地質(zhì)與地球物理研究所-巖石工程地質(zhì)力學(xué)原理-王思敬院士講座2

1、巖石工程地質(zhì)力學(xué)原理 (第一篇)王思敬中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石工程地質(zhì)力學(xué)原理 1 概述2 工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理3 巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析4 構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析5 初始地應(yīng)力場及其地質(zhì)力學(xué)分析6 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性7 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性8 水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)與滲流分析9 不良的工程地質(zhì)力學(xué)背景10 工程地質(zhì)力學(xué)的穩(wěn)定性分析11 結(jié)語巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性結(jié)構(gòu)面是巖體內(nèi)具有一定方向，延展較大、厚度較小的二維面狀地質(zhì)界面，包括物質(zhì)的分異面及結(jié)構(gòu)的不連續(xù)面，如層理、層面、節(jié)理、斷層等。結(jié)構(gòu)面是在巖體形成，演化過程中產(chǎn)生和發(fā)展而來的(表2)。在巖體建造、形變和次生蛻變過程中，巖體內(nèi)

2、不斷形成結(jié)構(gòu)面，它們的特性還在不斷變化。不同成因的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面往往在產(chǎn)狀、分布及特性上有所不同，因而在巖體變形破壞過程中作用也不同。結(jié)構(gòu)面及其成因類型 表2 巖體結(jié)構(gòu)的形成和演化 地質(zhì)體結(jié)構(gòu)的形成已形成結(jié)構(gòu)的演化不均一性結(jié)構(gòu)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)建造過程沉積過程沉積建造的層組結(jié)構(gòu)韻律互層結(jié)構(gòu)互層結(jié)構(gòu)薄層結(jié)構(gòu)夾層結(jié)構(gòu)厚層結(jié)構(gòu)沉積結(jié)構(gòu)面層面、層理軟弱夾層不整合面沉積間斷面原生巖漿活動巖漿巖體結(jié)構(gòu)巖基順層侵入體巖脈、巖墻巖流層火成結(jié)構(gòu)面接觸面原生節(jié)理流層原生變質(zhì)作用變質(zhì)巖層組結(jié)構(gòu)塊狀結(jié)構(gòu)板狀、片狀結(jié)構(gòu)夾層結(jié)構(gòu)厚層結(jié)構(gòu)變質(zhì)結(jié)構(gòu)面片理片麻理軟弱夾層板理剝理原生表2 巖體結(jié)構(gòu)的形成和演化（續(xù)）地質(zhì)體結(jié)構(gòu)的形成已形成結(jié)

3、構(gòu)的演化不均一性結(jié)構(gòu)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)構(gòu)造變形褶皺結(jié)構(gòu)流動復(fù)式褶皺擠壓緊逼褶皺擠壓復(fù)式褶皺舒緩波狀褶皺斷裂牽引褶皺斷裂結(jié)構(gòu)深大斷裂區(qū)域斷裂斷層節(jié)理劈理 層間錯動巖層截透鏡化次生改變次生結(jié)構(gòu)體風(fēng)化松散結(jié)構(gòu)溶蝕架空結(jié)構(gòu)卸荷松弛結(jié)構(gòu)次生充填結(jié)構(gòu) 次生結(jié)構(gòu)面 風(fēng)化裂隙 卸荷裂隙 古風(fēng)化面 次生夾泥風(fēng)化夾層 風(fēng)化破碎帶泥化夾層溶蝕裂隙巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性（1）沉積結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面是沉積和巖石成巖過程中形成的，包括層理、層面、層間錯動面、軟弱夾層、以及沉積間斷面和不整合面。層理是巖石成層的不均一物質(zhì)分異面，在構(gòu)造或風(fēng)化作用下才分開成為層面。當(dāng)沉積物質(zhì)逐次分層沉積，且物質(zhì)差異較大，則成巖后保留不連續(xù)界面，即成為

4、層面。層面一般結(jié)合較好。巖層的褶皺作用使層面產(chǎn)生錯動，結(jié)合破壞，形成層間錯動面。結(jié)構(gòu)面及其成因類型 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性軟弱夾層是沉積結(jié)構(gòu)面中常遇到的工程地質(zhì)問題。尤其是經(jīng)過構(gòu)造和次生作用往往形成泥化夾層，對巖體穩(wěn)定性影響更加顯著。原生軟弱夾層常見的有碎屑巖中的頁巖、炭質(zhì)頁巖、粘土巖夾層；淺變質(zhì)類復(fù)理石建造中板巖、頁巖夾層；碳酸巖系中鈣質(zhì)頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r夾層等。沉積間斷及不整合面對工程而言是大型軟弱結(jié)構(gòu)面，但不是經(jīng)常能遇到的。不整合面一般波狀起伏，結(jié)合不良，常是地下水通道。結(jié)構(gòu)面及其成因類型 （2）火成結(jié)構(gòu)面火成結(jié)構(gòu)面是巖漿侵入、噴溢、冷凝所形成的結(jié)構(gòu)面，包括巖漿巖與圍巖的接觸面，流線、流層、

5、和原生冷凝節(jié)理等。侵入巖體與圍巖的接觸面有不同的特征，有的呈熱力變質(zhì)接觸，膠結(jié)良好，有的則呈蝕變帶，結(jié)合松軟成為軟弱結(jié)構(gòu)面。在熱力接觸帶附近的圍巖中有時也發(fā)育擠壓破裂結(jié)構(gòu)面，巖石比較破碎。流線、流層在一般情況膠合良好，僅在風(fēng)化帶中有所剝開?；鸪蓭r系中在多次巖流間，往往夾有凝灰?guī)r夾層或古風(fēng)化夾層，成為軟弱結(jié)構(gòu)面，影響巖體的穩(wěn)定。侵入巖體中在與圍巖接觸面平行的方向上冷凝節(jié)理發(fā)育。在火成巖及淺成侵入巖體中往往形成陡立的節(jié)理，構(gòu)成柱狀結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面及其成因類型 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性（3）變質(zhì)結(jié)構(gòu)面變質(zhì)結(jié)構(gòu)面是區(qū)域變質(zhì)作用所形成結(jié)構(gòu)面如片理、板理、剝理及其它片麻狀結(jié)構(gòu)，以及由于原

6、巖物質(zhì)組成不均一或變形過程流動分異而造成的軟弱夾層，如云母片巖、綠泥石片巖、滑石片巖等。結(jié)構(gòu)面及其成因類型 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性（4）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面 構(gòu)造結(jié)構(gòu)面受構(gòu)造應(yīng)力作用在巖體中所產(chǎn)生的破裂面或破碎帶，包括節(jié)理、 斷層及層間錯動面等統(tǒng)稱為構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。它們的工程地質(zhì)性質(zhì)與力學(xué)成因、規(guī)模、多次活動及次生變化有密切關(guān)系，而共產(chǎn)狀，分布主要取決于構(gòu)造應(yīng)力場條件。 劈理是在巖層褶皺變形及斷裂錯動中產(chǎn)生的密集剪切破裂面。 結(jié)構(gòu)面及其成因類型 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性節(jié)理的力學(xué)成因或為平面X型剪切面，或為側(cè)面的X型剪切面，少數(shù)張性裂隙追蹤X型節(jié)理而發(fā)育。由于節(jié)理分布較密，幾組節(jié)理的組合往往影響到巖體的局部穩(wěn)

7、定性。斷層為規(guī)模較大的構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，有顯著位移，并形成構(gòu)造巖。如前所述，斷層可分為沖斷層(包括仰沖、俯沖、逆掩斷層)、捩斷層及橫斷層等。斷層面的特征及破碎帶物質(zhì)狀態(tài)主要取決于斷層的力學(xué)成因及巖層巖性。在工程范圍內(nèi)斷層大都對巖體穩(wěn)定有一定影響，其中有些直接威脅到工程的安全，而必須進行處理。 結(jié)構(gòu)面及其成因類型巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性原生軟弱夾層經(jīng)構(gòu)造運動影響而產(chǎn)生層間錯動面，往往形成破碎泥化夾層。它們的特點是沿薄層軟弱夾層或其頂部發(fā)育，受錯動成為碎屑及鱗片，間夾泥質(zhì)物或是成為角礫狀碎屑含于塑性夾泥中。構(gòu)造運動作用除了促使夾層錯動成破碎泥化夾層外，另一方面又可將夾層錯斷，使之成為不連貫的透鏡體，對巖體

8、穩(wěn)定有利。結(jié)構(gòu)面及其成因類型巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性(5)次生結(jié)構(gòu)面 由于巖體受卸荷、風(fēng)化、地下水等次生作用所形成的結(jié)構(gòu)面為次生結(jié)構(gòu)面，如卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙、風(fēng)化夾層、泥化夾層、次生夾泥層等。結(jié)構(gòu)面及其成因類型巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性卸荷裂隙是巖體在地表，尤其是受深切河谷影響，構(gòu)造應(yīng)力釋放及調(diào)整所形成的破裂。它可以進一步受重力、風(fēng)化及岸坡物理地質(zhì)作用的影響而張開或位移。在塊狀脆性堅硬巖體中較為常見。風(fēng)化裂隙一般沿原結(jié)構(gòu)面發(fā)育，且限于表層風(fēng)化帶內(nèi)。但含易風(fēng)化礦物的巖層所形成的風(fēng)化夾層則可能延至巖體較溧部位，如斷層風(fēng)化、巖豚風(fēng)化、夾層風(fēng)化等。結(jié)構(gòu)面及其成因類型巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性泥化夾層及次生夾泥層

9、主要是在地下水作用下形成的。泥化作用在粘土巖，粘土頁巖、泥質(zhì)板巖、泥質(zhì)灰?guī)r等軟弱夾層的頂部較為發(fā)育。共上覆砂巖或灰?guī)r巖性堅硬，沿層面往往有過錯動，地下水循環(huán)集中，以致形成泥化夾層。次生夾泥可沿層面、節(jié)理、斷層形成，在兩岸地下水活動帶內(nèi)，尤其是河床深槽兩側(cè)常見，主要是地下水所捐細(xì)顆粒泥質(zhì)物，重新沉積、充填而成的。結(jié)構(gòu)面及其成因類型巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性次生結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀及分布受地形影響較大，對河谷及岸坡巖體穩(wěn)定影響較為顯著，在壩基、壩肩、隧洞口、路塹邊坡等工程部位應(yīng)特別注意。結(jié)構(gòu)面及其成因類型巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性當(dāng)研究巖體結(jié)構(gòu)面時，我們應(yīng)當(dāng)注意以下幾個問題：（1）有些結(jié)構(gòu)面上物質(zhì)軟弱破碎，含泥質(zhì)

10、物及水理性質(zhì)不良的粘土礦物，抗剪強度低，它們對巖體穩(wěn)定性影響最大，我們稱之為軟弱結(jié)構(gòu)面。對于這種軟弱結(jié)構(gòu)面的研究應(yīng)予以充分的注意，并且對其礦物物質(zhì)組成也要進行分析。結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 （2）有些結(jié)構(gòu)面延展性較強，在一定工程范圍內(nèi)切割整個巖體，對穩(wěn)定性影響較大,常作為確定性結(jié)構(gòu)面處理。而另一些結(jié)構(gòu)面比較短小，互相不連貫，巖體強度育一部分仍受巖石強度控制，可作為隨機性結(jié)構(gòu)面處理。（3）當(dāng)結(jié)構(gòu)面密集程度很高，成帶分布，有較大寬度時，常作為軟弱結(jié)構(gòu)帶處理。巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性為研究各類結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特性，確定抗剪強度參數(shù)（表3），應(yīng)注意以下幾方

11、面因素:(1)結(jié)構(gòu)面的充填情況 無充填時結(jié)構(gòu)面表現(xiàn)為剛性接觸面；充填少時結(jié)構(gòu)面在剪切變形中呈現(xiàn)部分的剛性接觸；充填物較厚時，其抗剪切強度就代表結(jié)構(gòu)面的抗剪強度。(2)充填物的組成、結(jié)構(gòu)及狀態(tài) 充填物可為原狀的軟弱夾層、錯動破碎的角礫巖、構(gòu)造碎屑物和糜棱巖，或為次生的泥質(zhì)物，它們具有不同的變形和剪切特性。充填物的粘土含量、分布及親水礦物成分對抗剪強度影響很大。 結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 表3 現(xiàn)場測定的結(jié)構(gòu)面抗剪強度 N結(jié)構(gòu)面類型上 限平 均下 限tanC (kPa)tanC (kPa)tanC (kPa)1破裂結(jié)構(gòu)面1.103000.901800.721152破碎結(jié)構(gòu)面0.801500.62

12、980.45663層狀結(jié)構(gòu)面0.762000.57930.43404泥化結(jié)構(gòu)面0.34630.25220.168巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性(3) 結(jié)構(gòu)面的平整度和光滑度 波狀起伏的結(jié)構(gòu)面在剪切變形過程中滑動角可局部增大，形成較大的抗剪阻力，而平整的結(jié)構(gòu)面則很少產(chǎn)生滑動角增值的現(xiàn)象，抗剪阻力較小。光滑的結(jié)構(gòu)面在剪切變形中主要發(fā)生摩擦力，而粗糙結(jié)構(gòu)面除此之外還發(fā)生局部巖石的剪斷，所以抗剪阻力較之光滑結(jié)構(gòu)面高。結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 (4) 結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖石的力學(xué)性質(zhì) 結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖石可能皆為堅硬的，也可能有一側(cè)是軟弱的。在兩側(cè)均為堅硬巖石的條件下，剪切破壞一般沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生。若一側(cè)巖石軟弱，強度很低，而

13、結(jié)構(gòu)面膠結(jié)良好，則剪切破壞可能部分地在軟巖中發(fā)生。在軟巖中的結(jié)構(gòu)面上產(chǎn)生剪切破壞時，常局部地伴有兩側(cè)巖石的剪切破壞。巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性考慮上述幾方面因素的綜合作用，可將結(jié)構(gòu)面劃分為4種地質(zhì)力學(xué)類型：（一）破裂結(jié)構(gòu)面破裂結(jié)構(gòu)面為巖體中的破裂面或物質(zhì)分異的不連續(xù)面，包括節(jié)理、片理、劈理及堅硬巖體的層面等，在法向應(yīng)力作用下很易密合，從而呈剛性接觸，屬于硬性結(jié)構(gòu)面，其剪切變形可以呈滑動型，也可以是剪斷型。這類結(jié)構(gòu)面的抗剪強度取決于它的平整度和粗糙度。 結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 式中：約為0.20.4；且c達(dá)100300kPa。巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬

14、性結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 就節(jié)理統(tǒng)計的結(jié)果而言，上限值和下限值相比，由于波狀起伏而帶來摩擦系數(shù) 的增加達(dá)0.38；而由于粗糙度引起的c值增加(c)達(dá)185kPa?？梢姡瑢τ谄屏呀Y(jié)構(gòu)面可以通過少量實測數(shù)據(jù)，按起伏差和粗糙度，選擇適合原位特性的剪切強度參數(shù)。 a. 破裂面；b. 破碎面；c. 層狀面；d. 泥化面圖6地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的剪切強度巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性 (二) 破碎結(jié)構(gòu)面 破碎結(jié)構(gòu)面為巖體內(nèi)的破壞分離面，包括斷層破碎帶、風(fēng)化破碎帶、斷層及層間錯動面等。破碎結(jié)構(gòu)面的充填物為角礫巖、碎屑、巖粉、鱗片及斷層泥等。一般不同組分的充填物呈帶狀或透鏡

15、狀分布，很不均一。在法向應(yīng)力的作用下可產(chǎn)生顯著的壓密。 結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性 這類結(jié)構(gòu)面中，一般充填物以碎屑，巖粉為主，或有一定程度膠結(jié)，因而在剪切變形過程中，巖塊和碎屑咬合牢固，呈現(xiàn)很大的剪切阻力。但是達(dá)到峰值破壞后，剪切面上局部產(chǎn)生滾動摩擦，阻力下降，位移突然增加。這種變形具有應(yīng)變軟化的剪斷型曲線。在這類結(jié)構(gòu)面中，有些含有較多或較厚的泥質(zhì)物充填，則也可能具有屈服剪切型的剪切變形曲線。 破碎結(jié)構(gòu)面的剪切強度主要取決于充填物的組成和膠結(jié)程度 結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特

16、性 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性 (三) 層狀結(jié)構(gòu)面 層狀結(jié)構(gòu)面指巖體中成層的不連續(xù)面，包括層面、軟弱夾層及軟弱巖層的順層接觸面，如泥巖、粘土巖、泥質(zhì)灰?guī)r等。 這類結(jié)構(gòu)面由于一般有一定程度的膠結(jié)，往往出現(xiàn)屈服剪切剪斷型的剪切變形曲線，即在達(dá)到峰值后出現(xiàn)剪應(yīng)力的下跌。但有時結(jié)構(gòu)面膠結(jié)不良，或軟弱夾層過于軟弱，則不出現(xiàn)應(yīng)變軟化現(xiàn)象，而呈屈服剪切型，伴有應(yīng)變硬化。結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性 層狀結(jié)構(gòu)面的剪切強度取決于結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)程度及軟層本身的剪切強度。根據(jù)22組各種軟巖中的層面及軟弱夾層抗剪試驗資料統(tǒng)計，其剪切強度如下：結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 平均值：Pa Pa Pa上限值：

17、下限值：巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 (四) 泥化結(jié)構(gòu)面泥化結(jié)構(gòu)面是最軟弱的結(jié)構(gòu)面，它完全由塑性泥質(zhì)物構(gòu)成，如斷層、斷層泥、層間錯動面，以及次生夾泥等。泥質(zhì)物往往沿結(jié)構(gòu)面富集，形成塑性夾層或透鏡體。泥化結(jié)構(gòu)面的剪切變形曲線以屈服剪切型為主，不出現(xiàn)峰值后的剪應(yīng)力下跌。實際上，這類結(jié)構(gòu)面的剪切強度已屬于殘余強度。在剪切變形過程中，隨著剪應(yīng)力的增加，位移呈非線性增加。巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性結(jié)構(gòu)面類型及其工程地質(zhì)特性 巖體結(jié)構(gòu)要素巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性關(guān)于巖體結(jié)構(gòu)的概念是在巖體工程實踐

18、中逐漸形成的。無論是從巖體構(gòu)造變形過程及其地質(zhì)歷史所賦予的特征來看，還是從影響巖體穩(wěn)定的實際問題來看，巖體結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括兩個方面要素，即結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體。巖體結(jié)構(gòu)要素巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性結(jié)構(gòu)面，如前所述，是巖體內(nèi)各種具有一定方向、延展較大，厚度較小的兩維地質(zhì)界面，包括物質(zhì)的分異面及不連續(xù)面，如層面、節(jié)理、斷層等。在小比例尺問題中厚度較大的斷層和軟弱層仍可作結(jié)構(gòu)面考慮，而在大比例尺問題中則應(yīng)將它們當(dāng)作軟弱破碎結(jié)構(gòu)體（帶）考慮，并在分析模型中納入其次級結(jié)構(gòu)面。巖體結(jié)構(gòu)要素巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性結(jié)構(gòu)體是指由不同產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面組合起來，將巖體切割而成的塊體。結(jié)構(gòu)體的形態(tài)可分為塊狀體、柱狀體、板狀體、片狀體、碎

19、粒體、碎屑、鱗片等。塊狀體又可分為方塊體，菱塊體等在分析模型中圍限結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)面為確定性結(jié)構(gòu)面，但是結(jié)構(gòu)體內(nèi)則含有隨機性結(jié)構(gòu)面。 巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性巖體結(jié)構(gòu)是指巖體受結(jié)構(gòu)面切割而構(gòu)成之結(jié)由體的組合。巖體力學(xué)的實踐表明，大部分巖體受工程作用力的破壞過程，主要是結(jié)構(gòu)體沿結(jié)構(gòu)面的剪切滑移、拉開，以及整體的累積變形和張裂。所以，結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體只是一個問題的兩個互相聯(lián)系的部分。巖體的結(jié)構(gòu)類型主要就是根據(jù)這兩方面要素，考慮結(jié)構(gòu)體的組合特征來劃分的。巖體結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性巖體結(jié)構(gòu)可劃為三種類型：塊狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)及碎裂結(jié)構(gòu)塊狀結(jié)構(gòu)強調(diào)非成層性，層狀結(jié)構(gòu)強調(diào)成層性，皆為原生結(jié)構(gòu)，而碎

20、裂結(jié)構(gòu)強調(diào)原狀結(jié)構(gòu)的破壞和擾動（表4a，）。表4a 巖體結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)地質(zhì)描述巖體結(jié)構(gòu)類型亞類結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)體J節(jié)理狀結(jié)構(gòu)塊狀塊狀巖體，節(jié)理稀少節(jié)理巨塊狀節(jié)理塊狀節(jié)理一般發(fā)育節(jié)理、層理方塊體裂隙塊狀廣泛發(fā)育節(jié)理，斷層稀少節(jié)理、斷層板狀體，錐體，楔形體L層狀結(jié)構(gòu)互層軟硬相間軟弱夾層，節(jié)理層狀體間(夾)層硬層間夾軟層軟弱夾層，節(jié)理板狀體薄層片巖、板巖及千枚巖片理，節(jié)理板狀體軟層均一軟弱沉積巖體，頁巖、粘土巖及泥巖節(jié)理方塊體C碎裂結(jié)構(gòu)鑲嵌廣泛發(fā)育斷裂及斷塊、碎塊節(jié)理，剪切帶碎塊碎裂破裂、破碎及斷裂斷層，裂縫碎片、散粒松散廣泛破碎成軟弱空穴泥質(zhì)充填斷層散粒、各種粒度的巖粉表4a 巖體結(jié)構(gòu)類型 （續(xù)）巖體

21、結(jié)構(gòu)分類指標(biāo)類型亞類完整系數(shù)基本塊度(m3)聲波指數(shù)Zd質(zhì)量系數(shù)ZJ節(jié)理狀結(jié)構(gòu)塊狀0.751.0051042104202.5節(jié)理塊狀0.750.51.000.521041104101裂隙塊狀0.50.30.70.31104210330.3L層狀結(jié)構(gòu)互層0.50.30.70.51104510330.2間(夾)層0.60.30.70.31104510350.5薄層0.40.30.21104210330.1軟層0.30.20.2510321031.00.1C碎裂結(jié)構(gòu)鑲嵌0.350.20.1310311032.50.2碎裂0.250.10.1110311021.00.05松散0.20.111020.0

22、5表4b 巖體結(jié)構(gòu)特性巖體結(jié)構(gòu)基本特性變形特性類型亞類J節(jié)理狀結(jié)構(gòu)塊狀均一連續(xù)體彈性，E25104MPa節(jié)理塊狀均一裂隙體彈性，閉合硬化，E13104MPa 裂隙塊狀斷續(xù)離散塊體彈性，閉合硬化，E510103MPaL層狀結(jié)構(gòu)互層各向異性薄板狀體彈性，軟化，E515103MPa，AE515間(夾)層各向異性薄板狀體彈性，軟化，E515103MPa，AE15薄層強烈各向異性薄板狀體勢能塑性，E510103MPa，AE13軟層均一連續(xù)體勢能塑性，E15103MPa，AE12C碎裂結(jié)構(gòu)鑲嵌均一碎塊體彈性，閉合硬化，E510103MPa碎裂各項異性碎塊體塑性，軟化，E0.52103MPa，AE12松散均

23、一散粒體非線性，軟化，E0.10.5103MPa表4b 巖體結(jié)構(gòu)特性 （續(xù)）巖體結(jié)構(gòu)強度特性時間效應(yīng)滲透特性類型亞類J節(jié)理狀結(jié)構(gòu)塊狀脆性斷裂，Rs10.3無不透水節(jié)理塊狀節(jié)理擴展，Rs0.50.2不明顯低透水性裂隙塊狀節(jié)理滑動并張開，Rs0.30.1短期應(yīng)力調(diào)整裂隙透水L層狀結(jié)構(gòu)互層層面滑移，Rs0.50.1順層蠕變層面透水間(夾)層層面滑移，Rs0.30.1沿夾層剪切蠕變層面透水薄層層面滑移彎曲，Rs0.50.3滑移和彎曲蠕變低透水性軟層塑性屈服，Rs10.5粘彈塑性不透水C碎裂結(jié)構(gòu)鑲嵌破裂解體，Rs0.30.5粘彈性裂隙透水碎裂解體屈服,Rs0.10.01粘彈塑性裂隙透水松散塑性屈服，Rs

24、0.01粘塑性孔隙透水表4c 巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性巖體結(jié)構(gòu)破壞機制變形過程分析方法類型亞類J節(jié)理狀結(jié)構(gòu)塊狀巖爆，爆裂突發(fā)，0.8，而且?guī)r體單軸抗壓強度和巖石單軸抗壓強度的比值(折減系數(shù))KR0.5。巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性塊狀結(jié)構(gòu) 巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性巖體在預(yù)壓階段出現(xiàn)節(jié)理閉合而逐漸強化，達(dá)到一定壓力后轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性變形，本質(zhì)上仍具有彈脆性力學(xué)屬性。破壞時部分巖石開裂，部分沿原結(jié)構(gòu)面分離。由于原結(jié)構(gòu)面的影響，部分巖石強度所起阻抗作用比同樣一部分巖石在完整巖體中所起作用要低。所以，巖體與巖石相比，彈性模量的折減系數(shù)KE0.50.8，而強度的折減系數(shù)KR0.30.5。 巖體結(jié)構(gòu)類型

25、巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性裂塊狀結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性巖體在本質(zhì)上仍具有彈脆性特征，但在預(yù)壓階段呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)面閉合的變形曲線強化現(xiàn)象，而在接近峰值強度前，可出現(xiàn)弱化，應(yīng)變增長加快，類似屈服。巖體的破壞主要是沿結(jié)構(gòu)面分離，即巖體強度主要受結(jié)構(gòu)面摩擦力控制，但是仍有小部分巖石的開裂和壓碎。巖體彈性模量的折減系數(shù)KE0.30.5，巖體的強度折減系數(shù)KR=0.10.3。巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性 （2）層狀巖體結(jié)構(gòu) 層狀巖體的地質(zhì)類型為成層性強的沉積巖層，層面間距0.10.5m，往往軟硬相間。根據(jù)軟層和硬層的組合關(guān)系，可分為薄層、夾層和互層(包括間層)結(jié)構(gòu)等。巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及

26、其特性 薄層結(jié)構(gòu) 薄層狀結(jié)構(gòu)巖體相對均一，但層面極為發(fā)育，如千枚巖、云母片巖、頁巖等，一般來說，這類薄層狀結(jié)構(gòu)的巖體比較軟弱。形成片狀或板狀結(jié)構(gòu)體。由于結(jié)構(gòu)面緊密閉合，巖體滲透性微弱。在力學(xué)屬性上屬于彈塑性或粘彈性，這主要取決于巖性。巖體呈現(xiàn)強各向異性。由于密集的、但呈閉合狀的結(jié)構(gòu)面的影響，巖體彈性模量折減系數(shù)KE0.30.5，而強度折減系數(shù)KR0.10.3，巖體沿主結(jié)構(gòu)面(即層面或片理面)抗剪強度較低。巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性 夾層結(jié)構(gòu) 當(dāng)巖體以硬層為主，夾有薄層軟巖，軟層厚度遠(yuǎn)小于硬層厚度時，形成夾層結(jié)構(gòu)。在巖層褶皺過程中，沿軟層極易產(chǎn)生層間錯動，形成泥化夾層。在錯動面上盤，地層

27、中常見巖石劈理化，甚至張開裂隙，形成脈狀水通道。巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性受軟層壓縮及剪切破壞的影響，巖體的應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)非線性特征，并具有強各向異性。沿夾層方向巖體抗剪強度很低。就整體而言，巖體彈性模量折減系數(shù)KE=0.10.5，強度折減系數(shù)KR=0.050.3，視荷載方向不同而異。巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性 互層結(jié)構(gòu) 軟層厚度和硬層厚度相當(dāng)，交替組合時，便形成互層結(jié)構(gòu)。其中有些軟層厚度比硬層小，為間層結(jié)構(gòu)。典型的如復(fù)理石建造，在巖層褶皺過程中也會產(chǎn)生層間錯動面，一般是在軟層頂部和硬層接觸部位發(fā)生。由于軟層較厚，允許產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)變，有時卻不易形成具有較大相對位移的不連續(xù)

28、面，如泥化夾層等。沿滲透性良好的硬層，如砂巖，灰?guī)r等，發(fā)育層間裂隙水。地下水滲流對軟巖頂板部位往往有泥化作用。巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性互層狀巖體在整體上具有彈塑性的特征，這主要受軟層特性控制。巖體在變形過程中，軟層中出現(xiàn)塑性或粘彈性變形，而硬層則出現(xiàn)開裂，呈現(xiàn)脆性破壞，以適應(yīng)軟巖的巨大變形。巖體在整體上具有明顯的各向異性。變形特性相對于硬巖的折減系數(shù)KE0.050.3，強度的折減系數(shù)KR=0.010.3，取值要全面考慮。 巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性 （3）碎裂結(jié)構(gòu) 碎裂結(jié)構(gòu)是巖體受到強烈的構(gòu)造變形或次生演化作用而形成的。具有正常結(jié)構(gòu)的塊狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)巖體經(jīng)過裂隙化達(dá)到碎塊化

29、，以至碎塊之間相對位移、擠壓和錯動，形成巖屑和巖粉。碎裂結(jié)構(gòu)根據(jù)裂隙化、碎塊化程度不同，可以劃分為鑲嵌結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、層狀碎裂結(jié)構(gòu)和松散結(jié)構(gòu)等亞類。巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性 鑲嵌結(jié)構(gòu) 當(dāng)巖體局部應(yīng)力集中，在強烈擠壓力作用下產(chǎn)生碎裂化，發(fā)育多組網(wǎng)狀裂隙，將巖體切割成為碎塊體。但巖體相互擠壓緊密，很少相對錯動，因而很少夾泥，這種碎裂化巖體稱為鑲嵌結(jié)構(gòu)巖體。典型的代表為大型斷層破碎帶的壓碎巖帶。有時在巖體中雖然并無明顯的斷層，但個別部位或巖層出現(xiàn)這種鑲嵌結(jié)構(gòu)巖體，當(dāng)周圍出現(xiàn)多組不同序次或不同構(gòu)造期的壓性斷層時，其中被圍限的巖體往往具有鑲嵌結(jié)構(gòu)的特征，地下水賦存方式為裂隙水。巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性鑲嵌結(jié)構(gòu)是典型的復(fù)雜形態(tài)的堅硬結(jié)構(gòu)體(碎塊體)的鑲嵌組合，因而在有圍壓條件可以經(jīng)受很高的壓力，彈性性能也很明顯，呈現(xiàn)彈脆性的特點。承受剪應(yīng)力的能力也很強，但是阻抗拉應(yīng)力的性能極差，基本上不抗拉。巖體變形模量的折減系數(shù)KE0.1一0.5，抗壓強度的折減系數(shù)KR=0.050.3。 巖體結(jié)構(gòu)類型 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性 碎裂結(jié)構(gòu) 塊狀巖體局部受構(gòu)造作用力或次生地質(zhì)作用的影