第六章巖體的工程特性

第六章巖體的工程特性第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五6.1巖體與巖體結(jié)構(gòu)

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。

結(jié)構(gòu)面是指巖體中具有一定方向、力學(xué)強(qiáng)度相對較低、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。第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五

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。第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五

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?，對巖體的結(jié)構(gòu)特征的研究，是分析評價區(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。巖體結(jié)構(gòu)特征及主要類型結(jié)構(gòu)面的主要類型及特征第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五

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。第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五構(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)面層間錯動帶，羽狀裂隙，破劈理。第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五

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

第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五結(jié)構(gòu)面規(guī)模等級劃分：按其對巖體力學(xué)行為所起控制作用，可劃分為三個等級，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，延伸長度米級-數(shù)十米，具有統(tǒng)計優(yōu)勢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，長度從毫米級至厘米級，隨機(jī)分布可有統(tǒng)計優(yōu)勢方位影響巖塊的強(qiáng)度和變形破壞特征巖石的隱微裂隙第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五巖體分類巖體結(jié)構(gòu)分類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。

整體結(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。

第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五

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?？蛇M(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、散體化的等四個等級。第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五6-2巖體工程分級與分類1.工程巖體分級

目的：作為地基或圍巖的巖體，從工程的實際出發(fā)，對其進(jìn)行分級；并根據(jù)其特性進(jìn)行試驗，得出相應(yīng)的設(shè)計計算指標(biāo)和參數(shù)，是工程建設(shè)達(dá)到經(jīng)濟(jì)，合理和安全的目的。

通用-------專用第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五2.影響巖體工程性質(zhì)的主要因素

a.巖石強(qiáng)度和質(zhì)量主要表現(xiàn)在:1.強(qiáng)度(軟、硬)2.變形性(結(jié)構(gòu)的致密、疏松)b.巖體完整性巖體被斷層、節(jié)理、裂隙、層面、巖脈、破碎帶等所切割導(dǎo)致巖體完整性破壞和削弱的根本原因。c.水的影響主要表現(xiàn)：1.使巖石的物理力學(xué)性質(zhì)惡化,對巖石強(qiáng)度的削弱.2.沿巖體的裂隙形成滲流.第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五3.工程巖體分級的代表性方案70年開始,國內(nèi)外提出了許多工程巖體的分級標(biāo)準(zhǔn),其中影響較大的有RMR,RSR,Q,Z系統(tǒng).(方案見下頁)這些方案從不同角度反映巖體結(jié)構(gòu)特征,巖體所處環(huán)境和巖體力學(xué)特鎮(zhèn).但是彼此缺乏可比性,一致性.因此,94年建設(shè)部批準(zhǔn)<<工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)>>GB50218--94為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn).第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五分類方案巖體質(zhì)量指標(biāo)計算公式及方法參數(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）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)至破碎劃分四個等級。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個等級，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)系統(tǒng)（Baton,1974)RQD—巖石質(zhì)量指標(biāo)0—100Jn—裂隙組數(shù)，無裂—破裂，0.5—20Jr—裂隙粗糙度，粗糙—鏡面，4—0.5Ja—裂隙蝕變程度，新鮮—蝕變夾泥，0.75—20Jw—裂隙水折減系數(shù)，干燥—特大水流，1—0.05SRF—應(yīng)力折減系數(shù)，表示洞室開挖中巖性和地應(yīng)力對圍巖抗變形能力的折減，高者可達(dá)20（高應(yīng)力狀態(tài)巖石趨于流動），低者2.5（接近地表的堅硬巖石）

很好Q400—1000

極好Q100—400

很好Q40—100

好Q10—40

一般Q4—10

壞Q1—4

很壞Q0.1—1

壞Q0.01—0.1

特壞Q0.001—0.01Z系統(tǒng)

Z=I

.

f.

R

乘積法（串聯(lián)系統(tǒng)）谷德振，1979I—完整性系數(shù)，I=V2m/V2rVm—巖體中縱波速Vr—巖石中縱波速f—結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度系數(shù)R—巖石堅固系數(shù)（為巖石濕單軸抗壓強(qiáng)度的百分之一）Z的變化范圍為0.01—20表

巖體質(zhì)量分類代表性方案第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五3.工程巖體分級的代表性方案分類中，為了探討不同分類方案之間的相關(guān)性，魯弗里奇等根據(jù)新西蘭多個工程的經(jīng)驗，對RMR、RSR和Q系統(tǒng)三者得出的如下關(guān)系式：

RMR=1.35lgQ+43RSR=0.77RMR+12.4RSR=13.3lgQ+46.5第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五4.工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(GB50218—94)由于影響巖體穩(wěn)定因素復(fù)雜多樣,GB提出了對工程巖體進(jìn)行初步和詳細(xì)分級的兩類定級方法.(1)初步分級:堅硬程度+巖體完整程度基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析確定a.巖石堅硬程度

Ⅰ.定性劃分(見下頁)第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五4.工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(GB50218—94)第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五Ⅱ.定量確定采用巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度(Rc)實測值,無條件取得實測值,按下式換算:Rc=22.82Is(50)0.754.工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(GB50218—94)第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五b.巖體完整程度的確定Ⅰ.定性劃分4.工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(GB50218—94)第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五

4.工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(GB50218—94)第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五Ⅱ定量確定4.工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(GB50218—94)第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五c巖體基本質(zhì)量分級巖體基本質(zhì)量指標(biāo):BQ=90+3Rc+250Kv