水工地質(zhì)巖體工程地質(zhì)性質(zhì)

水工地質(zhì)巖體工程地質(zhì)性質(zhì)第一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三

參與巖石工程地質(zhì)性質(zhì)描述的主要物理指標(biāo)包括兩類：1．物理指標(biāo)2．水理指標(biāo)

一、巖石的物理性質(zhì)指標(biāo)第一節(jié)

巖石地質(zhì)及力學(xué)指標(biāo)第二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三1．物理指標(biāo)（1）質(zhì)量：比重(specialgravity)：?jiǎn)挝惑w積巖石固體部分的重量與同體積水之比;容重(volume-weight)：?jiǎn)挝惑w積巖石的重量（含孔隙）;

（2）空隙性：巖石構(gòu)成除了固體顆粒外，其間還分布有孔隙、裂隙，這稱為巖石的空隙性，以空隙率(porosity)來表達(dá)。而一般來講，n（沉積巖）>n（變質(zhì)巖）>n（新鮮巖漿巖）第三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三(2）透水性(permeability)：水份可通過巖石移動(dòng)的性能，以滲透系數(shù)k來衡量。透水層（含水層）：k≥0.001m/24hr隔水層（不透水層）：k<0.001m/24hr

2．水理指標(biāo)（1）

吸水性(water-absorbcharacter)：一定條件下巖石可吸納水份的性能，常以飽水率表達(dá)。

Ww2：巖石在1500atm下吸水的質(zhì)量。Ws：巖石的干重。第四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三（4）抗凍性(frosty)：巖石抵抗凍融破壞的性能（抗凍脹性），以強(qiáng)度損失率表達(dá)（在±25℃間反復(fù)凍融25次，西部寒區(qū)考慮）。Rs1=凍融后的巖石抗壓強(qiáng)度（飽和）Rs2=凍融前的飽水巖石抗壓強(qiáng)度。

（3）軟化性(softy)：巖石浸水后強(qiáng)度降低的性能，多以軟化系數(shù)Kd表示。Rw——巖石飽水條件下的抗壓強(qiáng)度。Rd——巖石干燥條件下的抗壓強(qiáng)度。第五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三二、巖石的力學(xué)性質(zhì)*依單軸應(yīng)力曲線，自然材料可分為：

a.線性彈性材料b.完全彈性材料c.帶滯回環(huán)的彈性材料d.彈塑性材料第六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三1．巖石的變形特性巖石是標(biāo)準(zhǔn)的彈塑性體，即瞬時(shí)高壓作用下表現(xiàn)為彈脆性體，而長(zhǎng)期慢施高壓下表現(xiàn)為塑性體，其變形可分為4個(gè)階段。

彈脆性變形--斷層彈塑性變形--褶皺第七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三（3）裂隙發(fā)展和破壞階段：新裂隙產(chǎn)生并發(fā)展，δ增加不多，而ε快速增加，直至最高點(diǎn)，巖石發(fā)生整體破壞，此點(diǎn)的δ值稱單軸極限抗壓強(qiáng)度。（1）微裂隙壓密階段：巖石中微裂隙在荷重下壓密，此階段δ變化小而ε變化大（2）彈性變形階段：裂隙進(jìn)一步密合，不產(chǎn)生新裂隙，δ、ε近乎同步增加（曲線外切線近45°），最高點(diǎn)稱彈性極限抗壓強(qiáng)度，亦稱屈服點(diǎn)。（4）峰值后階段：巖石大變形，δ下降至穩(wěn)定。δε屈服點(diǎn)第八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三（2）泊松比(PoiseRatio)單軸壓縮條件下，橫向應(yīng)變與縱（軸）向應(yīng)變之比（過屈服點(diǎn)后）2．巖石的變形特性指標(biāo)（1）彈性模量（modulusofelasticity,認(rèn)為巖石是準(zhǔn)彈性體）單軸壓縮條件下，軸向壓變力與軸向應(yīng)變之比。（1Pa=1N/m2）第九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三強(qiáng)度分抗壓(compressiveStrength)，抗拉(tensileStrength)和抗剪強(qiáng)度(shearStrength)三類，對(duì)巖石材料而言，

抗壓強(qiáng)度＞抗剪強(qiáng)度＞抗拉強(qiáng)度。地基的處理與設(shè)計(jì)就是使巖石中盡量消除拉應(yīng)力，一般而言，三類強(qiáng)度，

細(xì)晶巖漿巖＞變質(zhì)巖＞沉積巖

3．巖石的強(qiáng)度(Strength)巖石抵抗外力破壞的能力。第十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三

應(yīng)力δ(stress)不變的情況下巖石的變形（deformation,或應(yīng)變?chǔ)牛╇S時(shí)間增大的現(xiàn)象。是巖層中形成褶皺構(gòu)造的根本原因，結(jié)構(gòu)越松軟的巖石蠕變的量越大，可能性越高，如100kg/cm2應(yīng)力下：

ε頁巖>ε砂巖>ε細(xì)晶γ

三、巖石的蠕變巖石蠕變形成的香腸狀構(gòu)造第十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三巖體(Rockmass)：是工程影響范圍內(nèi)的地質(zhì)體，由處于一定應(yīng)力狀態(tài)的被各種結(jié)構(gòu)面所切割的巖石組成。

在各種類型各種規(guī)模的地質(zhì)構(gòu)造作用下，完整的巖石被切割成支離破碎的小塊，所以同體積下的完整巖石與破碎巖石力學(xué)性質(zhì)肯定是不同的，在工程建筑中，不能完全以巖石的力學(xué)性質(zhì)來界定其工程地質(zhì)性質(zhì)。而這種影響到建筑安全穩(wěn)定性的，受各類結(jié)構(gòu)面切割的破碎巖塊就是巖體。第二節(jié)巖體的工程地質(zhì)特性及工程地質(zhì)分類第十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三3．軟弱結(jié)構(gòu)面：是一類特殊的結(jié)構(gòu)面，特指巖體中具有一定厚度的結(jié)構(gòu)面。它可以是原生的，也可以是次生的，工程地質(zhì)勘察中應(yīng)予以特別重視。如砂巖中的泥巖夾層，花崗巖中的裂隙風(fēng)化帶等。一、巖體結(jié)構(gòu)面類型指切割巖石的所有地質(zhì)界面，如巖層面、斷層面、節(jié)理面等。依據(jù)結(jié)構(gòu)面成因?qū)⑵浞譃槿N類型。1．原生結(jié)構(gòu)面：與巖石同時(shí)形成，如層面、片理，收縮裂隙。2．次生結(jié)構(gòu)面：巖石形成后疊加形成的，節(jié)理面，斷層面等。第十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三二、巖體結(jié)構(gòu)類型（巖塊特點(diǎn)+巖塊組合特點(diǎn)）是巖體力學(xué)（1951—奧地利學(xué)派誕生起）研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

1．結(jié)構(gòu)體形式依據(jù)巖石碎塊的面、角特點(diǎn)可分為五種：（1）錐形：即由4個(gè)面構(gòu)成的巖石塊，類似于4面體。第十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三（2）楔形：具有5個(gè)面的巖石塊，類似于楔形，有一個(gè)面角遠(yuǎn)小于其余各面角的特點(diǎn)。（3）菱形：具有6個(gè)面的巖石塊，類似棱形，各面角夾角大小不一。第十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三（4）方形：具有6個(gè)面的巖石塊，但各面角均近似于90°。（5）聚合形：多于6個(gè)面的巖石塊。第十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三

從洞頂懸垂穩(wěn)定和地基抗滑兩方面來看，上述結(jié)構(gòu)體形式的穩(wěn)定程度是：聚合形>菱形>方形>楔形>錐形

第十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三2．巖體結(jié)構(gòu)類型特指工程范圍內(nèi)由結(jié)構(gòu)面圍限起來的結(jié)構(gòu)體的組合形式，依據(jù)巖石類型、結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和結(jié)構(gòu)體形式可將巖體結(jié)構(gòu)分為6種類型：（2）塊狀結(jié)構(gòu)：整體強(qiáng)度高、塊度均勻，與完整巖體相近。（3）鑲嵌結(jié)構(gòu)：塊度具有顯著兩分性，但整體強(qiáng)度仍較高。（1）整體結(jié)構(gòu)：即完整巖體，強(qiáng)度高、力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。第十八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三（5）層狀結(jié)構(gòu)：是沉積巖或變質(zhì)沉積巖具有的結(jié)構(gòu)，受層內(nèi)軟弱夾層或?qū)娱g層面特點(diǎn)控制。（6）散體結(jié)構(gòu)：指相對(duì)于工程規(guī)模巖塊塊度小，細(xì)顆粒較多接近松散介質(zhì)的巖體結(jié)構(gòu)，一般是工程清挖的對(duì)象。（4）碎裂結(jié)構(gòu)：巖石完整性差，強(qiáng)度受地質(zhì)構(gòu)造控制。第十九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三

作為工程建筑的地基、圍巖或是材料的巖體，因?yàn)槠鋷r石質(zhì)量不同，巖體結(jié)構(gòu)類型不同，巖體結(jié)構(gòu)面類型也有差異，再加上水的參與，風(fēng)化作用的影響等等，使巖體質(zhì)量的評(píng)定因素十分復(fù)雜。但為了滿足工程建設(shè)的實(shí)際需要必須對(duì)巖體的工程地質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行分類。

三、巖體的工程地質(zhì)質(zhì)量分類第二十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三美國(guó)迪爾(伊利諾斯大學(xué))提出，即修正的巖芯采取率法。指以鉆孔獲取的大于10cm的完整巖芯的總長(zhǎng)Lp與鉆孔總進(jìn)尺Lt之比作為巖石質(zhì)量指標(biāo)：Lt5016cm15cm14cm1．巖石質(zhì)量指標(biāo)（R、Q、D—Rock,qualitydesignation）分類第二十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三依據(jù)R.Q.D值的不同將巖體質(zhì)量分為五個(gè)等級(jí)：ⅠRQD=90～100%極好的verygoodⅡRQD=75～90%好的goodⅢRQD=50～75%不足的（可以）rathergood或lessgoodⅣRQD=25～50%劣的badⅤRQD=0～25%極劣的verybad

第二十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三方法評(píng)述：該方法簡(jiǎn)單易行，且可在勘察中伴隨進(jìn)行，因而為多數(shù)工程單位采用，但它過于簡(jiǎn)單，難以反映蝕變充填物性質(zhì)，巖體抗剪性等性質(zhì)，因此多只作為分類的一個(gè)因素而非唯一因素。第二十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三方法評(píng)述：即按前述巖體結(jié)構(gòu)類型分類增加工程地質(zhì)性質(zhì)評(píng)判內(nèi)容構(gòu)成，該方法抓住了巖體、工程地質(zhì)質(zhì)量分類的實(shí)質(zhì)，但缺乏量化指標(biāo)，故在實(shí)際中較少采用。

2．巖體結(jié)構(gòu)類型分類由中科院地質(zhì)研究所谷振德在1970’s提出和完善(P147)。第二十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三巖石質(zhì)量指標(biāo)節(jié)理面糙度裂隙水折減系數(shù)

節(jié)理組數(shù)節(jié)理面蝕變程度地應(yīng)力影響Q=0.01～1000無量納，數(shù)值越大，圍巖越堅(jiān)硬完整。3．巴頓巖體分類挪威，N、巴頓于1974年為適應(yīng)隧道支護(hù)設(shè)計(jì)而提出，目的是完善RQD分類雖然簡(jiǎn)單、但卻不夠全面的不足。是一個(gè)六因素組合計(jì)算的圍巖巖體質(zhì)量Q分類法。第二十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三方法評(píng)述：該方法定性與定量結(jié)合，因素考慮較全面，但是只適用于各類地下洞室，適用面窄。第二十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三

巖石完整系統(tǒng)巖石質(zhì)量系數(shù)巖石風(fēng)化系數(shù)巖石軟化系數(shù)M值：<0.004壞巖體0.004～0.12較壞巖體

0.12～2中等巖體2～