巖體的工程地質(zhì)特性

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1、在20世紀以前，由于生產(chǎn)規(guī)模和科學水平的限制，人們認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)了一些工程災難性工程事故，使人們認識到，巖石地基的好壞不僅取決于巖石本身強度，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

2、和次生的兩大類。（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)面由風化作用、卸荷及人類活動所形成的結(jié)構(gòu)面卸荷裂隙風化裂隙風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)壁強度、張開度、充填物、滲流、節(jié)理組數(shù)、塊體大小十個方面進行研究。

3、（1）方位：即結(jié)構(gòu)面的產(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。（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)缺趶姸龋核梢苑从辰Y(jié)構(gòu)面經(jīng)受風化的程度，可用施密特回彈儀或點荷載儀測定結(jié)構(gòu)面?zhèn)缺诘膹姸?。?）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

4、。（8）滲流：（9）節(jié)理組數(shù)：（10）塊體大小與形狀：軟弱夾層是指在堅硬的層狀巖層中夾有強度低、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度和高壓縮性，大約是堅硬巖層的1/5～1/50。一般軟弱夾層的強度和變形參數(shù)如下：磨擦系數(shù)f＜0.5飽和抗壓強度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、風化型及充填型（二）軟弱夾層的特性軟弱夾層的物理力學性質(zhì)

5、與夾層的物質(zhì)組成、顆粒大小、含水量及起伏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為必須具備下述三個條件。（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，原巖的礦物顆粒聯(lián)接也會受到嚴重的破壞，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

6、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。應力-應變曲線分為四個階段；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達不到巖體的極限強度值。因此，設(shè)計人員所關(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

7、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：是巖體完整，裂隙少、致密的反應。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:應力或變形隨時間而變化的性質(zhì)稱。流變性有蠕變和松馳兩種表現(xiàn)形式。蠕變：指在應力一定的條件下，變形隨時間的持續(xù)而逐漸增長的現(xiàn)象。松弛：指在變形保持一定時，應力隨時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

8、-7不同應力條件下巖體的蠕變曲線o第三節(jié)巖體的天然應力狀態(tài)巖體在天然狀態(tài)下所存在的內(nèi)在應力稱為天然應力或初始應力，在地質(zhì)學中，通常又稱它為地應力。一、天然應力的組成圖自重應力構(gòu)造