岩体的力学性质及岩体分类

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第3章岩石力学性质与分级

岩体的RMR值取决于五个通用参数和一个修正参数，这五个通用参数为：
岩石抗压强度R1 节理间距R3 地下水状态R5
岩石质量指标R2 节理面状态R4 节理方向对工程影响修正参数R6
把上述各个参数的岩体评分值相加起来就得到岩体的RMR值：
RMR= R1 +R2+R3+R4 + R5 + R6
（1）由“岩石抗压强度”确定的岩体质量评分值R1（15）
分4级
岩体完整性分类
岩石质量指标 RQD
弹性波(纵波) 波速
分5级。100-90-75-50-25-0
分4级。分7级。
适用范围
特点
备注
初期
未考虑岩我国早期使
体特点
用
初期
指标易得
伦敦地质学会和富兰克林
巷道
考虑岩石荷载与稳定性
1950年
地铁
岩石抗压、工程地质、稳定性
迪尔1963
中科院地质所日本池田和彦
主要内容 §1 岩石（岩体）的基本力学性质 §2 矿山工程岩体分类
☆ 概述 ☆ 岩体坚固性分级 ☆ 工程地质RMR分类 ☆ 边坡稳定的SMR分级 ☆ 岩体分类实例 ☆ 作业
第二节矿山工程岩体分类
一、概述
（一）工程岩体分类的目的
工程类比法的需要；为岩体工程建设的勘察、设计、施工和编制定额等，提供必要的基本依据。
备注
南非工业和科学委员会CSIR，毕昂斯基 (Bieniawshi)
挪威土工所 (NGI),Baton
矿山边坡 Romana(1993)
综合水利隧道
二、岩体坚固性分级
前苏联学者普罗特基雅柯诺夫(М.М. Протодьяконов)按当时采掘工业水平提出的要求，对岩石进行定量分级的，被称为普氏分级。根据岩石坚固性的不同，将岩石划分为十级。

《岩体力学》第六章岩体的力学性质

图6.1 岩体的压力--变形曲线第六章岩体的力学性质岩体的力学性质包括岩体的变形性质、强度性质、动力学性质和水力学性质等方面。

岩体在外力作用下的力学属性表现出非均质性、非连续、各向异性和非弹性。

岩体的力学性质取决于两个方面： 1）受力条件；2）岩体的地质特征及其赋存环境条件。

其中地质特征包括岩石材料性质、结构面的发育情况及性质（影响岩体的力学性质不同于岩块的本质原因）；赋存环境条件包括天然应力和地下水。

第一节岩体的变形性质一、岩体变形试验及其变形参数确定变形参数包括变形模量和弹性模量。

按静力法得到静E ，动力法得到动E 。

⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧法波地震声波法动力法轴压缩试验法双单水压洞室法钻孔变形法扁千斤顶法狭缝法承压板法静力法按原理和方法分原位岩体变形试验)()()( )(1．承压板法刚性承压板法和柔性承压板法各级压力P －W （岩体变形值）曲线按布西涅斯克公式计算岩体的变形模量E m （Mpa ）和弹性模量E me （Mpa ）。

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=e m mem m W W PD E W W PD E )1()1(22μμ式中：P —承压板单位面积上的压力（Mpa ）； D —承压板的直径或边长（cm ）；W，W e—为相应P下的总变形和弹性变形；ω—与承压板形状、刚度有关系数，圆形板ω=0.785，方形板ω=0.886。

μm—岩体的泊松比。

★定义：岩体变形模量（E m）：岩体在无侧限受压条件下的应力与总应变之比值。

岩体弹性模量（E me）：岩体在无侧限受压条件下的应力与弹性应变之比值。

图6.2 钻孔变形试验装置示意图②可以在地下水位以下笔图6.3 狭缝法试验装置如图6.3所示。

二、岩体变形参数估算现场原位试验费用昂贵，周期长，一般只在重要的或大型工程中进行，因此，岩体变形参数的很多情况下必须进行估算。

两种方法：① 现场地质调查→建立适当的岩体地质力学模型→室内小试件试验资料→进行估算； ② 岩体质量评价和大量试验资料→建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系→进行估算。

岩体的力学性质

结构面：指地质过程中在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。

又称不连续面.结构面包括物质分异面和不连续面。

软弱结构面：结构面中规模较大，强度低，易变性的结构面。

结构体：被结构面切割成的岩石块体。

裂隙度K：是指沿取样线方向单位长度上的节理数量。

切割度Xe：指岩体被节理割裂分离的程度。

剪胀现象：规则齿状结构面在正应力很小的时将沿着齿面滑动，结构面张开，发生剪胀现象岩体的强度：指岩体抵抗外力破坏的能力，包括抗压强度和抗剪强度。

抗剪断强度：指正应力作用下岩体发生剪断破坏时的最大切应力。

摩擦强度：着正应力下岩体沿着既有破裂面发生剪切破坏时的最大切应力。

抗切强度：指剪切破坏面上的法向应力为零时的最大切应力。

岩体完整性系数：岩体与岩石中纵波传播速度的比值的平方。

岩体的动力学性质：指动荷载下岩体表现出的性质。

张节理：是岩体在张应力作用下形成的一系列裂隙的组合，一般粗糙，宽窄不一且延展性较差剪节理：指岩体在切应力作用下形成的一系列裂隙的组合，一般平直光滑，延展性相对比较好张性断层：由张应力或与张断层平行的压应力形成的断层。

压性断层：主要是指压性逆断层，逆掩断层，断层面上常有与走向大致垂直的逆冲擦痕，大致平行集中出现的一系列压性断层构成挤压断层带。

剪性断层：主要指平移断层以及部分正断层，剪裂面产状稳定，断面平整光滑。

劈理：指在地应力作用下，岩石沿着一定方向产生大致平行的破裂面。

泥化夹层：是由于水的作用时夹层内的松软物质泥化而成，其产状与岩层基本一致。

影响结构面力学性质的因素：答：1.结构面两侧结构体的力学性质2.结构面的几何特征3.结构面的尺寸效应4.填充物的力学性质5.水对泥夹层的软化作用6.后期加载过程7.泥化夹层的时效性8. 前期变形历史●影响岩体中结构体特征的因素：答：1.切割岩体的结构面组数2.岩石的类型3.区域构造运动的强度4.工程岩体的破坏方式●影响岩体变形性质与试验结果的因素：答：1.岩体性质2.岩体中结构面发育特征3.岩体试验加载速率，加载过快，岩石变形不充分，导致变形模量较大4.温度，一般来说，温度增高，岩体延性加大，屈服点随之降低。

工程地质学-第三章岩体的工程地质性质与岩体分类-1-结构面特征与结构面类型

1）产状：结构面的产状常用走向、倾向和倾角三要素表示。 2）连续性：结构面的连续性反映结构面的贯通程度，常用线连续性系数、迹长和面连续性系数等表示。 3）密度：结构面的密度反映结构面发育的密集程度，常用线密度、面密度和间距等指标表示Байду номын сангаас 4）张开度与填充胶结特征：结构面的张开度e是结构面两壁面间的垂直距离（mm） 5）形态：结构面的形态对岩体的力学性质及水力学性质存在明显的影响。 6）结构面的组合关系：控制着可能滑岩的岩体的几何边界条件、形态、规模、滑动方向及滑移破坏类型，它是工程岩体稳定性预测与评价的基础。
1)原生结构面：是岩体在成岩过程中形成的结构面，其特征与岩体成因密切相关。因此，又可将其分为沉积结构面、岩浆结构面和变质结构面三类。原生结构面除部分经风化卸荷作用裂开外，多具有不同程度的连接力和较高的强度。 (1)沉积结构面
沉积岩的层理、层面、沉积间断面及沉积软弱夹层等都属于沉积结构面。 (2)火成结构面
在岩体的强度性质中，最重要的是抗剪强度。
它是影响工程安全和造价的重要因素，在岩基抗滑稳定、边坡岩体稳定和地下硐室围岩稳定性分析与近似中，岩体的抗剪强度参数是必不可少的。
二、岩体的流变特征
蠕变：指在应力一定的条件下,变形随时间的持续而逐渐增长的现象；松弛：变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。长期强度：出现蠕变破坏的最低应力值
2.结构面的规格和等级按结构面延伸长度、切割深度、破碎带宽度及其
力学效应，可将结构面划分为如下五级： Ⅰ级：指大断层或区域性断层。 Ⅱ级：指延伸长而宽度不大的区域性地质界面，如较大的断层、层间错动、不整合面及原生软弱夹层等。 Ⅲ级：指长度为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。 Ⅳ级：指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、剪理面等。其长度一般为数十米至二三十米，宽度近于零至数厘米不等，是构成岩块的边界面。 Ⅴ级：又称微结构面，指隐节理、微层面、微裂隙及不发育的片理、劈理等，其规模小，连续性差，常包括在岩块内，主要影响沿块的物理力学性质。

岩体的基本力学性能与分级标准

岩体的基本力学性能与分级标准一、岩体破坏形式挠曲、剪切、拉伸及压缩等四种形式。

二、岩体变形特征（一）岩体应力一应变曲线分析岩体中存在各种裂缝和空隙，因此在受载的开始阶段体积减小，但到一定的阶段体积又增大。

根据目前的试验研究，可把岩体受力后产生变形和破坏的过程分为四个阶段，其应力应变曲线见图1-21<.（I）压密阶段。

该阶段是受力的更杂多裂隙岩体首先出现的（图1-21中I）。

其变形主要是非线性的压缩变形，表现为应力应变曲线呈凹状缓坡。

（2）弹性阶段。

岩体经过压密后，可认为是连续介质。

如果继续加载就进入弹性阶段（图1-21中II）。

该阶段的主要特点是，岩体中的结构体开始承载和变形，岩体变形的主要组成部分是弹性变形。

即变形随载荷的增加基本上按比例增长，表现为应力应变曲线呈直线型。

（3）塑性阶段。

如果继续加载当应力达到屈服点以后，岩体变形就进入塑性阶段（图1-21中III）。

该阶段的主要特点是以沿结构面滑移变形为主的剪切滑移变形，伴随着结构体的变形，开始出现微破裂并逐渐增加，出现扩容、应变强化等现象。

（4）破坏阶段。

如岩体承受的载荷不断增长，其变形增长率也不断增大，当应力达到极限强度时,岩体会沿着某些破损面滑动,于是就从塑性阶段进入破坏阶段（图卜21中IV）。

其特点是，应力应变曲线基本上缓慢下降，标志着岩体处于破裂积累阶段，当积累到一定程度后，岩体才失去稳定而发生完全破坏。

此时，岩体内不仅出现因原有裂缝的扩展而发展的新裂缝，并且出现因结构体转动以及结构面滑移所产生的内部空洞，因而，岩体体积较之前大大膨胀，其纵向变形也由于岩体开始破坏而大为增加。

图1-21岩体成力应变曲线I-转化点；2-屈服点；3-极限强度（二）影响岩体变形的因素（1）岩体结构的影响①整体结构岩体：岩体的应力应变曲线与其组成岩石的变形曲线类似，但纵、横向变形都比岩石大，这是由于岩体内部包含较多微裂隙，体积远大于其结构岩块的缘故。

②层状结构岩体：岩体的变形特征具有明显的各向异性。

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

岩体的工程地质性质及岩体工程分类

邻结构面的平均距离。
Kd与d互为倒数关系如果测线水平布置，且与结构面法线的夹角为α，结构面的倾角为β时:
KdLsinncossin Kcd' os
结构面间距分级表
描述极密集的间距很密集的间距
密集的间距中等的间距宽的间距很宽的间距极宽的间距
间距（mm） <20 20~60
60~200 200~600 600~2000 2000~6000 >6000
面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。 • 岩浆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。 • 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。
2.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。
1侵入体与围岩接触面 2岩脉岩墙接触面 3原生冷凝节理
岩脉受构造结构面控制，而原生节理受岩体接触面控制
接触面延伸较远，比较稳定，而原生节理往往短小密集
与围岩接触面可具熔合及破碎两种不同的特征，原生节理一般为张裂面，较粗糙不平
1片理 2片岩软弱夹层
产状与岩层或构造方向一致
片理短小，分布极密，结构面光滑平直，片理在岩层深
积之和与总面积的比值。
结构面连续性分级表
描述很低连续性
低连续性中等连续性
高连续性很高连续性
迹长（m） <1 1~3 3~10
10~育的密集程度。 ❖1、线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数(条／m)。
❖2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相
张性断裂不平整，常具次生充填，呈锯齿状，剪切断裂较平直，具羽状裂隙，压性断层具多种构造岩，成带状分布，往往含断层泥、糜棱岩

岩石的地质力学特征

岩石的地质力学特征岩石是地球上最常见的物质之一，其地质力学特征对于了解地球内部的构造和地质活动具有重要的意义。

在本文中，我将介绍岩石的地质力学特征，包括岩石的类型、力学性质、破裂与变形等方面。

首先，让我们来了解一下岩石的类型。

岩石可以分为三种主要类型：火成岩、沉积岩和变质岩。

火成岩是由地壳或地幔中的熔融岩浆冷却所形成的，例如花岗岩和玄武岩。

沉积岩是由岩屑、有机物或溶解物质在地表沉积并经过压实而形成的，例如砂岩和石灰岩。

变质岩是由原有岩石在高温和高压下发生变化而形成的，例如片麻岩和云母片岩。

接下来，我们来了解一下岩石的力学性质。

岩石的力学性质可以通过一些实验来测试。

其中，最常用的是强度测试和弹性模量测试。

强度测试可以用来评估岩石的破裂和破坏的能力。

弹性模量测试则可以用来评估岩石的变形和回弹能力。

这些测试结果可以帮助我们对岩石的力学性质有更深入的了解。

岩石在地质过程中会发生各种破裂和变形。

其中，最常见的是岩石的断裂和褶皱。

断裂是指岩石在外力作用下发生断裂并形成断层。

断层可以是平行于地层的走向、顺层倾向或垂直于地层的倾角。

褶皱则是指岩石在外力作用下发生挤压并形成褶皱。

褶皱可以是正褶皱或逆褶皱，取决于褶皱的折叠方向。

除了断裂和褶皱，岩石还可以发生岩浆侵入和岩石变形等现象。

岩浆侵入是指岩浆从地壳或地幔中向上运动并进入岩石中的过程。

岩浆侵入的形式有很多，常见的有岩浆柱、岩浆包裹体和岩浆岩等。

岩石变形是指岩石在外力作用下发生形状和体积的变化。

岩石变形可以是弹性变形或塑性变形，取决于岩石的力学性质和外力的大小。

总结起来，岩石的地质力学特征包括其类型、力学性质、破裂和变形等方面。

了解和掌握这些特征对于地质研究和工程建设具有重要的意义。

我们可以通过实验和观察来深入了解岩石的地质力学特征，并将其应用于实际的工程项目中。

随着科技的不断发展，我们对岩石的了解也会越来越深入，为地球科学的进一步发展提供更多的支持。

工程地质岩组特征

工程地质岩组特征工程地质岩组特征是指岩石在工程施工过程中的特点和性质。

岩组特征是工程地质研究的重要内容，对于工程设计、施工和维护都有重要的影响。

一、岩石的成因和类型岩石可以分为火成岩、沉积岩和变质岩三大类。

火成岩是由岩浆在地下或地表凝固而形成的，包括花岗岩、玄武岩等；沉积岩是由风化、运移和沉积作用形成的，如砂岩、泥岩、石灰岩等；变质岩是由原有岩石在高温高压下发生矿物组合、结构和化学成分变化而形成的，如片麻岩、白云岩等。

二、岩石的物理性质岩石的物理性质包括密度、硬度、孔隙度、吸水性等。

密度是指单位体积岩石的质量，硬度是指岩石的抗压强度，孔隙度是指岩石中洞隙的百分比，吸水性是指岩石吸水的能力。

三、岩石的力学性质岩石的力学性质包括弹性模量、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。

弹性模量是指岩石在外力作用下的变形能力，抗拉强度是指岩石在拉伸过程中的破坏能力，抗压强度是指岩石在压缩过程中的破坏能力，抗剪强度是指岩石在剪切过程中的破坏能力。

四、岩石的破碎性质岩石的破碎性质是指岩体破裂和剥离的能力。

岩石的破碎性质与岩石的结构、强度、断裂性质等有关，对于工程施工过程中的爆破、钻孔、开挖等都有重要的影响。

五、岩石的耐候性岩石的耐候性是指岩石在自然环境下的抗侵蚀能力。

不同岩石的耐候性有差异，一些岩石容易被风化、溶解、破碎等，对工程施工和维护带来了一定的困难。

六、岩石的水文地质性质岩石的水文地质性质是指岩石的渗透性、含水量和水位等。

不同类型的岩石具有不同的渗透性和含水量，对于工程施工过程中的地下水的流动和排水都有重要的影响。

七、岩石的化学性质岩石的化学性质包括岩石的化学组成和岩石中矿物的化学反应等。

不同类型的岩石有不同的化学成分，对于工程施工和维护带来了一定的挑战。

综上所述，工程地质岩组特征是指岩石的成因和类型、物理性质、力学性质、破碎性质、耐候性、水文地质性质和化学性质等方面的特点和性质。

了解岩组特征有助于合理选择施工方法和措施，减少工程事故的发生，提高工程质量和安全性。

工程岩土学第五章

（据茂木清夫）
但弹性模量与围压的关系随岩石性质（强度）不同而不同。
a.强度较高的岩石（如辉长岩，白云岩，苏长岩等），弹性模量基本为常数，不随围压变化而改变； b.强度较低的弱岩（如砂岩等），弹性模量随围压的提高而增大。
辉长岩应力差－轴应变曲线
砂岩应力差－轴应变曲线
2.不等围压三轴状态（真三轴状态）
（σ1＞σ2 ＞ σ3 ）
岩石在真三轴状态下的变形特征资料较少，而且对一些互相矛盾的现象还没有得到统一的解释
3.等压三轴状态（静水压力状态）
（σ1=σ2 = σ3 ）静水压力状态可看作常规三轴状态的一种特殊情况。岩石在各向相等的压力作用下发生体积压缩变形，一般采用体积模量表征岩石在静水压力下体积变形的特性。
§5.1
概述
一. 岩体的力学性质——岩体在力的作用下
所表现的性质 ①变形性—— 岩体承受力的作用而发生
包括：
变形的性能
②抗破坏性——岩体抵抗力的作用而保持
其自身完整性的性能
注意：1.岩体的变形和破坏不是两个截
然分开的阶段，而是一个统一的、连续的过程，破坏是累进性的。 2.岩体的力学性质是由结构体（岩石）和结构面的力学性质共同决定的，二者在岩体力学性质中各自所占的地位，与岩体的完整性有关。但当破坏面部分沿已有裂隙，部分通过完整岩石时，并不能将岩石力学性质和结构面力学性质按照它们在破坏面中各自所占的比例简单地进行加权，用以表征岩体的力学性质。参考《岩石力学》。
σ
B
C
A
0
εa
50 100 150 200
O 0
岩石典型的全应力－应变曲线
并非所有岩石都有以上明显的变形阶段
250 200 150

岩石与岩体

首先取决于岩体的结构类型与特征，其次才是组成岩体的岩石的性质。
其意义在于结构面的特征决定岩体
的性质。
不同结构类型岩体的工程地质性质：
整体块状结构：强度高各向同性抗风化能力强
层状结构岩体：强度较高各向异性层间滑动
碎裂结构岩体：完整性差强度低
散体结构岩体：
碎石土类各向同性强度最差
岩石的抗压强度最高，抗剪强度
居中，抗拉强度最小。抗剪强度约为
抗压强度的10％～40％；抗拉强度仅为抗压强度的2％～16％。岩石越坚硬，其值相差越大。抗压和抗剪强度是评价岩石（岩
体）稳定性的指标。
（三）影响岩石工程性质的因素 1. 矿物成分: 应注意矿物对岩石强度影响 2. 结构岩石按结构分类：结晶联结胶结物联结强度上的一般规律：
结构体：被结构面切割成的块体。
形状：柱状、块状、板状、楔状、锥状等等原因：与岩层的产状有关。结构体大小可用体积裂隙数Jv来表示，指岩体单位体积通过的总裂隙数。 Jv =1/S1+1/S2+1/S3+… …+1/Sn=∑1/Si Si ：岩体内第i组结构面的间距 1/Si：该组结构面的裂隙数（裂隙数/m）
4.软化性岩石吸水后，其强度和稳定性发生变化的性质。软化系数kd：等于岩石在饱和状态下的极限抗压强度与在风干状态下极限抗压强度的比。用小数表示。 5. 抗冻性岩石抵抗冻胀压力作用的能力。一般用强度降低率来表示。
（二）岩石的力学性质
变形特性：弹性模量泊淞比
弹性模量E：应力和应变之比。泊淞比：横向应变与纵向应变之比。强度特性：岩石抵抗外力破坏的能力。抗压强度Rc：抵抗压碎破坏的能力抗拉强度Rt ：约为0.02~0.16Rc 抗剪强度[]：约为0.1~0.4 Rc

岩石力学与工程岩体力学性质

岩石力学与工程岩体力学性质
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四、结构面对岩体强度的影响
结构面是通过结构面的产状、形态、延展尺度等几何特征参数和密集度与充填物等状态，来描述对岩体强度和工程稳定性影响的。
1.结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动起控制作用。
2.结构面形态决定结构面抗滑力的大小，当结构面的粗糙度越高，其抗滑力就越大。
3.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程岩体力学性质
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三、岩体破碎程度的指标(补充)
1.裂隙度
（1）定义裂隙度K是指沿着取样线方向，单位长度上节理的数量。
（2）计算
1）设某节理取样线长度为L，沿L内出现节理的数量为n，则 Kn L
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岩石力学与工程岩体力学性质
划分依据原生岩体结构呈块状原生岩体结构呈层状原生岩体结构呈块状原生岩体结构呈层状原生岩体结构呈块状原生岩体结构呈层状原生岩体结构呈块状原生岩体结构呈层状原生岩体结构呈块状原生岩体结构呈层状原生岩体结构特征已消失原生岩体结构特征已消失
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2）沿取样方向节理的平均间距d为
d 1 L Kn
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2.切割度
（1）切割度
是指岩体被节理割裂、分离的程度。
（2）计算
1）仅含一个节理面的平直断面，节理面面积 a，平
直断面面积A，其切割度 X e 为
Xe
a A
2）当岩体被完全切割时，Xe 1 ；未被切割时，
级序结构类型
划分依据
Ⅰ Ⅰ1 块裂结构多数软弱结构面切割，块状结构体
Ⅰ2 板裂结构一组软弱结构面切割，板状结构体

4岩体的力学性质及工程分类

0.35~0.15 <0.15
破碎
极破碎
4、按岩芯质量指标（RQD）分类
蒂尔（Deer,1968)提出根据钻探时岩芯完好程度来判断岩体的质量，对岩体分类。
RQD li 100% L
式中：li —所取岩芯中≥10cm长度的岩芯段的长度； L—钻进岩芯的总程度，m。
RQD（％） 0～25
等级
Ⅰ
分类
很差
25~50 Ⅱ 差
50~75 Ⅲ
较好
75~90 Ⅳ
良好
90～100 Ⅴ
很好
例某钻孔的长度为250cm，其中岩芯采取总长度为200cm,而大于10cm的岩芯总长度为 157cm(如图所示)，则岩芯采取率： 200/250=80%
RQD=157/250=63% 岩体分类为：Ⅲ类、中等岩体
面
岩体的破坏机制也受控于岩体结构：结构控制有：岩体破坏难易程度、岩体破坏的规模、岩体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。
岩体破坏机制受岩体结构控制
整块体结构岩体
①张破裂 ②剪破坏
块状结构岩体
结构体沿结构面滑动
碎裂状结构岩体
①结构体张破裂
②结构体
剪破裂
③结构体流动变形 ④结构体沿
结构面滑动
⑤结构体转动
分类的目的：为岩体工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。
按分类目的，可分为综合性和专题性两种；按其所涉及的因素多少，可分为单因素分类法和多因素分类法两种。
一、工程岩体分类的参考影响因素
1、岩石的质量。主要表现在岩石的强度和变形性质方面。
2、岩体的完整性。岩体完整性取决于不连续面的组数和
5、地下水的影响。渗流，软化，膨胀，崩解，静、动水压力等。

岩石力学(岩石的性质及分类)

第一章岩石的物理性质及岩石工程分类学习对象岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的各项指标。

学习内容岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的容重、密度比重、孔隙率和孔隙比；含水量、吸水率与饱和系数；渗透系数。

学习目的掌握有关概念，特别是掌握岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的各项指标。

掌握岩石的容重、密度比重、孔隙率和孔隙比；含水量、吸水率与饱和系数；渗透系数等计算。

1.1 岩石及岩石的结构特征1岩石工程岩石力学的研究对象是岩石。

岩石是构成地壳的基本材料，是经过地质作用而天然形成的（一种或多种）矿物集合体。

岩石通常按地质成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩等三种类型，下图为三类岩石的部分岩体。

a、岩浆岩岩浆岩是岩浆冷凝而形成的岩石，绝大多数岩浆岩是由结晶矿物所组成，由于组成它的各种矿物化学成分和物理性质较为稳定，它们之间的联结是牢固的，因此岩浆岩通常具有较高的力学强度和均质性。

工程中常遇到的岩浆岩有花岗岩、玄武岩等。

b、沉积岩沉积岩是母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）经风化剥蚀而产生的物质在地表经搬运沉积和硬结成岩作用而形成的岩石组成。

沉积岩的主要物质成分为颗粒和胶结构。

颗粒包括各种不同形状及大小的岩屑及某些矿物；胶结物常见的成分有钙质、硅质、铁质以及泥质等。

沉积岩的物理力学性质不仅与矿物和岩屑有关，而且也与胶结物性质有关。

沉积岩具有层理构造，这使得它的物理力学性质具有方向性。

工程建设中常见的沉积岩有灰岩、砂岩、页岩等。

c、变质岩变质岩是由岩浆岩、沉积岩甚至变质岩在地壳中受到高温、高压及化学活动性流体的影响下发生变质而形成的岩石。

它在矿物成份、结构构造上具有变质过程中产生的特征，也常常残留有原岩的某些特点。

因此，变质岩的物理力学性质不仅与原岩的性质有关，而且与变质作用的性质及变质程度有关。

工程建设中常见的变质岩类有大理岩、片麻岩、板岩等。

工程岩体分级标准

工程岩体分级标准工程岩体分级标准是指根据岩体的力学性质、岩体结构和岩体稳定性等特征，对岩体进行分类和评定的标准。

岩体在工程施工中扮演着重要的角色，其稳定性直接关系到工程的安全性和可靠性。

因此，对岩体进行科学合理的分级评定，是保障工程施工质量和安全的重要环节。

一、岩体力学性质。

岩体的力学性质是指岩石在外力作用下的变形和破坏特性。

根据岩石的抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等指标，可以将岩体分为强、中、弱三个等级。

强岩体具有较高的抗压强度和抗拉强度，适合用于大型工程的基础和支护结构；中岩体的力学性质一般，适合用于中小型工程的基础和支护结构；弱岩体的力学性质较差，需要采取特殊的支护措施才能保证工程的安全施工。

二、岩体结构。

岩体结构是指岩石的裂隙、节理、岩层倾角等特征。

根据岩体结构的复杂程度和对工程施工的影响程度，可以将岩体分为简单、中等、复杂三个等级。

简单岩体结构指岩石中裂隙和节理较少，对工程施工影响较小；中等岩体结构指岩石中存在一定数量的裂隙和节理，对工程施工有一定影响；复杂岩体结构指岩石中存在大量的裂隙和节理，对工程施工影响较大，需要采取相应的支护措施。

三、岩体稳定性。

岩体稳定性是指岩体在外力作用下的稳定性和变形能力。

根据岩体的稳定性和变形能力，可以将岩体分为稳定、较稳定、不稳定三个等级。

稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力较强，不易发生破坏；较稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力一般，可能发生一定程度的破坏；不稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力较差，容易发生破坏，需要采取有效的支护措施。

综上所述，工程岩体分级标准是工程施工中重要的一环，对岩体进行科学合理的分类和评定，有助于制定合理的支护措施，保障工程施工的安全和可靠。

在实际工程中，应根据岩体的力学性质、结构和稳定性等特征，综合评定岩体的分级，并采取相应的支护措施，确保工程施工的顺利进行。

岩体力学04-工程岩体分类

第四章工程岩体分类
方法：通过岩体的一些简单和容易实测的
指标，把工程地质条件和岩体力学性质参数联系起来，并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对岩体进行归类的一种工作方法。
目的：通过分类，概括地反映各类工程岩
体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。
学性质、
优点：给出了毛洞自稳性的工程地质评价，给出了各类围岩
的喷锚支护设计参数及围岩物理力学性质的计算指标。
主要工程地质特点
围岩类岩体结构别
岩石强度指标
构造影响程度，结构面发育情况和组合状态单轴饱和抗压强度
σcw(MPa)
岩体声波指标
岩体完整性系数
Kv
点荷载强岩体纵度(MPa) v 波度 (km／s)
（1）根据各类指标的数值，按下表的标准评分，求和得总分 RMR值。
分类参数完整岩石强度 (MPa) 点荷载强度指标单轴抗压强度＞10 ＞250 15 90~100 4~10 100~250 12 75~90 15 60~200 15
节理面稍粗糙，宽度＜1mm，节理面岩石坚硬
数值 2~4 50~100 7 50~75 10 20~60 10
20 10~25 或 0.1~0.2
或只有湿气(有裂隙水)
10 25~125 或 0.2~0.5 或中等水压 4
5
地下水条件
总条件评分值
4
（2）按下表的规定对RMR总分作适当的修正。
按节理方向修正评分值
节理走向或倾向隧道评分值地基边坡非常有利 0 0 0 有利 -2 -2 -5 一般 -5 -7 -25 不利 -10 -15 -50 非常不利 -12 -25 -60

第六章岩体的工程地质性质及岩体工程分类

构造结构面节理（型节理，张节理）节理（X型节理，张节理）断层（正断层，逆断层，平移断层）断层（正断层，逆断层，平移断层）层间错动带，羽状裂隙，破劈理。层间错动带，羽状裂隙，破劈理。
构造结构面——区域性活动断裂区域性活动断裂构造结构面
构造结构面 ——
断层
断层面
3、次生结构面（浅、表生结构面）次生结构面（表生结构面）
沉积结构面：是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，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。软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。岩浆（火成）结构面：是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构岩浆（火成）结构面：面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆包括岩浆岩体与围岩的接触面、岩之间的接触面和原生冷凝节理等。岩之间的接触面和原生冷凝节理等。变质结构面：在变质过程中形成，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，像片理、片麻理。结构面，像片理、片麻理。
Ⅳ级：指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、层及较发育的片理、劈理面等。层及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界破坏岩体的完整性，面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。及应力分布状态。 Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和级结构面主要控制着岩体的结构、物理力学性质，数量多且具随机性，物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律，需用统计方法进行研究。统计方法进行研究统计规律，需用统计方法进行研究。又称微结构面。常包含在岩块内， Ⅴ级：又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。

地质学基础第七章岩体

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流变性:
指在恒定条件下，应力或变形随时间而变化的特性。蠕变(creep):
在一定应力下,变形随时间持续增长。松弛(relaxation):
在变形保持一定时,应力随时间逐渐减小。
图 7—8 不同应力条件下岩体的蠕变曲线
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强度特性
最主要是抗剪强度
m
cm
图 7—12 岩体抗剪强度包络线 1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围
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当结构面走向与边坡走向成直交时，稳定坡角最大，可达90°；当结构面走向与边坡走向平行时，稳定坡角最小，即等于结构面的倾角。
图 7—23 结构面走向与边坡走向成直交
图 7—24 结构面走向与边坡走向平行
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2. 力学讨论
滑动面上岩体的内摩擦角
滑动面上岩体的粘聚力
K F Ntg cL G costg cL
结构分析图解法——赤平极射投影
图 7—15 赤平极射投影原理
图 7—16
图 7—17
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表 7—12
图 7—18 吴尔夫投影网
图 7—19
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(一) 一组结构面的分析
1.结构分析
①当岩层（结构面）的走向与边坡的走向一致时：
边坡的投影为弧AMC
J1与坡面AC倾向相反，边坡稳定。 J2与坡面AC倾向相同，但其倾角
内部因素（岩石的地质特征）
• 矿物成分 • 结构 • 构造
外部因素
• 水的作用 • 风化作用
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3.岩石的工程性质评述
岩浆岩
• 深成侵入岩具结晶结构，晶粒粗大均匀，力学强度高。一般是良好的建筑地基和天然建筑石材。但由于多种矿物结晶组成，抗风化能力较差。 • 浅成侵入岩特别是脉状岩体穿插于不同的岩石中，易蚀变风化，使其强度降低、透水性增大。 • 喷出岩若具有气孔构造、流纹构造及发育有原生裂隙，透水性较大。多呈岩流状产出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基均一性和稳定性影响大。

岩体分类和岩体分级

岩体分类和岩体分级岩体分类是指根据岩石的成因、岩层结构和岩石成分等特征将岩石进行归类的过程。

岩石可以根据不同的分类标准进行分类，下面是一些常见的岩体分类方法：1. 岩石成因分类：根据岩石的形成过程和成因，将岩石分为火成岩、沉积岩和变质岩三大类。

火成岩是由熔融状态下的岩浆冷却凝固而成的岩石；沉积岩是由岩屑、化学沉淀物或有机物沉积而成的岩石；变质岩是在高压、高温或其他变质作用下形成的岩石。

2. 岩层结构分类：根据岩石的结构特征，将岩石分为层理岩、节理岩和断裂岩等。

层理岩具有明显的平行层理结构，常见于沉积岩中；节理岩有明显的岩体断裂面，常见于火成岩和变质岩中；断裂岩则是由于地壳运动造成的岩体断裂而形成的。

3. 岩石成分分类：根据岩石中主要矿物的成分和含量，将岩石分为酸性、基性、中性等不同系列。

酸性岩石富含硅酸盐矿物，如花岗岩；基性岩石富含镁铁酸盐矿物，如辉绿岩；中性岩石则介于酸性岩石和基性岩石之间。

岩体分级是指根据岩石的质量、强度和稳定性等性质对岩体进行评定的过程。

岩体的分级有助于工程建设和岩石工程的规划和设计。

常见的岩体分级方法有:1. 岩体质量分级：根据岩体的物理性质和结构特征，将岩体分为优良、一般和差等级。

优良岩体具有较好的物理力学性能和较强的稳定性；一般岩体具有较一般的物理力学性能和较弱的稳定性；差岩体则具有较差的物理力学性能和较弱的稳定性。

2. 岩体强度分级：根据岩石的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等性能，将岩体分为高强岩体、中强岩体和低强岩体等级。

高强岩体的强度较高，适合承载大量力量；中强岩体的强度适中；低强岩体的强度较低。

3. 岩体稳定性分级：根据岩体的稳定性和岩体变形可能引起的地质灾害的潜在性，将岩体分为稳定岩体、轻度不稳定岩体、中度不稳定岩体和严重不稳定岩体等级。

稳定岩体具有较强的稳定性；不稳定岩体容易发生变形和失稳，存在较大的地质灾害风险。