搜索
岩石力学岩石力学辽宁科技大学RockMechanics岩石力学第二章岩体力学性质岩石力学2.1岩石与岩体岩石力学一、岩石与岩体的概念构造:组成成分的空间分布及其相互间排列关系矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。岩石：岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物。岩石力学岩体=岩块+结构面岩体结构面岩块结构面：断面、节理、层理、、片理、不整合面等。岩石分类变质岩：不稳定与变质程度和原岩性质有关岩浆岩：强度高、均质性好沉积岩：强度不稳定，各向异性一、岩石与岩体的概念岩石力学岩体是地质体，它经历过多次反复地质作用，经受过变形，遭受过破坏，形成一定的岩石成分和结构，赋存于一定的地质环境中。岩体力学性质：岩体抵抗外力作用的能力。包括岩体的稳定性特征、强度特征和变形特征，由岩石、结构面和赋存条件决定的。试件尺寸增大而降低工程开挖与结构面空间组合环境因素影响而变岩体力学性质一、岩石与岩体的概念岩石力学影响岩体力学性质的基本因素：1、结构体(岩石)力学性质；2、结构面力学性质；3、岩体结构力学效应和环境因素，特别是水和地应力的作用。一、岩石与岩体的概念岩石力学岩体内存在各种地质界面，它包括物质分异面和不连续面，如断层、层理、节理、片理、假整合、不整合和褶皱等。这些不同成因、不同特性的地质界面统称为结构面(弱面)。一、岩石与岩体的概念岩石力学结构面(弱面)在横向延展上具有面的几何特性，常充填有一定物质、具有一定厚度。节理和裂隙是由两个面及面间的水或气组成；断层及层间错动面是由上下盘两个面及面间充填的断层泥和水构成的实体组成。一、岩石与岩体的概念岩石力学一、岩石与岩体的概念岩石力学二、结构体结构体：结构面依其本身的产状，彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩石块体，被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。结构体有块状、柱状、板状及菱形、楔形和锥形体等，如果风化强烈或挤压破碎严重，也可形成碎屑状、颗粒状和鳞片状等。岩石力学二、结构体岩石力学二、结构体岩石力学三、岩体结构单元结构体和结构面称为岩体结构单元或岩体结构要素。不同类型的岩体结构单元在岩体内的组合、排列形式称为岩体结构。岩体结构单元可划分为两类四种，四种结构单元在岩体内组合、排列形式不同，构成不同的岩体结构。岩体结构单元坚硬结构面(干净的)软弱结构面(夹泥的夹层)块状结构体(短轴的)板状结构体(长厚比大于15）结构面结构体岩石力学四、结构体的作用结构体(岩石)对岩体力学性质的影响，通过结构体的力学性质来表征。在某种情况下结构体对岩体力学性质和力学作用具有控制作用，在结构体强度很高时主要是结构面的力学性质决定岩体的力学性质。岩石力学五、岩体赋存环境岩体的赋存环境：包括地应力、地下水和地温三部分，对岩体的力学性质有重要的影响。地应力具有双重性，一方面它是岩体的赋存条件，另一方面又赋存于岩体之内，和岩体组成成分一样左右着岩体的特性，是岩体力学特性的组成成分。岩石力学六、地应力的影响地应力对岩体力学性质的影响：①、地应力影响岩体的承载能力，对赋存于一定地应力环境中的岩体来说，地应力对岩体形成的围压越大，其承载能力越大。②、地应力影响岩体的变形和破坏机制，许多低围压下呈脆性破坏的岩石在高围压下呈剪塑性变形，这种变形和破坏机制的变化说明岩体赋存的条件不同，岩体的本构关系也不同。岩石力学③、地应力影响岩体中的应力传播的法则，严格来说岩体是非连续介质，但由于岩块间存在摩擦作用，赋存于高应力地区的岩体，在地应力围压的作用下则变为具有连续介质特征的岩体，即地应力可以使不连续变形的岩体转化为连续变形的岩体。六、地应力的影响岩石力学岩石力学2.2岩体结构基本类型岩石力学一、岩体结构分类依据①第一依据—结构面类型，它规定结构级序软弱结构面——I级岩体结构坚硬结构面——Ⅱ级岩体结构岩体结构单元有结构面和结构体两种基本要素，结构面分软弱结构面和坚硬结构面两类，结构体按力学作用可归并为块状结构体和板状结构体两大类。它们在岩体内不同组合、排列构成不同类型的岩体结构。岩石力学一、岩体结构分类依据②、第二依据——结构面切割程度及结构体类型，它规定岩体结构基本类型过渡型岩体结构：软硬结构面混杂、结构面无序状排列—散体结构Ⅰ级岩体结构Ⅱ级岩体结构结构面贯通切割—碎裂结构结构面断续切割—断续结构无显结构面切割—完整结构块状结构体—块裂结构板状结构体—板裂结构岩石力学一、岩体结构分类依据块状的——块状碎裂结构层状的——层状碎裂结构③、亚类划分依据：亚类的划分主要是依据岩体的原生结构，例如碎裂结构可划分为：岩石力学二、岩体结构分类方案根据结构面对岩体力学性质的影响程度以及分类依据，可以将岩体结构划分I级的块裂结构、板裂结构，Ⅱ级的完整结构、断续结构、碎裂结构及过渡类型的散体结构。六种岩体结构类型是比较典型的，而实际的岩体是比较复杂的，岩体结构划分时需要有一种模糊的观点，只能择其趋向性而定，这也是岩体力学性质具有不确定性表现的一个方面。岩石力学二、岩体结构分类方案级序结构类型划分依据亚类划分依据ⅠⅠ1块裂结构多组软弱结构面切割，块状结构体块状块裂结构原生岩体结构呈块状层状块裂结构原生岩体结构呈层状Ⅰ2板裂结构一组软弱结构面切割，板状结构体块状板裂结构原生岩体结构呈块状层状板裂结构原生岩体结构呈层状ⅡⅡ1完整结构无显结构面切割块状完整结构原生岩体结构呈块状板状完整结构原生岩体结构呈层状Ⅱ2断续结构显结构面断续切割块状断续结构原生岩体结构呈块状层状断续结构原生岩体结构呈层状Ⅱ3碎裂结构坚硬结构面贯通切割，结构体为块状块状碎裂结构原生岩体结构呈块状层状碎裂结构原生岩体结构呈层状过渡型散体结构软硬结构面混杂结构面无序分布碎屑状散体结构结构体为角砾，原生岩体结构特征已消失糜棱化散体结构结构体为糜棱质，原生岩体结构特征已消失岩体结构类型表岩石力学三、岩体结构的地质特征1、完整结构岩体完整结构岩体多半是碎裂结构岩体中结构面被后生作用愈合而成。后生愈合有两种，其一为压力愈合，其二为胶结愈合，具有粘性成分物质，如粘土岩、长石质、石灰质矿物成分组成的岩体。岩石力学三、岩体结构的地质特征中国科学研究院地质研究所岩体结构分类名称结构面间距／cm完整性系数I主要结构面级别主要结构面类型主要结构面摩擦系数f岩块湿抗压强度／MPa整体结构100O.75存在Ⅳ，V级刚性结构面0.6060岩石力学三、岩体结构的地质特征2、块裂结构岩体块裂结构岩体是多组或至少有—组软弱结构面切割及坚硬结构面参与切割成块状结构体的高级序岩体结构。岩石力学三、岩体结构的地质特征中国科学研究院地质研究所岩体结构分类名称结构面间距／cm完整性系数I主要结构面级别主要结构面类型主要结构面摩擦系数f岩块湿抗压强度／MPa块状结构100～500.75～0.35以Ⅳ、V级为主刚性结构面局部为破碎结构面0.4～0.630—般大于60岩石力学三、岩体结构的地质特征块裂结构岩体的结构体：（1）、由岩浆岩、变质岩及厚层大理岩、灰岩、砂岩等块状原生结构岩体构成；（2）、由薄至中厚层沉积岩，层状浅变质岩及岩浆喷出岩等层状原生结构岩体组成；块裂结构岩体的软弱结构面主要为断层，层间错动也是重要的软弱结构面之一，参与切割的坚硬结构面一般延展较长，多数为错动过的坚硬结构面。岩石力学三、岩体结构的地质特征3、板裂结构岩体主要发育于经过褶皱作用的层状岩体内，受一组软弱结构面切割，结构体呈板状。软弱结构面主要为层间错动面或块状原生结构岩体内的似层间错动面，结构体多数为组合板状结构体，有的亦为完整板状结构体。岩石力学三、岩体结构的地质特征中国科学研究院地质研究所岩体结构分类名称结构面间距／cm完整性系数I主要结构面级别主要结构面类型主要结构面摩擦系数f岩块湿抗压强度／MPa层状结构50～300.6～0.3以Ⅲ，Ⅳ级为主刚性结构面柔性结构面0.3～0.530岩石力学三、岩体结构的地质特征4、碎裂结构岩体碎裂结构岩体尽管可以划分为块状碎裂结构岩体及层状碎裂结构岩体两种亚类，但它们的共同点是切割岩体的结构面是有规律的，即主要为原生结构面及构造结构面。岩石力学三、岩体结构的地质特征中国科学研究院地质研究所岩体结构分类名称结构面间距／cm完整性系数I主要结构面级别主要结构面类型主要结构面摩擦系数f岩块湿抗压强度／MPa碎裂结构500.30破碎结构面0.16～0.4030岩石力学三、岩体结构的地质特征碎裂结构主要形成于岩浆岩侵入体、深变质的片麻岩、混合岩、大理岩、石英岩及层理不明显的巨厚层灰岩、砂岩等岩体内。特点是结构体块度大，大多为1～2m，但块度较均匀，层状碎裂结构的特点是块度小，其块度与岩层厚度有关，浅海相及海陆交互相沉积岩多数为这种结构，有时还可分为一种镶嵌状碎裂结构，多发育于强烈构造作用区内的硬脆性岩体内，结构面组数多，结构面组数多于5组时可形成这种结构。岩石力学三、岩体结构的地质特征5、断续结构岩体断续结构岩体特点是显结构面不连续，对岩体切而不断，个别部分亦有连续贯通结构，但这种部位很少，多数为不连续切割，形不成结构体。在力学上来说，宏观上具有连续介质特点，微观上多数不连续，应力集中现象明显，这种应力集中对岩体破坏具有特殊意义，断裂力学判据对这种岩体也具有特殊意义。岩石力学三、岩体结构的地质特征6、散体结构散体结构有两种亚类：①碎屑状散体结构岩体；②糜棱化散体结构岩体。碎屑状散体结构岩体的特点是结构面无序分布，结构面中有软弱的、也有坚硬的。结构体主要为角砾，角砾中常充填夹杂有泥质成分。岩石力学三、岩体结构的地质特征糜棱化散体结构岩体主要指断层泥而言。断层泥主要是由糜棱岩风化而成，而糜棱岩主要为压力愈合连结，当压力卸去后，又转化为糜棱岩粉，糜棱岩体风化后便转化为断层泥。岩石力学三、岩体结构的地质特征中国科学研究院地质研究所岩体结构分类名称结构面间距／cm完整性系数I主要结构面级别主要结构面类型主要结构面摩擦系数f岩块湿抗压强度／MPa散体结构0.20节理密集呈无序状分布，表现为泥包块或块夹泥0.20无实际意义岩石力学三、岩体结构类型分类岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性岩块湿抗压强度／10Pa类亚类结构面间距／cm完整性系数I级别*类型主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称Ⅰ整体块状结构Ⅰ1整体结构1000.75存在Ⅳ，V级刚性结构面0.60600Ⅰ2块状结构100～500.75～0.35以Ⅳ、V级为主刚性结构面局部为破碎结构面0.4～0.6300，—般大于600Ⅱ层状结构Ⅱ1层状结构50～300.6～0.3以Ⅲ，Ⅳ级为主刚性结构面柔性结构面0.3～0.5300Ⅱ2薄层状结构＜300.40以Ⅲ，Ⅳ级显著柔软结构面0.30～O.40300～100Ⅲ碎裂结构Ⅲ1镶嵌结构500.36Ⅳ，V级密集刚性结构面破碎结构面0.40～0.60600Ⅲ2层状碎裂结构50（骨架岩层中较大)0.40Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ级均发育泥化结构面0.20～0.40300，骨架岩层在300上下Ⅲ3碎裂结构500.30破碎结构面0.16～0.40300Ⅳ散体结构0.20节理密集呈无序状分布，表现为泥包块或块夹泥0.20无实际意义岩石力学三、岩体结构类型分类岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性岩块湿抗压强度／10Pa类亚类结构面间距／cm完整性系数I级别*类型主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称Ⅰ整体块状结构Ⅰ1整体结构1000.75存在Ⅳ，V级刚性结构面0.60600Ⅰ2块状结构100～500.75～0.35以Ⅳ、V级为主刚性结构面局部为破碎结构面0.4～0.6300，—般大于600Ⅱ层状结构Ⅱ1层状结构50～300.6～0.3以Ⅲ，Ⅳ级为主刚性结构面柔性结构面0.3～0.5300Ⅱ2薄层状结构＜300.40以Ⅲ，Ⅳ级显著柔软结构面0.30～O.40300～100Ⅲ碎裂结构Ⅲ1镶嵌结构500.36Ⅳ，V级密集刚性结构面破碎结构面0.40～0.60600Ⅲ2层