；在較高壓力（主要沿裂隙法向變形；在較高壓力（1.92.4MPa）時

25、，則沿）時，則沿片麻理法向變形最大。片麻理法向變形最大。 灌漿后，灌漿消除了裂隙法向變形，對片麻理影響甚微。灌漿后，灌漿消除了裂隙法向變形，對片麻理影響甚微。 對于較完整巖體，隨著對于較完整巖體，隨著RQD降低，模量降低系數(shù)近似線性降低，模量降低系數(shù)近似線性減小。減小。 巖體的完整性系數(shù)巖體的完整性系數(shù) 較低時，模量比較低，且變化不大；較低時，模量比較低，且變化不大；I 值較高時，隨著值較高時，隨著 I 值增加，模量比以線性關(guān)系迅速增大。值增加，模量比以線性關(guān)系迅速增大。 （三）結(jié)構(gòu)面密度的影響（三）結(jié)構(gòu)面密度的影響 反映結(jié)構(gòu)面密度的指標(biāo)主要反映結(jié)構(gòu)面密度的指標(biāo)主要有線（面、體）裂隙率、有線（

26、面、體）裂隙率、巖體質(zhì)量指標(biāo)巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD，巖體的完整性系數(shù)，巖體的完整性系數(shù)等。等。 2.1.4 巖體變形的結(jié)構(gòu)效應(yīng)巖體變形的結(jié)構(gòu)效應(yīng)（四）結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系的影響（四）結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系的影響 巖體中存在兩組以上節(jié)理時，結(jié)構(gòu)面排列組合方式不同，巖體中存在兩組以上節(jié)理時，結(jié)構(gòu)面排列組合方式不同，對巖體變形性質(zhì)有相當(dāng)大的影響：對巖體變形性質(zhì)有相當(dāng)大的影響： 孫廣忠等對孫廣忠等對 對縫式組合對縫式組合、錯縫式組合錯縫式組合巖體進(jìn)行了研究，巖體進(jìn)行了研究，比爾（比爾（Beer）對）對斜縫式組合斜縫式組合進(jìn)行了研究。當(dāng)然，實(shí)際巖體中進(jìn)行了研究。當(dāng)然，實(shí)際巖體中總有兩組以上結(jié)構(gòu)面，其組合方式也千差萬別。總

27、有兩組以上結(jié)構(gòu)面，其組合方式也千差萬別。 2.1.5 巖體動力變形特性巖體動力變形特性 巖體的動力特性巖體的動力特性：是巖體在：是巖體在動荷載作用動荷載作用下所表現(xiàn)出來下所表現(xiàn)出來的性質(zhì)，包括的性質(zhì)，包括巖體中彈性波的傳播規(guī)律巖體中彈性波的傳播規(guī)律及及巖體動力變形性巖體動力變形性質(zhì)質(zhì)與與強(qiáng)度性質(zhì)強(qiáng)度性質(zhì)。 巖體的動力性質(zhì)研究用于：巖體的動力性質(zhì)研究用于： （1）巖體的動力穩(wěn)定性評價；巖體的動力穩(wěn)定性評價； （2）分析巖體結(jié)構(gòu)特征，如完整性，卸荷松弛特征，分析巖體結(jié)構(gòu)特征，如完整性，卸荷松弛特征，不連續(xù)面及其展布等；不連續(xù)面及其展布等； （3）巖體的部分物理力學(xué)參數(shù)測試。巖體的部分物理力學(xué)參數(shù)測

28、試。 本節(jié)本節(jié)： （1）巖體中彈性波的傳播規(guī)律）巖體中彈性波的傳播規(guī)律 （2）巖體中彈性波速的測定）巖體中彈性波速的測定 （3）巖體的動力變形參數(shù)）巖體的動力變形參數(shù) 2.1.5 巖體動力變形特性巖體動力變形特性 當(dāng)巖體受到振動、沖擊或爆破作用時，各種不同動力當(dāng)巖體受到振動、沖擊或爆破作用時，各種不同動力特性的應(yīng)力波將在巖體中傳播。特性的應(yīng)力波將在巖體中傳播。當(dāng)應(yīng)力值較高時（相對巖當(dāng)應(yīng)力值較高時（相對巖體強(qiáng)度），巖體中可能出現(xiàn)體強(qiáng)度），巖體中可能出現(xiàn)塑性波和沖擊波塑性波和沖擊波；當(dāng)應(yīng)力值較；當(dāng)應(yīng)力值較低時，則只產(chǎn)生低時，則只產(chǎn)生彈性波彈性波。 彈性波的傳播速度比塑性波大，且傳播距離遠(yuǎn)。因此，彈

29、性波的傳播速度比塑性波大，且傳播距離遠(yuǎn)。因此，也稱也稱彈性波的傳播彈性波的傳播為為聲波的傳播聲波的傳播。 體波（體波（body wave）：在巖體內(nèi)部傳播的聲波稱為體波。：在巖體內(nèi)部傳播的聲波稱為體波。又可以分為又可以分為縱波縱波（P波，壓縮波）和波，壓縮波）和橫波橫波（S波，剪切波）。波，剪切波）。VpVs（理論上為（理論上為1.7倍）。倍）。 縱波：縱波：是通過介質(zhì)的是通過介質(zhì)的體積變化體積變化即擠壓和拉伸傳播的，在即擠壓和拉伸傳播的，在固液氣態(tài)介質(zhì)中均可傳播，速度最快。固液氣態(tài)介質(zhì)中均可傳播，速度最快。 橫波橫波的震動方向與傳播方向垂直，通過的震動方向與傳播方向垂直，通過介質(zhì)的形態(tài)變化介

30、質(zhì)的形態(tài)變化而實(shí)現(xiàn)而實(shí)現(xiàn)，又稱作，又稱作剪切波剪切波，只在固體中傳播，速度較慢。，只在固體中傳播，速度較慢。一、巖體中彈性波的傳播規(guī)律一、巖體中彈性波的傳播規(guī)律 2.1.5 巖體動力變形特性巖體動力變形特性 面波（面波（L波）波）：沿巖體表面或巖體內(nèi)不連續(xù)面?zhèn)鞑サ膹棧貉貛r體表面或巖體內(nèi)不連續(xù)面?zhèn)鞑サ膹椥圆?。可以分為性波。可以分為瑞利波（瑞利波（R波）、勒夫波（波）、勒夫波（Q波）波）。 瑞利波瑞利波(R波，波，RayIeigh WaVe )：質(zhì)點(diǎn)在垂直于傳播質(zhì)點(diǎn)在垂直于傳播方向的垂直平面內(nèi)作橢圓運(yùn)動，長軸垂直地面。方向的垂直平面內(nèi)作橢圓運(yùn)動，長軸垂直地面。 勒夫波勒夫波(Q波，波，LoVe W

31、aVe )：在地平面上作蛇形運(yùn)動，在地平面上作蛇形運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)垂直于波前進(jìn)方向作水平振動。質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)垂直于波前進(jìn)方向作水平振動。一、巖體中彈性波的傳播規(guī)律一、巖體中彈性波的傳播規(guī)律)()(EVddddP2111)(EVdd12S 根據(jù)波動理論，傳播于根據(jù)波動理論，傳播于連續(xù)、均質(zhì)、各向同性彈性介連續(xù)、均質(zhì)、各向同性彈性介質(zhì)質(zhì)中的縱波中的縱波Vp和橫波速度和橫波速度Vs為：為： 式中：式中： Ed為動彈性模量，為動彈性模量，d為動泊松比，為動泊松比，為介質(zhì)密度為介質(zhì)密度 2.1.5 巖體動力變形特性巖體動力變形特性 現(xiàn)場通常采用現(xiàn)場通常采用 聲波法聲波法 和和 地震法地震法。聲波法也

32、可以用于室內(nèi)。聲波法也可以用于室內(nèi)測定巖塊試件的縱、橫波速度。測定巖塊試件的縱、橫波速度。 聲波法用于室內(nèi)測試時聲波法用于室內(nèi)測試時，為提高測量精度，應(yīng)使用，為提高測量精度，應(yīng)使用高頻換高頻換能器能器，其頻率范圍可采用，其頻率范圍可采用50kHz1.5MHz。二、巖體中彈性波速度的測定二、巖體中彈性波速度的測定pmptDvsmtDvsmpvmpv縱波速度；縱波速度； 橫波速度。橫波速度。 D 聲波發(fā)射點(diǎn)之間的距離。聲波發(fā)射點(diǎn)之間的距離。 ptst縱波傳播時間；縱波傳播時間； 橫波傳播時間。橫波傳播時間。 2.1.5 巖體動力變形特性巖體動力變形特性 dddmpd)(VE12112)V(VVVm

33、smpmsmpd222222 主要有動彈性模量主要有動彈性模量Ed ，動泊松比，動泊松比d ，動剪切模量，動剪切模量Gd。)(EGddd12三、巖體的動力變形參數(shù)三、巖體的動力變形參數(shù))(VEdmsd122 式中，式中，Vmp，Vms巖體中縱波、橫波速度。巖體中縱波、橫波速度。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不擾動巖體的天然結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)；不擾動巖體的天然結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)； 方法簡單、省時方法簡單、省時省力；省力； 可以在巖體中各個部位進(jìn)行測量?？梢栽趲r體中各個部位進(jìn)行測量。 2.1.5 巖體動力變形特性巖體動力變形特性 巖體和巖石的動彈性模量巖體和巖石的動彈性模量Ed靜彈性模量靜彈性模量Eme。兩者的比值：。兩者

34、的比值： 堅(jiān)硬完整巖體堅(jiān)硬完整巖體： Ed/Eme=1.22.0； 風(fēng)化、裂隙發(fā)育的巖體和軟弱巖體：風(fēng)化、裂隙發(fā)育的巖體和軟弱巖體：一般，一般，Ed/Eme= 1.5 10.0，最大可以達(dá)到，最大可以達(dá)到20。 原因分析原因分析： （1）靜力法采用的最大應(yīng)力大部分在）靜力法采用的最大應(yīng)力大部分在1.010Mpa，甚至，甚至更大，變形達(dá)更大，變形達(dá)mm級，有塑性變形；動力法的作用應(yīng)力約為級，有塑性變形；動力法的作用應(yīng)力約為10-4 Mpa，引起的變形量微小，一般無塑性變形。，引起的變形量微小，一般無塑性變形。 （2）靜力法持續(xù)作用時間長；）靜力法持續(xù)作用時間長；加載速率兩者差異明顯。加載速率兩者

35、差異明顯。 （3）靜力法擾動了巖體的天然結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)。）靜力法擾動了巖體的天然結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)。 兩者的換算關(guān)系，應(yīng)針對具體工程巖體進(jìn)行研究。兩者的換算關(guān)系，應(yīng)針對具體工程巖體進(jìn)行研究。四、巖體動靜關(guān)系分析四、巖體動靜關(guān)系分析2.2 結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)性質(zhì) 巖體內(nèi)存在性質(zhì)、規(guī)模、產(chǎn)狀等不同的各種結(jié)構(gòu)面。巖體內(nèi)存在性質(zhì)、規(guī)模、產(chǎn)狀等不同的各種結(jié)構(gòu)面。 巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面及它控制下形成的巖體結(jié)構(gòu)控制著巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面及它控制下形成的巖體結(jié)構(gòu)控制著巖體的變形破壞機(jī)制及力學(xué)法則。巖體的變形破壞機(jī)制及力學(xué)法則。 可以根據(jù)多種因素進(jìn)行類型劃分：可以根據(jù)多種因素進(jìn)行類型劃分： （1）根據(jù)結(jié)構(gòu)面成因）

36、根據(jù)結(jié)構(gòu)面成因 原生結(jié)構(gòu)面，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，淺表生結(jié)構(gòu)面。原生結(jié)構(gòu)面，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，淺表生結(jié)構(gòu)面。 （2）根據(jù)結(jié)構(gòu)面接觸特征）根據(jù)結(jié)構(gòu)面接觸特征 軟弱結(jié)構(gòu)面，堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面（硬性結(jié)構(gòu)面）。軟弱結(jié)構(gòu)面，堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面（硬性結(jié)構(gòu)面）。 （3）結(jié)構(gòu)面綜合分級）結(jié)構(gòu)面綜合分級 主要考慮結(jié)構(gòu)面的延伸規(guī)模、性狀、成因類型和結(jié)構(gòu)主要考慮結(jié)構(gòu)面的延伸規(guī)模、性狀、成因類型和結(jié)構(gòu)面空間方位及其與工程的關(guān)系等。面空間方位及其與工程的關(guān)系等。 2.2.1 結(jié)構(gòu)面的類型結(jié)構(gòu)面的類型 一、結(jié)構(gòu)面按照成因分類一、結(jié)構(gòu)面按照成因分類 原生結(jié)構(gòu)面，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，淺表生結(jié)構(gòu)面（次生結(jié)構(gòu)面）原生結(jié)構(gòu)面，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，淺表生結(jié)構(gòu)面（次生結(jié)構(gòu)面） （1

37、）原生結(jié)構(gòu)面：主要指在巖體形成過程中形成形成的結(jié)）原生結(jié)構(gòu)面：主要指在巖體形成過程中形成形成的結(jié)構(gòu)面和構(gòu)造面。構(gòu)面和構(gòu)造面。如玄武巖中的柱狀節(jié)理；沉積巖中的層理面、如玄武巖中的柱狀節(jié)理；沉積巖中的層理面、不整合面；變質(zhì)巖中的片理、片麻理構(gòu)造面等。除巖漿巖中不整合面；變質(zhì)巖中的片理、片麻理構(gòu)造面等。除巖漿巖中的原生節(jié)理面，一般多為非開裂式的，即結(jié)構(gòu)面內(nèi)存在有大的原生節(jié)理面，一般多為非開裂式的，即結(jié)構(gòu)面內(nèi)存在有大小不等的粘結(jié)力。小不等的粘結(jié)力。 （2）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：是在建造基礎(chǔ)上，由構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生的各是在建造基礎(chǔ)上，由構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生的各種破裂面，如斷層、節(jié)理及劈理等。種破裂面，如斷層、節(jié)理及

38、劈理等。同期構(gòu)造運(yùn)動形成的結(jié)同期構(gòu)造運(yùn)動形成的結(jié)構(gòu)面間有一定的內(nèi)在聯(lián)系。在野外工作中，要根據(jù)構(gòu)造形跡，構(gòu)面間有一定的內(nèi)在聯(lián)系。在野外工作中，要根據(jù)構(gòu)造形跡，鑒別出它的力學(xué)成因類型，形成期序和體系，做出分期配套。鑒別出它的力學(xué)成因類型，形成期序和體系，做出分期配套。這對于掌握各組結(jié)構(gòu)面在巖體內(nèi)空間分布及組合規(guī)律具有指這對于掌握各組結(jié)構(gòu)面在巖體內(nèi)空間分布及組合規(guī)律具有指導(dǎo)意義。導(dǎo)意義。 （3）淺表生結(jié)構(gòu)面（次生結(jié)構(gòu)面）淺表生結(jié)構(gòu)面（次生結(jié)構(gòu)面）：指在外營力作用下產(chǎn)指在外營力作用下產(chǎn)生的風(fēng)化裂隙及卸荷裂隙等生的風(fēng)化裂隙及卸荷裂隙等。多為張裂隙，結(jié)構(gòu)面不起伏粗。多為張裂隙，結(jié)構(gòu)面不起伏粗糙，可改造已有

39、結(jié)構(gòu)面或?yàn)樾律严?。分布在臨空面附近一糙，可改造已有結(jié)構(gòu)面或?yàn)樾律严?。分布在臨空面附近一定范圍內(nèi)，且其產(chǎn)狀與臨空面有一定關(guān)系。定范圍內(nèi)，且其產(chǎn)狀與臨空面有一定關(guān)系。 二、二、 結(jié)構(gòu)面按照接觸特征分類結(jié)構(gòu)面按照接觸特征分類 （1）軟弱結(jié)構(gòu)面）軟弱結(jié)構(gòu)面：夾有一定厚度的軟弱物質(zhì)夾有一定厚度的軟弱物質(zhì)，如斷層，如斷層破碎帶、層間錯動面，擠壓面、擠壓帶，或充填足夠厚度破碎帶、層間錯動面，擠壓面、擠壓帶，或充填足夠厚度次生泥的張裂隙、泥化夾層等。可以進(jìn)一步分為次生泥的張裂隙、泥化夾層等?？梢赃M(jìn)一步分為原生軟弱原生軟弱夾層夾層，構(gòu)造軟弱夾層構(gòu)造軟弱夾層和和次生軟弱夾層次生軟弱夾層。 （2）堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面（硬

40、性結(jié)構(gòu)面、無沖填結(jié)構(gòu)面）堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面（硬性結(jié)構(gòu)面、無沖填結(jié)構(gòu)面）：多：多數(shù)為干凈的，也有夾硬碎屑的。數(shù)為干凈的，也有夾硬碎屑的。 結(jié)構(gòu)面中的充填物質(zhì)如果是結(jié)構(gòu)面中的充填物質(zhì)如果是硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)以及巖硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)以及巖脈（如石英脈）脈（如石英脈）等，則結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度常常很高，一般可不作等，則結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度常常很高，一般可不作為結(jié)構(gòu)面考慮。為結(jié)構(gòu)面考慮。 實(shí)際工程中，分類更細(xì)，如小灣分類方案為：實(shí)際工程中，分類更細(xì)，如小灣分類方案為： （1）無充填節(jié)理；）無充填節(jié)理； （2）有少量泥、綠泥石、高嶺石）有少量泥、綠泥石、高嶺石膜充填節(jié)理；膜充填節(jié)理； （3）巖屑夾泥型；）巖屑夾泥型； （4）泥夾巖屑型）

41、泥夾巖屑型 2.2.1 結(jié)構(gòu)面的類型結(jié)構(gòu)面的類型 巖體內(nèi)，結(jié)構(gòu)面的規(guī)模差別很大；而不同規(guī)模的結(jié)構(gòu)面，巖體內(nèi)，結(jié)構(gòu)面的規(guī)模差別很大；而不同規(guī)模的結(jié)構(gòu)面，其性狀也會差別明顯。所以不同規(guī)模的結(jié)構(gòu)面在巖體穩(wěn)定性其性狀也會差別明顯。所以不同規(guī)模的結(jié)構(gòu)面在巖體穩(wěn)定性分析中所處的地位是不同的。分析中所處的地位是不同的。 進(jìn)行結(jié)構(gòu)面分級，有助于在實(shí)際工作中區(qū)別主次，并可進(jìn)行結(jié)構(gòu)面分級，有助于在實(shí)際工作中區(qū)別主次，并可抓住起主導(dǎo)作用的結(jié)構(gòu)面重點(diǎn)關(guān)注。抓住起主導(dǎo)作用的結(jié)構(gòu)面重點(diǎn)關(guān)注。 由于各具體工程特點(diǎn)、工程地質(zhì)條件的差異，目前對于由于各具體工程特點(diǎn)、工程地質(zhì)條件的差異，目前對于結(jié)構(gòu)面的分級方案較多。這些分級方案

42、結(jié)構(gòu)面的分級方案較多。這些分級方案 既有一定的共性，也既有一定的共性，也因地質(zhì)條件及工程特點(diǎn)不同，存在一定差異。因地質(zhì)條件及工程特點(diǎn)不同，存在一定差異。 總體上看，在結(jié)構(gòu)面的分級時，一般考慮這些因素：總體上看，在結(jié)構(gòu)面的分級時，一般考慮這些因素： （1）結(jié)構(gòu)面的延伸規(guī)模，這是最主要的；結(jié)構(gòu)面的延伸規(guī)模，這是最主要的； （2）結(jié)構(gòu)面的性狀；結(jié)構(gòu)面的性狀； （3）結(jié)構(gòu)面的成因類型；結(jié)構(gòu)面的成因類型； （4）結(jié)構(gòu)面空間方位及其與工程的關(guān)系等結(jié)構(gòu)面空間方位及其與工程的關(guān)系等三、結(jié)構(gòu)面綜合分級三、結(jié)構(gòu)面綜合分級 2.2.1 結(jié)構(gòu)面的類型結(jié)構(gòu)面的類型 工程地質(zhì)分析原理工程地質(zhì)分析原理給出了三級分級方案：給

43、出了三級分級方案： （1）貫通性宏觀軟弱面）貫通性宏觀軟弱面：連續(xù)或近似連續(xù)，有確定的：連續(xù)或近似連續(xù)，有確定的延伸方向，可有一定厚度或影響帶。如層面、軟弱夾層、延伸方向，可有一定厚度或影響帶。如層面、軟弱夾層、斷層面或斷層破碎帶，貫通性表生結(jié)構(gòu)面?？刂茙r體變形斷層面或斷層破碎帶，貫通性表生結(jié)構(gòu)面?？刂茙r體變形破壞演化方向。破壞演化方向。 （）顯現(xiàn)結(jié)構(gòu)面（）顯現(xiàn)結(jié)構(gòu)面：硬性結(jié)構(gòu)面，隨機(jī)斷續(xù)分布，延：硬性結(jié)構(gòu)面，隨機(jī)斷續(xù)分布，延伸長度米級或數(shù)十米，具有統(tǒng)計優(yōu)勢方向?，F(xiàn)場可以測定。伸長度米級或數(shù)十米，具有統(tǒng)計優(yōu)勢方向?，F(xiàn)場可以測定。各類原生結(jié)構(gòu)面和構(gòu)造裂隙，表生破裂結(jié)構(gòu)面。一般可以各類原生結(jié)構(gòu)面和

44、構(gòu)造裂隙，表生破裂結(jié)構(gòu)面。一般可以稱為稱為基體裂隙基體裂隙。 （）隱微結(jié)構(gòu)面（）隱微結(jié)構(gòu)面：短小閉合，長度從毫米級至厘米級，：短小閉合，長度從毫米級至厘米級，隨機(jī)分布，具有統(tǒng)計優(yōu)勢方向。手標(biāo)本及鏡下鑒定。巖石隨機(jī)分布，具有統(tǒng)計優(yōu)勢方向。手標(biāo)本及鏡下鑒定。巖石中的隱微結(jié)構(gòu)面。中的隱微結(jié)構(gòu)面。 該分類方案中該分類方案中“貫通性宏觀軟弱面貫通性宏觀軟弱面”，較為籠統(tǒng)。，較為籠統(tǒng)。 2.2.1 結(jié)構(gòu)面的類型結(jié)構(gòu)面的類型三、結(jié)構(gòu)面綜合分級三、結(jié)構(gòu)面綜合分級 巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)（孫廣忠）中將結(jié)構(gòu)面劃分為（孫廣忠）中將結(jié)構(gòu)面劃分為5級級級級序序分級依據(jù)分級依據(jù)力學(xué)效應(yīng)力學(xué)效應(yīng)力學(xué)屬性力學(xué)屬性地質(zhì)構(gòu)造特

45、征地質(zhì)構(gòu)造特征結(jié)構(gòu)面延伸長，幾公里結(jié)構(gòu)面延伸長，幾公里幾十公里，貫通巖體，破幾十公里，貫通巖體，破碎帶寬度達(dá)數(shù)米至數(shù)十米碎帶寬度達(dá)數(shù)米至數(shù)十米1.形成巖體力學(xué)作用邊界形成巖體力學(xué)作用邊界2.巖體變形和破壞的控制條件巖體變形和破壞的控制條件; 3.構(gòu)成獨(dú)立的力學(xué)介質(zhì)單元構(gòu)成獨(dú)立的力學(xué)介質(zhì)單元1. 屬于軟弱結(jié)屬于軟弱結(jié)構(gòu)面；構(gòu)面；2.構(gòu)成獨(dú)構(gòu)成獨(dú)立的力學(xué)模型立的力學(xué)模型 較大的斷層較大的斷層延伸規(guī)模與研究的巖體相延伸規(guī)模與研究的巖體相當(dāng)，破碎帶寬度幾厘米當(dāng)，破碎帶寬度幾厘米數(shù)米。數(shù)米。1.形成塊裂體邊界形成塊裂體邊界2.控制巖體變形和破壞方式控制巖體變形和破壞方式3.構(gòu)成次級地應(yīng)力場邊界構(gòu)成次級地

46、應(yīng)力場邊界屬于軟弱結(jié)構(gòu)屬于軟弱結(jié)構(gòu)面面小斷層小斷層 ； 層間層間錯動帶錯動帶延伸長度短，從十幾米至延伸長度短，從十幾米至幾十米，無破碎帶，面內(nèi)幾十米，無破碎帶，面內(nèi)不夾泥，有的具有泥膜，不夾泥，有的具有泥膜，1.參與塊裂巖體切割參與塊裂巖體切割2.劃分劃分級巖體結(jié)構(gòu)類型的依級巖體結(jié)構(gòu)類型的依據(jù)；據(jù)；3.構(gòu)成次級地應(yīng)力場邊界構(gòu)成次級地應(yīng)力場邊界多數(shù)屬于堅(jiān)硬多數(shù)屬于堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面，少數(shù)結(jié)構(gòu)面，少數(shù)屬于軟弱結(jié)構(gòu)屬于軟弱結(jié)構(gòu)面面不夾泥，長大節(jié)不夾泥，長大節(jié)理；開裂的層面理；開裂的層面延伸短，未錯動，不夾泥，延伸短，未錯動，不夾泥，有的呈弱結(jié)合狀態(tài)有的呈弱結(jié)合狀態(tài)1.劃分劃分巖體結(jié)構(gòu)類型的依據(jù)巖體結(jié)構(gòu)類型的

47、依據(jù)2.巖體力學(xué)性質(zhì)，結(jié)構(gòu)效應(yīng)的基礎(chǔ)；巖體力學(xué)性質(zhì)，結(jié)構(gòu)效應(yīng)的基礎(chǔ)；3.有的成為次級地應(yīng)力場邊界有的成為次級地應(yīng)力場邊界堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面節(jié)理，劈理，層節(jié)理，劈理，層面，次生裂隙面，次生裂隙結(jié)構(gòu)面小，且連續(xù)性差結(jié)構(gòu)面小，且連續(xù)性差1.巖體內(nèi)形成應(yīng)力集中巖體內(nèi)形成應(yīng)力集中; 2. 巖塊力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)基礎(chǔ)巖塊力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)基礎(chǔ)堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面不連續(xù)的小節(jié)理，不連續(xù)的小節(jié)理，隱節(jié)理，層面，隱節(jié)理，層面，片理面片理面三、結(jié)構(gòu)面綜合分級三、結(jié)構(gòu)面綜合分級 2.2.1 結(jié)構(gòu)面的類型結(jié)構(gòu)面的類型2.2 結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)性質(zhì) 2.2.1 結(jié)構(gòu)面的類型結(jié)構(gòu)面的類型 2.2.2 結(jié)構(gòu)面的

48、自然特性結(jié)構(gòu)面的自然特性 2.2.2.1 結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì)結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì) 2.2.2.2 結(jié)構(gòu)面的幾何形態(tài)（或形態(tài)特征）結(jié)構(gòu)面的幾何形態(tài)（或形態(tài)特征） 2.2.2.3 結(jié)構(gòu)面的空間分布結(jié)構(gòu)面的空間分布 2.2.2.4 結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖性及其差異結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖性及其差異 2.2.3 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì) 2.2.3.1 無充填結(jié)構(gòu)面無充填結(jié)構(gòu)面 2.2.3.2 充填的結(jié)構(gòu)面充填的結(jié)構(gòu)面 2.2.3.3 復(fù)合結(jié)構(gòu)面復(fù)合結(jié)構(gòu)面 2.2.3.4 未貫通斷續(xù)結(jié)構(gòu)面未貫通斷續(xù)結(jié)構(gòu)面2.2.2 結(jié)構(gòu)面的自然特性結(jié)構(gòu)面的自然特性 結(jié)構(gòu)面的自然特性是結(jié)構(gòu)面的自然特性是指結(jié)構(gòu)面的現(xiàn)

49、狀特征指結(jié)構(gòu)面的現(xiàn)狀特征。 對結(jié)構(gòu)面力對結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響的學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響的自然特性自然特性主要有以下四點(diǎn)：主要有以下四點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì)；結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì)； 結(jié)構(gòu)面的幾何形態(tài)：結(jié)構(gòu)面的平整、光滑和粗糙程度；結(jié)構(gòu)面的幾何形態(tài)：結(jié)構(gòu)面的平整、光滑和粗糙程度； 結(jié)構(gòu)面的空間分布；結(jié)構(gòu)面的空間分布； 結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖性及其差異等。結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖性及其差異等。 結(jié)構(gòu)面成因復(fù)雜，后期又經(jīng)歷了不同性質(zhì)、不同時期的結(jié)構(gòu)面成因復(fù)雜，后期又經(jīng)歷了不同性質(zhì)、不同時期的構(gòu)造改造和淺表生改造。構(gòu)造改造和淺表生改造。結(jié)構(gòu)面目前狀態(tài)，是工程地質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)面目前狀態(tài)，是工程地質(zhì)環(huán)境演化的結(jié)果

50、，也是其發(fā)展變化的起點(diǎn)。演化的結(jié)果，也是其發(fā)展變化的起點(diǎn)。因此，只有對結(jié)構(gòu)面因此，只有對結(jié)構(gòu)面現(xiàn)狀即自然特性有深刻認(rèn)識，才能正確掌握結(jié)構(gòu)面的物理力現(xiàn)狀即自然特性有深刻認(rèn)識，才能正確掌握結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)性質(zhì)，并進(jìn)而分析巖體變形及破壞規(guī)律。學(xué)性質(zhì)，并進(jìn)而分析巖體變形及破壞規(guī)律。 據(jù)此，可分為據(jù)此，可分為剛性結(jié)構(gòu)面和軟弱結(jié)構(gòu)面剛性結(jié)構(gòu)面和軟弱結(jié)構(gòu)面兩類。兩類。 （1）無充填結(jié)構(gòu)面，也稱為剛性結(jié)構(gòu)面、）無充填結(jié)構(gòu)面，也稱為剛性結(jié)構(gòu)面、 結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面干凈無充填干凈無充填，或或夾少量硬碎屑夾少量硬碎屑；或?yàn)榛驗(yàn)楹笃趲r后期巖脈所充填（非破碎接觸），脈所充填（非破碎接觸），其其抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度取決于結(jié)構(gòu)面的取

51、決于結(jié)構(gòu)面的形態(tài)，起伏差、光滑粗糙程度和兩側(cè)巖塊的性質(zhì)形態(tài)，起伏差、光滑粗糙程度和兩側(cè)巖塊的性質(zhì)等。等。 （2）軟弱結(jié)構(gòu)面）軟弱結(jié)構(gòu)面 軟弱結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)主要與充填物的成分、結(jié)構(gòu)、軟弱結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)主要與充填物的成分、結(jié)構(gòu)、厚度、風(fēng)化、起伏、地下水以及兩側(cè)巖性等有關(guān)。厚度、風(fēng)化、起伏、地下水以及兩側(cè)巖性等有關(guān)。 充填結(jié)構(gòu)面性狀千差萬別，對具體工程，應(yīng)根據(jù)區(qū)內(nèi)充填結(jié)構(gòu)面性狀千差萬別，對具體工程，應(yīng)根據(jù)區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征，進(jìn)行具體的類別劃分。結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征，進(jìn)行具體的類別劃分。2.2.2.1 結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì)結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì) 對軟弱結(jié)構(gòu)面進(jìn)一步工程分類，首先根據(jù)大小將充

52、填物分對軟弱結(jié)構(gòu)面進(jìn)一步工程分類，首先根據(jù)大小將充填物分為為巖塊、礫、巖屑、泥四類。其中，巖塊、礫、巖屑、泥四類。其中， 巖塊巖塊：（：（60mm）；）； 礫礫：(粗礫：粗礫：6020mm，中礫：，中礫：205mm，細(xì)礫：，細(xì)礫：52mm) ； 巖屑巖屑：（：（20.075mm）；）； 泥泥：(90% 含礫塊型含礫塊型：巖塊含量：巖塊含量70%，礫含量，礫含量90% 含屑礫型含屑礫型：礫含量：礫含量70%，巖屑含量，巖屑含量90% 巖屑夾型巖屑夾型 等等 2.2.2.1 結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì)結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì) （3）結(jié)構(gòu)面的張開特征及結(jié)合程度分類）結(jié)構(gòu)面的張開特征及結(jié)合程度分

53、類 結(jié)構(gòu)面的張開度：指結(jié)構(gòu)面裂口開口處張開的程度。結(jié)構(gòu)面的張開度：指結(jié)構(gòu)面裂口開口處張開的程度。 結(jié)構(gòu)面的張開度可以說明巖體的結(jié)構(gòu)面的張開度可以說明巖體的“松散度松散度”和巖體的水和巖體的水力學(xué)特征。張開裂隙是地下水的良好通道。力學(xué)特征。張開裂隙是地下水的良好通道。 1） 張開程度張開程度 很密閉，很密閉，張開度小于張開度小于0.1mm; 密閉，密閉，張開度在張開度在0.11mm之間；之間； 中等張開，中等張開，張開度在張開度在15mm之間；之間； 張開，張開，張開度大于張開度大于5mm。 錦屏水電工程張開程度：錦屏水電工程張開程度： a. 閉合閉合，張開度，張開度0.5mm； b. 微張，微

54、張，張開度張開度0.55.0mm； c. 張開，張開，張開度張開度550mm； d. 寬張，寬張，張開度張開度50mm。 2.2.2.1 結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì)結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì) （3）結(jié)構(gòu)面的張開特征及結(jié)合程度分類）結(jié)構(gòu)面的張開特征及結(jié)合程度分類 2）結(jié)合程度）結(jié)合程度 根據(jù)結(jié)構(gòu)面的張開和充填特征，對結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度根據(jù)結(jié)構(gòu)面的張開和充填特征，對結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度可進(jìn)行如下劃分?？蛇M(jìn)行如下劃分。 2.2.2.1 結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì)結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)及其充填物質(zhì) 3）結(jié)合程度可細(xì)分為膠結(jié)程度和密實(shí)程度）結(jié)合程度可細(xì)分為膠結(jié)程度和密實(shí)程度 膠結(jié)程度：膠結(jié)程度： 好：好：一般為硅

55、質(zhì)膠結(jié)或硅化膠結(jié)、鐵質(zhì)膠結(jié)（褐鐵礦、一般為硅質(zhì)膠結(jié)或硅化膠結(jié)、鐵質(zhì)膠結(jié)（褐鐵礦、黃鐵礦）、綠簾石等。黃鐵礦）、綠簾石等。 較好：較好：一般為完整方解石脈膠結(jié)。一般為完整方解石脈膠結(jié)。 中等：中等：局部方解石脈或方解石團(tuán)塊膠結(jié)。局部方解石脈或方解石團(tuán)塊膠結(jié)。 差：差：膠結(jié)物為巖屑、粉或少量鈣質(zhì)，片狀綠泥石。膠結(jié)物為巖屑、粉或少量鈣質(zhì)，片狀綠泥石。 密實(shí)程度：密實(shí)程度： 密實(shí)：密實(shí)：膠結(jié)較好，緊密，片理閉合。膠結(jié)較好，緊密，片理閉合。 中密：中密：膠結(jié)中等（鈣質(zhì)或方解石脈），但有局部的空區(qū)膠結(jié)中等（鈣質(zhì)或方解石脈），但有局部的空區(qū) 疏松：疏松：膠結(jié)中等，呈架空狀膠結(jié)中等，呈架空狀 松散：松散：膠結(jié)

56、差，呈三體狀。膠結(jié)差，呈三體狀。 結(jié)構(gòu)面在空間展布的幾何屬性結(jié)構(gòu)面在空間展布的幾何屬性稱為結(jié)構(gòu)面的形態(tài)，包括結(jié)稱為結(jié)構(gòu)面的形態(tài)，包括結(jié)構(gòu)面的平整、光滑和粗糙程度。構(gòu)面的平整、光滑和粗糙程度?？梢詺w納為下列四種：可以歸納為下列四種： （1）平直型；）平直型； （2）波浪型（波狀起伏）：）波浪型（波狀起伏）： （3）鋸齒型（曲折型）鋸齒型（曲折型） ：（：（4）臺階型：）臺階型： 現(xiàn)分述如下：現(xiàn)分述如下： （1）平直型）平直型 多為基體裂隙。影響其強(qiáng)度的因素：多為基體裂隙。影響其強(qiáng)度的因素：粗糙度，側(cè)壁巖性粗糙度，側(cè)壁巖性及風(fēng)化程度等。及風(fēng)化程度等。 粗糙度粗糙度：反映反映面上普遍的微量的凹凸不平

57、面上普遍的微量的凹凸不平的狀態(tài)，是的狀態(tài)，是面面的微量咬合的微量咬合，稍有位移，則有無數(shù)的點(diǎn)接觸。，稍有位移，則有無數(shù)的點(diǎn)接觸。 光滑度光滑度和和粗糙度粗糙度是同一個問題的兩個側(cè)面是同一個問題的兩個側(cè)面。 根據(jù)根據(jù)粗糙度粗糙度，可以將結(jié)構(gòu)面分為五級，可以將結(jié)構(gòu)面分為五級： 極粗糙，粗糙，極粗糙，粗糙， 一般，光滑，鏡面。一般，光滑，鏡面。2.2.2.2 結(jié)構(gòu)面的幾何形態(tài)（或形態(tài)特征）結(jié)構(gòu)面的幾何形態(tài)（或形態(tài)特征）2.2.2.2 結(jié)構(gòu)面的幾何形態(tài)（或形態(tài)特征）結(jié)構(gòu)面的幾何形態(tài)（或形態(tài)特征） （2）波浪型（波狀起伏）：規(guī)則）波浪型（波狀起伏）：規(guī)則起伏、粗糙程度；起伏、粗糙程度； （3）鋸齒型（曲

58、折型）鋸齒型（曲折型） ：規(guī)則、不規(guī)則：規(guī)則、不規(guī)則起伏、粗糙程度；起伏、粗糙程度； （4）臺階型：）臺階型：主要取決于巖石的力學(xué)性質(zhì)和起伏特征。主要取決于巖石的力學(xué)性質(zhì)和起伏特征。 規(guī)則起伏描述指標(biāo)：規(guī)則起伏描述指標(biāo)： 起伏差（度）起伏差（度）和和爬坡角（或起伏角），爬坡角（或起伏角），是衡量結(jié)構(gòu)面是衡量結(jié)構(gòu)面總體起伏的程度總體起伏的程度，說明巖塊間是，說明巖塊間是面的吻合接觸面的吻合接觸。 一般通過測量一般通過測量一級突起（凹凸）來確定：在一級突起（凹凸）來確定：在平均值的基平均值的基礎(chǔ)上，考慮一定安全系數(shù)。礎(chǔ)上，考慮一定安全系數(shù)。 不規(guī)則起伏：不規(guī)則起伏： 可用可用剪脹角剪脹角描述。描述

59、。 結(jié)構(gòu)面的分布狀況：大體上包括：結(jié)構(gòu)面的分布狀況：大體上包括： （1）結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀及其變化；（）結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀及其變化；（2）結(jié)構(gòu)面的延展性；）結(jié)構(gòu)面的延展性； （3）結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密度；）結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密度； （4）結(jié)構(gòu)面的組數(shù)；）結(jié)構(gòu)面的組數(shù)； （5）結(jié)構(gòu)面的空間組合關(guān)系等。）結(jié)構(gòu)面的空間組合關(guān)系等。2.2.2.3 結(jié)構(gòu)面的空間分布結(jié)構(gòu)面的空間分布 2.2.2 結(jié)構(gòu)面的自然特性結(jié)構(gòu)面的自然特性一、結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀（即方位）及其變化一、結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀（即方位）及其變化 產(chǎn)狀分析方法及步驟：產(chǎn)狀分析方法及步驟： （1）系統(tǒng)測量產(chǎn)狀，）系統(tǒng)測量產(chǎn)狀，常用路線精測法；常用路線精測法； （2）產(chǎn)狀分析）產(chǎn)狀分

60、析：赤平投影分析，極點(diǎn)等密圖，直方：赤平投影分析，極點(diǎn)等密圖，直方圖，玫瑰花圖等。圖，玫瑰花圖等。進(jìn)行結(jié)構(gòu)面分組，給出各組結(jié)構(gòu)面進(jìn)行結(jié)構(gòu)面分組，給出各組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀變化范圍。產(chǎn)狀變化范圍。 （3）綜合分析：各組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀空間變化特征。）綜合分析：各組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀空間變化特征。 二、結(jié)構(gòu)面的延展性二、結(jié)構(gòu)面的延展性 是指結(jié)構(gòu)面在某一方向上的連續(xù)性。是指結(jié)構(gòu)面在某一方向上的連續(xù)性。相對于巖體尺寸，相對于巖體尺寸，可以分為三種型式：可以分為三種型式：非貫通性的，半貫通的，貫通性的。非貫通性的，半貫通的，貫通性的。 對巖體中各組結(jié)構(gòu)面，對巖體中各組結(jié)構(gòu)面，連續(xù)性連續(xù)性描述主要包括：描述主要包括： （1）結(jié)