第七章 岩体结构及其稳定性分析
地下工程围岩稳定性分析
2．松动山岩压力的确定方法
(1)普氏压力拱理论。M．M．普罗托季亚科诺 夫根据对一些矿山坑道的观察和松散介质的模型试 验于1907年提出了平衡拱理论。普氏认为，由于断 层、节理的切割，使洞室围岩成为类似松散介质的 散粒体。由于洞室开挖应力重分布，使洞顶破碎岩 体逐渐坍塌，最后塌落成一个拱形才稳定下来。所 以普氏认为，洞顶的山岩压力就是拱形塌落体的重 量。这个拱称为塌落拱、平衡拱或压力拱。 (2)围岩压力系数法。（简介） (3)块体极限平衡法。（简介）
层状结构围岩变形破坏特征
4．碎裂岩体的松动解脱 碎裂结构岩体在张力和振动力作用下容易松 动、解脱，在洞顶则产生崩落，在边墙上则表现 为滑塌或碎块的坍塌。
5．松软岩体 一般强烈风化、强烈构造破碎或新近堆积的 土体，在重力、围岩应力和地下水作用下常产生 冒落及塑性变形。常见的塑性变形和破坏的形式 有边墙挤入、底鼓及洞径收缩等。
楔 缝 式 及 楔 头 式 锚 杆
胀 壳 式 及 砂 浆 粘 结 式 预 应 力 锚 杆
2.锚杆的作用
锚杆有楔缝式金属锚杆、钢丝绳砂浆锚杆、 普通砂浆金属锚杆、预应力锚杆及木锚杆等。目 前在大中型工程中，常用的是楔缝式金属锚杆和 砂浆金属锚杆两种。锚杆的作用可概括为下述三 个方面。 (1)悬吊作用。 (2)组合作用。对于层状岩层，锚杆可以将数层 薄的岩层组合联成整体，类似锚钉加固的组合梁， 提高了岩层整体的抗震、抗剪、抗弯能力。 (3)加固作用。 为了防止锚杆之间岩块的坍落，可采用喷层和 钢丝网来配合。
1．坚硬完整岩体的脆性破裂 在坚硬完整的岩体中开挖地下洞室，围岩一 般是稳定的。但是在高地应力地区，经常产生岩 爆现象。岩爆是储存有很大弹性应变能的岩体， 在开挖卸荷后，能量突然释放所形成的，它与岩 石性质、地应力积聚水平及洞室断面形状等因素 有关。
岩体稳定性分析与岩石块体强度研究
岩体稳定性分析与岩石块体强度研究岩体稳定性分析与岩石块体强度研究是岩石工程领域中非常重要的一部分。
在建筑、地质工程以及煤矿等领域中，岩体的稳定性是确保工程安全和可持续发展的关键因素。
本文将探讨岩体稳定性分析的基本原理，并介绍岩石块体强度研究的一些常见方法和技术。
一、岩体稳定性分析岩体稳定性分析是为了判断岩体在一定条件下是否会发生失稳破坏或滑坡等问题，从而为工程设计和施工提供科学依据。
岩体稳定性分析的核心是确定岩体的力学性质和稳定性指标。
1. 岩体力学性质的测试要准确判断岩体的稳定性，首先需要对岩体的力学性质进行测试，包括岩石的抗压强度、抗剪强度、弹性模量等。
这些测试可以通过室内试验和现场测试来完成，一般使用万能试验机、松弛试验仪等设备。
2. 稳定性指标的计算稳定性指标是评价岩体稳定性的重要参数，常用的指标包括全局稳定系数、安全系数和破坏面倾向角等。
全局稳定系数是根据岩体的力学性质和构造特征等综合判断得出的，安全系数是通过计算岩体受力和破坏的关系得出的。
破坏面倾向角是指岩体中最容易发生破坏的倾向面与水平面的夹角。
二、岩石块体强度研究岩石块体强度研究是为了更好地理解岩石的力学性质和变形特征，从而为岩体工程的设计和施工提供可靠的依据。
常见的岩石块体强度研究方法包括岩石取样试验、非破坏性试验和地应力测试。
1. 岩石取样试验岩石取样试验是通过在岩石体中取样进行室内试验来研究岩石的强度和变形特性。
常用的试验方法有单轴压缩试验、剪切试验和直剪试验等。
这些试验可以获得岩石的强度参数、破坏模式和应变应力关系等重要数据。
2. 非破坏性试验非破坏性试验是在不破坏岩石的情况下，通过观测岩石的表面形态、声波传播速度等来判断岩石的强度。
常用的非破坏性试验方法有超声波测试、综合地球物理方法和岩石雷达等。
这些方法可以帮助工程师了解岩石块体的变形特征和内部结构。
3. 地应力测试地应力是指岩石体内外部的应力状态。
地应力测试是通过测量岩石体内的应力分布，以及地质构造和应力来源等，来研究岩石块体的稳定性。
岩体的工程性质及稳定性评价
岩体与岩石(庐山二叠泉的岩体)
节理就是裂隙，断裂是一 个大的概念，基本类型包 括了节理（裂隙）、断层， 还有劈理。
节理：是岩石中的裂隙，是没有明显位移的裂隙。也是地壳上 部岩石发育最广的一种构造
节理是很常见的一种构造地质现象，就是我们在岩石露头上所见 的裂缝，或称岩石的裂缝。这是由于岩石受力而出现的裂隙.还 有一种说法:几乎在所以岩石中都可以看到有规律的，纵横交错 的裂隙，他的专门术语就叫节理.节理即断裂岩块沿着破裂面没 有发生或没有明显发生位移的断裂构造. 裂隙应该包括的东西更多，在地学上有构造裂隙，而节理裂隙
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。
三、 产状
走向、倾向、倾角 结构面与最大主应力
间的关系控制着岩体 的破坏机理与强度。
据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强 度与结构面倾角间的关系为：
1
3
2(C j 3tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
断裂:地质学马丁尼兹说:“当地壳移动，板块相互撞击时会断裂， 导致其他地区的压力逐渐增加，最终引发地震。”断裂是大的， 深的断层.
（一）结构面
1、结构面的类型
(1)原生结构面 (2)构造结构面 (3)次生结构面
岩体与岩石
近100年来坝体因对岩体软弱面稳定性认
识不足而失事者达45%以上。
法国60m高的坝体， 1959年因左坝肩片麻岩 中的绢云母页岩软弱层滑动而失稳。
只是构造裂隙的一种. 断层是地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面
有明显相对移动的构造称断层。 断层是构造运动中广泛发育的构
造形态。它大小不一、规模不等，小的不足一米，大到数百、上 千千米。但都破坏了岩层的连续性和完整性。还有一种解释:断 层是地质学概念，是指因地壳的变动，引起地层发生断裂并沿断 裂面发生水平、垂直或倾斜方向的相对位移现象。
岩体结构和稳定分析
1.简述岩体结构的定义及其类型。
答：岩体结构是结构面和结构体的组合特征。
类型：（1）整体块状结构（2）层状结构（3）碎裂结构（4）散体结构
2. 什么是泥化夹层？标志和特点是什么？
答：软弱夹层已经泥化的称为泥化夹层。
标志是：天然含水量大于或等于塑限。
特点是：结构松散、密度小、含水量大、粘粒含量高、强度低、变形大。
3. 泥化夹层的形成必须具备那些条件？为什么？
答：泥化夹层的形成必须具备以下三个条件：①物质条件，母岩中必须含有大量的粘土矿物②构造条件，是原来的岩石的完整性受到破坏，为渗漏提供通道，同时使矿物颗粒的联结力受到破坏③地下水的作用，水在粘粒周围形成结合水膜，使颗粒进一步分散。
含水量增加，使岩石处于塑态，甚至接近流态，即产生了泥化。
4. 影响边破稳定的因素有哪些？
答：影响边坡不稳定的因素有：
（1）地形地貌条件：高陡边坡不稳定
（2）地层岩性条件有节理，层理发育的岩体，或性质软的岩石，第四纪松散堆积物都可能影响边坡稳定性。
（3）地质构造与结构体的影响：主要是结构面的影响
（4）地下水的作用：软化或溶蚀岩石，产生水压力，增加岩体重量，冻涨作用，产生浮托力。
（5）其他因素：风化、水流冲刷、人工开挖、震动等。
岩体结构及边坡稳定性PPT课件
第一节 岩体结构特征
• （一）岩体结构的基本概念 • 岩体结构包括两方面的要素，即结构面和结构体。
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• 结构面：是指切割岩体的各种地质界面。它 是在整个地质发展史中，由构造因素或非构 造因素在岩体内形成的具有一定方向，延展 较大，厚度较小的两维面状地质界面，包括 物质的分异面及不连续面，如层面、各种成 因的节理、断层，各种成因的软弱夹层，不 整全面及假整合面，岩浆岩体与围岩的接触 面，多次侵入的岩浆之间的接触面，变质岩 中的片麻理以及风化夹层和风化界面等。
析 • 在 大 爆 破 工 程 中 ， 往 往 会 遇 到 复 杂 的 地 质 条 件 ， 使 岩 体 边 坡 稳 定 产 生 问 题 ， 这对工程的安全可靠和经济合理影响很大。因此解决岩体边坡稳定问题， 对于正确运用爆破工程技术，具有极为重要的意义。爆破工程地质的重要 任务之一，就是研究爆破情况下岩体边坡稳定性问题。
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• （三）结构体的形式及特征
• 岩体受结构面切割而造成的块体的不同形状 称为结构体形式。一般常见的单元结构体可 分为柱状、块状、板状、楔形、菱形、锥形 等六种形态。此外，由于岩体的强烈变形及 破碎的结果也可形成片状、碎块状、鳞片状、 碎屑状等结构体形式。
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• 结构体形式的划分与岩体稳定评价很有关系。 应综合考虑三方面的因素：
它是在整个地质发展史中由构造因素或非构造因素在岩体内形成的具有一定方向延展较大厚度较小的两维面状地质界面包括物质的分异面及不连续面如层面各种成因的节理断层各种成因的软弱夹层不整全面及假整合面岩浆岩体与围岩的接触面多次侵入的岩浆之间的接触面变质岩中的片麻理以及风化夹层和风化界面等
第四讲 岩体结构及 岩质边坡稳定分
6. 岩体稳定性分析
吴 氏 网
面的投影
已知结构面的产状，走向NE30º ，倾向SE，倾角30º ，绘制投影。 1.将透明纸覆盖在投影网上，按照结构面的走向NE30º ，确定A 点，它的对称点B，AB即走向线方位； 2.转动透明纸，使A与B两点与投影网的南北极点重合，然后在投 影网的左半圆取倾角30º 的经线划弧ADB，即为结构面的投影； 3.将透明纸脱离投影网，得到结构面的投影ADB。
缺点：不能拉紧，因而必须在岩体发生明
显变形之前安装。
预应力锚杆－拉紧和注浆的机械式锚杆
优点：锚杆安装后 可立即拉紧，在良 好的岩层中锚固可 靠，可达到很高的 锚固力。 缺点：费用较高， 安装复杂。
注浆锚头式拉紧锚杆
优点：价格低廉， 锚固 性好，适用 岩石条件宽。承载 托板能直接显示锚 杆载荷。 缺点：在砂浆凝固 前不能拉紧。
挡土墙25°33° Nhomakorabea锚杆
3000
1:0
.5
锁口梁 ①人工素填土 (板岩碎屑及粉质粘土)
7.06
2000
3000
桩 (间距2000
800
比例尺： 1:100
②基岩 (石灰岩)
削坡减载及注浆加固
削坡减载是削去边坡上部的岩体 以减小下滑力；压脚稳坡是在边坡 坡脚堆筑废石，借以支撑滑体或增 加滑体下部滑动面上的摩擦力，从 而提高滑体的稳定性。 改变滑带土岩性质的方法： 注浆加固－将水泥浆注入岩体裂缝中，一方面可以通过 浆液的固结可在破碎的或有贯通裂隙的岩体中形成稳定 的骨架；另一方面还可以堵塞地下水的通道，并以浆液 置换岩体裂隙中的地下水，是一种间接的土岩硬化法。 滑面麻面爆破法－破坏滑动面的连续性，使滑带的内摩 擦角提高。
原则：防止地表水由开口张裂隙或裂 隙进入边坡； 通过有选择性的地表和地下疏 水，降低潜在破坏面附近的水压； 确定排水位置，使它只是降低 边坡附近的水压，而不是在大范 围内进行疏水。
地下工程岩体的稳定性分析
地下工程岩体的稳定性分析地下工程，系指在地面以下及山体内部的各类建筑物。
地下工程具有隔热、恒温、密闭、防震、隐蔽及不占地面土地面积等许多优点。
因此，在国民经济各个部门的工程建设中被广泛采用。
如城市及交通建设中的地下铁道、地下仓库、地下商场、铁路隧道、公路隧道、过江隧道等，水电及矿山建设中的地下厂房、引水隧洞、地下水库、地下矿井巷道等，以及军工建设中的地下飞机场、地下试验室(站)、地下掩蔽部及各类军事设备器材仓库等。
显然随着经济建设的高速发展及地下工程所具有的优越性，地下工程的应用将会越来越广泛，规模也将越来越大。
地下工程按成因分为人工洞室和天然洞室两大类。
人工洞室指由人工开挖支护形成的地下工程。
天然洞室一般指由地质作用形成的地下空间，如可溶岩的溶洞等。
地下工程完全被周围的岩土体介质所包围。
因此，这些介质的性质直接影响着地下工程的稳定与安全。
地下工程岩体系指地下工程周围的岩土介质，以往也称为地下洞室围岩。
其稳定性的工程地质研究是工程地质研究的重要课题之一。
主要包括地下工程岩体稳定性的影响因素分析，地下工程洞线及进、出口边坡位置的正确选择地下工程岩体稳定性的合理评价，对不稳定地段的支护及施工方法的研究，施工过程中根据地质情况预测各种可能出现的工程地质问题等。
，一、洞室位置的选择·地下洞室按其用途分有压洞室和无压洞室，按工程岩体性质分岩体洞室和土体洞室。
(一)无压的岩体洞室位置选择无压的岩体洞室位置应满足以下条件：(1)洞址宜选在山体完整雄厚、地质构造简单、地下水影响小、岩性均一的坚硬岩层且岩层厚度为厚层、中厚层的地段；要避开透水的宽大破碎带、断裂交汇带、岩溶发育带、强风化带及有害气体和高地温等地段。
洞址选在稳定性好的围岩中，是保证地下工程施工安全和正常运行的关键。
(2)洞口要选择在松散覆盖层薄、坡度较陡的反向坡，且有完整厚层岩层作顶板的地段；要避开冲沟或溪流源头，以及滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象发育或洪水可能淹没的地段。
岩体边坡稳定性分析
岩体边坡稳定性分析岩体边坡稳定性分析的基本方法包括稳定性判据方法、数值模拟方法和经验方法。
稳定性判据方法是基于力学和应力分析理论，通过计算边坡上的剪切力和抗剪强度之间的平衡关系判断稳定与否。
常用的稳定性判据方法有穆勒布朗判据、圈内法、切β法等。
数值模拟方法是采用数学模型和计算机模拟手段，通过求解边坡稳定方程来评估稳定性。
经验方法则是基于大量岩体边坡的实测数据和统计分析得出的经验公式，使用方便但适用范围有限。
岩体边坡稳定性分析的主要因素包括地下水、岩体力学性质、边坡几何形状以及外荷载。
地下水对岩体边坡稳定性有着明显影响，当地下水位上升时，岩体边坡的稳定性会降低。
岩体力学性质包括岩石的抗剪强度、内摩擦角、岩石的断裂性质等，这些参数对边坡的稳定性具有重要影响。
边坡几何形状是指边坡的坡度和几何形态，不同几何形状会导致不同的应力分布规律，从而影响边坡的稳定性。
外荷载是指施加在边坡上的荷载，包括重力荷载、地震力、降雨等。
岩体边坡的稳定性评价指标通常包括安全系数、位移、应力等。
安全系数是评价边坡稳定性的定量指标，其定义为边坡承受力与破坏力之比。
一般来说，当安全系数大于1时，边坡处于稳定状态。
位移是指边坡因外力作用而发生的位移量，其用于评估边坡的破坏程度和变形情况。
应力是指边坡内部岩体所受到的力，根据岩石力学理论，应力越大，边坡稳定性越差。
下面以一个具体的岩体边坡案例为例，进行稳定性分析。
假设岩体边坡的长宽比为1:1，坡度为30度，岩体内摩擦角为30度，地下水位在岩体底部，当地下水位上升时岩体的抗剪强度降低。
根据穆勒布朗判据，可以计算出边坡的安全系数。
进一步使用数值模拟方法，进行边坡稳定方程的求解，得到边坡的稳定状态和位移情况。
最后，根据岩体边坡的应力分布情况，评估岩体边坡在不同荷载条件下的稳定性。
综上所述，岩体边坡稳定性分析是岩土工程领域中的一个重要课题，需要综合考虑多个因素，并采用合适的分析方法和评价指标进行分析。
第七章岩体结构及其稳定性分析
第七章岩体结构及其稳定性分析7岩体结构及其稳定性rock mass structure&stability一、概念1、岩体(rock mass)：包含岩石(rock)和结构弱面(weak structural plane)。
（1）特点：①不连续——受构造切割、孔隙等影响；②非均质——各类矿物、岩石组合；③各向异性——构造、非均质造成。
（2）与岩石的区别：①范围大；②强度、稳定性低。
2、岩体稳定：指在一定时间内、一定条件（自然、人为）下岩体不产生破坏性剪切滑移、塑性变形和张裂破坏。
3、岩体稳定性分析：包括——⑴结构分析⑵力学分析⑶类比分析一般需将三种分析方法进行相互补充、验证，作出综合评价。
二、岩体结构㈠概念岩体结构是指岩体中①结构面(structural plane)和②结构体(structural block)的组合特征，即结构面的发育程度、组合形式；结构体的大小、几何形式和排列。
①结构面——岩体中各种地质界面，如：层面、裂隙面、断层面、不整合面等。
岩体多沿结构面发生破坏。
②结构体——由结构面切割而成的单个块体。
㈡结构面：1、成因类型：⑴沉积结构面——沉积、成岩过程中形成，包括层理、层面、软弱夹层(weak intercalated layer)和不整合面等。
其中软弱夹层对岩体稳定性影响比较大，容易造成滑坡等工程事故。
软弱夹层的产状与岩层产状一致。
其成因分为：①在陆相沉积间断的不整合面处形成软弱夹层；②在火山喷发间歇期形成的风化软弱夹层；③原生夹层。
其中①、②两种软弱夹层通常含泥质物质，松散。
形成良好的地下水通道，夹层的水稳定性差，易软化、泥化，强度和稳定性差。
⑵火成（或岩浆）结构面——在岩浆活动中形成，包括：①侵入接触面——与围岩胶结不良，有变质物质。
②冷凝裂隙——张性裂隙面，粗糙。
⑶变质结构面——变质作用形成。
包括：1片理——沿片理面片状矿物富集，岩体强度↓②片岩软弱夹层——薄层云母片岩、绿泥石片岩等，片理发育、岩性软弱、矿物易风化。
岩体的稳定性分析
幻灯片1第四节：岩体的稳定性分析一、岩体稳定性与区域稳定性的关系区域稳定性的主要控制因素，也制约岩体的稳定性。
1)地壳板块的相对运动的强弱导致构造变动和产生高构造应力，从大范围控制了区域地层和岩体变形、位移或失稳。
2)活动性深大断裂活动（水平或垂直位移）引起区域地壳及其表层发生水平或升降运动，可引起位于断裂带的岩体变位或失稳。
3)地震活动在我国有些地区十分强烈，常引起大范围的构筑物的失稳和破坏。
幻灯片2二、岩体破坏类型分析1.岩体失稳的主要影响因素①受区域地壳稳定性控制。
②受岩体的结构特征、变形特征、强度特性、水稳性等控制。
③失稳的边界条件：岩体失稳要有一定的边界条件，即存在临空面和结构面组成的分离体。
④荷载的类型、大小和方向决定了岩体的受力状态。
⑤工程类别对岩体失稳方式有重要影响。
幻灯片32. 岩体破坏类型分析①当区域稳定性为相对稳定，工程岩体条件较好时，岩体失稳破坏的类型取决于边界条件、工程类型及工程荷载性质的组合特点，岩体失稳破坏的方式往往以剪切滑移方式为主。
②当区域稳定性为相对活动，工程的场地条件较好时③区域环境和工程场地均处于突出的高水平构造应力状态时④当区域相对稳定，岩体抗压强度较高，不具备滑移的边界条件，地面建筑物承受强大的风荷载时，可能发生张拉破坏导致建筑物倾倒。
幻灯片4⑤区域相对稳定，工程场地为河流之滨，岩体本身条件较差，在建筑物荷载的作用下，建筑持力层将发生过大的压缩沉陷变形，与其侧向膨胀变形相对应的侧向压力将使岸坡前持力层发生压缩破坏，导致建筑物向河中倾覆，或沿可能的滑动面滑动。
幻灯片53. 岩体稳定分析国内外应用于岩体稳定性分析的方法有：地质分析类比法岩体结构分析与计算法岩体稳定性分类法数值模拟计算法地质模拟试验法等。
岩体边坡稳定性分析
⑷结构面的密集程度 结构面的密集程度对岩体力学性质影响很大，决定着岩体变形和破坏的力学 机制，直接控制岩体的完整性和力学性质，也影响岩体的渗透性。
⑸结构面的连通性 结构面的连通性是指在某一定空间范围内的岩体中，结构面的走向、倾向方向 上的连通程度。 ⑹结构面的张开度与填充胶结情况 结构面的张开度是指结构面的两壁离开的距离，按其大小可分为四级。 ①闭合的：张开度小于0.2mm； ②微张的：张开度0.2-1.0mm； ③张开的：张开度1.0-5.0mm； ④宽张的：张开度大于5.0mm。 结构面的填充胶结情况对岩体力学性质的影响很大。
三、岩体工程地质分类及工程地质特性
㈠岩体工程地质分类
由于不同结构类型岩体的岩石质量不同，而且在水和风化作用等的参与和影响下， 岩体工程性质将变得极为复杂并相差悬殊。 岩体的工程地质分类是从工程角度出发，根据岩体的内在特征，将其分为工程地 质性质相类似的各种类别，并对各类岩体的质量给予定性和定量的评价。 目前，国内外关于岩体的工程地质分类方案有十几种，从分类的目的和考虑的因 素来看，可归结为一般性分类（综合性分类）和专门性分类。 ①岩石质量指标（RQD）分类法 ②按岩体结构类型的分类 ③巴顿岩体分类 ④岩体质量指标（RMQ）分类法
浅成岩：浅成岩多为岩床、岩墙、岩脉等小型侵入体，岩石多呈斑状结构和中一 细粒均粒结构。 喷出岩：喷出岩为火山喷出的熔岩流冷凝而成，岩石颗粒很细，常为致密结构， 并且多有气孔构造，杏仁构造，酸性熔岩具流纹构造。
②沉积岩的工程地质特性 沉积岩普遍具有层理构造，其工程地质性质变化较大，具有明显的各向异性。 1）火山碎屑岩 2）胶结碎屑岩 3) 黏土岩 4) 化学-生物岩 ③变质岩的工程地质特性 变质岩一般年代较老，经受多次构造变动，断裂多，易风化，完整性差，常不均 一。
岩体工程(岩体结构与稳定性分析)
岩体结构与稳定性分析
3.2岩体边坡稳定性评价方法 一.边坡岩体变形破坏的基本形式 （一）基本形式分类 1.按滑坡面与岩层层面关系分类 2.按边坡破坏的滑动面形状分类 3.按岩体结构特性分类
岩体结构与稳定性分析
(二)影响边坡稳定的因素 岩石性质：岩石的成因，矿物成分，结构和强度 岩体结构：岩体的结构类型，结构面性状以及其与坡面的关系 水的作用：对岩土的软化，泥化作用，冲刷作用，静水压力和动水压力 作用等。 风化作用：使岩体的裂隙增多，扩大，透水性增强，抗剪抗压强度降低。 地震力：使边坡岩体的剪应力增大，抗剪强度降低。 地应力：开挖边坡使边坡初始应力改变。 地形地貌及人为因素：边坡不合理的设计，开挖和加载，大量施工用水 的渗入及爆破等。
岩体结构与稳定性分析
3.1岩体的结构特性 3.2岩体边坡稳定性评价方法
岩体结构与稳定性分析
一.结构面 1.分类 原生结构面，构造结构面，次生结构面
2.结构面的工程特征 产状，规模，形态，连续性，密集程度，张开度和填充情况 3.软弱夹层及泥化夹层特点 软弱夹层，泥化夹层
岩体结构与稳定性分析
二结构体 在岩体中被结构面切割的岩体被称为结构体体现了岩体的基本构造 和外貌特征。 分类 整体结构或块状结构（局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆），镶嵌 结构（可沿结构面滑塌，软岩可产生塑性变形），碎裂结构（易引 起规模较大的岩体失稳，地下水加剧失稳），层状结构（易发生规 模较大的岩体失稳，地下水加剧失稳）
岩体结构与稳定性分析
三.岩体分类 1.按岩体完整程度分类 岩体的完整程度反映了其裂隙性，破碎岩石的强度和较完整岩石大 大削弱，尤其边坡和基坑工程更为突出。 2.按岩石质量指标RQD分类 是国际通用鉴别岩石工程性质好坏的方法，是利用钻孔直径为 54MM的金刚钻进的岩芯采取率来评价岩石质量。 3.按岩体基本质量指标BQ分类 我国首个岩体分级的国家标准，先确定岩体基本质量，再结合具体 工程特点确定岩体分级
岩体结构稳定分析原理和方法分析
岩体结构稳定分析原理和方法分析作者：章梓檀金晶晶江雨泽来源：《建筑建材装饰》2016年第06期摘要：近年来，地质工程建设的飞速发展极大地促进了我国交通建筑行业的发展，但是，任何事情都有两面性，越来越多的地质工程被报道存在质量问题，或者由于地质灾害原因，导致了对工程的破坏。
在对大量地质工程做出综合性研究的基础上，我们发现大多数由于自然灾害破坏的工程都位于山坡，山脊或者两种不同岩石的交界处。
这些地方都具有大致相似的特点，那就是工程地基下的岩体结构不稳定。
而这种不稳定可以由多种原因导致，其中很大一部分原因就是自然灾害，为了更大程度地保障工程的质量问题和使用时间的持久性，对岩体结构稳定的原理分析就显得十分的重要。
关键词：地质工程；岩体结构；稳定分析；加固措施中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）06-156-02前言一般在地壳表面形成的最原始的岩体是比较稳定的，因为在这种原始岩体内部，其岩层的方向一致，密度比较均匀，并且结构分布也是连续完整的。
原始岩体的稳定性一般都能够满足基本的地质工程要求，这种岩体也就是岩体研究学上常说的完整岩石。
但是，就算是人的身体，使用时间长了也会出现各项身体机能下降的问题，更何况是长期在外风吹日晒的岩体。
在漫长的时期内，由于各种地震、滑坡、泥石流等自然地质因素和人类肆意开发土地等人为因素的影响，岩体的稳定性受到了很大的破坏，其主要表现为在岩体内部形成了许多裂缝，岩石结构的完整性遭到破坏，受力方向各异。
此时岩体不再稳定。
其强度也远远比不上原始岩体。
1.岩体稳定的原理要探索对岩体的加固措施，保障地质工程的稳定性，就要进一步研究各种岩体的特征以及岩体稳定的原理，知己知彼，方能百战不殆，在此基础上做出加固措施，才能真正起到作用。
1.1岩体的结构组成1.1.1结构面指由于各种原因导致不同特征的地质界面开裂形成的裂缝，其分为原生结构面、构造结构面和次生结构面。
岩体结构与稳定性分析
边坡稳定性分析方法
评 价 方 法 模型模拟试验法 数学力学分析法 工程类比法 图解法 块体极限平衡法 弹性力学、弹塑性力学法 有限元法等数值方法
3.2 赤平极射投影
通过图解分析，确定边坡是否具备失稳的条 件。
① 边 坡 ②
0 坡 层 面 面 边坡产状： 95°∠83° 层 岩
1.岩体概述
1.2 岩体特征
岩体性质受岩石、地质构造、地
下水、地应力等影响。
岩体为结构面切割，其软弱结构
面常控制岩体稳定。
岩体变形和破坏主要受控于结构
面及其组合。
岩体中存在着复杂的天然应力场。
1.岩体概述
1.3 岩体与岩石的区别 岩石：单一岩块 岩体：岩体中的岩石被 各种结构面所切割， 结构面的强度比岩石 的强度低，破坏了岩 体的连续性和完整性。
软弱夹层
●软弱夹层是具有一定厚度 的特殊的岩体软弱结构面； ●特征：强度低，压缩性高。 ●成因分类：原生的、构造 的和次生的。 ●性质分：松软的，固结的 和浅变质的。
2.3 结构体
岩体受结构面切割而产生的单元块体，
称为结构体。一般常见的结构体形式有： 柱状、块状、板状、楔形、菱形、锥形等 六种形态。不同形态和产状的结构体，其 稳定程度不同。
一般操作步骤： ①将透明纸蒙在吴氏网上， ②画“+”中心， ③标出E、S、W、N方位（顺钟 向）。
④利用投影网，在圆周上经过圆心
绘制走向，并标注，转动透明纸， 使走向与投影网的南北相合，在投 影网的东西线上找出倾角，倾向在 反方向找，获得投影弧。
求两平面交线的产状。
求220 °∠ 35 °和300
3.3.2岩层的走向与边坡的走向斜交 斜向坡：破坏的2个条件，（1）破坏一定是沿结构面发生的，
地质学基础第七章岩体
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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
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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
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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
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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
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表 7—12
图 7—18 吴尔夫投影网
图 7—19
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(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
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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。
第6及7章地下工程围岩稳定性分析
第６、7章 地下工程围岩稳定性分析学习指导：本章主要介绍了两部分内容：（一）山岩压力与围岩稳定性分析，（二）有压隧洞稳定性分析。
前部分介绍了围岩应力重分布，地下洞室脆性围岩和塑性围岩的变形破坏形式，影响地下工程岩体稳定的因素，着重介绍了山岩压力与围岩稳定性分析方法，其中包括山岩压力的概念、影响因素，太沙基理论；后部分重点介绍了围岩内附加应力的计算、有压隧洞围岩和衬砌的应力计算。
重 点：1 地下洞室开挖引起的围岩应力重分布2 地下洞室围岩的变形破坏3 地下工程岩体稳定性的影响因素4 洞室围岩稳定性分析6.1 地下洞室开挖引起的围岩应力重分布由于在岩体内开挖洞室，洞室围岩各质点的原有应力的平衡状态就受到破坏，各质点就要产生位移调整，以达到新的平衡位置。
岩体内某个方向原来处于紧张压缩状态，现在可能发生松胀，另一个方向可能反而挤压的程度更大了。
相应地，围岩内的应力大小和主应力方向也发生了改变，这种现象叫做围岩应力重分布。
围岩应力重分布只限于围岩一定范围内，在离洞壁较远的岩体内应力重分布甚微，可以略去不计。
地下开挖引起的围岩变形是有一定规律的。
变形终止时围岩内的应力就是重新分布的应力。
这个重新分布的应力对于评价围岩的稳定性具有重要意义。
为了便于说明起见，我们在这一节中对于最简单的条件(即在连续的均质的各向同性的岩体内开挖圆形隧洞，而且岩体的侧压力系数10=K ，即静水压力式的初始应力状态)下的围岩应力重分布问题，作定性分析，以便对于应力重分布的情况有一概念。
如图6-1所示，设岩体为连续的、均质的以及各向同性的，其侧压力系数为10=K ，亦即岩体的初始应力状态为静水压力式的。
此外，洞室的长度远较横截面的尺寸为大，所以可作为平面应变问题来研究。
在地下开挖以前，岩体内任一点A 的应力，即等于该点的自重应力v p ，而且由于10=K ，所以通过该点任何方向的应力都是v p 。
如果用极坐标来表示该点的应力状态，则该点的应力为：v r p =0σv p =0θσ式中 0r σ 岩体的径向应力；0θσ 岩体的切向应力。
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7岩体结构及其稳定性
rock mass structure&stability
一、概念
1、岩体(rock mass)：包含岩石(rock)和结构弱面(weak structural plane)。
（1）特点：
①不连续——受构造切割、孔隙等影响；
②非均质——各类矿物、岩石组合；
③各向异性——构造、非均质造成。
（2）与岩石的区别：
①范围大；
②强度、稳定性低。
2、岩体稳定：指在一定时间内、一定条件（自然、人为）下岩体不产生破坏性剪切滑移、塑性变形和张裂破坏。
3、岩体稳定性分析：包括——
⑴结构分析
⑵力学分析
⑶类比分析
一般需将三种分析方法进行相互补充、验证，作出综合评价。
二、岩体结构
㈠概念
岩体结构是指岩体中①结构面(structural plane)和②结构体(structural block)的组合特征，即结构面的发育程度、组合形式；结构体的大小、几何形式和排列。
①结构面——岩体中各种地质界面，如：层面、裂隙面、断层面、不整合面等。
岩体多沿结构面发生破坏。
②结构体——由结构面切割而成的单个块体。
㈡结构面：
1、成因类型：
⑴沉积结构面——沉积、成岩过程中形成，包括层理、层面、软弱夹层(weak intercalated layer)和不整合面等。
其中软弱夹层对岩体稳定性影响比较大，容易造成滑坡等工程事故。
软弱夹层的产状与岩层产状一致。
其成因分为：
①在陆相沉积间断的不整合面处形成软弱夹层；
②在火山喷发间歇期形成的风化软弱夹层；
③原生夹层。
其中①、②两种软弱夹层通常含泥质物质，松散。
形成良好的地下水通道，夹层的水稳定性差，易软化、泥化，强度和稳定性差。
⑵火成（或岩浆）结构面——在岩浆活动中形成，包括：
①侵入接触面——与围岩胶结不良，有变质物质。
②冷凝裂隙——张性裂隙面，粗糙。
⑶变质结构面——变质作用形成。
包括：
1片理——沿片理面片状矿物富集，岩体强度↓
②片岩软弱夹层——薄层云母片岩、
绿泥石片岩等，片理发育、岩性软弱、
矿物易风化。
对边坡、地下工程稳定造成影响。
⑷构造结构面——构造作用形成，规模大，对岩体稳定性影响很大。
包括：
1节理
2断层产状受构造应力场控制。
3层间错动面——与岩层一致，破碎，
含泥质。
⑸次生结构面——岩体受卸荷、风化、地下水等次生作用形成。
次生结构面易造成边
坡岩体破坏。
次生结构面包括：
1卸荷裂隙——岩体受河流切割、开挖等形成临空面，应力释放等作用
引起，张裂。
2风化裂隙——表层风化带，裂隙产状无规律，短小密集。
3风化夹层——沿原结构面发育形成，延深比风化裂隙大，产状受原
结构面控制。
风化夹层多呈松散、
破碎状，含泥质，水稳定性差。
如
断层风化、岩脉风化、夹层风化等。
4泥化夹层——地下水作用，使原软弱夹层（粘土岩、泥灰岩、页岩等）
泥化，产状与岩层一致。
5次生夹泥层——地下水作用产生次生夹泥，沿原结构面（层面、裂隙、
断层）形成，受原结构面控制，结
构面强度低。
2、结构面的主要特征（应特别注意）
⑴结构面的发展历史：
构造、次生作用影响比较大。
如：软弱夹层受构造错动→层间破碎夹层，其性质↓；层间错动面上次生泥化→其性质↓↓⑵结构面的物质组成：
含有松散、粘土类矿物，其抗剪强度低，对岩体稳定性影响大。
⑶结构面的延展性：
结构面延展长、规模大，则对其稳定性影响大。
⑷结构面的张开程度、充填胶结情况：
张节理为次生充填物、地下水活动提供条件，其抗剪强度低，对斜坡、隧道围岩稳定性影响大。
粘土、滑腻性矿物（如滑石、云母、绿泥石等）充填物，其抗剪强度很低，但若胶结，则其抗剪强度有提高。
⑸结构面的密集程度：
结构面的密集程度高，则其稳定性低。
⑹结构面的平整、光滑程度：
结构面越平整、光滑，则其稳定性越低。
结构面的类型及其特征见表7－5。
（二）结构体
1、结构体形式：
由结构面切割产生的单元体的几何形状。
常见有柱状、块状、板状、楔状、锥状等，见图7-5。
其中柱状、块状结构体的稳定性比板状结构体的稳定性高；菱状结构体的稳定性比楔状结构体的稳定性高。
2、岩体结构类型(如图7-6所示)
岩体结构分为整体结构、块状结构、层状结构、碎裂结构及散体结构五种类型。
其中工程性质比较差的有碎裂结构、层状碎裂结构及散体结构。
散体结构最差。
详见表7-7。
划分岩体结构的目的：定性评价岩体稳定性。
▲各类岩体结构对土木工程稳定性的影响：
1、层状结构：岩体呈层状分布，类似轴对称各向异性体，岩体稳定性受岩层产状影响很大:
(1)当岩层倾向与边坡倾向一致或相近时，容易产生滑坡失稳；
(2)当岩层倾角较大是，边坡或开挖面易产生崩塌；
（3）水平岩层的地基抵抗水平滑移能力降低；
（4）隧道等开挖面的岩层弯张破坏、软弱岩层的塑性变形等对工程稳定影响大；（如金川）
（5）层理、片理、节理比较发育，路基及边坡发生破坏事故多。
（6）受强烈褶皱等构造影响的层状碎裂结构，其岩体整体性差，强度低，稳定性更差。
作为地基需处理，作为边坡需缓坡或支护，隧道施工中则需紧跟支撑以防止坍塌。
2、散体结构：岩体呈碎屑、颗粒状散体介质，稳定性最差，存在大规模岩体失稳、崩塌等安全隐患，在各种工程中必须采取措施进行处理。
其它类型岩体结构影响：（自学）
岩体结构类型及其特征表7-7
结构类型完整状态
地下水作用特征结构面间
距（cm ）完整性系数
1块状结构50～1000.35～0.75甚微
2镶嵌结构＜50＜0.35含、导水不明显3碎裂结构＜50＜0.35
显著,软、泥化，渗流
4层状结构30～50薄层＜300.30～0.60薄
层＜0.40软、泥化显著
5层状碎裂结构＜50
＜0.40较层状更甚
6散体结构
＜0.20
软、泥化显著，膨
胀、崩解
用岩体完整性系数K 表示岩体完整程度，即
K =V m 2／V r
2
V m ——纵波在岩体中的传播速度；V r ——纵波在岩石中的传播速度。
按照岩体完整性系数K 划分的岩体完整性如下表
所示：
岩体完整性划分表
岩体完整性岩体完整性系数K 完整＞0.90比较完整
0.75～0.90
中等完整0.45～0.75
较差0.20～0.45
破碎＜0.20
二、岩体稳定性的结构分析
岩体稳定性的常用分析方法有：
（1）结构分析
（2）力学分析——岩体工程中介绍
（3）对比分析
一般需将三种方法相互结合，验证、补充，作出综合评价。
1、结构分析的实质：
对岩体结构要素（结构面、结构体）进行分析，明确岩体滑移的边界条件（切割面、滑移面、临空面）是否具备，对岩体稳定性作出判断。
2、结构分析的步骤：
⑴调查、统计、研究结构面的类型、产状、特征；
⑵分析结构面及其空间组合关系、结构体的形式——常用图解法——赤平极射投影法。
需了解的赤
平极射投影法内容：
1赤平极射投影的实质。
2物体的几何要素（点、线、面）的投影。
3结构面走向、倾斜、倾角的投影表示。
4赤平极射投影的作图方法。
5判断岩体结构的稳定性。
⑶评价岩体稳定性。