工程地质学--第六章+岩体的工+程地质性质及...讲述
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岩体的工程地质性质
1.整体块状结构岩体的工程地质性质 2.层状结构岩体的工程地质性质 3.碎裂结构岩体的工程地质性质 4.散体结构岩体的工程地质性质
岩体是在漫长的地质历史中形成与演变过来 的地质体，它被许许多多不同方向、不同规模的 断层面、节理面、裂隙面、层面、不整合面、接 触面等各种地质界面切割为形状不一、大小不等 的各种各样的块体。所以，岩体是指一定工程范 围内，一种或多种岩石中的各种结构面、结构体 的总体。因此，岩体不能以单块岩石为代表，单 块岩石强度较高，但被结构面切割破碎时，其构 成的岩体的强度却较小。所以岩体中结构面的发 育程度，性质及连通程度等，对岩体的工程地质 性质都有很大的影响。
岩体内结构面连通性
结构面的张开度和填充情况
结构面的张开度是指结构面的两壁隔开的距离。 以张开度的大小区分，主要分为：闭合的，微张开 的，张开的，宽张的。 闭合的结构面的力学性质取决于结构面两壁的 岩石性质和结构面粗糙程度。微张的结构面的剪切 强度比张开的结构面大。张开的和宽张的结构面， 其抗剪强度取决于填充物的成分和厚度。填充物为 黏土时比为砂质时强度低；为砂质时比砾质低。
块状结构岩体
层状结构岩体
碎裂结构岩体
散体结构岩体
谢~谢！
结构面的密度
它反映了节理的发育程度和岩体的完整性， 通常以线密度（条/m）或结构面的间距来表示. 节理发育程度分级
分级 节理间距（m） 节理发育程度 岩体完整性 Ⅰ ＞2 不发育 Ⅱ 0.5～2 较发育 Ⅲ 0.1～0.5 发育 Ⅳ ＜0.1 极发育
完整
块状
碎裂
破碎
结构面的连通性（贯通性、延展性） 在一定空间范围内的岩体中，结构面的走向、 倾向方向的连通程度。如图所示：
2.结构体类型 结构体是指岩体中被各类各级结构面切 割并包围的岩石块体及岩石集合体。根据其 外形特征结构体分为柱状、块状、板状、楔 形、菱形和锥形等六种基本形态。
岩体是在漫长的地质历史中形成与演变过来 的地质体，它被许许多多不同方向、不同规模的 断层面、节理面、裂隙面、层面、不整合面、接 触面等各种地质界面切割为形状不一、大小不等 的各种各样的块体。所以，岩体是指一定工程范 围内，一种或多种岩石中的各种结构面、结构体 的总体。因此，岩体不能以单块岩石为代表，单 块岩石强度较高，但被结构面切割破碎时，其构 成的岩体的强度却较小。所以岩体中结构面的发 育程度，性质及连通程度等，对岩体的工程地质 性质都有很大的影响。
岩体内结构面连通性
结构面的张开度和填充情况
结构面的张开度是指结构面的两壁隔开的距离。 以张开度的大小区分，主要分为：闭合的，微张开 的，张开的，宽张的。 闭合的结构面的力学性质取决于结构面两壁的 岩石性质和结构面粗糙程度。微张的结构面的剪切 强度比张开的结构面大。张开的和宽张的结构面， 其抗剪强度取决于填充物的成分和厚度。填充物为 黏土时比为砂质时强度低；为砂质时比砾质低。
块状结构岩体
层状结构岩体
碎裂结构岩体
散体结构岩体
谢~谢！
结构面的密度
它反映了节理的发育程度和岩体的完整性， 通常以线密度（条/m）或结构面的间距来表示. 节理发育程度分级
分级 节理间距（m） 节理发育程度 岩体完整性 Ⅰ ＞2 不发育 Ⅱ 0.5～2 较发育 Ⅲ 0.1～0.5 发育 Ⅳ ＜0.1 极发育
完整
块状
碎裂
破碎
结构面的连通性（贯通性、延展性） 在一定空间范围内的岩体中，结构面的走向、 倾向方向的连通程度。如图所示：
2.结构体类型 结构体是指岩体中被各类各级结构面切 割并包围的岩石块体及岩石集合体。根据其 外形特征结构体分为柱状、块状、板状、楔 形、菱形和锥形等六种基本形态。
工程地质讲稿-第6章岩石岩体工程性质
弱夹层等力学不连续面。
✓结构体 —岩体被结构面切割成的不同形状和大
小的岩块。
✓ 岩体的结构特征 — 岩体中结构面、结构体
的形状、规模、性质及其组合关系的特征。
h
13
1、结构面的成因类型 原生结构面
✓ 沉积结构面 层理面 沉积间断面 软弱夹层
✓ 火成结构面
原生节理 多期岩浆岩之间的接触面 侵入体与围岩的接触面 流纹和流层面
22
▲ 泥化夹层的特征
成分：粘粒含量明显增多。 结构：由固结或超固结变成泥质分散结构。 物理状态：天然含水量高，接近或超过塑限。
力学强度：软弱，μ≈0.2。
h
23
4、结构体 形状 （取决于结构面的组数及产状 ）
大小 （取决于结构面组数及各组间距 ）
h
24
➢ 结构体
的形状大 小相同，
1>
产状不同
G Ws
Vs • w
W、V
气 水
固体物质
Vn Ww、Vw
Ws、Vs
— 重量
W V
* 干容重、天然容重及饱和容重 *
✓ 空隙性
n Vn V
坚硬岩石 0.2~4.5% 半坚硬岩石 5.0~20.0% 松散沉积物 25.9~47.6%
h
4
二、岩石的水理性质
➢ 吸水性
• 吸水率
• 饱和吸水率
• 饱和系数
标志：其天然含水量等于或大于塑限。 特点：湿度高、密度小、强度低、变形大。
① 物质基础：粘土矿物含量较高的原生软弱夹层，
如粘土岩、粘土质页岩、粘土质粉砂岩、泥质板岩、 泥灰岩、千枚岩等夹层。
② 构造作用
③ 地下水的作用：结合水膜减弱颗粒间连接力，岩
石处于塑态甚至接近流态；溶解盐类、水化和水解
✓结构体 —岩体被结构面切割成的不同形状和大
小的岩块。
✓ 岩体的结构特征 — 岩体中结构面、结构体
的形状、规模、性质及其组合关系的特征。
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1、结构面的成因类型 原生结构面
✓ 沉积结构面 层理面 沉积间断面 软弱夹层
✓ 火成结构面
原生节理 多期岩浆岩之间的接触面 侵入体与围岩的接触面 流纹和流层面
22
▲ 泥化夹层的特征
成分：粘粒含量明显增多。 结构：由固结或超固结变成泥质分散结构。 物理状态：天然含水量高，接近或超过塑限。
力学强度：软弱，μ≈0.2。
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4、结构体 形状 （取决于结构面的组数及产状 ）
大小 （取决于结构面组数及各组间距 ）
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➢ 结构体
的形状大 小相同，
1>
产状不同
G Ws
Vs • w
W、V
气 水
固体物质
Vn Ww、Vw
Ws、Vs
— 重量
W V
* 干容重、天然容重及饱和容重 *
✓ 空隙性
n Vn V
坚硬岩石 0.2~4.5% 半坚硬岩石 5.0~20.0% 松散沉积物 25.9~47.6%
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二、岩石的水理性质
➢ 吸水性
• 吸水率
• 饱和吸水率
• 饱和系数
标志：其天然含水量等于或大于塑限。 特点：湿度高、密度小、强度低、变形大。
① 物质基础：粘土矿物含量较高的原生软弱夹层，
如粘土岩、粘土质页岩、粘土质粉砂岩、泥质板岩、 泥灰岩、千枚岩等夹层。
② 构造作用
③ 地下水的作用：结合水膜减弱颗粒间连接力，岩
石处于塑态甚至接近流态；溶解盐类、水化和水解
工程地质学--第六章 岩体的工 程地质性质及岩体工程分类
沉积结 构面
一般与岩层产状 一致，为层间结 构面
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
原 生 结 构 面
岩浆岩 结构面
变质结 构面
1片理 2片岩软弱夹层 1节理（X型节理、张 节理） 2断层（冲断层、捩断 层、横断层） 3层间错动 4羽状裂隙、劈理 1卸荷裂隙 2风化裂隙 3风化夹层 4泥化夹层 5次生夹泥层
一般为泥质物充填，水理性质很差
在天然及人工边坡上造成危害，有时对 坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有影响， 但一般在施工中予以清基处理
2015-4-22
中国地质大学工程学院
4
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
(一)地质成因类型
1.原生结构面是岩体在成岩过程中形成的结构面。可分为沉积结构 面、岩浆结构面和变质结构面三类。 • 沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、 软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。 • 岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆 岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节 理等。 • 变质结构面在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶结构 面。 2.构造结构面 是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面， 包括断层、节理、劈理和层间错动面等。 3.次生结构面 是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括 卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。
Kn n V j
2015-4-22
22
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
二、结构面的剪切变形性质
1、剪切变形特征
• • • • 粗糙结构面，呈脆性变形型 平直结构面，呈塑性变形型 结构面变形与风化程度有关 结构面的剪切刚度，随法向 应力的增大而增大，随结构 面的规模增大而降低。
岩石工程地质性质课件
剪切强度试验分为非限制性剪切强度试验 （Unconfined shear strength test）和限制性剪切强 度试验（Confined shear strength test）二类。
非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在，没有 正应力存在；限制性剪切试验在剪切面上除了存在剪 应力外，还存在正应力。
•岩石工程地质性质
•38
5) Hoek直剪仪试验装置
•岩石工程地质性质
•39
6）角模压剪试验及受力分析示意图
在压力P的作用下，剪切面上可分解为沿剪切面的剪 力Psinα/A和垂直剪切面的正应力Pcosα/A，如图所 示。
•岩石工程地质性质
•40
7）限制性剪切强度试验结果及其分析
①试验结果：剪切面上正应力越大，试件被剪破坏前所能承受的 剪应力也越大。
衡量岩石透水性的指标为渗透系数(K)。一般来说，完整密实的岩 石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数一般是在钻孔中进行抽 水或压水试验而测定的。
一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一样，也服从 于线性渗流规律——达西定律，即
UKJ
•岩石工程地质性质
•14
几种岩石的渗透系数值
•岩石工程地质性质
•32
b.应力分布：圆盘在压应力的作用下，沿圆盘直径y—y的应力分 布和x—x方向均为压应力。而离开边缘后，沿y—y方向仍为压应 力，但应力值比边缘处显著减少。并趋于均匀化；x—x方向变成 拉应力。并在沿y—y的很长一段距离上呈均匀分布状态。
c.破坏原因：从图可以看出，虽然拉应力的值比压应力值低很多， 但由于岩石的抗拉强度很低，所以试件还是由于x方向的拉应力而 导致试件沿直径的劈裂破坏。破坏是从直径中心开始，然后向两 端发展，反映了岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实。
非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在，没有 正应力存在；限制性剪切试验在剪切面上除了存在剪 应力外，还存在正应力。
•岩石工程地质性质
•38
5) Hoek直剪仪试验装置
•岩石工程地质性质
•39
6）角模压剪试验及受力分析示意图
在压力P的作用下，剪切面上可分解为沿剪切面的剪 力Psinα/A和垂直剪切面的正应力Pcosα/A，如图所 示。
•岩石工程地质性质
•40
7）限制性剪切强度试验结果及其分析
①试验结果：剪切面上正应力越大，试件被剪破坏前所能承受的 剪应力也越大。
衡量岩石透水性的指标为渗透系数(K)。一般来说，完整密实的岩 石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数一般是在钻孔中进行抽 水或压水试验而测定的。
一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一样，也服从 于线性渗流规律——达西定律，即
UKJ
•岩石工程地质性质
•14
几种岩石的渗透系数值
•岩石工程地质性质
•32
b.应力分布：圆盘在压应力的作用下，沿圆盘直径y—y的应力分 布和x—x方向均为压应力。而离开边缘后，沿y—y方向仍为压应 力，但应力值比边缘处显著减少。并趋于均匀化；x—x方向变成 拉应力。并在沿y—y的很长一段距离上呈均匀分布状态。
c.破坏原因：从图可以看出，虽然拉应力的值比压应力值低很多， 但由于岩石的抗拉强度很低，所以试件还是由于x方向的拉应力而 导致试件沿直径的劈裂破坏。破坏是从直径中心开始，然后向两 端发展，反映了岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实。
工程地质学基础 第六章 岩石风化工程地质研究
弱风化：上部坚硬块石夹半疏松碎屑，碎屑含<20%，30~70% 结构面发育碎屑等几十公分。RQD50~90%，纵波速度 3000~5000m/s
微风化：坚硬岩石，沿裂面风化，约1mm厚风化皮，RQD 90~95%，纵波速度5000~6000m/s。
三 分带的方法
工程的初勘阶段：以定性分带为主 工程的详勘阶段：以定量分带为主 地质分析法—定性分析方法 通过岩石颜色、破碎程度、矿物成分的变化 指标定量法 （1）声波测试法：岩石风化后，声波速度变慢。据波速及波形变化 确定风化层。
列化学变化过程，引起岩石结构构造、矿物成分和化学成分 的变化。 主要风化作用：氧化、溶解、水、水解、碳酸化和硫酸化 等作用。 多发生于温暖潮湿的地方，风化深度可达百米以上。
三、风化结果及工程意义
岩体结构构造发生变化
岩体完整性遭受破坏，结构性丧失，空隙性增大，矿碎成块石、碎石或土体。
岩石的矿物成分和化学成分发生变化
三分法、四分法、五分法 四分法：全风化带、强风化带、弱风化带、
微风化带
二 分带的标志
岩石风化壳分带及各带基本特征
风化 分带
剧 风 化 带
强 风 化 带
弱 风 化 带
微 风 化 带
岩石颜色
矿物颜色
原岩完全变 色，常呈黄 褐、棕红、
红色
除石英外，其余矿物多 已变异，形成绿泥石、 绢云母、蛭石、滑石、 石膏、盐类及粘土矿物
全风化带 纵波速1000~2000 强风化带 纵波速2000~3000 弱风化带 纵波速3000~5000 微风化带 纵波速5000~6000
（2）风化系数法
Ky
KnKwKR 3
式中：Kn=n1/n2—孔隙率系数
Kω= ω1/ ω2 —吸水率系数
微风化：坚硬岩石，沿裂面风化，约1mm厚风化皮，RQD 90~95%，纵波速度5000~6000m/s。
三 分带的方法
工程的初勘阶段：以定性分带为主 工程的详勘阶段：以定量分带为主 地质分析法—定性分析方法 通过岩石颜色、破碎程度、矿物成分的变化 指标定量法 （1）声波测试法：岩石风化后，声波速度变慢。据波速及波形变化 确定风化层。
列化学变化过程，引起岩石结构构造、矿物成分和化学成分 的变化。 主要风化作用：氧化、溶解、水、水解、碳酸化和硫酸化 等作用。 多发生于温暖潮湿的地方，风化深度可达百米以上。
三、风化结果及工程意义
岩体结构构造发生变化
岩体完整性遭受破坏，结构性丧失，空隙性增大，矿碎成块石、碎石或土体。
岩石的矿物成分和化学成分发生变化
三分法、四分法、五分法 四分法：全风化带、强风化带、弱风化带、
微风化带
二 分带的标志
岩石风化壳分带及各带基本特征
风化 分带
剧 风 化 带
强 风 化 带
弱 风 化 带
微 风 化 带
岩石颜色
矿物颜色
原岩完全变 色，常呈黄 褐、棕红、
红色
除石英外，其余矿物多 已变异，形成绿泥石、 绢云母、蛭石、滑石、 石膏、盐类及粘土矿物
全风化带 纵波速1000~2000 强风化带 纵波速2000~3000 弱风化带 纵波速3000~5000 微风化带 纵波速5000~6000
（2）风化系数法
Ky
KnKwKR 3
式中：Kn=n1/n2—孔隙率系数
Kω= ω1/ ω2 —吸水率系数
工程地质6第六章
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
2. 岩体结构：
结构面和结构体按力学性能可分为若干类 型，不同类型的岩体结构单元在岩体内组合 、排列的形式即为岩体结构。故岩体结构是 指岩体中结构面和结构体两个要素的组合特 征。包含以下三方面内容：
第一岩体的结构单元或结构要素； 第二结构要素的组合特征（不同类型要素的搭 配）； 第三结构要素的排列特征（是否有序、是否贯 通等）。
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~
微张状、一般风化微弱、结合力一般不强，结构体块度较大且保持着母岩岩 块性质，故这类岩体总体变形模量和承载能力均较高，可作为工程建筑地基， 但应注意结构面结合力不强的情况。
碎裂结构岩体：节理、裂隙发育、常有泥质充填物质，结合力不强，
其中层状岩体常有平行层面的软弱结构面发育，结构体块度不大，岩体完整 性破坏较大，其中镶嵌结构岩体因其结构体为硬质岩石，尚具较高的变形模 量和承载能力，工程地质性能尚好；而层状碎裂结构和碎裂结构岩体则变形 模量、承载能力均不高，工程地质性质较差。
规范中的相关规定
１、关于岩质边坡的稳定性分析
目前为止，对于岩质边坡的稳定性分析，可以说仍没有一套比较完善 统一的体系，我国的相关规范中建议使用赤平投影的方法进行定性分析 ，说明该方法在定性分析方面是比较成熟的。
２、建筑边坡工程技术规范GB50330-2002
工程地质-岩石及岩体的工程地质性质幻灯片课件
岩石受水作用后，强度和稳定性发生变化的性 质称为岩石的软化性。软化学性主要决定于岩 石的矿物成分、结构和构造特征。黏土矿物含 量高、孔隙度大 、吸水率高的岩石，与水作 用容易软化而丧失其强度和稳定性。
• 软化性指标是软化系数(softening coefficient)： 在数值上，等于岩石在饱和状态下的极限抗压 强度和在风干状态下的极限抗压强度的比，用 小数表示。其值越小，表示岩石在水作用下的 强度和稳定性越差。软化系数小于0.75的岩石， 认为是软化性强的岩石，工程性质比较差。
• 1）第一变形阶段为图中OA段曲线，属于微裂隙压密阶段， 岩石中微裂隙在压力作用下逐渐被压密，岩石的应力—应 变曲线呈上凹形。
• 2）第二变形阶段为图中AB段曲线，属于弹性变形阶段， 岩石中微裂隙进一步闭合及压密，孔隙被压缩，因而岩石 的应力—应变曲线为曲型的直线形式。曲线上B点所对应
的应力e为弹性极限强度或比例极限。
膨胀试验仪器
岩石的主要物理性质指标
2、岩石的主要力学性质指标
• （1）岩石的变形性质 • 岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。 • 1）弹性变形 • 岩石在外力作用下发生变形，当外力撤去后又恢复其原
有的形状及体积的变形称为弹性变形。
• 2）塑性变形 • 岩石在超过其屈服极限外力作用下发生变形，当外力撤
包括孔隙)部分单位体积的重量。在数值上，等于岩石固体颗 粒的重量与同体积的水在4℃时重量的比。其大小，决定于岩
石中矿物的比重及其在岩石中的相对含量。
• （2）重度(容重, unit weight）：指岩石单位体积的重
量，在数值上等于岩石试件的总重量(包括孔隙中的水重)与 其总体积(包括孔隙体积)之比。其大小，决定于岩石中矿物 的比重，岩石的孔隙性及其含水情况。
• 软化性指标是软化系数(softening coefficient)： 在数值上，等于岩石在饱和状态下的极限抗压 强度和在风干状态下的极限抗压强度的比，用 小数表示。其值越小，表示岩石在水作用下的 强度和稳定性越差。软化系数小于0.75的岩石， 认为是软化性强的岩石，工程性质比较差。
• 1）第一变形阶段为图中OA段曲线，属于微裂隙压密阶段， 岩石中微裂隙在压力作用下逐渐被压密，岩石的应力—应 变曲线呈上凹形。
• 2）第二变形阶段为图中AB段曲线，属于弹性变形阶段， 岩石中微裂隙进一步闭合及压密，孔隙被压缩，因而岩石 的应力—应变曲线为曲型的直线形式。曲线上B点所对应
的应力e为弹性极限强度或比例极限。
膨胀试验仪器
岩石的主要物理性质指标
2、岩石的主要力学性质指标
• （1）岩石的变形性质 • 岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。 • 1）弹性变形 • 岩石在外力作用下发生变形，当外力撤去后又恢复其原
有的形状及体积的变形称为弹性变形。
• 2）塑性变形 • 岩石在超过其屈服极限外力作用下发生变形，当外力撤
包括孔隙)部分单位体积的重量。在数值上，等于岩石固体颗 粒的重量与同体积的水在4℃时重量的比。其大小，决定于岩
石中矿物的比重及其在岩石中的相对含量。
• （2）重度(容重, unit weight）：指岩石单位体积的重
量，在数值上等于岩石试件的总重量(包括孔隙中的水重)与 其总体积(包括孔隙体积)之比。其大小，决定于岩石中矿物 的比重，岩石的孔隙性及其含水情况。
第六章 岩体的工程
• 2、剪切变形特征 • 在岩体中取一含结构面的岩块试 件，在剪力仪上进行剪切试验， 可得到结构面剪应力τ与结构面剪 切位移△u的关系曲线。试验研究 表明，结构面的剪切变形有如下 特征。 • 1、结构面的剪切变形曲线均为非 线性曲线 ，可为脆性变形和塑性 变形两类曲线 。 • 2、塑性变形曲线：特点是无明显 的峰值强度和应力降，且峰值强 度与残余强度相差很小，曲线的 斜率是连续变化的，且具流变性。 脆性变形曲线：特点是开始时剪 切变形随应力增加缓慢，曲线较 陡。峰值后剪切变形增加较快， 有明显的峰值强度和应力降。当 应力降至一定值后趋于稳定，残 余强度明显低于峰值强度。
d
（四)结构面的形态
• 4）结构面形态：
• 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(2δ/L)
结构面的粗糙度
• 结构面的粗糙度可用 粗糙度系数 JRC表示。 • 粗糙程度可将粗糙度 系数(JRC)分为如图 6—5所示的10级 。
• 影响岩体的力学性质的主要因素： • 组成岩体的岩石材料性质；结构面的发育 特征及其性质和岩体的地质环境条件，尤 其是天然应力及地下水条件。 • 本节内容将主要介绍岩体的变形与强度性 质
一、岩体的力学性质
• （一）结构面的变形特性 • 1、法向变形特征
• 试验方法
• 分别对这两种试件施加连续法向压应力， 可得到（P76）如图6—6所示的应力—变形 关系曲线。 • ΔVj=ΔVt—ΔVr
(—)结构面的剪切强度
• 由于结构面的特征不同，结构面抗剪强度 曲线有以下几种形式： • 1．平直光滑无充填结构面的剪切强度 • 其剪切强度接近于人工磨光面的摩擦强 度．即 τ=σtanφi • 天然平直光滑结构面仍具有细微的起伏和 凹凸，剪切强度仍由内聚力(c)和摩擦力组 成。 υ一般20—40，C在0—0.1MPa。
岩体的工程地质性质
Xe
a1
a2 an A
岩体按切割度分类： Xe＝0.1～0.2 完整岩体； Xe＝0.2～0.4弱节理化岩体； Xe＝0.4～0.6中等节理化岩体； Xe＝0.6～0.8强节理化岩体； Xe＝0.8～1.0完全节理化岩体； 岩体被某组结构面切割的程度Xr为：
Xr K Xe
式中：K为岩体的裂隙度； Xe 为沿某一平面的切割度。
（2）切割度Xe——指岩体被节理分割的程度。
假设岩体仅有一个结构面，可沿结构面在岩体中取一个贯
通性的假想平直断面，则结构面面积a与该断面面积A之比， 即为该岩体的切割度。
a Xe A
可见,当: 0<Xe<1, 岩体部分切割； Xe＝1, 岩体被整个切割； Xe＝0, 即岩体为完整连续体。
如果岩体沿某断面上同时存在着面积为a1、a2…an的n个结 构面时，则岩体沿该断面的切割度为
路、总参、建设部，个人方面有王思敬、陶振宇、杨子文。 c. 评价岩体强度 ✓ 利用结构面网络模拟、蒙特卡洛法等
影响岩石工程性质的因素
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
4.3 结构面特征及力学性质
结构面的发育程度、规模大小、组合形式等是决定结构体 的形状、方位和大小，控制岩体稳定性的重要因素。尤以结 构面的规模是最重要的控制因素。按结构面发育程度和规模 可以划分为如下五级：
构面的成因类型
➢ 原生结构面：岩石成岩过程中形成的结构面。 ✓ 沉积结构面：层理、层面、沉积不整合面、沉积软弱夹层。 ✓ 火成结构面：岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面。 ✓ 变质结构面：包括残余的变余结构面和变成的重结晶结构面。 ➢ 次生结构面 ✓ 内动力成因型结构面（构造结构面）：受构造应力作用。 ✓ 外动力成因型结构面（表生结构面）：如卸荷裂隙（长江链子
第六章岩体的工程地质性质及岩体工程分类
岩体工程分类是以岩体稳定性或岩体质量 评价为基础的分类，是工程地质学中一个重要 的研究课题。为综合性分类。 目前主要考虑三方面因素的指标：即与岩 石工程性质有关的指标（力学性质）、岩体后 期改造有关的指标 ( 岩体结构 ) 和岩体赋存条件 方面的指标（地下水、地应力） 。
岩石质量指标 RQD （Rock Quality Designation） 定义————大于10cm的岩芯累计长度与
（4）结构面的形态
用侧壁的起伏形态和粗糙度来表示。
粗糙度系数（JRC）
根据结构面的粗
糙程度可将粗糙度系
数分为10级。 用剖面仪测出结 构面的粗糙剖面，然 后比较右图定出粗糙 度系数。
P80式6-19
（5）结构面的张开度：
结构面两壁间的平均距离，mm。
测量仪器：塞尺
结构面的张开度大小影响 岩体的强度及渗透性。
他带领勘测地质队员，查
徐瑞春 （右）
三峡勘测研究院总工 长江委综合勘测局副总工 教授级高级工程师 全国工程勘察大师
清葛洲坝坝基下 72 层 层间剪切带，并提出了剪 切带的建层、分类及空间 分布规律。为葛洲坝施工 解决大坝地基基础处理问 题发挥了重要作用。
四、岩体的结构类型划分 岩体结构——岩体中结构面和结构体的组合方式。
第六章
岩体的工程地质性质
及岩体工程分类
岩石与岩体的区别
岩石是矿物或碎屑的集合体，例如火成岩，沉积岩，变 质岩； 岩体——是由结构面和被结构面所分隔的岩石（岩块、 结构体）构成的整体，处于一定的地应力状态中。 坡岩体，地基岩体等。 岩石的工程地质性质与组成岩石的矿物成分有关，但主 要取决于颗粒间的联结特征； 岩体的工程地质性质是由结构面和被结构面所分隔的 eg.边
岩石质量指标 RQD （Rock Quality Designation） 定义————大于10cm的岩芯累计长度与
（4）结构面的形态
用侧壁的起伏形态和粗糙度来表示。
粗糙度系数（JRC）
根据结构面的粗
糙程度可将粗糙度系
数分为10级。 用剖面仪测出结 构面的粗糙剖面，然 后比较右图定出粗糙 度系数。
P80式6-19
（5）结构面的张开度：
结构面两壁间的平均距离，mm。
测量仪器：塞尺
结构面的张开度大小影响 岩体的强度及渗透性。
他带领勘测地质队员，查
徐瑞春 （右）
三峡勘测研究院总工 长江委综合勘测局副总工 教授级高级工程师 全国工程勘察大师
清葛洲坝坝基下 72 层 层间剪切带，并提出了剪 切带的建层、分类及空间 分布规律。为葛洲坝施工 解决大坝地基基础处理问 题发挥了重要作用。
四、岩体的结构类型划分 岩体结构——岩体中结构面和结构体的组合方式。
第六章
岩体的工程地质性质
及岩体工程分类
岩石与岩体的区别
岩石是矿物或碎屑的集合体，例如火成岩，沉积岩，变 质岩； 岩体——是由结构面和被结构面所分隔的岩石（岩块、 结构体）构成的整体，处于一定的地应力状态中。 坡岩体，地基岩体等。 岩石的工程地质性质与组成岩石的矿物成分有关，但主 要取决于颗粒间的联结特征； 岩体的工程地质性质是由结构面和被结构面所分隔的 eg.边
工程地质学_第6章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
2、结构体特征及性质
(1)特征 可用其规模、形态及其产状进行描述 a.按不同级别结构面对岩岩体的切割，可将结构体划分为 4级。 Ⅰ级结构体——地质体或称断块体 Ⅱ级结构体——岩块 Ⅲ级结构体——块体 Ⅳ级结构体——山体
b.基本形状有柱状、块状、板状、楔形、锥形、菱形等。一般 来说其稳定程度，板状结构体比柱状、块状的差。而楔状的比 菱形及锥状的差. c.产状一般用结构体表面上最大结构面的长轴方向表示，平卧 的板状结构体比竖直的板状结构体对岩体稳定性的影响要大— 些.
变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路 堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对 工程及地下洞体稳定也有影响
对岩体稳定影响很大．在上述许 多岩体破坏过程中．大都有构造结 构面的配合作用．此外常造成边坡 及地下工程的塌方、冒顶
在天然及人工边坡上造成危害， 有时对坝基，坝肩及浅埋隧洞等工 程亦有影响，但一般在施工中予以 清基处理
侧壁的起伏程度
结构面粗糙
结构面的粗糙度可用粗糙度系数(JRC)表示: 它可以
增加结构面的摩擦角．进而提高了岩体的强度。据结构面 的粗糙程度可将粗糙度系数（JRC）分为10级。在实际工作 中，可用剖面仪测出所研究结构面的粗糙剖面、然后与标 准剖面进行比较，即可求得结构面的粗糙度系数(JRC).
e. 结构面的张开度
层状结构 （Ⅱ1）
与围岩接触面可具 接触面延伸较 熔合及破坏两种不 远，比较稳定而 同的特征。原生节 原生节理往往短 理一般为张裂面， 小密集 较粗糙不平 结构面光滑平 片理短小，分布 直．片理在岩层深 变质 1.片理 产状与岩层或 极密．片岩软弱 部往往闭合成隐蔽 构造方向一致 夹层延展较远， 结构面，片岩、软 结构面 2.片岩软 弱夹层 具固定层次 弱夹层、岩片状矿 物．呈鳞片状 张性断裂不平整， 1.节理（X型节理， 张性断裂较短小, 常具次生充填．呈 张节理） 产状与构造线 剪切断裂延展较 锯齿状，剪切断裂 2.断层（正断层，逆 呈一定关系， 远，压性断裂规 较平直．具羽状裂 构造结构面 断层，走滑断层） 层间带动与岩 模巨大．但有时 晾，压性断层具多 3.层间错动带 层一致 为横断层切割成 种构造岩，成带状 4.羽状裂隙劈理 不连续状 分布，往往含断层 泥、糜棱岩 1.卸荷裂隙 2.风化裂隙 次生结构面 3.风化夹层 4.泥化夹层 5.次生夹泥 分布上往往呈不 连续状，透镜 受地形及原结 一般为泥质物充 体，延展性差， 构面控制 填，水理性质很差 且主要在地表风 化带内发育
第六章 岩体的力学性质 (岩体力学)
陡
岩体刚度大，不易变形，岩体
直
较坚硬、完整、致密均匀、少
线
裂隙，以弹性变形为主，接近
型
于均质弹性体。
缓 直 线 型
2020/4/8
岩体刚度低、易变形，由多组结
构面切割且分布较均匀或岩性较
软弱且均质或平行层面加压。有
明显的塑性变形和回滞环，非弹
性变形。
土木工程专业课程——《岩体力学》
18
第六章 岩体的力学性质
土木工程专业课程——《岩体力学》
(Q 1)
16
第六章 岩体的力学性质
三、岩体变形曲线类型及其特征
1、法向变形曲线
直线型 上凹型 上凸型 复合型
2020/4/8
土木工程专业课程——《岩体力学》
17
第六章 岩体的力学性质
直 线 型
通过原点的直线，其方程为p＝f(W)＝KW
加压过程中W随p成正比增加 岩体岩性均匀、结构面不发育或结构面分布均匀
土木工程专业课程——《岩体力学》
4
第六章 岩体的力学性质
静力法的基本原理：在选定的岩体表面、 槽壁或钻孔壁面上施加法向荷载，并测 定其岩体的变形值；然后绘制出压力-变 形关系曲线，计算出岩体的变形参数。
动力法的基本原理：用人工方法对岩体 发射(或激发)弹性波(声波或地震波)，并 测定其在岩体中的传播速度，然后根据 波动理论求岩体的变形参数。
小，代表性受到局限。
2020/4/8
土木工程专业课程——《岩体力学》
8
3、狭缝法
第六章 岩体的力学性质
2020/4/8
Em
pl 2WR
[(1 m )(tg1
tg
2)
(1 m )(sin 21 sin 2 2)]
第六章 岩体的工程及岩体的过程分类
二、岩体强度 岩体强度受到岩块和结构面强度及组合形式的控制。 一般情况下，岩体强度既不等于岩块的强度，也不 等于结构面的强度，但在某些情况下，可以用岩块 强度或结构面强度来代替。如岩体结构面不发育， 呈整体或完整结构，则其强度可近似于岩块强度。 如岩体沿着某些结构面整体滑动破坏，则岩体强度 完全取决于结构面强度。 1.结构面的剪切强度 1）平直光滑无充填结构面 τ=σtgυi
(3).当结构面与最大主应力σ1的夹角β为0°时，岩 体将平行结构面，产生劈裂拉张破坏，如（c）图 所示。
(二)、结构面的连续性 连续性反映了结构面的贯通 程度，常用线连续性系数和 面连续性系数来表示。 线连续性系数：沿岩体中某 结构面延长方向上，结构面 各段长度之和(∑a)与测线长度 的比值即：K1= ∑a/(∑a+ ∑b) K1变化在0—1之间， K1值越 大，则结构面连续性越好； 当K1=1时，则结构面完全贯 通。
(六)、结构面的充填胶结特征
结构面经胶结后，力学性质有所改善。改善
的程度因胶结物成分的不同而异，以铁质胶 结的强度最高，往往与岩石强度差别不大， 甚至超过岩石强度；而泥质胶结及易溶盐类 胶结的结构面强度最低，且抗水性差。 (七)、结构面的分级及其特征
三、软弱夹层 软弱夹层：指岩体中那些性质软弱、有一定厚度的软弱结构 面或软弱带。 软弱夹层具有较高压缩性和低强度的特征。 四、结构体特征 结构体：指被结构面切割成的岩块，称为结构体。它可用规 模、形态和产状进行描述。 五、岩体的结构类型 由于组成岩体的岩性、遭受的构造变动及次生变化的不均一 性，导致了岩体结构的复杂性。为了概括地反映结构面和结 构体的成因、特征及其排列组合关系，将岩体划分为4大类 和8个亚类。
第六章 岩体的工程地质性质及其分类
由以上试验结果可知：
（1）岩体的变形模量比岩块的小，而且受结构面发育 程度及风化程度等因素影响十分明显。
（2）不同地质条件下的同一类型的岩体，其变形模量 相差较大。
（3）试验方法不同、压力大小不同，得到的岩体变形 模量不同。 岩体与岩块比：弹性摸量E小，峰值强度低，残余强度低， 各向异性显著，相同荷载下的变形大。
岩体的变形是岩块变形和结构变形的总和。结构变形通 常包括结构面闭合、充填物的压密及结构体转动和滑动等变 形。
岩体变形=岩块变形+结构面闭合+充填物压缩+其他变形 在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。 一、岩体变形试验及其变形参数确定
岩体的变形试验包括静力法和动力法两大类：
1. 基本方法 （1）静力法
β
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β间的关系为：
由上式可知：当围压σ3不变时，岩体强度(σ1－σ3) 随结构面倾角β变化而变化。
四 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：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度 之和(Σa)与测线长度的比值。如下图所示，可按下式计算。
（1）抗剪断强度 ——是指在任一法向应力下，岩体沿新鲜岩石剪 切破坏时能抵抗的最大剪应力。 （2）抗剪强度 ——是指在任一法向应力下，岩体沿已有破裂面 剪切破坏时的最大应力。 （3）抗切强度 ——是指剪切面上的法向应力为零时的抗剪断强 度。
五 密度 结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 1、线密度(Kd) 指结构面法线方向单位测线长度上交切结 构面的条数(条/m)。 2、间距(d) 指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的 平均距离。
Kd与d互为倒数关系
结构面间距分级表
工程地质学第六章课件
可溶性岩石
岩石的裂隙性
垂直循环带
水的溶蚀能力
季节循环带
岩溶水的运动与循环 水平循环带
深部循环带
85-49
三、岩溶地区工程地质问题
主要有：
地基塌陷 不均匀下沉 基坑、洞室涌水等
85-51
四、岩溶的防治措施
1．挖填
回填溶洞
隧道拱顶溶洞回填
85-55
2．跨盖
采用梁式基础或 拱形结构跨越溶洞、 沟槽等，或用刚性大 的平板基础覆盖沟槽 、溶洞。
拦挡工程 排导工程 水土保持
85-21
（一）拦挡工程
主要用于上游形成区的后缘，主要建筑物是 各种形式的坝。它的作用主要是拦泥滞流和护床 固坡。
谷坊群
格栅坝
85-22
（二）排导工程 主要用于下游的洪积扇上，目的是防止泥 石流漫流改道。减小冲刷和淤积的破坏以保护 附近的居民点、工矿点和交通线路。 排导工程主要包括排导沟、渡槽、急流槽 、导流堤、排洪道等。
隧道边墙下溶洞处理
85-56
形成区又可分为汇水动力区和物质供给区。
85-10
流通 区
该区多为狭窄而深 切的峡谷或冲沟，谷壁 陡峻而纵坡降较大，常 出现陡坎和跌水，泥石 流进入本区后极具冲刷 能力。流通区形似颈状 或喇叭状。非典型的泥 石流沟，可能没有明显 的流通区。
85-11
沉积 区
一般位于山口外 或山间盆地的边缘，地 形较平缓。泥石流至此 速度急剧变小，最终堆 积下来，形成扇形、锥 状堆积体，有的堆积区 还直接为河漫滩或阶地 。
岩溶的形态特征 ——落水洞
85-37
岩溶的形态特征 ——溶蚀洼地
85-38
岩溶的形态特征 ——溶蚀盆地
85-39
工程地质学第6章
6.1.4 岩石风化的治理 岩石风化的治理方法可采用挖除和防治两种措施。 （一）挖除方法。这种措施是采取挖除一部分危及建 筑物安全的风化厉害的岩层，挖除的深度是根据风化岩 的风化程度、风化裂隙、风化岩的物理力学性质和工程 要求等来确定。挖除风化岩石是一个困难而耗费时间的 过程，因而宜少挖。 （二）防治方法。这种方法是采取制止风化作用继 续发展，或采用人工方法加固风化岩的措施。 △覆盖防止风化营力入侵的材料，如沥青、水泥、 粘土盖层等； △灌注胶结和防水的材料，如水泥、沥青、水玻璃、 粘土等浆液，使其起到封闭和胶结岩石裂隙的作用； △整平地区，加强排水----防止风化。
● 氧化作用 氧化作用常是在有水存在时发生的，在水溶液， 低氧化合物、硫化物和有机化合物发生了氧化反映。 如：低价铁---氧化---变成高价铁。 黄铁矿（FeS2）--氧化---硫酸亚铁（FeSO4和 硫酸（H2SO4），而硫酸有腐蚀作用。能溶蚀岩石 中某些矿物，形成一些洞穴和斑点，致使岩石破坏。
●水解作用 水解作用是指矿物与水的成分起化学作用形成新的 化合物。 如正长石（KAlSi3O8）经水解后形成高岭土 （A12O3· 2SiO2· H2O）、石英（SiO2）和氢氧化钾 （KOH）。 再如大气中和水中经常含有二氧化碳（CO2），它 与围岩矿物相互作用形成碳酸化合物，称其为碳酸盐化 作用。 ● 溶解作用 溶解作用是指水直接溶解岩石矿物的作用，使岩石 遭到破坏。 最容易溶解的是卤化盐类（岩盐、钾盐），其次是 硫酸盐（石膏、硬石膏），再次是碳酸盐类（石灰岩、 白云岩等）。 如：在石灰岩地区经常有溶洞、溶沟等岩溶现象， 就是这种溶解作用造成的。
5、 风化岩层中的路堑边坡不宜太陡，同 时还要采取防护措施。风化的岩石更不宜作 建筑材料。因此，从工程建筑观点来研究岩 石的风化特性、分布规律，对选择建筑物的 合理位置，如隧道的进出口位置，路堑边坡 坡度，隧道的支护方法及衬砌厚度，大型建 筑物的地基承载力和开挖深度以及合理的选 择施工方法等有着重要的意义。
工程地质学--第六章岩体的工程地质性质及岩体工程分类分析
2、剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对 滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。 • 特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等 。
2017/5/12
中国地质大学工程学院 贾洪彪
6
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
二、结构面特征及其对岩体力学性质的影响
1、结构面产状
沉积结 构面
一般与岩层产状 一致，为层间结 构面
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
原 生 结 构 面
岩浆岩 结构面
变质结 构面
1片理 2片岩软弱夹层 1节理（X型节理、张 节理） 2断层（冲断层、捩断 层、横断层） 3层间错动 4羽状裂隙、劈理 1卸荷裂隙 2风化裂隙 3风化夹层 4泥化夹层 5次生夹泥层
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
2、结构面的连续性
• 结构面的连续性反映结构面的贯通程度。 • 线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长 度之和(Σ a)与测线长度的比值。
K1 a a b
K1变化在0～1之间，K1值愈大说明结构面的连续性 愈好 K1＝1时，结构面完全贯通。
2017/5/12
中国地质大学工程学院 贾洪彪
2
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
第一节 岩体的结构特征
一、结构面的类型
(一)地质成因类型 • 原生结构面 • 构造结构面 • 次生结构面
(二)力学成因类型 • 张性结构面 • 剪性结构面
2017/5/12 中国地质大学工程学院 贾洪彪 3
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
岩体的工程地质性质及岩体工程分类 2 ppt课件
a K1
a b
K1变化在0～1之间，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。 2、面连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面面
积之和与总面积的比值。
结构面连续性分级表
描述 很低连续性
低连续性 中等连续性
高连续性 很高连续性
迹长（m） <1 1~3 3~10
10~20 >20
KdLsinncossin Kcd' os
结构面间距分级表
描述 极密集的间距 很密集的间距
密集的间距 中等的间距 宽的间距 很宽的间距 极宽的间距
间距（mm） <20 20~60
60~200 200~600 600~2000 2000~6000 >6000
• 用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation)
侧壁的起伏程度可用起伏角
(i)表示。
i arctg(2h) L
• 结构面的粗糙度用粗糙 度系JRC(joint roughness coefficient)表示。
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：
13(12(tC gjj ct3gt)gsij)n2
岩体的（二工）程结构地面质的性连续质性及岩体工 • 程结构分面的类连续2性反映结构面的贯通程度。
• 1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各 段长度之和(Σa)与测线长度的比值。
张性断裂不平整，常具次生充填， 呈锯齿状，剪切断裂较平直，具 羽状裂隙，压性断层具多种构造 岩，成带状分布，往往含断层泥、 糜棱岩
对岩体稳定影响很大，在上述许多岩 体破坏过程中，大都有构造结构面的 配合作用。此外常造成边坡及地下工 程的塌方、冒顶
a b
K1变化在0～1之间，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。 2、面连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面面
积之和与总面积的比值。
结构面连续性分级表
描述 很低连续性
低连续性 中等连续性
高连续性 很高连续性
迹长（m） <1 1~3 3~10
10~20 >20
KdLsinncossin Kcd' os
结构面间距分级表
描述 极密集的间距 很密集的间距
密集的间距 中等的间距 宽的间距 很宽的间距 极宽的间距
间距（mm） <20 20~60
60~200 200~600 600~2000 2000~6000 >6000
• 用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation)
侧壁的起伏程度可用起伏角
(i)表示。
i arctg(2h) L
• 结构面的粗糙度用粗糙 度系JRC(joint roughness coefficient)表示。
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：
13(12(tC gjj ct3gt)gsij)n2
岩体的（二工）程结构地面质的性连续质性及岩体工 • 程结构分面的类连续2性反映结构面的贯通程度。
• 1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各 段长度之和(Σa)与测线长度的比值。
张性断裂不平整，常具次生充填， 呈锯齿状，剪切断裂较平直，具 羽状裂隙，压性断层具多种构造 岩，成带状分布，往往含断层泥、 糜棱岩
对岩体稳定影响很大，在上述许多岩 体破坏过程中，大都有构造结构面的 配合作用。此外常造成边坡及地下工 程的塌方、冒顶
第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
构 造 结 构 面 节理（ 型节理，张节理） 节理（X型节理，张节理） 断层（正断层，逆断层，平移断层） 断层（正断层，逆断层，平移断层） 层间错动带，羽状裂隙，破劈理。 层间错动带，羽状裂隙，破劈理。
构造结构面——区域性活动断裂 区域性活动断裂 构造结构面
构造结构面 ——
断层
断层面
3、次生结构面（浅、表生结构面） 次生结构面（ 表生结构面）
沉积结构面：是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的， 沉积结构面：是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理 面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。 软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。 岩浆（火成）结构面：是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构 岩浆（火成）结构面： 面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆 包括岩浆岩体与围岩的接触面、 岩之间的接触面和原生冷凝节理等。 岩之间的接触面和原生冷凝节理等。 变质结构面：在变质过程中形成， 变质结构面：在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶 结构面，像片理、片麻理。 结构面，像片理、片麻理。
Ⅳ级：指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断 指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、 层及较发育的片理、劈理面等。 层及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界 破坏岩体的完整性， 面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质 及应力分布状态。 及应力分布状态。 Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和 级结构面主要控制着岩体的结构、 物理力学性质，数量多且具随机性， 物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具 统计规律，需用统计方法进行研究。 统计方法进行研究 统计规律，需用统计方法进行研究。 又称微结构面。常包含在岩块内， 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。 岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。
构造结构面——区域性活动断裂 区域性活动断裂 构造结构面
构造结构面 ——
断层
断层面
3、次生结构面（浅、表生结构面） 次生结构面（ 表生结构面）
沉积结构面：是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的， 沉积结构面：是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理 面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。 软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。 岩浆（火成）结构面：是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构 岩浆（火成）结构面： 面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆 包括岩浆岩体与围岩的接触面、 岩之间的接触面和原生冷凝节理等。 岩之间的接触面和原生冷凝节理等。 变质结构面：在变质过程中形成， 变质结构面：在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶 结构面，像片理、片麻理。 结构面，像片理、片麻理。
Ⅳ级：指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断 指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、 层及较发育的片理、劈理面等。 层及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界 破坏岩体的完整性， 面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质 及应力分布状态。 及应力分布状态。 Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和 级结构面主要控制着岩体的结构、 物理力学性质，数量多且具随机性， 物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具 统计规律，需用统计方法进行研究。 统计方法进行研究 统计规律，需用统计方法进行研究。 又称微结构面。常包含在岩块内， 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。 岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。
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(一)地质成因类型 • 原生结构面 • 构造结构面 • 次生结构面 (二)力学成因类型 • 张性结构面 • 剪性结构面
2020/10/2
中国地质大学工程学院
3
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
岩体结构面的类型及其特征
成因类型
地质类型
沉积结 构面
1层理层面 2软弱夹层 3不整合面、假整合面 4沉积间断面
片理短小，分布极密， 片岩软弱夹层延展较 远，具固定层次
结构面光滑平直，片理在岩层深部 往往闭合成隐蔽结构面，片岩软弱 夹层具片状矿物，呈鳞片状
在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路堑 边坡常见塌方。片岩夹层有时对工程及 地下洞体稳定也有影响
张性断裂较短小，剪 切断裂延展较远，压 性断裂规模巨大，但 有时为横断层切割成 不连续状
2、剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对 滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。
• 特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等 。
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
二、结构面特征及其对岩体力学性质的影响
1、结构面产状
• 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。如图，当
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
产状与岩层或构 造方向一致
产状与构造线呈 一定关系，层间 错动与岩层一致
受地形及原结构 面控制
主要特征 分布
性质
工程地质评价
海相岩层中此类结构 面分布稳定，陆相岩 层中呈交错状，易尖 灭
层面、软弱夹层等结构面较为平整； 不整合面及沉积间断面多由碎屑泥 质物构成，且不平整
• 沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、 软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。
• 岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆 岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节 理等。
• 变质结构面在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶结构 面。
2.构造结构面 是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面， 包括断层、节理、劈理和层间错动面等。
❖2）间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面
的平均距离。
Kd与d互为倒数关系 如果测线水平布置，且与结构面法线的夹角为α，结构面的 倾角为β时:
Kd
L sin
n
cos
sin
工程地质学Engneering Geology
第六章 岩体的工程地质性质 及岩体工程分类
中国地质大学（武汉）工程学院
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
• 第一节 岩体的结构特征 • 第二节 岩体的变形与强度性质 • 第三节 岩体的工程分类
结构面与最大主应力的夹角为锐角时，岩体将沿结构面产生滑动破坏 （图a）；当夹角为直角时，表现为切过结构面，产生剪断、岩体破坏 （图b）；当夹角为0时，则表现为平行结构面的劈裂拉张破坏（图c）。
•
a
b
c
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
2、结构面的连续性
• 结构面的连续性反映结构面的贯通程度， • 线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长
国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此 类结构面所造成的，如奥斯汀、圣·弗 朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水 库附近的巨大滑坡
接触面延伸较远，比 较稳定，而原生节理 往往短小密集
与围岩接触面可具熔合及破碎两种 不同的特征，原生节理一般为张裂 面，较粗糙不平
一般不造成大规模的岩体破坏，但有时 与构造断裂配合，也可形成岩体的滑移， 如有的坝肩局部滑移
度之和(Σa)与测线长度的比值。
a K1
a b
K1变化在0～1之间，K1值愈大说明结构面的连续性 愈好
K1＝1时，结构面完全贯Biblioteka 。2020/10/28
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
3、结构面的密度
❖结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 ❖1）线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交切结 构面的条数(条／m)。
张性断裂不平整，常具次生充填， 呈锯齿状，剪切断裂较平直，具羽 状裂隙，压性断层具多种构造岩， 成带状分布，往往含断层泥、糜棱 岩
对岩体稳定影响很大，在上述许多岩体 破坏过程中，大都有构造结构面的配合 作用。此外常造成边坡及地下工程的塌 方、冒顶
分布上往往呈不连续 状，透镜状，延展性 差，且主要在地表风 化带内发育
一般为泥质物充填，水理性质很差
在天然及人工边坡上造成危害，有时对 坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有影响， 但一般在施工中予以清基处理
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
(一)地质成因类型
1.原生结构面是岩体在成岩过程中形成的结构面。可分为沉积结构 面、岩浆结构面和变质结构面三类。
原
生 结 构
岩浆岩 结构面
1侵入体与围岩接触面 2岩脉岩墙接触面 3原生冷凝节理
面
变质结 1片理 构面 2片岩软弱夹层
构造结构面 次生结构面
1节理（X型节理、张 节理） 2断层（冲断层、捩断 层、横断层） 3层间错动 4羽状裂隙、劈理
1卸荷裂隙 2风化裂隙 3风化夹层 4泥化夹层 5次生夹泥层
产状
一般与岩层产状 一致，为层间结 构面
3.次生结构面 是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括 卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
(二)力学成因类型
1、张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张 及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等
• 特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起 伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
第一节 岩体的结构特征
岩体结构包括结构面和结构体两个要素。结构面是指发育于岩体中， 具有一定方向和延伸性，有一定厚度的地质界面。如断层、节理、 层理及不整合面等。结构体是指由结构面切割而成的岩石块体。 一、结构面的类型
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
岩体结构面的类型及其特征
成因类型
地质类型
沉积结 构面
1层理层面 2软弱夹层 3不整合面、假整合面 4沉积间断面
片理短小，分布极密， 片岩软弱夹层延展较 远，具固定层次
结构面光滑平直，片理在岩层深部 往往闭合成隐蔽结构面，片岩软弱 夹层具片状矿物，呈鳞片状
在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路堑 边坡常见塌方。片岩夹层有时对工程及 地下洞体稳定也有影响
张性断裂较短小，剪 切断裂延展较远，压 性断裂规模巨大，但 有时为横断层切割成 不连续状
2、剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对 滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。
• 特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等 。
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
二、结构面特征及其对岩体力学性质的影响
1、结构面产状
• 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。如图，当
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
产状与岩层或构 造方向一致
产状与构造线呈 一定关系，层间 错动与岩层一致
受地形及原结构 面控制
主要特征 分布
性质
工程地质评价
海相岩层中此类结构 面分布稳定，陆相岩 层中呈交错状，易尖 灭
层面、软弱夹层等结构面较为平整； 不整合面及沉积间断面多由碎屑泥 质物构成，且不平整
• 沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、 软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。
• 岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆 岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节 理等。
• 变质结构面在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶结构 面。
2.构造结构面 是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面， 包括断层、节理、劈理和层间错动面等。
❖2）间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面
的平均距离。
Kd与d互为倒数关系 如果测线水平布置，且与结构面法线的夹角为α，结构面的 倾角为β时:
Kd
L sin
n
cos
sin
工程地质学Engneering Geology
第六章 岩体的工程地质性质 及岩体工程分类
中国地质大学（武汉）工程学院
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
• 第一节 岩体的结构特征 • 第二节 岩体的变形与强度性质 • 第三节 岩体的工程分类
结构面与最大主应力的夹角为锐角时，岩体将沿结构面产生滑动破坏 （图a）；当夹角为直角时，表现为切过结构面，产生剪断、岩体破坏 （图b）；当夹角为0时，则表现为平行结构面的劈裂拉张破坏（图c）。
•
a
b
c
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
2、结构面的连续性
• 结构面的连续性反映结构面的贯通程度， • 线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长
国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此 类结构面所造成的，如奥斯汀、圣·弗 朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水 库附近的巨大滑坡
接触面延伸较远，比 较稳定，而原生节理 往往短小密集
与围岩接触面可具熔合及破碎两种 不同的特征，原生节理一般为张裂 面，较粗糙不平
一般不造成大规模的岩体破坏，但有时 与构造断裂配合，也可形成岩体的滑移， 如有的坝肩局部滑移
度之和(Σa)与测线长度的比值。
a K1
a b
K1变化在0～1之间，K1值愈大说明结构面的连续性 愈好
K1＝1时，结构面完全贯Biblioteka 。2020/10/28
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
3、结构面的密度
❖结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 ❖1）线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交切结 构面的条数(条／m)。
张性断裂不平整，常具次生充填， 呈锯齿状，剪切断裂较平直，具羽 状裂隙，压性断层具多种构造岩， 成带状分布，往往含断层泥、糜棱 岩
对岩体稳定影响很大，在上述许多岩体 破坏过程中，大都有构造结构面的配合 作用。此外常造成边坡及地下工程的塌 方、冒顶
分布上往往呈不连续 状，透镜状，延展性 差，且主要在地表风 化带内发育
一般为泥质物充填，水理性质很差
在天然及人工边坡上造成危害，有时对 坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有影响， 但一般在施工中予以清基处理
2020/10/2
中国地质大学工程学院
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
(一)地质成因类型
1.原生结构面是岩体在成岩过程中形成的结构面。可分为沉积结构 面、岩浆结构面和变质结构面三类。
原
生 结 构
岩浆岩 结构面
1侵入体与围岩接触面 2岩脉岩墙接触面 3原生冷凝节理
面
变质结 1片理 构面 2片岩软弱夹层
构造结构面 次生结构面
1节理（X型节理、张 节理） 2断层（冲断层、捩断 层、横断层） 3层间错动 4羽状裂隙、劈理
1卸荷裂隙 2风化裂隙 3风化夹层 4泥化夹层 5次生夹泥层
产状
一般与岩层产状 一致，为层间结 构面
3.次生结构面 是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括 卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。
2020/10/2
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
(二)力学成因类型
1、张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张 及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等
• 特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起 伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强
2020/10/2
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
第一节 岩体的结构特征
岩体结构包括结构面和结构体两个要素。结构面是指发育于岩体中， 具有一定方向和延伸性，有一定厚度的地质界面。如断层、节理、 层理及不整合面等。结构体是指由结构面切割而成的岩石块体。 一、结构面的类型