北科大岩石力学课件-李长洪3.1岩体力学性质(yantijiegou).ppt
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12
3.1.4 结构面状态
1）结构面贯通类型和连续性 ）结构面贯通类型和 贯通类型 a. 贯通类型 ①非贯通性结构面：较短、不能贯通,岩块强度降低、变形增大. ②半贯通性结构面：有一定长度、不能贯通,岩块强度降低、变 形增大． ③贯通性结构面：长度较长、连续好、贯通整个岩体、构成岩体 边界，它对岩体有较大的影响，破坏常受这种结构面控制．
完整性破坏较 大，整体强度 很低．并受断 裂等软弱结构 面控制，多呈 弹塑性介．稳 定性很差
易引起规模较 大的岩体失稳、 地下水加剧岩 体失稳
30
3.1.5 岩体结构类型－5 岩体结构类型－
岩 体 构 类 型 主要 结构 结构面发育情况 体形 状
岩体地质 类型
岩土工程特征
可能发生的岩 上工程问题
散 体 状 结 构
岩体地质 类型
岩土工程特征
可能发生的岩 上工程问题
层 状 结 构
多韵律的 薄层及 中厚层状 沉积岩、 副变质岩
层状 有层理、片理、 板状 节理带有层间错 透镜 动面 体
接近均一的各 向异性体．其 变形及强度特 征受层面及岩 层组合控．可 视为弹塑性 体．稳定性较 差
不稳定结构体 可能产生滑 塌．特别是岩 层的弯张破坏 及软弱岩层的 塑性变形
只具有少量贯穿 性较好的节理裂 隙．裂隙结构面 块状 问距0.7～ 柱状 1.5m。一般为2～ 3组．有少量分离 体
整体强度较 高．结构面互 相牵制．岩基 本稳定，接近 弹性各向同性 体
不稳定结构体 的局部滑动或 坍塌．深埋洞 室的岩爆
28
3.1.5 岩体结构类型－3 岩体结构类型－
岩 体 构 类 型 主要 结构 结构面发育情况 体形 状
16
③迹长：在岩体中沿结构面延展迹线的长度。
描 述
迹长(m) <1 1～3 3～l0 10～20 >20
17
国际岩石力学学会 (ISRM，1978)建议： 用结构面的迹长来描述 和评价结构面的连续性， 并制订了相应的分级标 准
很低连续性 低的连续性 中等连续性 高连续性 很高连续性
2）结构面密集程度 ）结构面密集程度 结构面的密集程度反映结构面发育的密集程度。 ①裂隙度K ：沿取样线方向单位长度上的结构面数量。 设取样线长度为L,单位m,该长度内出现的结构面数量n， 沿取样线方向结构面平均间距为d′，则
4
3.1.2 结构面（Structural plane)类型－1 成因类型 沉积 结构面 原 生 结 构 面 地质类型 层面、层理、沉积间断面（不整 合面、假整合面）、原生软弱夹 层 流层、流线、火山岩流接触面， 蚀变带、挤压破碎带、原生节理
火成 结构面 变质 结构面
片理、板理、软弱夹层
5
3.1.2 结构面（Structural plane)类型－2 成因类型 地质类型 劈理 构 造 结 构 面 节理 断层 层间破碎夹层
6
3.1.2 结构面（Structural plane)类型－3 成因类型 地质类型 卸 荷 裂 隙 次 生 结 构 面 爆 破 裂 隙 风 化 裂 隙 风 化 夹 层 泥 化 夹 层
7
3.1.3 结构面分级及其特性－1 结构面分级及其特性－ 级 分级依据 序 延伸数十公 里 I 级 深度可切穿 一个构造层 破碎带宽度 在数米、数 十米以上 力学属 地质类型 性 属于软 弱结构 区域性深 面， 大断裂 构成独 或大断裂 立的力 学介质 单元 对岩体稳定性影 响 影响区域稳定性 是岩体变形或破 坏的控制条件， 形成岩体力学作 用边界。
13
b. 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K1 ：沿结构面延伸方向上，结构面各段长度 之和与测线长度比值．
K1=∑a/(∑a+ ∑b)
K1变化在0～1之间变化, 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。
14
②面连续性系数（面切割度）Xe：在岩体中沿结构面延展平 面上，结构面各块面积之和∑a与该断面面积A之比．
是岩体力学性质 片理、 坚硬结 和结构效应基础 不夹泥， 构面 层理、 破坏岩体的完整 有的呈弱结 性，与其他结构 合状态，统 卸荷裂隙 面形成不同类型 计结构面 等。 边坡破坏方式。 11
3.1.3 结构面分级及其特性－5 级 序 分级依据 力学属 对岩体稳定性 地质类型 性 影响
V 级
分布随机，降 低岩块强度， 微小节理 连续性极差、 是岩块力学性 刚性接触的 硬性结 质效应基础。 细小或隐微 隐微裂隙 构面 裂面，统计 若十分密集， 结构面 线理等。 又因风化，形 成松散介质。
Xe=∑a/A
Xe变化在0～1之间变化； Xe值愈大说明结构面的连续性 愈好； 当Xe =1时，结构面完全贯。 当Xe =0时，岩体完整。
15
岩体按切割度Xe的分类表 名称 完整的 弱节理化 中等节理化 强节理化 完全节理化 切割度Xe 0.1～0.2 0.2～0.4 0.4～0.6 0.6～0.8 0.8～1.0
22
4）结构面形态： ）结构面形态： 形态 ①要素：起伏形态、起伏角、粗糙度。 ②对岩体的力学性质和剪切强度有影响。 ③起伏角:i=arctan(2h/L)
23
④粗糙度系数： JRC（joint roughness coefficent)
巴顿（Barton，1977）提出： 粗糙度标准及粗糙系数 挪威岩土工程研究所 (Norwegian Geotechnical Iinsitute)
24
5）结构面张开度： ）结构面张开度： 张开度 ①张开度：结构面两壁间的垂直距离。 ②点接触：起伏、锯齿的凸起点，粘聚力降低。 ③张开:强度决定于充填物。 结构面按张开度分级
描 述 很紧密 紧 密 部分张开 张 开 中等宽的 宽 的 很宽的 极宽的 似洞穴的 结构面张开度(mm) <0.1 0.1～0.25 0.25～0.5 0.5～2.5 2.5～10 >10 10～100 100～l 000 >1000 张开情况 闭合结构面
3 岩体力学性质
1
3.1 岩体结构－主要内容
1 岩体结构要素 2 结构面类型 3 结构面分级及其特性 4 结构面状态 5 岩体结构类型
3
3.1.1 岩体结构要素
坚硬结构面(干净的) 结构面 软弱结构面(夹泥的，夹层 ) 岩体结构要素（单元） 结构体 块状结构体（短轴的） 板状结构体（长厚比大于15的）
多数属 于坚硬 与I、II级结构 结构面 面组合可形成 不同规模的块 少数属 体破坏 软弱结 构面。 划分II类岩体结 构的重要依据 10
3.1.3 结构面分级及其特性－4 级 序 分级依据 延展数米， 未错动， IV 级Байду номын сангаас地质类型 节理、 劈理、 力学属 对岩体稳定性影 性 响 划分II类岩体结 构的基本依据
K=n/L ， d′ =1/K=L/n
线密度Kd：若取样线垂直结构面，则裂隙度被称为线密度。 间距d：同一组结构面法线方向上结构面平均距离。
Kd=n/L ， d =1/Kd=L/n
18
按结构面间距d的分级表 描 述 极密集的间距 很密的间距 密集的间距 中等的间距 宽的间距 很宽的间距 极宽的间距 削 距(mm) <20 20～60 60～200 200～600 600～2000 2000～6000 >6000
整体性强度 高，岩体稳 定，可视为 均质弹性各 向同性体
不稳定结构 体的局部滑 动或坍．深 埋洞室的岩 爆
27
3.1.5 岩体结构类型－2 岩体结构类型－
岩 体 构 类 型 主要 结构 结构面发育情况 体形 状
岩体地质 类型
岩土工程特征
可能发生的岩 上工程问题
块 状 结 构
厚层状机 积岩、正 变质岩、 块状岩浆 岩、变质 岩
9
对岩体稳定性影 力学属性 响
II 级
3.1.3 结构面分级及其特性－3 级 序 分级依据 地质类型 力学属 对岩体稳定性 性 影响 控制岩体的稳 定性
III 级
延展十米或 数十米， 各种类型 的断层 无破碎带， 原生软弱 面内不含泥，夹层 有泥膜。在 一个地质时 层间错动 代地层中分 带等 布。
②裂隙度K与的线密度Kd关系： 假设测线OC是水平布置的，且与结构面法线OA在水平面上的 假设 投影线OB的夹角为α，结构面的倾角为β，则
③体切割度Xv： 面切割度Xe与裂隙度K的乘积； Xv＝ K· Xe 表示一组结构面对岩体的切割程度。
21
3）结构面产状： ）结构面产状： 产状 ①要素：走向、倾向、倾角 ②与主应力之间的关系：控制岩体的破坏机理与强度。
19
多组结构面裂隙度K 的计算：
Ka=1/max =cosξa/da ， Kb=1/mbx =cosξb/db ， ······， Kn=1/mnx =cosξn/dn K=Ka+Kb+···+Kn
结构面按裂隙度K分类： k=0~1为蔬节理， k=1~10为密节理，
k=10~100为非常密集节理， k=100~1000为压碎、糜棱化。20
26
3.1.5 岩体结构类型－1 岩体结构类型－
岩 体 构 类 型 主要 结构 结构面发育情况 体形 状 可能发生的 岩上工程问 题
岩体地质 类型
岩土工程特 征
整 体 状 结 构
以原生构造节理 均质，巨 为主．多呈闭合 块状岩浆 型，裂隙结构面 岩、变质 巨块 间距大于1.5m,一 岩．巨厚 状 般不超过l～2 组．无危险结构 层沉积岩、 正变质岩 面组成的落石掉 块
结束语
32
裂开结构面
张开结构面
25
6）结构面的胶结充填物： ）结构面的胶结充填物： 充填物 a.胶结充填物成分 成分对结构面力学性质的影响： 成分 ①铁硅质胶结强度高； ②钙质胶结强度较差； ③黏土、泥质胶结强度最差。 b.胶结充填物厚度 厚度对结构面力学性质的影响： 厚度 ①薄膜充填：厚度小于1mm、应力矿物、强度明显降低； ②端续充填：厚度小于起伏、强度与充填物和结构面有关； ③连续充填：厚度稍大于起伏、强度取决于充填物。 ④后层充填：厚度远大于起伏、强度取决于充填物、易滑移。
29
3.1.5 岩体结构类型－4 岩体结构类型－
岩 体 构 类 型 主要 结构 结构面发育情况 体形 状
岩体地质 类型
岩土工程特征
可能发生的岩 上工程问题
碎 裂 状 结 构
构造影严 重的破碎 岩层
断层、断层破碎 带、片理、层理 及层间结构面较 碎块 发育，裂隙结构 状 面 间距0.25— 0.5m，一般在3组 以上．由许多分 离体形成
8
3.1.3 结构面分级及其特性－2 级 序 分级依据 地质类型 不整合面 延伸数百 假整合面 米至数公 里， 原生软弱 夹层 破碎带宽 度比较窄， 层间错动 几厘米至 带 数米 风化夹层 控制山体稳定性 属于软弱 与I级结构面可 结构面 形成大规模的块 形成块裂 体破坏，即控制 边界 岩体变形和破坏 方式。
构造影响 剧烈的 断层破碎 带，强风 化带，全 风化带
断层破碎带交 叉．构造及风化 碎屑 裂隙密集．结构 状 及组合错综复杂， 颗粒 并多充填粘性 状 土．形成许多大 小不一的分离岩 块
完整性遭到极 大破坏．稳定 性极差．岩体 属性接近松散 体介质
易引起规模较 大的岩体失稳、 地下水加剧岩 体失稳
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3.1.4 结构面状态
1）结构面贯通类型和连续性 ）结构面贯通类型和 贯通类型 a. 贯通类型 ①非贯通性结构面：较短、不能贯通,岩块强度降低、变形增大. ②半贯通性结构面：有一定长度、不能贯通,岩块强度降低、变 形增大． ③贯通性结构面：长度较长、连续好、贯通整个岩体、构成岩体 边界，它对岩体有较大的影响，破坏常受这种结构面控制．
完整性破坏较 大，整体强度 很低．并受断 裂等软弱结构 面控制，多呈 弹塑性介．稳 定性很差
易引起规模较 大的岩体失稳、 地下水加剧岩 体失稳
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3.1.5 岩体结构类型－5 岩体结构类型－
岩 体 构 类 型 主要 结构 结构面发育情况 体形 状
岩体地质 类型
岩土工程特征
可能发生的岩 上工程问题
散 体 状 结 构
岩体地质 类型
岩土工程特征
可能发生的岩 上工程问题
层 状 结 构
多韵律的 薄层及 中厚层状 沉积岩、 副变质岩
层状 有层理、片理、 板状 节理带有层间错 透镜 动面 体
接近均一的各 向异性体．其 变形及强度特 征受层面及岩 层组合控．可 视为弹塑性 体．稳定性较 差
不稳定结构体 可能产生滑 塌．特别是岩 层的弯张破坏 及软弱岩层的 塑性变形
只具有少量贯穿 性较好的节理裂 隙．裂隙结构面 块状 问距0.7～ 柱状 1.5m。一般为2～ 3组．有少量分离 体
整体强度较 高．结构面互 相牵制．岩基 本稳定，接近 弹性各向同性 体
不稳定结构体 的局部滑动或 坍塌．深埋洞 室的岩爆
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3.1.5 岩体结构类型－3 岩体结构类型－
岩 体 构 类 型 主要 结构 结构面发育情况 体形 状
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③迹长：在岩体中沿结构面延展迹线的长度。
描 述
迹长(m) <1 1～3 3～l0 10～20 >20
17
国际岩石力学学会 (ISRM，1978)建议： 用结构面的迹长来描述 和评价结构面的连续性， 并制订了相应的分级标 准
很低连续性 低的连续性 中等连续性 高连续性 很高连续性
2）结构面密集程度 ）结构面密集程度 结构面的密集程度反映结构面发育的密集程度。 ①裂隙度K ：沿取样线方向单位长度上的结构面数量。 设取样线长度为L,单位m,该长度内出现的结构面数量n， 沿取样线方向结构面平均间距为d′，则
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3.1.2 结构面（Structural plane)类型－1 成因类型 沉积 结构面 原 生 结 构 面 地质类型 层面、层理、沉积间断面（不整 合面、假整合面）、原生软弱夹 层 流层、流线、火山岩流接触面， 蚀变带、挤压破碎带、原生节理
火成 结构面 变质 结构面
片理、板理、软弱夹层
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3.1.2 结构面（Structural plane)类型－2 成因类型 地质类型 劈理 构 造 结 构 面 节理 断层 层间破碎夹层
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3.1.2 结构面（Structural plane)类型－3 成因类型 地质类型 卸 荷 裂 隙 次 生 结 构 面 爆 破 裂 隙 风 化 裂 隙 风 化 夹 层 泥 化 夹 层
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3.1.3 结构面分级及其特性－1 结构面分级及其特性－ 级 分级依据 序 延伸数十公 里 I 级 深度可切穿 一个构造层 破碎带宽度 在数米、数 十米以上 力学属 地质类型 性 属于软 弱结构 区域性深 面， 大断裂 构成独 或大断裂 立的力 学介质 单元 对岩体稳定性影 响 影响区域稳定性 是岩体变形或破 坏的控制条件， 形成岩体力学作 用边界。
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b. 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K1 ：沿结构面延伸方向上，结构面各段长度 之和与测线长度比值．
K1=∑a/(∑a+ ∑b)
K1变化在0～1之间变化, 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。
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②面连续性系数（面切割度）Xe：在岩体中沿结构面延展平 面上，结构面各块面积之和∑a与该断面面积A之比．
是岩体力学性质 片理、 坚硬结 和结构效应基础 不夹泥， 构面 层理、 破坏岩体的完整 有的呈弱结 性，与其他结构 合状态，统 卸荷裂隙 面形成不同类型 计结构面 等。 边坡破坏方式。 11
3.1.3 结构面分级及其特性－5 级 序 分级依据 力学属 对岩体稳定性 地质类型 性 影响
V 级
分布随机，降 低岩块强度， 微小节理 连续性极差、 是岩块力学性 刚性接触的 硬性结 质效应基础。 细小或隐微 隐微裂隙 构面 裂面，统计 若十分密集， 结构面 线理等。 又因风化，形 成松散介质。
Xe=∑a/A
Xe变化在0～1之间变化； Xe值愈大说明结构面的连续性 愈好； 当Xe =1时，结构面完全贯。 当Xe =0时，岩体完整。
15
岩体按切割度Xe的分类表 名称 完整的 弱节理化 中等节理化 强节理化 完全节理化 切割度Xe 0.1～0.2 0.2～0.4 0.4～0.6 0.6～0.8 0.8～1.0
22
4）结构面形态： ）结构面形态： 形态 ①要素：起伏形态、起伏角、粗糙度。 ②对岩体的力学性质和剪切强度有影响。 ③起伏角:i=arctan(2h/L)
23
④粗糙度系数： JRC（joint roughness coefficent)
巴顿（Barton，1977）提出： 粗糙度标准及粗糙系数 挪威岩土工程研究所 (Norwegian Geotechnical Iinsitute)
24
5）结构面张开度： ）结构面张开度： 张开度 ①张开度：结构面两壁间的垂直距离。 ②点接触：起伏、锯齿的凸起点，粘聚力降低。 ③张开:强度决定于充填物。 结构面按张开度分级
描 述 很紧密 紧 密 部分张开 张 开 中等宽的 宽 的 很宽的 极宽的 似洞穴的 结构面张开度(mm) <0.1 0.1～0.25 0.25～0.5 0.5～2.5 2.5～10 >10 10～100 100～l 000 >1000 张开情况 闭合结构面
3 岩体力学性质
1
3.1 岩体结构－主要内容
1 岩体结构要素 2 结构面类型 3 结构面分级及其特性 4 结构面状态 5 岩体结构类型
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3.1.1 岩体结构要素
坚硬结构面(干净的) 结构面 软弱结构面(夹泥的，夹层 ) 岩体结构要素（单元） 结构体 块状结构体（短轴的） 板状结构体（长厚比大于15的）
多数属 于坚硬 与I、II级结构 结构面 面组合可形成 不同规模的块 少数属 体破坏 软弱结 构面。 划分II类岩体结 构的重要依据 10
3.1.3 结构面分级及其特性－4 级 序 分级依据 延展数米， 未错动， IV 级Байду номын сангаас地质类型 节理、 劈理、 力学属 对岩体稳定性影 性 响 划分II类岩体结 构的基本依据
K=n/L ， d′ =1/K=L/n
线密度Kd：若取样线垂直结构面，则裂隙度被称为线密度。 间距d：同一组结构面法线方向上结构面平均距离。
Kd=n/L ， d =1/Kd=L/n
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按结构面间距d的分级表 描 述 极密集的间距 很密的间距 密集的间距 中等的间距 宽的间距 很宽的间距 极宽的间距 削 距(mm) <20 20～60 60～200 200～600 600～2000 2000～6000 >6000
整体性强度 高，岩体稳 定，可视为 均质弹性各 向同性体
不稳定结构 体的局部滑 动或坍．深 埋洞室的岩 爆
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3.1.5 岩体结构类型－2 岩体结构类型－
岩 体 构 类 型 主要 结构 结构面发育情况 体形 状
岩体地质 类型
岩土工程特征
可能发生的岩 上工程问题
块 状 结 构
厚层状机 积岩、正 变质岩、 块状岩浆 岩、变质 岩
9
对岩体稳定性影 力学属性 响
II 级
3.1.3 结构面分级及其特性－3 级 序 分级依据 地质类型 力学属 对岩体稳定性 性 影响 控制岩体的稳 定性
III 级
延展十米或 数十米， 各种类型 的断层 无破碎带， 原生软弱 面内不含泥，夹层 有泥膜。在 一个地质时 层间错动 代地层中分 带等 布。
②裂隙度K与的线密度Kd关系： 假设测线OC是水平布置的，且与结构面法线OA在水平面上的 假设 投影线OB的夹角为α，结构面的倾角为β，则
③体切割度Xv： 面切割度Xe与裂隙度K的乘积； Xv＝ K· Xe 表示一组结构面对岩体的切割程度。
21
3）结构面产状： ）结构面产状： 产状 ①要素：走向、倾向、倾角 ②与主应力之间的关系：控制岩体的破坏机理与强度。
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多组结构面裂隙度K 的计算：
Ka=1/max =cosξa/da ， Kb=1/mbx =cosξb/db ， ······， Kn=1/mnx =cosξn/dn K=Ka+Kb+···+Kn
结构面按裂隙度K分类： k=0~1为蔬节理， k=1~10为密节理，
k=10~100为非常密集节理， k=100~1000为压碎、糜棱化。20
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3.1.5 岩体结构类型－1 岩体结构类型－
岩 体 构 类 型 主要 结构 结构面发育情况 体形 状 可能发生的 岩上工程问 题
岩体地质 类型
岩土工程特 征
整 体 状 结 构
以原生构造节理 均质，巨 为主．多呈闭合 块状岩浆 型，裂隙结构面 岩、变质 巨块 间距大于1.5m,一 岩．巨厚 状 般不超过l～2 组．无危险结构 层沉积岩、 正变质岩 面组成的落石掉 块
结束语
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裂开结构面
张开结构面
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6）结构面的胶结充填物： ）结构面的胶结充填物： 充填物 a.胶结充填物成分 成分对结构面力学性质的影响： 成分 ①铁硅质胶结强度高； ②钙质胶结强度较差； ③黏土、泥质胶结强度最差。 b.胶结充填物厚度 厚度对结构面力学性质的影响： 厚度 ①薄膜充填：厚度小于1mm、应力矿物、强度明显降低； ②端续充填：厚度小于起伏、强度与充填物和结构面有关； ③连续充填：厚度稍大于起伏、强度取决于充填物。 ④后层充填：厚度远大于起伏、强度取决于充填物、易滑移。
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3.1.5 岩体结构类型－4 岩体结构类型－
岩 体 构 类 型 主要 结构 结构面发育情况 体形 状
岩体地质 类型
岩土工程特征
可能发生的岩 上工程问题
碎 裂 状 结 构
构造影严 重的破碎 岩层
断层、断层破碎 带、片理、层理 及层间结构面较 碎块 发育，裂隙结构 状 面 间距0.25— 0.5m，一般在3组 以上．由许多分 离体形成
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3.1.3 结构面分级及其特性－2 级 序 分级依据 地质类型 不整合面 延伸数百 假整合面 米至数公 里， 原生软弱 夹层 破碎带宽 度比较窄， 层间错动 几厘米至 带 数米 风化夹层 控制山体稳定性 属于软弱 与I级结构面可 结构面 形成大规模的块 形成块裂 体破坏，即控制 边界 岩体变形和破坏 方式。
构造影响 剧烈的 断层破碎 带，强风 化带，全 风化带
断层破碎带交 叉．构造及风化 碎屑 裂隙密集．结构 状 及组合错综复杂， 颗粒 并多充填粘性 状 土．形成许多大 小不一的分离岩 块
完整性遭到极 大破坏．稳定 性极差．岩体 属性接近松散 体介质
易引起规模较 大的岩体失稳、 地下水加剧岩 体失稳
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