岩体的结构特征
第四章 岩体的结构特征与主要力学特征-党
岩体结构特征的研究意义
岩体的结构特征是指岩体中结构面和结构体的形状、 规模、性质及其组合关系的特征。 岩体中的软弱结构面，常常成为决定岩体稳定 性的控制面。 靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确 定了外营力对岩体的改造进程。这是由于结构面往 往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位，也 常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要 通道，往往发展为重要的控制面。 研究结构面最关键的是研究各类结构面的分布规律、 发育密度、表面特征、连续特征以及它们的空间组 合形式等。
力学强度：较原岩大为降低，压缩性大
抗冲刷能力低，易于产生渗透变形
四、岩体的结构类型
表4-6 岩体结构分类表
《水利水电工程 地质勘察规范》， 将岩体结构划分 为：4个大类和 11个亚类，其基 本特征见表4-6。
类型 亚类 整体 整体状结构 块状 块状结构 结构 次块状结构 层状 整体层状结 结构 构 块层状结构 互层状结构 薄层状结构 碎裂 镶嵌碎裂结 结构 构 碎裂结构 散体 碎块状结构 结构 碎屑状结构
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
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
5岩体结构特征
5岩体结构特征岩体结构是指岩石内部的各种构造特征，包括岩石的层理、节理、褶皱、断层和岩石的组成等。
这些结构特征可以揭示岩石的形成过程、变形史和地质历史等信息。
下面是五种常见的岩体结构特征：1. 层理结构（bedding structure）层理结构是岩石中最常见的结构特征之一，指的是岩石中由沉积作用形成的平行层面。
层理结构可以是平行于岩石堆积面的，也可以是倾斜的。
层理结构的形成通常是由于沉积物质在沉积过程中的重力作用和水动力的影响，如沉积物质的粒子大小分选和方向性沉积等。
层理结构可以提供沉积环境、沉积物质的类型和沉积作用的性质等重要信息。
2. 节理结构（joint structure）节理是岩石中形成的裂缝或裂隙，通常是呈平行或近平行的方向出现。
节理的形成可以是由于岩石的热胀冷缩、岩石的应力状态和变形等原因引起的。
节理结构在岩石工程和采矿工程中具有重要的意义，因为节理可以影响岩石的稳定性和开采效果。
节理的角度、长度和间距等参数可以提供岩石的力学性质、应力状态和构造演化等信息。
3. 褶皱结构（folding structure）褶皱是指岩石的层面在水平或倾斜方向上的弯曲势态。
褶皱结构的形成通常是由于地壳的压力和变形作用，如地壳板块之间的挤压和侧向位移等。
褶皱结构可以提供地壳压力和变形作用的强度和方向等重要信息。
常见的褶皱形态有对称褶皱、不对称褶皱和复式褶皱等。
4. 断层结构（fault structure）断层是指岩石中的层面在一定的剪切力作用下发生位移的断裂面。
断层的形成通常是由于地壳的拉伸或挤压等构造作用引起的。
断层结构可以提供地壳变形的方向、力学性质和构造演化等重要信息。
常见的断层形态有正断层、逆断层和走滑断层等。
组成结构是指岩石中不同矿物颗粒的排列和组成关系。
岩石的组成结构可以是均匀的，也可以是不均匀的。
组成结构的形成通常是由于不同矿物在岩浆冷却或变质作用下的分异和结晶作用等。
组成结构可以提供岩石的成因和演化历史等重要信息。
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。
第3讲第一章第一节岩体的特征(二)
〔二〕岩体结构特征1．结构体特征结构面可将岩体切割成不同形状和大小的结构体。
根据其外形特征可大致归纳为柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种根本形态。
当岩体发生强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞片状等结构体。
结构体的形状与岩层产状之间有一定的关系，如平缓产状的层状岩体中，常将岩体切割成方块体、三角形柱体等。
在陡立的岩层地区，往往形成块体、锥形体和各种柱体。
2．岩体结构类型二、岩体的力学特性【2022】5.建筑物结构设计对岩石地基主要关心的是〔〕A．岩体的弹性模量B．岩体的结构C．岩石的抗拉强度D．岩石的抗剪强度答案：A分析：就大多数岩体而言，一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值。
因此，设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。
岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。
由于岩体中发育有各种结构面，所以岩体的弹塑性变形较岩石更为显著。
【2022】4结构面结合力较差的工程地基岩体的工程特性是〔D〕。
A.沿层面方向的抗剪强度高于垂直层面方向B.沿层面方向有错动比有软弱夹层的工程地质性质差C.结构面倾向坡外比倾向坡里的工程地质性质好D.沿层面方向的抗剪强度低于垂直层面方向【2022】5工程岩体沿某一结构面产生整体滑动时，其岩体强度完全受控于〔A〕。
A.结构面强度B.节理的密集性C.母岩的岩性D.层间错动幅度二、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【2022】2关于地基岩石软化性的说法，正确的选项是〔C 〕。
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(2)岩石主要力学性质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。
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。
第一章岩体的结构特征
岩块的结构与构造 1 0
2. 岩块的构造
指矿物集合体之间及其与其他组分之间的排 列组合方式。
如：岩浆岩中的流线、流面构造，沉积岩中
的微层状构造，变质岩中的片状构造及其定
性构造等。
（三）岩石的风化程度
岩块的风化程度 1
0
风化作用 ==> 矿物组成和结构构造改变 ==> 岩石
物理力学性质改变：强度降低、抗变形性能减弱、
式等在岩块构成上所表现出的特征。其
中，矿物颗粒间的连结和微结构面的发
育特征对岩块的力学性质影响很大。 （1）连结类型（结晶连结和胶结连结）
• 结晶连结 矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一 起，如岩浆岩、大部分变质岩、
部分沉积岩。原子或离子作用
力，其强度较高。
连结类型
结晶连结和胶结1连结
0
结晶结构不同，岩块力学性质不同：
－－指地质历史发展过程中，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。包括：层面、 不整合面、节理、断层、片理面、劈理、软弱夹层、卸荷裂 隙和风化裂隙等。
显著结构面(能明显地将岩石切割开来的分界面)、不显著结构面(微 结构面)(包含在岩石块体内结合比较牢固的面如微层面、微裂隙等)
弱风化：表面和裂隙面大部分变色，端口中心部分较新鲜； 结构构造部分破坏，风化裂隙发育，有次生矿物，时夹少量 岩屑；裂隙面出现风化矿物或风化夹层，锤击声不够清脆。
强风化：大部分变色，岩块中心部分尚较新鲜；结构构造大部 分破坏，呈岩块岩屑时夹粘土；除石英外长石、云母等多风化 成次生矿物，时夹少量岩屑；锤击声哑，可用锹镐开挖。
断层破碎带、层间错动带、接触破碎带、 软弱夹层、泥化夹层等。 特点：与两盘岩体相比，软弱结构面压缩性高、
岩体地质与结构特征 (2)
2、泥化夹层 泥化夹层是指岩体中软弱岩层在层间错 动与地下水的长期物理化学作用下形成 的结构疏松、颗粒多呈定向排列、粒间 排列的特殊软弱层，多发生在上下相对 坚硬而中间相对软弱的、刚柔的岩层组 合条件下。
泥化夹层具有一下特征：
1、由原岩的超固结胶结式结构，便成了泥 质散状结构或泥质定向结构 2‘黏粒含量较原岩曾多并达到一定含量。 3、含水量接近或超过塑限，密度比原 岩小. 4、常具有一定膨胀性。 5、力学强度比原岩大大降低， 压缩性较大。 6由于结构松散，因而抗冲刷能力 低，在渗透水流作用下，易产生 渗透变形。
任务二 岩体的结构特征
一、结构面的成因类型 根据成因，结构面分为原生结构面、构造 结构面和次生结构面三大类。 （一）原生结构面 原生结构面是在岩石成岩过程中形成的， 分为以下三类。 1、沉积结构面 层面 沉积间断面 沉积软弱夹层等 沉积软弱夹层的强度低，遇水易软化。
2、岩浆结构面 岩浆侵入、喷出后冷凝过程中形成的结构面 3、变质结构面 残留的变余结构面 变成的重结晶结构面
（二）构造结构面 是岩体在构造应力作用下形成的各种破裂面， 是岩体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。 包括断层、节理、劈理和层间错动面等。 （三）次生结构面 由风化作用、卸荷及人类活动所形成的结构面 卸荷裂隙 风化裂隙 风化夹层 泥化夹层等称 为次生结构面
岩 体 结 构 面 的 类 型 及 其 特 征
三、岩体的结构
岩体结构(rockmass structure)指岩体中结构 岩体结构(rockmass structure)指岩体中结构 面与结构体的排列组合关系。 面与结构体的排列组合关系。 1 结构体特征 结构体(structural element)指岩体中被结构 结构体(structural element)指岩体中被结构 面切割围限的岩石块体。它不同于岩块的概念。 面切割围限的岩石块体。它不同于岩块的概念。 结构体的规模取决于结构面的密度，密度愈小， 规模取决于结构面的密度 结构体的规模取决于结构面的密度，密度愈小， 结构体的规模愈大,与结构面对应,划分为四 结构体的规模愈大,与结构面对应,划分为四级。 常用块度模数 单位体积内的Ⅳ 块度模数（ 常用块度模数（单位体积内的Ⅳ级结构体 或结构体体积来表示结构体规模。 数) 或结构体体积来表示结构体规模。 结构体常见的形状有： 结构体常见的形状有： 柱状、板状、楔形及菱形等。 柱状、板状、楔形及菱形等。 形状不同，稳定性不形成泥化夹层一般认为必须具备下述三个条件。 （1）物质基础。粘土岩类夹层是泥化夹层形成 的物质基础。 （2）构造作用。构造作用可以破坏原来粘土岩 夹层的完整性，为地下水的渗入提供通道；同 时，原岩的矿物颗粒联接也会受到严重的破坏， 为泥化提供了重要的有利条件。 （3）地下水的作用。水在粘粒周围形成结合水 膜，使颗粒进一步分散，颗粒间连接力减弱， 含水量增加，使粘土岩夹层处于塑态甚至接近 流态，即产生了泥化。
岩体地质与结构特征
分布上往往呈不连 续状，透镜状，延 展性差，且主要在 地表风化带内发育
一般为泥质物充填，水理性质 很差
在天然及人工边坡上造成危害，有 时对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程 亦有影响，但一般在施工中予以地 基处理
第一章 岩体的地质与结构特征
(一)地质成因类型
1.原生构造面岩体在成岩过程中形成旳构造面。 沉积构造面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成旳，有层理
3.次生构造面 是岩体形成后在外营力作用下产生旳构造面， 涉及卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。
第一章 岩体的地质与结构特征
(二)力学成因类型
1、张性构造面是由拉应力形成旳，如羽毛状张裂面、纵张 及横张破裂面、岩浆岩中旳冷凝节理等
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
衡量岩块旳风化程度旳指标： 定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程
度及开挖锤击技术特征等。 定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。
第一章 岩体的地质与结构特征
风化空隙率指标(Iw)：迅速浸水后风 化岩块吸入水旳质量与干燥岩块质量 之比。
波速指标
•纵波波速（cp）
•波速比(kv)
kv
vcp vrp
Ⅳ级构造面主要控制着岩体旳构造、完整性和物理 力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计 规律，需用统计措施进行研究。
Ⅴ级 又称微构造面。常包括在岩块内，主要影响岩 块旳物理力学性质，控制岩块旳力学性质。
第一章 岩体的地质与结构特征
三、 产状
走向、倾向、倾角 构造面与最大主应
力间旳关系控制着 岩体旳破坏机理与 强度。
第一章 岩体的地质与结构特征
构造面旳粗糙度用粗糙度 系JRC(joint roughness coefficient)表达。
岩体力学第二章 岩块、结构面及岩体的地质特征
2h i arctg( ) L
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
结构面的粗糙度用粗 糙度系JRC表示 (joint roughness coefficient) 。 随粗糙度的增大，结 构面的摩擦角也增大。 根据标准粗糙度剖面 将结构面的粗糙度系 数划分为10级。
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
第二章 岩块与岩体的地质特征
一、几个基本概念 二、岩块的物质组成与结构特征 三、结构面特征
四、岩体的结构特征
第二章 岩块与岩体的地质特征
一、 几个基本概念
1.岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体。 2.结构面（Structural Plane） 指地质历史发
展过程中，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。 分异面和不连续面
3.岩块（Rock block 或 Rock）指不含显著结构面
的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。
பைடு நூலகம்
4.岩体 （Rockmass）是指地质历史过程中形成
的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的 结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等 地质环境中的地质体。
思考题一
1、岩块与岩体有哪些区别？ 2、试比较土与岩有那些异同点？
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
波速比
风化系数
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
§ 2.3 结构面特征
.结构面（Structural Plane） 指地质历史发展过程 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。包括物质分异面和不连 续面，如层面、不整合面、节理面、断层、片理面等 软弱结构面
一、结构面的成因类型 (一)地质成因类型
岩体地质与结构特征
目录
CONTENTS
• 岩体地质概述 • 岩体结构特征 • 岩体稳定性分析 • 岩体工程应用与实践
01
岩体地质概述
岩体的定义与分类
然体，具有不连续 性、非均质性和各向异性等特点 。
分类
根据岩石的成因、结构和工程地 质性质等，可以将岩体分为沉积 岩体、火成岩体和变质岩体等类 型。
包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强 度等，这些性质决定了岩体的稳定 性。
岩体的结构面特征
结构面是岩体内具有一定方向和规 模的破裂面或薄弱带，对岩体的整 体稳定性和变形破坏有重要影响。
02
岩体结构特征
岩体的构造特征
岩体的构造类型
包括层状构造、块状构造、流状构造等。
构造应力场
岩体在构造运动过程中所受到的应力作用，包括 水平应力、垂直应力和剪切应力等。
构造裂隙
由于构造运动产生的裂隙，包括节理、劈理和断 层等。
岩体的结构面特征
结构面的几何特征
包括结构面的走向、倾向、倾角、延伸长度、闭合度等。
结构面的物质组成
包括矿物成分、岩石成分、泥质充填物等。
结构面的粗糙度与起伏度
结构面的表面形态、起伏变化等特征。
岩体的结构类型与工程分类
结构类型
根据岩体的构造和结构面特征，可以将岩体分为整体状、层状、碎裂状和散体 状等类型。
工程分类
根据岩体的地质条件、工程性质和稳定性等因素，可以将岩体分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 、Ⅳ等四个工程类别。
03
岩体稳定性分析
岩体的变形与破坏机制
变形机制
岩体在受到外部压力或应力作用时，会发生形变，包括弹性 形变和塑性形变。当形变超过一定限度时，岩体会发生破裂 或断裂。
5 岩体结构特征(3-2)
岩体结构(rock mass structure) = 结构面 (structural plane) +结构体 (structural element)
3/49
一、结构面： 存在于岩体中的各种地质界面。分为：
4/49
岩体中的软弱夹层
5/49
结构面特征
形态：方位（产状）、间距（结构面间） 平整光滑度：影响力学性质.分阶坎状、波状和平直状。 张开度：结构面两壁间的垂直距离 充填程度：充填物的结构、成分和厚度 连通性 ：渗流 密集程度： 产状和组数：方位相近的归为一组。
力学属性
1.属于软弱结构面 2.构成独立的力学模
型－软弱夹层
地质构造特征 较大的断层
属于软弱结构面
小断层 层间错动面
Ⅲ级 Ⅳ级
延展长度短，从十几米 到几十米，无破碎 带，面内不夹泥， 有的具有泥膜
延展短、未错动、不夹 泥，有的呈弱结合 状态
1.参与块裂岩体切割 2.划分Ⅱ级岩体结构类型的重要依
据 3.构成次级地应力场边界
III 1镶嵌结构
III .碎裂结构 III 2 层状碎裂结构
III
3
碎裂结构
IV .散体结构
12/49
二、岩体的工程地质性质 不同结构类型岩体的工程地质性质：
1.整体、块状结构岩体
13/49
Ⅰ1型（整体）：岩性单一，结构面不发育，岩
体呈完整或基本完整状态；结构ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ少，面间距
大于1m；完整性指数大于0.75；力学模型：连
规模 ：
6/49
结构面分级及其特征
级序
分级依据
力学效应
Ⅰ级 Ⅱ级
结构面延展长，几公里 至几十公里以上， 贯通岩体，破碎带 宽度达数米至数十 米
岩体地质与结构特征
1 kd = d d —间距
4．张开度（e）（mm）
指结构面两壁面间的垂直距离。
5．形 态
可从侧壁的起伏形态及粗糙度两方面描述。 起伏形态—-平直的、波状的、锯齿状、台阶状和不规则状的。 粗糙度—-粗糙系数JRC。
6．充填胶结特征
1）Fe、Si结的结构面强度最低，且抗水性差。 2）就充填物成分来说 以砂质、砾质等粗粒充填的结构面性质最好； 以粘土质（如高岭石、绿泥石、水云母、蒙脱石等）和易溶盐类充填的 结构面性在最差。
2. 沉积岩（又叫水成岩）（sedimentary rock）
层理构造，岩体呈层状结构。
陆源碎屑岩 : 砾岩 砂岩 粉砾岩和泥质岩 他生沉积岩 火山碎屑岩 : 集块岩 火山角砾岩和凝灰岩等 沉积岩 化学沉积岩 : 石灰岩和白云岩类最为常见 自生沉积岩 生物化学沉积岩 :
延伸数十厘米至 20～ 节理、层面、次生 坚硬结构面。 Ⅳ级 30m，宽度为零至数厘 裂隙、小断层、片 米不等，统计结构面。 理、劈理、卸荷裂 隙、风化裂隙等。
连续性差，刚性接触 隐节理、微层面、 硬性（坚硬）结构面。 分布随机，降低岩块强度， Ⅴ级 的细小或隐微裂面， 微裂隙和线理等。 统计结构面。
注：结构面内夹有软弱物质者属于软弱结构面，无充填者则属于坚硬结构面。
是岩块力学性质效应基 础。
三、结构面特征及其对岩体性质的影响
主要就Ⅳ级结构面进行讨论。（数十厘米至20～30m，宽度为0至数厘 米） 1. 产状: 结构面与σ1间的关系控制着岩体的破坏机理与强度）
图2.2 结构面产状对破坏机理的影响示意图 （a）结构面与最大主平面的夹角β为锐角，岩体滑动破坏； （b）当β=0时，横切结构面产生剪断岩体破坏； （c）当β=90°时，平行结构面的劈裂拉张破坏。
第二章 岩块、结构面及岩体的地质特征
（四）岩体的结构特征
第二章总思考题
1、岩块与岩体有哪些区别？ 2、试比较土与岩有那些异同点？ 3、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响 岩体力学性质的？ 4、比较岩块与结构体的含义异同？ 5、试总结说明三大类岩体的主要特征？
风化
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
风化空隙率指标(Iw)是快速浸水后风化岩块吸入
水的质量与干燥岩块质量之比。
波速指标
纵波波速（cp）
波速比
kv
vcp vrp
' cw
风化系数
kf cw
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
硬质岩石按波速指标的风化分级表
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
K1变化在0～1之间，K1值愈大说明结构面的连 续性愈好，当K1＝1时，结构面完全贯通。
2、面连续性：指沿结构面延伸方向，结构面面 积之和与总面积的比值。 3、迹长：结构面与岩体露头交线的长度。
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
表2-3 结构面连续性分级表
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
结构体的形状示意图
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
2 岩 体 的 结 构 类 型
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
三、岩体成因与岩体特征（自学）
1 岩浆岩体 无层理，产状复杂。根据岩浆活动方式，岩浆 岩可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。 2 沉积岩体 具有层理构造，岩体呈层状结构。沉积岩包括 他生沉积岩和自生沉积岩两大类。 3 变质岩体 多数岩石变质后都经历了不同程度的重结晶作 用，结构较致密，抗水性增强，孔隙率较低， 透水性弱，抗变形性能好，强度高。因此与沉 积岩相比，变质岩的性质一般要好些。
第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
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。
第二章岩块、结构面及岩体的地质特征解析
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
三、 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。
滑移破坏
剪断破坏
劈裂拉张破坏
据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强 度与结构面倾角间的关系为：
糙，起伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰 富，导水性强 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 层等。 特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕 镜面等现象发育。
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
二、结构面的规模
按结构面的延伸长度、切割深度、破碎带宽度及力学效应分：
定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程 度及开挖锤击技术特征等。
定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
风化空隙率指标(Iw)是快速浸水后风化岩块吸入 水的质量与干燥岩块质量之比。
波速指标 纵波波速（cp）
波速比
kv
vcp vrp
风化系数
kf
' cw
cw
条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体 （如滑坡、崩塌等）的边界面，直接威胁工程安全稳 定性
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
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、劈理面等。是构成岩块的边界面， 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。是岩体分类、岩体结构研究及结构面 统计模拟的对象。 Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和 物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不 太容易搞清楚，需用统计方法进行研究
岩体结构的基本类型
目录一、结构体的类型和岩体结构特征 (2)1.结构体的类型 (2)2.岩体结构特征 (2)3、组成 (3)4、结构面 (3)5、结构体 (4)6、类型 (4)7、力学效应 (5)二、岩层产状的记录方法 (6)一、结构体的类型和岩体结构特征1.结构体的类型由于各种成因的结构面的组合，在岩体中可形成大小、形状不同的结构体。
岩体中结构体的形状和大小是多种多样的，但根据其外形特征可大致归纳为：柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种基本形态。
当岩体强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞片状等形式的结构体。
结构体的形状与岩层产状之间有一定的关系，例如：平缓产状的层状岩体中，一般由层面(或顺层裂隙)与平面上的“X”型断裂组合，常将岩体切割成方块体、三角形柱体等；在陡立的岩层地区，由于层面(或顺层错动面)、断层与剖面的上“X”型断裂组合，往往形成块体、锥形体和各种柱体。
结构体的大小，可用体积裂隙数Jv来表示。
其定义是：岩体单位体积通过的总裂隙数(裂隙数／m3)，表达式为：式中的Si为岩体内第i组结构面的间距；为该组结构面的裂隙数(裂隙数／m)。
根据Jv值的大小可将结构体的块度进行分类(表16-4-2)。
结构体块度(大小)分类表16-4-22.岩体结构特征岩体结构是指岩体中结构面与结构体的组合方式。
岩体结构的基本类型可分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构，它们的地质背景、结构面特征和结构体特征等列于表16-4-3中。
(三)岩体的工程地质特性岩体的工程地质性质首先取决于岩体结构类型与特征，其次才是组成岩体的岩石的性质(或结构体本身的性质)。
不同结构类型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整体块状结构岩体因结构面稀疏、延展性差、结构体块度大且常为硬质岩石，故整体强度高、变形特征接近于各向同性的均质弹性体，变形模量、承载能力与抗滑能力均较高，抗风化能力一般也较强，所以这类岩体具有良好的工程地质性质。
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§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<K<1 σx <σz 或σy <σz 14% ③K=1 σx =σz 11%
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
4~7 高应力区
水平应力<自重引起低应力
3. 高地应力对工程影响
（1）基坑底部隆起、剥离破坏
隆起轴线与最大水平主应力垂直
（2）基坑边坡的剪切滑移
葛洲坝二江电站厂房地基开挖时，当地含多层软弱夹层，
当开挖一层时，产生向临室面滑动，开挖到3二层时，卸荷引起沿三层产生
位移，测得边坡位移方向与最大水平主应力方向一致（3）地下洞室产生大的收敛变形
洞室轴线与最大水平应力垂直时，产生收敛变形，软岩向洞内挤出“吐
舌头”现象
（4）地下洞室施工中产生岩爆
1985年，天生桥二级电站引水隧洞发生岩爆，最大爆落方量22m3，最大爆深1.1m，最大面积84m2
§4. 岩体的工程分类。