工程地質(zhì)課件5

1、第五章 地下建筑工程地質(zhì)問(wèn)題巖體是指在一定工程范圍內(nèi)，由包含軟弱結(jié)構(gòu)面的各類巖石所組成的具有不連續(xù)性、非均質(zhì)性和各向異性的地質(zhì)體。工業(yè)與民用建筑地基、道路與橋梁地基、隧道與地下洞室圍巖、水工建筑地基的巖體，道路工程邊坡、港口岸坡、橋梁岸坡、庫(kù)岸邊坡的巖體等，都屬于工程巖體。2022/10/61巖體結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩個(gè)要素。結(jié)構(gòu)面是指存在于巖體中的各種不同成因、不同特征的地質(zhì)界面，如斷層、節(jié)理、層理、軟弱夾層及不整合面等。結(jié)構(gòu)體是指巖體被結(jié)構(gòu)面切割后形成的巖石塊體。結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的排列與組合特征便形成了巖體結(jié)構(gòu)。它既表達(dá)巖體中結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及組合，又反映了結(jié)構(gòu)體的大小、幾何形式及排列。2

2、022/10/62 巖體結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容1 巖體結(jié)構(gòu)要素2 結(jié)構(gòu)面類型3 結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性4 結(jié)構(gòu)面狀態(tài)5 巖體結(jié)構(gòu)類型2022/10/63 巖體結(jié)構(gòu)要素2022/10/64 結(jié)構(gòu)面（Structural plane)類型1成因類型地質(zhì)類型原生結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面層面、層理、沉積間斷面（不整合面、假整合面）、原生軟弱夾層火成結(jié)構(gòu)面流層、流線、火山巖流接觸面，蝕變帶、擠壓破碎帶、原生節(jié)理變質(zhì)結(jié)構(gòu)面片理、板理、軟弱夾層2022/10/65 結(jié)構(gòu)面（Structural plane)類型2成因類型地質(zhì)類型構(gòu)造結(jié)構(gòu)面劈理節(jié)理斷層層間破碎夾層2022/10/66 結(jié)構(gòu)面（Structural plane)類型

3、3成因類型地質(zhì)類型次生結(jié)構(gòu)面卸 荷 裂 隙爆 破 裂 隙風(fēng) 化 裂 隙風(fēng) 化 夾 層泥 化 夾 層2022/10/67 結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性1級(jí)序分級(jí)依據(jù)地質(zhì)類型力學(xué)屬性對(duì)巖體穩(wěn)定性影響I級(jí)延伸數(shù)十公里深度可切穿一個(gè)構(gòu)造層破碎帶寬度在數(shù)米、數(shù)十米以上區(qū)域性深大斷裂或大斷裂屬于軟弱結(jié)構(gòu)面，構(gòu)成獨(dú)立的力學(xué)介質(zhì)單元影響區(qū)域穩(wěn)定性是巖體變形或破壞的控制條件，形成巖體力學(xué)作用邊界。2022/10/68 結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性2級(jí)序分級(jí)依據(jù)地質(zhì)類型力學(xué)屬性對(duì)巖體穩(wěn)定性影響II級(jí)延伸數(shù)百米至數(shù)公里，破碎帶寬度比較窄，幾厘米至數(shù)米不整合面假整合面原生軟弱夾層層間錯(cuò)動(dòng)帶風(fēng)化夾層屬于軟弱結(jié)構(gòu)面形成塊裂邊界控制山體穩(wěn)定性

4、與I級(jí)結(jié)構(gòu)面可形成大規(guī)模的塊體破壞，即控制巖體變形和破壞方式。2022/10/693.1.3 結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性3級(jí)序分級(jí)依據(jù)地質(zhì)類型力學(xué)屬性對(duì)巖體穩(wěn)定性影響III級(jí)延展十米或數(shù)十米，無(wú)破碎帶，面內(nèi)不含泥，有泥膜。在一個(gè)地質(zhì)時(shí)代地層中分布。各種類型的斷層原生軟弱夾層層間錯(cuò)動(dòng)帶等多數(shù)屬于堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面少數(shù)屬軟弱結(jié)構(gòu)面。控制巖體的穩(wěn)定性與I、II級(jí)結(jié)構(gòu)面組合可形成不同規(guī)模的塊體破壞劃分II類巖體結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)2022/10/6103.1.3 結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性4級(jí)序分級(jí)依據(jù)地質(zhì)類型力學(xué)屬性對(duì)巖體穩(wěn)定性影響IV級(jí)延展數(shù)米，未錯(cuò)動(dòng)，不夾泥，有的呈弱結(jié)合狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面節(jié)理、劈理、片理、層理、卸荷裂隙等。堅(jiān)

5、硬結(jié)構(gòu)面劃分II類巖體結(jié)構(gòu)的基本依據(jù)是巖體力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)基礎(chǔ)破壞巖體的完整性，與其他結(jié)構(gòu)面形成不同類型邊坡破壞方式。2022/10/6113.1.3 結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性5級(jí)序分級(jí)依據(jù)地質(zhì)類型力學(xué)屬性對(duì)巖體穩(wěn)定性影響V級(jí)連續(xù)性極差、剛性接觸的細(xì)小或隱微裂面，統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面微小節(jié)理隱微裂隙線理等。硬性結(jié)構(gòu)面分布隨機(jī)，降低巖塊強(qiáng)度，是巖塊力學(xué)性質(zhì)效應(yīng)基礎(chǔ)。若十分密集，又因風(fēng)化，形成松散介質(zhì)。2022/10/6123.1.4 結(jié)構(gòu)面狀態(tài)1）結(jié)構(gòu)面貫通類型和連續(xù)性a. 貫通類型非貫通性結(jié)構(gòu)面：較短、不能貫通,巖塊強(qiáng)度降低、變形增大.半貫通性結(jié)構(gòu)面：有一定長(zhǎng)度、不能貫通,巖塊強(qiáng)度降低、變形增大貫通性結(jié)構(gòu)面

6、：長(zhǎng)度較長(zhǎng)、連續(xù)好、貫通整個(gè)巖體、構(gòu)成巖體邊界，它對(duì)巖體有較大的影響，破壞常受這種結(jié)構(gòu)面控制 2022/10/613b. 連續(xù)性結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性反映結(jié)構(gòu)面的貫通程度。線連續(xù)性系數(shù)K1 ：沿結(jié)構(gòu)面延伸方向上，結(jié)構(gòu)面各段長(zhǎng)度之和與測(cè)線長(zhǎng)度比值 K1=a/(a+ b) K1變化在01之間變化,K1值愈大說(shuō)明結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性愈好,當(dāng)K1=1時(shí)，結(jié)構(gòu)面完全貫通。2022/10/614面連續(xù)性系數(shù)（面切割度）Xe：在巖體中沿結(jié)構(gòu)面延展平面上，結(jié)構(gòu)面各塊面積之和a與該斷面面積A之比 Xe=a/AXe變化在01之間變化；Xe值愈大說(shuō)明結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性愈好；當(dāng)Xe =1時(shí)，結(jié)構(gòu)面完全貫。當(dāng)Xe =0時(shí)，巖體完整。20

7、22/10/615巖體按切割度Xe的分類表名稱切割度Xe完整的0.10.2弱節(jié)理化0.20.4中等節(jié)理化0.40.6強(qiáng)節(jié)理化0.60.8完全節(jié)理化0.81.02022/10/616跡長(zhǎng)：在巖體中沿結(jié)構(gòu)面延展跡線的長(zhǎng)度。 國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM，1978)建議：用結(jié)構(gòu)面的跡長(zhǎng)來(lái)描述和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性，并制訂了相應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 描 述 跡長(zhǎng)(m) 很低連續(xù)性 202022/10/617結(jié)構(gòu)面的密集程度反映結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密集程度。裂隙度K ：沿取樣線方向單位長(zhǎng)度上的結(jié)構(gòu)面數(shù)量。設(shè)取樣線長(zhǎng)度為L(zhǎng),單位m,該長(zhǎng)度內(nèi)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)面數(shù)量n，沿取樣線方向結(jié)構(gòu)面平均間距為d，則K=n/L ， d =1/K=L/

8、n線密度Kd：若取樣線垂直結(jié)構(gòu)面，則裂隙度被稱為線密度。間距d：同一組結(jié)構(gòu)面法線方向上結(jié)構(gòu)面平均距離。Kd=n/L ， d =1/Kd=L/n2）結(jié)構(gòu)面密集程度2022/10/618按結(jié)構(gòu)面間距d的分級(jí)表 描 述 削 距(mm) 極密集的間距 60002022/10/619多組結(jié)構(gòu)面裂隙度K 的計(jì)算：Ka=1/max =cosa/da ，Kb=1/mbx =cosb/db ，Kn=1/mnx =cosn/dn K=Ka+Kb+Kn結(jié)構(gòu)面按裂隙度K分類：k=01為蔬節(jié)理， k=110為密節(jié)理，k=10100為非常密集節(jié)理， k=1001000為壓碎、糜棱化。2022/10/620裂隙度K與的線密

9、度Kd關(guān)系：假設(shè)測(cè)線OC是水平布置的，且與結(jié)構(gòu)面法線OA在水平面上的投影線OB的夾角為，結(jié)構(gòu)面的傾角為，則體切割度Xv：面切割度Xe與裂隙度K的乘積；表示一組結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體的切割程度。Xv K Xe2022/10/6213）結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：要素：走向、傾向、傾角與主應(yīng)力之間的關(guān)系：控制巖體的破壞機(jī)理與強(qiáng)度。2022/10/6224）結(jié)構(gòu)面形態(tài)：要素：起伏形態(tài)、起伏角、粗糙度。對(duì)巖體的力學(xué)性質(zhì)和剪切強(qiáng)度有影響。起伏角:i=arctan(2h/L)2022/10/623粗糙度系數(shù)：JRC（joint roughness coefficent)巴頓（Barton，1977）提出： 粗糙度標(biāo)準(zhǔn)及粗糙系數(shù)挪威

10、巖土工程研究所(Norwegian Geotechnical Iinsitute)2022/10/6245）結(jié)構(gòu)面張開度：張開度：結(jié)構(gòu)面兩壁間的垂直距離。點(diǎn)接觸：起伏、鋸齒的凸起點(diǎn)，粘聚力降低。張開:強(qiáng)度決定于充填物。描 述結(jié)構(gòu)面張開度(mm)張開情況很緊密緊 密部分張開10裂開結(jié)構(gòu)面很寬的極寬的似洞穴的10100100l 0001000張開結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面按張開度分級(jí)2022/10/6256）結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)充填物：a.膠結(jié)充填物成分對(duì)結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的影響：鐵硅質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)度高；鈣質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)度較差；黏土、泥質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)度最差。b.膠結(jié)充填物厚度對(duì)結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的影響：薄膜充填：厚度小于1mm、應(yīng)力礦物、強(qiáng)度明

11、顯降低；端續(xù)充填：厚度小于起伏、強(qiáng)度與充填物和結(jié)構(gòu)面有關(guān)；連續(xù)充填：厚度稍大于起伏、強(qiáng)度取決于充填物。后層充填：厚度遠(yuǎn)大于起伏、強(qiáng)度取決于充填物、易滑移。2022/10/6263.1.5 巖體結(jié)構(gòu)類型1巖體構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖上工程問(wèn)題整體狀結(jié)構(gòu)均質(zhì)，巨塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖巨厚層沉積巖、正變質(zhì)巖巨塊狀以原生構(gòu)造節(jié)理為主多呈閉合型，裂隙結(jié)構(gòu)面間距大于1.5m,一般不超過(guò)l2組無(wú)危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)面組成的落石掉塊整體性強(qiáng)度高，巖體穩(wěn)定，可視為均質(zhì)彈性各向同性體不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體的局部滑動(dòng)或坍深埋洞室的巖爆2022/10/6273.1.5 巖體結(jié)構(gòu)類型2巖體構(gòu)類型巖體

12、地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖上工程問(wèn)題塊狀結(jié)構(gòu)厚層狀機(jī)積巖、正變質(zhì)巖、塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖塊狀柱狀只具有少量貫穿性較好的節(jié)理裂隙裂隙結(jié)構(gòu)面問(wèn)距0.71.5m。一般為23組有少量分離體整體強(qiáng)度較高結(jié)構(gòu)面互相牽制巖基本穩(wěn)定，接近彈性各向同性體不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體的局部滑動(dòng)或坍塌深埋洞室的巖爆2022/10/6283.1.5 巖體結(jié)構(gòu)類型3巖體構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖上工程問(wèn)題層狀結(jié)構(gòu)多韻律的薄層及中厚層狀沉積巖、副變質(zhì)巖層狀板狀透鏡體有層理、片理、節(jié)理帶有層間錯(cuò)動(dòng)面接近均一的各向異性體其變形及強(qiáng)度特征受層面及巖層組合控可視為彈塑性

13、體穩(wěn)定性較差不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體可能產(chǎn)生滑塌特別是巖層的彎張破壞及軟弱巖層的塑性變形2022/10/6293.1.5 巖體結(jié)構(gòu)類型4巖體構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖上工程問(wèn)題碎裂狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影嚴(yán)重的破碎巖層碎塊狀斷層、斷層破碎帶、片理、層理及層間結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，裂隙結(jié)構(gòu)面 間距0.250.5m，一般在3組以上由許多分離體形成完整性破壞較大，整體強(qiáng)度很低并受斷裂等軟弱結(jié)構(gòu)面控制，多呈彈塑性介穩(wěn)定性很差易引起規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)、地下水加劇巖體失穩(wěn)2022/10/6303.1.5 巖體結(jié)構(gòu)類型5巖體構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖上

14、工程問(wèn)題散體狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響劇烈的斷層破碎帶，強(qiáng)風(fēng)化帶，全風(fēng)化帶碎屑狀顆粒狀斷層破碎帶交叉構(gòu)造及風(fēng)化裂隙密集結(jié)構(gòu)及組合錯(cuò)綜復(fù)雜，并多充填粘性土形成許多大小不一的分離巖塊完整性遭到極大破壞穩(wěn)定性極差巖體屬性接近松散體介質(zhì)易引起規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)、地下水加劇巖體失穩(wěn)2022/10/6312022/10/6322022/10/6332022/10/6342022/10/6352022/10/6362022/10/6372022/10/638 單軸壓縮條件巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線6種類型巖石的應(yīng)力應(yīng)變曲線隨著巖石性質(zhì)不同有各種不同的類型。米勒（Mller）采用28種巖石進(jìn)行大量的單軸試驗(yàn)后，據(jù)峰值前應(yīng)力應(yīng)變曲線

15、將巖石分成六種類型，如圖所示。 2022/10/639類型 應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系是一直線或者近似直線，直到試件發(fā)生突然破壞為止。由于塑性階段不明顯，這些巖石被稱為彈性巖石。例如：玄武巖、石英巖、白云巖以及極堅(jiān)固的石灰?guī)r。2022/10/640類型 應(yīng)力較低時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線近似于直線，當(dāng)應(yīng)力增加到一定數(shù)值后，應(yīng)力應(yīng)變曲線向下彎曲，隨著應(yīng)力逐漸增加而曲線斜率也就越變?cè)叫?，直至破壞。由于這些巖石低應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出彈性，高應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出塑性，所以被稱為彈塑性巖石。例如：較弱的石灰?guī)r、泥巖以及凝灰?guī)r等。2022/10/641類型 在應(yīng)力較低時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線略向上彎曲。當(dāng)應(yīng)力增加到一定數(shù)值后，應(yīng)力應(yīng)變曲線逐漸變?yōu)橹本€

16、，直至發(fā)生破壞。由于這些巖石低應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出塑性，高應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出彈性，所以被稱為塑彈性巖石。例如：砂巖、花崗巖、片理平行于壓力方向的片巖以及某些輝綠巖等。2022/10/642類型 應(yīng)力較低時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線向上彎曲，當(dāng)壓力增加到一定值后，變形曲線成為直線，最后，曲線向下彎曲，曲線似S型。由于這些巖石低應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出塑性，高應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出彈性，破壞前又表現(xiàn)出塑性，所以被稱為塑彈塑性巖石。例如：大多數(shù)為變質(zhì)巖（大理巖、片麻巖等）。2022/10/643 類型 基本上與類型相同，也呈S型，不過(guò)曲線斜率較平緩。一般發(fā)生在壓縮性較高的巖石中。應(yīng)力垂直于片理的片巖具有這種性質(zhì)。 類型 應(yīng)力應(yīng)變曲線開始先有很小一

17、段直線部分，然后有非彈性的曲線部分，并繼續(xù)不斷地蠕變。這類材料被稱為彈粘性巖石。例如：巖鹽、某些軟弱巖石。2022/10/644第一節(jié) 巖體、巖體結(jié)構(gòu)及地應(yīng)力的概念二. 地應(yīng)力 1. 定義：指存在于地殼巖體中的原始應(yīng)力。又叫天然應(yīng) 力。 2. 類型：2022/10/645第一節(jié) 巖體、巖體結(jié)構(gòu)及地應(yīng)力的概念 3. 地應(yīng)力分布規(guī)律： 2022/10/6462022/10/647地應(yīng)力測(cè)量的必要性及意義a)它是引起各種地下或露天巖石開挖工程變形和破壞的根本作 用力。 區(qū)別于結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)其他力學(xué)。b)傳統(tǒng)的巖石工程的開挖設(shè)計(jì)和施工的經(jīng)驗(yàn)類比法有局限性。 小規(guī)模和地表的巖石工程，經(jīng)驗(yàn)類比的方法往

18、往是有效的。 大規(guī)模和深部的巖石工程，經(jīng)驗(yàn)類比法有不足。 2022/10/648c) 是巖石工程數(shù)值分析方法計(jì)算分析的必要前提條件。d)地應(yīng)力應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。 對(duì)地震預(yù)報(bào)、區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、油田油井的 穩(wěn)定性、核廢料儲(chǔ)存、巖爆、煤和瓦斯突出的研 究以及地球動(dòng)力學(xué)的研究等也具有重要意義。 2022/10/649 地應(yīng)力的成因1）地幔熱對(duì)流2022/10/650 地應(yīng)力的成因地幔熱對(duì)流（碰撞、俯沖、海岸）2022/10/651 地應(yīng)力的成因2）板塊邊界受壓2022/10/652 地應(yīng)力的成因中國(guó)地震帶分布2022/10/653 地應(yīng)力的成因3）巖漿侵入2022/10/654 地應(yīng)力的成因垂直應(yīng)力：

19、平均密度，KN/m3側(cè)壓力：H總深度（m）側(cè)壓力系數(shù) 圖 巖體自重垂直應(yīng)力4）巖體自重應(yīng)力場(chǎng)2022/10/655（1）巖體假定處于彈性狀態(tài) 由推出得：的取值有4種可能：2022/10/656巖體由多層不同性質(zhì)巖層組成時(shí)第j層底面應(yīng)力：第n層底面應(yīng)力：2022/10/657（2）Heim假設(shè)（塑性狀態(tài)） 當(dāng)原始應(yīng)力超過(guò)一定的極限，巖體就會(huì)處于潛塑狀態(tài)或塑性狀態(tài)。（相當(dāng)于 ）2022/10/658（3）巖體為理想松散介質(zhì) （c=0,風(fēng)化帶、斷層帶） 由極限平衡理得2022/10/659（4）當(dāng)松散介質(zhì)有一定粘聚力時(shí) (c0 )側(cè)壓力為：2022/10/660注：當(dāng) 說(shuō)明無(wú)側(cè)壓力 無(wú)側(cè)壓力深度 2

20、022/10/6615)地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力2022/10/6625)地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力Fujianshanghang，某地應(yīng)力場(chǎng)受斷層影響情況2022/10/6635)地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力Hebeihandan，某旋轉(zhuǎn)地應(yīng)力場(chǎng)受旋鈕構(gòu)造影響。2022/10/664圖 地形對(duì)初應(yīng)力的影響6）地形、地表剝蝕對(duì)地應(yīng)力影響2022/10/6657）水壓力、熱應(yīng)力 a.孔隙水壓力、流動(dòng)水壓力(影響小)、靜水壓力（懸浮作用） b.一般地溫梯度： 巖體的體膨脹系數(shù)： ，巖體彈模E=104MPa；地溫梯度引起的溫度應(yīng)力約為： z-深度/m。溫度應(yīng)力是同深度的垂直應(yīng)力的1/9，并呈靜水壓力狀態(tài)。2022/10/666 地表高地應(yīng)力

21、區(qū)及其 地質(zhì)地貌標(biāo)志 研究表明，與地表高應(yīng)力區(qū)分布相聯(lián)系的特征地質(zhì)地貌標(biāo)志，主要有如下諸方面。 （1）天然條件下高水平應(yīng)力釋放有關(guān)的淺表生時(shí)效變形現(xiàn)象 隆爆：最早發(fā)現(xiàn)于加拿大南安大略省，其表現(xiàn)為近地表出現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)的隆褶或類似低角度逆斷 層的斷隆，一般高度較小，而延伸 長(zhǎng)度較大。最早稱之為隆爆（POP- UP）現(xiàn)象。2022/10/667 隆爆的總體發(fā)育特征如下： a.發(fā)育在強(qiáng)度和厚度都不太大的近水平層狀巖層中； b.隆爆軸與實(shí)測(cè)最大主應(yīng)力基本垂直； c.絕大多數(shù)隆爆都是該區(qū)大陸冰川消退不久的產(chǎn)物。 分析認(rèn)為這種現(xiàn)象乃是該區(qū)地表巖體中的一種與高水平應(yīng)力釋放有關(guān)的表生時(shí)效變形現(xiàn)象。導(dǎo)致這種高水平應(yīng)力則

22、是由構(gòu)造應(yīng)力及大陸冰川加載后的卸荷作用共同導(dǎo)致的。地表高地應(yīng)力區(qū)及其地質(zhì)地貌標(biāo)志2022/10/668 蓆狀裂隙 在出露于地表的侵入巖體中，廣泛見(jiàn)于一種近地表平行分布的區(qū)域性裂隙發(fā)育，通常上部較密，向下逐漸變稀疏，即蓆狀裂隙。 這種裂隙是區(qū)域性卸荷剝蝕的結(jié)果。一般認(rèn)為，埋深于地下且處于靜水應(yīng)力狀態(tài)侵入巖體，在遭受侵蝕而出露地表的過(guò)程中，水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的差值逐漸增大，當(dāng)超過(guò)巖體所能承受的極限時(shí)，即形成水平破裂。地表高地應(yīng)力區(qū)及其地質(zhì)地貌標(biāo)志2022/10/669 谷下水平卸荷裂隙及谷坡內(nèi)水平剪切蠕動(dòng)變形帶 大量的勘察資料表明：在高地應(yīng)力區(qū)內(nèi) 的較開闊的河谷經(jīng)常有一系列開口良好，透 水性很強(qiáng)的

23、卸荷裂隙，特別是當(dāng)最大主應(yīng)力 與河段走向垂直時(shí)，這種卸荷裂隙尤為發(fā)育。 它們多沿已有的層面或斷裂結(jié)構(gòu)面發(fā)育而成。 因此，這種裂隙最易產(chǎn)生在近水平產(chǎn)出的沉積巖分布區(qū)或緩傾角裂隙發(fā)育的巖漿巖分布區(qū)。 地表高地應(yīng)力區(qū)及其 地質(zhì)地貌標(biāo)志2022/10/670 發(fā)育在谷坡內(nèi)的水平剪切蠕動(dòng)變形帶是高地應(yīng)力區(qū)常見(jiàn)的；另一種應(yīng)力釋放類型產(chǎn)生時(shí)效變形現(xiàn)象是河谷形成的不同階段，由差異回彈導(dǎo)致的沿坡腳附近已有平緩結(jié)構(gòu)面發(fā)生的減速型剪切蠕動(dòng)變形的產(chǎn)物。地表高地應(yīng)力區(qū)及其地質(zhì)地貌標(biāo)志2022/10/671 應(yīng)力釋放型的深大拉張變形帶 一些地段的谷坡后緣發(fā)育有深大的拉裂縫及拉張斷陷帶。這類拉張變形帶以其規(guī)模大，延伸方向穩(wěn)

24、定和發(fā)育面深區(qū)別于通常的卸荷裂隙。 據(jù)研究，這種拉張變形可能有不同成因。其中有一類屬于在特殊地質(zhì)、地貌環(huán)境（高地應(yīng)力、強(qiáng)卸荷）條件下，河谷巖體水平卸荷所導(dǎo)致的應(yīng)力釋放性時(shí)效變形現(xiàn)象。地表高地應(yīng)力區(qū)及其地質(zhì)地貌標(biāo)志2022/10/672 （2）與鉆進(jìn)有關(guān)的巖體應(yīng)力釋放及伴生現(xiàn)象巖芯餅化現(xiàn)象 鉆進(jìn)過(guò)程中巖芯裂成餅狀的現(xiàn)象是高地應(yīng)力區(qū)所特有的巖體力學(xué)現(xiàn)象。這種現(xiàn)象有幾個(gè)方面的共性： a. 所有的餅狀巖芯在形態(tài)上均有其共同特征：巖餅的厚度與巖芯的直徑有一定的關(guān)系，一般約為直徑的1/4到1/5，所以不同的鉆孔，只要孔徑相同，巖餅的厚度就大致相近；所有巖餅的表面均為新鮮破裂面，而且邊緣部分粗糙，多數(shù)內(nèi)部隱

25、約見(jiàn)有順槽，或沿一個(gè)方向的擦痕與之正常的拉裂坎。地表高地應(yīng)力區(qū)及其地質(zhì)地貌標(biāo)志2022/10/673 b.餅狀巖芯是鉆進(jìn)過(guò)程中差異卸荷回彈的產(chǎn)物，破裂主要發(fā)生在一定高度的巖芯根部，是由拉張和剪切復(fù)合機(jī)制導(dǎo)致的。 c.餅狀巖芯的產(chǎn)生需具備特定的巖體力學(xué)條件： 彈性高，儲(chǔ)能條件好的巖性條件，如火成巖； 整體塊狀的巖體結(jié)構(gòu)條件； 高地應(yīng)力條件，最大主應(yīng)力在30MPa以上。地表高地應(yīng)力區(qū)及其地質(zhì)地貌標(biāo)志2022/10/674鉆孔崩落現(xiàn)象 研究發(fā)現(xiàn)，一些鉆孔的孔徑不是圓的，而呈橢圓型，長(zhǎng)短軸之差可達(dá)3-18cm。觀察表明：這種孔徑的增大是由于孔壁局部破損崩落所致，即鉆孔崩落。 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)： 破裂首先

26、出現(xiàn)于孔 壁應(yīng)力集中程度最高的部位；破壞域側(cè)向角的 大小主要受巖石的強(qiáng)度 參數(shù)及水平應(yīng)力的控制。地表高地應(yīng)力區(qū)及其地質(zhì)地貌標(biāo)志2022/10/675與開挖卸荷及應(yīng)力釋放相聯(lián)系的巖體變形破壞現(xiàn)象及研究意義 在高地應(yīng)力區(qū)，開挖往往引起巖體內(nèi)一系列卸荷回彈和應(yīng)力釋放相關(guān)聯(lián)的變形破壞現(xiàn)象，包括：采場(chǎng)及基坑底部的隆爆；邊坡及邊墻向臨空方向的水平位移和沿已有的近水平的結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)； 邊坡、邊墻巖體的傾倒； 地下硐室、巷道的變形與破壞等。 這些變形和破壞不僅會(huì)惡化建筑物場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，有時(shí)還會(huì)對(duì)建筑物造成直接危險(xiǎn)。在各個(gè)方向的開挖中，垂直于最大主應(yīng)力的地表、地下開挖，引起的變形和破壞最為強(qiáng)烈。地表

27、高地應(yīng)力區(qū)及其地質(zhì)地貌標(biāo)志2022/10/676（1）基坑底部的隆起、爆裂和沿已有結(jié)構(gòu)面的逆沖錯(cuò)動(dòng)。 研究巖體天然應(yīng)力狀態(tài)的意義2022/10/677（2）邊墻向臨空方向的水平位移和沿已有的近水平的結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)。 研究巖體天然應(yīng)力狀態(tài)的意義2022/10/678 （3）邊墻或邊坡巖體的傾斜 地下開挖產(chǎn)生的巖體變形和破壞也有不同的類型： 拱頂裂縫掉塊 邊墻內(nèi)鼓張裂 底鼓及中心線偏移 施工導(dǎo)坑縮徑 研究巖體天然應(yīng)力狀態(tài)的意義2022/10/679 都汶路龍溪隧道拱頂塌落洞頂及洞壁垮塌洞壁內(nèi)鼓 研究巖體天然應(yīng)力狀態(tài)的意義2022/10/680 此外，修建高壩、大型水庫(kù) 和深大的地下硐室等，常能

28、在更 大范圍內(nèi)破壞巖體內(nèi)天然應(yīng)力的 平衡，引起一系列諸如斷層復(fù)活、 水庫(kù)地震以及大型巖爆等嚴(yán)重危 害建筑物和人民生命財(cái)產(chǎn)的工程 地質(zhì)作用。所以，對(duì)于天然巖體 應(yīng)力狀態(tài)的研究，是工程地質(zhì)工 作者的一項(xiàng)重要任務(wù)。 研究巖體天然應(yīng)力狀態(tài)的意義2022/10/681第二節(jié) 洞室圍巖變形及破壞的基本類型地下洞室:為各種目的修建在地層內(nèi)的中空通道或中 空洞室統(tǒng)稱為地下洞室，包括礦山坑道、鐵路隧道、 水工隧洞、地下發(fā)電站廠房、地下鐵道及地下停車 場(chǎng)、地下儲(chǔ)油庫(kù)、地下彈道導(dǎo)彈發(fā)射井、以及地下飛 機(jī)庫(kù)等。 圍巖：由開挖洞室引起的應(yīng)力狀態(tài)的重大變化局限在 洞周一定范圍之內(nèi)。通常此范圍等于地下洞室橫剖面 中最大尺寸

29、的35倍，習(xí)慣上將此范圍內(nèi)的巖體稱為 “圍巖”2022/10/682二灘電站地下廠房10.1 地下洞室概念及研究意義2022/10/683錦屏地下洞室三維地質(zhì)模型10.1 地下洞室概念及研究意義2022/10/684拉西瓦地下洞室三維地質(zhì)模型10.1 地下洞室概念及研究意義2022/10/685第二節(jié) 洞室圍巖變形及破壞的基本類型一. 圍巖應(yīng)力引起的變形與破壞 1. 圍 巖：工程開挖后，應(yīng)力變化范圍內(nèi)的巖體。 2. 二次應(yīng)力：工程開挖后，巖體中一定范圍內(nèi)原始應(yīng)力 發(fā)生變化，其改變后重新分布的應(yīng)力叫二 次應(yīng)力。又叫重分布應(yīng)力或圍巖應(yīng)力。(一) 圍巖應(yīng)力變化規(guī)律 1. 圓形洞室：rr2022/10

30、/686第二節(jié) 洞室圍巖變形及破壞的基本類型 2. 直墻圓拱型洞室：2022/10/6872022/10/6882022/10/689第二節(jié) 洞室圍巖變形及破壞的基本類型（二）圍巖應(yīng)力引起的變形和破壞類型 1. 張裂塌落：拱頂張應(yīng)力超過(guò)巖石 抗拉強(qiáng)度，引起巖石 破裂，導(dǎo)至洞頂塌落 的現(xiàn)象。 2. 劈裂剝落：切向應(yīng)力導(dǎo)至洞室 周邊巖石形成平行 洞壁的密集破裂， 并產(chǎn)生剝落的現(xiàn)象。 2022/10/6903. 碎裂松動(dòng)：碎裂狀巖體開挖后，巖塊沿結(jié)構(gòu)面 滑移并形成松動(dòng)圈的現(xiàn)象。第二節(jié) 洞室圍巖變形及破壞的基本類型2022/10/691第二節(jié) 洞室圍巖變形及破壞的基本類型4. 彎折內(nèi)鼓：徑向應(yīng)力擠壓薄

31、層圍巖，使之向洞內(nèi)彎折 內(nèi)鼓，甚至坍倒的現(xiàn)象。2022/10/692第二節(jié) 洞室圍巖變形及破壞的基本類型 5. 巖 爆：在高應(yīng)力地區(qū)，洞室開挖后，圍巖因彈性 應(yīng)變能突然釋放而發(fā)生的巖石彈射或拋出 的現(xiàn)象。 6. 塑性擠出：軟弱巖體在洞室開挖后，當(dāng)圍巖應(yīng)力超過(guò) 其屈服強(qiáng)度時(shí)，向洞內(nèi)產(chǎn)生的塑性擠出的 現(xiàn)象。 7. 膨脹內(nèi)鼓：在膨脹巖地區(qū)，洞室開挖后水分向松動(dòng)圈 集中，導(dǎo)致巖石吸水膨脹，并向洞內(nèi)鼓出 的現(xiàn)象。2022/10/693巖爆漸進(jìn)破壞過(guò)程示意圖A、劈裂；B、剪斷；C、彈射 巖爆的漸進(jìn)性破壞過(guò)程很短促.各階段在演化的時(shí)序和發(fā)展的空間部位,都是由洞壁向圍巖深部依次重復(fù)更迭發(fā)生的.因此，巖爆引起的

32、圍巖破壞區(qū)可以分彈射帶、劈裂-剪切帶和劈裂帶等三帶. 2022/10/6942022/10/6952022/10/696第二節(jié) 洞室圍巖變形及破壞的基本類型二. 圍巖構(gòu)造控制的變形與破壞 指圍巖當(dāng)結(jié)構(gòu)面上剪應(yīng)力超過(guò)抗剪強(qiáng)度而產(chǎn)生的 沿結(jié)構(gòu)面剪切滑移。vvvHHH2022/10/6972022/10/698第二節(jié) 洞室圍巖變形及破壞的基本類型 三. 松散圍巖的變形與破壞： 1. 重力坍塌：固結(jié)程度差的散體結(jié)構(gòu)圍巖，開挖后在重 力作用下自由坍落。 塑流涌出：當(dāng)開挖飽水?dāng)鄬悠扑閹r(shí)，松散物質(zhì)常形 成碎屑流涌出。2022/10/699圍巖變形破壞過(guò)程: 圍巖的變形破壞是漸進(jìn)式逐次發(fā)展的:開挖-應(yīng)力調(diào)整

33、-變形、局部破壞-再次調(diào)整 -再次變形-較大范圍破壞2022/10/6100圍巖巖性巖體結(jié)構(gòu)變形破壞形式產(chǎn)生機(jī)制脆性圍巖塊體狀結(jié)構(gòu)及厚層狀結(jié)構(gòu)張裂塌落拉應(yīng)力集中造成的張裂破壞劈裂剝落壓應(yīng)力集中造成的壓致拉裂剪切滑移及剪切碎裂壓應(yīng)力集中造成的剪切碎裂及滑移拉裂巖爆壓應(yīng)力高度集中造成的突然而猛烈的脆性破壞中薄層狀結(jié)構(gòu)彎折內(nèi)鼓卸荷回彈或壓應(yīng)力集中造成的彎曲拉裂碎裂結(jié)構(gòu)碎裂松動(dòng)壓應(yīng)力集中造成的剪切松動(dòng)塑性圍巖層狀結(jié)構(gòu)塑性擠出壓應(yīng)力集中作用下的塑性流動(dòng)膨脹內(nèi)鼓水分重分布造成的吸水膨脹散體結(jié)構(gòu)塑性擠出壓應(yīng)力作用下的塑流塑流涌出松散飽水巖體的懸浮塑流重力坍塌重力作用下的坍塌圍巖的變形破壞形式及其與圍巖巖性及

34、結(jié)構(gòu)的關(guān)系2022/10/6101第三節(jié) 地下洞室特殊地質(zhì)問(wèn)題四. 地下洞室特殊地質(zhì)問(wèn)題（一）洞室涌水： 1. 涌水條件：2. 涌水預(yù)測(cè)方法：（1）相似比擬法： 由實(shí)測(cè)導(dǎo)坑涌水量推算： 由于開挖地段涌水量推算：2022/10/6102第三節(jié) 地下洞室特殊地質(zhì)問(wèn)題（2）水均衡法：（3）地下水動(dòng)力學(xué)法： 潛水含水層中的完整型隧道： 承壓水含水層中的完整型隧道： 2022/10/6103第三節(jié) 地下洞室特殊地質(zhì)問(wèn)題（二）腐蝕： 1. 腐蝕類型：2022/10/6104 2. 腐蝕嚴(yán)重程度： 3. 腐蝕易發(fā)生地區(qū)：2022/10/61052022/10/61062022/10/61072022/10/

35、61082022/10/61092022/10/6110第三節(jié) 地下洞室特殊地質(zhì)問(wèn)題（三）地溫： G133m（四）瓦斯：（以甲烷為主的有害氣體的總稱，主要發(fā)生在含煤地層） 危害條件： 施工要求：2022/10/61112022/10/61122022/10/6113第三節(jié) 地下洞室特殊地質(zhì)問(wèn)題（五）巖爆：（巖塊自然彈射或拋落） 巖爆特點(diǎn)：2022/10/61142022/10/6115第四節(jié) 圍巖的工程地質(zhì)分類及其應(yīng)用一、圍巖分級(jí)：2022/10/61162022/10/6117第四節(jié) 圍巖的工程地質(zhì)分類及其應(yīng)用（1）正常時(shí): BQ=90+2fr+250Kv (fr= 巖石堅(jiān)硬程度 Kv=巖體

36、完整性系數(shù))（2）有地下水、結(jié)構(gòu)面、地應(yīng)力影響時(shí)： BQ=BQ-100（K1+K2+K3）（K1=地下水影響系數(shù) K2=軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響系數(shù) K3=地應(yīng)力影響系數(shù)）2022/10/61182022/10/61192022/10/61202022/10/6121 RQD:巖體質(zhì)量指標(biāo)(鉆探長(zhǎng)度大于10CM的巖芯的百分比) JN:節(jié)理組數(shù)（直接量測(cè)） JR:節(jié)理粗粗糙度（直接量測(cè)后查表） JA:節(jié)理蝕變系數(shù)（用回彈儀直接量測(cè)） JW:節(jié)理水折減系數(shù)（按含水情況查表） SRF:應(yīng)力折減系數(shù)（按地應(yīng)力分區(qū)查表）2022/10/61222022/10/61232022/10/6124級(jí)別巖 體 特 征

37、土 體 特 征極硬巖，巖體完整極硬巖，巖體較完整；硬巖，巖體完整極硬巖，巖體較破碎；硬巖或軟硬巖互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整極硬巖，巖體破碎；硬巖，巖體較破碎至破碎； 較軟巖軟硬巖互層，且以軟巖為主；巖體較完整或較破碎；軟巖，巖體完整至較完整 具壓密或成巖作用的粘土、粉土及砂類土，一般鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的碎、卵石土、大塊石土，Q1、Q2黃土軟巖，巖體較破碎至破碎； 全部極軟巖及全部極破碎巖（包括受構(gòu)造影響嚴(yán)重的破碎帶） 一般第四系堅(jiān)硬、硬塑粘性土，稍密及以上、稍濕、潮濕的碎、卵石土、圓礫土、角礫土、粉土及Q3、Q4黃土受構(gòu)造影響很嚴(yán)重呈碎石角礫及粉末、泥土狀的斷層帶軟塑狀粘性土，飽和的粉土，砂類土等表5-12 鐵路隧道圍巖的基本分級(jí) 2022/10/6125第四節(jié) 圍巖的工程地質(zhì)分類及其應(yīng)用二. 圍巖穩(wěn)定性分析方法：2022/10/61261 解析分析法隧洞圍巖穩(wěn)定性的定量評(píng)價(jià) 圍巖整體穩(wěn)定性局部塊體穩(wěn)定性2 數(shù)值模擬1 矢量分析法2 圖解法（實(shí)體比例投影法）3 數(shù)學(xué)解析法2022/10/6127（1）局部塊體穩(wěn)定性分析赤平投影+實(shí)體比例投影（a）圖解法圍巖穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)2022/10/6128