第二章 岩块、结构面及岩体的地质特征

（四）岩体的结构特征
第二章总思考题
1、岩块与岩体有哪些区别？ 2、试比较土与岩有那些异同点？ 3、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响 岩体力学性质的？ 4、比较岩块与结构体的含义异同？ 5、试总结说明三大类岩体的主要特征？
风化


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风化空隙率指标(Iw)是快速浸水后风化岩块吸入
水的质量与干燥岩块质量之比。
波速指标
纵波波速（cp）
波速比
kv
vcp vrp
' cw
风化系数
kf cw
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硬质岩石按波速指标的风化分级表
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
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：指沿结构面延伸方向，结构面面 积之和与总面积的比值。 3、迹长：结构面与岩体露头交线的长度。

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表2-3 结构面连续性分级表
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第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
结构体的形状示意图
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2 岩 体 的 结 构 类 型
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三、岩体成因与岩体特征（自学）
1 岩浆岩体 无层理，产状复杂。根据岩浆活动方式，岩浆 岩可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。 2 沉积岩体 具有层理构造，岩体呈层状结构。沉积岩包括 他生沉积岩和自生沉积岩两大类。 3 变质岩体 多数岩石变质后都经历了不同程度的重结晶作 用，结构较致密，抗水性增强，孔隙率较低， 透水性弱，抗变形性能好，强度高。因此与沉 积岩相比，变质岩的性质一般要好些。
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§ 2.3 结构面特征
.结构面（Structural Plane） 指地质历史发展过程 中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚 度相对较小的地质界面或带。包括物质分异面和不连 续面，如层面、不整合面、节理面、断层、片理面等 软弱结构面
一、结构面的成因类型 (一)地质成因类型
' Kd Kd L sin cos sin cos
n
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表2-4 结构面间距分级表
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用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation)
RQD 100e
0.1kd
(0.1k d 1)
强度： 粒状、柱状>片状>鳞片状 强度： 粗粒<细粒
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三、岩块的风化程度

岩石 ====> 矿物组成和结构改变 ==> 岩块的物理力 学性质改变（强度降低、抗变形性能减弱、空隙 率增大，渗透性加大） 岩块的风化程度可通过定性指标和某些定量指标 来表述。 定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程 度及开挖锤击技术特征等。 定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。
侧壁的起伏程度可用起伏角 (i)表示。

2h i arctg( ) L
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结构面的粗糙度用粗 糙度系JRC表示 (joint roughness coefficient) 。 随粗糙度的增大，结 构面的摩擦角也增大。 根据标准粗糙度剖面 将结构面的粗糙度系 数划分为10级。
1 3
2(C j 3 tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
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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(Σ a)与测 线长度的比值。
K1 a a b
增大。

如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的 渗透系数(Kf)可表达为：
Kf
ge 12v
2
表2-5 结构面 张开度 分级表
• Ⅳ级及部分Ⅲ级结构面的产状、迹长、间距及 张开度等几何特征参数，服从某种随机分布规律。
第二章ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ岩块、结构面和岩体的地质特征
七 形态

结构面的形态可以用侧壁的 起伏形态及粗糙度来反映。 结构面侧壁的起伏形态分为： 平直的、波状的、锯齿状的、 台阶状的和不规则状的。
第二章 岩块与岩体的地质特征
一、几个基本概念 二、岩块的物质组成与结构特征 三、结构面特征
四、岩体的结构特征
第二章 岩块与岩体的地质特征
一、 几个基本概念
1.岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体。 2.结构面（Structural Plane） 指地质历史发
展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方 向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。
岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心
长度之和与钻孔总进尺的百分比。
长度大于 10cm的岩心长度之和 RQD 100% 钻孔总进尺
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六 张开度


结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。
结构面两壁面一般不是紧密接触，这就使结构面实
际接触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性
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二、结构面的规模
按结构面的延伸长度、切割深度、破碎带宽度及力学效应分：

Ⅰ级 指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的 地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性； Ⅱ级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。如断 层、层间错动带、软弱夹层等。影响工程岩体稳定。


Ⅲ级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、 延伸较好的层面及层间错动等。控制工程岩体稳定 Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用的 边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移 岩体（如滑坡、崩塌等）的边界面，直接威胁工程安 全稳定性
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Ⅳ级 指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层 及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界面， 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。是岩体分类、岩体结构研究及结构面 统计模拟的对象。 Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和 物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不 太容易搞清楚，需用统计方法进行研究
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(二)力学成因类型（岩体剪切和拉张破坏） 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 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 镜面等现象发育。
3.岩块（Rock block 或 Rock）指不含显著结构面
的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。
4. 岩体 （ Rockmass ） 是指地质历史过程中形成
的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的 结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等 地质环境中的地质体。
思考题一
1、岩块与岩体有哪些区别？ 2、试比较土与岩有那些异同点？

岩体结构(rockmass structure)指岩体中结构面与 结构体的排列组合关系。
1 结构体特征 结构体(structural element)指岩体中被结构面切 割围限的岩石块体。它不同于岩块的概念。 结构体的规模取决于结构面的密度，密度愈小，结 构体的规模愈大,与结构面对应,划分为四级。 常用块度模数（单位体积内的Ⅳ级结构体数) 或结 构体体积来表示结构体规模。 结构体常见的形状有： 柱状、板状、楔形及菱形等。 形状不同，稳定性不同。
思考题二
1、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响 岩体力学性质的？ 2、比较岩块与结构体的含义异同？ 3、试总结说明三大类岩体的主要特征
第二章
岩块、结构面和岩体的地质特征 ----总结
（一）岩块、结构面、岩体的基本概念 （二）岩块的物质组成与结构构造特征 *（三）结构面特征（这一节很重要）
1）结构面成因不同，其特征如何？ 2）掌握反映结构面特征的各种指标（规模、密度、 产状等） 的含义，怎样确定这些指标 3）这些特征如何影响岩体物理力学性质
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)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)。 •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 •如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角 为α ，结构面的倾角为β 时:

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；
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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。
滑移破坏

剪断破坏
劈裂拉张破坏
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：
(二)力学成因类型
岩 体 结 构 面 的 类 型 及 其 特 征
3.片麻理 4.板理及千枚理
受地形及原始结构 面和临空面产状控 制
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(一)地质成因类型
1.原生结构面岩体在成岩过程中形成的结构面。 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。如千枚岩的千枚理面,板理面,片理、片麻理 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。
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§ 2.2 岩块的物质组成与结构特征
一、岩块的物质组成
岩块 力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分及其相 对含量。 硅酸盐类矿物 粘土矿物 碳酸盐类矿物 氧化物类矿物
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二、岩块的结构特征

岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形状、排 列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映 在岩块构成上的特征。 岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结。
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§2.4 岩体的结构特征
一、岩体的组成
岩体是由结构面网络及其所围限的岩块
(结构体)所组成。 具有一定的结构是岩体的显著特征之一。 岩体中存在着复杂的天然应力状态和地 下水，这是岩体与其他材料的根本区别 之一。
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二、岩体的结构

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八 充填胶结特征

结构面胶结后力学性质有所增强，Fe质胶结的强度最 高，泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水 性差。 未胶结的结构面，力学性质取决于其充填情况，可分 为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填4类 1 薄膜充填是结构面两壁附着一层极薄的矿物膜，厚度 多小于1mm，多明显降低结构面的强度。 2 断续充填结构面的力学性质与充填物性质、壁岩性质 及结构面的形态有关。 3 连续充填结构面的力学性质主要取决于充填物性质。 4 厚层充填结构面的力学性质很差，主要取决于充填物 性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。
结晶连结是矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起， 它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。 胶结连结是矿物颗粒通过胶结物连结在一起。硅 质胶结的岩块强度最高；铁质、钙质胶结的次之； 泥质胶结的岩块强度最低。



第二章 岩块和岩体的地质特征
二、岩块的结构特征
微结构面
颗粒形状 颗粒大小
削弱岩石强度，形成各向异性