岩石与岩体的工程地质性质
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。
岩石的工程地质性质
(2)岩石的抗拉强度——岩石单向受拉时，能承受的最 大拉应力。 用于岩体稳定性评价
①直接拉伸试验
②劈裂法
t
2Pt
d l
③岩点石荷载的试抗验拉强度远低于其抗压强度
1/10
P64表5-6
(3)岩石的剪切强度——岩石受剪力作用时抵抗剪切破坏 的最大剪应力。岩体稳定性计算必需的参数:C和φ
①抗剪断强度
泊松比μ 工程上，常采用应力—应变曲线上抗压强度50%的应变点
的横向应变与轴向应变之比。
二、单向受力条件下的岩石强度
根据外力的性质
岩石的抗压强度 岩石的抗拉强度 岩石 剪断破坏
为什么岩石破坏的类型只有拉断和剪断 两种，而没有“压坏”的说法？
答： 岩石的破坏实质上是由于岩石内部的某个(些)面
．． ．．
非稳定裂隙扩展至岩石结构破坏阶段：
微裂隙迅速增加和不断扩展，形成局部拉裂或剪裂 面。体积变形由压缩变为膨胀，最终导致岩石结构完全 破坏，但仍具有整体性。
．．
上界应力称为峰值强度（单轴抗压强度）
微裂隙聚结与扩展阶段：
裂隙扩展成分叉状，并相互联合形成宏 观断裂面，应力随应变增加而降低。
． ．
弹性极限（比例极限） 屈服极限 峰值强度（单轴抗压强度） 残余强度
微裂隙及孔隙闭合阶段 A
可恢复弹性变形阶段 B
部分弹性变形至微裂隙 扩展阶段 C 非稳定裂隙扩展至岩石结 构破坏阶段 D 微裂隙聚结与扩展阶段 E
沿破断面滑移阶段 F
微裂隙及孔隙闭合阶段： 裂隙及孔隙逐渐被压密。非线性变形，曲线上凹
工程地质知识点
1、名词：工程地质学：是研究与工程建设有关的地质问题的一门学科。
地质环境：为人类生存与活动进程中地壳表层的地形、地貌、岩土、水、地层构造、矿产资源、地壳稳定性等自然因素的总称。
工程地质条件：是与工程建筑有关的地质条件的总称。
工程地质问题：是指工程地质条件不能满足工程建筑上稳定和安全的要求时，工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾。
2、工程地质条件的六大要素是：地层岩性、地质结构与构造、水文地质条件、地表地质作用、地形地貌、天然建筑材料。
3、就土木工程而言，主要的工程地质问题包括：地基稳定性问题、斜坡稳定性问题、洞室稳定性问题和区域稳定性问题。
4、工程地质学的主要任务是：（1）评价工程地质条件，阐明地上和地下建筑工程兴建和运行的有利和不利因素，选定建筑场地和适宜的建筑形式，保证规划、设计、施工、使用、维修顺利进行。
（2）从地质条件与工程建筑相互作用的角度出发，论证和预测发生工程地质问题的可能性、发生的规模和发展趋势。
（3）提出及建议改善、防治或利用有关工程地质条件的措施，加固岩土体和防治地下水的方案。
（4）研究岩体、土体分类和分区及区域性特点。
（5）研究人类工程活动与地质环境之间的相互作用与影响。
一、地球概况1、概念：地壳运动：主要是由于地球内力作用所引起的地壳的机械运动。
2、地壳六大板块：亚欧板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、印度洋板块、南极洲板块。
3、地壳运动的特征：方向性、普遍性和长期性、运动速度不均一性。
二、矿物与岩石1、概念：矿物:是自然界中的化学元素在一定的物理化学条件下生成的天然物质，具有一定的化学成分和物理性质。
造岩矿物: 组成岩石的主要矿物。
矿物硬度:矿物抵抗外力刻划、压入、研磨的能力。
岩石:是天然生成的，具有一定的结构和构造的矿物集合体。
岩浆岩：由岩浆冷凝、固结所成的岩石，又称火成岩。
沉积岩:是在地表和地表下不太深的地方，由松散堆积物在常温常压的条件下，经过压固、脱水和重结晶作用而形成的岩石。
工程地质学第1章 岩石及其工程地质性质PPT
• 岩石空隙中有水存在时，水一结冰，体积 膨胀，就产生巨大的膨胀力，使岩石的构 造和联结受到破坏，假设岩石经反复循环 冻融，那么会导致其强度降低。岩石抵抗 冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性。
• 一些常见岩石的物理性质的主要指标，见 表1.3。
• 〔1〕岩石的变形特性
应力-应变曲线
• 1.2 岩石的类型及其特征
• 〔1〕岩浆岩的矿物成分 • 〔2〕岩浆岩的构造与构造 • ①岩浆岩的构造 • 按结晶程度，岩浆岩的构造可分为： • a.全晶质构造〔crystalline〕 • b.非晶质构造〔glassy〕 • c.半晶质构造〔subcrystalline〕
• 按矿物颗粒大小，岩浆岩的构造可分为： • a．等粒构造〔equigranular〕
• 〔1〕变质岩的矿物成分 • 〔2〕变质岩的构造与构造 • ①变质岩的构造 • a.变晶构造〔crystalloblastic〕 • b.变余构造〔palimpsest〕 • ②变质岩的构造 • a.板状构造〔platy〕 • b.千枚状构造〔phyllitic〕 • c.片状构造〔schistose〕 • d.片麻状构造〔gneissic〕
• 可将岩石变形过程划分为4个阶段： • ①微裂隙压密阶段（图中的Oa段）
• ab段〕
• bc段〕
• c点以后〕
• 〔2〕岩石的强度
• 岩石抵抗外力破坏的能力，称为岩石的强 度〔strength〕。岩石的强度单位用Pa表示。 岩石的强度和应变形式有很大关系。岩石 受力作用破坏，有压碎、拉断和剪断等形 式，所以其强度可分为抗压强度、抗拉强 度和抗剪强度等。
• ①珍珠光泽 • ②丝绢光泽
• ③油脂光泽 • ④蜡状光泽 • ⑤土状光泽 • 〔4〕矿物的解理与断口 • 矿物受力后沿一定方向规那么裂开的性质称
1.5岩石的工程地质性质
在风干状态下极限抗压强度的比。用小数表示。其值越小， 表明岩石在水作用下的强度和稳定性越差。
岩石的软化性决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。 岩浆岩和变质岩的软化系数大都接近于1.0；粘土矿物含量 高、孔隙度大、吸水率高的岩石，软化系数越小，如泥灰 岩和页岩。
降低岩石的强度。在工程中应当重视岩石中这些低强度 矿物含量的增长对岩石强度的降低作用。
但也不能简单地认为，含有高强度矿物的岩石，其强度一定就 高。因为岩石受力作用后，内部应力是通过矿物颗粒的直接接 触来传递的，如果强度较高的矿物在岩石中互不接触，则应力 的传递必然会受中间低强度矿物的影响，岩石不一定就能显示 出高的强度。
180~300
岩石名称 辉绿岩
抗压强度 （MPa）
200~350
岩石名称 页岩
抗压强度 （MPa）
10~100
100~250
玄武岩
150~300
砂岩
20~200
180~300
石英岩
150~350
砾岩
10~150
100~250 100~250 80~250
大理岩 片麻岩 灰岩
100~250 50~200 20~200
岩体 = 结构面 + 结构体
岩块的强度高，岩体的强度不一定高。
结构面的发育程度、性质、充填情况以 及连通程度等，对岩体的工程性质有很 大的影响。
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1. 结构面
结构面：存在于岩体中的各种地质界面。
（1）结构面类型： 原生结构面：成岩时形成
沉积结构面：层面、层理、夹层等 火成结构面：原生节理、流纹面、接触面等等 变质结构面：片麻理、片理等等
工程地质-岩石及岩体的工程地质性质幻灯片课件
• 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。
岩体工程地质性质
散介质的岩体结构，一般是工程清
挖的对象。
三、岩体的工程地质质量分类
作为工程建筑的地基、围岩或是材料的岩体，因为
其岩石质量不同，岩体结构类型不同，岩体结构面类型也
有差异，再加上水的参与，风化作用的影响等等，使岩体
质量的评定因素十分复杂。但为了满足工程建设的实际需
要必须对岩体的工程地质质量进行分类。
1．岩石质量指标（R、Q、D—Rock, quality designation）分类
一、岩体结构面类型
指切割岩石的所有地质界面，如岩层面、断层面、节理面等。 依据结构面成因将其分为三种类型。 1．原生结构面：与岩石同时形成，如层面、片理，收缩裂隙。
2．次生结构面：岩石形成后叠加形成的，节理面，断层面等。
3．软弱结构面：是一类特殊的结构面，特指岩体中具有一定
厚度的结构面。它可以是原生的，也可以是次生的，工程地质 勘察中应予以特别重视。如砂岩中的泥岩夹层，花岗岩中的裂 隙风化带等。
弹塑性变形 --褶皱
弹脆性变形 --断层
（1）微裂隙压密阶段：岩石中微裂隙 在荷重下压密，此阶段δ 变化小而ε 变 化大 （2）弹性变形阶段：裂隙进一步密合， 不产生新裂隙，δ 、ε 近乎同步增加（曲 线外切线近45°），最高点称弹性极限抗
δ
屈服点
ε
压强度，亦称屈服点。
（3）裂隙发展和破坏阶段：新裂隙产生并发展，δ 增加不 多，而ε 快速增加，直至最高点，岩石发生整体破坏，此点的 δ 值称单轴极限抗压强度。 （4）峰值后阶段：岩石大变形，δ 下降至稳定。
（1）整体结构：即完整岩体，强度高、力学性质稳定。 （2）块状结构：整体强度高、
块度均匀，与完整岩体相近。 （3）镶嵌结构：块度具有显著两分性，但整体强度仍较高。
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
4岩体的工程地质性质
天然密度 干密度ρd 含水量w（％） 重度γ（kN/m3） ：单位体积岩石受到的重力，与密度ρ的关 系为
4.2.1岩石的主要物理性质
2)
相对密度（比重）Gs 干试样质量m（g）与4℃时同体积纯水质量（岩石固体体积与 水的密度之积）的比值
4.2.1岩石的主要水理性质
3)
孔隙度（孔隙率）n 试样中孔隙（包括微裂隙）的体积Vv（cm3）与试样总体积V （cm3）的百分比 V n v V 孔隙比e
岩体完整程度与岩体结构类型的定性划分(《工程岩体分级标准》）
岩体完 结构面发育程度 主要结构面的结合 主要结构面类 岩体结构类型 型 整程度 组数 平均间距/m 程度 完整 1～2 >1.0 结合好或结合一般 节理、裂隙、 整体状或巨厚 层面 层状结构 较完整 1～2 >1.0 结合差 节理、裂隙、 块状或厚层状 层面 结构 结合好或结合一般 块状结构 2～3 1.0～0.4 节理、裂隙、裂隙块状或中 较破碎 2～3 1.0～0.4 结合差 层面、小断层 厚层状结构 结合好 镶嵌碎裂结构 ≥3 0.4～0.2 结合一般 中、薄层状结 构 破碎 ≥3 结合差 各种类型结构 裂隙块状结构 0.4～0.2 结合一般或结合差 面 碎裂状结构 ≤0.2 极破碎 无序 结合很差 散体结构
外动力成因型结构面（表生结构面）：如卸荷裂隙（长江链子
崖危岩体）、泥化夹层及表生夹泥。
结构面的特征
1978年ISRM实验室和野外试验标准委员会制定的《岩体不连 续面定量描述的建议方法》
方位：结构面的产状（走向、倾向、倾角）
间距：反映岩体完整程度和块体大小 延续性：反映结构面的连通率 粗糙度：反映结构面的起伏状况 结构面侧壁强度：反映结构面受风化影响的程度 张开度：又称隙宽，即裂隙的宽度 充填物：不同物质充填对力学特性有显著影响 渗流：反映地下水的活动状况 节理组数：反映岩体被切割的状况 块体大小：可用块度和体积节理数反映
岩石、岩体与土体的性质
岩石、岩体与土体的性质岩体和土体是同工程建设密切相关的物质，在工程建设过程中，需要查明建设场地岩土的工程技术性质，合理地利用场地岩土作为工程建（构）筑物的地基、围岩或构成材料，有时还需要有效地改善场地岩土的工程技术性质，使之适应工程建设的要求。
2.1 岩石的工程性质岩石是由矿物按一定的结构形态组成，具有一定构造形式，质地比较坚硬的地质集合体。
岩石的工程技术性质是指与工程建设有关的岩石的物理性质、水理性质和力学性质。
岩石的物理性质、水理性质和力学性质是由岩石的成分结构和构造所决定的。
2.1.1 岩石的种类岩石按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
岩石按软硬程度（强度）可分为硬质岩石（极硬岩、硬质岩）、软质岩石（软质岩、极软岩）两大类。
每种岩石的组织结构都可经历不同的风化程度。
1）硬质岩石微风化：组织结构基本未变，仅节理面有铁锰质渲染或矿物略有变色。
有少量风化裂隙，岩体完整性好。
中等风化：组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，仅沿节理面出现次生矿物。
风化裂隙发育，岩体完整性差。
岩体被切割成20～50 cm的岩块。
锤击声脆，且不易击碎，不能用镐挖掘，岩芯钻探方可钻进。
强风化：组织结构已大部分破坏，矿物成分已显著变化。
长石、云母已风化成次生矿物。
裂隙很发育，岩体破碎，完整性极差。
岩体被切割成2～20 cm的岩块，可用手折断。
用镐可挖掘，干钻不易钻进。
全风化：组织结构已大部分破坏，但尚可辨认，并且有微弱的残余结构强度，可用镐挖，干钻也可钻进。
残积土：组织结构全部破坏。
矿物成分除石英外，大部分已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具有可塑性。
2）软质岩石微风化：组织结构基本未变，仅节理面有铁锰质渲染或矿物略有变色。
有少量风化裂隙，岩体完整性好。
中等风化：组织结构部分破坏，矿物成分发生变化，节理面附近的矿物已风化成土状。
风化裂隙发育，岩体完整性差，岩体被切割成20～50 cm的岩块，锤击易碎，用镐难挖掘，岩芯钻探方可钻进。
岩石及岩体的工程地质性质
岩石的孔隙率的大小，主要决定于 岩石的 结构构造，同时也受风化作用、岩浆作用、构 造运动和变质作用的影响。
（3）吸水性 岩石的吸水性，反映岩石在一定条件下的吸
2.岩石的主要力学性质
岩石的力学性质是指岩石抵抗外力作用的 性能。岩石在外力作用下，首先发生变形，当 外力增加到某一数值时，岩石便开始破坏。所 以在研究岩石的力学性质时，既要考虑岩石的 变形特性，也要考虑岩石的强度特性。 （1）岩石的变形
岩石典型的应力～应变曲线岩石在外力作 用下产生变形，且其变形性质分为 弹性和塑性 两种。 根据曲率的变化，可将岩石变形过程划 分为四个阶段：
岩石和岩体过去统称岩石。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，岩体则是岩石的地质综合体。 岩石的工程地质性质，是岩体的基础，岩体工程 地质性质，严格受其结构面的控制。
§4.1 岩石工程地质性质
就大多数的工程地质问题来看，岩石的工程 地质性质主要决定于岩体内部裂隙系统的性质及 其分布情况，但岩石本身的性质也起着重要的作 用。岩石的工程地质性质包括 物理性质和力学性 质二个主要方面。
形由压缩转变为膨胀。应力增加，裂隙进一步扩展，岩石局部破损，且破
损范围逐渐扩大形成员通的破裂面，导致岩石“破坏”。c点对应的应力
达到最大值，称为峰值强度或单轴极限抗压强度。
(4)峰值后阶段（图中c点之后） 岩石被环后，经过较大的变形，应力下
降到一定程度开始保持常数，d点对应的应力称为残余强度。
E
由于大多数岩石的变形具有不同程度的弹 性性质，且工程实践中建筑物所能作用于岩石 的压应力远远 低于单轴极限抗压强度。因此， 可在一定程度上将岩石看作 准弹性体，用弹性 参数表征其变形特征。
工程地质学_第6章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
2、结构体特征及性质
(1)特征 可用其规模、形态及其产状进行描述 a.按不同级别结构面对岩岩体的切割，可将结构体划分为 4级。 Ⅰ级结构体——地质体或称断块体 Ⅱ级结构体——岩块 Ⅲ级结构体——块体 Ⅳ级结构体——山体
b.基本形状有柱状、块状、板状、楔形、锥形、菱形等。一般 来说其稳定程度，板状结构体比柱状、块状的差。而楔状的比 菱形及锥状的差. c.产状一般用结构体表面上最大结构面的长轴方向表示，平卧 的板状结构体比竖直的板状结构体对岩体稳定性的影响要大— 些.
变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路 堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对 工程及地下洞体稳定也有影响
对岩体稳定影响很大．在上述许 多岩体破坏过程中．大都有构造结 构面的配合作用．此外常造成边坡 及地下工程的塌方、冒顶
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 清基处理
侧壁的起伏程度
结构面粗糙
结构面的粗糙度可用粗糙度系数(JRC)表示: 它可以
增加结构面的摩擦角．进而提高了岩体的强度。据结构面 的粗糙程度可将粗糙度系数（JRC）分为10级。在实际工作 中，可用剖面仪测出所研究结构面的粗糙剖面、然后与标 准剖面进行比较，即可求得结构面的粗糙度系数(JRC).
e. 结构面的张开度
层状结构 （Ⅱ1）
与围岩接触面可具 接触面延伸较 熔合及破坏两种不 远，比较稳定而 同的特征。原生节 原生节理往往短 理一般为张裂面， 小密集 较粗糙不平 结构面光滑平 片理短小，分布 直．片理在岩层深 变质 1.片理 产状与岩层或 极密．片岩软弱 部往往闭合成隐蔽 构造方向一致 夹层延展较远， 结构面，片岩、软 结构面 2.片岩软 弱夹层 具固定层次 弱夹层、岩片状矿 物．呈鳞片状 张性断裂不平整， 1.节理（X型节理， 张性断裂较短小, 常具次生充填．呈 张节理） 产状与构造线 剪切断裂延展较 锯齿状，剪切断裂 2.断层（正断层，逆 呈一定关系， 远，压性断裂规 较平直．具羽状裂 构造结构面 断层，走滑断层） 层间带动与岩 模巨大．但有时 晾，压性断层具多 3.层间错动带 层一致 为横断层切割成 种构造岩，成带状 4.羽状裂隙劈理 不连续状 分布，往往含断层 泥、糜棱岩 1.卸荷裂隙 2.风化裂隙 次生结构面 3.风化夹层 4.泥化夹层 5.次生夹泥 分布上往往呈不 连续状，透镜 受地形及原结 一般为泥质物充 体，延展性差， 构面控制 填，水理性质很差 且主要在地表风 化带内发育
矿山岩石和岩体的基本性质
软弱岩体
完整性差、岩石强度低， 工程地质条件较差。
不均质岩体
岩石强度和完整性在空间 上变化较大，工程地质条 件复杂。
04
矿山岩石和岩体的环境影响
岩石和岩体的化学稳定性
总结词
岩石和岩体的化学稳定性是指它们抵抗化学侵蚀的能力，主要取决于其矿物成分 和化学成分。
详细描述
不同的岩石和岩体具有不同的化学稳定性。例如，某些岩石和岩体可能容易受到 酸雨、地下水或工业废水的侵蚀，而另一些岩石和岩体可能具有更好的耐腐蚀性 。了解岩石和岩体的化学稳定性对于评估其对环境的长期影响至关重要。
导热性
岩石传递热量的能力。
影响因素
矿物成分、颗粒大小和排列方式、胶结物和裂隙等 。
02
矿山岩石的力学性质
抗压强度
总结词
抗压强度是指岩石在单向压力作用下抵抗破坏的能力，是衡量岩 石力学性质的重要指标之一。
详细描述
岩石的抗压强度取决于其矿物成分、结构、缺陷和温度等因素。 一般来说，岩石的抗压强度较高，但不同岩石之间的抗压强度存 在较大差异。
03
岩体的工程地质性质
岩体的结构特征
结构面
岩体中存在的各种破裂面、节 理、层理和断层等，对岩体的 完整性、连续性和强度有重要 影响。
结构体
由结构面围限的岩块，是构成 岩体的基本单元。结构体的形 状、大小和相互排列关系决定 了岩体的整体特征。
软弱夹层
岩体中抗剪强度低、变形性能 大的夹层或软弱带，对岩体的 稳定性有较大影响。
05
矿山岩石和岩体的工程应用
岩石和岩体在采矿工程中的应用
采矿工程中，岩石和岩体是主要的开采对象，其基本性质如硬度 、抗压强度、抗剪强度等对采矿工艺和安全有着重要影响。
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
矿山岩石和岩体的基本性质
第一章
矿山岩石和岩体的基本性质
岩石：是由一种或多种矿物组成的。每种矿物都有一定的内部 结构和固定的化学成份，因而各具有一定的物理性质和形态。 岩块：从地壳岩层中切取出来 的小块体，通常是指岩石材料。 岩体：指岩石工程周围较大范 围内的自然地质体 。
岩体＝岩块（岩石材料）＋ 弱面（层理、节理、断层）
2、岩石的电磁特性
第二节
岩体工程分类
为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供
必要的基本依据。
便于施工方法的总结、交流、推广。
便于行业内技术改革和管理。
分类指标：
岩石强度：单轴抗压强度为岩体稳定性评价的重要指标。
结构面：结构面的研究应包括组数、密度、产状、延展性、
结构面内物质成分等。 水对岩体的影响：水对岩体稳定性有着重要的影响。岩体 遇水后可以发生泥化、崩解、碎裂，致使岩体膨胀并大大 降低强度。
原岩应力状态：对岩体稳定性影响最大的是最大主应力。
在缺乏地应力资料时，可选用γH值。
1.普氏系数分类法
普罗托奇亚可夫于1926年提出： f
c
10
共划分为10级15种
我国煤炭系统按岩石坚固性将煤岩分类为：
软煤： f ＝1～1.5 硬煤： f ＝2～3 软岩： f ＝2～3 中硬岩： f ＝4～6
﹤25
很差
25～50
差
50～75
一般
75～90
好
90～ 100 优秀
3. 围岩松动圈分类法
掘巷后：（1）巷道周边应力集中；（2）围岩强度降低(三
向应力状态→两向应力状态）（3）开挖扰动等。
围岩应力与围岩强度的关系发生变化（超过则破坏，等于 为极限平衡，小于则稳定）；
3岩石的工程地质性质_204807711
化学岩的工程地质性质 石灰岩 力学强度大多较高，抗水性弱(具溶解性)，地 下水的溶蚀形成喀斯特(Karst)空洞。是地下水的集中渗 流通道，地基中的不稳定区。 白云岩 力学强度较高，具有微弱的溶蚀性。 硅质岩 强度高，抗水性好，抗风化能力强。 沉积岩中分布最广的是石灰岩，其次是泥质岩（页岩和 粘土岩）和砂岩。
石林（石灰岩溶蚀地貌）
图片来自 /
石灰岩溶蚀地貌(Malham Cove, UK)
图片来自 /
石灰岩溶洞
石 灰 岩 溶 蚀 地 貌 ---
3. 岩石的抗风化能力 抗化学风化的能力，主要取决于其成分。 造岩矿物在地表风化条件下的化学稳定性 相对稳定性 很稳定的 较稳定的 1 较稳定的 2 较稳定的 3 不太稳定的 很不稳定的 造岩矿物 石英 白云母、正长石、酸性斜长石 白云石 (弱溶解性) 粘土矿物 (不易分解，但易软化) 方解石（易被溶蚀） 角闪石、辉石、黑云母、橄榄石、基性斜长 石 (易被分解)
5.岩石的风化带
风化作用使地表附近的岩石发生化学破坏和机械破碎，矿 物成份和完整性发生不同程度的改变，形成与原岩性质不 同的风化产物。 在垂直剖面上，从地表向下，岩石风化程度由深变浅，过 渡到新鲜岩石。
《岩土工程勘查规范》GB50021-2001划分出4种风化程 度的岩石：全风化、强风化、中等风化和微风化。
沉积岩的两种主要成分：石英和粘土矿物。 石英的化学稳定性最强； 粘土矿物在化学风化的条件下稳定性也较好，但是容易 受地下水的作用而软化，易发生物理风化。 沉积岩的组成成分，为地表风化产物，大部分具有较好 的抗化学风化能力。 岩浆岩，大部分为不稳定的硅酸盐矿物。在化学风化条 件下，易于被分解破坏。
4. 三大岩类的工程地质性质 (1) 岩浆岩的工程地质性质 绝大部分岩浆岩，力学强度高，透水性弱，抗水性强 （不软化，不溶解）。但同沉积岩相比抗风化能力较弱。 不同产状的岩浆岩略有差异： 深成岩浆岩： 矿物颗粒间结晶联结，力学强度高； 孔隙率小，透水性弱、抗水性强；岩体大、整体稳定性 好；良好的建筑地基和天然建筑石材。总体抗化学风化 能力较差。
工程地质条件
工程地质条件：包括地形地貌条件，岩土类型及工程地质性质、地址条件、水文地质条件、不良物理地质现象及天然建筑材料等六个条件。
工程地质问题：指已有的工程地质条件在工程建筑和运行期间会产生一些新的变化和发展，构成威胁影响工程建筑安全的地址问题。
岩石：岩石是矿物的天然集合体。
多数岩石由一种或几种造岩矿物按一定方式结合而成,部分为火山玻璃或生物遗骸。
矿物：矿物是在地壳中天然形成的，具有一定化学成分和物理性质的天然自然元素或化合物，通常是无机作用形成的均匀固体。
岩浆岩:由岩浆冷凝固结而形成的岩石。
沉积岩：沉积岩是在地壳表层常温常压条件下，由先期岩石的分化产物，有机物质和其他物质，经搬运、沉积和成岩一系列地质作用而形成的岩石。
变质岩：在变质作用下形成的岩石称为变质岩。
地层：将各个地质历史时期形成的岩石称为该时期的地层.褶曲：褶皱构造中任何一个单独的弯曲称为褶曲。
构造：包括褶皱，节理和断层等最基本的地质元素,它们是岩石圈中构造运动的产物节理:岩层受力断开后，岩面两侧岩层岩断裂面没有明显相对位移时的断裂构造。
断层:岩层受力断开后，断裂面两侧岩层沿断裂面有相对位移时的断裂构造。
河流阶地：河谷内河流侵蚀或沉积作用形成的阶梯状地形阶地或台地。
隔水层：虽有孔隙且能吸水，但导水速率不足以对井或泉提供明显的水量的岩土层。
含水层：存储地下水并能够提供可开采水量的透水岩土层。
河流地质作用：侵蚀性、搬运和沉积作用；河谷横断面及河流阶地；河流地质作用于工程建筑的关系.弹性模量：应力与弹性应变的比值.变形模量：应力于总应变的比值。
抗压强度:指岩石在单向压力的作用下，抵抗压碎破坏的能力.抗拉强度：岩石单向拉伸时抵抗拉断破坏的能力.抗剪强度:指岩石抵抗剪切破坏的能力。
风化作用：地壳表层的岩石在阳光、风、电、大气降水、气温变化等外应力作用下及生物活动等因素的影响下，会引起岩石矿物成分和化学成分以及结构构造的变化，使岩石逐渐发生破坏的过程成为风化作用。
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。
地质学基础第七章岩体
19/49
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
20/49
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
36/49
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
37/49
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
32/49
表 7—12
图 7—18 吴尔夫投影网
图 7—19
33/49
(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
8/49
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。
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工程地质学
昆明理工大学土木工程系
Photo © 2002 Xu Zemin
Photo © 2012 Xu Zemin Photo © 2012 Xu Zemin
膨胀性泥岩
Photo © 2000 Xu Zemin
泥岩崩解Photo © 2000 Xu Zemin
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Photo © 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
2006/4/7
Photo © Xu Zemin
Photo © 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
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常规三轴试验机
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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
r0r
1
弹性模量=应力/应变h0
h1
横向应变=（r
1-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
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Photo © Xu Zemin
2005/8/8-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
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次生结构面
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构造结构面
原生结构面
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2006/11/4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
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2006/11/4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
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原生结构面
2006/11/4云南麻栗坡县南温河乡
构造结构面
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怒江东坡寒武系板岩岩体结构
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怒江东坡寒武系板岩岩体结构
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怒江东坡寒武系板岩岩体结构
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中元古界石灰岩边坡
中的卸荷裂隙-
2007/07/07-易门县
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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。
云南省大风垭口隧道下行线K256+262涌水。