巖體結(jié)構(gòu)及其完整性課件

第2章

巖體結(jié)構(gòu)及其完整性第2章

巖體結(jié)構(gòu)及其完整性1引言結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面切割成的結(jié)構(gòu)體巖體巖體結(jié)構(gòu)是研究巖體力學的基礎(chǔ)巖體結(jié)構(gòu)控制巖體的變形、破壞等力學效應巖體結(jié)構(gòu)分類、結(jié)構(gòu)面特征、巖體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場調(diào)查方法及巖體完整性工程應用引言結(jié)構(gòu)面巖體巖體結(jié)構(gòu)是研究巖體力學的基礎(chǔ)巖體結(jié)構(gòu)控制巖體的22.1巖體結(jié)構(gòu)分類2.1.1巖體結(jié)構(gòu)（1）結(jié)構(gòu)面定義：巖體內(nèi)開裂的和易開裂的地質(zhì)界面，如節(jié)理、層理、劈理、裂隙、斷層等等。結(jié)構(gòu)面的作用與其規(guī)模和形態(tài)有關(guān)。特點：橫向延展表現(xiàn)出面的幾何特性；物質(zhì)分異面或不連續(xù)面；常具有一定厚度，充有一定物質(zhì)（例如：節(jié)理由兩個面及面間的水或氣組成；斷層及層間錯動是由上下盤兩個面及其間充填的斷層泥和水構(gòu)成的實體組成）；變形機理是兩面閉合或滑移；破壞機理是沿面滑動或追蹤開裂。2.1巖體結(jié)構(gòu)分類2.1.1巖體結(jié)構(gòu)3結(jié)構(gòu)面分級及其特征級序分級依據(jù)力學效應力學屬性*地質(zhì)構(gòu)造特征I級延展幾公里至幾十公里以上，貫通巖體，破碎帶寬度達數(shù)米至數(shù)十米1.形成巖體力學作用邊界；2.巖體變形和破壞的控制條件;3.構(gòu)成獨立的力學介質(zhì)單元1.屬軟弱結(jié)構(gòu)面；2.構(gòu)成獨立力學模型——軟弱夾層斷層較大II級延展數(shù)百米至數(shù)公里，破碎帶寬度比較窄，幾厘米至數(shù)米1.形成塊裂體邊界；2.控制巖體變形和破壞方式；3.構(gòu)成次級地應力場邊界屬于軟弱結(jié)構(gòu)面小斷層，層間錯動面III級延展十幾米至幾十米，無破碎帶，面內(nèi)不夾泥，有的有泥膜1.參與塊裂巖體切割；2.劃分II級巖體結(jié)構(gòu)類型的重要依據(jù)；3.構(gòu)成次級地應力場邊界多數(shù)屬堅硬結(jié)構(gòu)面，少數(shù)軟弱結(jié)構(gòu)面不夾泥，大節(jié)理或小斷層開裂的層面IV級延展短，未錯動，不夾泥，有的呈弱結(jié)合狀態(tài)，統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面1.劃分II級巖體結(jié)構(gòu)類型的基本依據(jù)；2.確定巖體力學性質(zhì)，結(jié)構(gòu)效應的基礎(chǔ)3.有的為次級地應力場邊界堅硬結(jié)構(gòu)面節(jié)理，劈理，層理，次生裂隙V級結(jié)構(gòu)面小，且連續(xù)性差，統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面1.巖體內(nèi)形成應力集中；2.決定巖體力學性質(zhì)和結(jié)構(gòu)效應的依據(jù)之一堅硬結(jié)構(gòu)面不連續(xù)小節(jié)理，隱節(jié)理，層面，片理面*軟弱結(jié)構(gòu)面是指結(jié)構(gòu)面內(nèi)夾有軟弱物質(zhì)的，而無充填者為堅硬結(jié)構(gòu)面規(guī)模：按規(guī)模分有五級二類。結(jié)構(gòu)面分級及其特征級序分級依據(jù)力學效應力學屬性*地質(zhì)構(gòu)造特征42.1.1巖體結(jié)構(gòu)（2）結(jié)構(gòu)體定義：由結(jié)構(gòu)面切割而成的巖塊，與結(jié)構(gòu)面相互依存。其形狀和尺寸取決于結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、組數(shù)、產(chǎn)狀。結(jié)構(gòu)體的典型狀態(tài)：柱狀板狀錐形2.1.1巖體結(jié)構(gòu)（2）結(jié)構(gòu)體柱狀板狀錐形5結(jié)構(gòu)體分類：塊狀結(jié)構(gòu)體，包括柱狀、楔錐狀結(jié)構(gòu)體，各向尺寸接近相等，力學表現(xiàn)以壓碎、滾動、滑動為主；板狀結(jié)構(gòu)體，板的厚度與延展長度（或?qū)挾龋┍刃∮?：15，力學表現(xiàn)主要為彎曲變形和潰折破壞。結(jié)構(gòu)體塊度：可以用1立方米巖體內(nèi)含有的結(jié)構(gòu)體數(shù)表示，也可以用單個結(jié)構(gòu)體尺寸表示。結(jié)構(gòu)體產(chǎn)狀：以結(jié)構(gòu)體表面上最大結(jié)構(gòu)面的長軸方向的產(chǎn)狀說明。結(jié)構(gòu)體分類：62.1.1巖體結(jié)構(gòu)（3）巖體結(jié)構(gòu)組成定義：不同類型的巖體結(jié)構(gòu)單元在巖體內(nèi)組合和排列形式（孫廣忠，1988）。結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)體巖體結(jié)構(gòu)單元巖體結(jié)構(gòu)單元組合巖體結(jié)構(gòu)單元排列巖體結(jié)構(gòu)三要素堅硬結(jié)構(gòu)面軟弱結(jié)構(gòu)面塊狀結(jié)構(gòu)體板狀結(jié)構(gòu)體2.1.1巖體結(jié)構(gòu)（3）巖體結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)面巖體結(jié)構(gòu)單元巖體72.1.2巖體結(jié)構(gòu)分類根據(jù)結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合情況，可分為四大類七亞類巖體結(jié)構(gòu)類型I整體、塊狀結(jié)構(gòu)II層狀結(jié)構(gòu)III碎裂結(jié)構(gòu)IV散體結(jié)構(gòu)I1整體結(jié)構(gòu)I2塊狀結(jié)構(gòu)II1層狀結(jié)構(gòu)II2薄層（板）狀結(jié)構(gòu)III1鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)III2層狀碎裂結(jié)構(gòu)III3（夾泥）碎裂結(jié)構(gòu)2.1.2巖體結(jié)構(gòu)分類根據(jù)結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合情況，可分為四8整體結(jié)構(gòu)巖性：單一且構(gòu)造變形輕微的巨厚層沉積巖、變質(zhì)巖和火成巖體；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：不發(fā)育，延展性差，組數(shù)一般不超過2組；結(jié)構(gòu)面強度：結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)tanφ≥0.6，結(jié)構(gòu)體間結(jié)合力強；完整性：巖體呈完整或基本完整狀態(tài)，結(jié)構(gòu)面間距dp>1.0m;水的影響：地下水作用不明顯，滲流對巖體特性影響不大；工程特性：整體結(jié)構(gòu)的巖體，其變形、破壞與工程作用有關(guān)；在深埋或高地應力區(qū)的堅硬巖層中開挖，引起應力釋放，可能導致巖爆，而且一般沿裂隙端部產(chǎn)生；較堅硬巖層中可能產(chǎn)生微弱的塑性變形。整體結(jié)構(gòu)巖性：單一且構(gòu)造變形輕微的巨厚層沉積巖、變質(zhì)巖和火成9塊狀結(jié)構(gòu)巖性：單一或由強度相近的巖層共同組成的構(gòu)造變形輕微的中厚層沉積巖、變質(zhì)巖和火成巖體；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：以IV、V結(jié)構(gòu)面為主，將巖體切割成巖塊集合；結(jié)構(gòu)面強度：巖塊之間結(jié)合力強，一般tanφ＝0.4～0.6；完整性：結(jié)構(gòu)面間距dp＝0.5～1.0m;水的影響：地下水作用主要表現(xiàn)為使較堅硬巖石軟化；工程特性：微小壓縮變形，可能出現(xiàn)剪切滑移；可能出現(xiàn)塊體滑移，穩(wěn)定性分析是要注意結(jié)構(gòu)面的特性及組合，尤其是II、III及結(jié)構(gòu)面的存在；在深埋或地震危險區(qū)條件下開挖，由于隱型微裂隙存在，可能出現(xiàn)巖爆；有一定自穩(wěn)能力，可局部出現(xiàn)不穩(wěn)定塊體，產(chǎn)生超挖。塌方和崩塌現(xiàn)象。塊狀結(jié)構(gòu)巖性：單一或由強度相近的巖層共同組成的構(gòu)造變形輕微的10層狀結(jié)構(gòu)巖性：單一或不同性質(zhì)的巖層互層，有的還有極薄的軟弱夾層；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：以III、IV級結(jié)構(gòu)面（層理、片理、節(jié)理）為主，延展性較好，一般有2～3組結(jié)構(gòu)面，層面居多；結(jié)構(gòu)面強度：層間結(jié)合力較差，tanφ＝0.3～0.5；水的影響：要注意地下水滲透壓力所引起的問題，地下水的軟化、泥化作用明顯；工程特性：巖體變形受巖層組合和結(jié)構(gòu)面控制；在緩傾斜和陡立巖層中，拱頂和邊墻可出現(xiàn)彎曲拗折現(xiàn)象；軟弱面特別是軟弱夾層面的抗剪強度控制巖體的前切滑移破壞；穩(wěn)定性分析是要注意巖層的組合、層面特性及其結(jié)合力、巖層產(chǎn)狀，尤其是軟弱夾層、層間錯動的存在和II、III及結(jié)構(gòu)面的組合情況。層狀結(jié)構(gòu)巖性：單一或不同性質(zhì)的巖層互層，有的還有極薄的軟弱夾11薄層狀結(jié)構(gòu)巖性：巖層組合復雜；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：薄層為主，層理、片理顯著發(fā)育；結(jié)構(gòu)面強度：多為泥膜、碎屑和泥土充填，tanφ＝0.3左右；完整性：結(jié)構(gòu)面平均間距dp<30cm；水的影響：引起巖層軟化、泥化及結(jié)構(gòu)面失穩(wěn)；工程特性：在壓應力作用下表現(xiàn)出壓縮、擠出和膨脹現(xiàn)象；此類巖體中的峒室頂板和邊墻易產(chǎn)生拗折；結(jié)構(gòu)面的抗剪強度及薄板結(jié)構(gòu)體強度控制巖體的前切滑移破壞。薄層狀結(jié)構(gòu)巖性：巖層組合復雜；12鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)巖性：單一，巖質(zhì)堅硬；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：IV、V級結(jié)構(gòu)面密度大、組數(shù)多，結(jié)構(gòu)面延展性差；結(jié)構(gòu)面強度：粗造、閉合、無充填物（或夾少量碎屑），巖塊棱角明顯，彼此鑲嵌咬合，結(jié)構(gòu)面上tanφ＝0.4～0.6；水的影響：地下水滲透性變化大；工程特性：巖體變形、破壞過程中，結(jié)構(gòu)體的鑲嵌咬合力起決定作用。鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)巖性：單一，巖質(zhì)堅硬；13層狀碎裂結(jié)構(gòu)巖性：復雜多變，軟硬相間明顯；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：存在一組近似平行的軟弱破碎帶（I、II級結(jié)構(gòu)面）與完整程度相對良好的巖層（骨架巖層）相間存在；結(jié)構(gòu)面強度：結(jié)構(gòu)面上tanφ＝0.2～0.4；水的影響：地下水的軟化、泥化作用明顯；工程特性：軟弱破碎帶往往導致巖體坍塌、滑移。層狀碎裂結(jié)構(gòu)巖性：復雜多變，軟硬相間明顯；14（夾泥）碎裂結(jié)構(gòu)巖性：復雜多變，組合不一；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：多級結(jié)構(gòu)面發(fā)育，結(jié)構(gòu)體的大小和形態(tài)均不相同；結(jié)構(gòu)面強度：被軟弱物質(zhì)充填，結(jié)構(gòu)面上tanφ<0.2；水的影響：地下水作用明顯；工程特性：巖體整體強度很低，塑性大，變形具有明顯的時間效應；此類巖體中開挖工程，易發(fā)生坍落、滑移、片幫、側(cè)向擠出和底臌等現(xiàn)象。（夾泥）碎裂結(jié)構(gòu)巖性：復雜多變，組合不一；15散體結(jié)構(gòu)巖性：復雜，呈松散狀態(tài)；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：有的為塊夾泥，有的泥夾塊；結(jié)構(gòu)面強度：巖體的tanφ<0.2；水的影響：地下水作用強烈，可引起泥化、軟化、崩解、膨脹，甚至化學反應；工程特性：此類巖體具有明顯的塑性或流變特征，變形破壞嚴重，持續(xù)時間長，應予以特別關(guān)注。散體結(jié)構(gòu)巖性：復雜，呈松散狀態(tài)；162.2結(jié)構(gòu)面的表觀引子：結(jié)構(gòu)面的形態(tài)有閉合度、粗糙度、貫通性等，統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)面的表觀性質(zhì)。2.2.1結(jié)構(gòu)面的閉合度、粗糙度、貫通性和結(jié)合性（1）閉合度定義：又稱張開度，是指結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖壁的垂直分離距離，其空隙由空氣或水充填，它與被充填的結(jié)構(gòu)面厚度是不同的。閉合不連續(xù)面張開不連續(xù)面充填不連續(xù)面張開度厚度2.2結(jié)構(gòu)面的表觀引子：結(jié)構(gòu)面的形態(tài)有閉合度、粗糙度、貫通17閉合度對巖體影響：閉合度的大小對結(jié)構(gòu)面抗剪強度、結(jié)構(gòu)面和巖體的滲透性有很大影響。分級：為便于野外定性鑒別，凡閉合度大于3mm的認為是張開的，小于0.1mm已不易肉眼判別，因此將閉合度分為三檔：閉合度張開寬度（mm）閉合<1.0微張開1.0～3.0張開>3.0現(xiàn)場鑒別時，應注意描述縫隙兩側(cè)巖壁的性質(zhì)的變化，有無充填物，膠結(jié)狀況及賦水狀況。閉合度對巖體影響：閉合度的大小對結(jié)構(gòu)面抗剪強度、結(jié)構(gòu)面和巖體18粗糙度定義：結(jié)構(gòu)面相對于平均面的固有表面不平整度和波紋度，也稱起伏差。對巖體的影響：結(jié)構(gòu)面的粗造度是決定結(jié)構(gòu)面結(jié)合好壞及其力學性質(zhì)的重要因素。分類：中等規(guī)模（幾米）結(jié)構(gòu)面的粗造度按形態(tài)分有三種：臺階形、波浪形和平面形。每種按程度分為三級：粗糙的、平坦的和光滑的。形成九類。不同粗糙度結(jié)構(gòu)面抗剪強度存在如下關(guān)系：同種形態(tài)的粗糙程度打者強度高如：I>II>III，IV>V>VI，VII>VIII>IX相同粗糙程度的強度由臺階形到平坦形到平面形依次降低如：I>IV>VII，II>V>VIII，III>IX，VI>IX。但不能理解我由I到IX依次遞減。粗糙度定義：結(jié)構(gòu)面相對于平均面的固有表面不平整度和波紋度，也19粗糙度分類I粗糙臺階形II平坦臺階形III表面光滑臺階形IV粗糙波浪形V平坦VI表面光滑VII粗糙平面形VIII平坦IX表面光滑臺階形的波浪形的平面形的粗糙的平坦的表面光滑的粗糙的平坦的表面光滑的粗糙的平坦的表面光滑的粗糙度分類I粗糙臺階形臺階形的波浪形的平面形的20粗糙度測定方法：①選擇典型的結(jié)構(gòu)面或可能發(fā)生剪切破壞面，根據(jù)每個平面的尺寸和滑動方向確定測試方向X；②將長鋼尺沿X方向放在結(jié)構(gòu)面上，選定測量間隔ΔX（一般取5cm）③將每個測量間隔初作為測點（如遇小臺階就以突變處為測點），用深度游標卡尺測量直尺到結(jié)構(gòu)面表面的垂直距離Yi，則結(jié)構(gòu)面的粗糙度就用Y表示XYΔxΔxyi粗糙度測定方法：XYΔxΔxyi21貫通性定義：是指結(jié)構(gòu)面在某一方向延伸并對工程所在地段巖體有影響的長度，即貫穿工程部位的程度。一般通過觀測露頭上結(jié)構(gòu)面的跡線長度來度量（與區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中對結(jié)構(gòu)面規(guī)模的劃分不同）。分類：從工程應用角度出發(fā)，分為全貫通、半貫通和微貫通。

對巖體的影響：隨貫通程度不同而異。全貫通結(jié)構(gòu)面多為規(guī)模較大的構(gòu)造斷裂或軟弱層面，對工程巖體變形、破壞類型和規(guī)模起控制作用；微貫通結(jié)構(gòu)面使巖體強度降低，變形加大，相對來說對工程巖體影響小。貫通性結(jié)構(gòu)面穿越巖體工程地段的程度代表性結(jié)構(gòu)面全貫通貫穿整個巖體工程地段構(gòu)造斷裂、軟弱層面、構(gòu)造節(jié)理、小斷層半貫通貫穿巖體工程地段1/3～2/3構(gòu)造節(jié)理、小斷層微貫通貫穿巖體工程地段<1/3節(jié)理裂隙貫通性定義：是指結(jié)構(gòu)面在某一方向延伸并對工程所在地段巖體有影22結(jié)合性定義：是巖體結(jié)構(gòu)面形態(tài)、堅固程度的綜合表現(xiàn)，取決于結(jié)構(gòu)面的閉合度、粗糙度、貫通性、充填物的性質(zhì)和厚度等因素。分類：若結(jié)構(gòu)面閉合、干凈且無充填物，結(jié)構(gòu)面粗糙，結(jié)構(gòu)體之間剛性接觸，則結(jié)合性好，結(jié)構(gòu)面抗剪強度高；相反，結(jié)構(gòu)面貫通性好且多為張開的，結(jié)構(gòu)面中為巖屑、巖粉、泥質(zhì)物所充填，則結(jié)構(gòu)面結(jié)合性差，抗剪強度低。影響因素：結(jié)構(gòu)面充填物成分和膠結(jié)性的影響顯著。例：某壩址的細砂巖中結(jié)構(gòu)面為硅質(zhì)膠結(jié)時，濕抗壓強度為152.8MPa；為鈣質(zhì)膠結(jié)時，降至65.5MPa；為泥質(zhì)膠結(jié)時，僅為38.8MPa。結(jié)合性定義：是巖體結(jié)構(gòu)面形態(tài)、堅固程度的綜合表現(xiàn)，取決于結(jié)構(gòu)232.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性結(jié)構(gòu)面的非確定性：同一級別的結(jié)構(gòu)面，其空間分布特征如產(chǎn)狀、形態(tài)、規(guī)模、密度和張開度等，表現(xiàn)出隨機性。研究方法：認識結(jié)構(gòu)面參數(shù)分布性，探討用概率法描述和建立數(shù)學模型。（1）結(jié)構(gòu)面間距分布特征結(jié)構(gòu)面間距：是指相鄰結(jié)構(gòu)面間的垂直距離，以同組結(jié)構(gòu)面的平均間距表示。分布特征：不是一個確定值，服從某種統(tǒng)計規(guī)律。例：武鋼程潮鐵礦-220m水平50多條進路的礦巖結(jié)構(gòu)面調(diào)查，得其概率密度分布函數(shù)為x——結(jié)構(gòu)面間距；λs——結(jié)構(gòu)面平均密度。2.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性結(jié)構(gòu)面的非確定性：同一級別的結(jié)構(gòu)242.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性（2）結(jié)構(gòu)面間距分布特征結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：走向、傾向、傾角。隨機性顯著。例：潘別桐、井蘭如對某地結(jié)晶巖體中北西構(gòu)造區(qū)V級結(jié)構(gòu)面得產(chǎn)狀分布直方圖和密度分布函數(shù)曲線。0.200.160.120.080.040260280300320340360f(θ)走向θ0.320.280.240.200.160.120.080.0400204060f(a)傾向a0.20.10180200220240260f(β)傾角βn=68β=221σβ=4.46n=119θ=314.5σθ=4.51n=118a=24.74σa=3.442.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性（2）結(jié)構(gòu)面間距分布特征0.20252.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性（3）結(jié)構(gòu)面跡長分布特征結(jié)構(gòu)面間距：是指結(jié)構(gòu)面與露頭的交線長度，在一定程度上表征結(jié)構(gòu)面規(guī)模。統(tǒng)計方法：測線測量法和統(tǒng)計窗法。例：武鋼程潮鐵礦-220m水平1#至10#采場的結(jié)構(gòu)面跡長分布特征為負指數(shù)分布。2.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性（3）結(jié)構(gòu)面跡長分布特征262.3巖體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場調(diào)查法2.2.1調(diào)查種類和內(nèi)容調(diào)查種類定性的：巖體結(jié)構(gòu)的定性描述是工程巖體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)。定量的：測取定量數(shù)據(jù)往往是為了進一步認識結(jié)構(gòu)特征。調(diào)查內(nèi)容：巖石種類、層位關(guān)系、巖石的風化程度；結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、組數(shù)、間距、粗糙度、閉合度、貫通性及結(jié)構(gòu)面類型等；結(jié)構(gòu)面充填物、膠結(jié)物的性質(zhì)和成分、充填物厚度；區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造運動的層次；主要軟弱結(jié)構(gòu)面與地下巖石工程軸線的關(guān)系；調(diào)查地點的地下水賦存情況、水量、水壓等等。注意事項：調(diào)查計劃、測點布置，數(shù)據(jù)處理。2.3巖體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場調(diào)查法2.2.1調(diào)查種類和內(nèi)容272.3.2結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的測取常用方法：地質(zhì)羅盤和經(jīng)緯儀。前者在測傾角時，要使測試方向與走向垂直，后者用于有磁場的場合，如磁鐵礦。經(jīng)緯儀測量法儀器和工具：經(jīng)緯儀、刻度盤、照明燈具?？潭缺P由羅盤改成，用剛度較大的指針代替磁針并在指針端部和刻盤中心焊8cm豎直鐵絲。測量原理：①A點放置經(jīng)緯儀，B點放置刻度盤；②經(jīng)緯儀調(diào)平，使零度方向與巷道中心線重合；③將經(jīng)緯儀對準結(jié)構(gòu)面J，打開刻度盤，小鏡一面緊貼結(jié)構(gòu)面上，刻度盤0-180度線（OB線）垂直于走向；④調(diào)平刻度盤并移動指針，使中心鐵絲和經(jīng)緯儀中的十字豎線重合，此時指針讀數(shù)為羅盤角α，經(jīng)緯儀讀數(shù)為β（經(jīng)緯角）；⑤β－α就是結(jié)構(gòu)面相對于巷道中心線傾向線方向。利用經(jīng)緯儀事先測的巷道中心線方向，即可求取結(jié)構(gòu)面的真正傾向。2.3.2結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的測取常用方法：地質(zhì)羅盤和經(jīng)緯儀。前者28經(jīng)緯儀測量法結(jié)果分析：走向：不論結(jié)構(gòu)面和經(jīng)緯儀處于什么位置，走向γ可由下式獲得：α——羅盤角；β——經(jīng)緯角。傾向：（β－α），與走向垂直，需參考巷道軸線方位及結(jié)構(gòu)面傾向的關(guān)系確定。例：β＝300，α＝160，巷道軸線方向NS，結(jié)構(gòu)面傾向大致NW，求傾向和走向。解：根據(jù)傾向處在NW，則傾角為走向為，即N50E。經(jīng)緯儀測量法結(jié)果分析：292.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（1）確定優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面：同在巖體中有多組結(jié)構(gòu)面情況下，只有以組（或二組）主要結(jié)構(gòu)面才對巖體的力學效應起作用。確定方法：赤平投影法，作結(jié)構(gòu)面極射投影，繪制等密度圖，尋找優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面。例：武鋼程潮鐵礦-220m9#采區(qū)可以看出優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面有四組：其中2和4組結(jié)構(gòu)面傾角陡且與進路軸線夾角小于30度，影響較大。優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面走向傾向傾角走向與進路軸線夾角1234NW77SW28SE135NE17NESESWNW22607470132845172.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（1）確定優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面302.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（2）估算巖石的RQD指標RQD指標：長度在10cm（含10cm）以上的巖芯累計長度占鉆孔總長的百分比，稱為巖石質(zhì)量指標RQD，反映巖體完整程度的指標。估算方法：Priest和Huston（1976），節(jié)理密度λs與RQD間的關(guān)系：當λs＝6～16條/m時，有（3）工程巖體分級的基礎(chǔ)已有的巖體分級方法和工程巖體分級標準，都依賴于現(xiàn)場調(diào)查?，F(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可用于：認識結(jié)構(gòu)體形態(tài)、結(jié)構(gòu)面類型、成因、展布規(guī)律以及它們與巖石工程的關(guān)系2.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（2）估算巖石的RQD指標312.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（4）建立結(jié)構(gòu)面空間分布模型結(jié)構(gòu)面空間分布：客觀上是隨機的，露頭調(diào)查是有限的。蒙特卡洛模擬法：根據(jù)現(xiàn)場測得的結(jié)構(gòu)面幾何參數(shù)分布函數(shù)，建立概率模型的隨機函數(shù)，然后通過抽樣計算出參數(shù)的統(tǒng)計特性，并給出近似值。例：潘別桐、井蘭如對墩子石地區(qū)花崗巖閃長石結(jié)構(gòu)面進行了模擬。模擬結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡圖1:579實測結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡圖1:10002.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（4）建立結(jié)構(gòu)面空間分布模型模322.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（5）表示巖體結(jié)構(gòu)的各向異性測線上某一組結(jié)構(gòu)面密度λsi的計算：θ＝α－α1；α1－結(jié)構(gòu)面法線與正北夾角；

α－測線方向與正北夾角；λi－結(jié)構(gòu)面在法線方向上密度。2.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（5）表示巖體結(jié)構(gòu)的各向異性33表示巖體結(jié)構(gòu)的各向異性當有幾組結(jié)構(gòu)面時，沿某一方向的結(jié)構(gòu)面密度λs為θi－第i組結(jié)構(gòu)面法線與待求密度測線間夾角。因此，結(jié)構(gòu)面密度隨測線方向變化。研究表明，在二維情況下，必存在一個最大密度方向和一個最小密度方向，則結(jié)構(gòu)面引起的各向異性可由此合理確定工程中錨桿布置和排水孔方位。例：巷道工程沿方向λmax布置時，錨桿間距應比工程沿λmin方向布置時適當減小。表示巖體結(jié)構(gòu)的各向異性當有幾組結(jié)構(gòu)面時，沿某一方向的結(jié)構(gòu)面密342.4巖體的完整性巖體完整性：巖體結(jié)構(gòu)的綜合反映，取決于結(jié)構(gòu)面切割程度、結(jié)構(gòu)體大小以及塊體間結(jié)合狀態(tài)等因素，是巖體工程中采用的概括性指標。評價方法：定性和定量。2.4.1巖體完整性的定量指標常用定量指標完整性系數(shù)Kv；巖體體積節(jié)理系數(shù)Jv；巖體質(zhì)量指標RQD；節(jié)理平均間距dp；巖塊尺寸指標BSD；巖體與巖塊靜動彈模比等。從不同測面、不同程度上反映巖體完整性。2.4巖體的完整性巖體完整性：巖體結(jié)構(gòu)的綜合反映，取決于結(jié)352.4.1巖體完整性的定量指標（1）完整性系數(shù)巖體中聲波波速Vpm：與巖石成分、結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度、結(jié)構(gòu)面性狀、充填物性質(zhì)、含水狀態(tài)等因素有關(guān)。巖石中聲波波速Vpr：反映近似完整巖石的物理性質(zhì)。通常，Vpr>Vpm，因此對同種巖石有下列關(guān)系Kv－完整性系數(shù)，又稱龜裂系數(shù)。測試方法：單孔法或雙孔法。在孔中置入聲波發(fā)射（接受）探頭，由聲波儀讀數(shù)。2.4.1巖體完整性的定量指標（1）完整性系數(shù)362.4.1巖體完整性的定量指標（2）巖體體積節(jié)理數(shù)巖體體積節(jié)理數(shù)Jv：單位巖體內(nèi)所含的節(jié)理（結(jié)構(gòu)面）條數(shù)。測量方法：在巖體露頭上設(shè)測線統(tǒng)計不同組結(jié)構(gòu)面數(shù)目。測線5～10m。注意事項：除成組結(jié)構(gòu)面外，對延伸長度>1m的分散節(jié)理也要統(tǒng)計，但對已為硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)充填再膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面不統(tǒng)計。應用：國際巖石力學學會建議可根據(jù)Jv的大小描述巖塊2.4.1巖體完整性的定量指標（2）巖體體積節(jié)理數(shù)372.4.1巖體完整性的定量指標（3）巖體質(zhì)量指標巖體質(zhì)量指標RQD：是巖體結(jié)構(gòu)面密度、結(jié)構(gòu)面蝕變程度和充填物性質(zhì)的綜合指標。國外使用較多，美國人迪爾（D.U.Deere）的定義Lp－≥10cm的巖芯累計長度；L－鉆孔總長。測量方法：采用小口徑的鉆頭（直徑17/8英寸的金剛石鉆頭），雙層巖芯管鉆進。注意事項：考慮我國鉆具現(xiàn)狀，測定時要用修正的金剛石鉆頭（直徑54.1cm）鉆取長度大于10cm巖芯。2.4.1巖體完整性的定量指標（3）巖體質(zhì)量指標382.4.1巖體完整性的定量指標（4）塊體尺寸指標塊體質(zhì)量指標BSD：我國能源部成都勘測設(shè)計院對巖塊塊度三維空間的測量統(tǒng)計分析，提出了用塊體尺寸指標BSD表示塊度l1，l2，l3－≥10cm的巖塊長度；L1，L2，L3－測線長度。測量方法：與巖體體積節(jié)理數(shù)Jv相似。BSD是無量綱的，目前使用較少。2.4.1巖體完整性的定量指標（4）塊體尺寸指標392.4.2巖體完整性指標間的相關(guān)性挪威帕爾姆斯特拉姆（A.Palmstrpom，1975）通過對非粘性巖體的RQD與Jv關(guān)系的研究，給出了關(guān)系曲線和經(jīng)驗公式我國能源部成都勘測設(shè)計研究院的研究成果得出BSD與Jv、Kv及dp均有較好相關(guān)性這些相關(guān)性為工程應用時選擇評價指標、實現(xiàn)評價巖體完整性的一致性和可比性打下基礎(chǔ)。2.4.2巖體完整性指標間的相關(guān)性挪威帕爾姆斯特拉姆（A.402.4.2巖體完整性指標間的相關(guān)性我國鐵道部科研院西南所對10多座隧道的巖體Kv與Jv的統(tǒng)計分析，得到的曲線和回歸公式進一步區(qū)間分析：2.4.2巖體完整性指標間的相關(guān)性我國鐵道部科研院西南所對412.4軟弱結(jié)構(gòu)面性質(zhì)軟弱結(jié)構(gòu)面：是指巖體中的斷層、層間錯動面軟夾層等地質(zhì)界面。特點：延展性長，質(zhì)地松軟（或破碎）。2.4.1斷層的一般特征地質(zhì)力學觀點分類（李四光）壓性斷層、張性斷層、扭性斷層、壓扭性斷層、張扭性斷層；相關(guān)概念斷層規(guī)模和性質(zhì)：斷層帶寬度、斷距以及斷層中充填物。斷層帶：由斷層破碎帶和斷層影響帶組成。斷層破碎帶：破碎帶中粗碎巖屑稱為斷層角礫，細粒部分為糜棱巖，風化后為斷層泥。破碎帶寬度大小及變化與斷層成因類型、地應力條件及巖性密切相關(guān)。2.4軟弱結(jié)構(gòu)面性質(zhì)軟弱結(jié)構(gòu)面：是指巖體中的斷層、層間錯動422.4.1斷層的一般特征斷層影響帶：是指靠近斷層破碎帶上、下盤巖體中的一部分，在斷層錯動作用下，產(chǎn)生節(jié)理發(fā)育的壓碎帶，其厚度可由幾十厘米到幾十米。斷層影響帶寬度與巖性關(guān)系極大。在堅硬巖體中較寬，灰?guī)r、頁巖、板巖、大理巖等軟巖體中則較窄；也與力學成因有關(guān)，扭性斷層寬度小，壓性斷層最寬。斷層帶空間分布特征：一般斷層面彎曲起伏；斷層帶厚度變化與力學成因有關(guān)。壓性：透鏡體或扁豆狀，厚薄變化大扭性：厚度變化小，多呈舒展?jié)u變張性：厚度多變，甚至出現(xiàn)尖滅。2.4.1斷層的一般特征斷層影響帶：是指靠近斷層破碎帶上、下432.4.2軟夾層的性質(zhì)軟夾層：是指存在于相對堅硬巖層中的強度很低的薄層。特點：厚度薄，產(chǎn)狀與上下巖層基本一致。分類（依成因）：原生軟夾層（粘土夾層、頁巖夾層、泥灰?guī)r夾層）次生軟夾層（泥化夾層）（1）軟夾層工程地質(zhì)劃分（根據(jù)巖性）軟巖夾層：粘土巖、泥灰?guī)r、薄層煤、石膏層等，φ＝22～31，變形模量<2.0*103MPa；破碎夾層：夾層為碎屑和巖塊，粒徑大于2mm，φ＝24～30，變形模量<（0.2～1.0）*103MPa；由粗、細碎屑組成的，φ＝17～42，變形模量<（0.05～0.2）*103MPa；泥化夾層：高嶺土、伊利石、蒙托石，性質(zhì)變化大，易受水影響，塑性和流變性明顯，φ＝8.5～17，變形模量0.05*103MPa；2.4.2軟夾層的性質(zhì)軟夾層：是指存在于相對堅硬巖層中的強442.4.2軟夾層的性質(zhì)（2）軟夾層力學性質(zhì)取決于夾層的物質(zhì)成分、夾層厚度及夾層面的起伏差等。夾層物質(zhì)成分：隨粘土含量增加，抗剪強度降低；隨碎屑成分增加和顆粒增大，強度增加。夾層厚度：隨厚度增加，強度迅速降低，但有限度。2.4.2軟夾層的性質(zhì)（2）軟夾層力學性質(zhì)452.4.2軟夾層的性質(zhì)夾層面起伏差：夾層厚度小于層面起伏差，夾層強度愈高；反之，夾層厚度大于起伏差，強度降低。此外，夾層力學性質(zhì)還要受夾層結(jié)構(gòu)特征（如軟硬互層）和地下水的影響。2.4.2軟夾層的性質(zhì)夾層面起伏差：夾層厚度小于層面起伏差46第2章

巖體結(jié)構(gòu)及其完整性第2章

巖體結(jié)構(gòu)及其完整性47引言結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面切割成的結(jié)構(gòu)體巖體巖體結(jié)構(gòu)是研究巖體力學的基礎(chǔ)巖體結(jié)構(gòu)控制巖體的變形、破壞等力學效應巖體結(jié)構(gòu)分類、結(jié)構(gòu)面特征、巖體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場調(diào)查方法及巖體完整性工程應用引言結(jié)構(gòu)面巖體巖體結(jié)構(gòu)是研究巖體力學的基礎(chǔ)巖體結(jié)構(gòu)控制巖體的482.1巖體結(jié)構(gòu)分類2.1.1巖體結(jié)構(gòu)（1）結(jié)構(gòu)面定義：巖體內(nèi)開裂的和易開裂的地質(zhì)界面，如節(jié)理、層理、劈理、裂隙、斷層等等。結(jié)構(gòu)面的作用與其規(guī)模和形態(tài)有關(guān)。特點：橫向延展表現(xiàn)出面的幾何特性；物質(zhì)分異面或不連續(xù)面；常具有一定厚度，充有一定物質(zhì)（例如：節(jié)理由兩個面及面間的水或氣組成；斷層及層間錯動是由上下盤兩個面及其間充填的斷層泥和水構(gòu)成的實體組成）；變形機理是兩面閉合或滑移；破壞機理是沿面滑動或追蹤開裂。2.1巖體結(jié)構(gòu)分類2.1.1巖體結(jié)構(gòu)49結(jié)構(gòu)面分級及其特征級序分級依據(jù)力學效應力學屬性*地質(zhì)構(gòu)造特征I級延展幾公里至幾十公里以上，貫通巖體，破碎帶寬度達數(shù)米至數(shù)十米1.形成巖體力學作用邊界；2.巖體變形和破壞的控制條件;3.構(gòu)成獨立的力學介質(zhì)單元1.屬軟弱結(jié)構(gòu)面；2.構(gòu)成獨立力學模型——軟弱夾層斷層較大II級延展數(shù)百米至數(shù)公里，破碎帶寬度比較窄，幾厘米至數(shù)米1.形成塊裂體邊界；2.控制巖體變形和破壞方式；3.構(gòu)成次級地應力場邊界屬于軟弱結(jié)構(gòu)面小斷層，層間錯動面III級延展十幾米至幾十米，無破碎帶，面內(nèi)不夾泥，有的有泥膜1.參與塊裂巖體切割；2.劃分II級巖體結(jié)構(gòu)類型的重要依據(jù)；3.構(gòu)成次級地應力場邊界多數(shù)屬堅硬結(jié)構(gòu)面，少數(shù)軟弱結(jié)構(gòu)面不夾泥，大節(jié)理或小斷層開裂的層面IV級延展短，未錯動，不夾泥，有的呈弱結(jié)合狀態(tài)，統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面1.劃分II級巖體結(jié)構(gòu)類型的基本依據(jù)；2.確定巖體力學性質(zhì)，結(jié)構(gòu)效應的基礎(chǔ)3.有的為次級地應力場邊界堅硬結(jié)構(gòu)面節(jié)理，劈理，層理，次生裂隙V級結(jié)構(gòu)面小，且連續(xù)性差，統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面1.巖體內(nèi)形成應力集中；2.決定巖體力學性質(zhì)和結(jié)構(gòu)效應的依據(jù)之一堅硬結(jié)構(gòu)面不連續(xù)小節(jié)理，隱節(jié)理，層面，片理面*軟弱結(jié)構(gòu)面是指結(jié)構(gòu)面內(nèi)夾有軟弱物質(zhì)的，而無充填者為堅硬結(jié)構(gòu)面規(guī)模：按規(guī)模分有五級二類。結(jié)構(gòu)面分級及其特征級序分級依據(jù)力學效應力學屬性*地質(zhì)構(gòu)造特征502.1.1巖體結(jié)構(gòu)（2）結(jié)構(gòu)體定義：由結(jié)構(gòu)面切割而成的巖塊，與結(jié)構(gòu)面相互依存。其形狀和尺寸取決于結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、組數(shù)、產(chǎn)狀。結(jié)構(gòu)體的典型狀態(tài)：柱狀板狀錐形2.1.1巖體結(jié)構(gòu)（2）結(jié)構(gòu)體柱狀板狀錐形51結(jié)構(gòu)體分類：塊狀結(jié)構(gòu)體，包括柱狀、楔錐狀結(jié)構(gòu)體，各向尺寸接近相等，力學表現(xiàn)以壓碎、滾動、滑動為主；板狀結(jié)構(gòu)體，板的厚度與延展長度（或?qū)挾龋┍刃∮?：15，力學表現(xiàn)主要為彎曲變形和潰折破壞。結(jié)構(gòu)體塊度：可以用1立方米巖體內(nèi)含有的結(jié)構(gòu)體數(shù)表示，也可以用單個結(jié)構(gòu)體尺寸表示。結(jié)構(gòu)體產(chǎn)狀：以結(jié)構(gòu)體表面上最大結(jié)構(gòu)面的長軸方向的產(chǎn)狀說明。結(jié)構(gòu)體分類：522.1.1巖體結(jié)構(gòu)（3）巖體結(jié)構(gòu)組成定義：不同類型的巖體結(jié)構(gòu)單元在巖體內(nèi)組合和排列形式（孫廣忠，1988）。結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)體巖體結(jié)構(gòu)單元巖體結(jié)構(gòu)單元組合巖體結(jié)構(gòu)單元排列巖體結(jié)構(gòu)三要素堅硬結(jié)構(gòu)面軟弱結(jié)構(gòu)面塊狀結(jié)構(gòu)體板狀結(jié)構(gòu)體2.1.1巖體結(jié)構(gòu)（3）巖體結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)面巖體結(jié)構(gòu)單元巖體532.1.2巖體結(jié)構(gòu)分類根據(jù)結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合情況，可分為四大類七亞類巖體結(jié)構(gòu)類型I整體、塊狀結(jié)構(gòu)II層狀結(jié)構(gòu)III碎裂結(jié)構(gòu)IV散體結(jié)構(gòu)I1整體結(jié)構(gòu)I2塊狀結(jié)構(gòu)II1層狀結(jié)構(gòu)II2薄層（板）狀結(jié)構(gòu)III1鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)III2層狀碎裂結(jié)構(gòu)III3（夾泥）碎裂結(jié)構(gòu)2.1.2巖體結(jié)構(gòu)分類根據(jù)結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合情況，可分為四54整體結(jié)構(gòu)巖性：單一且構(gòu)造變形輕微的巨厚層沉積巖、變質(zhì)巖和火成巖體；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：不發(fā)育，延展性差，組數(shù)一般不超過2組；結(jié)構(gòu)面強度：結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)tanφ≥0.6，結(jié)構(gòu)體間結(jié)合力強；完整性：巖體呈完整或基本完整狀態(tài)，結(jié)構(gòu)面間距dp>1.0m;水的影響：地下水作用不明顯，滲流對巖體特性影響不大；工程特性：整體結(jié)構(gòu)的巖體，其變形、破壞與工程作用有關(guān)；在深埋或高地應力區(qū)的堅硬巖層中開挖，引起應力釋放，可能導致巖爆，而且一般沿裂隙端部產(chǎn)生；較堅硬巖層中可能產(chǎn)生微弱的塑性變形。整體結(jié)構(gòu)巖性：單一且構(gòu)造變形輕微的巨厚層沉積巖、變質(zhì)巖和火成55塊狀結(jié)構(gòu)巖性：單一或由強度相近的巖層共同組成的構(gòu)造變形輕微的中厚層沉積巖、變質(zhì)巖和火成巖體；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：以IV、V結(jié)構(gòu)面為主，將巖體切割成巖塊集合；結(jié)構(gòu)面強度：巖塊之間結(jié)合力強，一般tanφ＝0.4～0.6；完整性：結(jié)構(gòu)面間距dp＝0.5～1.0m;水的影響：地下水作用主要表現(xiàn)為使較堅硬巖石軟化；工程特性：微小壓縮變形，可能出現(xiàn)剪切滑移；可能出現(xiàn)塊體滑移，穩(wěn)定性分析是要注意結(jié)構(gòu)面的特性及組合，尤其是II、III及結(jié)構(gòu)面的存在；在深埋或地震危險區(qū)條件下開挖，由于隱型微裂隙存在，可能出現(xiàn)巖爆；有一定自穩(wěn)能力，可局部出現(xiàn)不穩(wěn)定塊體，產(chǎn)生超挖。塌方和崩塌現(xiàn)象。塊狀結(jié)構(gòu)巖性：單一或由強度相近的巖層共同組成的構(gòu)造變形輕微的56層狀結(jié)構(gòu)巖性：單一或不同性質(zhì)的巖層互層，有的還有極薄的軟弱夾層；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：以III、IV級結(jié)構(gòu)面（層理、片理、節(jié)理）為主，延展性較好，一般有2～3組結(jié)構(gòu)面，層面居多；結(jié)構(gòu)面強度：層間結(jié)合力較差，tanφ＝0.3～0.5；水的影響：要注意地下水滲透壓力所引起的問題，地下水的軟化、泥化作用明顯；工程特性：巖體變形受巖層組合和結(jié)構(gòu)面控制；在緩傾斜和陡立巖層中，拱頂和邊墻可出現(xiàn)彎曲拗折現(xiàn)象；軟弱面特別是軟弱夾層面的抗剪強度控制巖體的前切滑移破壞；穩(wěn)定性分析是要注意巖層的組合、層面特性及其結(jié)合力、巖層產(chǎn)狀，尤其是軟弱夾層、層間錯動的存在和II、III及結(jié)構(gòu)面的組合情況。層狀結(jié)構(gòu)巖性：單一或不同性質(zhì)的巖層互層，有的還有極薄的軟弱夾57薄層狀結(jié)構(gòu)巖性：巖層組合復雜；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：薄層為主，層理、片理顯著發(fā)育；結(jié)構(gòu)面強度：多為泥膜、碎屑和泥土充填，tanφ＝0.3左右；完整性：結(jié)構(gòu)面平均間距dp<30cm；水的影響：引起巖層軟化、泥化及結(jié)構(gòu)面失穩(wěn)；工程特性：在壓應力作用下表現(xiàn)出壓縮、擠出和膨脹現(xiàn)象；此類巖體中的峒室頂板和邊墻易產(chǎn)生拗折；結(jié)構(gòu)面的抗剪強度及薄板結(jié)構(gòu)體強度控制巖體的前切滑移破壞。薄層狀結(jié)構(gòu)巖性：巖層組合復雜；58鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)巖性：單一，巖質(zhì)堅硬；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：IV、V級結(jié)構(gòu)面密度大、組數(shù)多，結(jié)構(gòu)面延展性差；結(jié)構(gòu)面強度：粗造、閉合、無充填物（或夾少量碎屑），巖塊棱角明顯，彼此鑲嵌咬合，結(jié)構(gòu)面上tanφ＝0.4～0.6；水的影響：地下水滲透性變化大；工程特性：巖體變形、破壞過程中，結(jié)構(gòu)體的鑲嵌咬合力起決定作用。鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)巖性：單一，巖質(zhì)堅硬；59層狀碎裂結(jié)構(gòu)巖性：復雜多變，軟硬相間明顯；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：存在一組近似平行的軟弱破碎帶（I、II級結(jié)構(gòu)面）與完整程度相對良好的巖層（骨架巖層）相間存在；結(jié)構(gòu)面強度：結(jié)構(gòu)面上tanφ＝0.2～0.4；水的影響：地下水的軟化、泥化作用明顯；工程特性：軟弱破碎帶往往導致巖體坍塌、滑移。層狀碎裂結(jié)構(gòu)巖性：復雜多變，軟硬相間明顯；60（夾泥）碎裂結(jié)構(gòu)巖性：復雜多變，組合不一；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：多級結(jié)構(gòu)面發(fā)育，結(jié)構(gòu)體的大小和形態(tài)均不相同；結(jié)構(gòu)面強度：被軟弱物質(zhì)充填，結(jié)構(gòu)面上tanφ<0.2；水的影響：地下水作用明顯；工程特性：巖體整體強度很低，塑性大，變形具有明顯的時間效應；此類巖體中開挖工程，易發(fā)生坍落、滑移、片幫、側(cè)向擠出和底臌等現(xiàn)象。（夾泥）碎裂結(jié)構(gòu)巖性：復雜多變，組合不一；61散體結(jié)構(gòu)巖性：復雜，呈松散狀態(tài)；結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況：有的為塊夾泥，有的泥夾塊；結(jié)構(gòu)面強度：巖體的tanφ<0.2；水的影響：地下水作用強烈，可引起泥化、軟化、崩解、膨脹，甚至化學反應；工程特性：此類巖體具有明顯的塑性或流變特征，變形破壞嚴重，持續(xù)時間長，應予以特別關(guān)注。散體結(jié)構(gòu)巖性：復雜，呈松散狀態(tài)；622.2結(jié)構(gòu)面的表觀引子：結(jié)構(gòu)面的形態(tài)有閉合度、粗糙度、貫通性等，統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)面的表觀性質(zhì)。2.2.1結(jié)構(gòu)面的閉合度、粗糙度、貫通性和結(jié)合性（1）閉合度定義：又稱張開度，是指結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖壁的垂直分離距離，其空隙由空氣或水充填，它與被充填的結(jié)構(gòu)面厚度是不同的。閉合不連續(xù)面張開不連續(xù)面充填不連續(xù)面張開度厚度2.2結(jié)構(gòu)面的表觀引子：結(jié)構(gòu)面的形態(tài)有閉合度、粗糙度、貫通63閉合度對巖體影響：閉合度的大小對結(jié)構(gòu)面抗剪強度、結(jié)構(gòu)面和巖體的滲透性有很大影響。分級：為便于野外定性鑒別，凡閉合度大于3mm的認為是張開的，小于0.1mm已不易肉眼判別，因此將閉合度分為三檔：閉合度張開寬度（mm）閉合<1.0微張開1.0～3.0張開>3.0現(xiàn)場鑒別時，應注意描述縫隙兩側(cè)巖壁的性質(zhì)的變化，有無充填物，膠結(jié)狀況及賦水狀況。閉合度對巖體影響：閉合度的大小對結(jié)構(gòu)面抗剪強度、結(jié)構(gòu)面和巖體64粗糙度定義：結(jié)構(gòu)面相對于平均面的固有表面不平整度和波紋度，也稱起伏差。對巖體的影響：結(jié)構(gòu)面的粗造度是決定結(jié)構(gòu)面結(jié)合好壞及其力學性質(zhì)的重要因素。分類：中等規(guī)模（幾米）結(jié)構(gòu)面的粗造度按形態(tài)分有三種：臺階形、波浪形和平面形。每種按程度分為三級：粗糙的、平坦的和光滑的。形成九類。不同粗糙度結(jié)構(gòu)面抗剪強度存在如下關(guān)系：同種形態(tài)的粗糙程度打者強度高如：I>II>III，IV>V>VI，VII>VIII>IX相同粗糙程度的強度由臺階形到平坦形到平面形依次降低如：I>IV>VII，II>V>VIII，III>IX，VI>IX。但不能理解我由I到IX依次遞減。粗糙度定義：結(jié)構(gòu)面相對于平均面的固有表面不平整度和波紋度，也65粗糙度分類I粗糙臺階形II平坦臺階形III表面光滑臺階形IV粗糙波浪形V平坦VI表面光滑VII粗糙平面形VIII平坦IX表面光滑臺階形的波浪形的平面形的粗糙的平坦的表面光滑的粗糙的平坦的表面光滑的粗糙的平坦的表面光滑的粗糙度分類I粗糙臺階形臺階形的波浪形的平面形的66粗糙度測定方法：①選擇典型的結(jié)構(gòu)面或可能發(fā)生剪切破壞面，根據(jù)每個平面的尺寸和滑動方向確定測試方向X；②將長鋼尺沿X方向放在結(jié)構(gòu)面上，選定測量間隔ΔX（一般取5cm）③將每個測量間隔初作為測點（如遇小臺階就以突變處為測點），用深度游標卡尺測量直尺到結(jié)構(gòu)面表面的垂直距離Yi，則結(jié)構(gòu)面的粗糙度就用Y表示XYΔxΔxyi粗糙度測定方法：XYΔxΔxyi67貫通性定義：是指結(jié)構(gòu)面在某一方向延伸并對工程所在地段巖體有影響的長度，即貫穿工程部位的程度。一般通過觀測露頭上結(jié)構(gòu)面的跡線長度來度量（與區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中對結(jié)構(gòu)面規(guī)模的劃分不同）。分類：從工程應用角度出發(fā)，分為全貫通、半貫通和微貫通。

對巖體的影響：隨貫通程度不同而異。全貫通結(jié)構(gòu)面多為規(guī)模較大的構(gòu)造斷裂或軟弱層面，對工程巖體變形、破壞類型和規(guī)模起控制作用；微貫通結(jié)構(gòu)面使巖體強度降低，變形加大，相對來說對工程巖體影響小。貫通性結(jié)構(gòu)面穿越巖體工程地段的程度代表性結(jié)構(gòu)面全貫通貫穿整個巖體工程地段構(gòu)造斷裂、軟弱層面、構(gòu)造節(jié)理、小斷層半貫通貫穿巖體工程地段1/3～2/3構(gòu)造節(jié)理、小斷層微貫通貫穿巖體工程地段<1/3節(jié)理裂隙貫通性定義：是指結(jié)構(gòu)面在某一方向延伸并對工程所在地段巖體有影68結(jié)合性定義：是巖體結(jié)構(gòu)面形態(tài)、堅固程度的綜合表現(xiàn)，取決于結(jié)構(gòu)面的閉合度、粗糙度、貫通性、充填物的性質(zhì)和厚度等因素。分類：若結(jié)構(gòu)面閉合、干凈且無充填物，結(jié)構(gòu)面粗糙，結(jié)構(gòu)體之間剛性接觸，則結(jié)合性好，結(jié)構(gòu)面抗剪強度高；相反，結(jié)構(gòu)面貫通性好且多為張開的，結(jié)構(gòu)面中為巖屑、巖粉、泥質(zhì)物所充填，則結(jié)構(gòu)面結(jié)合性差，抗剪強度低。影響因素：結(jié)構(gòu)面充填物成分和膠結(jié)性的影響顯著。例：某壩址的細砂巖中結(jié)構(gòu)面為硅質(zhì)膠結(jié)時，濕抗壓強度為152.8MPa；為鈣質(zhì)膠結(jié)時，降至65.5MPa；為泥質(zhì)膠結(jié)時，僅為38.8MPa。結(jié)合性定義：是巖體結(jié)構(gòu)面形態(tài)、堅固程度的綜合表現(xiàn)，取決于結(jié)構(gòu)692.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性結(jié)構(gòu)面的非確定性：同一級別的結(jié)構(gòu)面，其空間分布特征如產(chǎn)狀、形態(tài)、規(guī)模、密度和張開度等，表現(xiàn)出隨機性。研究方法：認識結(jié)構(gòu)面參數(shù)分布性，探討用概率法描述和建立數(shù)學模型。（1）結(jié)構(gòu)面間距分布特征結(jié)構(gòu)面間距：是指相鄰結(jié)構(gòu)面間的垂直距離，以同組結(jié)構(gòu)面的平均間距表示。分布特征：不是一個確定值，服從某種統(tǒng)計規(guī)律。例：武鋼程潮鐵礦-220m水平50多條進路的礦巖結(jié)構(gòu)面調(diào)查，得其概率密度分布函數(shù)為x——結(jié)構(gòu)面間距；λs——結(jié)構(gòu)面平均密度。2.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性結(jié)構(gòu)面的非確定性：同一級別的結(jié)構(gòu)702.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性（2）結(jié)構(gòu)面間距分布特征結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：走向、傾向、傾角。隨機性顯著。例：潘別桐、井蘭如對某地結(jié)晶巖體中北西構(gòu)造區(qū)V級結(jié)構(gòu)面得產(chǎn)狀分布直方圖和密度分布函數(shù)曲線。0.200.160.120.080.040260280300320340360f(θ)走向θ0.320.280.240.200.160.120.080.0400204060f(a)傾向a0.20.10180200220240260f(β)傾角βn=68β=221σβ=4.46n=119θ=314.5σθ=4.51n=118a=24.74σa=3.442.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性（2）結(jié)構(gòu)面間距分布特征0.20712.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性（3）結(jié)構(gòu)面跡長分布特征結(jié)構(gòu)面間距：是指結(jié)構(gòu)面與露頭的交線長度，在一定程度上表征結(jié)構(gòu)面規(guī)模。統(tǒng)計方法：測線測量法和統(tǒng)計窗法。例：武鋼程潮鐵礦-220m水平1#至10#采場的結(jié)構(gòu)面跡長分布特征為負指數(shù)分布。2.2.2結(jié)構(gòu)面的分布特性（3）結(jié)構(gòu)面跡長分布特征722.3巖體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場調(diào)查法2.2.1調(diào)查種類和內(nèi)容調(diào)查種類定性的：巖體結(jié)構(gòu)的定性描述是工程巖體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)。定量的：測取定量數(shù)據(jù)往往是為了進一步認識結(jié)構(gòu)特征。調(diào)查內(nèi)容：巖石種類、層位關(guān)系、巖石的風化程度；結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、組數(shù)、間距、粗糙度、閉合度、貫通性及結(jié)構(gòu)面類型等；結(jié)構(gòu)面充填物、膠結(jié)物的性質(zhì)和成分、充填物厚度；區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造運動的層次；主要軟弱結(jié)構(gòu)面與地下巖石工程軸線的關(guān)系；調(diào)查地點的地下水賦存情況、水量、水壓等等。注意事項：調(diào)查計劃、測點布置，數(shù)據(jù)處理。2.3巖體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場調(diào)查法2.2.1調(diào)查種類和內(nèi)容732.3.2結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的測取常用方法：地質(zhì)羅盤和經(jīng)緯儀。前者在測傾角時，要使測試方向與走向垂直，后者用于有磁場的場合，如磁鐵礦。經(jīng)緯儀測量法儀器和工具：經(jīng)緯儀、刻度盤、照明燈具?？潭缺P由羅盤改成，用剛度較大的指針代替磁針并在指針端部和刻盤中心焊8cm豎直鐵絲。測量原理：①A點放置經(jīng)緯儀，B點放置刻度盤；②經(jīng)緯儀調(diào)平，使零度方向與巷道中心線重合；③將經(jīng)緯儀對準結(jié)構(gòu)面J，打開刻度盤，小鏡一面緊貼結(jié)構(gòu)面上，刻度盤0-180度線（OB線）垂直于走向；④調(diào)平刻度盤并移動指針，使中心鐵絲和經(jīng)緯儀中的十字豎線重合，此時指針讀數(shù)為羅盤角α，經(jīng)緯儀讀數(shù)為β（經(jīng)緯角）；⑤β－α就是結(jié)構(gòu)面相對于巷道中心線傾向線方向。利用經(jīng)緯儀事先測的巷道中心線方向，即可求取結(jié)構(gòu)面的真正傾向。2.3.2結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的測取常用方法：地質(zhì)羅盤和經(jīng)緯儀。前者74經(jīng)緯儀測量法結(jié)果分析：走向：不論結(jié)構(gòu)面和經(jīng)緯儀處于什么位置，走向γ可由下式獲得：α——羅盤角；β——經(jīng)緯角。傾向：（β－α），與走向垂直，需參考巷道軸線方位及結(jié)構(gòu)面傾向的關(guān)系確定。例：β＝300，α＝160，巷道軸線方向NS，結(jié)構(gòu)面傾向大致NW，求傾向和走向。解：根據(jù)傾向處在NW，則傾角為走向為，即N50E。經(jīng)緯儀測量法結(jié)果分析：752.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（1）確定優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面：同在巖體中有多組結(jié)構(gòu)面情況下，只有以組（或二組）主要結(jié)構(gòu)面才對巖體的力學效應起作用。確定方法：赤平投影法，作結(jié)構(gòu)面極射投影，繪制等密度圖，尋找優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面。例：武鋼程潮鐵礦-220m9#采區(qū)可以看出優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面有四組：其中2和4組結(jié)構(gòu)面傾角陡且與進路軸線夾角小于30度，影響較大。優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面走向傾向傾角走向與進路軸線夾角1234NW77SW28SE135NE17NESESWNW22607470132845172.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（1）確定優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面762.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（2）估算巖石的RQD指標RQD指標：長度在10cm（含10cm）以上的巖芯累計長度占鉆孔總長的百分比，稱為巖石質(zhì)量指標RQD，反映巖體完整程度的指標。估算方法：Priest和Huston（1976），節(jié)理密度λs與RQD間的關(guān)系：當λs＝6～16條/m時，有（3）工程巖體分級的基礎(chǔ)已有的巖體分級方法和工程巖體分級標準，都依賴于現(xiàn)場調(diào)查。現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可用于：認識結(jié)構(gòu)體形態(tài)、結(jié)構(gòu)面類型、成因、展布規(guī)律以及它們與巖石工程的關(guān)系2.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（2）估算巖石的RQD指標772.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（4）建立結(jié)構(gòu)面空間分布模型結(jié)構(gòu)面空間分布：客觀上是隨機的，露頭調(diào)查是有限的。蒙特卡洛模擬法：根據(jù)現(xiàn)場測得的結(jié)構(gòu)面幾何參數(shù)分布函數(shù)，建立概率模型的隨機函數(shù)，然后通過抽樣計算出參數(shù)的統(tǒng)計特性，并給出近似值。例：潘別桐、井蘭如對墩子石地區(qū)花崗巖閃長石結(jié)構(gòu)面進行了模擬。模擬結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡圖1:579實測結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡圖1:10002.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（4）建立結(jié)構(gòu)面空間分布模型模782.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（5）表示巖體結(jié)構(gòu)的各向異性測線上某一組結(jié)構(gòu)面密度λsi的計算：θ＝α－α1；α1－結(jié)構(gòu)面法線與正北夾角；

α－測線方向與正北夾角；λi－結(jié)構(gòu)面在法線方向上密度。2.3.3結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果應用（5）表示巖體結(jié)構(gòu)的各向異性79表示巖體結(jié)構(gòu)的各向異性當有幾組結(jié)構(gòu)面時，沿某一方向的結(jié)構(gòu)面密度λs為θi－第i組結(jié)構(gòu)面法線與待求密度測線間夾角。因此，結(jié)構(gòu)面密度隨測線方向變化。研究表明，在二維情況下，必存在一個最大密度方向和一個最小密度方向，則結(jié)構(gòu)面引起的各向異性可由此合理確定工程中錨桿布置和排水孔方位。例：巷道工程沿方向λmax布置時，錨桿間距應比工程沿λmin方向布置時適當減小。表示巖體結(jié)構(gòu)的各向異性當有幾組結(jié)構(gòu)面時，沿某一方向的結(jié)構(gòu)面密802.4巖體的完整性巖體完整性：巖體結(jié)構(gòu)的綜合反映，取決于結(jié)構(gòu)面切割程度、結(jié)構(gòu)體大小以及塊體間結(jié)合狀態(tài)等因素，是巖體工程中采用的概括性指標。評價方法：定性和定量。2.4.1巖體完整性的定量指標常用定量指標完整性系數(shù)Kv；巖體體積節(jié)理系數(shù)Jv；巖體質(zhì)量指標RQD；節(jié)理平均間距dp；巖塊尺寸指標BSD；巖體與巖塊靜動彈模比等。從不同測面、不同程度上反映巖體完整性。2.4巖體的完整性巖體完整性：巖體結(jié)構(gòu)的綜合反映，取決于結(jié)812.4.1巖體完整性的定量指標（1）完整性系數(shù)巖體中聲波波速Vpm：與巖石成分、結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度、結(jié)構(gòu)面性狀、充填物性質(zhì)、含水狀態(tài)等因素有關(guān)。巖石中聲波波速Vpr：反映近似完整巖石的物理性質(zhì)。通常，Vpr>Vpm，因此對同種巖石有下列關(guān)系Kv－完整性系數(shù)，又稱龜裂系數(shù)。測試方法：單孔法或雙孔法。在孔中置入聲波發(fā)射