第一二章岩土体结构的工程地质研究、软弱岩石的工程地质研究讲解

(1)方位：即结构面的产状。attitude
(2)间距distance：系指相邻结构面间的垂直距离，通常是指一组结构面的平均间距。它是反映岩体的完整程度和岩块大小的重要指标。
(3)延续性：它是表征结构面延伸长度和展布范围的指标。
(4)粗糙度：结构面的平整光滑程度不同，抗剪强度也不同。结构面的形态有平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的几种。结构面的起伏程度可用起伏差及起伏角表示，结构面的粗糙程度可用粗糙度系数(JRC)表示，详见结构面的抗剪强度部分。
岩浆侵人、喷溢及冷凝过程中形成的结构面，如流层、冷凝节理、侵人体与围岩的接触面及岩浆间歇喷溢所形成的软弱接触面等。
（3）变质结构面metamorphicstructure mass
变质结构面可分为残留的变余结构面和变成的重结晶结构面两种。
2．次生结构面epigenetic structure mass
第五节 土结构和构造的工程地质研究
一、粒组划分和土的分类
（一）我国制定的粒组（粒级）划分方案
1990年颁布的国家标准《土的分类标准》（GBJ145—90）中的粒组划分：
(5)结构面侧壁强度：它可以反映结构面经受风化的程度，可用施密特回弹仪或点荷载仪测定节理壁的强度。
(6)张开度：指结构面两壁间的垂直距离。结构面的张开度通常不大，一般小于1mm。
(7)充填物：结构面内常见的充填物有砂、粘土、角砾、岩屑及硅质、钙质、石膏质沉淀物，结构面经胶结后强度会提高，其中以铁或硅质胶结者
一般把切割岩体的这些地质界面称为结构面，这些界面经常是开裂的或易于开裂的，它导致岩体力学性质的不连续性、不均一性及各向异性。
2）结构体structure mass
岩体在工程荷载作用下的变形与破坏，主要受各种结构面性质及其组合关系的控制。因此，研究岩体的工程地质性质，首先必须研究岩体的结构特征。
第二节 结构面的主要类型及其自然特征
教学方法
手段（教具）
参考资料
1戚筱俊．工程地质及水文地质．北京：中国水利水电出版社，1997
2陈德基主编．水利工程勘测分册．北京：中国水利水电出版社，2004
3崔冠英主编，水利工程地质，北京：中国水利水电出版社，1999．
4左建，郭成久等主编．水利工程地质．北京：中国水利水电出版社，2004
5孙文怀．工程地质与岩石力学．北京：中央广播电视大学出版社，2002
一、结构面的成因类型
1.原生结构面original structure mass
原生结构面是在岩石成岩过程中形成的，有以下三类。
（2）沉积结构面sedimentarystructure mass
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magmaticstructure mass
（1）内动力形成的结构面endogenicstructure mass
包括节理、劈理、断层、层间剪切带等，也称构造结构面tectonicstructure mass。这类结构面除已胶结者外，绝大部分都是开裂的。
1）断层及由于层间错动所造成的层间剪切带，规模大，并充填有厚度不等、性质各不相同的充填物，有的已泥化，其工程地质性质很差。
结构面的规模大小相差悬殊。大者可延展数十公里，宽度可达数十米。规模小者延展仅数十厘米或数十米，甚至可以是很微小的不连续裂隙。很明显，结构面规模不同，它们对岩体稳定和渗漏的影响是不一样的。可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五级。
三、结构面的自然特征及其定量描述方法
结构面的特征是影响结构面强度及其他性能的重要因素。国际岩石力学学会实验室和野外试验标准化委员会于1978年提出了《岩体不连续面定量描述的建议方法》，规定从方位、间距、延续性、粗糙度、侧壁强度、张开度、充填物、渗流、节理组数、块体大小十个方面进行研究。现结合我国水利水电建设的实际情况，简述如下。
2）节理、劈理等一般无充填或有厚度较薄的充填，它们主要是影响岩体的完整性及力学性质。
（2）外动力形成的结构面exogenicstructure mass
1）风化裂隙weathering crack一般呈无序状、连续性不强并多为碎屑或泥质充填。风化有时还沿原生的或构造结构面发育，可形成风化夹层、风化槽或风化囊等。
如上所述，啃断锯齿的条件是当法向应力达到一定值时，由于上滑运动所做的功达到并超过了剪断凸起部分岩石所需的功。
剪断凸起体时的法向应力条件为
2．对于不规则锯齿状结构面的抗剪强度
自然界绝大多数粗糙结构面都是不规则起伏的，因此，不能用一个简单的起伏角来描述结构面的粗糙情况。对于不规则起伏的结构面，巴顿(N．R．Barton)于1973年提出了剪账角的概念，并用下式计算结构面的抗剪强度；
(二)粗糙起伏无充填结构面的抗剪强度
结构面的粗糙起伏增加了结构面的抗剪强度。帕顿(F．D．patton，1966)和戈德斯坦曾进行了大量的研究，提出了剪账的概念，并进行了理想化石膏模型试验。
1．对于规则锯齿状结构面的抗剪强度
在法向应力(σ)和剪应力(τ)作用下，锯齿凸起面上受到的法向应力(σ)和剪应力τ为：
（一）按强度或岩体力学属性的分类
1．20世纪50年代
我国曾经按岩石的极限抗压强度把岩石分为四类：特坚硬、坚硬、次坚硬、软岩；
同时，按岩石坚固性系数值大小的普氏分类也被采用；
2．20世纪70年代
中国科学院地质研究所和长春地质学院提出了按岩体属性分类，不同类型的岩体采用不同的计算方法。（表7-7）
(二)按岩体稳定性的综合分类
（三）按岩体质量等级的分类
1．按岩体质量指标分类（RQD）（rock quality designation）
2．岩体质量评分（RMR）——地质力学围岩分类
3．岩体结构评价——RSR分类
4．按岩体质量指标（Q）的分类
5．岩体质量系数Z分类(见书)
6．岩体基本质量ＢQ分类
90年代初，我国总结了国内外岩体分类的经验，从我国103个工程中收集了460组实测数值进行统计分析，最终确定以岩石单轴饱和抗压强度Rb和岩体完整性系数Kv两种参数评价岩体的基本质量BQ（BQ=90 +3Rb+250Kv）
6李智毅，杨裕云主编．工程地质学概论．武汉：中国地质出版社，1994
7张倬元，王士天，王兰生编著．工程地质分析原理．北京：地质出版社，1981
8胡厚田．土木工程地质．北京：高等教育出版社，2001
课后作业与
思考题
课后思考题：第一章课后思考题与练习题1~4、7~10题。
教学后记
讲稿部分
教学过程
时间分配
此公式即为巴顿提出的预测岩体结构面抗剪强度的一般方程式。具体推导见书。具体参数的确定如下：
1）裂隙抗压强度JCS(JointCompressineStrength)
据回弹值，利用米勒的经验公式求得。或用常规单轴抗压试验、点荷载试验换算。
2）基本内摩擦角basicangle of internal friction
③标准剖面：对各种粗糙程度的节理面都使用。
二、有充填结构面的抗剪强度
取决于充填物的成分和厚度。
结构面其强度还受充填厚度与起伏差之间关系的控制，即充填度。
一般随充填度增加结构面的强度逐渐降低，当充填物的厚度大于起伏差后，充填物逐渐起控制作用。朱庄水库试验资料表明，当充填度达到200％以后，结构面的摩擦系数趋于（见表1-12）
为概括岩体的变形破坏机理及评价岩体稳定性的需要，可根据岩体的节理化程度，划分岩体的结构类型。《水利水电工程地质勘察规范》(送审稿1993)将岩体结构划分为4个大类和11个亚类，其基本特征见表。
二、岩体工程分类原则
岩体工程分类，一般经历了从定性到定量、从单一指标到多指标综合分类的过程。
2）卸荷裂隙relief crack(fissure)是由于岩体受到剥蚀或人工开挖，引起垂直方向卸荷和水平应力释放所形成的破裂面。
3）次生充填软弱夹层epigenetic weak interbed，主要是由流水或重力搬运的粘土物质充填在已有裂隙中形成的。
二、结构面的分级
由于结构面是控制岩体工程地质性能的重要结构因素，因此，在工程实践中非常重视对结构面规模及特征的研究。
一、结构面的成因类型；
二、结构面分级
三、结构面的自然特征
第三节结构面的强度
一、无充填结构面的抗剪强度
(一)平直光滑无充填结构面的抗剪强度。
(二)粗糙起伏无充填结构面的抗剪强度
二、有充填结构面的抗剪强度
第四节岩体结构类型及岩体工程分类原则
第五节土结构和构造的工程地质研究
重点与难点
结构面、结构体、岩体结构等基本概念；结构面的自然特征和结构面的强度特征。
授课题目
第一章岩土体结构的工程地质研究
教学目的
与
教学要求
掌握地质体、岩体、工程地质单元、结构面、结构体、岩体结构等基本概念；了解结构面分级；掌握结构面的自然特征和结构面的强度特征；了解岩体结构类型及岩体工程分类原则和土结构和构造的工程地质研究
主
要
内
容
第一节岩土体结构的基本概念
第二节结构面主要类型及其自然特征
1）设产生滑动时，服从库伦强度条件，则可推导出结构面的抗剪强度为
2）试块沿齿向上滑动，使锯齿在剪应力作用下被剪断。这时，结构面的抗剪强度不单取决于剪切面的摩擦阻力，而主要是由锯齿的岩石强度决定，即：
为凸起体岩石的内摩擦角angle of internal friction，为该部分岩石的粘聚力cohesion。
第一章岩土体结构的工程地质研究
第一节概述
1．岩体的概念
通常将工程影响范围内的岩石综合体称为岩体，它是地壳的一部分。一个岩体的规模大小，可视所研究的工程地质问题所涉及的范围和岩体的特点而定。
工程岩体通常有地基岩体、边坡岩体和地下洞室围岩三种类型。
2．岩体与土体