巖體的工程地質(zhì)特性

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1、在20世紀(jì)以前，由于生產(chǎn)規(guī)模和科學(xué)水平的限制，人們認(rèn)為建筑物的安全僅與巖石的軟硬有關(guān)、很少懷疑其整體穩(wěn)定性。后來，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，修建在巖基上的工程日益增多，規(guī)模也愈來愈大，出現(xiàn)了一些工程災(zāi)難性工程事故，使人們認(rèn)識(shí)到，巖石地基的好壞不僅取決于巖石本身強(qiáng)度，而且還與多種因素有關(guān)，從而提出了巖體的概念，并開始注意有影響的其他因素。影響巖體穩(wěn)定的因素有地形地貌條件巖性地質(zhì)構(gòu)造巖體的結(jié)構(gòu)特征地應(yīng)力地下水建筑物的規(guī)模、類型和施工方法等在多數(shù)情況下巖體結(jié)構(gòu)特征可成為控制性因素。第一節(jié)巖體的結(jié)構(gòu)特征一、結(jié)構(gòu)面的成因類型根據(jù)成因，結(jié)構(gòu)面分為原生的和次生的兩

2、大類。（一）原生結(jié)構(gòu)面原生結(jié)構(gòu)面是在巖石成巖過程中形成的，分為以下三類。1、沉積結(jié)構(gòu)面層面沉積間斷面沉積軟弱夾層等沉積軟弱夾層的強(qiáng)度低，遇水易軟化。2、火成結(jié)構(gòu)面巖漿侵入、噴出后冷凝過程中形成的結(jié)構(gòu)面3、變質(zhì)結(jié)構(gòu)面殘留的變余結(jié)構(gòu)面變成的重結(jié)晶結(jié)構(gòu)面（二）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面節(jié)理劈理斷層層間剪切帶等。節(jié)理面分布最廣泛，斷層的延伸規(guī)模很大。（三）次生結(jié)構(gòu)面由風(fēng)化作用、卸荷及人類活動(dòng)所形成的結(jié)構(gòu)面卸荷裂隙風(fēng)化裂隙風(fēng)化夾層泥化夾層等二、結(jié)構(gòu)面的特征一般從方位、間距、延續(xù)性、粗糙度、側(cè)壁強(qiáng)度、張開度、充填物、滲流、節(jié)理組數(shù)、塊體大小十個(gè)方面進(jìn)行研究。（1）方位：即結(jié)構(gòu)面

3、的產(chǎn)狀，表示方法與巖層產(chǎn)狀相同。（2）間距：指一組結(jié)構(gòu)面的平均間距。（3）延續(xù)性：它是表征結(jié)構(gòu)面延伸長度和展布范圍的指標(biāo)。（4）粗糙度：結(jié)構(gòu)面的粗糙程度可用粗糙系數(shù)（JRC）表示。（5）結(jié)構(gòu)面?zhèn)缺趶?qiáng)度：它可以反映結(jié)構(gòu)面經(jīng)受風(fēng)化的程度，可用施密特回彈儀或點(diǎn)荷載儀測定結(jié)構(gòu)面?zhèn)缺诘膹?qiáng)度。（6）張開度：指結(jié)構(gòu)面兩壁間的垂直距離。我國通常將張開度分成下述四級：閉合的小于0.2mm；微張的為0.2～1.0mm；張開的為1.0～5.0mm；寬張的大于5.0mm。（7）充填物：常見的充填物有砂、粘土、角礫、巖屑及硅質(zhì)、鈣質(zhì)、石膏質(zhì)沉淀物。（8）滲流：（9）節(jié)理組數(shù)：

4、（10）塊體大小與形狀：軟弱夾層是指在堅(jiān)硬的層狀巖層中夾有強(qiáng)度低、泥質(zhì)或炭質(zhì)含量高、遇水易軟化、延伸較廣和厚度較薄的軟弱巖層。軟弱夾層具有明顯的低強(qiáng)度和高壓縮性，大約是堅(jiān)硬巖層的1/5～1/50。一般軟弱夾層的強(qiáng)度和變形參數(shù)如下：磨擦系數(shù)f＜0.5飽和抗壓強(qiáng)度Rb≤10MPa變形模量E0≤1000MPa軟弱夾層是控制巖體穩(wěn)定性的極端重要的因素許多工程的失事均與此有關(guān)。（一）軟弱夾層的成因與分類原生次生一般按成因?qū)④浫鯅A層分為沉積型、火成型、變質(zhì)型、構(gòu)造型、風(fēng)化型及充填型（二）軟弱夾層的特性軟弱夾層的物理力學(xué)性質(zhì)與夾層的物質(zhì)組成、顆粒大小、含水量及起伏

5、程度等多種因素有關(guān)。無論那種軟弱夾層與圍巖相比，都具有單軸抗壓強(qiáng)度低，峰值磨擦系數(shù)小，變形模量小等特征，因而工程性質(zhì)普遍較差，以泥化夾層最為突出。形成泥化夾層一般認(rèn)為必須具備下述三個(gè)條件。（1）物質(zhì)基礎(chǔ)。粘土巖類夾層是泥化夾層形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。（2）構(gòu)造作用。構(gòu)造作用可以破壞原來粘土巖夾層的完整性，為地下水的滲入提供通道；同時(shí)，原巖的礦物顆粒聯(lián)接也會(huì)受到嚴(yán)重的破壞，為泥化提供了重要的有利條件。（3）地下水的作用。水在粘粒周圍形成結(jié)合水膜，使顆粒進(jìn)一步分散，顆粒間連接力減弱，含水量增加，使粘土巖夾層處于塑態(tài)甚至接近流態(tài)，即產(chǎn)生了泥化。第二節(jié)巖體的主要力學(xué)

6、特性一、巖體的變形特征巖體的變形通常包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體變形兩部分。應(yīng)力-應(yīng)變曲線分為四個(gè)階段；OA節(jié)理壓密閉AB彈性變形階段BC微破裂或塑性變形；CD破壞階段。對多數(shù)巖體而言，一般建筑物的荷載遠(yuǎn)達(dá)不到巖體的極限強(qiáng)度值。因此，設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的主要是巖體的變形特性。圖5-4巖石、巖體與結(jié)構(gòu)面的σ-ε關(guān)系曲線變形模量或彈性模量是表征巖體變形的重要參數(shù)。巖體在荷載作用下對應(yīng)于每一級壓力的變形，均有彈性變形殘余變形變形模量和彈性模量分別為圖5-5巖體的彈性變形εe與殘余變形εp巖體在加載變形過程中，其壓力（P）與變形（W）的關(guān)系曲線通常為下列三種類型：直線型：

7、是巖體完整，裂隙少、致密的反應(yīng)。上凹型：反映出巖體中節(jié)理發(fā)育且充填不好。上凸型：反映了巖體表層堅(jiān)硬，深部軟弱巖層。圖5-6巖體變形曲線的三種基本類型（a）直線型（b）上凹型（c）上凸型二、巖體的流變特征流變:應(yīng)力或變形隨時(shí)間而變化的性質(zhì)稱。流變性有蠕變和松馳兩種表現(xiàn)形式。蠕變：指在應(yīng)力一定的條件下，變形隨時(shí)間的持續(xù)而逐漸增長的現(xiàn)象。松弛：指在變形保持一定時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間的增長而逐漸減小的現(xiàn)象。典型的蠕變曲線可分為以下三個(gè)階段。（1）初始蠕變階段（2）等速蠕變階段（3）加速蠕變階段圖5-7不同應(yīng)力條件下巖體的蠕變曲線o第三節(jié)巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)巖體在天然狀

8、態(tài)下所存在的內(nèi)在應(yīng)力稱為天然應(yīng)力或初始應(yīng)力，在地質(zhì)學(xué)中，通常又稱它為地應(yīng)力。一、天然應(yīng)力的組成圖自重應(yīng)力構(gòu)造