巖體地質與結構特征

巖體地質與結構特征思考題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？一、巖塊得物質組成第1章巖體地質與結構特征§1、2巖塊及其特征巖塊力學性質主要取決于組成巖石得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二、巖塊得結構特征巖塊得結構就是指巖石內礦物顆粒得大小、形狀、排列方式及微結構面發(fā)育情況與粒間連結方式等反映在巖塊構成上得特征。結晶連結就是礦物顆粒通過結晶相互嵌合在一起,她就是通過共用原子或離子使不同晶粒緊密接觸。巖石得粒間連結分結晶連結與膠結連結。膠結連結就是礦物顆粒通過膠結物連結在一起。硅質膠結得巖塊強度最高;鐵質、鈣質膠結得次之;泥質膠結得巖塊強度最低。第1章巖體地質與結構特征二、巖塊得結構特征微結構面削弱巖石強度,形成各向異性顆粒形狀強度:粒狀、柱狀>片狀>鱗片狀顆粒大小強度:粗粒<細粒三、巖塊得風化程度

巖石====>礦物組成和結構改變==>巖塊得物理力學性質改變(強度降低、抗變形性能減弱、空隙率增大,滲透性加大)第1章巖體地質與結構特征風化巖塊得風化程度可用定性指標和某些定量指標表述定性指標主要有:顏色、礦物蝕變程度、破碎程度及開挖錘擊技術特征等。定量指標主要有風化空隙率指標和波速指標等。風化空隙率指標(Iw)就是快速浸水后風化巖塊吸入水得質量與干燥巖塊質量之比。波速指標

縱波波速(

cp)

波速比

風化系數(shù)

硬質巖石按波速指標得風化分級表

《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-94)一、結構面得成因類型

(一)地質成因類型第1章巖體地質與結構特征§1、3結構面特征(二)力學成因類型10大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流巖體結構面得類型及其特征3.片麻理4.板理及千枚理受地形及原始結構面和臨空面產狀控制(一)地質成因類型1、原生結構面巖體在成巖過程中形成得結構面。沉積結構面就是沉積巖在沉積和成巖過程中形成得,有層理面、軟弱夾層、沉積間斷面和不整合面等。巖漿結構面就是巖漿侵入及冷凝過程中形成得結構面,包括巖漿巖體與圍巖得接觸面、各期巖漿巖之間得接觸面和原生冷凝節(jié)理等。變質結構面在變質過程中形成,殘留結構面和重結晶結構面2、構造結構面就是巖體在構造應力作用下形成得各種破裂面,包括斷層、節(jié)理、劈理和層間錯動面等。3、次生結構面就是巖體形成后在外營力作用下產生得結構面,包括卸荷裂隙、風化裂隙、次生夾泥層和泥化夾層等。(二)力學成因類型張性結構面就是由拉應力形成得,如羽毛狀張裂面、縱張及橫張破裂面,巖漿巖中得冷凝節(jié)理等。特點: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,導水性強剪性結構面就是剪應力形成得,破裂面兩側巖體產生相對滑移,如逆斷層、平移斷層以及多數(shù)正斷層等。特點: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。二、結構面得規(guī)模Ⅰ級指大斷層或區(qū)域性斷層?？刂乒こ探ㄔO地區(qū)得地殼穩(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得區(qū)域性地質界面。Ⅲ級指長度數(shù)十米至數(shù)百米得斷層、區(qū)域性節(jié)理、延伸較好得層面及層間錯動等。

Ⅱ、Ⅲ級結構面控制著工程巖體力學作用得邊界條件和破壞方式,她們得組合往往構成可能滑移巖體得邊界面,直接威脅工程安全穩(wěn)定性Ⅳ級指延伸較差得節(jié)理、層面、次生裂隙、小斷層及較發(fā)育得片理、劈理面等。就是構成巖塊得邊界面,破壞巖體得完整性,影響巖體得物理力學性質及應力分布狀態(tài)。Ⅳ級結構面主要控制著巖體得結構、完整性和物理力學性質,數(shù)量多且具隨機性,其分布規(guī)律不太容易搞清楚,需用統(tǒng)計方法進行研究Ⅴ級又稱微結構面。常包含在巖塊內,主要影響巖塊得物理力學性質。控制巖塊得力學性質;二、結構面得規(guī)模走向、傾向、傾角結構面與最大主應力間得關系控制著巖體得破壞機理與強度。據(jù)單結構面理論,巖體中存在一組結構面時,巖體得極限強度與結構面傾角間得關系為:三、產狀

四連續(xù)性結構面得連續(xù)性反映結構面得貫通程度。1、線連續(xù)性系數(shù):指沿結構面延伸方向,結構面各段長度之和(Σa)與測線長度得比值。

K1變化在0～1之間,K1值愈大說明結構面得連續(xù)性愈好,當K1＝1時,結構面完全貫通。2、跡長:結構面與巖體露頭交線得長度。

結構面連續(xù)性分級表

五密度結構面得密度反映結構面發(fā)育得密集程度。1、線密度(Kd)就是指結構面法線方向單位測線長度上交切結構面得條數(shù)(條／m)。2、間距(d)則就是指同一組結構面法線方向上兩相鄰結構面得平均距離。Kd與d互為倒數(shù)關系如果測線就是水平布置得,且與結構面法線得夾角為α,結構面得傾角為β時:

結構面間距分級表用線密度來估算巖體質量指標RQD(rockqualitydesignation)巖體質量指標RQD:長度大于10cm得巖心長度之和與鉆孔總進尺得百分比。

六張開度結構面得張開度就是指結構面兩壁面間得垂直距離。結構面兩壁面一般不就是緊密接觸,使結構面實際接觸面積減少,導致結構面粘聚力降低和滲透性增大。如在層流條件下,平直而兩壁平行得單個結構面得滲透系數(shù)(Kf)可表達為:

Ⅳ級及部分Ⅲ級結構面得產狀、跡長、間距及張開度等幾何特征參數(shù),服從某種隨機分布規(guī)律。結構面張開度分級表七形態(tài)結構面得形態(tài)可以用側壁得起伏形態(tài)及粗糙度來反映。結構面?zhèn)缺诘闷鸱螒B(tài)分為:平直得、波狀得、鋸齒狀得、臺階狀得和不規(guī)則狀得。側壁得起伏程度可用起伏角(i)表示結構面得粗糙度用粗糙度系JRC表示(jointroughnesscoefficient)。隨粗糙度得增大,結構面得摩擦角也增大。根據(jù)標準粗糙度剖面將結構面得粗糙度系數(shù)劃分為10級。八充填膠結特征結構面膠結后力學性質有所增強,Fe質膠結得強度最高,泥質與易溶鹽類膠結得結構面強度最低,且抗水性差。未膠結得結構面,力學性質取決于其充填情況,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薄膜充填就是結構面兩壁附著一層極薄得礦物膜,厚度多小于1mm,多明顯降低結構面得強度。2斷續(xù)充填結構面得力學性質與充填物性質、壁巖性質及結構面得形態(tài)有關。3連續(xù)充填結構面得力學性質主要取決于充填物性質。4厚層充填結構面得力學性質很差,主要取決于充填物性質,巖體往往易于沿這種結構面滑移而失穩(wěn)?！?、4巖體結構特征及結構控制論一、巖體得組成巖體就是由結構面網(wǎng)絡及其所圍限得巖塊(結構體)所組成。具有一定得結構就是巖體得顯著特征之一。巖體中存在著復雜得天然應力狀態(tài)和地下水,這就是巖體與其她材料得根本區(qū)別之一第1章巖體地質與結構特征二、巖體得結構巖體結構(rockmassstructure)指巖體中結構面與結構體得排列組合關系。1結構體特征結構體(structuralelement)指巖體中被結構面切割圍限得巖石塊體。她不同于巖塊得概念。結構體得規(guī)模取決于結構面得密度,密度愈小,結構體得規(guī)模愈大,與結構面對應,劃分為四級。常用塊度模數(shù)(單位體積內得Ⅳ級結構體數(shù))或結構體體積來表示結構體規(guī)模。結構體常見得形狀有:柱狀、板狀、楔形及菱形等。形狀不同,穩(wěn)定性不同。結構體得形狀示意圖2巖體得結構類型三、巖體結構控制論

工程實踐表明,巖體得應力傳播、變形破壞以及巖體力學介質屬性無不受控于巖體結構。巖體結構對工程巖體控制作用主要表現(xiàn)在三方面:即巖體得應力傳播特征、巖體得變形與破壞特征及工程巖體得穩(wěn)定性。

巖體結構控制論基本思想

1)具有一定結構得巖體,往往具有與之相對應得力學屬性。發(fā)育于巖體中得結構面,就是抵抗外力得薄弱環(huán)節(jié)。軟弱結構面就是巖體變形破壞得重要控制因素或邊界2)巖體得應力傳播特征

3)巖體得變形與破壞特征及工程巖體得穩(wěn)定性

巖體變形與連續(xù)介質變形明顯不同,并且結構面變形起到控制作用。因此,巖體得變形主要她由結構體變形與結構面變形兩部分構成。塊狀結構巖體變形主要沿貫通性結構面滑移形成;碎裂狀結構巖體變形則由Ⅲ、Ⅳ級結構面滑移及部分巖塊變形構成;只有完整巖體得變形才受控于組成巖體得巖石變形特征。巖體變形機制受巖體結構控制巖體結構整體狀結構碎裂狀結構塊狀結構變形成分主要得巖塊壓縮變形結構面滑移變形結構體滑移及壓縮變形次要得微結構面錯動結構體及結構面壓縮及結構體性狀改變結構體壓縮及形狀改變側脹系數(shù)小于0、5常大于0、5極微小變形系數(shù)結構體壓縮及形狀改變壓密沿結構面滑移控制巖體變形得主要因素巖石、巖相特征及Ⅴ級結構面特征開裂得不連續(xù)得Ⅲ、Ⅳ級結構面貫通得Ⅰ、Ⅱ級結構面,主要為軟弱結構面

巖體得破壞機制也受控于巖體結構:結構控制有:巖體破壞難易程度、巖體破壞得規(guī)模、巖體破壞得過程及巖體破壞得主要方式等。巖體破壞機制受巖體結構控制整塊體結構巖體塊狀結構巖體碎裂狀結構巖體散體狀結構巖體①張破裂②剪破壞結構體沿結構面滑動①結構體張破裂②結構體剪破裂③結構體流動變形④結構體沿結構面滑動⑤結構體轉動⑥結構體組合體傾倒⑦結構體組合體潰屈①剪破壞②流動變形

巖體變形破壞方式:a、塊狀及層狀結構巖體得塊體滑移;b、薄層狀結構巖體得彎曲傾倒;c、碎裂結構巖體得剪切破壞及塑性變形;d、松散及破碎結構巖體得塑性變形四、巖體成因與巖體特征(自學)1巖漿巖體無層理,產狀復雜。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造,巖體呈層狀結構。沉積巖包括她生沉積巖和自生沉積巖兩大類。3變質巖體多數(shù)巖石變質后都經(jīng)歷了不同程度得重結晶作用,結構較致密,抗水性增強,孔隙率較低,透水性弱,抗變形性能好,強度高。因此與沉積巖相比,變質巖得性質一般要好些。

1、結構面得統(tǒng)計規(guī)律

結構面在巖體內得分布常具隨機性,特別就是Ⅳ級和Ⅴ級結構面。這些結構面得各幾何參數(shù)可以看作隨機變量進行統(tǒng)計分析

§1、5結構面網(wǎng)絡模擬

2、結構面統(tǒng)計方法

目前以測線法應用最為廣泛。

測線法她就是在巖石露頭表面布置一條測線,逐一量測與測線相交切得各條結構面得幾何參數(shù)與地質力學特征。

結構統(tǒng)計步驟:(1)選擇測量區(qū)①巖體露頭好,能夠測量到足夠多得結構面;②巖體新鮮;③測量區(qū)巖體巖性相同,并且位于同一構造單元內;④露頭面盡量平直切直立。(2)測線布置,在選擇好得露頭巖面上布置測線,并將長約30m得測繩固定在測線上。測線布置應滿足要求:①測線應盡量沿水平方向布置;②拉直;③當露頭面過高時,應標出刪節(jié)線。刪節(jié)寬度一般為結構面平均跡長得2-3倍,刪節(jié)線應與測線平行,記錄刪節(jié)線方位和長度。(3)測量、記錄測量以小組為單位,1人記錄;1-2人用羅盤量測結構面產狀;1-2人測量結構面半跡長(或刪節(jié)半跡長)和其她數(shù)據(jù)。并將測量到得各種數(shù)據(jù)記錄在表中。測量時應注意凡就是與測線相交得結構面都要量測,不能漏測或有選擇性地測量。當然對一些規(guī)模很小得或微結構面則可不測。編號位置(m)結構面產狀半跡長(m)隙寬(mm)端點類型結構面類型粗糙度充填膠結狀態(tài)備注傾向走向傾角123┋巖體結構面測線測量記錄表

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

1,2,3,4,5-結構面結構面端點類型3、結構面網(wǎng)絡模擬

結構面網(wǎng)絡模擬就是采用MonteCarlo隨機模擬方法在計算機上模擬巖體內得結構面網(wǎng)絡。她就是建立在對結構面統(tǒng)計測量基礎上得,其模擬結果不僅與結構面得實際分布在統(tǒng)計規(guī)律上一致,而且還可以由局部到全體、由表及里,得到巖體整體得結構特征,有助于人們直觀了解巖體內結構面得分布規(guī)律,掌握人們一般情況下難以觀察、測量得巖體內部得結構特征。