工程地質(zhì)學(xué)第六章巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及

工程地質(zhì)學(xué)第六章巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及第1頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第六章巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類第一節(jié)巖體的結(jié)構(gòu)特征第二節(jié)巖體的變形與強(qiáng)度性質(zhì)第三節(jié)巖體的工程分類第2頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2023/4/72巖體結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩個(gè)要素。結(jié)構(gòu)面是指發(fā)育于巖體中，具有一定方向和延伸性，有一定厚度的地質(zhì)界面。如斷層、節(jié)理、層理及不整合面等。結(jié)構(gòu)體是指由結(jié)構(gòu)面切割而成的巖石塊體。

一、結(jié)構(gòu)面的類型(一)地質(zhì)成因類型原生結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面第一節(jié)巖體的結(jié)構(gòu)特征(二)力學(xué)成因類型張性結(jié)構(gòu)面剪性結(jié)構(gòu)面第3頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2023/4/73巖體結(jié)構(gòu)面的類型及其特征成因類型地質(zhì)類型主

要

特

征工程地質(zhì)評(píng)價(jià)產(chǎn)

狀分

布性

質(zhì)原生結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面1層理層面2軟弱夾層3不整合面、假整合面4沉積間斷面一般與巖層產(chǎn)狀一致，為層間結(jié)構(gòu)面海相巖層中此類結(jié)構(gòu)面分布穩(wěn)定，陸相巖層中呈交錯(cuò)狀，易尖滅層面、軟弱夾層等結(jié)構(gòu)面較為平整；不整合面及沉積間斷面多由碎屑泥質(zhì)物構(gòu)成，且不平整國(guó)內(nèi)外較大的壩基滑動(dòng)及滑坡很多由此類結(jié)構(gòu)面所造成的，如奧斯汀、圣·弗朗西斯、馬爾帕塞壩的破壞，瓦依昂水庫(kù)附近的巨大滑坡巖漿巖結(jié)構(gòu)面1侵入體與圍巖接觸面2巖脈巖墻接觸面3原生冷凝節(jié)理巖脈受構(gòu)造結(jié)構(gòu)面控制，而原生節(jié)理受巖體接觸面控制接觸面延伸較遠(yuǎn)，比較穩(wěn)定，而原生節(jié)理往往短小密集與圍巖接觸面可具熔合及破碎兩種不同的特征，原生節(jié)理一般為張裂面，較粗糙不平一般不造成大規(guī)模的巖體破壞，但有時(shí)與構(gòu)造斷裂配合，也可形成巖體的滑移，如有的壩肩局部滑移變質(zhì)結(jié)構(gòu)面1片理2片巖軟弱夾層產(chǎn)狀與巖層或構(gòu)造方向一致片理短小，分布極密，片巖軟弱夾層延展較遠(yuǎn)，具固定層次結(jié)構(gòu)面光滑平直，片理在巖層深部往往閉合成隱蔽結(jié)構(gòu)面，片巖軟弱夾層具片狀礦物，呈鱗片狀在變質(zhì)較淺的沉積巖，如千枚巖等路塹邊坡常見塌方。片巖夾層有時(shí)對(duì)工程及地下洞體穩(wěn)定也有影響構(gòu)造結(jié)構(gòu)面1節(jié)理（X型節(jié)理、張節(jié)理）2斷層（沖斷層、捩斷層、橫斷層）3層間錯(cuò)動(dòng)4羽狀裂隙、劈理產(chǎn)狀與構(gòu)造線呈一定關(guān)系，層間錯(cuò)動(dòng)與巖層一致張性斷裂較短小，剪切斷裂延展較遠(yuǎn)，壓性斷裂規(guī)模巨大，但有時(shí)為橫斷層切割成不連續(xù)狀張性斷裂不平整，常具次生充填，呈鋸齒狀，剪切斷裂較平直，具羽狀裂隙，壓性斷層具多種構(gòu)造巖，成帶狀分布，往往含斷層泥、糜棱巖對(duì)巖體穩(wěn)定影響很大，在上述許多巖體破壞過(guò)程中，大都有構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的配合作用。此外常造成邊坡及地下工程的塌方、冒頂次生結(jié)構(gòu)面1卸荷裂隙2風(fēng)化裂隙3風(fēng)化夾層4泥化夾層5次生夾泥層

受地形及原結(jié)構(gòu)面控制分布上往往呈不連續(xù)狀，透鏡狀，延展性差，且主要在地表風(fēng)化帶內(nèi)發(fā)育一般為泥質(zhì)物充填，水理性質(zhì)很差在天然及人工邊坡上造成危害，有時(shí)對(duì)壩基、壩肩及淺埋隧洞等工程亦有影響，但一般在施工中予以清基處理

第4頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2023/4/74(一)地質(zhì)成因類型1.原生結(jié)構(gòu)面是巖體在成巖過(guò)程中形成的結(jié)構(gòu)面?？煞譃槌练e結(jié)構(gòu)面、巖漿結(jié)構(gòu)面和變質(zhì)結(jié)構(gòu)面三類。沉積結(jié)構(gòu)面是沉積巖在沉積和成巖過(guò)程中形成的，有層理面、軟弱夾層、沉積間斷面和不整合面等。巖漿結(jié)構(gòu)面是巖漿侵入及冷凝過(guò)程中形成的結(jié)構(gòu)面，包括巖漿巖體與圍巖的接觸面、各期巖漿巖之間的接觸面和原生冷凝節(jié)理等。變質(zhì)結(jié)構(gòu)面在變質(zhì)過(guò)程中形成，分為殘留結(jié)構(gòu)面和重結(jié)晶結(jié)構(gòu)面。2.構(gòu)造結(jié)構(gòu)面是巖體形成后在構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的各種破裂面，包括斷層、節(jié)理、劈理和層間錯(cuò)動(dòng)面等。3.次生結(jié)構(gòu)面是巖體形成后在外營(yíng)力作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面，包括卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙、次生夾泥層和泥化夾層等。2023/4/75第5頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(二)力學(xué)成因類型1、張性結(jié)構(gòu)面是由拉應(yīng)力形成的，如羽毛狀張裂面、縱張及橫張破裂面、巖漿巖中的冷凝節(jié)理等特點(diǎn)：張開度大、連續(xù)性差、形態(tài)不規(guī)則、面粗糙，起伏度大及破碎帶較寬,易被充填,常含水豐富，導(dǎo)水性強(qiáng)2、剪性結(jié)構(gòu)面是剪應(yīng)力形成的，破裂面兩側(cè)巖體產(chǎn)生相對(duì)滑移，如逆斷層、平移斷層以及多數(shù)正斷層等。特點(diǎn)：連續(xù)性好，面較平直，延伸較長(zhǎng)并有擦痕鏡面等。2023/4/76第6頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四走向、傾向、傾角結(jié)構(gòu)面與最大主應(yīng)力間的關(guān)系控制著巖體的破壞機(jī)理與強(qiáng)度。如圖，當(dāng)結(jié)構(gòu)面與最大主應(yīng)力的夾角為銳角時(shí)，巖體將沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動(dòng)破壞（圖a）；當(dāng)夾角為直角時(shí)，表現(xiàn)為切過(guò)結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)生剪斷、巖體破壞（圖b）；當(dāng)夾角為0時(shí)，則表現(xiàn)為平行結(jié)構(gòu)面的劈裂拉張破壞（圖c）。

a

b

c二、結(jié)構(gòu)面特征及其對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響1、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀2023/4/77第7頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性反映結(jié)構(gòu)面的貫通程度，線連續(xù)性系數(shù)：指沿結(jié)構(gòu)面延伸方向，結(jié)構(gòu)面各段長(zhǎng)度之和(Σa)與測(cè)線長(zhǎng)度的比值。K1變化在0～1之間，K1值愈大說(shuō)明結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性愈好K1＝1時(shí)，結(jié)構(gòu)面完全貫通。2023/4/78第8頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、結(jié)構(gòu)面的密度結(jié)構(gòu)面的密度反映結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密集程度。1）線密度(Kd)是指結(jié)構(gòu)面法線方向單位測(cè)線長(zhǎng)度上交切結(jié)構(gòu)面的條數(shù)(條／m)。2）間距(d)則是指同一組結(jié)構(gòu)面法線方向上兩相鄰結(jié)構(gòu)面的平均距離。Kd與d互為倒數(shù)關(guān)系如果測(cè)線水平布置，且與結(jié)構(gòu)面法線的夾角為α，結(jié)構(gòu)面的傾角為β時(shí):2023/4/79第9頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四用線密度來(lái)估算巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD(rockqualitydesignation)巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD：長(zhǎng)度大于10cm的巖心長(zhǎng)度之和與鉆孔總進(jìn)尺的百分比。2023/4/710第10頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、結(jié)構(gòu)面的形態(tài)結(jié)構(gòu)面的形態(tài)可以用側(cè)壁的起伏形態(tài)及粗糙度來(lái)反映。結(jié)構(gòu)面?zhèn)缺诘钠鸱螒B(tài)：平直的、波狀的、鋸齒狀的、臺(tái)階狀的和不規(guī)則狀的。側(cè)壁的起伏程度可用起伏角(i)表示。2023/4/711第11頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)面的粗糙度用粗糙度系JRC(jointroughnesscoefficient)表示。隨粗糙度的增大，結(jié)構(gòu)面的摩擦角也增大。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)粗糙度剖面將結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)劃分為10級(jí)。2023/4/712第12頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、巖體的結(jié)構(gòu)巖體是由結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)及其所圍限的巖塊(結(jié)構(gòu)體)所組成。具有一定的結(jié)構(gòu)是巖體的顯著特征之一。巖體中存在著復(fù)雜的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水，這是巖體與其他材料的根本區(qū)別之一。巖體結(jié)構(gòu)(rockmassstructure)指巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的排列組合關(guān)系。1結(jié)構(gòu)體特征結(jié)構(gòu)體(structuralelement)指巖體中被結(jié)構(gòu)面切割圍限的巖石塊體。它不同于巖塊的概念。結(jié)構(gòu)體的規(guī)模取決于結(jié)構(gòu)面的密度，密度愈小，結(jié)構(gòu)體的規(guī)模愈大,與結(jié)構(gòu)面對(duì)應(yīng),劃分為五級(jí)。2023/4/713第13頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)體形狀：柱狀、板狀、楔形、菱形2023/4/714第14頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2巖體的結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖土工程問(wèn)題整體狀結(jié)構(gòu)均質(zhì)，巨塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖，巨厚層沉積巖、正變質(zhì)巖巨塊狀以原生構(gòu)造節(jié)理為主，多呈閉合型，裂隙結(jié)構(gòu)面間距大于15m，一般不超過(guò)1～2組，無(wú)危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)面組成的落石掉塊整體性強(qiáng)度高，巖體穩(wěn)定，可視為均質(zhì)彈性各向同性體不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體的局部滑動(dòng)或坍塌，深埋洞室的巖爆塊狀結(jié)構(gòu)厚層狀沉積巖、正變質(zhì)巖、塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖塊狀、柱狀只具有少量貫穿性較好的節(jié)理裂隙，裂隙結(jié)構(gòu)面間距0.7～1.5m。一般為2～3組，有少量分離體整體強(qiáng)度較高，結(jié)構(gòu)面互相牽制，巖體基本穩(wěn)定，接近彈性各向同性體層狀結(jié)構(gòu)多韻律的薄層及中厚層狀沉積巖、副變質(zhì)巖層狀、板狀、透鏡體有層理、片理、節(jié)理，常有層間錯(cuò)動(dòng)面接近均一的各向異性體，其變形及強(qiáng)度特征受層面及巖層組合控制，可視為彈塑性體，穩(wěn)定性較差不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體可能產(chǎn)生滑塌，特別是巖層的彎張破壞及軟弱巖層的塑性變形碎裂狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響嚴(yán)重的破碎巖層塊狀斷層、斷層破碎帶、片理、層理及層間結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，裂隙結(jié)構(gòu)面間距0.25~0.5m，一般在3組以上，由許多分離體形成完整性破壞較大，整體強(qiáng)度很低，并受斷裂等軟弱結(jié)構(gòu)面控制，多呈彈塑性介質(zhì)，穩(wěn)定性很差易引起規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)，地下水加劇巖體失穩(wěn)散體狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響劇烈的斷層破碎帶，強(qiáng)風(fēng)化帶，全風(fēng)化帶碎屑狀顆粒狀斷層破碎帶交叉，構(gòu)造及風(fēng)化裂隙密集，結(jié)構(gòu)面及組合錯(cuò)綜復(fù)雜，并多充填粘性土，形成許多大小不一的分離巖塊完整性遭到極大破壞，穩(wěn)定性極差，巖體屬性接近松散體介質(zhì)易引起規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)，地下水加劇巖體失穩(wěn)2023/4/715第15頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四整體狀結(jié)構(gòu)與塊狀結(jié)構(gòu)2023/4/716第16頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四層狀結(jié)構(gòu)2023/4/717第17頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四碎裂狀結(jié)構(gòu)2023/4/718第18頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四散體狀結(jié)構(gòu)2023/4/719第19頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、法向變形性質(zhì)1.法向變形特征兩塊試件（含結(jié)構(gòu)面、不含結(jié)構(gòu)面）做變形試驗(yàn)，得變形曲線σｎ-ΔＶ，設(shè)不含結(jié)構(gòu)面的巖塊變形為ΔＶｒ，含結(jié)構(gòu)面的巖塊變形為ΔＶｔ，則結(jié)構(gòu)面的變形（法向閉合變形）ΔＶｊ為：ΔＶｊΔＶｔΔＶｒΔＶｊ＝ΔＶｔ－ΔＶｒ第二節(jié)結(jié)構(gòu)面的變形與強(qiáng)度性質(zhì)2023/4/720第20頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四應(yīng)力-變形關(guān)系曲線

ABC2023/4/721第21頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四法向剛度Ｋｎ（normalstiffness）是指在法向應(yīng)力作用下，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生單位法向變形所需要的應(yīng)力，在數(shù)值上等于σｎ-Ｖｊ曲線上一點(diǎn)的切線斜率。2.法向剛度2023/4/722第22頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四粗糙結(jié)構(gòu)面，呈脆性變形型平直結(jié)構(gòu)面，呈塑性變形型結(jié)構(gòu)面變形與風(fēng)化程度有關(guān)結(jié)構(gòu)面的剪切剛度，隨法向應(yīng)力的增大而增大，隨結(jié)構(gòu)面的規(guī)模增大而降低。1、剪切變形特征二、結(jié)構(gòu)面的剪切變形性質(zhì)2023/4/723第23頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四剪切剛度KS（shearstiffness）是反映結(jié)構(gòu)面剪切變形性質(zhì)的重要參數(shù)，其數(shù)值等于峰值前τ-u曲線上任一點(diǎn)的切線斜率。2.剪切剛度2023/4/724第24頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）平直無(wú)充填的結(jié)構(gòu)面平直無(wú)充填的結(jié)構(gòu)面包括剪應(yīng)力作用下形成的剪性破裂面，如剪節(jié)理、剪裂隙等，發(fā)育較好的層理面與片理面。特點(diǎn)是面平直、光滑，只具微弱的風(fēng)化蝕變。堅(jiān)硬巖體中的剪破裂面還發(fā)育有鏡面、擦痕及應(yīng)力礦物薄膜等。這類結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度大致與人工磨制面的摩擦強(qiáng)度接近，即：三、結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度性質(zhì)2023/4/725第25頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）粗糙起伏無(wú)充填的結(jié)構(gòu)面

剪切特點(diǎn)：①當(dāng)σ較小時(shí)，上盤巖塊上下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生爬坡效應(yīng)，增大了τ②當(dāng)σ較大時(shí)，將剪斷凸起而運(yùn)動(dòng)，也增大了τσττ2023/4/726第26頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、規(guī)則鋸齒形結(jié)構(gòu)面（1）σ較小，剪脹作用Patton公式2023/4/727第27頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）σ較大，啃斷作用式中

，Ｃ分別為結(jié)構(gòu)面壁巖的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力。上式為法向應(yīng)力σ≥σ1時(shí)，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，其包絡(luò)線如圖所示。剪斷凸起的條件為：2023/4/728第28頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、不規(guī)則起伏結(jié)構(gòu)面自然界巖體中絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)面的粗糙起伏形態(tài)是不規(guī)則的，起伏角也不是常數(shù)。其強(qiáng)度包絡(luò)線不是折線，而是曲線形式。2023/4/729第29頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四巴頓對(duì)８種不同粗糙起伏的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了試驗(yàn)研究，提出了剪脹角的概念并用以代替起伏角，剪脹角αｄ（angleofdilatancy）的定義為剪切時(shí)剪切位移的軌跡線與水平線的夾角，即：2023/4/730第30頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Barton方程：Barton通過(guò)大量結(jié)構(gòu)面剪切試驗(yàn)，用統(tǒng)計(jì)方法求得結(jié)構(gòu)面的基本摩擦角u＝２５°～３５°之間。因此，上式右邊的第二項(xiàng)應(yīng)當(dāng)就是結(jié)構(gòu)面的基本摩擦角u

，而第一項(xiàng)的系數(shù)取整數(shù)２。Barton方程2023/4/731第31頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）非貫通斷續(xù)的結(jié)構(gòu)面這類結(jié)構(gòu)面由裂隙面和非貫通的巖橋組成。在剪切過(guò)程中，一般認(rèn)為兩者都起抗剪作用。通過(guò)的裂隙面和巖橋都起抗剪作用。假設(shè)沿整個(gè)剪切面上的應(yīng)力分布是均勻的，結(jié)構(gòu)面的線連續(xù)性系數(shù)為Ｋ1，則整個(gè)結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度為：裂面巖橋裂面巖橋Ctgφ2023/4/732第32頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四裂面巖橋裂面巖橋Ctgφ2023/4/733第33頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（四）具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面包括泥化夾層和各種類型的夾泥層，其形成多與水的作用和各類滑錯(cuò)作用有關(guān)。這類結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)常與充填物的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)及充填程度和厚度等因素密切相關(guān)。第34頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2023/4/734第三節(jié)巖體的變形與強(qiáng)度性質(zhì)

巖體的變形是巖塊變形和結(jié)構(gòu)變形的總和，結(jié)構(gòu)變形通常包括結(jié)構(gòu)面閉合、充填物的壓密及結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)等變形。巖體變形=巖塊變形+結(jié)構(gòu)面閉合+充填物壓縮+其他變形在一般情況下，巖體的結(jié)構(gòu)變形起著控制作用。2023/4/735第35頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、巖體變形性質(zhì)承壓板法狹縫法鉆孔變形法水壓洞室法單(雙)軸壓縮試驗(yàn)法聲波法地震波法原位巖體變形試驗(yàn)靜力法動(dòng)力法1、巖體變形試驗(yàn)2023/4/736第36頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）法向變形曲線直線型上凹型上凸型復(fù)合型2、巖體變形曲線類型及其特征

2023/4/737第37頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）剪切變形曲線峰值前曲線平均斜率小，破壞位移大；峰值后應(yīng)力降很小或不變。多為沿軟弱結(jié)構(gòu)面剪切。峰值前曲線平均斜率較大，峰值強(qiáng)度較高。峰值后應(yīng)力降較大。多為沿粗糙結(jié)構(gòu)面、軟弱巖體及劇風(fēng)化巖體剪切。峰值前曲線斜率大，線性段和非線性段明顯，峰值強(qiáng)度高，破壞位移小。峰值后應(yīng)力降大，殘余強(qiáng)度較低。多為剪斷堅(jiān)硬巖體。2023/4/738第38頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、巖體的強(qiáng)度性質(zhì)巖體強(qiáng)度是指巖體抵抗外力破壞的能力。巖體的強(qiáng)度既不同于巖塊的強(qiáng)度，也不同于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，一般情況下，其強(qiáng)度介于巖塊與結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度之間。巖體和巖塊一樣，巖體強(qiáng)度也有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度之分。2023/4/739第39頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、巖體的剪切強(qiáng)度

巖體的剪切強(qiáng)度是指巖體內(nèi)任一方向剪切面，在法向應(yīng)力作用下所能抵抗的最大剪應(yīng)力。剪切強(qiáng)度分為抗剪斷強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗切強(qiáng)度?？辜魯鄰?qiáng)度是指在任一法向應(yīng)力下，橫切結(jié)構(gòu)面剪切破壞時(shí)巖體能抵抗的最大剪應(yīng)力?？辜魪?qiáng)度是指在任一法向應(yīng)力下，巖體沿已有破裂面剪切破壞時(shí)的最大應(yīng)力?？骨袕?qiáng)度是指剪切面上的法向應(yīng)力為零時(shí)的抗剪斷強(qiáng)度。2023/4/740第40頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四巖體的剪切強(qiáng)度是具有上限和下限的值域，其強(qiáng)度包絡(luò)線也是有上限和下限的曲線族。上限是巖體的剪斷強(qiáng)度,下限是結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度。應(yīng)力σ較低時(shí)，強(qiáng)度變化范圍較大，隨著應(yīng)力增大，范圍逐漸變小。應(yīng)力σ高到一定程度時(shí)，包絡(luò)線變?yōu)橐粭l曲線，巖體強(qiáng)度將不受結(jié)構(gòu)面影響而趨于各向同性體。沿結(jié)構(gòu)面剪切(重剪破壞)時(shí)，巖體剪切強(qiáng)度最低，等于結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度。橫切結(jié)構(gòu)面剪切(剪斷破壞)時(shí)，巖體剪切強(qiáng)度最高。沿復(fù)合剪切面剪切(復(fù)合破壞)時(shí)，其強(qiáng)度介于以上兩者之間。2023/4/741第41頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四堅(jiān)硬巖石軟弱巖石2023/4/742第42頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、裂隙巖體的壓縮強(qiáng)度

巖體的壓縮強(qiáng)度分為單軸抗壓強(qiáng)度和三軸壓縮強(qiáng)度。在生產(chǎn)實(shí)際中，通常是采用原位單軸壓縮和三軸壓縮試驗(yàn)來(lái)確定。

2023/4/743第43頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四單結(jié)構(gòu)面理論2023/4/744第44頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、裂隙巖體強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)估算

Hoek-Brown的經(jīng)驗(yàn)方程2023/4/745第45頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四方法：通過(guò)巖體的一些簡(jiǎn)單和容易實(shí)測(cè)的指標(biāo)，把工程地質(zhì)條件和巖體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，并借鑒已建工程設(shè)計(jì)、施工和處理等方面成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)巖體進(jìn)行歸類的一種工作方法。目的：通過(guò)分類，概括地反映各類工程巖體的質(zhì)量好壞，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的巖體力學(xué)問(wèn)題。為工程設(shè)計(jì)、支護(hù)襯砌、建筑物選型和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。第四節(jié)巖體的工程分類2023/4/746第46頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、巖塊的工程分類

1、Deere&Miller雙指標(biāo)分類分類指標(biāo)：巖塊抗壓強(qiáng)度（c）、模量比（Et/c）類別巖塊分類σc(MPa)巖石類型舉例A極高強(qiáng)度＞200石英巖、輝長(zhǎng)巖、玄武巖B高強(qiáng)度100~200大理巖、花崗巖、片麻巖C中等強(qiáng)度50~100砂巖、板巖D低強(qiáng)度25~50煤、粉砂巖、片巖E極低強(qiáng)度1~25白堊、鹽巖類別Et/σc分類Et/σcH高模量比＞500M中等模量比200~500L低模量比＜2002023/4/747第47頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2國(guó)標(biāo)《巖土工程勘察規(guī)范》分類分類指標(biāo)：新鮮巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度（cw）類別亞類飽和單軸抗壓強(qiáng)度(MPa)代表性巖石硬質(zhì)巖石極硬巖石＞60花崗巖、花崗片麻巖、閃長(zhǎng)巖、玄武巖、石灰?guī)r、石英砂巖、石英巖、大理巖、硅質(zhì)礫巖等次硬巖石30~60軟質(zhì)巖石次軟巖石5~30粘土巖、頁(yè)巖、千枚巖、綠泥石片巖、云母片巖等極軟巖石＜52023/4/748第48頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、巖體的工程分類1巖體質(zhì)量分級(jí)2洞室圍巖分類3巖體地質(zhì)力學(xué)分類（RMR分類）4巴頓巖體質(zhì)量分類（Q分類）2023/4/749第49頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、巖體質(zhì)量分級(jí)（《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》GB50218-94）

分級(jí)指標(biāo)：巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ

BQ=90+3σcw+250Kv

當(dāng)σcw＞90Kv＋30時(shí)，令σcw＝90Kv＋30當(dāng)Kv＞0.04σcw＋0.4時(shí)，令Kv＝0.04σcw＋0.4Jv與Kv對(duì)照表Jv(條/m3)＜33~1010~2020~35＞35Kv＞0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15＜0.152023/4/750第50頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2023/4/751第51頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2023/4/752第52頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2023/4/753第53頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四分級(jí)方法：（1）按巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進(jìn)行初步分級(jí)（2）根據(jù)天然應(yīng)力、地下水和結(jié)構(gòu)面方位等對(duì)BQ進(jìn)行修正（3）按修正后的［BQ］進(jìn)行詳細(xì)分級(jí)基本質(zhì)量級(jí)別巖體質(zhì)量的定性特征巖體基本質(zhì)量指標(biāo)(BQ)Ⅰ堅(jiān)硬巖，巖體完整＞550Ⅱ堅(jiān)硬巖，巖體較完整；較堅(jiān)硬巖，巖體完整550~451Ⅲ堅(jiān)硬巖，巖體較破碎；較堅(jiān)硬巖或軟、硬巖互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整450~351Ⅳ堅(jiān)硬巖，巖體破碎；較堅(jiān)硬巖，巖體較破碎—破碎；較軟巖或軟硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完整—較破碎；軟巖，巖體完整—較完整350~251Ⅴ較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎—破碎；全部極軟巖及全部極破碎巖＜2502023/4/754第54頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度σcw(MPa)＞6060~3030~1515~5＜5堅(jiān)硬程度堅(jiān)硬巖較堅(jiān)硬巖較軟巖軟巖極軟巖巖石堅(jiān)硬程度劃分表

巖體完整程度劃分表

巖體完整性系數(shù)Kv＞0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15＜0.15完整程度完整較完整較破碎破碎極破碎2023/4/755第55頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四各級(jí)巖體物理力學(xué)參數(shù)及圍巖自穩(wěn)能力表

級(jí)別密度ρ(g/cm3)抗剪強(qiáng)度變形模量E(GPa)泊松比μ圍巖自穩(wěn)能力φ(°)C(MPa)Ⅰ＞2.65＞60＞2.1＞330.2跨度≤20m，可長(zhǎng)期穩(wěn)定，偶有掉塊，無(wú)塌方Ⅱ＞2.6560~502.1~1.533~200.2~0.25跨度10~20m，可基本穩(wěn)定，局部可掉塊或小塌方;跨度＜10m，可長(zhǎng)期穩(wěn)定，偶有掉塊Ⅲ2.65~2.4550~391.5~0.720~60.25~0.3跨度10~20m，可穩(wěn)定數(shù)日~1月，可發(fā)生小至中塌方；跨度5~10m，可穩(wěn)定數(shù)月，可發(fā)生局部塊體移動(dòng)及小至中塌方；跨度＜5m，可基本穩(wěn)定Ⅳ2.45~2.2539~270.7~0.26~1.30.3~0.35跨度＞5m，一般無(wú)自穩(wěn)能力，數(shù)日至數(shù)月內(nèi)可發(fā)生松動(dòng)、小塌方，進(jìn)而發(fā)展為中至大塌方。埋深小時(shí)，以拱部松動(dòng)為主，埋深大時(shí)，有明顯塑性流動(dòng)和擠壓破壞；跨度≤5m，可穩(wěn)定數(shù)日至1月Ⅴ＜2.25＜27＜0.2＜1.3＞0.35無(wú)自穩(wěn)能力2023/4/756第56頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)?shù)叵露词覈鷰r處于高天然應(yīng)力區(qū)或圍巖中有不利于巖體穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面和地下水時(shí)，巖體BQ值應(yīng)進(jìn)行修正，修正值［BQ］按下式計(jì)算：［BQ］＝BQ－100(K1＋K2＋K3)

K1-地下水影響修正系數(shù)；

K2-主要軟弱面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；

K3-天然應(yīng)力影響修正系數(shù)。根據(jù)修正值的［BQ］進(jìn)行重新分級(jí)。確定各級(jí)巖體的物理力學(xué)參數(shù)和圍巖自穩(wěn)能力。2023/4/757第57頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四K1BQ＞450450~350350~250＜25地下水狀態(tài)潮濕或點(diǎn)滴狀出水00.10.2~0.30.4~0.6淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?，水壓?.1MPa或單位水量＜10L／min0.10.2~0.30.4~0.60.7~0.9淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?，水壓?.1MPa或單位水量＞10L／min0.20.4~0.60.7~0.91.0地下水影響修正系數(shù)(K1)表

2023/4/758第58頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及其與洞軸線的組合關(guān)系結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角α＜30°，傾角β＝30°~75°結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角α＞60°，傾角β＞75°其他組合K20.4~0.50~0.20.2~0.4主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)(K2)表

K3BQ

＞550550~450450~350350~250＜250天然應(yīng)力狀態(tài)極高應(yīng)力區(qū)1.01.01.0~1.51.0~1.51.0高應(yīng)力區(qū)0.50.50.50.5~1.00.5~1.0天然應(yīng)力影響修正系數(shù)(K3)表

2023/4/759第59頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、洞室圍巖分類

（《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》）分類指標(biāo)：巖體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征、巖石強(qiáng)度及巖體聲學(xué)性質(zhì)、優(yōu)點(diǎn)：給出了毛洞自穩(wěn)性的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)，給出了各類圍巖的噴錨支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)及圍巖物理力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算指標(biāo)。2023/4/760第60頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圍巖類別主要工程地質(zhì)特點(diǎn)毛洞穩(wěn)定情況巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響程度，結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況和組合狀態(tài)巖石強(qiáng)度指標(biāo)巖體聲波指標(biāo)巖體強(qiáng)度應(yīng)力比Sm單軸飽和抗壓強(qiáng)度σcw(MPa)點(diǎn)荷載強(qiáng)度(MPa)

巖體縱波度vmp(km／s)巖體完整性系數(shù)Kv

Ⅰ整體狀及層間結(jié)合良好的厚層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響輕微，偶有小斷層。結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，僅有兩到三組，平均間距大于0.8m，以原生和構(gòu)造節(jié)理為主，多數(shù)閉合，無(wú)泥質(zhì)充填，不貫通。