巖體的穩(wěn)定性分析

巖體的穩(wěn)定性分析StableAnalysisofRockMass第六章：巖體的穩(wěn)定性分析巖石：研究巖石的成份、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物理力學(xué)性質(zhì)等巖性、厚度、分布范圍、成因、生成時(shí)代等。巖體：研究包括層面、層理、節(jié)理、斷層、軟弱夾層等各種地質(zhì)界面—結(jié)構(gòu)面的單一或多種巖石構(gòu)成的地質(zhì)體。

影響巖體穩(wěn)定性的因素有：區(qū)域穩(wěn)定性、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體變形特性與承載能力、地質(zhì)構(gòu)造及巖體風(fēng)化程度等。巖體：是指某一地點(diǎn)一種或多種巖石，以及發(fā)育于該地點(diǎn)巖石中的各種結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體的總體。第一節(jié)：巖體結(jié)構(gòu)分析一、結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體1.結(jié)構(gòu)面及其成因分類包括：各種破裂面、物質(zhì)分異面、以及軟弱夾層或軟弱帶、構(gòu)造巖、泥化夾層、充填?yuàn)A層等。按地質(zhì)成因，結(jié)構(gòu)面可分為原生的、構(gòu)造的、次生的三大類。各種地質(zhì)界面③變質(zhì)結(jié)構(gòu)面（片麻理、片理、板理）（1）原生結(jié)構(gòu)面分為沉積的、火成的、變質(zhì)的三種類型①沉積結(jié)構(gòu)面（層面、層理、沉積間斷面、沉積軟弱夾層）。②火成結(jié)構(gòu)面（原生節(jié)理、流紋面、與圍巖的接觸面、火成巖中的凝灰?guī)r夾層等）（3）次生結(jié)構(gòu)面

是在風(fēng)化、卸荷、地下水等作用下形成的風(fēng)化裂隙、破碎帶、卸荷裂隙、泥化夾層、夾泥層等。（2）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面（斷裂面、錯(cuò)動(dòng)面、破碎帶）2.結(jié)構(gòu)面的特征包括結(jié)構(gòu)面的規(guī)模、形態(tài)、連通性、充填物等以及其密集程度。（1）結(jié)構(gòu)面的規(guī)模（2）結(jié)構(gòu)面的形態(tài)（3）結(jié)構(gòu)面的密集程度平直的、波浪起伏的、鋸齒狀的等反映巖體完整的情況。條/m表6-1節(jié)理發(fā)育程度分級(jí)分級(jí)ⅠⅡⅢⅣ節(jié)理間距（m）＞20.5～20.1～0.5＜0.1節(jié)理發(fā)育程度不發(fā)育較發(fā)育發(fā)育極發(fā)育巖體完整性完整塊狀碎裂破碎（4）結(jié)構(gòu)面的連通性（5）結(jié)構(gòu)面的張開度和充填情況張開度狀態(tài)描述閉合的＜0.2mm微張的0.2～1.0mm張開的1.0～5.0mm寬張的＞5.0mm3.結(jié)構(gòu)體的類型分為：柱狀、塊狀、板狀、楔形、菱形、錐形等基本形態(tài)。結(jié)構(gòu)體的大小采用體積裂隙數(shù)Jv表示。巖體單位體積內(nèi)通過的總裂隙數(shù)根據(jù)Jv值大小可將結(jié)構(gòu)體的塊度進(jìn)行分類。表6-2結(jié)構(gòu)體塊度（大?。┓诸悏K度描述體積裂隙數(shù)Jv（裂隙數(shù)/m3）巨型塊體＜1大型塊體1～3中型塊體3～10小型塊體10～30碎塊體＞30二、巖體結(jié)構(gòu)特征1.巖體結(jié)構(gòu)概念與結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)：巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的組合方式。整體塊狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)碎裂結(jié)構(gòu)散體結(jié)構(gòu)2.風(fēng)化巖體結(jié)構(gòu)特征強(qiáng)風(fēng)化弱風(fēng)化微風(fēng)化節(jié)理、裂隙發(fā)育、密集、呈碎裂結(jié)構(gòu)：工程性質(zhì)僅比散體結(jié)構(gòu)巖體略好，變形模量、承載力等均較低。結(jié)構(gòu)面組數(shù)一般≥2～3組、中等密集狀態(tài)具層狀結(jié)構(gòu)～碎裂結(jié)構(gòu)因結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度已明顯降低，故弱風(fēng)化巖體的總體力學(xué)特性比母巖明顯減弱。結(jié)構(gòu)特征幾乎未變，僅構(gòu)造裂隙免受輕微風(fēng)化作用，基本保持新鮮母巖的巖體結(jié)構(gòu)特征。力學(xué)特性、水理性質(zhì)、抗風(fēng)化能力等僅比其新鮮母巖略減或幾乎不變。第二節(jié)：巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)不同結(jié)構(gòu)類型巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)：1.整體塊狀結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)面少，結(jié)構(gòu)體塊度大且常為硬質(zhì)巖石，整體強(qiáng)度高、變形特征接近于各向同性的均質(zhì)彈性體，變形模量、承載力與抗滑能力均較高，抗風(fēng)化能力一般較強(qiáng)，具有良好的工程地質(zhì)性質(zhì)，是較理想的各類工程建筑地基、邊坡巖體及洞室圍巖。2.層狀結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)面以層面與不密集的節(jié)理為主，一般風(fēng)化微弱、結(jié)合力一般不強(qiáng)，結(jié)構(gòu)體塊度較大且保持母巖巖塊性質(zhì)，總體變形模量和承載力均較高。作為工程建筑地基，其變形模量和承載能力一般均能滿足要求。其變形特征和強(qiáng)度特征具有各向異性特點(diǎn)。該巖體作為邊坡巖體時(shí)，應(yīng)特別注意巖層的不同產(chǎn)狀特征對(duì)工程地質(zhì)性質(zhì)效應(yīng)的巨大影響。3.碎裂結(jié)構(gòu)巖體巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育、常有泥質(zhì)充填物，結(jié)合力不強(qiáng)，結(jié)構(gòu)體塊度不大，巖體完整性破壞較大。一般其變形模量、承載能力均不高，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。4.散體結(jié)構(gòu)巖體散體結(jié)構(gòu)巖體節(jié)理、裂隙很發(fā)育，巖體十分破碎，巖石屬于碎石土類。5.風(fēng)化巖體強(qiáng)風(fēng)化巖體：結(jié)構(gòu)體疏松，呈塊夾泥狀，較土體好些，其變形模量、承載能力差。弱風(fēng)化巖體：具有碎裂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面性質(zhì)差，一般作為工業(yè)與民用建筑地基是可以的，但對(duì)重大的水工建筑物地基需加固處理。微風(fēng)化巖體：裂隙面輕微風(fēng)化，巖體工程性質(zhì)與新鮮巖體相近，一般可作為各類工程建筑物的良好地基。但對(duì)邊坡、洞室圍巖仍應(yīng)注意其結(jié)構(gòu)面的不利組合。第三節(jié)：巖基的變形特征與承載能力巖基的變形特征與巖體結(jié)構(gòu)特征、結(jié)構(gòu)體的性質(zhì)、軟弱結(jié)構(gòu)面的數(shù)目、產(chǎn)狀、性質(zhì)有關(guān)，還與工程荷載的性質(zhì)有關(guān)。研究巖基穩(wěn)定性的變形特征和承載特性，給出巖基的力學(xué)指標(biāo)和承載力指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上才能定性和定量全面評(píng)價(jià)工程巖體的穩(wěn)定性。一、巖基的變形特征沉降量沉降差傾斜局部?jī)A斜1.巖基壓縮變形特征地基變形特征值和允許值建筑物變形特征值對(duì)于新鮮～微風(fēng)化的整體塊狀結(jié)構(gòu)的巖體，在工程荷載下的壓縮量很小?；鶐r的沉降變形對(duì)層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)的裂隙巖體或軟質(zhì)巖石，對(duì)高層建筑物地基、大型水工建筑物地基、高的橋墩地基，應(yīng)考慮其變形對(duì)建筑物的影響。在剪切荷載作用下的巖體變形包括沿結(jié)構(gòu)面的錯(cuò)動(dòng)、結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)動(dòng)和擠壓變形、剪切變形等。2.基巖的剪切變形特征巖體的剪應(yīng)力～剪位移關(guān)系有三種類型。巖體的剪應(yīng)力～剪位移關(guān)系有三種類型。第一種類型：呈直線關(guān)系，一般完整塊狀結(jié)構(gòu)巖體具有這種變形特征。第二種類型：彈塑性體，一般層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)巖體具有這種變形特征。第三種類型：破壞階段與破壞后區(qū)呈平緩過渡特征，一般散體結(jié)構(gòu)及軟弱巖體常具有這種變形特征。二、巖基承載力1.持力層的選擇上覆土層很薄（＜5m）荷載較大；荷載不大，上覆土層又比較均勻，能承受上部荷載，上覆土層可以利用。

上覆土層厚度中等（10～40m），土層不能滿足荷載要求。上覆土層很厚（＞50m），地基系軟弱土層，不能滿足高層建筑的要求。表6-6巖石承載力標(biāo)準(zhǔn)值frk(Mpa)風(fēng)化程度巖石類別強(qiáng)風(fēng)化中等風(fēng)化（弱風(fēng)化）微風(fēng)化硬質(zhì)巖石5～1015～25≥40軟質(zhì)巖石2～57～1215～202.規(guī)范法確定巖基的承載力①《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ7-89見表6-6。②巖基承載力設(shè)計(jì)值取值時(shí)，對(duì)硬巖考慮其結(jié)構(gòu)面的間距、產(chǎn)狀及其組合；對(duì)軟巖考慮其水穩(wěn)定性。對(duì)微風(fēng)化巖石取0.20～0.33，中等風(fēng)化巖石取0.17～0.25。第四節(jié)：巖體的穩(wěn)定性分析

1)地殼板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱導(dǎo)致構(gòu)造變動(dòng)和產(chǎn)生高構(gòu)造應(yīng)力，從大范圍控制了區(qū)域地層和巖體變形、位移或失穩(wěn)。2)活動(dòng)性深大斷裂活動(dòng)（水平或垂直位移）引起區(qū)域地殼及其表層發(fā)生水平或升降運(yùn)動(dòng)，可引起位于斷裂帶的巖體變位或失穩(wěn)。3)地震活動(dòng)在我國(guó)有些地區(qū)十分強(qiáng)烈，常引起大范圍的構(gòu)筑物的失穩(wěn)和破壞。一、巖體穩(wěn)定性與區(qū)域穩(wěn)定性的關(guān)系區(qū)域穩(wěn)定性的主要控制因素，也制約巖體的穩(wěn)定性。二、巖體破壞類型分析①受區(qū)域地殼穩(wěn)定性控制。②受巖體的結(jié)構(gòu)特征、變形特征、強(qiáng)度特性、水穩(wěn)性等控制。③失穩(wěn)的邊界條件：巖體失穩(wěn)要有一定的邊界條件，即存在臨空面和結(jié)構(gòu)面組成的分離體。④荷載的類型、大小和方向決定了巖體的受力狀態(tài)。⑤工程類別對(duì)巖體失穩(wěn)方式有重要影響。1.巖體失穩(wěn)的主要影響因素2.巖體破壞類型分析①當(dāng)區(qū)域穩(wěn)定性為相對(duì)穩(wěn)定，工程巖體條件較好時(shí)，巖體失穩(wěn)破壞的類型取決于邊界條件、工程類型及工程荷載性質(zhì)的組合特點(diǎn)，巖體失穩(wěn)破壞的方式往往以剪切滑移方式為主。②當(dāng)區(qū)域穩(wěn)定性為相對(duì)活動(dòng)，工程的場(chǎng)地條件較好時(shí)③區(qū)域環(huán)境和工程場(chǎng)地均處于突出的高水平構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)時(shí)④當(dāng)區(qū)域相對(duì)穩(wěn)定，巖體抗壓強(qiáng)度較高，不具備滑移的邊界條件，地面建筑物承受強(qiáng)大的風(fēng)荷載時(shí)，可能發(fā)生張拉破壞導(dǎo)致建筑物傾倒。⑤區(qū)域相對(duì)穩(wěn)定