工程地质6第六章

第六章


岩体结构和稳定性分析
第一节 岩体的结构特性 第二节 岩体稳定性分析
第三节 岩质边坡稳定性分析（自学）

第一节 岩体的结构特性
为什么要研究岩体结构? 大量实践证明; 岩体的稳定性主要取决于岩体的结构特征； 岩体的变形和破坏既有岩石材料的变形与破坏、也有岩体结构 的变形与破坏，而主要是岩体结构的变形与破坏，因此岩体结 构是分析岩体稳定性的基础，可以提供岩体稳定性分析的边界 条件和破坏机理。 a. 结构面是岩体中力学强度相对较薄弱的部位，导致岩体的 不连续性、不均一性和各面异性。 b. 岩体结构特征对岩体的变形、破坏方式和强度特征起重要 的控制作用。 c. 在地表的岩体，其结构特征在很大程度上决定了外营力对 岩体的改造过程。
6.结构面的发育程度
发育程度等级 裂隙不发育 基本特征 裂隙1~2组，规则，构造型，间距在1 米以上，多为密闭裂隙。岩体被切割 成巨块状 附注 对基础工程无影响，在不含 水且无其他不良因素时，对 岩体稳定性影响不大
裂隙较发育
裂隙2~3组，呈X型，较规则，以构造 对基础工程影响不大，对其 型为主，多数间距大于0.4米，多为密 他工程可能产生相当影响 闭裂隙，部分为微张裂隙，少有填充 物。岩体被切割成大块状 裂隙3组以上，不规则，以构造型或 对工程建筑物可能产生很大 风化型为主，多数间距小于0.4米，大 影响 部分为张开裂隙，部分有填充物。岩 体被切割成小块状 裂隙3组以上，杂乱，以风化型和构 对工程建筑物产生严重影响 造型为主，多数间距小于0.2米，以张 开裂隙为主，一般均有填充物。岩体 被切割成碎石状
一. 岩体
1. 定义：是指工程作用范围内经受过变形、 遭受过破坏、具有一定岩石成分、特定结构类 型并赋存于一定环境条件的复合地质体。 可见 岩体不同于岩石：

1). 岩体经历了原始建造、构造改造及次生改造， 因此岩体内含有各种各样的节理裂隙系统；

2) .岩体是不连续的、非均值、各向异性的结构体；
主要用来表示线、面的方位，及其相互之间的角
距关系和运动轨迹，把物体三维空间的几何要素
（面、线）投影到平面上来进行研究。
特点：方法简便、直观、是一种形象、综合
的定量图解。在构造地质、工程地质、结晶学和 航海上被广泛地应用。
2).投影要素
(1)、投影球
(2)、赤平面: 过投影球球心
的水平面
散体结构岩体：节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，岩石手捏即碎，
属于碎石土类，可按碎石土类研究。
块状结构岩体
层状结构岩体
层状碎裂结构
（碎裂结构）
散体结构
第二节 岩体稳定性分析
大量的工程实践证明:
路堑边坡的稳定问题
公路工程中岩 体工程地质问题
路桥地基稳定问题 隧道围岩的稳定问题
一. 岩体稳定性：是指在一定的时间内、一定的
玄武岩的 原生柱状 裂隙
结构面的成因类型（2）
2. 结构面的规模
一级结构面：区域性的断裂破碎带，延展数十公里以上。它直
接关系到工程所在区域的稳定性，一般在规划选点时尽量避开如大 型断裂带、大型不整合面等，。
二级结构面：延展性较强，贯穿整个工程地区或在一定工程范围 结 构 面 的 规 模
内切断整个岩体的结构面。它的组合与分布，控制了山体及工程岩体 的破坏方式及滑动边界。如一般断层 、大型层间错动等。
裂隙发育
裂隙很发育
7.结构面的张开度和填充胶结特征
结构面的张开程度：是指结构面两壁之间的垂直距离，
它影响结构面的强度、变形、渗透。一般分为下列四级：
δ ﹤1mm闭合的; δ =3-5mm 张开的;
δ =1-3mm微张的 ; δ ﹥5mm宽张的;
张性断裂面，为次生充填和地下水活动提供条件，显著降 低其抗剪强度；产生静、动水压力，影响岩体稳定性；
五. 岩体结构的类型
不同结构类型岩体的工程地质性质
整体块状结构岩体：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，故这类岩体具有 良好的工程地质性质，是较理想的各类工程建筑地基、边坡岩体及洞室围岩。
的力学性质。岩块的破坏由于微裂隙的存在具有随机性。
结构面规模等级划分： 按其对岩体力学行为所起控制作用，可划分为 三个等级，即贯通性宏观软弱面（ A 类）；显现结 构面（B类）；和隐微结构面（C类）。

类型
主要特征
力学性质
代表性结构面
层面，软弱夹 层，断层面或 断层破碎带
A.贯通 连续性好，延伸方向确定，破坏岩体的连续性， 性宏观 通常具一定厚度与方向 构成岩体力学性质作 结构面 用边界，控制岩体变 形破坏方向，稳定性 计算的边界 B.显现 硬性结构面，随机断续分 破坏岩体的完整性， 结构面 布，延伸长度米级-数十 使岩体力学性质具各 米，具有统计优势方位 向异性特征，影响岩 体变形破坏方式 C.隐微 短小闭合，长度从毫米级 影响岩块的强度和变 结构面 至厘米级，随机分布可有 形破坏特征 统计优势方位
粗糙的
粗糙度 平滑的 镜面的
4.结构面的延展性
结构面的延展性也称连续性，是决定岩体稳定性的决定性
因素 ，对岩体的变形、变形破坏机理、强度、渗透性都有很 大影响。一般用连续性系数表示：即沿结构面延伸方向上结 构面各段长度之和与测线长度的比值。
5.结构面的组合关系
结构面的组合关系控制着可能滑移岩体的几何边界条件、 形态、规模、滑动方向、滑移破坏类型等。因此需分析结构 面之间及其与临空面之间的组合关系。
各类原生和构 造裂隙，表生 破裂结构面 岩石的隐微裂 隙
3.结构面形态
结构面的形态(平整性、光滑性)直接影响岩体的力学性 能和水力性质。结构面的起伏程度用起伏角表示；粗糙程 度用粗糙度表示。 平直型：包括大多数层面、片理和剪切破裂面。 结 构 面 的 形 态 特 征 起伏度 波状起伏型：如波痕层面、轻度揉曲的片理 锯齿状型：张扭性结构面 不规则型
界条件是否具备，对岩体的稳定性做出判断。
2.岩体稳定分析步骤:
1.
首先对岩体中发育的结构面的类型、产状及 特征进行调查、统计、研究； 其次对各种结构面及其空间组合关系以及结 构体的立体形式进行图解分析；
2.
3.
最后，对岩体的稳定性做出评价。
3. 极射赤平投影
1). 极射赤平投影
----简称赤平投影，
三. 结构面的特征
结构面的特征包括:
第一类为结构面的几何特征------组数、间距、密
度、产状、延伸程度等-----结构面的发育程度。
第二类为结构面的性状特征-----张开度、粗糙度、
起伏情况、充填情况、充填物赋水情况等-----结构面
的结合程度。
具体来讲主要包括下面七个方面的特征:
1.结构面的成因类型（1）
工程地质之所以要将岩体的结构特征作为重要研究对象，意义 如下： ⑴岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它导 致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。只有掌握 岩体的结构特征，才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分 布和应力状况。 ⑵岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方 式和强度特征起着重要的控制作用。岩体中的软弱结构面，常 常成为决定岩体稳定性的控制面，各结构面分别为确定坝肩岩 体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。 ⑶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。 总之，对岩体的结构特征的研究，是分析评价区域稳定 性和岩体稳定性的重要依据。


二. 岩体结构
1.结构单元：
1). 结构面：指存在于岩体中的各种不同成因、不同特
征的具有一定方向、延展较大而厚度较小的二维面状地质 界面，它包括物质分异面和不连续面，如：断层、节理、 层理、片理面、软弱夹层及不整合面等；
2). 结构体：由结构面切割后形成的岩石块体；
结构面 岩体结构单元 结构体 坚硬结构面(干净的) 软弱结构面(夹泥的，夹层) 块状结构体(短轴的) 板状结构体(长厚比大于15)
结构面经充填胶结后，力学性质有所改善，，改善程度因充 填物不同而不同。以铁硅质胶结的强度高，一般不予研究；以 泥质和钙质胶结的强度低、抗水性差。充填物以砂质、砾质的
好、泥质和易溶盐类的差；按充填物厚度和连续性，结构面的
充填可分为：薄膜充填、断续充填、连续充填、厚层充填四种。
软 弱 夹 层
四. 结构体


3). 岩体内存在着初始应力场；
4) .岩体处于地下环境、受地下水等因素的影响。
2.岩体的主要特征

岩体是地质体的一部分，因此，岩石、地质构造、温度、
地下水及岩体中的天然应力状态对岩体的稳定有很大影响。
要研究岩体，不仅要研究现状还要研究其历史。

岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它将导 致岩体力学性能不连续性、不均一性和各向异性。软弱的结 构面常常形成岩体稳定性的控制面。 岩体在工程荷载的作用下产生变形和破坏，主要受各种结 构面的性质及其组合形式的控制，即受岩体结构控制。岩体 结构特征不同，岩体的变形与破坏机制也不同。 岩体中存在天然的应力场，在多数情况下，岩体中不仅存 在自重应力还有构造应力，这些应力的存在，使得岩体的工 程地质性质复杂化。
三级结构面：包括走向与倾向方向，延伸有限。这些结构面控
制岩体的破坏和滑移机理，常常是工程稳定的控制性因素及边界条 件。如小断层、开数米至数十米的范围内的节
理、片理等，它们仅在小范围内将岩体切割成块状。
五级结构面：延展性极差的一些微小裂隙。它主要影响岩块
层状结构岩体：结构面以层面与不密集的节理为主，结构面多闭合~