工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)之巖體結(jié)構(gòu)32

2022/11/30廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所1工程地質(zhì)李子生二零一四年九月EngineeringGeology2022/11/30廣東工業(yè)大學(xué)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1、巖體(rockmass)：包含巖石(rock)和結(jié)構(gòu)弱面

(weakstructuralplane)。（1）特點(diǎn)：①不連續(xù)——受構(gòu)造切割、孔隙等影響；②非均質(zhì)——各類礦物、巖石組合；③各向異性——構(gòu)造、非均質(zhì)造成。2022/11/30廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所3巖體與巖石的區(qū)別（2）巖體與巖石的區(qū)別：①范圍大；②強(qiáng)度、穩(wěn)定性低。2022/11/30廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所4巖體穩(wěn)定及其分析2、巖體穩(wěn)定：指在一定時(shí)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、塑性變形和張裂破壞。3、巖體穩(wěn)定性分析：包括——⑴結(jié)構(gòu)分析；⑵力學(xué)分析；⑶類比分析一般需將三種分析方法進(jìn)行相互補(bǔ)充、驗(yàn)證，作出綜合評(píng)價(jià)。2022/11/30廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所5二、巖體結(jié)構(gòu)㈠概念巖體結(jié)構(gòu)是指巖體中①結(jié)構(gòu)面(structuralplane)和②結(jié)構(gòu)體(structuralblock)的組合特征，即結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、組合形式；結(jié)構(gòu)體的大小、幾何形式和排列。①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。②結(jié)構(gòu)體——由結(jié)構(gòu)面切割而成的單個(gè)塊體。2022/11/30廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所6㈡結(jié)構(gòu)面

1、成因類型：⑴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(weakintercalatedlayer)和不整合面等。其中軟弱夾層對(duì)巖體穩(wěn)定性影響比較大，容易造成滑坡等工程事故。軟弱夾層的產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀一致。2022/11/30廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所7軟弱夾層分類按成因分為：①在陸相沉積間斷的不整合面處形成軟弱夾層；②在火山噴發(fā)間歇期形成的風(fēng)化軟弱夾層；③原生夾層。其中①、②兩種軟弱夾層通常含泥質(zhì)物質(zhì)，松散。形成良好的地下水通道，夾層的水穩(wěn)定性差，易軟化、泥化，強(qiáng)度和穩(wěn)定性差。2022/11/30廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所8⑵火成結(jié)構(gòu)面⑵火成結(jié)構(gòu)面——在巖漿活動(dòng)中形成，包括：①侵入接觸面——與圍巖膠結(jié)不良，有變質(zhì)物質(zhì)。②冷凝裂隙——張性裂隙面，粗糙。2022/11/30廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所9⑶變質(zhì)結(jié)構(gòu)面⑶變質(zhì)結(jié)構(gòu)面——變質(zhì)作用形成。包括：①片理——沿片理面片狀礦物富集，巖體強(qiáng)度↓②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(fēng)化。對(duì)邊坡、地下工程穩(wěn)定造成影響。2022/11/30廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所10⑷構(gòu)造結(jié)構(gòu)面⑷構(gòu)造結(jié)構(gòu)面——構(gòu)造作用形成，規(guī)模大，對(duì)巖體穩(wěn)定性影響很大。包括：①節(jié)理②斷層－－產(chǎn)狀受構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制。③層間錯(cuò)動(dòng)面——與巖層一致，破碎，含泥質(zhì)。2022/11/26廣東東工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)巖巖土土工工程程研研究究所所11⑸次生生結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)面面⑸次生生結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)面面———巖體受卸卸荷、風(fēng)風(fēng)化、地地下水等等次生作作用形成成。次生生結(jié)構(gòu)面面易造成成邊坡巖巖體破壞壞。次生結(jié)構(gòu)構(gòu)面包括括：①卸荷裂裂隙——巖體受河河流切割割、開挖挖等形成成臨空面面，應(yīng)力力釋放等等作用引引起，張張裂。2022/11/26廣東工業(yè)業(yè)大學(xué)巖巖土工程程研究所所12⑸次生結(jié)構(gòu)構(gòu)面②風(fēng)化裂隙隙——表層風(fēng)化化帶，裂裂隙產(chǎn)狀狀無規(guī)律律，短小小密集。。③風(fēng)化夾夾層——沿原結(jié)構(gòu)構(gòu)面發(fā)育育形成，，延深比比風(fēng)化裂裂隙大，，產(chǎn)狀受受原結(jié)構(gòu)構(gòu)面控制制。風(fēng)化化夾層多多呈松散散、破碎碎狀，含含泥質(zhì)，，水穩(wěn)定定性差。。如斷層層風(fēng)化、、巖脈風(fēng)風(fēng)化、夾夾層風(fēng)化化等。2022/11/26廣東工業(yè)業(yè)大學(xué)巖巖土工程程研究所所13⑸次生結(jié)構(gòu)構(gòu)面④泥化夾層層——地下水作作用，使使原軟弱弱夾層（（粘土巖巖、泥灰灰?guī)r、頁(yè)頁(yè)巖等））泥化，，產(chǎn)狀與與巖層一一致。⑤次生夾夾泥層——地下水作作用產(chǎn)生生次生夾夾泥，沿沿原結(jié)構(gòu)構(gòu)面（層層面、裂裂隙、斷斷層）形形成，受受原結(jié)構(gòu)構(gòu)面控制制，結(jié)構(gòu)構(gòu)面強(qiáng)度度低。2022/11/26廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)巖土工程研研究所142、結(jié)構(gòu)面的主主要特征⑴結(jié)構(gòu)面的發(fā)展展歷史：構(gòu)造、次生作作用影響比較較大。如：軟弱夾層受構(gòu)構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)→層層間破碎夾層層，其性質(zhì)↓↓；層間錯(cuò)動(dòng)動(dòng)面上次生泥泥化→其性質(zhì)質(zhì)↓↓⑵結(jié)構(gòu)面的物物質(zhì)組成：含有松散、粘粘土類礦物，，其抗剪強(qiáng)度度低，對(duì)巖體體穩(wěn)定性影響響大。2022/11/26廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)巖土工程研研究所152、結(jié)構(gòu)面的主主要特征⑶結(jié)構(gòu)面的延展展性：結(jié)構(gòu)面延展長(zhǎng)長(zhǎng)、規(guī)模大，，則對(duì)其穩(wěn)定定性影響大。。⑷結(jié)構(gòu)面的張張開程度、充充填膠結(jié)情況況：張節(jié)理為次生生充填物、地地下水活動(dòng)提提供條件，其其抗剪強(qiáng)度低低，對(duì)斜坡、、隧道圍巖穩(wěn)穩(wěn)定性影響大大。粘土、滑膩性性礦物（如滑滑石、云母、、綠泥石等））充填物抗剪剪強(qiáng)度很低，，但若膠結(jié)時(shí)時(shí)則其抗剪強(qiáng)強(qiáng)度提高。2022/11/26廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)巖土工程研研究所162、結(jié)構(gòu)面的主主要特征⑸結(jié)構(gòu)面的密集集程度：結(jié)構(gòu)面的密集集程度高，則則其穩(wěn)定性低低。⑹結(jié)構(gòu)面的平平整、光滑程程度：結(jié)構(gòu)面越平整整、光滑，則則其穩(wěn)定性越越低。結(jié)構(gòu)面的類型型及其特征見見表7－5。2022/11/26廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)巖土工程研研究所172022/11/26廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)巖土工程研研究所18（二）結(jié)構(gòu)體體1、結(jié)構(gòu)體形式式：由結(jié)構(gòu)面切割割產(chǎn)生的單元元體的幾何形形狀。常見有有柱狀、塊狀狀、板狀、楔楔狀、錐狀等等，見圖7-5。其中柱狀、塊狀結(jié)結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定定性比板狀結(jié)結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定定性高；菱狀結(jié)構(gòu)體的的穩(wěn)定性比楔楔狀結(jié)構(gòu)體的的穩(wěn)定性高。2022/11/26廣東工業(yè)大大學(xué)巖土工工程研究所所192、巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)分分為整體結(jié)構(gòu)、、塊狀結(jié)構(gòu)構(gòu)、層狀結(jié)結(jié)構(gòu)、碎裂裂結(jié)構(gòu)及散散體結(jié)構(gòu)五種類型。。如圖7-6所示。其中中工程性質(zhì)質(zhì)比較差的的有碎裂結(jié)結(jié)構(gòu)、層狀狀碎裂結(jié)構(gòu)構(gòu)及散體結(jié)結(jié)構(gòu)。散體體結(jié)構(gòu)最差差。詳見表表7-7。2022/11/26廣東工業(yè)大大學(xué)巖土工工程研究所所202022/11/26廣東工業(yè)大大學(xué)巖土工工程研究所所212022/11/26廣東東工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)巖巖土土工工程程研研究究所所22劃分分巖巖體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的目目的的劃分分巖巖體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的目目的的定性性評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)巖巖體體穩(wěn)穩(wěn)定定性性。。2022/11/26廣東東工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)巖巖土土工工程程研研究究所所23各類類巖巖體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)對(duì)對(duì)土土木木工工程程穩(wěn)穩(wěn)定定性性的的影影響響1、層層狀狀結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)：巖體體呈呈層層狀狀分分布布，，類類似似軸軸對(duì)對(duì)稱稱各各向向異異性性體體，，巖巖體體穩(wěn)穩(wěn)定定性性受受巖巖層層產(chǎn)產(chǎn)狀狀影影響響很很大大:(1)當(dāng)巖巖層層傾傾向向與與邊邊坡坡傾傾向向一一致致或或相相近近時(shí)時(shí)，，容容易易產(chǎn)產(chǎn)生生滑坡失穩(wěn)；(2)當(dāng)巖層傾傾角較大大是，邊邊坡或開開挖面易易產(chǎn)生崩塌；(3)水平巖層層的地基基抵抗水平平滑移能能力降低；2022/11/26廣東工業(yè)大大學(xué)巖土工工程研究所所241、層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)（4）隧道等開開挖面的巖巖層彎張破破壞、軟弱弱巖層的塑塑性變形等等對(duì)工程穩(wěn)穩(wěn)定影響大大；（如金金川）（5）層理、片片理、節(jié)理理比較發(fā)育育，路基及及邊坡發(fā)生生破壞事故故多。（6）受強(qiáng)烈褶褶皺等構(gòu)造造影響的層層狀碎裂結(jié)結(jié)構(gòu)，其巖巖體整體性性差，強(qiáng)度度低，穩(wěn)定定性更差。。作為地基基需處理，，作為邊坡坡需緩坡或或支護(hù)，隧隧道施工中中則需緊跟跟支撐以防防止坍塌。。2022/11/26廣東工業(yè)大大學(xué)巖土工工程研究所所252、散體結(jié)構(gòu)構(gòu)2、散體結(jié)構(gòu)構(gòu)：巖體呈碎屑屑、顆粒狀狀散體介質(zhì)質(zhì)，穩(wěn)定性性最差，存存在大規(guī)模模巖體失穩(wěn)穩(wěn)、崩塌等等安全隱患患，在各種種工程中必必須采取措措施進(jìn)行處處理。其它類型巖巖體結(jié)構(gòu)影影響自學(xué)2022/11/26廣東工業(yè)大大學(xué)巖土工工程研究所所26巖體結(jié)構(gòu)類類型及其特特征表結(jié)構(gòu)類型完完整狀態(tài)地地下水作用用特征結(jié)構(gòu)面間距距（cm）完完整性性系數(shù)1塊狀結(jié)構(gòu)50~1000.35~0.75甚微2鑲嵌結(jié)構(gòu)＜＜50＜0.35含、導(dǎo)水不不明顯3碎裂結(jié)構(gòu)＜＜50＜0.35顯著,軟、泥化滲滲流4層狀結(jié)構(gòu)30~500.30~0.60軟、泥化顯顯著薄層＜30薄層＜0.405層狀碎裂結(jié)結(jié)構(gòu)＜＜50＜0.40較層狀更甚甚6散體結(jié)構(gòu)＜＜0.20軟、泥化顯顯著，膨脹、崩解解2022/11/26廣東工業(yè)業(yè)大學(xué)巖巖土工程程研究所所27巖體完整整性系數(shù)數(shù)K用巖體完完整性系系數(shù)K表示巖體體完整程程度，即即K=Vm2／Vr2Vm——縱波在巖巖體中的的傳播速速度；Vr——縱波在巖巖石中的的傳播速速度。按照巖體體完整性性系數(shù)K劃分的巖巖體完整整性如下下表所示示：2022/11/26廣東工業(yè)業(yè)大學(xué)巖巖土工程程研究所所28巖體完整整性劃分分表巖體完整整性巖巖體完整整性系數(shù)數(shù)K完整＞＞0.90比較完整整0.75～0.90中等完整整0.45～0.75較差0.20～0.45破碎＜＜0.202022/11/26廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)巖土工程研研究所29二、巖體穩(wěn)定定性的結(jié)構(gòu)分分析巖體穩(wěn)定性的的常用分析方方法有：（1）結(jié)構(gòu)分析（2）力學(xué)分析——巖體工程中介介紹（3）對(duì)比分析2022/11/26廣東工業(yè)業(yè)大學(xué)巖巖土工程程研究所所301、結(jié)構(gòu)分分析方法法的實(shí)質(zhì)質(zhì)一般需將將三種方方法相互互結(jié)合，，驗(yàn)證、、補(bǔ)充，，作出綜綜合評(píng)價(jià)價(jià)。1、結(jié)構(gòu)分分析方法法的實(shí)質(zhì)質(zhì)：對(duì)巖體結(jié)結(jié)構(gòu)要素素（結(jié)構(gòu)構(gòu)面、結(jié)結(jié)構(gòu)體））進(jìn)行分分析，明明確巖體體滑移的的邊界條條件（切切割面、、滑移面面、臨空空面）是是否具備備，對(duì)巖巖體穩(wěn)定定性