第4章 巖體的地質(zhì)特征及質(zhì)量評價

1、第4章 巖體的地質(zhì)特征及質(zhì)量(zhling)評價 基本概念 4.1 巖體的風(fēng)化及風(fēng)化巖體的特征 4.2 巖體結(jié)構(gòu)特征 4.3 巖體質(zhì)量評價 共二十五頁基本概念1、結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)面：存在于巖體中的各種不同成因、不同特征的地質(zhì)界面，包括各種破裂面（如斷層面、節(jié)理等）、物質(zhì)分異面（如層理、層面、不整合面、片理等）、軟弱夾層及泥化夾層等。結(jié)構(gòu)體：每一個結(jié)構(gòu)面都具有一定的方向、規(guī)模、形態(tài)和特征。不同方向結(jié)構(gòu)面相互組合切割巖體形成的不同幾何形狀和大小(dxio)的塊體。巖體結(jié)構(gòu)：指結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的特性及它們之間的相互組合，是巖體在長期的成巖及形變過程中形成的產(chǎn)物，是巖體特性的決定因素。結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體是

2、巖體結(jié)構(gòu)的兩個基本要素。共二十五頁2、巖體和巖塊 巖體：一定(ydng)工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體，是指在地質(zhì)歷史中形成的、由一種或多種巖石和結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)組成的、具有一定(ydng)的結(jié)構(gòu)并賦存于一定(ydng)的地質(zhì)環(huán)境(地應(yīng)力、地下水、地溫)中的地質(zhì)體。巖體在地質(zhì)歷史中經(jīng)受各種內(nèi)、外動力地質(zhì)作用的改造和破壞，是被各種地質(zhì)界面(斷層、裂隙、層面等)切割所形成的一種多裂隙不連續(xù)介質(zhì)。巖體的變形和強度特性則取決于結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的工程地質(zhì)特性。 巖塊：可以近似看作為一個連續(xù)完整的各向同性的均質(zhì)介質(zhì)，其變形和強度性質(zhì)完全取決于巖塊本身的巖性及其結(jié)構(gòu)。 共二十五頁3、巖體的基本特征（1）巖體是地質(zhì)體的一部分

3、，因此各種地質(zhì)因素(如巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、天然應(yīng)力狀態(tài)等)對巖休穩(wěn)定性有很大的影響。另外我們在進行巖體工程地質(zhì)研究時，不僅要研究其現(xiàn)狀，還要研究其地質(zhì)歷史；（2）巖體是包含不同巖石材料和各種不連續(xù)結(jié)構(gòu)面的非均質(zhì)各向異性的不連續(xù)介質(zhì)；（3）巖體的變形和強度受結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體特性(txng)的控制，并且主要取決于結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及其組合形式；(4)巖體是一種流變體。在一定的應(yīng)力作用下，巖體內(nèi)部微觀與宏觀結(jié)構(gòu)的滑移、位移和變形隨時間而變化；(5)巖體中存在著復(fù)雜的地應(yīng)力場。巖體中的地應(yīng)力通常主要由自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力組成一這些地應(yīng)力尤其是高地應(yīng)力)的存在，使巖體的工程地質(zhì)條件復(fù)雜化。共二十五頁4.

4、1 巖體的風(fēng)化(fnghu)及風(fēng)化(fnghu)巖體的特征（1/） 1 風(fēng)化及風(fēng)化作用 巖體的風(fēng)化：指長期(chngq)裸露在地表的巖體，經(jīng)受太陽輻射熱、大氣、水及生物等作用，使巖石結(jié)構(gòu)逐漸破碎、疏松或礦物成分發(fā)生次生變化的過程引起這種變化的作用稱為風(fēng)化作用)風(fēng)化作用分類：(1)物理風(fēng)化作用：由于溫度的變化、巖體中水的凍融或鹽類物質(zhì)的結(jié)晶膨脹使巖體機械破碎的過程稱為物理風(fēng)化作用:，物理風(fēng)化作用的結(jié)果，使巖體或巖石結(jié)構(gòu)破壞，形成大小不一的巖塊或風(fēng)化碎屑，這只是一種機械破碎；如由不同礦物組成的巖石，當溫度發(fā)生變化時，巖石產(chǎn)生熱脹冷縮，由于不同礦物具有不同的熱導(dǎo)率，膨脹系數(shù)很不均勻，導(dǎo)致巖石內(nèi)部產(chǎn)生

5、應(yīng)力，使晶體之間的聯(lián)結(jié)力破壞，巖石逐漸破碎。另外，賦存于巖體裂隙中的水遇冷結(jié)冰，體積增大產(chǎn)生壓力，使裂隙擴展，巖石破裂(冰劈作用)等等。共二十五頁(2)化學(xué)風(fēng)化作用：化學(xué)風(fēng)化作用主要是指巖體在水、大氣等因素的化學(xué)作用下所引起的破壞過程。其結(jié)果不僅使巖石結(jié)構(gòu)破壞，而且化學(xué)成分發(fā)生變化，有新的次生礦物生成。 其作用方式有溶解、水化、水解和氧化作用等。如自然界的各種可溶性巖石(巖鹽、石膏、石灰?guī)r等)，遇到水和空氣作用后，可溶性成分被溶解帶走。巖溶的形成過程正是如此 又如，硬石膏(CaSO4) 水化成石膏(CaSO4.2H2O),黃鐵礦(FeS2)在水的參與下生成褐鐵礦(Fe2O3.nH2O)和硫酸(

6、H2SO4)等等。(3)生物風(fēng)化作用：主要是由于生物對巖石和巖體產(chǎn)生的破壞作用。生物風(fēng)化作用可以是化學(xué)的，也可以是物理的、如植物的根劈作用使巖石破壞，生物的新陳代謝及遺體腐爛所產(chǎn)生的酸類對巖石的腐蝕等等。 自然界中上述三種風(fēng)化作用往往是相互聯(lián)系，相互影響的，有時甚至同時存在(cnzi)。一般在干寒氣候條件下以物理風(fēng)化作用為主，在濕熱環(huán)境中則以化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用為主。共二十五頁影響巖石風(fēng)化的因素(1)巖性：巖石的礦物成分和化學(xué)成分影響著風(fēng)化作用的速度、風(fēng)化程度及其產(chǎn)物。一般說來，地下深處形成的巖漿巖較地表條件下形成的沉積巖、變質(zhì)巖易風(fēng)化。巖漿巖中富含暗色礦物的基性巖較中、酸性巖易風(fēng)化。沉積巖

7、中碎屑巖類的風(fēng)化速度取決于膠結(jié)物和碎屑物成分，一般硅質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)、泥質(zhì)膠結(jié)物抗風(fēng)化能力依次減弱。多礦物組成巖石較單礦物巖石易風(fēng)化。(2)巖石結(jié)構(gòu)與地質(zhì)構(gòu)造：巖石結(jié)構(gòu)影響風(fēng)化作用的速度和風(fēng)化程度:一般礦物成分相同的巖石，等粒結(jié)構(gòu)的比不等粒結(jié)構(gòu)抗風(fēng)化能力要強些;細粒結(jié)構(gòu)比粗粒結(jié)構(gòu)抗風(fēng)化能力強;晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖石比非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖石抗風(fēng)化能力差;深變質(zhì)的比淺變質(zhì)的要易風(fēng)化;具有定向構(gòu)造(片理、片麻理、流紋構(gòu)造等)的巖石易風(fēng)化。 地質(zhì)構(gòu)造破壞了巖體的完整性，增大透水性和風(fēng)化作用的面積，促使了風(fēng)化作用的深入和加快(ji kui)了巖石風(fēng)化的速度。巖體中常見的球狀風(fēng)化、袋狀風(fēng)化深槽等都是風(fēng)化作用沿地質(zhì)構(gòu)造發(fā)

8、育的結(jié)果。共二十五頁（3）地下水：地下水是巖石風(fēng)化過程中一個十分活躍的因素，物理、化學(xué)、生物風(fēng)化作用幾乎都與水有密切聯(lián)系。地下水的化學(xué)成分及其循環(huán)條件，對風(fēng)化速度和程度有較大的影響。因為地下水可以促使巖石溶濾、水化、水解等作用的進行，地下水循環(huán)條件良好地區(qū)，往往形成較厚的風(fēng)化殼。(4)氣候與地貌：氣候濕熱地區(qū)，溫度很高，降水充沛，水溶液富含酸類物質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)迅速，化學(xué)和生物風(fēng)化作用就強烈。于寒地區(qū)沮度低，降水少，含水巖石的凍融交替，物理風(fēng)化作用較強。因此，特殊氣候環(huán)境造成我國南方風(fēng)化殼厚度一般比北方大，風(fēng)化殼分帶也比北方明顯。地形(dxng)上，高山地區(qū)比平原地區(qū)，向陽的山坡比陰坡風(fēng)化作用要強

9、。兩岸階地比河漫灘及河床風(fēng)化層厚:共二十五頁巖體風(fēng)化程度的劃分(hu fn)巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2001（2009年版）)，把風(fēng)化巖劃分為全風(fēng)化、強風(fēng)化、中等風(fēng)化和微風(fēng)化四個帶(見下表） 風(fēng)化程度野外特征風(fēng)化程度參數(shù)指標波速比風(fēng)化系數(shù)未風(fēng)化巖質(zhì)新鮮偶見風(fēng)化痕跡0.91.00.91.0微風(fēng)化結(jié)構(gòu)基本未變，僅節(jié)理面有渲染或略有變色，有少量風(fēng)化裂隙0.80.90.80.9中等風(fēng)化結(jié)構(gòu)部分破壞，沿節(jié)理面有次生礦物，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體被切割成巖塊。用鎬難挖，巖芯鉆方可鉆進0.60.80.40.8強風(fēng)化結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物成分顯著變化，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖體破碎，用鎬可挖，干鉆不易鉆進0.40

10、.60.4全風(fēng)化結(jié)構(gòu)基本破壞，但尚可辨認，有殘余結(jié)構(gòu)強度，可用鎬挖，干鉆可鉆進0.20.4-殘積土組織結(jié)構(gòu)全部破壞，已風(fēng)化成土狀，鍬鎬易挖掘，干鉆易鉆進，具可塑性N30為全風(fēng)化；N6030-6015-305-155共二十五頁表4.5 巖石(ynsh)堅硬程度等級的定性分類 堅硬程度等級定性鑒定代表性巖石硬質(zhì)巖堅硬巖錘擊聲清脆，有回彈，震手，難擊碎，基本無吸水反應(yīng)末風(fēng)化-微風(fēng)化的花崗巖、閃長巖、輝綠巖、玄武巖、安山巖、片麻巖、石英巖、石英、砂巖硅質(zhì)、礫巖硅質(zhì)石灰?guī)r等較硬巖錘擊聲較清脆，有輕微回彈，稍震手，較難擊碎，有輕微吸水反應(yīng)l 微風(fēng)化的堅硬巖；2 未風(fēng)化微風(fēng)化的大理巖、板巖、石灰?guī)r、白云巖、

11、鈣質(zhì)砂巖等軟質(zhì)巖較軟巖錘擊聲不清脆；無回彈，較易擊碎，浸水后指甲可刻出印痕1 中等風(fēng)化強風(fēng)化的堅硬巖或較硬巖；2 未風(fēng)化微風(fēng)化的凝灰?guī)r、千枚巖、泥灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖等軟巖錘擊聲啞，無回彈，有凹痕，易擊碎，浸水后手可掰開1 強風(fēng)化的堅硬巖或較硬巖；2 中等風(fēng)化強風(fēng)化的較軟巖；3 未風(fēng)化微風(fēng)化的頁巖、泥巖、泥質(zhì)砂巖等極軟巖錘擊聲啞，無回彈，有較深凹痕，手可捏碎，浸水后可捏成團1 全風(fēng)化的各種巖石；2 各種半成巖共二十五頁巖體完整程度分類巖體完整性指數(shù)（ ）是指巖體彈性(tnxng)縱波速度與同一巖體中所包含的巖石彈性(tnxng)縱波速度之比的平方，即完整程度完整較完整較破碎破碎極破碎完整性指數(shù)0.7

12、50.75-0.550.55-0.350.35-0.150.15共二十五頁當缺乏有關(guān)試驗(shyn)數(shù)據(jù)時，可按表4.8確定（定性劃分） 完整程度結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度主要結(jié)構(gòu)面的結(jié)合程度主要結(jié)構(gòu)面類型相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型組數(shù)平均間距(m)完整121.0結(jié)合好或結(jié)合一般裂隙層面整體狀或巨厚層狀結(jié)構(gòu)較完整121.0結(jié)合差裂隙、層面塊狀或厚層狀結(jié)構(gòu)231.00.4結(jié)合好或結(jié)合一般塊狀結(jié)構(gòu)較破碎231.00.4結(jié)合差裂隙、層面、小斷層裂隙塊狀或中厚層狀結(jié)構(gòu)30.40.2結(jié)合好鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)結(jié)合一般中、薄層狀結(jié)構(gòu)破碎30.40.2結(jié)合差各種類型結(jié)構(gòu)面裂隙塊狀結(jié)構(gòu)0.2結(jié)合一般或結(jié)合差碎裂狀結(jié)構(gòu)結(jié)合很差無序結(jié)合很差散體狀

13、結(jié)構(gòu)共二十五頁2.巖石質(zhì)量指標（RQD）分類 RQD（Rock Quality Desingernation）指標在數(shù)值上等于用直徑(zhjng)為75的雙層巖芯金剛石鉆頭在鉆孔中鉆進，連續(xù)采取同一巖層的直徑(zhjng)為54mm的巖芯，其中長度大于10cm的巖芯累計長度（cm）與相應(yīng)于該統(tǒng)計段的鉆孔總進尺（cm）之比，一般用去掉百分號的百分比值來表示。即 (4.2) 根據(jù)巖石質(zhì)量指標 RQD，可分為好的 (RQD90) 、較好的(RQD=75-90) 、較差的(RQD=50-75) 、差的 (RQD=25-50) 和極差的 (RQD25) 。共二十五頁3巖體基本(jbn)質(zhì)量指標（BQ）分

14、類巖體基本質(zhì)量是巖體固有的，由巖石堅硬程度和巖體完整程度所決定的影響工程巖體穩(wěn)定性的最基本屬性。顯然確定了巖石堅硬程度和巖體完整程度之后，就可以對巖體基本質(zhì)量進行判斷。根據(jù)工程巖體分級標準（GB50218-94）中的標準，巖體基本質(zhì)量可分5級，且可以采用定性和定量兩種方法進行確定。巖體基本質(zhì)量的定性分類是指根據(jù)巖體的定性特征，即巖石堅硬程度和巖體完整程度進行的巖體基本質(zhì)量分類。其具體確定方法見表4.10。共二十五頁基本質(zhì)量級別巖體基本質(zhì)量的定性特征巖體基本質(zhì)量指標 (BQ)堅硬巖，巖體完整550堅硬巖，巖體較完整；較堅硬巖，巖體完整550-451堅硬巖，巖體較破碎；較堅硬巖或軟硬巖互層，巖體較

15、完整；較軟巖，巖體完整4 5 0 -3 5 1堅硬巖，巖體破碎； 較堅硬巖，巖體較破碎-破碎； 較軟巖或軟硬巖互層，且以軟巖為主， 巖體較完整- 較破碎； 軟巖，巖體完整-較完整3 5 0- 2 5 1較軟巖，巖體破碎； 軟巖，巖體較破碎-破碎； 全部極軟巖及全部極破碎巖 2 5 0表4.10 巖體基本(jbn)質(zhì)量分級 共二十五頁巖體基本質(zhì)量指標(BQ)，應(yīng)根據(jù)分級因素的定量(dngling)指標Rc的兆帕數(shù)值和Kv，按下式計算： BQ = 90+ 3Rc+250Kv (4.2.2)注：使用 (4.2.2) 式時，應(yīng)遵守下列限制條件：當Rc90K v+30時，應(yīng)以Rc=90Kv+30和Kv代入計算BQ值。 當 Kv0.04Rc+0.4時，應(yīng)以Kc+0.04Rc+0.4和Rc代入計算BQ值在實際應(yīng)用過程中，巖體基本質(zhì)量分級應(yīng)根據(jù)巖體基本質(zhì)量的定性特征和巖體基本質(zhì)量指標兩者相結(jié)合確定，當根據(jù)基本質(zhì)量定性特征和基本質(zhì)量指標確定的級別不一致時，應(yīng)通過對定性劃分和定量指標的綜合分析，確定巖體基本質(zhì)量級別。必要時，應(yīng)重新進行測試。共二十五頁內(nèi)容摘要第4章 巖體的地質(zhì)特征及質(zhì)量評價。(3)生物風(fēng)化作用：主要是由于生物對巖石和巖體產(chǎn)生的破壞作用。巖漿巖中富含暗色礦物的基性巖較中、酸性巖易