优势结构面

优势结构面理论在岩土工程中的应用

蒋建平1，章杨松2，罗国煜1，阎长虹1，汪明武3

(1.南京大学地球科学系；2.南京理工大学土木工程系；

3.合肥工业大学建筑工程学院)

摘要：本文介绍了优势结构面理论的发展和在岩土工程中的应用。其应用范围包括岩土工程区域稳定性问题、岩体结构面力学参数问题、岩体质量问题、岩体地基沉降变形问题、土体中的宏观优势结构面问题和岩土工程加固问题等。实践证明：优势结构面控制和评价区域稳定性有6种基于优势结构面理论的新方法；当测试结构面的力学参数时，应测优势结构面上的力学参数，同时要考虑围压效应；在评价岩体质量时，应加大优势结构面上岩体质量的权重值；在相同应力条件下，考虑优势结构面效应时，计算的地基变形量比不考虑优势面效应时要大，说明优势结构面对地基变形有明显影响；工程加固中要抓住优势结构面这一关键因素。

关键词：优势结构面理论；区域稳定性；优势面力学参数；岩体质量；地基变形；工程加固；土体

收稿日期：2000-06-06

基金项目：江苏驶通科技项目资助。

作者简介：蒋建平(1968-)，男，湖南邵阳人，南京大学博士研究生，专业为城市环境岩土工程。

优势结构面理论是罗国煜教授在几十年实践基础上建立起来的，首先就岩坡问题于1979年提出，正式发表于1981年［1］。之后，在工程地质、岩土工程、地质灾害和环境地质中得到了广泛的应用，并取得了重要成果。近一两年将优势结构面理论继续应用于一些岩土工程实践中，使得优势结构面理论得到了深化和发展，其应用范围得到了拓展，能以新的思路和分析方法解决岩土工程中的一些问题，如工程的区域稳定性问题、岩体力学参数选择、岩体质量、岩体地基沉降变形和工程加固问题等。这几个问题正是容易被忽略的问题，如注重地基稳定性，而忽略区域稳定性；测结构面的力学参数时，测的不是优势结构面的力学参数；没有注重优势结构面上的岩体质量；工程加固中没能抓住控制失稳的优势结构面这一主要矛盾；忽略土体中宏观优势结构面的分析等。所以，有必要用优势结构面理论对这几个问题进行分析和探讨。

1 优势结构面理论简介

岩体结构控制论最初由中国科学院地质研究所工程地质研究室提出(谷德振，1979)［2］，其他人在这方面也有研究

和发展［3］。优势结构面分析观点就是植根于这一理论，并取

得可喜进展(孙广忠，1993)［4］。

整的，它被各种各样的结构面所切割，

这些结构面包括节理裂隙、断层面、劈

理、缝、软弱层等［2］。优势结构面就是

上述各种结构面中按一定的优势指标找

图1 优势面理论基本思路框图出的对岩体稳定性起控制作用的结构

面。优势结构面理论是解决岩土工程问

题的一种新的研究观点和方法(张苏民，

1993)［5］，它以系统工程分析方法为指导，

以优势结构面分析为中心(黄润秋，张倬

元，王士天，1991)［6］，它认为优势结构

面或优势断裂是指对区域稳定性或岩体

稳定性起控制作用的结构面，以及对气、

液介质起控制作用的结构面，优势结构

面不限于三维结构概念，认为时间因素

是主导因素；以形成时间新、活动性强、

破碎带软弱和富水为特征；用优势指标

判定优势结构面，以优势结构面组合为

岩体稳定性模型，使地质分析和定量评

价相结合，定值论与非定值论并举(罗国

煜等)［7-14］(图1).

优势结构面(或优势面)理论提出后，在国内外产生了重大影响，应用于黄河黑山峡工程、黄河大柳树坝址工程、长

江三峡高边坡岩体工程、宁波大桥工程等十几个岩土工程，

并在润扬长江公路大桥区域稳定性和岩体质量评价和南京

市基岩工程特征评价等研究课题中取得了重要成果。

优势结构面理论的最大特点就是先注重

扎实的、系统的地质分析，再据优势指标找

出优势结构面及优势结构面形成的破坏模

式，然后建立相应的力学数学模型，向量化

分析方面发展。

区域稳定性指的是构造稳定性。优势结

构面理论认为［10，14］，对任何一个工程要先从

图2 区域优势断裂控稳宏观上看稳不稳，即先分析区域优势结构面

(即区域优势断裂).如图2所示，构筑物地基

本身稳，其实它不稳，看深一点就知道，因

为深部存在一条大的活断裂(优势结构面)；

某桥墩看其本身稳，看宽一点，它就不稳，

沿优势结构面发生塌岸时桥墩会垮塌。

所以区域稳定性评价是相当重要的，优势结构面理论的区域稳定性评价具有以下新思路和分析方法：

(1)优势结构面理论认为优势断裂(即优势结构面)控制

区域稳定性，优势断裂是指活动性相对强且对工程稳定性影

响较大的断裂，从而抓住了主要矛盾。

(2)对于控制区域稳定性的优势断裂，存在优势段和组

合优势段，优势断裂在工程上还存在横向分带性［19，20］。

断裂分段可概括为4种：断裂形态的几何学分段、结构分段、活动性分段和破裂分段。如润扬大桥桥基的夹江断裂

中就存在分段性，在世业洲桥位与渡口桥位断裂切割岩性不

同，世业洲桥位断裂角砾岩成分主要以花岗岩及砂岩为主，

渡口桥位断裂角砾岩则以泥岩、砂岩为主，棱角明显，且断

裂带宽度、胶结程度、内部结构都有差异；断层泥分维值、

成熟度和和目前活动度东西两段均有差异。

从断层岩的矿物组成、显微特征、岩体结构、物理力学性质、渗透性等诸方面来研究与评价断裂的工程横向分带

性，系统研究各分带的工程地质特征和针对各带提出相应的

工程对策，对评价断裂带和合理选取岩体参数以及指导工程

设计具有实际应用意义，对系统论证建在断裂带上的特大型