巖體結(jié)構(gòu)控制論

第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.1概述3.2巖體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)根底3.2.1巖石的成分與結(jié)構(gòu)3.2.2巖石的成巖環(huán)境與巖相變化3.2.3巖石的成層條件及其厚度變化3.2.4巖石組合特征及其劃分依據(jù)3.2.5巖石的物理力學(xué)性質(zhì)3.4巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)3.3巖體結(jié)構(gòu)3.3.1結(jié)構(gòu)面的類型及特征3.4.1巖體變形機(jī)制3.4.2巖體破壞機(jī)制精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.1概述定義：巖體是在地質(zhì)歷史時(shí)期形成的具有一定組分和結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體。將其作為工程建設(shè)的對(duì)象時(shí)，稱為“工程巖體〞。它賦存于一定的地質(zhì)環(huán)境中，并隨著地質(zhì)環(huán)境的演化而不斷變化。巖體結(jié)構(gòu)，反映巖體的本質(zhì)：①巖體結(jié)構(gòu)的不同，巖體物理力學(xué)性質(zhì)、工程巖體變性、破壞的難易程度與方式也不同；②巖體結(jié)構(gòu)還控制了巖體的水文地質(zhì)條件、風(fēng)化作用；③巖體結(jié)構(gòu)不同，巖體穩(wěn)定性的特征完全不同?！步M合角度〕精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.2巖體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)根底物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)是巖體的兩個(gè)根本特性，巖體結(jié)構(gòu)組成要素有兩個(gè)根本單元：結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面是指巖體中力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)薄弱的部位，是巖體中的地質(zhì)界面〔如層面、斷裂、風(fēng)化卸荷裂隙等〕。使巖體力學(xué)性能具有不連續(xù)性、不均一性和各向異性。它決定了巖體的介質(zhì)特征和力學(xué)屬性；結(jié)構(gòu)面的存在，尤其是較弱結(jié)構(gòu)面的存在，對(duì)巖體變形破壞方式及巖體穩(wěn)定性常常起控制作用，常常成為切割面或滑動(dòng)面；結(jié)構(gòu)面是表生作用的活潑地帶，成為巖體次生演變的重要控制因素。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論結(jié)構(gòu)體是指由結(jié)構(gòu)面所切割成的巖石塊體，即巖塊。在巖體結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)面居主導(dǎo)地位，隨著結(jié)構(gòu)面的類型、發(fā)育程度、形狀與組合情況不同，巖體結(jié)構(gòu)類型迥然不同。工程地質(zhì)工作，首先要對(duì)地層巖性進(jìn)行系統(tǒng)的研究，分析巖性巖相變化特征，并進(jìn)行巖體工程地質(zhì)分類，即工程地質(zhì)巖組〔粒組〕的劃分。把工程地質(zhì)性質(zhì)相近的巖層組合體劃歸到一起，構(gòu)成工程地質(zhì)評(píng)價(jià)的獨(dú)立單元，即工程地質(zhì)巖組。在進(jìn)行工程地質(zhì)巖組劃分時(shí)，要特變關(guān)注軟弱、松軟、破碎巖層，以便于在進(jìn)行工程地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)時(shí)，加以全面論證和重點(diǎn)分析。巖石形成于漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期，要研究巖體的物質(zhì)特征，就要充分考慮其形成的地質(zhì)環(huán)境，如：成巖作用、成巖歷史與成巖后的次生變化等。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.2.1巖石的成分與結(jié)構(gòu)巖石的成分和結(jié)構(gòu)不同，是巖石工程地質(zhì)性質(zhì)差異的主要原因：①對(duì)碎屑巖類巖石，決定其工程地質(zhì)性質(zhì)的主要是顆粒粒徑、膠結(jié)物與膠結(jié)程度、粘土礦物含量等；②對(duì)碳酸鹽巖，要特變關(guān)注其可溶性，而可溶性取決于其成分與組構(gòu)，成分尤為重要；③對(duì)巖漿巖，應(yīng)特別重視其礦物成分與化學(xué)成分、粒徑與結(jié)晶性狀?；鹕綆r物質(zhì)成分與結(jié)構(gòu)變化很大，尤其應(yīng)對(duì)軟硬相間的多層結(jié)構(gòu)給予重點(diǎn)關(guān)注；④變質(zhì)巖巖石系列千差萬(wàn)別，變質(zhì)巖的成分、結(jié)構(gòu)與變質(zhì)程度有著十分密切的關(guān)系。礦物的集中和定向排列，往往成為巖體的軟弱帶。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.2.2巖石的成巖環(huán)境與巖相變化巖石的成巖環(huán)境與巖相變化，很大程度決定了巖石的均一性與各向異性：①沉積巖成巖環(huán)境復(fù)雜，形成過程差異很大，由此決定巖性、巖相變化與層厚；②巖漿巖成因類型同樣復(fù)雜，巖性巖相隨之變化。要特別注意巖漿分異及其巖性巖相分帶、巖脈的分布及其接觸帶?；鹕綆r分布很廣，成因類型不同，其巖性巖相變化顯著，巖石組合更為復(fù)雜。海底噴發(fā)的火山巖類型，它往往與海底沉積巖交互產(chǎn)生，構(gòu)成不利的巖石組合，形成較差的工程地質(zhì)條件；③變質(zhì)巖大多形成于高溫高壓下，其物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)均發(fā)生劇烈變化，往往產(chǎn)生軟弱的巖層與巖組，如千枚巖、綠泥石片巖、石墨片巖等；精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.2.3巖石的成層條件及其厚度變化

對(duì)沉積巖及負(fù)變質(zhì)巖，巖石成層特點(diǎn)直接關(guān)系到巖體介質(zhì)的連續(xù)性與各向異性：①沉積巖，應(yīng)特別重視濱海及河湖相巖層，其厚度往往特別大。還要注意不整合面、巖層層面強(qiáng)度，尤其是軟弱夾層，常是工程地質(zhì)條件中的關(guān)鍵因素之一；②在變質(zhì)作用下，可形成明顯的定向排列或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。由于構(gòu)造作用，還會(huì)產(chǎn)生層間錯(cuò)動(dòng)。因而變質(zhì)巖成層條件復(fù)雜，單層厚度變化明顯；③巖漿巖的成層性不明顯，只是熔巖流表現(xiàn)出一定的成層特點(diǎn)?；鹕綆r有較好的成層性。在火山巖中常夾有碎屑巖，形成不穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.2.4巖石組合特征及其劃分依據(jù)巖石組合特征是研究巖體結(jié)構(gòu)物質(zhì)特征的根底工作：①巖石組合首先考慮巖石的軟硬程度，其次是巖層的厚度，第三是巖體中各類夾層的發(fā)育特征；②每一巖組均有其一定的巖石組合特征，具有相似的工程地質(zhì)特性。要結(jié)合工程區(qū)的具體情況，尋找其規(guī)律性；③巖組劃分不宜過大，否那么，會(huì)掩蓋巖體強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)。④巖組劃分必須建立在建造的根底上。各種建造的地質(zhì)體，在不同的大地構(gòu)造單元中，差異性很大。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.2.5巖石的物理力學(xué)性質(zhì)巖體可由一種巖石，亦可由多種巖石構(gòu)成。巖石的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)工程巖體的穩(wěn)定性重要作用：①巖石或巖體的物理力學(xué)性質(zhì)在很大程度上受控于其地質(zhì)屬性；②巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及其參數(shù)主要包括孔隙度或孔隙比、膨脹性、水理性質(zhì)、彈性參數(shù)、變形參數(shù)、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等；③從巖石和巖體工程地質(zhì)性所進(jìn)行的工程分類〔或分級(jí)〕具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.3巖體結(jié)構(gòu)“巖體結(jié)構(gòu)〞：由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體共同組成的結(jié)構(gòu)形態(tài)，不同類型的根本單元在巖體內(nèi)組合、排列的形式。巖體結(jié)構(gòu)受巖體中結(jié)構(gòu)面的空間分布與組合形式控制。結(jié)構(gòu)面為巖體中具有一定方位和厚度、兩向延伸的地質(zhì)界面，結(jié)構(gòu)面分為兩大類：①物質(zhì)分異面，如層面、片理面、軟弱夾層、巖漿侵入接觸面等；②巖體中的不連續(xù)面，如斷層、節(jié)理、風(fēng)化與卸荷裂隙等。結(jié)構(gòu)體的發(fā)育受結(jié)構(gòu)面發(fā)育、排列與組合的制約。結(jié)構(gòu)面往往是巖體結(jié)構(gòu)的控制因素。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.3.1結(jié)構(gòu)面的類型及特征1〕結(jié)構(gòu)面成因類型和特征精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論2〕結(jié)構(gòu)面的力學(xué)類型和特征按影響結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性的主要因素，將結(jié)構(gòu)面劃分以下四種力學(xué)類型：①破裂結(jié)構(gòu)面巖體中無(wú)充填的節(jié)理、片理、劈理等，它們?cè)诜ㄏ驊?yīng)力作用下呈剛性接觸，屬硬性結(jié)構(gòu)面。這類結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度主要取決于結(jié)構(gòu)面的幾何特征。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論②破碎結(jié)構(gòu)面如斷層破碎帶、風(fēng)化破碎帶及層間破碎夾層等，可有不同程度的膠結(jié)。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論③層狀結(jié)構(gòu)面巖體中成層的不連續(xù)面，如層面、層理及軟弱夾層等。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論④泥化結(jié)構(gòu)面為塑性泥質(zhì)組成的軟弱結(jié)構(gòu)面，如斷層泥、層間錯(cuò)動(dòng)泥化夾層、裂隙夾泥、層面夾泥。由于泥質(zhì)富集，這類結(jié)構(gòu)面易變形，強(qiáng)度低。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.4巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)實(shí)質(zhì)上就是探討巖體結(jié)構(gòu)對(duì)巖體力學(xué)行為與力學(xué)作用的影響。大量實(shí)踐與試驗(yàn)研究說(shuō)明，巖體的應(yīng)力傳播、巖體的變形破壞以及巖體力學(xué)介質(zhì)無(wú)不受控于巖體結(jié)構(gòu)。必須劃分軟弱結(jié)構(gòu)面與硬性結(jié)構(gòu)面。軟弱結(jié)構(gòu)面是巖體變形破壞的重要控制因素或邊界；硬性結(jié)構(gòu)面是劃分巖體結(jié)構(gòu)、鑒別巖體力學(xué)介質(zhì)類型的重要依據(jù)?！败浫踅Y(jié)構(gòu)面〞是力學(xué)強(qiáng)度明顯低于圍巖，一般充填有一定厚度軟弱物質(zhì)的結(jié)構(gòu)面。如泥化、軟化、破碎薄夾層等。軟弱結(jié)構(gòu)面是巖體中最容易產(chǎn)生變形和破壞的部位。它常常成為危險(xiǎn)的切割面、滑移面或構(gòu)成有害的壓縮變形帶，導(dǎo)致巖體產(chǎn)生不允許的變形或失穩(wěn)。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論3.4.1巖體變形機(jī)制指巖體變形的力學(xué)過程。如，巖塊壓縮變形是巖塊在全圍壓下體積縮?。粠r塊形狀改變、巖塊沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)和結(jié)構(gòu)體滾動(dòng)是在剪應(yīng)力作用下產(chǎn)生的；板裂結(jié)構(gòu)體橫向彎曲變形是在力矩作用下產(chǎn)生的等。巖體變形可分為材料變形型與結(jié)構(gòu)變形型兩類。

材料變形可細(xì)分為結(jié)構(gòu)體彈性變形、結(jié)構(gòu)體粘性變形、結(jié)構(gòu)面閉合變形和結(jié)構(gòu)面錯(cuò)動(dòng)變形。

結(jié)構(gòu)變形可細(xì)分為結(jié)構(gòu)體滾動(dòng)變形、板裂體結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)變形、軟弱夾層壓縮和擠出變形。精選課件第三章巖體結(jié)構(gòu)控制論巖體變形不僅與受力狀態(tài)〔外因〕密切相關(guān)，而且受巖體結(jié)構(gòu)〔內(nèi)因〕控制。不同結(jié)構(gòu)的巖體變形不同：塊裂結(jié)構(gòu)巖體最主要的變形是沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)；完整結(jié)構(gòu)巖體的變形，主要是巖石材料變形及微裂隙閉合和少量的錯(cuò)動(dòng)變形；板裂結(jié)構(gòu)巖