4.1岩体结构面分析

合集下载

岩体的工程地质性质

1.整体块状结构岩体的工程地质性质 2.层状结构岩体的工程地质性质 3.碎裂结构岩体的工程地质性质 4.散体结构岩体的工程地质性质
岩体是在漫长的地质历史中形成与演变过来的地质体，它被许许多多不同方向、不同规模的断层面、节理面、裂隙面、层面、不整合面、接触面等各种地质界面切割为形状不一、大小不等的各种各样的块体。所以，岩体是指一定工程范围内，一种或多种岩石中的各种结构面、结构体的总体。因此，岩体不能以单块岩石为代表，单块岩石强度较高，但被结构面切割破碎时，其构成的岩体的强度却较小。所以岩体中结构面的发育程度，性质及连通程度等，对岩体的工程地质性质都有很大的影响。
岩体内结构面连通性
结构面的张开度和填充情况
结构面的张开度是指结构面的两壁隔开的距离。以张开度的大小区分，主要分为：闭合的，微张开的，张开的，宽张的。闭合的结构面的力学性质取决于结构面两壁的岩石性质和结构面粗糙程度。微张的结构面的剪切强度比张开的结构面大。张开的和宽张的结构面，其抗剪强度取决于填充物的成分和厚度。填充物为黏土时比为砂质时强度低；为砂质时比砾质低。
块状结构岩体
层状结构岩体
碎裂结构岩体
散体结构岩体
谢~谢！
结构面的密度
它反映了节理的发育程度和岩体的完整性，通常以线密度（条/m）或结构面的间距来表示. 节理发育程度分级
分级节理间距（m）节理发育程度岩体完整性 Ⅰ ＞2 不发育 Ⅱ 0.5～2 较发育 Ⅲ 0.1～0.5 发育 Ⅳ ＜0.1 极发育
完整
块状
碎裂
破碎
结构面的连通性（贯通性、延展性）在一定空间范围内的岩体中，结构面的走向、倾向方向的连通程度。如图所示：
2.结构体类型结构体是指岩体中被各类各级结构面切割并包围的岩石块体及岩石集合体。根据其外形特征结构体分为柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种基本形态。

Chapter 4.1 岩体的结构特征

4.1 岩体的结构特征Structure Characteristics of rock massOutline☐概述☐结构面的分类☐岩体的结构分类☐工程节理岩体Outline☐概述☐结构面的分类☐岩体的结构分类☐工程节理岩体结构面：是指岩体中存在着的各种不同成因和不同特性的地质界面，包括物质的分界面、不连续面如节理、片理、断层、不整合面等。

结构体：由结构面在岩体中切割而成的几何体称为结构体（岩石块体）。

岩体：结构面和结构体的地质统一体。

软弱结构面破坏的。

如马尔帕塞坝溃坝、瓦依昂库岸滑坡等。

☐结构面及其充填物的变形是岩体变形的主要组成部分，控制着工程岩体的变形特性。

☐结构面是岩体中渗透水流的主☐工程岩体中应力的分布受结构面及其力学性质的影响。

上个世纪60年代以前，人们对岩石的认识还是局限于连续的、各向同性的材料。

后来发生了马尔帕塞坝溃坝、瓦依昂库岸滑坡等重大岩石工程灾害，人们逐渐认识到岩体不是一种普通的材料，而是包含着大量的不连续面，并承受了漫长的地质历史时期作用。

2019/6/30What is a discontinuity （结构面）有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺Outline☐概述☐什么是结构面☐结构面的分类☐工程节理岩体结构面的分类火成结构面原生结构面构造结构面次生结构面沉积结构面变质结构面结构面按成因可分为原生结构面：岩体在成岩过程中形成的结构面。

火成结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等（如：流层、流线、火山岩流接触面、蚀变带、原生节理等）。

沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。

变质结构面在变质过程中形成（分为残留结构面和重结晶结构面），如：片理、片麻理、板理、软弱夹层等。

构造结构面是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。

岩体力学性质-岩体结构

岩体岩石力学是研究岩体在外力作用下的力学行为和性质的学科。它涉及岩体结构的基本类型，如块状、板状结构体等，以及结构面的力学性质。岩体由岩石和结构面组成，其力学性质受结构面的类型、充填物特性和空间组合关系影响。岩体力学性质包括稳定性、变形特性和强度特性，这些性质决定了岩体抵抗外部作用的能力。此外，环境因素如地应力和水的作用也会对岩体力学性质产生影响。通过对岩体结构的基本类型和力学性质的深入研究，可以更好地理解和预测岩体在工程实践中的行为，为岩体工程设计提供科学依ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。

4.1~4.2 岩体的结构特征与主要力学特征

蠕变：在应力一定的条件下，应变随时间的持续而逐渐增长的现象。松弛：在变形保持不变时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。试验和工程实践表明，岩石和岩体具有流变性。

2、典型的蠕变曲线

恒定荷载大小不同分为两种类型：一类是在较小的恒定荷载作用下（ σ<σ∞），变形随时间增长，变形速率递减最后趋于稳定；另一类恒定荷载超过某一极限后（ σ〉σ∞），变形随时间不断增长，最终导致破坏。典型蠕变曲线可分为以下三个阶段：初始蠕变阶段，OA段，变形速率逐渐减少，又称阻尼蠕变阶段。等速蠕变阶段，AB段，变形缓慢平稳，应变随时间呈等速增长。加速蠕变阶段。BC段，变形速率加快直到破坏。岩石长期强度：长期应力超过某一临界应力时，岩石才经蠕变破坏，这一临界应力称为岩石长期强度。取决于岩石及结构面的性质和含水量等因素
软弱夹层
特点
厚度薄
多呈相互平行，延伸长度和宽度不一的多层状
结构松散
岩性、厚度、性状和延伸范围，常有很大变化
力学强度低，与其结构、矿物成分和颗粒组成有关
泥化夹层特点
成分：粘粒含量明显增多
结构：由固结或超固结变成了泥质散状结构
物理状态：干容重减小,天然含水量增高,接近塑限
具有一定的膨胀性
4、动弹性模量（Ed）岩体中的一点受动载荷冲击后将产生振动，这种振动以弹性波的形式向外扩散。在生产上用动力法测定岩体的动态变形参数。 5、岩体静弹性模量（Ee）与动弹性模量（Ed）关系。 E e = jE d

J是折减系数，与岩体完整性有关。
二、岩体的流变特性
1、定义

流变性：物体在外部条件不变的情况下，应力或变形随时间而变化的性质。有蠕变和松弛。

岩体结构面几何参数的确定

岩体结构面几何参数的确定摘要：岩体是地质体的一部分，是非均质的、各向异性的不连续体。

岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，称为结构面。

结构面实际上是地质发展历史中岩体内形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特征的地质界面。

关键词：岩体结构面几何参数确定岩体是地质体的一部分，是非均质的、各向异性的不连续体。

岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，称为结构面。

结构面实际上是地质发展历史中岩体内形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特征的地质界面。

结构面的几何特征直接控制岩体中岩块的大小，同时控制岩质边坡稳定性分析和地下洞室围岩稳定性分析中的边界条件，即控制滑体的形状、规模及其趋势。

具有工程意义的岩体结构面主要包括地层层面和节理等。

在某抽水蓄能电站坝址区进行了大量的岩体结构面调查之后，利用所取得的资料，应用EXCEL软件，对有关几何参数进行统计分析，并利用数学模型和检验原理，确定了具有一定置信程度的置信区间。

1 结构面几何参数岩体结构面几何参数主要包括产状、间距、连通性等，结构面的产状由其走向、倾向和倾角组成，而结构面的走向和倾向可以相互换算，即只要确定其一即可（本文中以倾向为例）。

岩体结构面几何参数主要从天然露头、剖面（例如采矿剖面，道路剖面等）、平硐、钻孔中实测而得。

2 结构面倾向以结构面的倾向（方位角）为例，在工程区现场调查了二组结构面的305个公文易文秘资源网始建于2003年，是专业的文秘写作资源网站，海量的范本、专业的内容，欢迎访问数据，输入到EXCEL电子表后，得到的统计结果为：一组节理面（节理1）倾向的范围为80° ~147° ，其均值为111.4° ；另一组节理面（节理2）倾向的范围为154° ~270° ，其均值为200.9° 其分布见图1。

图1 结构面倾向统计图先对节理1进行分析，在模型的对比中可知，节理1服从伽马分布。

第四章岩体的基本力学性质

结构面的状态对岩体的工程性质的影响是指结构面的产状、形态、延展尺度、发育程度、密集程度。结构面的产状：结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动起控制作用。结构面的形态：结构面的形态决定结构面抗滑力的大小，当结构面的起伏程度较大，粗糙度高时，其抗滑力就大。结构面的延展尺度：在工程岩体范围内，延展尺度大的结构面，完全控制岩体的强度。结构面的密集程度：以岩体的裂隙度和切割度表征岩体结构面的密集程度。
又A=h2，节理面的法向弹性变形量δ0=2δ，代入Boussnisq解，得接触面为方形时，m=0.95，μ≅0.25，则上式变为
（二）节理的闭合变形含啮合变形（配称实验）和压碎变形（非配称实验）。下面介绍Goodman方法：
（1）结构面闭合试验（VmC的确定）步骤： 1）备制试件； 2）作ζ-ε曲线（a）； 3）将试件切开，并配称接触再作曲线（b）； 4）非配称接触，作曲线（c）; 5）两种节理的可压缩性法向 Nhomakorabea切向
（1）有n个点接触,每个接触面边长为h
（2）每个接触面受力相同
（3）每个接触面力学特性相同
2、计算公式半无限体上作用一个集中力的布辛涅斯克（Boussnisq）解
δ－变形量；Q－荷载；A－荷载作用面积；E、μ－弹性模量、泊松比；m－与荷载面积形状因素有关的系数，方形面积m=0.95 设节理面的边长为d，作用于节理面上的应力为ζ，则作用在每一个接触面上的荷载
统计结构面实测结构面
V 级结构面--细小的结构面
• Ⅰ级指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；
• Ⅱ级指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。 • Ⅲ级指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。 Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性

岩体基本质量分级

岩体基本质量分级4．1 基本质量级别的确定4．1．1 岩体基本质量分级，应根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标BQ两者相结合，并应按表4．1．1确定。

表4．1．1 岩体基本质量分级4．1．2 当根据基本质量定性特征和岩体基本质量指标BQ确定的级别不一致时，应通过对定性划分和定量指标的综合分析，确定岩体基本质量级别。

当两者的级别划分相差达1级及以上时，应进一步补充测试。

4．1．3 各基本质量级别岩体的物理力学参数，可按本标准表D．0．1确定。

结构面抗剪断峰值强度参数，可根据其两侧岩石的坚硬程度和结构面结合程度，按本标准表D．0．2确定。

4．2 基本质量的定性特征和基本质量指标4．2．1 岩体基本质量的定性特征，应由本标准表3．2．1和表3．2．3所确定的岩石坚硬程度及岩体完整程度组合确定。

4．2．2 岩体基本质量指标的确定应符合下列规定：1 岩体基本质量指标BQ，应根据分级因素的定量指标R c的兆帕数值和K v，按下式计算：2 使用公式(4．2．2)计算时，应符合下列规定：1)当R c＞90K v＋30时，应以R c＝90K v＋30和K v代入计算BQ值；2)当K v＞0．04R c＋0．4时，应以K v＝0．04R c＋0．4和R c代入计算BQ值。

5 工程岩体级别的确定5．1 一般规定5．1．1 对工程岩体进行初步定级时，应按本标准表4．1．1确定的岩体基本质量级别作为岩体级别。

5．1．2 对工程岩体进行详细定级时，应在岩体基本质量分级的基础上，结合不同类型工程的特点，根据地下水状态、初始应力状态、工程轴线或工程走向线的方位与主要结构面产状的组合关系等修正因素，确定各类工程岩体质量指标。

5．1．3 岩体初始应力状态对地下工程岩体级别的影响，应按本标准表C．0．2以相应初始应力和围岩强度确定的强度应力比值作为修正控制因素。

5．1．4 岩体初始应力状态，有实测的应力成果时，应采用实测值；无实测成果时，可根据工程埋深或开挖深度、地形地貌、地质构造运动史、主要构造线、钻孔中的岩心饼化和开挖过程中出现的岩爆等特殊地质现象，按本标准附录C作出评估。

岩石力学4 Mechanical properties of Rock mass

Rock mass is the total in situ medium containing bedding planes, faults, joints, folds and other structural features. Rock masses are discontinuous and often have heterogeneous and anisotropic engineering properties.
5) Shear zones
Shear zones are bands of material, up to several metres thick, in which local shear failure of the rock has previously taken place. They represent zones of stress relief in an otherwise unaltered rock mass throughout which they may occur irregularly. Fractured surfaces in the shear zone may be slickensided or coated with low-friction materials, produced by the stress relief process or weathering. Like faults, shear zones have low shear strengths but they may be much more difficult to identify visually.
4.1 概述 / Introduction
1) Different between rock material and rock mass Rock differs from most other engineering materials in that it contains fractures of one type or another which render its structure discontinuous. Thus a clear distinction must be made between the rock element or rock material and the rock mass.

4岩体的工程地质性质

天然密度干密度ρd 含水量w（％）重度γ（kN/m3）：单位体积岩石受到的重力，与密度ρ的关系为
4.2.1岩石的主要物理性质
2)
相对密度（比重）Gs 干试样质量m（g）与4℃时同体积纯水质量（岩石固体体积与水的密度之积）的比值
4.2.1岩石的主要水理性质
3)
孔隙度（孔隙率）n 试样中孔隙（包括微裂隙）的体积Vv（cm3）与试样总体积V （cm3）的百分比 V n v V 孔隙比e
岩体完整程度与岩体结构类型的定性划分(《工程岩体分级标准》）
岩体完结构面发育程度主要结构面的结合主要结构面类岩体结构类型型整程度组数平均间距/m 程度完整 1～2 >1.0 结合好或结合一般节理、裂隙、整体状或巨厚层面层状结构较完整 1～2 >1.0 结合差节理、裂隙、块状或厚层状层面结构结合好或结合一般块状结构 2～3 1.0～0.4 节理、裂隙、裂隙块状或中较破碎 2～3 1.0～0.4 结合差层面、小断层厚层状结构结合好镶嵌碎裂结构 ≥3 0.4～0.2 结合一般中、薄层状结构破碎 ≥3 结合差各种类型结构裂隙块状结构 0.4～0.2 结合一般或结合差面碎裂状结构 ≤0.2 极破碎无序结合很差散体结构
外动力成因型结构面（表生结构面）：如卸荷裂隙（长江链子
崖危岩体）、泥化夹层及表生夹泥。
结构面的特征

1978年ISRM实验室和野外试验标准委员会制定的《岩体不连续面定量描述的建议方法》
方位：结构面的产状（走向、倾向、倾角）
间距：反映岩体完整程度和块体大小延续性：反映结构面的连通率粗糙度：反映结构面的起伏状况结构面侧壁强度：反映结构面受风化影响的程度张开度：又称隙宽，即裂隙的宽度充填物：不同物质充填对力学特性有显著影响渗流：反映地下水的活动状况节理组数：反映岩体被切割的状况块体大小：可用块度和体积节理数反映

岩体力学岩体力学性质

变差，变形增大，变形模量减小。
当RQD :100~65时, Em / E随RQD值降低而迅速降低
当RQD < 65时, Em / E随RQD值降低变化不大
3. 结构面张开度和充填特征的影响岩体 Em / E 与 RQD 关系
影响明显：张开度大，且无充填或充填薄时，岩体变形较大，变形模量小；张开度小，岩体变形较小，变形模量较大。
4.复合型
曲线呈阶梯或S型所代表的岩体：结构面发育不均匀，或岩性不均匀的岩体。
（二）剪切变形曲线
按剪应力-剪切变形曲线的形状和残余强度与峰值强度的比值,岩体剪切变形曲线分为3类：
1. 峰值前变形曲线的平均斜率小,峰值强度较小,破坏位移大,可达2～10cm;峰值后, 应力降不太明显，随位移增大强度损失很小或不变,τr /τp 1.0 ~ 0.6 岩体剪切试验情况：沿软弱结构面剪切
• 结构面的影响
τ
① 沿结构面剪切(重剪破坏)时，岩体剪切强度最低，等于结构面的抗剪强度。
岩块
② 横切结构面剪切(剪断破坏)时，岩体
岩体
剪切强度最高。
结构面
③ 沿复合剪切面剪切(复合破坏)时，其
强度介于以上两者之间。
0
σ
岩体剪切强度包络线示意图
说明：岩体的剪切强度是具有上限和下限，其强度包络线
也是有上限和下限的曲线族。上限是岩体的剪断强度,下限是结构面的抗剪强度。
体变形不同，即结构面导致
岩体变形的各向异性。结构
面组数少时明显，结构面组数多时不明显。
潜在的平面破坏倾倒破坏结构面产状对边坡变形的影响
层状岩体结构面产状对隧道围岩变形的影响
平行结构面方向的变形模量>垂直结构面方向的变形模量

岩体工程(岩体结构与稳定性分析)

岩体结构与稳定性分析
3.2岩体边坡稳定性评价方法一.边坡岩体变形破坏的基本形式（一）基本形式分类 1.按滑坡面与岩层层面关系分类 2.按边坡破坏的滑动面形状分类 3.按岩体结构特性分类
岩体结构与稳定性分析
(二)影响边坡稳定的因素岩石性质：岩石的成因，矿物成分，结构和强度岩体结构：岩体的结构类型，结构面性状以及其与坡面的关系水的作用：对岩土的软化，泥化作用，冲刷作用，静水压力和动水压力作用等。风化作用：使岩体的裂隙增多，扩大，透水性增强，抗剪抗压强度降低。地震力：使边坡岩体的剪应力增大，抗剪强度降低。地应力：开挖边坡使边坡初始应力改变。地形地貌及人为因素：边坡不合理的设计，开挖和加载，大量施工用水的渗入及爆破等。
岩体结构与稳定性分析
3.1岩体的结构特性 3.2岩体边坡稳定性评价方法
岩体结构与稳定性分析
一.结构面 1.分类原生结构面，构造结构面，次生结构面
2.结构面的工程特征产状，规模，形态，连续性，密集程度，张开度和填充情况 3.软弱夹层及泥化夹层特点软弱夹层，泥化夹层
岩体结构与稳定性分析
二结构体在岩体中被结构面切割的岩体被称为结构体体现了岩体的基本构造和外貌特征。分类整体结构或块状结构（局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆），镶嵌结构（可沿结构面滑塌，软岩可产生塑性变形），碎裂结构（易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧失稳），层状结构（易发生规模较大的岩体失稳，地下水加剧失稳）
岩体结构与稳定性分析
三.岩体分类 1.按岩体完整程度分类岩体的完整程度反映了其裂隙性，破碎岩石的强度和较完整岩石大大削弱，尤其边坡和基坑工程更为突出。 2.按岩石质量指标RQD分类是国际通用鉴别岩石工程性质好坏的方法，是利用钻孔直径为 54MM的金刚钻进的岩芯采取率来评价岩石质量。 3.按岩体基本质量指标BQ分类我国首个岩体分级的国家标准，先确定岩体基本质量，再结合具体工程特点确定岩体分级

关于岩体质量分类的几点分析

关于岩体质量分类的几点分析1、引言随着社会经济的发展，国家大力推进水利水电工程开发建设，一些大型水利水电工程在施工过程中存在诸多工程地质问题，需要对工程区域岩体质量分类进行研究。

目前而言，岩体质量分类一方面是对岩体结构模式、强度特性进行评价，对可利用岩体进行判别，然后进行优化设计，从而确定合理建基面，特别是准确选择各类岩体力学参数，具有一定的实际意义。

2、岩体质量分类概述岩体质量，换言之就是指一定空间范围岩体的整体强度特征。

大系统方面而言，岩体质量还包含岩体结构类型、地应力场、水体效应等影响，所以岩体质量分类也就是受到以上影响因素的影响，利用具体的表征指标，及各类形式和方法得出。

现阶段，国内外水利水电工程岩体质量分类的种类比较多，但是简单归纳可以分为定性分类、定量分类以及二者相互结合的类型；有常规性分类，也有专门性分类；有单一影响因素的分类，也有多种影响因素分类。

整体而言，常规分析方法就是以上所述三种，随着信息技术的发展，又延伸出一些智能化分类方法，比如说神经网络分类方法、模糊数学分类方法、灰色理论分析方法等。

3、常规分类方法岩体质量评价及分类起源于地下工程，逐渐延伸到坝基工程与边坡工程，开始是岩石分级，然后发展定性评价。

比如，最初分类方法是前苏联普氏于1906年提出的岩石坚固系数f分类方法。

这种定性分析方法存在一定的缺陷，仅仅利用几个固定评价指标，或者是数学公式，对岩体质量进行定量分级，实际上存在一定误差，无法准确概况所有情况，需要以定量分析为基础进行定性分析。

于1970年，岩体质量分类研究从定性分析发展到定量分析，由单影响因素分析发展到多影响因素分析方法。

到1988年，我国水利水电规划设计总院在诸多研究基础上，提出坝基岩体质量分级表，主要是按照岩石强度、结构特點、受力条件等三个方面对坝基岩体质量进行分类，还给出每一类别岩体力学参数的一些参考范围。

之后，我国编制《工程岩体分级标准》，先是岩体基本质量指标进行简单分类，然后按照工程区域地下水情况、工程结构面产状及初始应力状态等三个影响因素，对岩体质量进行分类，对每一个类型的工程岩体进行细致的定级。

4.1.岩体结构面的几何特征

第四章岩体的基本力学性质岩体是由岩块和结构面组合的天然地质体，其变形与强度不仅取决于它的受力状态，而且取决于岩体本身特征及赋存环境。

影响岩体基本力学性质的主要因素可概括为：（1）组成岩体的岩石材料性质；（2）组成岩体的结构面力学性质；（3）岩体中结构面的发育组合状态；（4）赋存环境，包括地下水、气和地应力的作用等等。

正是由于这些复杂因素的影响，使得岩体的力学性质与岩块有显著的差别，造成岩体变形增加，强度降低，显示出非均质、非连续、各向异性和非弹性等非线性性质。

本章首先讨论主要影响因素的特征，进而讨论岩体的变形性质和强度性质。

4.1.结构面的几何特征结构面对岩体力学性质的影响因素主要表现在结构面自身的力学性质和及其几何特征两方面。

其中几何特征通常包括：结构面的空间方位、连续性、密度、张开度、形态等；进一步研究还包括这些表述结构面几何特征指标的分布概率和结构面的空间组合关系对岩体力学性质或岩体工程稳定性的影响。

本节仅含前者。

4.1.1.结构面的空间方位结构面的空间方位，地质学中称为结构的产状，由走向、倾向和倾角表示。

其中：走向是指结构面与水平面相交的交线方向；倾向是与走向成垂直的方向，它是结构面上倾斜线最陡的方向；倾角度是指水平面与结构面之间所夹的最大角度。

可见结构面走向和倾向可以互相转换，所以，结构面产状有时又用倾向和倾角来表示。

为了便于结构面的数学表达，建立如图4.1(a)所示的坐标系，结构面就视为该坐标系中的一个空间平面。

并约定：向上为z 轴正向，向东为x 轴正向，向北为y 轴正向；结构面产状由倾向角β和倾角α确定。

由图4.1（a ）的几何关系可见，结构面的倾向角则为空间平面倾向与y 轴(正北向)的夹角；结构面倾角则为空间平面外法线与z 轴的夹角，如图4.1(b)所示，图中，ˆn表示结构面（空间平面）外法线。

设为单位矢量ˆn，则ˆn 在坐标轴,,x y z 上的分量分别为：sin sin αβ，sin cos αβ，cos α。

岩石的结构面及软弱结构面

岩石的结构面及软弱结构面岩体内存在的原生的层理、层面及以后在地质作用中形成的断层、节理、劈理、层间错动面等各种类型的地质界面统称结构面。

由结构面切割成的大小、形状不同的岩石块称结构体。

结构面和结构体的组合称岩体结构。

岩体结构的突出特点是不连续性。

这种不连续性使岩体在力学性质上的各向异性更加增强。

在受到力的作用时，岩体结构控制着岩体的变形和破坏。

岩体结构是岩体工程地质力学的基本概念。

所谓岩体结构，即岩体中的结构面以及被这些结构面相互切割而成的结构体共同组合的型式，二者具有内在的联系，它们是地壳长期活动的结果，随地球运动而不断的变化和发展，同时在地应力和工程作用影响下也会变化和发展。

因之，岩体结构的两大要素即是：结构面和结构体。

岩体工程地质力学把岩体看做是由结构面与结构体组合而成的有结构的地质体。

结构面是指岩体中存在的各类断层面、节理面、裂隙面、层面、不整合面、接触面等的地质界面。

结构体是指由这些地质界面切割的形状不一、大小不等的各种各样的地质块体。

所以,岩石的结构面是岩体内存在的原生的层理、层面及以后在地质作用中形成的断层、节理、劈理、层间错动面等各种类型的地质界面.而软弱结构面是对于威胁县城、重要集镇、重要公共基础设施的不稳定斜坡，通过工程地质测绘仍不能查明斜坡结构和软弱结构面的应进行不稳定斜坡结构和软弱结构面勘查。

不稳定斜坡稳定性验算应根据可能的滑动面类型和物质成分，选择有代表性的分析断面和合理的计算公式计算，计算方法可参照《滑坡防治工程设计与施工技术规范》DZ0240—2004中的第4.3条执行。

不稳定斜坡稳定性综合评价，应根据不稳定斜坡在斜坡体构造格局中所处的位置、规模、主导因素、滑坡前兆、不稳定斜坡区的工程地质和水文地质条件，以及稳定性验算结果等综合判定，并应分析不稳定斜坡的发展趋势和危害程度，提出防治措施建议。

不稳定斜坡勘查成果应包括：不稳定斜坡的地质背景和形成条件，不稳定斜坡的形态、性质和演化，不稳定斜坡的平面图、剖面图和岩土工程特性指标，不稳定斜坡稳定性分析，不稳定斜坡防治方案建议。

岩体的基本力学性能

整理ppt
图4－5 节理面的起伏度与粗糙度
A↑和 ↓的节理表面起伏越急峻。
整理ppt
返回
第二节结构面的变形特性法向
切向一、节理的法向变形（一）节理弹性变形（齿状接触）
022m d n2(1 hE 2)
按弹性力学
式中:d-为块体的边长; n-为接触面的个数;
Boussinesq公式计算齿状节理接触面弹性变形引
A( V )t VmcV
－原位应力 V Vmc A，t－回归参数
整理ppt
（3）状态方程的几何表示
A(Vm c VV)t
当t=t A=1时，有
V VmcV MC
整理ppt
最大闭合V mc
(4)试验方法（VmC的确定） a.无节理 c.配称接触
步骤：
（1）备制试件；
（2）作σ-ε曲线（a）；
JRC arctan(n)b lg(JCSn)
JRC为节理粗糙系数 JCS为节理壁抗压强度
整理ppt
3、转动摩擦
（1）基本假设
在张开节理中，经常有块状充填物，或节理切割成碎块。当剪切时，可使充填物或碎块发生转动。设转动的碎块为平行六面体，其模型见图4-15。假设模型受法向力N；剪切力T。
（2）稳定性分析
4、滚动摩擦
当碎块的翻倒角减少时，其内摩擦角也将减小。当碎块剖面为n个边的规则多角形时，其翻倒角为：
1800
n
当碎块的边数不断增加，则碎块趋向球， 0
对于一个完全圆球质点，其抗翻倒阻力就是它的滚动摩力，其摩擦系数为
fR
T N
tanR
钢圆柱滚动其摩擦系数为 fR [0 .00,0 .0 40 ]返2回
1 3 m 2 C in f 3 1 f 2 f

岩石结构面粗糙度尺寸效应分析

岩石结构面粗糙度尺寸效应分析陈世江;王创业;王超;郑文翔;郭灵飞【摘要】在实验室内用石膏粉人工制作类岩石试件,剪切后形成结构面,采用数字图像灰度信息表示结构面的粗糙度.将该类岩石结构面按照5种不同划分方案由小尺度到大尺度划分为10个等级(100像素×100像素,200像素×200像素,…,1 000像素×1 000像素).采用变异函数表征结构面粗糙度的方法,即SRv表征法,分别计算各个方案不同尺度下结构面各个方向上的SRv值.结果表明各方案:①在同一方向上,尺度较小时,SRv值较大,随着尺度增大,SRv值逐渐减小,达到一定尺度时,SRv值趋于稳定;不同方向上,SRv收敛尺度不尽相同.②结构面尺寸范围不同,其各向异性特征均有差别.由此,只有充分认识结构面在不同尺度下的各向异性特征,才能准确把握其尺寸效应特征;只有在准确把握其尺寸效应的前提下,才能有效地掌握其各向异性特征.这一认识为准确把握结构面力学性质提供一种新思路.%The artificial rocks specimen are made of gypsum powder in the laboratory and the surface structure is formed after the cutting.Then,the surface roughness of the structure is described by the digital gray images method.Secondly,the surface structure is divided into ten sampling windows according to five different programs with ranges from 100 Pixel× 100 Pixel,200 Pixel×200 Pixel to 1 000 Pixel× 1 000 Pixel.Finally,the values of SRv in all directions of the surface structure under different size are calculated by the SRv characteristics method,that is,the surface roughness is characterized by variogram.The results by each scheme show that (1) in the same direction,the smaller size is,the larger SRv value is.As the size increases,the SRv value decreases and then reaches a stable value.But in differentdirections,the threshold values of SRv are not the same.(2) In addition,the anisotropic characteristics are different among the different scale structural planes.Only by fully understanding the anisotropic characteristics of structure surface under different scales can accurately grasp the characteristics of size effect;Only accurate grasp of the size effect can effectively grasp the anisotropic characteristics.This understanding provides a new way to accurately grasp the mechanical properties of discontinuity.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】6页(P138-143)【关键词】结构面;尺寸效应;各向异性;粗糙度【作者】陈世江;王创业;王超;郑文翔;郭灵飞【作者单位】内蒙古科技大学矿业研究院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学矿业研究院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学矿业研究院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学矿业研究院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学矿业研究院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】TD313研究[1-5]表明，岩石结构面的剪切力学性质存在尺寸效应特征，而这一特征主要源于结构面的表面几何形态。

岩体的结构面名词解释

岩体的结构面名词解释引言岩体是地球表面的岩石体系，由各种不同类型的岩石组成。

岩体结构是指岩石内部或岩石体系中存在的特定特征和形态。

在岩体结构中，结构面是一种重要的地质特征，对了解岩石的形成和演化过程非常关键。

本文将解释岩体的结构面相关名词，以帮助读者更好地理解岩体结构。

节理（Joint）节理是岩石中的裂缝或断裂面，其形成主要是由于岩石受到外力的作用，在应力作用下发生的岩石折断现象。

节理面通常较直且平行，其间隙也较窄。

节理可以垂直或倾斜于岩体的水平面，也可以和其它节理面交叉形成一定的角度。

节理的形成可能是由于构造运动、热胀冷缩、溶蚀和沉积作用等引起的。

剪切节理（Shear joint）剪切节理是一种具有切削性质的节理，常发生在岩体受到剪切应力作用时。

剪切节理的特点是倾角较小，一般小于45°，并且节理面之间的间隙呈蜈蚣状分布，具有明显的切削痕迹。

剪切节理的存在与构造运动密切相关，通过对剪切节理的研究，可以了解构造运动的性质和历史。

层理面（Bedding plane）层理面是沉积岩中最常见的结构面，也是岩石中最具有方向性的结构面之一。

层理面主要是由于沉积物在沉积过程中形成的。

这种结构面通常水平、平行且间隔相等，反映了沉积物沉积的层次性和方向性。

层理面对于岩石和地质调查非常重要，可以帮助我们理解沉积岩的堆积环境和构造演化。

断层（Fault）断层是岩石中发生断裂的地质现象，通常由于地壳板块的运动引起。

断层可以是垂直的，也可以是倾斜的。

垂直断层将岩石分隔开来，形成断层面，这些断层面具有显著的位移。

断层的存在常常会导致地震活动和地壳变形，对地质灾害的研究和预防具有重要意义。

褶皱面（Fold plane）褶皱面是由于岩层受到外力作用而发生弯曲变形时形成的。

褶皱面通常是倾斜的，呈波浪状或弧形分布。

褶皱面的形成与岩石的变形和构造作用密切相关，它们记录了岩石受到的应力和压力。

通过对褶皱面的研究，可以揭示地壳变形的规律和地质历史。