第四章巖體的工程地質(zhì)特性

第四章巖體的工程地質(zhì)特性第一節(jié)巖體的結(jié)構(gòu)特征1.1基本概念及研究意義

巖體（rockmass）通常指地質(zhì)體中與工程建設(shè)有關(guān)的那一部分巖石，它處于一定的地質(zhì)環(huán)境、被各種結(jié)構(gòu)面所分割。巖體具有一定的結(jié)構(gòu)特征，它由巖體中含有的不同類型的結(jié)構(gòu)面及其在空間的分布和組合狀況所確定。巖體是由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩部分組成。

結(jié)構(gòu)面是指巖體中具有一定方向、力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)較低、兩向延伸（或具有一定厚度）的地質(zhì)界面（或帶）。如巖層層面、軟弱夾層、各種成因的斷裂、裂隙等。由于這種界面中斷了巖體的連續(xù)性，故又稱不連續(xù)面。

結(jié)構(gòu)體：結(jié)構(gòu)面在空間的分布和組合可將巖體切割成形狀、大小不同的塊體，稱結(jié)構(gòu)體。工程地質(zhì)之所以要將巖體的結(jié)構(gòu)特征作為重要研究對(duì)象，意義如下：⑴巖體中的結(jié)構(gòu)面是巖體力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)薄弱的部位，它導(dǎo)致巖體力學(xué)性能的不連續(xù)性、不均一性和各向異性。只有掌握巖體的結(jié)構(gòu)特征，才有可能闡明巖體不同荷載下內(nèi)部的應(yīng)力分布和應(yīng)力狀況。⑵巖體的結(jié)構(gòu)特征對(duì)巖體在一定荷載條件下的變形破壞方式和強(qiáng)度特征起著重要的控制作用。巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)面，常常成為決定巖體穩(wěn)定性的控制面，各結(jié)構(gòu)面分別為確定壩肩巖體抗滑穩(wěn)定的分割面和滑移控制面。

⑶靠近地表的巖體，其結(jié)構(gòu)特征在很大程度上確定了外營力對(duì)巖體的改造進(jìn)程。這是由于結(jié)構(gòu)面往往是風(fēng)化、地下水等各種外營力較活動(dòng)的部位，也常常是這些營力的改造作用能深入巖體內(nèi)部的重要通道，往往發(fā)展為重要的控制面?？傊?，對(duì)巖體的結(jié)構(gòu)特征的研究，是分析評(píng)價(jià)區(qū)域穩(wěn)定性和巖體穩(wěn)定性的重要依據(jù)。研究結(jié)構(gòu)面最關(guān)鍵的是研究各類結(jié)構(gòu)面的分布規(guī)律、發(fā)育密度、表面特征、連續(xù)特征以及它們的空間組合形式等。

1.2巖體結(jié)構(gòu)特征及主要類型

1.2.1結(jié)構(gòu)面的主要類型及特征

結(jié)構(gòu)面的成因分類：原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面及淺表生結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面：層理，層面，軟弱夾層，不整合面，原假整合面，古沖刷面等。生火成結(jié)構(gòu)面：侵入體與圍巖接結(jié)觸面，巖脈、巖墻接觸面，噴出巖構(gòu)的流線、流面，冷凝節(jié)理面變質(zhì)結(jié)構(gòu)面：片理，片麻理，板劈理，片巖軟弱夾層。構(gòu)節(jié)理（X型節(jié)理，張節(jié)理）造結(jié)斷層（正斷層，逆斷層，走滑斷層）構(gòu)面層間錯(cuò)動(dòng)帶，羽狀裂隙，破劈理。

淺部卸荷斷裂淺結(jié)、構(gòu)重力擴(kuò)展變形破裂表面生結(jié)表卸荷裂隙構(gòu)部風(fēng)化裂隙面結(jié)風(fēng)化夾層構(gòu)泥化夾層面次生夾泥

二、結(jié)構(gòu)面的特征結(jié)構(gòu)面的特征是影響結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度及其他性能的重要因素。國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)（ISRM）實(shí)驗(yàn)室和野外試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)于1978年提出了《巖體不連續(xù)面定量描述的建議方法》，規(guī)定從方位、間距、延續(xù)性、粗糙度、側(cè)壁強(qiáng)度、張開度、充填物、滲流、節(jié)理組數(shù)、塊體大小十個(gè)方面進(jìn)行研究。方位：結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀（走向、傾向、傾角）間距：反映巖體完整程度和塊體大小延續(xù)性：反映結(jié)構(gòu)面的連通率粗糙度：反映結(jié)構(gòu)面的起伏狀況結(jié)構(gòu)面?zhèn)缺趶?qiáng)度：反映結(jié)構(gòu)面受風(fēng)化影響的程度張開度：又稱隙寬，即裂隙的寬度充填物：不同物質(zhì)充填對(duì)力學(xué)特性有顯著影響滲流：反映地下水的活動(dòng)狀況節(jié)理組數(shù)：反映巖體被切割的狀況塊體大?。嚎捎脡K度和體積節(jié)理數(shù)反映三、軟弱夾層基本定義：軟弱夾層（尤其是泥化夾層）是巖體中非常軟弱的結(jié)構(gòu)面，是壩基巖體、邊坡巖體和洞室圍巖穩(wěn)定性的制約因素。一般軟弱夾層的強(qiáng)度和變形參數(shù)：摩擦系數(shù)f<0.5；飽和抗壓強(qiáng)度Rb≤10MPa；變形模量E0≤1000MPa軟弱夾層的分類按成因分類：參照P127的表4-5。按夾層的物質(zhì)組成分類：長(zhǎng)委會(huì)建議的分類軟巖夾層碎塊夾層碎屑夾層泥化夾層軟弱夾層的特性：物理力學(xué)性質(zhì)與夾層的物質(zhì)組成、粘土礦物、顆粒大小、含水量、起伏狀況有密切聯(lián)系。軟巖夾層：對(duì)于粘粒含量較多的粘土巖，遇水膨脹、崩解；對(duì)于可溶巖，遇水溶解。Rc＜15MPa，f’=0.4-0.6，E0＜2000MPa。如邊坡穩(wěn)定碎塊夾層：粒徑＞2mm的粗碎屑占80%以上，粘粒含量低于10%。面起伏較大，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系復(fù)雜，f’=0.45-0.6，E0=200~1000MPa。如隧洞穩(wěn)定碎屑夾層：粒徑＞2mm的粗碎屑占30～50%以上，2～0.5mm的粗碎屑占30%以上，粘粒占10-30%，f’=0.30-0.45，E0=50~200MPa。如隧洞穩(wěn)定泥化夾層：w≥wp。具有結(jié)構(gòu)松散、孔隙比大、密度小、含水量大、粘粒含量高、力學(xué)特性差的特點(diǎn)，f’=0.45-0.6，E0＜50MPa。如葛洲壩水電站泥化夾層形成的三個(gè)基本條件：物質(zhì)基礎(chǔ)：粘土巖類夾層，粘粒含量高，且以蒙脫石為主的粘土礦物。構(gòu)造作用：完整性被破壞，有利于地下水的運(yùn)動(dòng)；礦物顆粒的性質(zhì)和成分受到破壞。地下水的作用：泥化作用，孔隙水壓力作用，溶解作用等。結(jié)構(gòu)面規(guī)模等級(jí)劃分：按其對(duì)巖體力學(xué)行為所起控制作用，可劃分為三個(gè)等級(jí)，即貫通性宏觀軟弱面（A類）；顯現(xiàn)結(jié)構(gòu)面（B類）；和隱微結(jié)構(gòu)面（C類）。

類型主要特征力學(xué)性質(zhì)代表性結(jié)構(gòu)面A.貫通性宏觀結(jié)構(gòu)面連續(xù)性好，延伸方向確定，通常具一定厚度與方向破壞巖體的連續(xù)性，構(gòu)成巖體力學(xué)性質(zhì)作用邊界，控制巖體變形破壞方向，穩(wěn)定性計(jì)算的邊界層面，軟弱夾層，斷層面或斷層破碎帶B.顯現(xiàn)結(jié)構(gòu)面硬性結(jié)構(gòu)面，隨機(jī)斷續(xù)分布，延伸長(zhǎng)度米級(jí)-數(shù)十米，具有統(tǒng)計(jì)優(yōu)勢(shì)方位破壞巖體的完整性，使巖體力學(xué)性質(zhì)具各向異性特征，影響巖體變形破壞方式各類原生和構(gòu)造裂隙，表生破裂結(jié)構(gòu)面C.隱微結(jié)構(gòu)面短小閉合，長(zhǎng)度從毫米級(jí)至厘米級(jí)，隨機(jī)分布可有統(tǒng)計(jì)優(yōu)勢(shì)方位影響巖塊的強(qiáng)度和變形破壞特征巖石的隱微裂隙四、巖體的結(jié)構(gòu)類型按建造特征可將巖體劃分為塊體狀（或整體狀）結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎塊狀結(jié)構(gòu)和散體狀結(jié)構(gòu)等類型。

塊體狀結(jié)構(gòu)：代表巖性均一，無軟弱面的巖體，含有的原生結(jié)構(gòu)面具有較強(qiáng)的結(jié)合力，間距大于1m。通常出現(xiàn)在厚層的碳酸鹽巖、碎屑巖；花崗巖、閃長(zhǎng)巖；原生節(jié)理不太發(fā)育的流紋巖、安山巖、玄武巖、凝灰角礫巖中等。

塊體結(jié)構(gòu)：代表巖性較均一，含有2-3組較發(fā)育的軟弱結(jié)構(gòu)面的巖體，結(jié)構(gòu)面間距1～0.5m。成巖裂隙較發(fā)育的厚層砂巖或泥巖，槽狀沖刷面發(fā)育的河流相砂巖體等沉積巖，原生節(jié)理發(fā)育的火山巖體等。

層狀結(jié)構(gòu)：代表一組連續(xù)性好，抗剪性能顯著較低的軟弱面的巖體，一般巖性不均一。可進(jìn)一步分為層狀（軟弱面間距50～30cm），薄層狀（間距小于30cm）。還可以據(jù)不均一程度劃分出軟硬相間的互層狀結(jié)構(gòu)。

碎塊狀結(jié)構(gòu)：代表含有多組密集結(jié)構(gòu)面的巖體，巖體被分割成碎塊狀，以某些動(dòng)力變質(zhì)巖為典型，如溪洛渡泡灰?guī)r。另外按巖體的改變程度可劃分為完整的、塊裂化或板裂化，碎裂化、散體化的等四個(gè)等級(jí)。第二節(jié)巖體的主要力學(xué)特性巖石力學(xué)指標(biāo)的用途劃分巖石工程類型、巖體工程評(píng)價(jià)飽和抗壓強(qiáng)度≥60MPa60-30MPa＜30MPa＜15MPa巖石類型堅(jiān)硬巖中硬巖軟巖極軟巖利用巖石飽和抗壓強(qiáng)度劃分巖石工程類型巖石力學(xué)指標(biāo)的用途巖體質(zhì)量分類或洞室圍巖類型劃分RMR分類：地質(zhì)力學(xué)分類，南非Q分類：隧道圍巖質(zhì)量分類，歐洲國內(nèi)：如水利水電規(guī)范、巖土工程規(guī)范，其他部們?nèi)玷F道、公路、總參、建設(shè)部，個(gè)人方面有王思敬、陶振宇、楊子文。評(píng)價(jià)巖體強(qiáng)度利用結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬、蒙特卡洛法等巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)獲得的參數(shù)：變形模量E0、彈性模量Ee變模E0與彈模Ee的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：基本原理：彈性半無限空間的Boussniesq課題。當(dāng)測(cè)點(diǎn)在板內(nèi)時(shí)的計(jì)算公式dp式中：E0（

Ee

）-巖體變形模量（彈性模量）；

W0（We

）-巖體的總變形（彈性變形）；p-按承壓板單位面積計(jì)算的壓力；d-承壓板的直徑；u-泊松比。巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)平硐中試驗(yàn)需滿足的邊界條件：Boussniesq課題的基本前提是半無限空間，但實(shí)際試驗(yàn)時(shí)是不可能滿足的。一般而言，平硐中試驗(yàn)需滿足如下圖中的邊界條件。硐底位置1.5d1.5d2.0d巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加壓方式逐級(jí)一次循環(huán)法（推薦方式）：逐級(jí)多次循環(huán)法若只要變形模量，則不需卸載；而既要彈性模量、又要變形模量，則每級(jí)荷載作用下要進(jìn)行卸載；若要反映巖體正交各向異性變形特性，可以沿不同方向進(jìn)行試驗(yàn)，主要有垂直加載和水平加載兩種方式。巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加壓方式巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)變形穩(wěn)定判定標(biāo)準(zhǔn)巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)壓力～變形曲線與應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)系巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)試驗(yàn)曲線類型及特征直線型：堅(jiān)硬巖體或碎裂巖體，比較均勻，E0=Ee，各級(jí)荷載下進(jìn)行計(jì)算均可以。UP巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)試驗(yàn)曲線類型及特征上凹型：裂隙巖體、中等質(zhì)量巖體。若按實(shí)際荷載取各點(diǎn)的模量便是該點(diǎn)在曲線上的切線，所以模量是變化的，但通常取各級(jí)荷載下計(jì)算模量的平均值。UP巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)試驗(yàn)曲線類型及特征下凹型：軟巖或斷層帶及巖體質(zhì)量較差的巖體，同樣按實(shí)際荷載取各點(diǎn)的模量時(shí)是變化的，一般按與實(shí)際的荷載（或地應(yīng)力）相當(dāng)?shù)狞c(diǎn)進(jìn)行取值。UP巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)試驗(yàn)曲線類型及特征長(zhǎng)尾型：試驗(yàn)所在平硐開挖面上有松弛的巖體，或平硐開挖時(shí)間長(zhǎng)，已形成松動(dòng)圈。曲線上后段模量較前段模量大。若要真實(shí)反映“原位巖體”的模量，則應(yīng)將u0→0，即以u(píng)0點(diǎn)作為0點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。UPU0巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)試驗(yàn)曲線類型及特征折尾型：試驗(yàn)所在平硐開挖后有應(yīng)力集中（殘余應(yīng)力）或有硬殼層。若要真實(shí)反映“原位巖體”的模量，則應(yīng)將σ0→0，即以σ0點(diǎn)作為0點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。UPP0巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形試驗(yàn)——承壓板試驗(yàn)變形模量或彈性模量的計(jì)算公式巖體類型堅(jiān)硬巖體中硬巖體軟巖斷層帶巖體分類I、IIIIIIVV泊松比u0.24-0.260.27-0.90.30-0.310.32-0.33式中：E0（

Ee

）-巖體變形模量（彈性模量）；

W0（We

）-巖體的總變形（彈性變形）；p-按承壓板單位面積計(jì)算的壓力；d-承壓板的直徑；u-泊松比。巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值動(dòng)力法測(cè)巖體動(dòng)彈性模量動(dòng)力法或彈性波法（地震法、聲波法）基本公式式中：Vp-縱波波速（m/s）；

Vs–橫波波速（m/s）；ρ-巖體的密度；u-泊松比。巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形參數(shù)取值直接根據(jù)變形試驗(yàn)測(cè)得的E0、Ee作為依據(jù)利用波速Vp、Vs獲得Ed，建立Ed~Ee關(guān)系，并結(jié)合E0~Ee關(guān)系對(duì)于大型水電工程，可以根據(jù)某一工程地質(zhì)單元或某一巖性測(cè)試的波速成果建立E0~Vp關(guān)系進(jìn)行分帶賦值；對(duì)于一般的中小型工程或工程前期階段，可以利用如下的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系對(duì)巖體變形模量取值式中：E0–變形模量（GPa）；Vp-縱波波速（km/s）。

巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形參數(shù)取值舉例：李家峽水電站壩基巖體開挖前壩基巖體開挖后式中：E0–變形模量（GPa）；

Vp-硐壁縱波波速（km/s）；r-相關(guān)系數(shù)。

進(jìn)一步反映“原位巖體”的變形模量，可以利用硐壁波速與穿透波速之間的關(guān)系，建立新的關(guān)系巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形參數(shù)取值舉例：李家峽水電站巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形參數(shù)取值舉例：李家峽水電站巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形參數(shù)取值根據(jù)巖石、巖體的優(yōu)劣，利用飽和抗壓強(qiáng)度Rb獲得E0（野外所取得的巖石要能充分反映不同部位或不同工程地質(zhì)單元的特性），而Rb也可以通過與點(diǎn)荷載試驗(yàn)獲得強(qiáng)度之間的關(guān)系獲得式中：E0–變形模量（GPa）；Rb-飽和抗壓強(qiáng)度（MPa）；注：當(dāng)Rb＜15MPa時(shí)，不適用。巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形參數(shù)取值根據(jù)巖體質(zhì)量獲得E0巖體變形測(cè)試技術(shù)、變形特性及參數(shù)取值巖體變形參數(shù)——泊松比u的取值巖體變形模量E0≥20GPa10-20GPa5-10GPa2-5GPa0.2-2GPa泊松比u≤0.240.24-0.260.26-0.280.28-0.300.30-0.33巖體變形參數(shù)的用途理論計(jì)算或數(shù)值分析中重要力學(xué)參數(shù)之一廣義虎克定律其中：G=E/2(1+u)巖體變形參數(shù)的用途利用波速比Vpm/Vr劃分巖體風(fēng)化帶新鮮巖石的波速Vr可以用壩址區(qū)（或場(chǎng)址區(qū)）新鮮巖體中測(cè)得最高波速來代替；Vpm為不同風(fēng)化帶中測(cè)試的巖體波速；水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（1999）劃分標(biāo)準(zhǔn)見表巖體風(fēng)化分帶全風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化弱風(fēng)化微風(fēng)化新鮮Vpm/Vr0.25-0.40.4-0.60.6-0.80.8-1.01.0巖體變形參數(shù)的用途巖體分類巖體分類中把用變形模量E0作為一個(gè)非常重要的參考指標(biāo)巖體質(zhì)量分級(jí)IIIIIIIVV變形模量E0（GPa）≥2010-205-102-50.2-2巖體變形參數(shù)的用途利用V2pm/V2r劃分巖體完整性完整性系數(shù)的定義：巖體完整程度完整較完整完整性差較破碎破碎Kv1-0.750.75-0.450.45-0.250.25-0.1＜0.1巖體變形參數(shù)的用途利用波速Vp劃分巖體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)整體塊狀塊狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)碎裂結(jié)構(gòu)散體結(jié)構(gòu)Vp(km/s)＞5.05.0-4.04.0-3.03.5-2.0＜2.0Vp采用值5.0以上4.53.52.751.5巖體變形參數(shù)的用途利用波速Vp或完整性系數(shù)Kv了解巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD。完整性系數(shù)Kv與巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD

的關(guān)系：波速Vp與巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD

的關(guān)系可以利用Kv~Vp的關(guān)系，并結(jié)合Kv~RQD關(guān)系。二、巖體的流變特性流變性：材料在外部條件不變的情況下，應(yīng)力或應(yīng)變（變形）隨時(shí)間而變化的性質(zhì)。包括蠕變和松弛。蠕變：材料在應(yīng)力不變的情況下，應(yīng)變（變形）隨時(shí)間持續(xù)而逐漸增長(zhǎng)的性質(zhì)。松弛：材料在應(yīng)變（變形）不變的情況下，應(yīng)力隨時(shí)間持續(xù)而逐漸減小的性質(zhì)。巖體中具有明顯流變性的有：軟弱巖石、軟弱夾層、碎裂及散體結(jié)構(gòu)巖體。典型蠕變曲線的特征初始蠕變階段：變形速率隨時(shí)間減小，又稱阻尼蠕變階段。等速蠕變階段：變形緩慢平穩(wěn)，應(yīng)變隨時(shí)間呈近乎等速增長(zhǎng)。加速蠕變階段：變形速率加快直到巖體破壞。三、巖體的強(qiáng)度性質(zhì)巖石、結(jié)構(gòu)面和巖體強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系巖體抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線變化范圍1-結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度包絡(luò)線；2-巖塊強(qiáng)度包絡(luò)線；3-巖體強(qiáng)度包絡(luò)線變化范圍（一）平直光滑無充填結(jié)構(gòu)面（二）粗糙起伏無充填結(jié)構(gòu)面對(duì)于規(guī)則鋸齒狀結(jié)構(gòu)面爬坡效應(yīng)：由上式可知，在正應(yīng)力較低時(shí)，鋸齒狀起伏結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，隨起伏角I的增加而加大，即所謂的爬坡效應(yīng)。在正應(yīng)力較大時(shí)，則由鋸齒的巖石強(qiáng)度所決定，如下式對(duì)于非規(guī)則結(jié)構(gòu)面（Barton，1973） 式中,τs-剪切應(yīng)力,σn-法向應(yīng)力,JRC-節(jié)理粗糙系數(shù)（粗糙度常劃分為10級(jí),JRC的變化范圍在0~20之間）,JCS-節(jié)理壁抗壓強(qiáng)度（可用回彈儀在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定）,b-巖石基本內(nèi)摩擦角（可用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)面的滑動(dòng)或推拉試驗(yàn)測(cè)得,其與節(jié)理的殘余內(nèi)摩擦角jres接近,在很多情況下,尤其對(duì)于堅(jiān)硬巖體中的未風(fēng)化節(jié)理,設(shè)b=jres是可以接受的）。對(duì)于非規(guī)則結(jié)構(gòu)面（Barton，1973）在穩(wěn)定性分析中,常常需要確定等效內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角。這可以通過Barton的剪切準(zhǔn)則的外包絡(luò)曲線獲得。對(duì)于某一應(yīng)力狀態(tài)下的瞬態(tài)摩擦角可以通過下式求得(Hoek,1995) 同樣應(yīng)力狀態(tài)下的瞬態(tài)內(nèi)聚力可以通過下式確定 在給定應(yīng)力范圍內(nèi)獲得一系列的(τs,σn)后,進(jìn)行回歸分析同樣可以獲得節(jié)理的等效內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角。（三）有充填物結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度有充填物結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，主要取決于充填物的成分、結(jié)構(gòu)、厚度及充填程度等。充填物的成分和粒度不同，結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度也不同。一般結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度隨充填物中粘土含量增加而降低，隨碎屑成分粒度加大而增加。結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，一般還隨充填物厚度增加而降低。一般隨充填度增加結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)充填物的厚度t大于起伏差h后，充填物逐漸起控制作用。（t/h稱充填度）第三節(jié)巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)一、巖體應(yīng)力的組成天然應(yīng)力（naturalstress）自重應(yīng)力（gravitationalstress）與上覆厚度有關(guān)構(gòu)造應(yīng)力（tectonicstress）：與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)變異應(yīng)力（alteredstress）：與巖體的物理化學(xué)改變和巖漿侵入有關(guān)殘余應(yīng)力（residualstress）：與卸荷有關(guān)感生應(yīng)力（inducedstress）：與開挖支護(hù)等有關(guān)天然應(yīng)力的理論計(jì)算：靜水應(yīng)力式的觀點(diǎn)、垂直應(yīng)力為主的觀點(diǎn)和水平應(yīng)力為主的觀點(diǎn)。最早且引用最多的是瑞士地質(zhì)學(xué)家Heim（1912）提出的假定，即地殼巖體某點(diǎn)的垂直地應(yīng)力為其上覆巖體厚度的積分形式Zyxhσvσhσh設(shè)巖體為完全彈性體，水平地應(yīng)力可寫為式中：σv-垂直地應(yīng)力；σh-水平地應(yīng)力；ρ-巖石密度；g-重力加速度；h-上覆巖體厚度；γ-巖石容重；μ-泊松比。二、天然應(yīng)力分布的規(guī)律巖體中存在三向不等的空間應(yīng)力場(chǎng)；水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的關(guān)系表明：地殼表部巖體以水平應(yīng)力為主；垂直地應(yīng)力隨深度而增加(據(jù)G.Herget,1988)水平地應(yīng)力隨深度而增加(據(jù)G.Herget,1988)水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力之比σH/σV與埋深H的關(guān)系（據(jù)Hoek和Brown，1980）水平應(yīng)力具有強(qiáng)烈的方向性，這與構(gòu)造活動(dòng)具有方向性有關(guān)；河谷地區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)的特征表明，受淺表生改造作用，天然應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生了重分布，且在峽谷底部有明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)平面分布位置圖主應(yīng)力隨深度的關(guān)系三、地應(yīng)力研究的工程意義基坑底部的隆起、剝離破壞基坑邊坡的剪切滑移地下洞室產(chǎn)生大的收斂變形地下洞室施工過程中產(chǎn)生巖爆第四節(jié)巖體的工程分類

工程應(yīng)用分類是以巖體穩(wěn)定性或巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)的分類。為綜合性分類，目前主要考慮三方面因素的指標(biāo)：即與巖石工程性質(zhì)有關(guān)的指標(biāo)（力學(xué)性質(zhì)）、巖體后期改造有關(guān)的指標(biāo)(巖體結(jié)構(gòu))和巖體賦存條件方面的指標(biāo)（地下水或地應(yīng)力）。通常有:RMR(賓尼亞斯基分類，Bieniawski);

巴頓的Q分類;谷德振的巖體質(zhì)量指標(biāo)Z系統(tǒng)分類（1979）。(見表1-3。)

分類方案巖體質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算公式及方法參數(shù)RMR系統(tǒng)RMR=A+B+C+D+E+F

和差綜合法（并聯(lián)系統(tǒng)）（T.Bieniawski,1973)A—巖石強(qiáng)度（點(diǎn)荷載.單軸壓)分?jǐn)?shù)15—0B—RQD(巖石質(zhì)量指標(biāo)）分?jǐn)?shù)20—3D—不連續(xù)面性狀（粗糙—夾泥）分?jǐn)?shù)30—0C—不連續(xù)面間距（>2m—<3m)分?jǐn)?shù)20—5E—地下水（干燥—流動(dòng)）分?jǐn)?shù)15—0F—不連續(xù)面產(chǎn)狀條件（很好—很差）分?jǐn)?shù)0—-12等級(jí)劃分I很好RMR100—81II好RMR80—61III中等RMR60—41IV差RMR40—21V很差RMR<=20RSR系統(tǒng)RSR=A+B+C

和差綜合法（并聯(lián)系統(tǒng)）（G.Wickham,1974)A—地質(zhì)（巖石類型：按三大巖類由硬質(zhì)至破碎劃分四個(gè)等級(jí)。構(gòu)造由整體—強(qiáng)烈斷裂褶皺分為四等），分?jǐn)?shù)30—6B—節(jié)理裂隙特征（按整體至極密集分為6個(gè)等級(jí)，按走向傾角與掘進(jìn)方向關(guān)系折減）分?jǐn)?shù)45—7C—地下水（無至大量）分?jǐn)?shù)25—6RSR的變化范圍25—100Q系統(tǒng)Q=RQD/Jn

.Jr/Ja

.Jw/SRF乘積法串聯(lián)