岩体的结构特征

§1. 岩体的结构特征

结构面——不连续面，切割岩体的各种地质界面

岩体

结构体——结构面切割岩体形成的大小、形状各异的快体

岩体结构特征：结构面、结构体的形状、规模、性质及组合关系的特征

一、结构面的成因类型

（一）原生结构面

成岩过程中形成的

1. 沉积结构面

eg：层理、层面、沉积软弱夹层、沉积间断面

2. 火成结构面

岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面

eg：流层、冷凝节理、接触面

冷凝节理——张性节理：岩体稳定、渗漏

形成破碎带或围岩蚀余带的——软弱结构面接触面——

熔合好——强度高

3. 变质结构面

变余结构面：层面上有云母、绿泥石等鳞片状矿物

变成的重结晶结构面：片理、片麻理发育，因此岩性

软弱，易水化——软弱夹层

（二）次生结构面

后期地质作用形成

1. 内动力形成的结构面——构造结构面

eg：节理、劈理、断层面

2. 外动力形成的结构面

作用：风化作用，卸荷作用（滑坡面）、人为（爆破）

风化裂隙：风化夹层

卸荷裂隙：岩体剥蚀，人工开挖→应力状态改变，应力释放形成

爆破裂隙：

二、结构面特征

和野外试验标准化委员会于1978年提出《岩体不连续面定量描述的建议方法》

规定：从方位张开度等方面研究间距充填度

连续性渗流

粗糙度节理组数

侧壁强度块体大小

结构面规模分级

三、软弱夹层

1.软弱夹层是指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较广和厚度较薄的软弱岩层。

2.分类：软岩夹层、碎块夹层、泥化夹层

包括：岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹

岩屑型及泥型（GB50287-99,附录D)等。

3.泥化夹层：结构松散，密度小，含水量大，强度低，变形量大 • 泥化夹层的形成条件：物质基础、构造作用、地下水的作用。

①物质基础：粘土岩类夹层

粘粒含量越高，蒙脱石组粘土矿多→有利

②构造作用

③地下水作用：结合水膜→粒间连接力减小→岩石处于

塑态

四、结构体类型：柱状、板状、锥状等

五、岩体结构类型：整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构 §2. 岩体的主要力学特征 贯穿整个工程区

的次一级断裂

区域内的大断裂

某建筑物地基内的小型断层、

大节理卸荷裂隙 某范围的节理劈理构造

小的裂隙

岩体与岩块力学性质差异大

一、岩体的变形特征

1. 岩体变形结构面变形

结构体变形

2. 岩体变形过程

调整表现形式：岩体的应力——应变曲线

分析：①微裂隙闭合阶段：

OA——凹状缓坡：节理压密闭合→岩石变压应力较低，岩石中微裂隙闭

合，所以曲线先缓后陡，斜率度大，应变速度减小

②直线变形阶段：岩石变形表现为微裂隙完全闭合，孔隙被压缩，岩石

中颗粒都受挤压，发生弹性变形，应变、应力呈线性

关系增长

AB——结构面压密后弹性变形

③破损阶段：当压力达到弹性极限以后，岩石产生新的破裂面，原闭合裂

隙增大，发生塑性变形

BC——岩体发生破裂、塑性变形

④破坏阶段

CD ——岩体全面破坏 C ——峰值强度，应力极限

3. 据变形特征、岩石力学性质分类

（1）弹性岩石：岩石在外力作用下有明显弹性变形量

（2）弹塑性岩石：弹性变形量<塑性变形

（3）塑性——熔变性岩石

4. 表征岩体变形的参数

（1）变形模量（E 0）

最大应力（σ）与应变（ε）的比值

E 0=εσ=e P εεσ+ E 0越大，岩体越好 （2）弹性模量（E e ）： E e =

e εσ 二、岩体的流变特征

1. 流变性：蠕变、松弛

工程建筑中，应力较低时岩体就产生蠕变，并不须荷载很高

蠕变：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，应力随时间增长而逐渐减小 流变岩体：软弱岩石、软弱夹层、碎裂及松散岩体

2. 蠕变

（1）分类

稳定蠕变：较小恒定荷载作用下，变形ε随t 增加，变形V 减小→稳定 非稳定蠕变: 当恒定荷载超过某一极限值变形随t 增高,最终导致→破坏

§3.岩体的天然应力状态 一、地应力

1. 概念：地壳岩体在天然状态下所具有的内应力，分布于岩体的每个质点上

2.

岩体自重应力 主

类型

天然地应力 构造应力

变异应力——岩体中存在+应力、流体应力

感生地应力：工程活动对岩体施加的应力 三、天然应力分布规律

1. 岩体中存在三向不等的空间应力场

σz ——垂直应力，一般最小 σx 、σy ——水平应力，并不水平，倾角100~25 0

2. 利用天然应力比值系数K 分析（垂直应力与水平应力关系） z y x z K σσσσ==

①K=0 σx =σy =0 少见

②0

④K>1 σx>σz 75%

3. 水平应力具有强烈方向性

应力释放区

河谷地区地应力场应力集中区

应力平稳区

河谷由浅入深：应力释放区→应力集中区→应力平稳区

应力<20MPa→急剧上升,达60MPa→减少至平稳,20MPa

河谷周遍山体中：边坡→深部

释放→集中→平稳

<20MPa 升至35MPa 25MPa

四、地应力研究的工程意思

1. 总体：低应力区岩体松弛、漏水、风化带深

高应力区开挖卸荷引起岩体变形破坏

2. 地应力的高低划分

以岩石强度R b/最大水平主应力的比值来确定

法国: <2 高应力区

2~4 中高应力区

>4 低应力去

中国: <4 极高应力区