巖石結(jié)構(gòu)面、力學(xué)性質(zhì)巖體力學(xué).ppt

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1、3.1概述工程涉及的實(shí)際巖體與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試的巖石試件的力學(xué)性能有著很大的差別，引起這種差別的主要因素有：（1）巖體的非連續(xù)性；（2）巖體的非均質(zhì)性；（3）巖體的各向異性；（4）巖體的含水性等。其中最關(guān)鍵的因素是巖體的非連續(xù)性。結(jié)構(gòu)面（亦稱弱面）：巖體內(nèi)存在的各種地質(zhì)界面，包括：不連續(xù)面和物質(zhì)分異面，如裂隙、節(jié)理、層理、軟弱夾層、斷層及斷裂破碎帶等。結(jié)構(gòu)體（亦稱巖塊）：巖體中的各種結(jié)構(gòu)面依其本身的產(chǎn)狀，彼此組合將巖體切割成形態(tài)不一、大小不等以及成分各異的巖石塊體，稱為結(jié)構(gòu)體。巖體的變形與強(qiáng)度，取決于構(gòu)成巖體的巖塊和結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性能。結(jié)構(gòu)面弱化了巖體的力學(xué)性能，決定了巖體工程的穩(wěn)定性，導(dǎo)致巖體的各

2、向異性，成為巖體滲流的主要通道。大至地震、滑坡，小到地下工程的冒頂、片邦，一般都是沿結(jié)構(gòu)面活動(dòng)和發(fā)展的。3.2巖體結(jié)構(gòu)的基本類型巖體結(jié)構(gòu)是指巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的空間排列組合特征。巖體結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)基本要素或稱結(jié)構(gòu)單元，即結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體。3.2.1結(jié)構(gòu)體特征結(jié)構(gòu)體的大小及形態(tài)主要取決于結(jié)構(gòu)面的密度及其空間組合關(guān)系。結(jié)構(gòu)體常見的形狀有：塊狀、柱狀、層狀、板狀、碎塊狀及碎屑狀。3.2.2巖體結(jié)構(gòu)的類型在《巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）》中，將巖體結(jié)構(gòu)劃分為5大類（見下表）。巖體結(jié)構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖土工程問題整體狀結(jié)構(gòu)巨塊狀巖漿巖和變質(zhì)巖巨

3、塊狀以層面和原生、構(gòu)造節(jié)理為主，多呈閉合型，間距大于1.5m，一般為1~2組，無危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)巖體穩(wěn)定，可視為均質(zhì)彈性各項(xiàng)同性體局部滑動(dòng)或坍塌；深埋洞室的巖爆塊狀結(jié)構(gòu)厚層狀沉積巖，塊狀巖漿巖和變質(zhì)巖塊狀柱狀有少量貫穿性節(jié)理裂隙，結(jié)構(gòu)面間距0.7~1.5m，一般為2~3組，有少量分離體結(jié)構(gòu)面互相牽制，巖體基本穩(wěn)定，接近彈性各項(xiàng)同性體層狀結(jié)構(gòu)多韻律薄層、中厚層狀沉積巖，副變質(zhì)巖層狀板狀有層理、片理、節(jié)理，常有層間錯(cuò)動(dòng)變形和強(qiáng)度受層面控制，可視為各向異性彈塑性體，穩(wěn)定性極差可沿結(jié)構(gòu)面滑塌；軟巖可產(chǎn)生塑性變形碎裂狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響嚴(yán)重的破碎巖層碎塊狀斷層、節(jié)理、片理、層理發(fā)育，結(jié)構(gòu)面間距0.25~0.5m，一般

4、為3組以上，有許多分離體整體強(qiáng)度很低，并受較弱結(jié)構(gòu)面控制，呈彈塑性體，穩(wěn)定性很差易發(fā)生規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)；地下水加劇失穩(wěn)散體狀結(jié)構(gòu)斷層破碎帶，強(qiáng)風(fēng)化及全風(fēng)化帶碎屑狀構(gòu)造和風(fēng)化裂隙密集，結(jié)構(gòu)面錯(cuò)綜復(fù)雜，多充填粘性土，形成無序小塊和碎屑完整性遭極大破壞，穩(wěn)定性極差，接近松散體介質(zhì)易發(fā)生規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)；地下水加劇失穩(wěn)3.3結(jié)構(gòu)面的特性3.3.1結(jié)構(gòu)面的幾何特征3.3.1.1結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀是指結(jié)構(gòu)面在空間的分布狀態(tài)，可由走向、傾向和傾角三要素來表示。（1）走向：是指結(jié)構(gòu)面與水平面相交的交線方向；（2）傾向：是與走向成垂直的方向，它是結(jié)構(gòu)面上傾斜線最陡的方向；（3）傾角：是指水平面與結(jié)構(gòu)面之間所夾的最

5、大角度。由于走向可根據(jù)傾向來加以推算，故一般只用傾向、傾角來表示。結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀由傾向角β和傾角α確定。表示結(jié)構(gòu)面的外法線，設(shè)為單位矢量，則在坐標(biāo)軸上的分量分別為：sinαsinβ，sinαcosβ,conα。這樣，結(jié)構(gòu)面的空間方位就可用單位矢量來表示，即=(sinαsinβ,sinαcosβ,conα)3.3.1.2結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性又稱為結(jié)構(gòu)面的延展性或貫通性，常用跡長(zhǎng)、線連續(xù)性系數(shù)和面連續(xù)性系數(shù)表示。（1）跡長(zhǎng)結(jié)構(gòu)面與勘測(cè)面交線的長(zhǎng)度，稱為跡長(zhǎng)。國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM，1978年)制訂的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(見下表)。描述很低連續(xù)性低連續(xù)性中等連續(xù)性高連續(xù)性很高連續(xù)性跡長(zhǎng)/m<11~33~

6、1010~20>20（2）線連續(xù)性系數(shù)Kl是指沿結(jié)構(gòu)面延伸方向上，結(jié)構(gòu)面各段長(zhǎng)度之和與測(cè)線長(zhǎng)度的比值。（3）面連續(xù)性系數(shù)Ka是指結(jié)構(gòu)面延伸方向，結(jié)構(gòu)面面積之和與被測(cè)試巖體總面積的比值，即式中：a——結(jié)構(gòu)面面積之和，m2；A——被測(cè)試巖體總面積，m2；3.3.1.3結(jié)構(gòu)面的密度是指結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密集程度，常用線密度、間距等指標(biāo)表示。（1）線密度Kρ：是指結(jié)構(gòu)面法線方向單位測(cè)線長(zhǎng)度上交切結(jié)構(gòu)面的條數(shù)(條／m)；（2）間距d：是指同一組結(jié)構(gòu)面法線方向上兩相鄰結(jié)構(gòu)面的平均距離。兩者互為倒數(shù)關(guān)系，即當(dāng)巖體上有組方向的結(jié)構(gòu)面時(shí)，如下圖所示，有兩組結(jié)構(gòu)面：則沿測(cè)線上的n組結(jié)構(gòu)面間距為：,,…….,結(jié)構(gòu)面的密度

7、為：ISRM(1978年)結(jié)構(gòu)面密度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（見下表）。描述極密集很密集密集中等密集稀疏很稀疏極稀疏間距/mm<2020~6060~200200~600600~20002000~6000>60003.3.1.4結(jié)構(gòu)面的張開度是指結(jié)構(gòu)面兩壁面間的垂直距離，分級(jí)見下表。描述結(jié)構(gòu)面張開度/mm狀　態(tài)很緊密緊密部分張開<0.10.1~0.250.25~0.5閉合結(jié)構(gòu)面張開中等寬的寬的0.5~2.52.5~