工程地质讲稿-第6章岩石岩体工程性质
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。
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。
工程地质(ch6岩土体性质)
– 次生结构面：是岩体受风化、卸荷及地下水等作用所形成的结
构面。
• 如风化裂隙、卸荷裂隙等等。
成因类型 原 生 结 构 面 沉积结构面
地质类型 1.层理、层面；2.原生软弱夹层； 3.不整合面、假整合面 1．侵入岩与围岩接触面； 2．岩脉、岩墙与围岩接触面； 3．原生节理； 4．多旋回的喷溢面及流层 1．片理、板理、片麻理、千枚理等； 2．片岩软弱夹层； 1．断层、裂隙； 2．层间错动面或层间挤压破碎带； 3．劈理、隐蔽裂隙 1．卸荷裂隙；2．风化裂隙； 3．风化夹层；4．层间错动的泥化夹层； 5．裂面次生填泥
– 3．地下水的作用：岩体内地下水的作用，使层间错动带内被
辗磨错碎的细粒物质进一步泥化形成泥化夹层。
• 泥化夹层与其母岩软夹层相比较，其主要特征是粘粒含量明显增多，结 构松散，密度变小，含水量接近或超过塑限，力学强度极为软弱。为了 比较合理的确定泥化夹层的抗剪指标，通常根据泥化夹层中碎屑物质含 量对其进行结构分类。如全泥型、泥夹碎屑型、碎屑夹泥型等等，然后 确定不同结构类型的抗剪参数。再综合确定滑动面上的参数指标。
•砾：细粒含量<5% •含细粒土砾：细粒含量5%~15% •细粒土质砾：细粒含量15%~50 •砂：细粒含量<5% •含细粒土砂：细粒含量5%~15% •细粒土质砂：细粒含量15%~50
细粒土：0.075~0.005颗粒含量≥50%
细粒土 含粗粒的细粒土 有机土
特殊土
黄土（0.05~0.005mm):
k1：考虑地下水影响的修正系数，取0~1.0; k2：考虑软弱结构面产状影响的修正系数，取0~0.6; k3：考虑地应力状态影响的修正系数，取0.5~1.5
(4) 岩体基本质量分级
级别 BQ Ⅰ ＞550 Ⅱ 550~451 坚硬岩， 岩体较完 整；较坚 硬岩，岩 体完整 Ⅲ 450~351 坚硬岩，岩体 较破碎；较坚 硬岩或软硬互 层，岩体较完 整；较软岩， 岩体完整 Ⅳ 350~251 Ⅴ ≤250
工程地质学第六章岩体的工程地质性质及岩体工程分类
3.次生结构面 是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括 卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。
2020/5/30
5
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
(二)力学成因类型
1、张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张 及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等
• 特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起 伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
产状与岩层或构 造方向一致
产状与构造线呈 一定关系，层间 错动与岩层一致
受地形及原结构 面控制
主要特征 分布
性质
工程地质评价
海相岩层中此类结构 面分布稳定，陆相岩 层中呈交错状，易尖 灭
层面、软弱夹层等结构面较为平整； 不整合面及沉积间断面多由碎屑泥 质物构成，且不平整
2、剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对 滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层Байду номын сангаас。
• 特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等 。
2020/5/30
6
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
二、结构面特征及其对岩体力学性质的影响
1、结构面产状
• 走向、倾向、倾角 • 结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。如图，当
(一)地质成因类型 • 原生结构面 • 构造结构面 • 次生结构面 (二)力学成因类型 • 张性结构面 • 剪性结构面
2020/5/30
中国地质大学工程学院
3
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
岩体结构面的类型及其特征
2020/5/30
5
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
(二)力学成因类型
1、张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张 及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等
• 特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起 伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
产状与岩层或构 造方向一致
产状与构造线呈 一定关系，层间 错动与岩层一致
受地形及原结构 面控制
主要特征 分布
性质
工程地质评价
海相岩层中此类结构 面分布稳定，陆相岩 层中呈交错状，易尖 灭
层面、软弱夹层等结构面较为平整； 不整合面及沉积间断面多由碎屑泥 质物构成，且不平整
2、剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对 滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层Байду номын сангаас。
• 特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等 。
2020/5/30
6
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
二、结构面特征及其对岩体力学性质的影响
1、结构面产状
• 走向、倾向、倾角 • 结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。如图，当
(一)地质成因类型 • 原生结构面 • 构造结构面 • 次生结构面 (二)力学成因类型 • 张性结构面 • 剪性结构面
2020/5/30
中国地质大学工程学院
3
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
岩体结构面的类型及其特征
岩石与岩体的工程地质性质
工程地质学昆明理工大学土木工程系Photo © 2002 Xu ZeminPhoto © 2012 Xu Zemin Photo © 2012 Xu Zemin膨胀性泥岩Photo © 2000 Xu Zemin泥岩崩解Photo © 2000 Xu ZeminPhoto © 1997 Xu ZeminPhoto © 1999 Xu Zemin圆锥形破坏、柱状劈裂破坏，以后者居多。
R t确定方法：直接拉伸方法：左图所示。
A、直接拉伸方法：左图所示试验关键：第一，，试件和夹具试验关键：第一之间必须有足够的摩擦力或粘结力，拉力方向必须与以防脱落；第二，以防脱落；第二。
试件以防偏心荷载。
试件同轴心，以防偏心荷载试件同轴心，具体尺寸如左图所示。
具体尺寸如左图所示较少采用。
由于技术复杂，，较少采用由于技术复杂2006/4/7Photo © Xu ZeminPhoto © Xu Zemin土层强风化玄武岩滑坡侧壁破坏Photo © Xu Zemin美国MTS 公司生产，并经国内改造的MTS815Teststar 全数字控制电液伺服刚性压力机－常规三轴试验机真三轴试验机Photo © 1999 Xu Zemin常规三轴试验机Photo © 1999 Xu Zemin真三轴试验机Photo © 1999 Xu Zemin 真三轴试验机Photo © 1999 Xu Zemin低围压时的拉破坏中等围压时的剪切破坏高围压时的塑性破坏r0r1弹性模量=应力/应变h0h1横向应变=（r1-r0）/r0泊松比=横向应变/纵向应变（3）构造（4）水（5）风化2006/7/31-云南弥度-白垩系泥岩中的剪性结构面Photo © Xu ZeminPhoto © Xu Zemin2005/8/8-贵州安顺-碳酸盐岩中的层理与构造裂隙Photo © Xu Zemin 原生结构面构造结构面Photo © Xu Zemin次生结构面Photo © Xu Zemin构造结构面原生结构面Photo © Xu Zemin2006/11/4云南麻栗坡县南温河乡构造结构面原生结构面Photo © Xu Zemin 麻栗坡县南温河乡构造结构面原生结构面Photo © Xu Zemin2006/11/4云南麻栗坡县南温河乡构造结构面原生结构面Photo © Xu Zemin构造结构面2006/11/4云南麻栗坡县南温河乡原生结构面Photo © Xu Zemin原生结构面2006/11/4云南麻栗坡县南温河乡构造结构面Photo © Xu Zemin怒江东坡寒武系板岩岩体结构Photo © Xu Zemin怒江东坡寒武系板岩岩体结构Photo © Xu Zemin怒江东坡寒武系板岩岩体结构Photo © Xu ZeminPhoto © Xu Zemin中元古界石灰岩边坡中的卸荷裂隙-2007/07/07-易门县Photo © Xu Zemin层理节理节理带禄丰昆明密集的剪节理带楚雄路基边坡砂泥岩中的层理与节理开度测量-塞尺重庆三叠系砂岩中的密集结构面n条/m 米Photo © Xu Zemin （3）结构体类型2003年7月13日千将坪滑坡2003年7月13日千将坪滑坡2003年7月13日千将坪滑坡（二）洞室围岩稳定性如果岩体中结构面十分发育，将严重影响各类隧道的围岩稳定性，比如隧道出、入口及一些水电工程地下厂房的稳定性。
工程地质-岩石及岩体的工程地质性质幻灯片课件
岩石受水作用后，强度和稳定性发生变化的性 质称为岩石的软化性。软化学性主要决定于岩 石的矿物成分、结构和构造特征。黏土矿物含 量高、孔隙度大 、吸水率高的岩石，与水作 用容易软化而丧失其强度和稳定性。
• 软化性指标是软化系数(softening coefficient)： 在数值上，等于岩石在饱和状态下的极限抗压 强度和在风干状态下的极限抗压强度的比，用 小数表示。其值越小，表示岩石在水作用下的 强度和稳定性越差。软化系数小于0.75的岩石， 认为是软化性强的岩石，工程性质比较差。
• 1）第一变形阶段为图中OA段曲线，属于微裂隙压密阶段， 岩石中微裂隙在压力作用下逐渐被压密，岩石的应力—应 变曲线呈上凹形。
• 2）第二变形阶段为图中AB段曲线，属于弹性变形阶段， 岩石中微裂隙进一步闭合及压密，孔隙被压缩，因而岩石 的应力—应变曲线为曲型的直线形式。曲线上B点所对应
的应力e为弹性极限强度或比例极限。
膨胀试验仪器
岩石的主要物理性质指标
2、岩石的主要力学性质指标
• （1）岩石的变形性质 • 岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。 • 1）弹性变形 • 岩石在外力作用下发生变形，当外力撤去后又恢复其原
有的形状及体积的变形称为弹性变形。
• 2）塑性变形 • 岩石在超过其屈服极限外力作用下发生变形，当外力撤
包括孔隙)部分单位体积的重量。在数值上，等于岩石固体颗 粒的重量与同体积的水在4℃时重量的比。其大小，决定于岩
石中矿物的比重及其在岩石中的相对含量。
• （2）重度(容重, unit weight）：指岩石单位体积的重
量，在数值上等于岩石试件的总重量(包括孔隙中的水重)与 其总体积(包括孔隙体积)之比。其大小，决定于岩石中矿物 的比重，岩石的孔隙性及其含水情况。
• 软化性指标是软化系数(softening coefficient)： 在数值上，等于岩石在饱和状态下的极限抗压 强度和在风干状态下的极限抗压强度的比，用 小数表示。其值越小，表示岩石在水作用下的 强度和稳定性越差。软化系数小于0.75的岩石， 认为是软化性强的岩石，工程性质比较差。
• 1）第一变形阶段为图中OA段曲线，属于微裂隙压密阶段， 岩石中微裂隙在压力作用下逐渐被压密，岩石的应力—应 变曲线呈上凹形。
• 2）第二变形阶段为图中AB段曲线，属于弹性变形阶段， 岩石中微裂隙进一步闭合及压密，孔隙被压缩，因而岩石 的应力—应变曲线为曲型的直线形式。曲线上B点所对应
的应力e为弹性极限强度或比例极限。
膨胀试验仪器
岩石的主要物理性质指标
2、岩石的主要力学性质指标
• （1）岩石的变形性质 • 岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。 • 1）弹性变形 • 岩石在外力作用下发生变形，当外力撤去后又恢复其原
有的形状及体积的变形称为弹性变形。
• 2）塑性变形 • 岩石在超过其屈服极限外力作用下发生变形，当外力撤
包括孔隙)部分单位体积的重量。在数值上，等于岩石固体颗 粒的重量与同体积的水在4℃时重量的比。其大小，决定于岩
石中矿物的比重及其在岩石中的相对含量。
• （2）重度(容重, unit weight）：指岩石单位体积的重
量，在数值上等于岩石试件的总重量(包括孔隙中的水重)与 其总体积(包括孔隙体积)之比。其大小，决定于岩石中矿物 的比重，岩石的孔隙性及其含水情况。
《岩石工程地质性质》课件
岩石工程地质性质PPT课 件
欢迎大家来到《岩石工程地质性质》的PPT课件。本课程将带领我们深入了 解地质工程的概念以及岩石工程地质的重要性。
地质工程的概述
什么是岩石工程地质？
岩石工程地质是将地质学原理与工程实际应用相结合的一个领域。
岩石工程地质的重要性
岩石工程地质不仅涉及到工程工地上地质情况的评估，也涉及到基础建设和环境保护方面。
岩石建筑的实例
华山玉泉寺悬空寺院等众多廊桥、铁路、道路、电站、水坝和各种建筑工程都离不开岩石 工程地质。
岩石的形成与性质
1
岩石的分类与特性
火成岩、沉积岩和变质岩
三种。
3
岩石的形成过程
岩石的形成是由于地壳和地球深部过 程的相互作用。从地球的构造与作用 来看，岩石发展可分为火成岩、沉积 岩和变质岩。
总结
通过本课程的学习，我们了解到岩石工程地质在工程建设中的重要性，随着社会的发展，其应用会 越来越广泛。相信这就是我们今后的研究方向和任务所在。
岩石的性质
岩石通常具有比较高强度、稳定性和 较差的透水性，而且在长时间的使用 以及日常的环境长期作用下可能发生 变化。
岩石工程地质勘探
勘探方法与技术
可用钻探法、地震法、电法、重力法、磁法及 高分辨率测振法等勘探技术来获取地下岩石体 力学特性等信息。
勘探数据的分析与应用
研究岩石物理性质，并进行样品分析和回归分 析，对勘探数据进行研究和分析，将数据用于 后期的岩石评价和建筑设计。
分享岩石工程地质在具体工程中的应用及其遇 到的挑战。
• 山体隧道出现塌方的处理方法。 • 海上桥梁钻探勘探过程中的应对方法。
学习与讨论案例中的
通过学习和讨论案例，提高参与者对岩石工程 地质的理解和应用能力。
欢迎大家来到《岩石工程地质性质》的PPT课件。本课程将带领我们深入了 解地质工程的概念以及岩石工程地质的重要性。
地质工程的概述
什么是岩石工程地质？
岩石工程地质是将地质学原理与工程实际应用相结合的一个领域。
岩石工程地质的重要性
岩石工程地质不仅涉及到工程工地上地质情况的评估，也涉及到基础建设和环境保护方面。
岩石建筑的实例
华山玉泉寺悬空寺院等众多廊桥、铁路、道路、电站、水坝和各种建筑工程都离不开岩石 工程地质。
岩石的形成与性质
1
岩石的分类与特性
火成岩、沉积岩和变质岩
三种。
3
岩石的形成过程
岩石的形成是由于地壳和地球深部过 程的相互作用。从地球的构造与作用 来看，岩石发展可分为火成岩、沉积 岩和变质岩。
总结
通过本课程的学习，我们了解到岩石工程地质在工程建设中的重要性，随着社会的发展，其应用会 越来越广泛。相信这就是我们今后的研究方向和任务所在。
岩石的性质
岩石通常具有比较高强度、稳定性和 较差的透水性，而且在长时间的使用 以及日常的环境长期作用下可能发生 变化。
岩石工程地质勘探
勘探方法与技术
可用钻探法、地震法、电法、重力法、磁法及 高分辨率测振法等勘探技术来获取地下岩石体 力学特性等信息。
勘探数据的分析与应用
研究岩石物理性质，并进行样品分析和回归分 析，对勘探数据进行研究和分析，将数据用于 后期的岩石评价和建筑设计。
分享岩石工程地质在具体工程中的应用及其遇 到的挑战。
• 山体隧道出现塌方的处理方法。 • 海上桥梁钻探勘探过程中的应对方法。
学习与讨论案例中的
通过学习和讨论案例，提高参与者对岩石工程 地质的理解和应用能力。
岩体的工程地质性质
Xe
a1
a2 an A
岩体按切割度分类： Xe＝0.1～0.2 完整岩体； Xe＝0.2～0.4弱节理化岩体； Xe＝0.4～0.6中等节理化岩体； Xe＝0.6～0.8强节理化岩体； Xe＝0.8～1.0完全节理化岩体； 岩体被某组结构面切割的程度Xr为：
Xr K Xe
式中：K为岩体的裂隙度； Xe 为沿某一平面的切割度。
（2）切割度Xe——指岩体被节理分割的程度。
假设岩体仅有一个结构面，可沿结构面在岩体中取一个贯
通性的假想平直断面，则结构面面积a与该断面面积A之比， 即为该岩体的切割度。
a Xe A
可见,当: 0<Xe<1, 岩体部分切割； Xe＝1, 岩体被整个切割； Xe＝0, 即岩体为完整连续体。
如果岩体沿某断面上同时存在着面积为a1、a2…an的n个结 构面时，则岩体沿该断面的切割度为
路、总参、建设部，个人方面有王思敬、陶振宇、杨子文。 c. 评价岩体强度 ✓ 利用结构面网络模拟、蒙特卡洛法等
影响岩石工程性质的因素
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
4.3 结构面特征及力学性质
结构面的发育程度、规模大小、组合形式等是决定结构体 的形状、方位和大小，控制岩体稳定性的重要因素。尤以结 构面的规模是最重要的控制因素。按结构面发育程度和规模 可以划分为如下五级：
构面的成因类型
➢ 原生结构面：岩石成岩过程中形成的结构面。 ✓ 沉积结构面：层理、层面、沉积不整合面、沉积软弱夹层。 ✓ 火成结构面：岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面。 ✓ 变质结构面：包括残余的变余结构面和变成的重结晶结构面。 ➢ 次生结构面 ✓ 内动力成因型结构面（构造结构面）：受构造应力作用。 ✓ 外动力成因型结构面（表生结构面）：如卸荷裂隙（长江链子
第六章岩石讲义工程地质性质
1、岩石的密度 2、岩石的空隙性
一、岩石的密度
1、颗粒密度(ρs)
ρs= ms/Vs
2、块体密度(ρ)
ρ=m/V
注意： （1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ) （2）ρs与ρ的单位 （g/cm3 kN/m3） （3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法）
常见岩石的物理性质指标值
二、岩石的空隙性
1.吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条件下自由 吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数 表示
Wa
mw1 mw2
100%
nbV V Vb10% 0dW wa dW a
2.饱和吸水率
岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(一
般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量
(mw2)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示，
开空隙
岩石的空隙
大开空隙 小开空隙
(裂隙、孔隙) 闭空隙
岩 石 空 隙 率
隙比
总空隙率(n) 总开空隙率(no) 大开空隙率(nb) 小开空隙率(na) 闭空隙率(nc)
e VV s 1 Vs d
nVv1 V
0 % 0 (1 d s)1
0 % 0
n0
Vv0 V
100 %
nb
Vvb 100% V
变形
弹性变形 塑性变形
线弹性变形 非线弹性变形
岩石强度与外力有关 a.外力性质：动载荷、静载荷 b.外力方式：拉伸、压缩、剪切 C.应力状态：单向、双向、三向
1 岩石单轴抗压强度
1）定义：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所 能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度 (Uniaxial compressive strength)，或称为非限制性抗 压强度(unconfined compressive strength)。如图所 示。
一、岩石的密度
1、颗粒密度(ρs)
ρs= ms/Vs
2、块体密度(ρ)
ρ=m/V
注意： （1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ) （2）ρs与ρ的单位 （g/cm3 kN/m3） （3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法）
常见岩石的物理性质指标值
二、岩石的空隙性
1.吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条件下自由 吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数 表示
Wa
mw1 mw2
100%
nbV V Vb10% 0dW wa dW a
2.饱和吸水率
岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(一
般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量
(mw2)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示，
开空隙
岩石的空隙
大开空隙 小开空隙
(裂隙、孔隙) 闭空隙
岩 石 空 隙 率
隙比
总空隙率(n) 总开空隙率(no) 大开空隙率(nb) 小开空隙率(na) 闭空隙率(nc)
e VV s 1 Vs d
nVv1 V
0 % 0 (1 d s)1
0 % 0
n0
Vv0 V
100 %
nb
Vvb 100% V
变形
弹性变形 塑性变形
线弹性变形 非线弹性变形
岩石强度与外力有关 a.外力性质：动载荷、静载荷 b.外力方式：拉伸、压缩、剪切 C.应力状态：单向、双向、三向
1 岩石单轴抗压强度
1）定义：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所 能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度 (Uniaxial compressive strength)，或称为非限制性抗 压强度(unconfined compressive strength)。如图所 示。
第六章岩体的工程地质性质及岩体工程分类
岩体工程分类是以岩体稳定性或岩体质量 评价为基础的分类，是工程地质学中一个重要 的研究课题。为综合性分类。 目前主要考虑三方面因素的指标：即与岩 石工程性质有关的指标（力学性质）、岩体后 期改造有关的指标 ( 岩体结构 ) 和岩体赋存条件 方面的指标（地下水、地应力） 。
岩石质量指标 RQD （Rock Quality Designation） 定义————大于10cm的岩芯累计长度与
（4）结构面的形态
用侧壁的起伏形态和粗糙度来表示。
粗糙度系数（JRC）
根据结构面的粗
糙程度可将粗糙度系
数分为10级。 用剖面仪测出结 构面的粗糙剖面，然 后比较右图定出粗糙 度系数。
P80式6-19
（5）结构面的张开度：
结构面两壁间的平均距离，mm。
测量仪器：塞尺
结构面的张开度大小影响 岩体的强度及渗透性。
他带领勘测地质队员，查
徐瑞春 （右）
三峡勘测研究院总工 长江委综合勘测局副总工 教授级高级工程师 全国工程勘察大师
清葛洲坝坝基下 72 层 层间剪切带，并提出了剪 切带的建层、分类及空间 分布规律。为葛洲坝施工 解决大坝地基基础处理问 题发挥了重要作用。
四、岩体的结构类型划分 岩体结构——岩体中结构面和结构体的组合方式。
第六章
岩体的工程地质性质
及岩体工程分类
岩石与岩体的区别
岩石是矿物或碎屑的集合体，例如火成岩，沉积岩，变 质岩； 岩体——是由结构面和被结构面所分隔的岩石（岩块、 结构体）构成的整体，处于一定的地应力状态中。 坡岩体，地基岩体等。 岩石的工程地质性质与组成岩石的矿物成分有关，但主 要取决于颗粒间的联结特征； 岩体的工程地质性质是由结构面和被结构面所分隔的 eg.边
岩石质量指标 RQD （Rock Quality Designation） 定义————大于10cm的岩芯累计长度与
（4）结构面的形态
用侧壁的起伏形态和粗糙度来表示。
粗糙度系数（JRC）
根据结构面的粗
糙程度可将粗糙度系
数分为10级。 用剖面仪测出结 构面的粗糙剖面，然 后比较右图定出粗糙 度系数。
P80式6-19
（5）结构面的张开度：
结构面两壁间的平均距离，mm。
测量仪器：塞尺
结构面的张开度大小影响 岩体的强度及渗透性。
他带领勘测地质队员，查
徐瑞春 （右）
三峡勘测研究院总工 长江委综合勘测局副总工 教授级高级工程师 全国工程勘察大师
清葛洲坝坝基下 72 层 层间剪切带，并提出了剪 切带的建层、分类及空间 分布规律。为葛洲坝施工 解决大坝地基基础处理问 题发挥了重要作用。
四、岩体的结构类型划分 岩体结构——岩体中结构面和结构体的组合方式。
第六章
岩体的工程地质性质
及岩体工程分类
岩石与岩体的区别
岩石是矿物或碎屑的集合体，例如火成岩，沉积岩，变 质岩； 岩体——是由结构面和被结构面所分隔的岩石（岩块、 结构体）构成的整体，处于一定的地应力状态中。 坡岩体，地基岩体等。 岩石的工程地质性质与组成岩石的矿物成分有关，但主 要取决于颗粒间的联结特征； 岩体的工程地质性质是由结构面和被结构面所分隔的 eg.边
第六章 岩体的工程及岩体的过程分类
二、岩体强度 岩体强度受到岩块和结构面强度及组合形式的控制。 一般情况下，岩体强度既不等于岩块的强度，也不 等于结构面的强度，但在某些情况下，可以用岩块 强度或结构面强度来代替。如岩体结构面不发育， 呈整体或完整结构，则其强度可近似于岩块强度。 如岩体沿着某些结构面整体滑动破坏，则岩体强度 完全取决于结构面强度。 1.结构面的剪切强度 1）平直光滑无充填结构面 τ=σtgυi
(3).当结构面与最大主应力σ1的夹角β为0°时，岩 体将平行结构面，产生劈裂拉张破坏，如（c）图 所示。
(二)、结构面的连续性 连续性反映了结构面的贯通 程度，常用线连续性系数和 面连续性系数来表示。 线连续性系数：沿岩体中某 结构面延长方向上，结构面 各段长度之和(∑a)与测线长度 的比值即：K1= ∑a/(∑a+ ∑b) K1变化在0—1之间， K1值越 大，则结构面连续性越好； 当K1=1时，则结构面完全贯 通。
(六)、结构面的充填胶结特征
结构面经胶结后，力学性质有所改善。改善
的程度因胶结物成分的不同而异，以铁质胶 结的强度最高，往往与岩石强度差别不大， 甚至超过岩石强度；而泥质胶结及易溶盐类 胶结的结构面强度最低，且抗水性差。 (七)、结构面的分级及其特征
三、软弱夹层 软弱夹层：指岩体中那些性质软弱、有一定厚度的软弱结构 面或软弱带。 软弱夹层具有较高压缩性和低强度的特征。 四、结构体特征 结构体：指被结构面切割成的岩块，称为结构体。它可用规 模、形态和产状进行描述。 五、岩体的结构类型 由于组成岩体的岩性、遭受的构造变动及次生变化的不均一 性，导致了岩体结构的复杂性。为了概括地反映结构面和结 构体的成因、特征及其排列组合关系，将岩体划分为4大类 和8个亚类。
第六章 岩体的工程地质性质及其分类
由以上试验结果可知：
（1）岩体的变形模量比岩块的小，而且受结构面发育 程度及风化程度等因素影响十分明显。
（2）不同地质条件下的同一类型的岩体，其变形模量 相差较大。
（3）试验方法不同、压力大小不同，得到的岩体变形 模量不同。 岩体与岩块比：弹性摸量E小，峰值强度低，残余强度低， 各向异性显著，相同荷载下的变形大。
岩体的变形是岩块变形和结构变形的总和。结构变形通 常包括结构面闭合、充填物的压密及结构体转动和滑动等变 形。
岩体变形=岩块变形+结构面闭合+充填物压缩+其他变形 在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。 一、岩体变形试验及其变形参数确定
岩体的变形试验包括静力法和动力法两大类：
1. 基本方法 （1）静力法
β
据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的 极限强度与结构面倾角β间的关系为：
由上式可知：当围压σ3不变时，岩体强度(σ1－σ3) 随结构面倾角β变化而变化。
四 连续性 结构面的连续性反映结构面的贯通程度。 1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度 之和(Σa)与测线长度的比值。如下图所示，可按下式计算。
（1）抗剪断强度 ——是指在任一法向应力下，岩体沿新鲜岩石剪 切破坏时能抵抗的最大剪应力。 （2）抗剪强度 ——是指在任一法向应力下，岩体沿已有破裂面 剪切破坏时的最大应力。 （3）抗切强度 ——是指剪切面上的法向应力为零时的抗剪断强 度。
五 密度 结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 1、线密度(Kd) 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) 指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的 平均距离。
Kd与d互为倒数关系
结构面间距分级表
公路工程地质教案—— 岩石和岩体的工程地质性质
第六章岩石和岩体的工程地质性质第一节岩石的工程地质性质岩石、岩体作为工程地基、围岩或建筑材料，较之疏松土有许多优良特性，如连接牢、变形小、强度大、抗水性强、透水性弱等。
实际上，从工程地质观点看，岩石是矿物的集合体，没有显著软弱面的石质材料；而岩体则是岩石的地质综合体，它被各式各样宏观地质界面分割成大小不等、形态各异、多有一定规律排列的许多块体。
从工程地质观点来说，被十分关注的地质界面是那些对工程建筑有重大影响的结构面。
它泛指岩体中具有一定产状、两向延展、厚度甚小、力学强度相对低的地质界面，如层面、节理面、断裂面等。
显然，岩体工程地质性质，严格受其结构面的控制，而岩石的工程地质性质．则是它的基础。
岩石工程地质性质包括物理性质、水理性质及力学性质。
一、岩石的物理性质1．岩石重量比重：是单位体积岩石固体部分的重量与同体积水的重量(4℃)之比。
测定岩石比重，须将岩石研磨成粉末烘干后，再用比重瓶法测定之。
常见岩石比重多为2.50～3.30。
容重：岩石容重是单位体积岩石的重量。
按岩石的含水状况不同，容重可分为天然容重、干容重和饱和容重：天然容重和饱和容重又可称湿容重。
但由于一般岩石的空隙很少，其干容重与湿容重数值上差别不大，与岩石比重也比较接近。
通常可用干容重来表示岩石的天然容重。
干容重：是岩石在完全干燥状态下，其单位体积中固体部分的重量。
岩石的天然容重决定于组成岩石的矿物成份、空隙发育程度及其含水情况。
大多数岩石的容重在2.3～3.1g/m3之间。
2．岩石空隙性岩石空隙性系岩石孔隙性和裂隙性的统称。
岩石空孔隙性常用空隙率表示，或用孔隙率和裂隙率表示。
空隙率；系指岩石空隙体积与岩石总体积之比，以百分数表示。
岩石空隙有的与外界连通，有的不相通；空隙开口也有大小之分。
岩石因形成条件及其后期经受的变化不同，空隙率变化很大，其变化区间可自小于百分之一到百分之几十。
新鲜结晶岩类空隙率一般较低，很少大于3％；沉积岩空隙率较高，一般小于10％，但部分砾岩和充填胶结差的砂岩空隙率可达l0％～20％。
工程地质学基础 第六章 岩石风化工程地质研究
弱风化：上部坚硬块石夹半疏松碎屑，碎屑含<20%，30~70% 结构面发育碎屑等几十公分。RQD50~90%，纵波速度 3000~5000m/s
微风化：坚硬岩石，沿裂面风化，约1mm厚风化皮，RQD 90~95%，纵波速度5000~6000m/s。
三 分带的方法
工程的初勘阶段：以定性分带为主 工程的详勘阶段：以定量分带为主 地质分析法—定性分析方法 通过岩石颜色、破碎程度、矿物成分的变化 指标定量法 （1）声波测试法：岩石风化后，声波速度变慢。据波速及波形变化 确定风化层。
列化学变化过程，引起岩石结构构造、矿物成分和化学成分 的变化。 主要风化作用：氧化、溶解、水、水解、碳酸化和硫酸化 等作用。 多发生于温暖潮湿的地方，风化深度可达百米以上。
三、风化结果及工程意义
岩体结构构造发生变化
岩体完整性遭受破坏，结构性丧失，空隙性增大，矿碎成块石、碎石或土体。
岩石的矿物成分和化学成分发生变化
三分法、四分法、五分法 四分法：全风化带、强风化带、弱风化带、
微风化带
二 分带的标志
岩石风化壳分带及各带基本特征
风化 分带
剧 风 化 带
强 风 化 带
弱 风 化 带
微 风 化 带
岩石颜色
矿物颜色
原岩完全变 色，常呈黄 褐、棕红、
红色
除石英外，其余矿物多 已变异，形成绿泥石、 绢云母、蛭石、滑石、 石膏、盐类及粘土矿物
全风化带 纵波速1000~2000 强风化带 纵波速2000~3000 弱风化带 纵波速3000~5000 微风化带 纵波速5000~6000
（2）风化系数法
Ky
KnKwKR 3
式中：Kn=n1/n2—孔隙率系数
Kω= ω1/ ω2 —吸水率系数
微风化：坚硬岩石，沿裂面风化，约1mm厚风化皮，RQD 90~95%，纵波速度5000~6000m/s。
三 分带的方法
工程的初勘阶段：以定性分带为主 工程的详勘阶段：以定量分带为主 地质分析法—定性分析方法 通过岩石颜色、破碎程度、矿物成分的变化 指标定量法 （1）声波测试法：岩石风化后，声波速度变慢。据波速及波形变化 确定风化层。
列化学变化过程，引起岩石结构构造、矿物成分和化学成分 的变化。 主要风化作用：氧化、溶解、水、水解、碳酸化和硫酸化 等作用。 多发生于温暖潮湿的地方，风化深度可达百米以上。
三、风化结果及工程意义
岩体结构构造发生变化
岩体完整性遭受破坏，结构性丧失，空隙性增大，矿碎成块石、碎石或土体。
岩石的矿物成分和化学成分发生变化
三分法、四分法、五分法 四分法：全风化带、强风化带、弱风化带、
微风化带
二 分带的标志
岩石风化壳分带及各带基本特征
风化 分带
剧 风 化 带
强 风 化 带
弱 风 化 带
微 风 化 带
岩石颜色
矿物颜色
原岩完全变 色，常呈黄 褐、棕红、
红色
除石英外，其余矿物多 已变异，形成绿泥石、 绢云母、蛭石、滑石、 石膏、盐类及粘土矿物
全风化带 纵波速1000~2000 强风化带 纵波速2000~3000 弱风化带 纵波速3000~5000 微风化带 纵波速5000~6000
（2）风化系数法
Ky
KnKwKR 3
式中：Kn=n1/n2—孔隙率系数
Kω= ω1/ ω2 —吸水率系数
工程地质-岩石及岩体的工程地质性质
•
膨胀试验仪器
岩石的主要物理性质指标
2、岩石的主要力学性质指标
• • • • • • • • （1）岩石的变形性质 岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。 1）弹性变形 岩石在外力作用下发生变形，当外力撤去后又恢复其原 有的形状及体积的变形称为弹性变形。 2）塑性变形 岩石在超过其屈服极限外力作用下发生变形，当外力撤 去后不能完全恢复其原有的形状及体积的变形称为塑性 变形。 3）黏性变形 岩石在外力作用下变形不能在瞬间完成，并且应变速率 d/dt是应力的函数，即，应力随着应变速率d/dt的增 大而增大，当外力撤去后不能恢复其原有形状及体积的 变形称为黏性变形。
• （4）岩石的含水率
• 岩石的含水率（w，%）是试件在105～110℃下烘干至 恒量时所失去的水的质量（m0-ms,g）与试件干质量（ms， 岩石在一定的条件下吸收水分的能力称为岩石的吸水 性。表征岩石吸水性的指标有吸水率、饱和吸水率和 饱水系数。 • 岩石吸水率（wa，%）是试件在大气压力和室温条件下 吸入水的质量（ m0-ms,g ）与试件固体质量（ms，g） 的比值，以百分数表示；--与孔隙度大小、孔隙张开 程度有关；吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸 湿、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水影响显著。 • 岩石饱和吸水率（wsa，%）是试件在强制状态下的最 大吸水量（mpms，g）与试件固体质量（ms，g）的比 值，以百分数表示。 • 岩石饱水系数kw是指岩石吸水率与饱水率的比值，以 百分数表示。 • 一般岩石的饱水系数 kw 介于0.5～0.8之间。饱水 系数对于判别岩石的抗冻性具有重要意义。
岩石的力学性质指标
MTS815.03伺服试验系统图
试件及传感器图
拉伸破坏后的试件
单轴压缩试验破坏后的部分岩石试件
第6章岩石和岩体的工程性质
岩石的工程分类
极硬岩 硬质岩
Rc>60 60～30 30～15
岩石
软质岩
硬岩 较软岩
软岩
极软岩
15～5
Rc<5
6.２
岩体的工程性质
岩石：矿物的集合体，无显著软弱结构面
岩体：岩石的地质综合体，岩体被各种地质界面分割
成大小不等、形状各异的许多块体，完整性破 坏，工程性质受结构面控制。
岩体特征 ：
① 物质基础：粘土矿物含量较高的原生软弱夹层 ② 构造作用 ③ 地下水的作用 ▲ 泥化夹层的特点 成分：粘粒含量明显增多。 结构：由固结或超固结变成泥质分散结构。 物理状态：天然含水量高，接近或超过塑限。 力学强度：软弱，μ≈0.2。
6.2
岩体的工程性质
结构体
形状
（取决于结构面的组数及产状 ）
气 水
W、V Vn Ww、Vw Ws、Vs
岩石的物理性质
Ws Vs w
— 相对密度 G
固体物质
W — 重度 V * 干重度、天然重度及饱和重度 *
坚硬岩石 0.2-4.5%
空隙性
n
Vn V
半坚硬岩石 5.0-20.0%
松散沉积物 25.9-47.6%
6.1
岩石的工程性质
岩石的水理性质
－ 工程地质类比法 － 工程地质分析法
定量分析法 － 极限平衡法
－ 力学解析法 － 数值计算法
试验分析法
思
考
题
名词解释：结构面、结构体、岩体结构、软 弱夹层。 简述岩体的力学性质。
岩石和岩体有何区别？
简述岩体的结构工程分类。
多指标分类
比氏分类
土建工程精讲班讲义：岩石的工程地质性质
土建工程精讲班讲义：岩石的工程地质性质
岩体的工程地质性质
(一)岩石的工程地质性质
1、岩石的物理力学性质
【2011】2关于地基岩石软化性的说法，正确的是()。
A.软化系数>0.25，工程性质良好
B.软化系数<0.25，工程性质良好
C.软化系数<0.75工程性质良好
D.软化系数>0.75工程性质良好
答案:C
2.岩石的分级
鉴于土和岩石的物理力学性质和开挖施工的难度，由松软至坚实共分为16级，分别以I-XⅥ表示，其中I～Ⅳ的4级为土，V～XⅥ的12级为岩石。
土分为一、二、三、四类，岩石分为松石、次坚石、普坚石、特坚石四类。
2009考题3.某岩石的抗压强度约为200MPa，则其抗剪强度和抗拉强度可能约为( )。
A.100MPa和40MPa
B.60M Pa和20M Pa
C.10 M Pa和2 M Pa
D.5 M Pa和1 M Pa
答案:B
分析：抗压强度，抗拉强度，抗剪强度三项强度中，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%，抗拉强度仅是抗压强度的2%～16%。
岩石越坚硬，其值相差越大。
岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石(岩体)稳定性的主要指标，是对岩石(岩体)的稳定性进行定量分析的依据之一。
抗剪强度约为抗压强度的10%～40%，为：20 M Pa—80 M Pa;抗拉强度仅是抗压强度200的2%～16%，4 M Pa ---32 M Pa。
符合条件的只有B。
出自瓷砖价格。
岩石和岩体的工程地质性质
应力称为岩石的单轴抗压强度或极限抗压强度，简称抗压 强度（σc ,单位Pa）。
28
1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
影响岩石抗压强度的因素： （1）岩石矿物成分、颗粒大小、胶结程度及层理、片理等 ； （2）岩石风化及裂隙发育程度； （3）岩石的含水量； （4）试验条件，如加荷速率、试样尺寸等等。
w1
Ww1 Ws
100 %
吸水率主要取决于岩石内部较大的开型空隙发育程度。
•岩浆岩和变质岩吸水率一般在0.1~1.0%之间；
•沉积岩的吸水率一般在0.2~8.2%之间，甚至可达10%以
Байду номын сангаас
上。
11
1.岩石的工程地质性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 可溶性 膨胀性
饱水率(w2) ：岩石试样在高压（一般为150个大气压）下或真 空下吸入水的重量(Ww2)与岩石干重量（Ws）之比，以百分数 表示。
沉 砾岩 砂岩 页岩 粘土岩 石灰岩 白云岩 积 岩 10~150 20~250 5~100 2~15 40~250 80~250
变 板岩 片岩 片麻岩 石英岩 大理岩 质 岩 60~200 10~100 50~200 150~350 150~250
30
1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
➢ 岩石抵抗冻融破坏的性能。 ➢岩石强度损失率(Rl)和岩石重量损失率(Wl) 。
试验方法：饱和岩石在一定的负温下（一般-25℃）连续 冻融10~25次。
Rl
冻融前岩石饱和抗压强度 冻融后岩石饱和抗压强度 冻融前岩石饱和抗压强度
100%
Wl
冻融前干试样重量 冻融后干试样重量 冻融前干试样重量
28
1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
影响岩石抗压强度的因素： （1）岩石矿物成分、颗粒大小、胶结程度及层理、片理等 ； （2）岩石风化及裂隙发育程度； （3）岩石的含水量； （4）试验条件，如加荷速率、试样尺寸等等。
w1
Ww1 Ws
100 %
吸水率主要取决于岩石内部较大的开型空隙发育程度。
•岩浆岩和变质岩吸水率一般在0.1~1.0%之间；
•沉积岩的吸水率一般在0.2~8.2%之间，甚至可达10%以
Байду номын сангаас
上。
11
1.岩石的工程地质性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 可溶性 膨胀性
饱水率(w2) ：岩石试样在高压（一般为150个大气压）下或真 空下吸入水的重量(Ww2)与岩石干重量（Ws）之比，以百分数 表示。
沉 砾岩 砂岩 页岩 粘土岩 石灰岩 白云岩 积 岩 10~150 20~250 5~100 2~15 40~250 80~250
变 板岩 片岩 片麻岩 石英岩 大理岩 质 岩 60~200 10~100 50~200 150~350 150~250
30
1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
➢ 岩石抵抗冻融破坏的性能。 ➢岩石强度损失率(Rl)和岩石重量损失率(Wl) 。
试验方法：饱和岩石在一定的负温下（一般-25℃）连续 冻融10~25次。
Rl
冻融前岩石饱和抗压强度 冻融后岩石饱和抗压强度 冻融前岩石饱和抗压强度
100%
Wl
冻融前干试样重量 冻融后干试样重量 冻融前干试样重量
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
弱夹层等力学不连续面。
✓结构体 —岩体被结构面切割成的不同形状和大
小的岩块。
✓ 岩体的结构特征 — 岩体中结构面、结构体
的形状、规模、性质及其组合关系的特征。
h
13
1、结构面的成因类型 原生结构面
✓ 沉积结构面 层理面 沉积间断面 软弱夹层
✓ 火成结构面
原生节理 多期岩浆岩之间的接触面 侵入体与围岩的接触面 流纹和流层面
22
▲ 泥化夹层的特征
成分：粘粒含量明显增多。 结构：由固结或超固结变成泥质分散结构。 物理状态：天然含水量高，接近或超过塑限。
力学强度：软弱，μ≈0.2。
h
23
4、结构体 形状 （取决于结构面的组数及产状 ）
大小 （取决于结构面组数及各组间距 ）
h
24
➢ 结构体
的形状大 小相同，
1>
产状不同
G Ws
Vs • w
W、V
气 水
固体物质
Vn Ww、Vw
Ws、Vs
— 重量
W V
* 干容重、天然容重及饱和容重 *
✓ 空隙性
n Vn V
坚硬岩石 0.2~4.5% 半坚硬岩石 5.0~20.0% 松散沉积物 25.9~47.6%
h
4
二、岩石的水理性质
➢ 吸水性
• 吸水率
• 饱和吸水率
• 饱和系数
标志：其天然含水量等于或大于塑限。 特点：湿度高、密度小、强度低、变形大。
① 物质基础：粘土矿物含量较高的原生软弱夹层，
如粘土岩、粘土质页岩、粘土质粉砂岩、泥质板岩、 泥灰岩、千枚岩等夹层。
② 构造作用
③ 地下水的作用：结合水膜减弱颗粒间连接力，岩
石处于塑态甚至接近流态；溶解盐类、水化和水解
作用。
h
✓ 变质结构面 片理
构造结构面 次生结构面
劈理、节理 断层 层间错动带 风化裂隙 卸荷裂隙 次生充填夹泥
h
14
2、结构面的特征 结构面的规模
✓ 一级结构面 区域性断裂破碎带
*工程所在区域的稳定性 *
✓ 二级结构面 断层 层间错动带 沉积间断面
软弱夹层 大型接触破碎带
*控制山体及工程岩体的破坏方式及滑动边界 *
w1
Ww1 Ws
100%
w2
Ww2 Ws
100%
Ks
w1 w2
* 反映岩石大开型空隙与* *小开型空隙之相对数量 *
➢ 透水性 — 渗透系数
h
5
➢ 软化性
• 软化系数
Kd
Rw Rd
岩石饱水状态的抗压强度 岩石干燥状态的抗压强度
* 软化系数>0.75 的岩石抗水、抗风化、抗冻性强 *
➢ 抗冻性
• 强度损失率
➢ 结构体 产状相同 ，
位置不同
1>2
h
2
1 2
25
5、岩体结构类型
整体结构岩体（近似各向同性连续介质 ） 层状结构岩体（顺层滑动、层间张裂及岩层弯曲折断 ） 块状结构岩体（沿软弱夹层滑动 ） 碎裂结构岩体 （沿结构面的滑移和张裂、结构体的剪切、张裂及塑性流
动）
散体结构岩体（大型断裂破碎带，大型岩浆岩侵入接触破碎带及强烈
h
16
结构面的密集程度
✓ 线密集度K：单位长度上的结
构面条数
K=n/L
K=1/M1+ 1/M2
n=2 n=3
M1
M2
L
✓ 结构面间距d：同一组结构面的平均间距
d=M
h
17
结构面的连续性（贯通性、延展性）
非贯通
半贯通
h
贯通
18
✓ 线连续性系数：某一结构面的延长线上
，结构面各段长度之和与整个线段长度之比
✓ 三级结构面 小断层、大型节理、风化夹层和卸荷裂隙
*工程岩体稳定的控制性因素及边界条件 *
✓ 四级结构面 节理、片理、劈理
*小范围内将岩体切割成块状 *
✓ 五级结构面 微小裂隙
*影响岩块的h力学性质 *
15
结构面的形态
✓ 平直 ✓ 波状 ✓ 锯齿状
✓ 不规则
— 起伏度 — 粗糙度
i
i：起伏角
h
h：起伏高度
ε横= Δd / d ε轴= Δh / h
B
A h0
½ Δd C 7ε
➢ 强度特性 ：岩石抵抗外荷不被破坏的能力。
P A
• 单轴抗压强度
P Rc A
P
• 抗拉强度
t A
A
P
P
h
8
• 抗剪强度
s tgC
✓ 抗切强度 s C
✓ 抗摩擦强度 s tg
P • 点荷载强度 I s D 2
h
P A
岩体特征 ：
➢岩石、地质构造、地下水及岩体天然应力状态对岩体 稳定影响较大。
➢结构面是岩体稳定性的控制因素，它导致岩体力学性 能的不连续性、不均一性和各向异性。
➢岩体的变形与破坏主要受各种结构面的性质及其组合 形式的控制。
➢ 岩体中存在复杂的天然应力场。
h
12
一、岩体结构
✓ 结构面 — 岩体中的物质分异面、破裂面及软
第六章 岩石及岩体的工程性质
• 岩石的工程性质
• 岩体的工程性质 • 岩体的工程分类 • 岩体稳定性评价
h
1
了解
岩体稳定性的影响因素。
重点
岩石的工程性质; 结构面、结构体、岩体结构、岩体的概念； 结构面及岩体的力学性质； 岩体的工程分类。
h
2
岩石的工程性质
h
3
一、岩石的物理性质
✓ 重量 — 比重
✓ 微张 0.2-1.0mm
✓ 张开 1.0-5.0mm
✓ 宽张 > 5.0mm
*取决于充填物情况及胶结情况 *
h
20
3、软弱夹层
软弱夹层 —在坚硬岩层中夹有的力学强度低、泥 质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较长和厚度较 薄的软弱岩层。
▲ 成因
原生型 构造型 次生型
▲ 分类
h
21
▲泥化夹层的形成 泥化 —粘土岩类岩石经一系列地质作用变成塑泥的过程。
τ
P
D
9
P
四、岩石的工程分类
岩石
极硬岩 Rc>60 硬质岩
硬岩 60～30
较软岩 30～15 软质岩
软岩 15～5
极软岩 Rc<5
h
10
岩体的工程性质
h
11
区别 ：
➢ 岩石：矿物的集合体，无显著软弱结构面
➢岩体：岩石的地质综合体，被各种地质界面分割成 大小不等、形状各异的许多块体。其工程性质严格受 其结构面的控制。
KL = ∑a / ( ∑a + ∑b )
a1
✓ 面连续性系数：岩体内包含结构面的断面
上，结构面面积之和与整个断面面积之比
a5
a4
a2 a3
b4 b3
b2
b1
A2
KA = ( A1+ A2+ A3+···+ An) / A
A1
A4
A3
h
19
结构面的张开度及充填情况
✓ 密闭 < 0. 2mm *取决于岩石成分及结构面的粗糙程度 *
Rl
R2 R1 R2
10% 0
• 重量损失率 Wl W2W2W110% 0
*强度损失率小于25%或重量损失率小于2%的岩石抗冻性强 *
➢ 可溶性
➢ 膨胀性
h
6
三、岩石的力学性质
➢ 变形特性
• 变形模量（E0） 弹性模量（E）
σ
Δh
d
h
½ Δd
E σ ε
ε Δh h0
σ(MPa))
• 泊松比（μ） μ= ε横 / ε轴
✓结构体 —岩体被结构面切割成的不同形状和大
小的岩块。
✓ 岩体的结构特征 — 岩体中结构面、结构体
的形状、规模、性质及其组合关系的特征。
h
13
1、结构面的成因类型 原生结构面
✓ 沉积结构面 层理面 沉积间断面 软弱夹层
✓ 火成结构面
原生节理 多期岩浆岩之间的接触面 侵入体与围岩的接触面 流纹和流层面
22
▲ 泥化夹层的特征
成分：粘粒含量明显增多。 结构：由固结或超固结变成泥质分散结构。 物理状态：天然含水量高，接近或超过塑限。
力学强度：软弱，μ≈0.2。
h
23
4、结构体 形状 （取决于结构面的组数及产状 ）
大小 （取决于结构面组数及各组间距 ）
h
24
➢ 结构体
的形状大 小相同，
1>
产状不同
G Ws
Vs • w
W、V
气 水
固体物质
Vn Ww、Vw
Ws、Vs
— 重量
W V
* 干容重、天然容重及饱和容重 *
✓ 空隙性
n Vn V
坚硬岩石 0.2~4.5% 半坚硬岩石 5.0~20.0% 松散沉积物 25.9~47.6%
h
4
二、岩石的水理性质
➢ 吸水性
• 吸水率
• 饱和吸水率
• 饱和系数
标志：其天然含水量等于或大于塑限。 特点：湿度高、密度小、强度低、变形大。
① 物质基础：粘土矿物含量较高的原生软弱夹层，
如粘土岩、粘土质页岩、粘土质粉砂岩、泥质板岩、 泥灰岩、千枚岩等夹层。
② 构造作用
③ 地下水的作用：结合水膜减弱颗粒间连接力，岩
石处于塑态甚至接近流态；溶解盐类、水化和水解
作用。
h
✓ 变质结构面 片理
构造结构面 次生结构面
劈理、节理 断层 层间错动带 风化裂隙 卸荷裂隙 次生充填夹泥
h
14
2、结构面的特征 结构面的规模
✓ 一级结构面 区域性断裂破碎带
*工程所在区域的稳定性 *
✓ 二级结构面 断层 层间错动带 沉积间断面
软弱夹层 大型接触破碎带
*控制山体及工程岩体的破坏方式及滑动边界 *
w1
Ww1 Ws
100%
w2
Ww2 Ws
100%
Ks
w1 w2
* 反映岩石大开型空隙与* *小开型空隙之相对数量 *
➢ 透水性 — 渗透系数
h
5
➢ 软化性
• 软化系数
Kd
Rw Rd
岩石饱水状态的抗压强度 岩石干燥状态的抗压强度
* 软化系数>0.75 的岩石抗水、抗风化、抗冻性强 *
➢ 抗冻性
• 强度损失率
➢ 结构体 产状相同 ，
位置不同
1>2
h
2
1 2
25
5、岩体结构类型
整体结构岩体（近似各向同性连续介质 ） 层状结构岩体（顺层滑动、层间张裂及岩层弯曲折断 ） 块状结构岩体（沿软弱夹层滑动 ） 碎裂结构岩体 （沿结构面的滑移和张裂、结构体的剪切、张裂及塑性流
动）
散体结构岩体（大型断裂破碎带，大型岩浆岩侵入接触破碎带及强烈
h
16
结构面的密集程度
✓ 线密集度K：单位长度上的结
构面条数
K=n/L
K=1/M1+ 1/M2
n=2 n=3
M1
M2
L
✓ 结构面间距d：同一组结构面的平均间距
d=M
h
17
结构面的连续性（贯通性、延展性）
非贯通
半贯通
h
贯通
18
✓ 线连续性系数：某一结构面的延长线上
，结构面各段长度之和与整个线段长度之比
✓ 三级结构面 小断层、大型节理、风化夹层和卸荷裂隙
*工程岩体稳定的控制性因素及边界条件 *
✓ 四级结构面 节理、片理、劈理
*小范围内将岩体切割成块状 *
✓ 五级结构面 微小裂隙
*影响岩块的h力学性质 *
15
结构面的形态
✓ 平直 ✓ 波状 ✓ 锯齿状
✓ 不规则
— 起伏度 — 粗糙度
i
i：起伏角
h
h：起伏高度
ε横= Δd / d ε轴= Δh / h
B
A h0
½ Δd C 7ε
➢ 强度特性 ：岩石抵抗外荷不被破坏的能力。
P A
• 单轴抗压强度
P Rc A
P
• 抗拉强度
t A
A
P
P
h
8
• 抗剪强度
s tgC
✓ 抗切强度 s C
✓ 抗摩擦强度 s tg
P • 点荷载强度 I s D 2
h
P A
岩体特征 ：
➢岩石、地质构造、地下水及岩体天然应力状态对岩体 稳定影响较大。
➢结构面是岩体稳定性的控制因素，它导致岩体力学性 能的不连续性、不均一性和各向异性。
➢岩体的变形与破坏主要受各种结构面的性质及其组合 形式的控制。
➢ 岩体中存在复杂的天然应力场。
h
12
一、岩体结构
✓ 结构面 — 岩体中的物质分异面、破裂面及软
第六章 岩石及岩体的工程性质
• 岩石的工程性质
• 岩体的工程性质 • 岩体的工程分类 • 岩体稳定性评价
h
1
了解
岩体稳定性的影响因素。
重点
岩石的工程性质; 结构面、结构体、岩体结构、岩体的概念； 结构面及岩体的力学性质； 岩体的工程分类。
h
2
岩石的工程性质
h
3
一、岩石的物理性质
✓ 重量 — 比重
✓ 微张 0.2-1.0mm
✓ 张开 1.0-5.0mm
✓ 宽张 > 5.0mm
*取决于充填物情况及胶结情况 *
h
20
3、软弱夹层
软弱夹层 —在坚硬岩层中夹有的力学强度低、泥 质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较长和厚度较 薄的软弱岩层。
▲ 成因
原生型 构造型 次生型
▲ 分类
h
21
▲泥化夹层的形成 泥化 —粘土岩类岩石经一系列地质作用变成塑泥的过程。
τ
P
D
9
P
四、岩石的工程分类
岩石
极硬岩 Rc>60 硬质岩
硬岩 60～30
较软岩 30～15 软质岩
软岩 15～5
极软岩 Rc<5
h
10
岩体的工程性质
h
11
区别 ：
➢ 岩石：矿物的集合体，无显著软弱结构面
➢岩体：岩石的地质综合体，被各种地质界面分割成 大小不等、形状各异的许多块体。其工程性质严格受 其结构面的控制。
KL = ∑a / ( ∑a + ∑b )
a1
✓ 面连续性系数：岩体内包含结构面的断面
上，结构面面积之和与整个断面面积之比
a5
a4
a2 a3
b4 b3
b2
b1
A2
KA = ( A1+ A2+ A3+···+ An) / A
A1
A4
A3
h
19
结构面的张开度及充填情况
✓ 密闭 < 0. 2mm *取决于岩石成分及结构面的粗糙程度 *
Rl
R2 R1 R2
10% 0
• 重量损失率 Wl W2W2W110% 0
*强度损失率小于25%或重量损失率小于2%的岩石抗冻性强 *
➢ 可溶性
➢ 膨胀性
h
6
三、岩石的力学性质
➢ 变形特性
• 变形模量（E0） 弹性模量（E）
σ
Δh
d
h
½ Δd
E σ ε
ε Δh h0
σ(MPa))
• 泊松比（μ） μ= ε横 / ε轴