岩体结构的基本类型

目录一、结构体的类型和岩体结构特征.......................................................................................21.结构体的类型....................................................................................................................22.岩体结构特征....................................................................................................................23、组成.................................................................................................................................34、结构面.............................................................................................................................35、结构体.............................................................................................................................46、类型.................................................................................................................................47、力学效应.........................................................................................................................5二、岩层产状的记录方法.......................................................................................................6一、结构体的类型和岩体结构特征1.结构体的类型由于各种成因的结构面的组合，在岩体中可形成大小、形状不同的结构体。岩体中结构体的形状和大小是多种多样的，但根据其外形特征可大致归纳为：柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种基本形态。当岩体强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞片状等形式的结构体。结构体的形状与岩层产状之间有一定的关系，例如：平缓产状的层状岩体中，一般由层面(或顺层裂隙)与平面上的“X”型断裂组合，常将岩体切割成方块体、三角形柱体等；在陡立的岩层地区，由于层面(或顺层错动面)、断层与剖面的上“X”型断裂组合，往往形成块体、锥形体和各种柱体。结构体的大小，可用体积裂隙数Jv来表示。其定义是：岩体单位体积通过的总裂隙数(裂隙数／m3)，表达式为：式中的Si为岩体内第i组结构面的间距；为该组结构面的裂隙数(裂隙数／m)。根据Jv值的大小可将结构体的块度进行分类(表16-4-2)。结构体块度(大小)分类表16-4-2块度描述巨型块体大型块体中型块体小型块体碎块体体积裂隙数Jv(裂隙数／m3)11～33～1010～30302.岩体结构特征岩体结构是指岩体中结构面与结构体的组合方式。岩体结构的基本类型可分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构，它们的地质背景、结构面特征和结构体特征等列于表16-4-3中。(三)岩体的工程地质特性岩体的工程地质性质首先取决于岩体结构类型与特征，其次才是组成岩体的岩石的性质(或结构体本身的性质)。不同结构类型岩体的工程地质性质：1.整体块状结构岩体的工程地质性质整体块状结构岩体因结构面稀疏、延展性差、结构体块度大且常为硬质岩石，故整体强度高、变形特征接近于各向同性的均质弹性体，变形模量、承载能力与抗滑能力均较高，抗风化能力一般也较强，所以这类岩体具有良好的工程地质性质。岩体结构的基本类型表16-4-3结构类型地质背景结构面特征结构体特征类亚类形态强度(MPa)整体块状整体结构岩性单一，构造变形轻微的巨厚层岩层及火成岩体，节理稀少结构面少，1～3组，延展性差，多呈闭合状，一般无充填物，tan≥0.6巨型块体60结构块状结构岩性单一，构造变形轻微～中等的厚层岩体及火成岩体，节理一般发育，较稀疏结构面2～3组，延展性差，多闭合状，一般无充填物，层面有一定结合力，tan=0.4～0.6大型的方块体、菱块体、柱体一般60层状层状结构构造变形轻微—中等的中厚层状岩体(单层厚30cm)，节理中等发育，不密集结构面2～3组，延展性较好，以层面、层理、节理为主，有时有层间错动面和软弱夹层，层面结合力不强，tan=0.3～0.5大—中型层块体、柱体、菱柱体30结构薄层(板)状结构构造变形中等～强烈的薄层状岩体(单层厚30cm)，节理中等发育，不密集结构面2～3组，延展性较好，以层面、节理、层理为主，不时有层间错动面和软弱夹层，结构面一般含泥膜，结合力差，tan≈0.3大—中型的板状体、板楔体一般10～30碎裂结构镶嵌结构脆硬岩体形成的压碎岩，节理发育，较密集结构面2～3组，以节理为主，组数多，较密集，延展性较差，闭合状，无一少量充填物，结构面结合力不强，tan＝0.4～0.6形态大小不一，棱角显著，以中～小型块体为主60层状破裂结构3、组成岩体内岩块的组合排列形式。岩体结构是由结构面和结构体2个基本单元组成。4、结构面岩体内存在的不同成因、不同特性的各种地质界面的统称。如层面、节岩体结构理、断层、裂隙等。结构面不是几何学上的面，而往往是具有一定张开度的裂缝，或被一定物质充填,具有一定厚度的层或带。按成因,结构面可分为：沉积或成岩过程中产生的层面、夹层、冷凝节理等原生结构面；构造作用下形成的断层、节理等构造结构面；变质作用下所产生的片理、片麻理等变质结构面；还有在外营力作用下形成的风化裂隙、卸荷裂隙等次生结构面。按规模（主要是长度），可将结构面分为5级：（几十至上百公里，十几公里，几公里,几米至几十米和厘米级）。它们分级或共同控制着区域、地区、山体、岩体的稳定性和岩块的力学特性。按性质，结构面可分为硬性（刚性）结构面和软弱结构面。硬性结构面的摩擦系数较大，多数没有充填物。软弱结构面的摩擦系数相对较小，延伸较长，且普遍充填粘土、泥、岩石碎块等物质。按物质组成和微结构形态，软弱结构面分为原生软弱夹层、断层和层间错动破碎带、软弱泥化带（或夹层）等3种类型。某些充填泥质或粘土薄膜的大节理，也可构成软弱结构面。软弱结构面是岩体中最容易产生变形和破坏的部位。它常常成为危险的切割面、滑移面或构成有害的压缩变形带，导致岩体产生不允许的变形或失稳。因此，当工程岩体中存在软弱结构面时，除了要研究它们的几何形态、结合状况、空间分布和填充物质等方面外，还要特别注意对其物质组成、厚度、微观结构、在地下水作用下工程地质性质（潜蚀、软化）的变化趋势、受力条件和所处的工程部位，以及它们的力学性质指标等，进行专门的试验研究，并对其对岩体稳定性的影响作出定量的分析评价，提出工程处理措施。5、结构体岩体受结构面切割而成的块体或岩块。随着结构面的分级，相应地结构体也可分级。视研究问题的不同，所选取的结构体等级是不一的。几级结构体综合叠加影响居多。由于不同级别、不同性质、不同产状以及不同发育程度的结构面的组合，结构体几何形态、单体大小可迥然不同。岩性的变化，也均关系着岩体的完整性、坚强性，从而决定着岩体的所属介质类型。6、类型按结构面和结构体组合形式，尤其是结构面性状，可将岩体划分如下结构类型：①整体块状结构，包括整体（断续）结构、块状结构和菱块状结构；②层状结构，包括层状结构和薄层(板状)结构；③碎裂结构，包括镶嵌结构、层状碎裂结构和碎裂结构；④散体结构，包括块夹泥结构和泥夹块结构等。7、力学效应结构对岩体力学性能的影响。岩体在力学作用和力学性质上有明显的结岩体结构构效应，结构类型不同，力学效应不一。若岩体内存在着软弱结构面，则岩体结构力学效应主要受它控制，而且取决于它的充填度(即充填物在结构面内填充程度)、充填物成分与结构、充填物厚度以及结构面的起伏度（即结构面的起伏程度，常用起伏差即起伏最大值表示）。其中又以充填物厚度、充填度和起伏度最为重要。厚度大小与物质成分有关,一般颗粒越粗厚度越大;反之,颗粒越细,厚度越小。设充填物厚度为h,结构面起伏差为H,定义为充填度。起伏的结构面内充填物的充填度越大，结构面抗剪强度越低。当充填度大于200％左右时,结构面强度便稳定于一定的水平上；即与软弱充填物质的强度相当，这种关系称之为充填度的力学效应。结构面起伏度用起伏差及起伏角表示。起伏差的力学效应常与充填度相联系。起伏角α为迎着受力方向结构面的仰角，又称为爬坡角。结构面具有爬坡角为α的起伏时，其抗剪强度中的摩擦角φa将增加α，即φa=φj+αφj为平直结构面的基本摩擦角。多组四级结构面（如节理）发育的岩体结构类型的力学效应主要取决于结构面密度（单位尺寸上的结构面数）、结构面产状（结构面出露的空间方位）及结构面组数3个方面。岩体强度（变形参数也同样）随着岩体内含的结构面组数和结构体数增多而降低。结构面对岩体破坏影响有一定的范围。当结构面倾角大于或小于αmin时，结构面对岩体破坏便没有影响。当结构面倾角介于和αmin之间时,岩体强度则随着结构面倾角而变化，在α=30°±时，出现强度最低值。在多组结构面发育的岩体，结构面对岩体力学作用和力学性质的影响，是各组结构面力学效应的叠加。显然，结构面组数越多，岩体力学性质越均匀化。整体结构岩体的力学效应规律基本上与节理化岩体相近。以单轴抗压强度为例，节理化岩体仅相当于岩块抗压强度的1/3至1/10,而整体结构岩体的单轴抗压强度可相当于岩块的1/2至1/3。二、岩层产状的记录方法如用方位角罗盘测量，测得某地层走向是330°、倾向为240°、倾角为50°，记做330°/SW∠50°，或记做240°∠50°（即只记倾向与倾角即可）。如果用方位角罗盘测量但要用象限角记录时，则需把方位角换算成象限角，再作记录。如上述地层产状其走向应为γ=360°－330°=30°，倾向β=240°－180°=60°。其产状记作N30°W/SW∠50°，或直接记作S60W∠50则可。在地质图或平面图上标注产状要素时，需用符号和倾角表示。首先找出实测点在图上的位置，在该点按所测岩层走向的方位画一小段直线（4mm）表示走向，再按岩层倾向方位，在该线段中点作短垂线（2mm）表示倾向，然后，将倾角数值标注在该符号的右下方。