巖體的地質(zhì)特征詳解演示文稿

巖體的地質(zhì)特征詳解演示文稿當(dāng)前第1頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)優(yōu)選巖體的地質(zhì)特征當(dāng)前第2頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)思考題1、巖塊與巖體有哪些區(qū)別？2、試比較土與巖有那些異同點(diǎn)？當(dāng)前第3頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)一、巖塊的物質(zhì)組成第1章巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征§1.2巖塊及其特征

巖塊力學(xué)性質(zhì)取決于組成巖石的礦物成分及其相對含量粘土礦物硅酸鹽類礦物碳酸鹽類礦物氧化物類礦物當(dāng)前第4頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)二、巖塊的結(jié)構(gòu)特征巖塊的結(jié)構(gòu)是指巖石內(nèi)礦物顆粒的大小、形狀、排列方式及微結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況與粒間連結(jié)方式等反映在巖塊構(gòu)成上的特征。結(jié)晶連結(jié)是礦物顆粒通過結(jié)晶相互嵌合在一起，它是通過共用原子或離子使不同晶粒緊密接觸。巖石的粒間連結(jié)分結(jié)晶連結(jié)與膠結(jié)連結(jié)。膠結(jié)連結(jié)是礦物顆粒通過膠結(jié)物連結(jié)在一起。硅質(zhì)膠結(jié)的巖塊強(qiáng)度最高；鐵質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)的次之；泥質(zhì)膠結(jié)的巖塊強(qiáng)度最低。當(dāng)前第5頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)第1章巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征二、巖塊的結(jié)構(gòu)特征微結(jié)構(gòu)面削弱巖石強(qiáng)度，形成各向異性顆粒形狀強(qiáng)度：粒狀、柱狀>片狀>鱗片狀顆粒大小強(qiáng)度：粗粒<細(xì)粒當(dāng)前第6頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)三、巖塊的風(fēng)化程度

巖石====>礦物組成和結(jié)構(gòu)改變==>巖塊的物理力學(xué)性質(zhì)改變（強(qiáng)度降低、抗變形性能減弱、空隙率增大，滲透性加大）第1章巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征風(fēng)化巖塊的風(fēng)化程度可用定性指標(biāo)和某些定量指標(biāo)表述定性指標(biāo)主要有：顏色、礦物蝕變程度、破碎程度及開挖錘擊技術(shù)特征等。定量指標(biāo)主要有風(fēng)化空隙率指標(biāo)和波速指標(biāo)等。當(dāng)前第7頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)風(fēng)化空隙率指標(biāo)(Iw)是快速浸水后風(fēng)化巖塊吸入水的質(zhì)量與干燥巖塊質(zhì)量之比。波速指標(biāo)

縱波波速（cp）

波速比

風(fēng)化系數(shù)

當(dāng)前第8頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)硬質(zhì)巖石按波速指標(biāo)的風(fēng)化分級表

《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-94）當(dāng)前第9頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)一、結(jié)構(gòu)面的成因類型(一)地質(zhì)成因類型(二)力學(xué)成因類型第1章巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征§1.3結(jié)構(gòu)面特征當(dāng)前第10頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)巖體結(jié)構(gòu)面的類型及其特征3.片麻理4.板理及千枚理受地形及原始結(jié)構(gòu)面和臨空面產(chǎn)狀控制當(dāng)前第11頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)(一)地質(zhì)成因類型1.原生結(jié)構(gòu)面巖體在成巖過程中形成的結(jié)構(gòu)面。

沉積結(jié)構(gòu)面是沉積巖在沉積和成巖過程中形成的，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)過程中形成，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、劈理和層間錯動面等。3.次生結(jié)構(gòu)面是巖體形成后在外營力作用下產(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。當(dāng)前第12頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)(二)力學(xué)成因類型張性結(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)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，延伸較長并有擦痕鏡面等現(xiàn)象發(fā)育。當(dāng)前第13頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)二、結(jié)構(gòu)面的規(guī)模Ⅰ級指大斷層或區(qū)域性斷層。控制工程建設(shè)地區(qū)的地殼穩(wěn)定性，直接影響工程巖體穩(wěn)定性；Ⅱ級指延伸長而寬度不大的區(qū)域性地質(zhì)界面。Ⅲ級指長度數(shù)十米至數(shù)百米的斷層、區(qū)域性節(jié)理、延伸較好的層面及層間錯動等。Ⅱ、Ⅲ級結(jié)構(gòu)面控制著工程巖體力學(xué)作用的邊界條件和破壞方式，它們的組合往往構(gòu)成可能滑移巖體的邊界面，直接威脅工程安全穩(wěn)定性當(dāng)前第14頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)Ⅳ級指延伸較差的節(jié)理、層面、次生裂隙、小斷層及較發(fā)育的片理、劈理面等。是構(gòu)成巖塊的邊界面，破壞巖體的完整性，影響巖體的物理力學(xué)性質(zhì)及應(yīng)力分布狀態(tài)。

Ⅳ級結(jié)構(gòu)面主要控制著巖體的結(jié)構(gòu)、完整性和物理力學(xué)性質(zhì)，數(shù)量多且具隨機(jī)性，其分布規(guī)律不太容易搞清楚，需用統(tǒng)計方法進(jìn)行研究Ⅴ級又稱微結(jié)構(gòu)面。常包含在巖塊內(nèi)，主要影響巖塊的物理力學(xué)性質(zhì)?？刂茙r塊的力學(xué)性質(zhì)；二、結(jié)構(gòu)面的規(guī)模當(dāng)前第15頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)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。據(jù)單結(jié)構(gòu)面理論，巖體中存在一組結(jié)構(gòu)面時，巖體的極限強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)面傾角間的關(guān)系為：三、產(chǎn)狀當(dāng)前第16頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)四連續(xù)性結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性反映結(jié)構(gòu)面的貫通程度。1、線連續(xù)性系數(shù)：指沿結(jié)構(gòu)面延伸方向，結(jié)構(gòu)面各段長度之和(Σa)與測線長度的比值。

K1變化在0～1之間，K1值愈大說明結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性愈好，當(dāng)K1＝1時，結(jié)構(gòu)面完全貫通。2、跡長：結(jié)構(gòu)面與巖體露頭交線的長度。當(dāng)前第17頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)

結(jié)構(gòu)面連續(xù)性分級表

當(dāng)前第18頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)五密度結(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)面法線方向單位測線長度上交切結(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)系如果測線是水平布置的，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:當(dāng)前第19頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)

結(jié)構(gòu)面間距分級表當(dāng)前第20頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)用線密度來估算巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD(Rockqualitydesignation)巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD：長度大于10cm的巖心長度之和與鉆孔總進(jìn)尺的百分比。當(dāng)前第21頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)六張開度張開度是指結(jié)構(gòu)面兩壁面間的垂直距離。結(jié)構(gòu)面兩壁面一般不是緊密接觸，使結(jié)構(gòu)面實(shí)際接觸面積減少，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面粘聚力降低和滲透性增大。如在層流條件下，平直而兩壁平行的單個結(jié)構(gòu)面的滲透系數(shù)(Kf)可表達(dá)為：當(dāng)前第22頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)

Ⅳ級及部分Ⅲ級結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、跡長、間距及張開度等幾何特征參數(shù)，服從某種隨機(jī)分布規(guī)律。結(jié)構(gòu)面張開度分級表當(dāng)前第23頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)七形態(tài)結(jié)構(gòu)面的形態(tài)可以用側(cè)壁的起伏形態(tài)及粗糙度來反映。結(jié)構(gòu)面?zhèn)缺诘钠鸱螒B(tài)分為：平直的、波狀的、鋸齒狀的、臺階狀的和不規(guī)則狀的。側(cè)壁的起伏程度可用起伏角(i)表示當(dāng)前第24頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)結(jié)構(gòu)面的粗糙度用粗糙度系JRC表示

(jointroughnesscoefficient)。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。當(dāng)前第25頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)八充填膠結(jié)特征結(jié)構(gòu)面膠結(jié)后力學(xué)性質(zhì)有所增強(qiáng)，F(xiàn)e質(zhì)膠結(jié)的強(qiáng)度最高，泥質(zhì)與易溶鹽類膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度最低，且抗水性差。未膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面，力學(xué)性質(zhì)取決于其充填情況，可分為：薄膜充填、斷續(xù)充填、連續(xù)充填及厚層充填4類1

薄膜充填是結(jié)構(gòu)面兩壁附著一層極薄的礦物膜，厚度多小于1mm，多明顯降低結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度。2

斷續(xù)充填結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)與充填物性質(zhì)、壁巖性質(zhì)及結(jié)構(gòu)面的形態(tài)有關(guān)。3

連續(xù)充填結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)主要取決于充填物性質(zhì)。4

厚層充填結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)很差，主要取決于充填物性質(zhì)，巖體往往易于沿這種結(jié)構(gòu)面滑移而失穩(wěn)。當(dāng)前第26頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)§1.4

巖體結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)控制論一、巖體的組成巖體是由結(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)別之一第1章巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征當(dāng)前第27頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)二、巖體的結(jié)構(gòu)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)面對應(yīng),劃分為四級。常用塊度模數(shù)（單位體積內(nèi)的Ⅳ級結(jié)構(gòu)體數(shù))或結(jié)構(gòu)體體積來表示結(jié)構(gòu)體規(guī)模。結(jié)構(gòu)體常見的形狀有：柱狀、板狀、楔形及菱形等。形狀不同，穩(wěn)定性不同。當(dāng)前第28頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)結(jié)構(gòu)體的形狀示意圖當(dāng)前第29頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)2巖體的結(jié)構(gòu)類型當(dāng)前第30頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)三、巖體結(jié)構(gòu)控制論

工程實(shí)踐表明，巖體的應(yīng)力傳播、變形破壞以及巖體力學(xué)介質(zhì)屬性無不受控于巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)對工程巖體控制作用主要表現(xiàn)在三方面：即巖體的變形與破壞特征巖體的應(yīng)力傳播特征工程巖體的穩(wěn)定性。

當(dāng)前第31頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)

巖體結(jié)構(gòu)控制論基本思想

1）具有一定結(jié)構(gòu)的巖體，往往具有與之相對應(yīng)的力學(xué)屬性。發(fā)育于巖體中的結(jié)構(gòu)面，是抵抗外力的薄弱環(huán)節(jié)。軟弱結(jié)構(gòu)面是巖體變形破壞的重要控制因素或邊界

2）巖體的應(yīng)力傳播特征

3）巖體的變形與破壞特征及工程巖體的穩(wěn)定性

巖體的變形主要由結(jié)構(gòu)體變形與結(jié)構(gòu)面變形兩部分構(gòu)成，并且受結(jié)構(gòu)面變形控制。一般來說，塊狀結(jié)構(gòu)巖體變形主要為貫通性結(jié)構(gòu)面滑移；碎裂狀結(jié)構(gòu)巖體變形則由Ⅲ、Ⅳ級結(jié)構(gòu)面滑移及部分巖塊變形構(gòu)成；只有完整巖體的變形才受控于巖石的變形特征。當(dāng)前第32頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)

巖體變形機(jī)制受巖體結(jié)構(gòu)控制巖體結(jié)構(gòu)整體狀結(jié)構(gòu)碎裂狀結(jié)構(gòu)塊狀結(jié)構(gòu)變形成分主要的巖塊壓縮變形結(jié)構(gòu)面滑移變形結(jié)構(gòu)體滑移及壓縮變形次要的微結(jié)構(gòu)面錯動結(jié)構(gòu)體及結(jié)構(gòu)面壓縮及結(jié)構(gòu)體性狀改變結(jié)構(gòu)體壓縮及形狀改變側(cè)脹系數(shù)小于0.5常大于0.5小變形系數(shù)結(jié)構(gòu)體壓縮及形狀改變壓密沿結(jié)構(gòu)面滑移控制巖體變形的主要因素巖石、巖相特征及Ⅴ級結(jié)構(gòu)面特征開裂的不連續(xù)的Ⅲ、Ⅳ級結(jié)構(gòu)面貫通的Ⅰ、Ⅱ級結(jié)構(gòu)面，主要為軟弱結(jié)構(gòu)面當(dāng)前第33頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)

巖體的破壞機(jī)制也受控于巖體結(jié)構(gòu)：即：結(jié)構(gòu)控制巖體破壞的難易程度、破壞的規(guī)模和破壞的過程及巖體破壞的主要方式等。巖體破壞機(jī)制受巖體結(jié)構(gòu)控制整塊體結(jié)構(gòu)巖體塊狀結(jié)構(gòu)巖體碎裂狀結(jié)構(gòu)巖體散體狀結(jié)構(gòu)巖體①張破裂②剪破壞結(jié)構(gòu)體沿結(jié)構(gòu)面滑動①結(jié)構(gòu)體張破裂②結(jié)構(gòu)體剪破裂③結(jié)構(gòu)體流動變形④結(jié)構(gòu)體沿結(jié)構(gòu)面滑動⑤結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)動⑥結(jié)構(gòu)體組合體傾倒⑦結(jié)構(gòu)體組合體潰屈①剪破壞②流動變形當(dāng)前第34頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)

巖體變形破壞方式：a.塊狀及層狀結(jié)構(gòu)巖體的塊體滑移；b.薄層狀結(jié)構(gòu)巖體的彎曲傾倒；c.碎裂結(jié)構(gòu)巖體的剪切破壞及塑性變形；d.松散及破碎結(jié)構(gòu)巖體的塑性變形。當(dāng)前第35頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)四、巖體成因與巖體特征（自學(xué)）1巖漿巖體無層理，產(chǎn)狀復(fù)雜。根據(jù)巖漿活動方式，巖漿巖可分為深成巖、淺成巖和噴出巖三類。2沉積巖體具有層理構(gòu)造，巖體呈層狀結(jié)構(gòu)。沉積巖包括他生沉積巖和自生沉積巖兩大類。3變質(zhì)巖體多數(shù)巖石變質(zhì)后都經(jīng)歷了不同程度的重結(jié)晶作用，結(jié)構(gòu)較致密，抗水性增強(qiáng)，孔隙率較低，透水性弱，抗變形性能好，強(qiáng)度高。因此與沉積巖相比，變質(zhì)巖的性質(zhì)一般要好些。當(dāng)前第36頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)思考題1、結(jié)構(gòu)面有哪些主要特征，它們是怎樣影響巖體力學(xué)性質(zhì)的？2、何為巖體結(jié)構(gòu)控制論，巖體結(jié)構(gòu)對巖體的影響有哪些？2、試總結(jié)說明三大類巖體的主要特征當(dāng)前第37頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)

1、結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)計規(guī)律

結(jié)構(gòu)面在巖體內(nèi)的分布常具隨機(jī)性，特別是Ⅳ級和Ⅴ級結(jié)構(gòu)面。這些結(jié)構(gòu)面的各幾何參數(shù)可以看作隨機(jī)變量進(jìn)行統(tǒng)計分析

§1.5結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬(自學(xué))當(dāng)前第38頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)

2、結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計方法

目前以測線法應(yīng)用最為廣泛。

測線法它是在巖石露頭表面布置一條測線，逐一量測與測線相交切的各條結(jié)構(gòu)面的幾何參數(shù)與特征。

結(jié)構(gòu)統(tǒng)計步驟：（1）選擇測量區(qū)①巖體露頭好，能夠測量到足夠多的結(jié)構(gòu)面；②巖體新鮮；③測量區(qū)巖體巖性相同，并且位于同一構(gòu)造單元內(nèi)；④露頭面盡量平直切直立。當(dāng)前第39頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)（2）測線布置，在選擇好的露頭巖面上布置測線，并將長約30m的測繩固定在測線上。測線布置應(yīng)滿足要求：

①測線應(yīng)盡量沿水平方向布置；②拉直；③當(dāng)露頭面過高時，應(yīng)標(biāo)出刪節(jié)線。刪節(jié)寬度一般為結(jié)構(gòu)面平均跡長的2-3倍，刪節(jié)線應(yīng)與測線平行，記錄刪節(jié)線方位和長度。當(dāng)前第40頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)（3）測量、記錄

測量以小組為單位，1人記錄；1-2人用羅盤量測結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀；1-2人測量結(jié)構(gòu)面半跡長（或刪節(jié)半跡長）和其它數(shù)據(jù)。并將測量到的各種數(shù)據(jù)記錄在表中。測量時應(yīng)注意凡是與測線相交的結(jié)構(gòu)面都要量測，不能漏測或有選擇性地測量。當(dāng)然對一些規(guī)模很小的或微結(jié)構(gòu)面則可不測。編號位置（m）結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀半跡長(m)隙寬(mm)端點(diǎn)類型結(jié)構(gòu)面類型粗糙度充填膠結(jié)狀態(tài)備注傾向走向傾角123┋巖體結(jié)構(gòu)面測線測量記錄表

記錄者測線方位年月日記錄表編號測量位置露頭面產(chǎn)狀露頭類型測線號巖石類型露頭面尺寸露頭條件

當(dāng)前第41頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)1，2，3，4，5-結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面端點(diǎn)類型當(dāng)前第42頁\共有45頁\編于星期二\6點(diǎn)

3、結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬

結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)