岩石力学基础教程 作者 侯公羽 第4章 岩体的基本力学性能

Xe
a A
结构面的延展性可用切割度
Xe
来表示，它说明结构面在
岩体中分离的程度。假设有一平直的断面，它与考虑的结
构面重叠而且完全地横贯所考虑的岩体，令其面积为 A 则结构面的面积а 与 A 之间的比率，即为切割度：
Xe a A
（4.1）
切割度一般以百分数表示。另外，它也可以说明岩体连续
X 愈小，则岩体连续性愈好；反之，则愈差。 性的好坏，
（1）结构面的产状及其变化是指结构面的走向与倾向及其变化。 （2）结构面的延展性是指结构面在某一方向上的连续性或结构面连续段长短的程 度。由于结构面的长短是相对于岩体尺寸而言的，因此它与岩体尺寸有密切关系。 按结构面的延展特性，可分为三种型式：非贯通性的、半贯通及贯通性的结构面 （图4.5）。
图4.5 岩体内结构面贯通性类型 (a)非贯通；(b)半贯通；(c)贯通
结构面成因复杂，而后又经历了不同性质、不同时期构造运动 的改造，造成了结构面自然特性的各不相同。例如，有些结构面， 在后期构造运动中受到影响，改变了原来结构面的开闭状态，充填 物质的性状及结构面的形态和粗糙度等。有的结构面由于后期岩浆 注入或淋水作用形成的方解石脉网络等，使其黏聚力有所增加。而 有的裂隙经过地下水的溶蚀作用而加宽，或充以气和水，或充填黏 土物质，其黏聚力减小或完全丧失等。所有这些都决定着结构面的 力学性质，也直接影响着岩体的力学性质。因此，必须十分注意结 构面现状的研究，才能进一步研究岩体受力后变形、破坏的规律。
相对分类是建立于地质不连续面尺寸的基础上的。所谓相对，是指 结合工程结构类型而言。按工程结构类型和大小的不同，可将结构面分 为细小的、中等的及大型的结构面(表4.1)。
4.1 结构面的相对分类表
注：—洞经；—基础宽度；—工程结构体高度。
2．按力学观点的结构面的分类
按力学观点可将岩体的地质破坏分为三大类：第一类为破坏面，它是属于大面积的破坏， 以大的和粗的节理为代表；第二类为破坏带，它是属于小面积的密集的破坏，以细节理、局部 节理、风化节理等为代表；第三类为破坏面与破坏带的过渡类型，它具有破坏面和破坏带的力 学特点。

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图4.4 结构面的凸凹度 （a）剪胀度与粗糙度；（b）剪胀度的几何要素 β —结构面的平均倾角；i—结构面的起伏角
图4.3 结构面的几何形态图 a—平直型；b—波浪型；c—锯齿型；d—台阶型
4.2.3 结构面的空间分布
结构面在空间的分布大体是指结构面的产状(即方位)及其变化、结构 面的延展性、结构面密集的程度、结构面空间组合关系等。
e
岩体中经常出现成组的平行结构面，同一切割面上出现的结构面面积为
a1 ， a2 ，
，则
a1 a2 Xe A
a A
i
（4.2）
按切割度 X e 值的大小可将岩体分类，如表4.2所示。
表4.2 岩体按切割度 X e 分类表
（3）结构面密度 结构面的密度，是指岩体中结构面发育的程度。它可以用结构面的裂隙度、 间距或体密度表示。 ① 结构面的线密度 K ：指同一组结构面沿着法线方向 单位长度上结构面的 数目。如以 数目，则
缪勒(Muller)按上述地质破坏特点将结构面分为如图4.2中所示的五大类型，即单个节理、 节理组、节理群、节理带以及破坏带或糜棱岩。在此五大类型基础上，又按充填节理中的材料 性质和程度以及糜棱岩化程度将每种类型分成三个细类。这样，共将结构面分为十五个细类。
图4.2 破坏带分类
4.2 岩体结构面的自然特征与描述
天然岩体中往往具有明显的地质遗迹，如假整合、不整合、褶 皱、断层、节理、劈理等。它们在岩体力学中一般都统称为节理。 由于节理的存在，造成了介质的不连续，因而这些界面又称为不连 续面或结构面。
大量实验研究表明：节理的强度低于岩石的强度，而节理岩体的强度 在节理的强度和岩块的强度之间，如图4.1所示。
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第4章 岩体的基本力学性能
4.1 岩体结构面的几何特征与分类
4.1.1 结构面的概念
4.2.1 充填胶结特征
结构面的充填胶结可以分为无充填和有充填两类。
4.2.2 形态特征
结构面在三维空间展布的几何属性称结构面的形态，是地质应力作用下 地质体发生变形和破坏遗留下来的产物。结构面的几何形态，可归纳为 下列四种(图4.3)：
（1）平直型：它的变形、破坏取决于结构面上的粗糙度、充填物质成分、侧壁岩体风化 的程度等。包括一般层面、片理、原生节理及剪切破裂面等。 （2）波浪型：它的变形、破坏取决于起伏角、起伏幅度(如图4.4)、岩石力学性质、充填情 况等。包括波状的层理，轻度揉曲的片理、沿走向和倾向方向上均呈缓波状的压性、压剪 性结构面等。 （3）锯齿型：它的变形、破坏取决的条件基本与波浪型相同。它包括张性、张剪性结构 面，具有交错层理和龟裂纹的层面，也包括一般裂隙面发育的次生结构面、沉积间断面等。 （4）台阶型：它的变形、破坏取决于岩石的力学性质等。它包括地堑、地垒式构造等。 这类结构面的起伏角为90°。
图4.1 节理岩体的强度特性与岩石强度的区别 1—岩石；2—节理化岩体；3—节理
4.1.2结构面的分类
1．结构面的绝对分类和相对分类
绝对分类是建立在结构面的延展长度基础上的。一般将结构面分为： 细小的结构面，其延展长度小于1 m；中等的结构面，其延展长度为 1~10m；巨大的结构面，其延展长度大于10m。绝对分类的缺点是没有与 工程结构相结合，所谓结构面的大小，是相对于工程而言的。
l
代表在法线上量测的长 度，n为长度 l 内出现的结构面的
K
n l
（4.3）
当岩体上有几组结构面时，测线上的线密度为各级线密度之和，即
K Ka K b
（4.4）
实际测定结构面的线密度时，测线的长度可在20~50m之间。如果测线不可能沿结构 面法线方向布置时，应使测线水平，并与结构面走向垂直。此时，如实际测线长度 为L，结构面的倾角为α ，则(图4.6)