第二章岩块结构面及岩体的地质特征

第二章岩块与岩体的地质特征一、几个基本概念二、岩块的物质组成与结构特征三、结构面特征四、岩体的结构特征1.岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体。一、几个基本概念2.结构面（StructuralPlane）指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。4.岩体（Rockmass）是指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。3.岩块（Rockblock或Rock）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。第二章岩块与岩体的地质特征思考题一1、岩块与岩体有哪些区别？2、试比较土与岩有那些异同点？一、岩块的物质组成第二章岩块和岩体的地质特征§2.2岩块的物质组成与结构特征岩块力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量。粘土矿物硅酸盐类矿物碳酸盐类矿物氧化物类矿物二、岩块的结构特征第二章岩块和岩体的地质特征岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。结晶连结是矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结。胶结连结是矿物颗粒通过胶结物连结在一起。硅质胶结的岩块强度最高；铁质、钙质胶结的次之；泥质胶结的岩块强度最低。第二章岩块和岩体的地质特征二、岩块的结构特征微结构面削弱岩石强度，形成各向异性颗粒形状强度：粒状、柱状片状鳞片状颗粒大小强度：粗粒细粒三、岩块的风化程度岩石====矿物组成和结构改变==岩块的物理力学性质改变（强度降低、抗变形性能减弱、空隙率增大，渗透性加大）第二章岩块、结构面和岩体的地质特征风化岩块的风化程度可通过定性指标和某些定量指标来表述。定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。风化空隙率指标(Iw)是快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比。波速指标纵波波速（cp）波速比风化系数rpcpvvvkcwcwfk'第二章岩块、结构面和岩体的地质特征硬质岩石按波速指标的风化分级表《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）第二章岩块、结构面和岩体的地质特征.结构面（StructuralPlane）指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。包括物质分异面和不连续面，如层面、不整合面、节理面、断层、片理面等软弱结构面一、结构面的成因类型(一)地质成因类型§2.3结构面特征(二)力学成因类型第二章岩块、结构面和岩体的地质特征岩体结构面的类型及其特征3.片麻理4.板理及千枚理受地形及原始结构面和临空面产状控制(一)地质成因类型1.原生结构面沉积结构面：是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。岩浆结构面：是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等。变质结构面：在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶结构面。如千枚岩的千枚理面,板理面,片理、片麻理2.构造结构面是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。3.次生结构面是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。第二章岩块、结构面和岩体的地质特征(二)力学成因类型（岩体剪切和拉张破坏）张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面，岩浆岩中的冷凝节理等。特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等现象发育。第二章岩块、结构面和岩体的地质特征二、结构面的规模按结构面的延伸长度、切割深度、破碎带宽度及力学效应分：Ⅰ级指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；Ⅱ级指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。如断层、层间错动带、软弱夹层等。影响工程岩体稳定。Ⅲ级指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。控制工程岩体稳定Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体（如滑坡、崩塌等）的边界面，直接威胁工程安全稳定性第二章岩块、结构面和岩体的地质特征Ⅳ级指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。是岩体分类、岩体结构研究及结构面统计模拟的对象。Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不太容易搞清楚，需用统计方法进行研究Ⅴ级又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质。控制岩块的力学性质；第二章岩块、结构面和岩体的地质特征走向、倾向、倾角结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度与结构面倾角间的关系为：三、产状2sin)1()(2331ctgtgtgCjjj第二章岩块、结构面和岩体的地质特征滑移破坏劈裂拉张破坏剪断破坏四连续性结构面的连续性反映结构面的贯通程度。1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和(Σa)与测线长度的比值。K1变化在0～1之间，K1值愈大说明结构面的连续性愈好，当K1＝1时，结构面完全贯通。2、面连续性：指沿结构面延伸方向，结构面面积之和与总面积的比值。3、迹长：结构面与岩体露头交线的长度。baaK1第二章岩块、结构面和岩体的地质特征表2-3结构面连续性分级表第二章岩块、结构面和岩体的地质特征五密度•结构面的密度反映结构面发育的密集程度。•1、线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数(条／m)。•2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。Kd与d互为倒数关系•如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角为α，结构面的倾角为β时:cossincossin'ddKLnK第二章岩块、结构面和岩体的地质特征表2-4结构面间距分级表第二章岩块、结构面和岩体的地质特征用线密度来估算岩体质量指标RQD(rockqualitydesignation))11.0(1001.0dkkeRQDd岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心长度之和与钻孔总进尺的百分比。%10010钻孔总进尺的岩心长度之和长度大于cmRQD第二章岩块、结构面和岩体的地质特征六张开度结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。结构面两壁面一般不是紧密接触，这就使结构面实际接触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的渗透系数(Kf)可表达为：vgeKf122第二章岩块、结构面和岩体的地质特征•Ⅳ级及部分Ⅲ级结构面的产状、迹长、间距及张开度等几何特征参数，服从某种随机分布规律。表2-5结构面张开度分级表七结构面的形态可以用侧壁的起伏形态及粗糙度来反映。结构面侧壁的起伏形态分为：平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的。)2(Lharctgi侧壁的起伏程度可用起伏角(i)表示。第二章岩块、结构面和岩体的地质特征结构面的粗糙度用粗糙度系JRC表示(jointroughnesscoefficient)。随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划分为10级。第二章岩块、结构面和岩体的地质特征八充填胶结特征结构面胶结后力学性质有所增强，Fe质胶结的强度最高，泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。未胶结的结构面，力学性质取决于其充填情况，可分为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填4类1薄膜充填是结构面两壁附着一层极薄的矿物膜，厚度多小于1mm，多明显降低结构面的强度。2断续充填结构面的力学性质与充填物性质、壁岩性质及结构面的形态有关。3连续充填结构面的力学性质主要取决于充填物性质。4厚层充填结构面的力学性质很差，主要取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。第二章岩块、结构面和岩体的地质特征§2.4岩体的结构特征一、岩体的组成岩体是由结构面网络及其所围限的岩块(结构体)所组成。具有一定的结构是岩体的显著特征之一。岩体中存在着复杂的天然应力状态和地下水，这是岩体与其他材料的根本区别之一。第二章岩块、结构面和岩体的地质特征二、岩体的结构岩体结构(rockmassstructure)指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。1结构体特征结构体(structuralelement)指岩体中被结构面切割围限的岩石块体。它不同于岩块的概念。结构体的规模取决于结构面的密度，密度愈小，结构体的规模愈大,与结构面对应,划分为四级。常用块度模数（单位体积内的Ⅳ级结构体数)或结构体体积来表示结构体规模。结构体常见的形状有：柱状、板状、楔形及菱形等。形状不同，稳定性不同。第二章岩块、结构面和岩体的地质特征结构体的形状示意图第二章岩块、结构面和岩体的地质特征2岩体的结构类型第二章岩块、结构面和岩体的地质特征三、岩体成因与岩体特征（自学）1岩浆岩体无层理，产状复杂。根据岩浆活动方式，岩浆岩可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。2沉积岩体具有层理构造，岩体呈层状结构。沉积岩包括他生沉积岩和自生沉积岩两大类。3变质岩体多数岩石变质后都经历了不同程度的重结晶作用，结构较致密，抗水性增强，孔隙率较低，透水性弱，抗变形性能好，强度高。因此与沉积岩相比，变质岩的性质一般要好些。第二章岩块、结构面和岩体的地质特征思考题二1、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响岩体力学性质的？2、比较岩块与结构体的含义异同？3、试总结说明三大类岩体的主要特征第二章岩块、结构面和岩体的地质特征----总结（一）岩块、结构面、岩体的基本概念（二）岩块的物质组成与结构构造特征*（三）结构面特征（这一节很重要）1）结构面成因不同，其特征如何？2）掌握反映结构面特征的各种指标（规模、密度、产状等）的含义，怎样确定这些指标3）这些特征如何影响岩体物理力学性质（四）岩体的结构特征第二章总思考题1、岩块与岩体有哪些区别？2、试比较土与岩有那些异同点？3、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响岩体力学性质的？4、比较岩块与结构体的含义异同？5、试总结说明三大类岩体的主要特征？