岩体结构及其完整性

散体结构
岩性：复杂，呈松散状态； 结构面发育情况：有的为块夹泥，有的泥夹块； 结构面强度：岩体的tanφ<0.2； 水的影响：地下水作用强烈，可引起泥化、软化、崩解、膨胀，甚至化学
反应；
工程特性：
此类岩体具有明显的塑性或流变特征，变形破坏严重，持续时间长，应予 以特别关注。
2.2 结构面的表观
引子：结构面的形态有闭合度、粗糙度、贯通性等，统称为结构面的表
断层较大
延展数百米至数公里， 1. 形成块裂体边界；
II级 破碎带宽度比较窄，几 2. 控制岩体变形和破坏方式；
厘米至数米
3. 构成次级地应力场边界
属于软弱结构面
小断层，层间错 动面
III级
延展十几米至几十米， 1. 参与块裂岩体切割；
无破碎带，面内不夹泥， 2. 划分II级岩体结构类型的重要依据；
结合性
定义：是岩体结构面形态、坚固程度的综合表现，取决于结构面的闭合
度、粗糙度、贯通性、充填物的性质和厚度等因素。
分类：
若结构面闭合、干净且无充填物，结构面粗糙，结构体之间刚性接触， 则结合性好，结构面抗剪强度高；相反，结构面贯通性好且多为张开的， 结构面中为岩屑、岩粉、泥质物所充填，则结构面结合性差，抗剪强度 低。
岩性：单一且构造变形轻微的巨厚层沉积岩、变质岩和火成岩体； 结构面发育情况：不发育，延展性差，组数一般不超过2组； 结构面强度：结构面摩擦系数tanφ≥0.6，结构体间结合力强； 完整性：岩体呈完整或基本完整状态，结构面间距dp>1.0m; 水的影响：地下水作用不明显，渗流对岩体特性影响不大； 工程特性：
相同粗糙程度的强度由台阶形到平坦形到平面形依次降低 如：I > IV > VII ，II > V > VIII，III > IX，VI > IX。
但不能理解我由I到IX依次递减。
粗糙度分类
I 粗糙台阶形
粗糙的 平坦的
台 阶
II 平坦台阶形 III 表面光滑台阶形
表面光滑的
形 的
IV 粗糙波浪形
粗糙的
工程特性：
岩体变形受岩层组合和结构面控制； 在缓倾斜和陡立岩层中，拱顶和边墙可出现弯曲拗折现象； 软弱面特别是软弱夹层面的抗剪强度控制岩体的前切滑移破坏； 稳定性分析是要注意岩层的组合、层面特性及其结合力、岩层产状，尤其 是软弱夹层、层间错动的存在和II、III及结构面的组合情况。
薄层状结构
岩性：岩层组合复杂； 结构面发育情况：薄层为主，层理、片理显著发育； 结构面强度：多为泥膜、碎屑和泥土充填，tanφ＝0.3左右； 完整性：结构面平均间距dp<30cm； 水的影响：引起岩层软化、泥化及结构面失稳； 工程特性：
(0 x )
x——结构面间距；λs——结构面平均密度。
2.2.2 结构面的分布特性
（2）结构面间距分布特征
结构面产状：走向、倾向、倾角。随机性显著。
例：潘别桐、井兰如对某地结晶岩体中北西构造区V级结构面得产状分
布直方图和密度分布函数曲线。
f(θ) 0.20
n = 119 θ = 314.5 σθ= 4.51
层状结构
岩性：单一或不同性质的岩层互层，有的还有极薄的软弱夹层；
结构面发育情况：以III、IV级结构面（层理、片理、节理）为主，延展性
较好，一般有2～3组结构面，层面居多；
结构面强度：层间结合力较差，tanφ＝0.3～0.5；
水的影响：要注意地下水渗透压力所引起的问题，地下水的软化、泥化作
用明显；
整体结构的岩体，其变形、破坏与工程作用有关； 在深埋或高地应力区的坚硬岩层中开挖，引起应力释放，可能导致 岩爆，而且一般沿裂隙端部产生； 较坚硬岩层中可能产生微弱的塑性变形。
块状结构
岩性：单一或由强度相近的岩层共同组成的构造变形轻微的中厚层沉积岩、
变质岩和火成岩体；
结构面发育情况：以IV、V结构面为主，将岩体切割成岩块集合；
结构面强度：岩块之间结合力强，一般tanφ＝0.4～0.6；
完整性：结构面间距dp＝0.5～1.0m; 水的影响：地下水作用主要表现为使较坚硬岩石软化；
工程特性：
微小压缩变形，可能出现剪切滑移； 可能出现块体滑移，稳定性分析是要注意结构面的特性及组合，尤其是II、 III及结构面的存在； 在深埋或地震危险区条件下开挖，由于隐型微裂隙存在，可能出现岩爆； 有一定自稳能力，可局部出现不稳定块体，产生超挖。塌方和崩塌现象。
有的有泥膜
3. 构成次级地应力场边界
多数属坚硬结构面， 不夹泥，大节理 少数软弱结构面 或小断层开裂的
层面
IV级
延展短，未错动，不夹 1. 划分II级岩体结构类型的基本依据；
泥，有的呈弱结合状态， 2. 确定岩体力学性质，结构效应的基础
统计结构面
3. 有的为次级地应力场边界
坚硬结构面
节理，劈理，层 理，次生裂隙
结构面分级及其特征
规模：按规模分有五级二类。
级序 分级依据
力学效应
力学属性*
地质构造特征
延展几公里至几十公里 1. 形成岩体力学作用边界； I级 以上，贯通岩体，破碎 2. 岩体变形和破坏的控制条件;
带宽度达数米至数十米 3. 构成独立的力学介质单元
1.属软弱结构面；
2.构成独立力学模 型——软弱夹层
在压应力作用下表现出压缩、挤出和膨胀现象； 此类岩体中的峒室顶板和边墙易产生拗折； 结构面的抗剪强度及薄板结构体强度控制岩体的前切滑移破坏。
镶嵌碎裂结构
岩性：单一，岩质坚硬； 结构面发育情况：IV、V级结构面密度大、组数多，结构面延展性差； 结构面强度：粗造、闭合、无充填物（或夹少量碎屑），岩块棱角明显，
观性质。
2.2.1 结构面的闭合度、粗糙度、贯通性和结合性
（1）闭合度
定义：又称张开度，是指结构面两侧岩壁的垂直分离距离，其空隙由空
气或水充填，它与被充填的结构面厚度是不同的。
张开度
厚度
闭合不连续面 张开不连续面 充填不连续面
闭合度
对岩体影响：闭合度的大小对结构面抗剪强度、结构面和岩体的渗透性
有很大影响。
对岩体的影响：结构面的粗造度是决定结构面结合好坏及其力学性质的
重要因素。
分类：中等规模（几米）结构面的粗造度按形态分有三种：台阶形、波
浪形和平面形。每种按程度分为三级：粗糙的、平坦的和光滑的。形成 九类。
不同粗糙度结构面抗剪强度存在如下关系：
同种形态的粗糙程度打者强度高 如：I > II > III，IV > V > VI，VII > VIII > IX
全贯通 贯穿整个岩体工程地段
构造断裂、软弱层面、 构造节理、小断层
半贯通 贯穿岩体工程地段1/3～2/3
构造节理、小断层
微贯通 贯穿岩体工程地段<1/3
节理裂隙
对岩体的影响：随贯通程度不同而异。全贯通结构面多为规模较大的构
造断裂或软弱层面，对工程岩体变形、破坏类型和规模起控制作用；微 贯通结构面使岩体强度降低，变形加大，相对来说对工程岩体影响小。
研究方法：认识结构面参数分布性，探讨用概率法描述和建立数学模型。
（1）结构面间距分布特征
结构面间距：是指相邻结构面间的垂直距离，以同组结构面的平均间距
表示。
分布特征：不是一个确定值，服从某种统计规律。
例：武钢程潮铁矿-220m水平50多条进路的矿岩结构面调查，得其概率 密度分布函数为
f (x) sesx
断层等等。结构面的作用与其规模和形态有关。
特点：
➢横向延展表现出面的几何特性； ➢物质分异面或不连续面； ➢常具有一定厚度，充有一定物质（例如：节理由两个面及面间的水或气 组成；断层及层间错动是由上下盘两个面及其间充填的断层泥和水构成的 实体组成）； ➢变形机理是两面闭合或滑移； ➢破坏机理是沿面滑动或追踪开裂。
影响因素：结构面充填物成分和胶结性的影响显著。
例：某坝址的细砂岩中结构面为硅质胶结时，湿抗压强度为152.8MPa；
为钙质胶结时，降至65.5MPa；为泥质胶结时，仅为38.8MPa。
2.2.2 结构面的分布特性
结构面的非确定性：同一级别的结构面，其空间分布特征如产状、形态、
规模、密度和张开度等，表现出随机性。
1 n
yi
Y
n
Yi
i 1
Δx
Δx
X
Y
贯通性
定义：是指结构面在某一方向延伸并对工程所在地段岩体有影响的长度，
即贯穿工程部位的程度。一般通过观测露头上结构面的迹线长度来度量 （与区域地质调查中对结构面规模的划分不同）。
分类：从工程应用角度出发，分为全贯通、半贯通和微贯通。
贯通性 结构面穿越岩体工程地段的程度 代表性结构面
个结构体尺寸表示。
结构体产状：以结构体表面上最大结构面的长轴方向的产状说明。
2.1.1 岩体结构
（3）岩体结构组成
定义：不同类型的岩体结构单元在岩体内组合和排列形式（孙广忠，
1988）。
岩体结构三要素
结构面 岩体结构单元
结构体 岩体结构单元组合
坚硬结构面 软弱结构面 块状结构体 板状结构体
岩体结构单元排列
软弱破碎带往往导致岩体坍塌、滑移。
（夹泥）碎裂结构
岩性：复杂多变，组合不一； 结构面发育情况：多级结构面发育，结构体的大小和形态均不相同； 结构面强度：被软弱物质充填，结构面上tanφ<0.2； 水的影响：地下水作用明显； 工程特性：
岩体整体强度很低，塑性大，变形具有明显的时间效应； 此类岩体中开挖工程，易发生坍落、滑移、片帮、侧向挤出和底臌等现象。
彼此镶嵌咬合，结构面上tanφ＝0.4～0.6；
水的影响：地下水渗透性变化大； 工程特性：
岩体变形、破坏过程中，结构体的镶嵌咬合力起决定作用。
层状碎裂结构
岩性：复杂多变，软硬相间明显； 结构面发育情况：存在一组近似平行的软弱破碎带（I、II级结构面）与完
整程度相对良好的岩层（骨架岩层）相间存在；
结构面强度：结构面上tanφ＝0.2～0.4； 水的影响：地下水的软化、泥化作用明显； 工程特性：
取决于结构面的形态、组数、产状。 结构体的典型状态：
柱状
板状
锥形
结构体
分类： 块状结构体，包括柱状、楔锥状结构体，各向尺寸接近相等，力学表
现以压碎、滚动、滑动为主；
板状结构体，板的厚度与延展长度（或宽度）比小于1：15，力学表现
主要为弯曲变形和溃折破坏。
结构体块度：可以用1立方米岩体内含有的结构体数表示，也可以用单
波
平坦的
浪
V 平坦
表面光滑的
形
VI 表面光滑
的
VII 粗糙平面形
粗糙的
平
VIII 平坦
平坦的 表面光滑的
面 形
IX 表面光滑
的
粗糙度
测定方法：
① 选择典型的结构面或可能发生剪切破坏面，根据每个平面的尺寸和滑 动方向确定测试方向X；
② 将长钢尺沿X方向放在结构面上，选定测量间隔ΔX（一般取5cm）
③ 将每个测量间隔初作为测点（如遇小台阶就以突变处为测点），用深 度游标卡尺测量直尺到结构面表面的垂直距离Yi，则结构面的粗糙度就 用Y表示
第2章 岩体结构及其完整性
引言
岩体结构是研究岩体力学的基础
岩体
结构面 结构面切割成的结构体
岩体结构
控制岩体的变形、 破坏等力学效应
工程应用
岩体结构分类、结构面特征、岩体结构现场调查方法及岩体完整性
2.1 岩体结构分类
2.1.1 岩体结构
（1）结构面
定义：岩体内开裂的和易开裂的地质界面，如节理、层理、劈理、裂隙、
2.1.2 岩体结构分类
根据结构面和结构体组合情况，可分为四大类七亚类
I 整体、块状结构
I1 整体结构 I2 块状结构
II 层状结构
II1 层状结构 II2 薄层（板）状结构
岩体结构类型
III 碎裂结构
III1 镶嵌碎裂结构 III2 层状碎裂结构 III3 （夹泥）碎裂结构
IV 散体结构
整体结构
结构面小，且连续性差， 1. 岩体内形成应力集中；
坚硬结构面
V级 统计结构面
2. 决定岩体力学性质和结构效应的依据
之一
*软弱结构面是指结构面内夹有软弱物质的，而无充填者为坚硬结构面
不连续小节理， 隐节理，层面， 片理面
2.1.1 岩结构
（2）结构体
定义：由结构面切割而成的岩块，与结构面相互依存。其形状和尺寸
0.32 f(a) 0.28
n = 118 a = 24.74 σa = 3.44
f(β)
n = 68
β = 221
σβ= 4.46
0.16
0.24
0.2
0.20
0.12
0.16
0.08
0.12
0.1
0.04
0 260 280 300 320 340 360 走向θ
分级：为便于野外定性鉴别，凡闭合度大于3mm的认为是张开的，小
于0.1mm已不易肉眼判别，因此将闭合度分为三档：
闭合度
张开宽度（mm）
闭合 微张开 张开
<1.0 1.0～3.0
>3.0
现场鉴别时，应注意描述缝隙两侧岩壁的性质的变化，有无充填物，胶 结状况及赋水状况。
粗糙度
定义：结构面相对于平均面的固有表面不平整度和波纹度，也称起伏差。