岩体的力学特性上岩石力学.ppt

Mar,20071第第第第3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,20072第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 构造运动构造运动构造运动构造运动：指由内动力引起岩石圈的岩石变形、变位的机械运动，又称为地：指由内动力引起岩石圈的岩石变形、变位的机械运动，又称为地：指由内动力引起岩石圈的岩石变形、变位的机械运动，又称为地：指由内动力引起岩石圈的岩石变形、变位的机械运动，又称为地壳运动。壳运动。壳运动。壳运动。按地壳运动按地壳运动方向分类方向分类垂直运动垂直运动 沿地球半径方向沿地球半径方向的上升或下降运动，又称升降运动。的上升或下降运动，又称升降运动。水平运动水平运动 沿地球切线方向或沿水平方向的构造运沿地球切线方向或沿水平方向的构造运动动。根据构造运根据构造运动发生时期动发生时期古构造运动古构造运动第三纪（第三纪（25百万年）之前的构造运动叫古构造运动。百万年）之前的构造运动叫古构造运动。新构造运动新构造运动第三纪以来的构造运动叫新构造运动。第三纪以来的构造运动叫新构造运动。现代构造运动现代构造运动人类历史时期以来所发生的构造运动称现代构造运动。人类历史时期以来所发生的构造运动称现代构造运动。地质构造地质构造地质构造地质构造：构造运动引起地壳的岩层或岩体发生变形、变位留下的形迹。：构造运动引起地壳的岩层或岩体发生变形、变位留下的形迹。：构造运动引起地壳的岩层或岩体发生变形、变位留下的形迹。：构造运动引起地壳的岩层或岩体发生变形、变位留下的形迹。Mar,20073第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 垂直运动垂直运动常表现地壳大规模的隆升和下降，并引起地势高低的变化和海陆常表现地壳大规模的隆升和下降，并引起地势高低的变化和海陆变迁，上升可成陆，下降可成海。变迁，上升可成陆，下降可成海。水平运动水平运动表现为岩石圈的挤压或扩张、剪切。因而引起强烈的褶皱、断层，表现为岩石圈的挤压或扩张、剪切。因而引起强烈的褶皱、断层，形成巨大的褶皱山系，巨大的地堑、沟谷等。形成巨大的褶皱山系，巨大的地堑、沟谷等。挤压扩张剪切Mar,20074Faculty of Civil Engineering,Chongqing University第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 未未经经构构造造变变动动的的沉沉积积岩岩层层，其其形形成成时时的的原原始始产产状状是是水水平平的的，先先沉沉积积的的老老岩岩层层在在下下，后沉积的新岩层在上后沉积的新岩层在上地质构造之一：地质构造之一：地质构造之一：地质构造之一：水平岩层形水平岩层形成的地貌成的地貌:平顶山平顶山水平构造水平构造水平构造水平构造Mar,20075原来水平的岩层，在受到地壳运动的影原来水平的岩层，在受到地壳运动的影响后，产状发生变动，当岩层向同一个响后，产状发生变动，当岩层向同一个方向倾斜，形成单斜构造方向倾斜，形成单斜构造产状要素产状要素第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 走向走向 岩层面与水平面的交线，称走向线。走向线两端所指的方向称走向 倾向倾向 垂直于走向线沿层面向下所引的直线，称倾斜线。其在水平面上的投影线所指方向，称为倾向 倾角倾角 倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角 水平面abcde ab-走向线 ce-倾斜线 cd-倾向 -倾角地质构造之二：地质构造之二：地质构造之二：地质构造之二：倾斜构造倾斜构造倾斜构造倾斜构造Mar,20076单面山单面山第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,20077单面山单面山第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,20078褶皱的形成过程地质构造之三：地质构造之三：地质构造之三：地质构造之三：组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造。失其连续性的构造。失其连续性的构造。失其连续性的构造。第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 褶皱构造褶皱构造褶皱构造褶皱构造 Mar,20079第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200710第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 褶褶褶褶皱皱皱皱构构构构造造造造的的的的基基基基本本本本类类类类型型型型背斜背斜 指岩层向上拱弯，形成中心部位岩层的时代老，外侧岩层时代新的褶皱。向斜向斜 指岩层向下凹曲，形成中心部位岩层的时代新，外侧岩层时代老的褶皱。背斜背斜背斜背斜向斜向斜向斜向斜褶褶褶褶皱皱皱皱的的的的要要要要素素素素核：核：褶皱中心部分的地层 翼：翼：核部两侧对称出露的地层 轴线：轴线：轴面与地面的交线枢纽：枢纽：轴面与岩层面的交线轴面轴面轴线轴线轴面：轴面：指大致平分褶皱的一个假想面 核核翼翼翼翼Mar,200711Faculty of Civil Engineering,Chongqing University走向走向走向走向倾向倾向倾向倾向倾倾角角倾角倾角Mar,200712第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 弯滑作用剪切作用柔流作用褶皱弯曲的方式褶皱弯曲的方式褶皱弯曲的方式褶皱弯曲的方式Mar,200713褶皱山褶皱山构造盆地构造盆地第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200714向斜成山、背斜成谷向斜成山、背斜成谷第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200715Faculty of Civil Engineering,Chongqing University第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 地质构造之四：地质构造之四：地质构造之四：地质构造之四：断裂构造断裂构造断裂构造断裂构造Mar,200716第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 岩体或岩层受力后发生变形，当所受之力超过岩石的强度极限时，岩石连续完岩体或岩层受力后发生变形，当所受之力超过岩石的强度极限时，岩石连续完岩体或岩层受力后发生变形，当所受之力超过岩石的强度极限时，岩石连续完岩体或岩层受力后发生变形，当所受之力超过岩石的强度极限时，岩石连续完整性将遭到破坏，于是形成断裂构造。断裂构造包括整性将遭到破坏，于是形成断裂构造。断裂构造包括整性将遭到破坏，于是形成断裂构造。断裂构造包括整性将遭到破坏，于是形成断裂构造。断裂构造包括节理节理节理节理和和和和断层断层断层断层两类。两类。两类。两类。节理：节理：岩层或岩体破裂后形成的一种裂缝，其两侧的岩块沿破裂面无明显位移岩层或岩体破裂后形成的一种裂缝，其两侧的岩块沿破裂面无明显位移。剪节理剪节理由剪应力产生的破裂面由剪应力产生的破裂面特征：长、大、平直光滑，延伸稳定，常常呈特征：长、大、平直光滑，延伸稳定，常常呈“X”型型张节理张节理由张应力产生的破裂面由张应力产生的破裂面特征：短、小、粗糙不平，延伸不远，豆荚状、树枝状特征：短、小、粗糙不平，延伸不远，豆荚状、树枝状 断层：断层：岩层或岩体受力破裂后，两侧岩块沿破裂面发生了明显的位移。岩层或岩体受力破裂后，两侧岩块沿破裂面发生了明显的位移。1.下盘下盘2.上盘上盘3.断层面断层面断断断断层层层层要要要要素素素素地垒地垒地堑地堑断裂构造断裂构造断裂构造断裂构造Mar,200717Faculty of Civil Engineering,Chongqing University第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 正断层正断层上盘下降Mar,200718Faculty of Civil Engineering,Chongqing University第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 逆断层逆断层上盘上升Mar,200719Faculty of Civil Engineering,Chongqing University第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 平移断层平移断层水平错动Mar,200720垂直节理风化后形成地貌垂直节理风化后形成地貌第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200721断层崖断层崖断层三角面断层三角面第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200722第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 断层谷断层谷Mar,200723第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 地震地震海啸海啸构造运动的表现构造运动的表现构造运动的表现构造运动的表现Mar,200724第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 1）岩体结构要素）岩体结构要素 结构体结构体 结构面结构面 软弱结构面（夹泥的，夹层）软弱结构面（夹泥的，夹层）坚硬结构面（干净的）坚硬结构面（干净的）板状结构体（长厚比板状结构体（长厚比15）块状结构体（短轴的）块状结构体（短轴的）2）岩体力学性质）岩体力学性质 变形特征变形特征 强度特征强度特征 稳定特征稳定特征 岩体抵抗外作用的能力岩体抵抗外作用的能力 3）影响岩体力学性质因素）影响岩体力学性质因素 环境因素（地应力、地下水、地温）环境因素（地应力、地下水、地温）结构面力学性质结构面力学性质 岩体结构的力学性质（空间组合、与工程关系）岩体结构的力学性质（空间组合、与工程关系）结构体（岩石）力学分析结构体（岩石）力学分析 3.13.1 岩体中的结构面岩体中的结构面岩体中的结构面岩体中的结构面 Mar,200725第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 3.1.13.1.1结构面的类型结构面的类型结构面的类型结构面的类型原生结构面原生结构面岩体在成岩过程中形成的结构面。岩体在成岩过程中形成的结构面。-岩浆结构面岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面。是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面。-沉积结构面沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中所是沉积岩在沉积和成岩过程中所形成的物质分异面形成的物质分异面。-变质结构面变质结构面在区域变质作用中形成的结构面在区域变质作用中形成的结构面。构造结构面构造结构面 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。括断层、节理、劈理和层间错动面等。次生结构面次生结构面 是岩体形成后在外营力（如风化、卸荷、应力变化、地是岩体形成后在外营力（如风化、卸荷、应力变化、地下水、人工爆破等）作用下形成的结构面。下水、人工爆破等）作用下形成的结构面。1.1.1.1.结构面的地质成因类型结构面的地质成因类型结构面的地质成因类型结构面的地质成因类型Mar,200726第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200727第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200728第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 成因类型成因类型地质类型地质类型 主主要要特特征征工程地质评价工程地质评价产产状状分分布布 性性质质原原生生结结构构 面面 沉沉积积结结构构面面1层理层面层理层面2软弱夹层软弱夹层3不整合面、假不整合面、假整合面整合面4 4沉积间断面沉积间断面一般与岩层产一般与岩层产状一致，为层状一致，为层间结构面间结构面 海相岩层中此海相岩层中此类结构面分布类结构面分布稳定，陆相岩稳定，陆相岩层中呈交错状，层中呈交错状，易尖灭易尖灭 层面、软弱夹层等层面、软弱夹层等结构面较为平整；结构面较为平整；不整合面及沉积间不整合面及沉积间断面多由碎屑泥质断面多由碎屑泥质物构成，且不平整物构成，且不平整 国国内内外外较较大大的的坝坝基基滑滑动动及及滑滑坡坡很很多多由由此此类类结结构构面面所所造造成成的的，如如奥奥斯斯汀汀、圣圣弗弗朗朗西西斯斯、马马尔尔帕帕塞塞坝坝的的破破坏坏，瓦瓦依依昂昂水水库库附附近近的的巨巨大滑坡大滑坡岩岩浆浆结结构构面面1侵入体与围岩侵入体与围岩接触面接触面2岩脉岩墙接触岩脉岩墙接触面面3 3原生冷凝节理原生冷凝节理 岩脉受构造结岩脉受构造结构面控制，而构面控制，而原生节理受岩原生节理受岩体接触面控制体接触面控制 接触面延伸较接触面延伸较远，比较稳定，远，比较稳定，而原生节理往而原生节理往往短小密集往短小密集 与围岩接触面可具与围岩接触面可具熔合及破碎两种不熔合及破碎两种不同的特征，原生节同的特征，原生节理一般为张裂面，理一般为张裂面，较粗糙不平较粗糙不平 一一般般不不造造成成大大规规模模的的岩岩体体破破坏坏，但但有有时时与与构构造造断断裂裂配配合合，也也可可形形成成岩岩体体的的滑滑移移，如如有有的的坝坝肩肩局局部部滑滑移移 变变质质结结构构面面1片理片理2片岩软弱夹层片岩软弱夹层产状与岩层或产状与岩层或构造方向一致构造方向一致片理短小，分片理短小，分布极密，片岩布极密，片岩软弱夹层延展软弱夹层延展较远，具固定较远，具固定层次层次结构面光滑平直，结构面光滑平直，片理在岩层深部往片理在岩层深部往往闭合成隐蔽结构往闭合成隐蔽结构面，片岩软弱夹层面，片岩软弱夹层具片状矿物，呈鳞具片状矿物，呈鳞片状片状 在变质较浅的沉积岩，如在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路堑边坡常见塌千枚岩等路堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对工程方。片岩夹层有时对工程及地下洞体稳定也有影响及地下洞体稳定也有影响 岩体结构面的类型及其特征岩体结构面的类型及其特征岩体结构面的类型及其特征岩体结构面的类型及其特征 Mar,200729第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 构造构造结构结构面面 1节理（剪节理、节理（剪节理、张节理）张节理）2断层（正断层、断层（正断层、逆断层、平移断逆断层、平移断层）层）3层间错动层间错动4羽状裂隙、劈羽状裂隙、劈理理产状与构造线产状与构造线呈一定关系，呈一定关系，层间错动与岩层间错动与岩层一致层一致 张性断裂较短张性断裂较短小，剪切断裂小，剪切断裂延展较远，压延展较远，压性断裂规模巨性断裂规模巨大，但有时被大，但有时被横断层切割成横断层切割成不连续状不连续状张性断裂不平整，常张性断裂不平整，常具次生充填，呈锯齿具次生充填，呈锯齿状，剪切断裂较平直，状，剪切断裂较平直，具羽状裂隙，压性断具羽状裂隙，压性断层具多种构造岩，成层具多种构造岩，成带状分布，往往含断带状分布，往往含断层泥、糜棱岩层泥、糜棱岩对岩体稳定影响很大，在上对岩体稳定影响很大，在上述许多岩体破坏过程中，大述许多岩体破坏过程中，大都有构造结构面的配合作用。都有构造结构面的配合作用。此外常造成边坡及地下工程此外常造成边坡及地下工程的塌方、冒顶的塌方、冒顶 次生次生结构结构面面 1卸荷裂隙卸荷裂隙2风化裂隙风化裂隙3风化夹层风化夹层4泥化夹层泥化夹层5次生夹泥层次生夹泥层 受地形及原结受地形及原结构面控制构面控制分布上往往呈分布上往往呈不连续状，透不连续状，透镜状，延展性镜状，延展性差，且主要在差，且主要在地表风化带内地表风化带内发育发育一般为泥质物充填，一般为泥质物充填，水理性质很差水理性质很差在天然及人工边坡上造成危在天然及人工边坡上造成危害，有时对坝基、坝肩及浅害，有时对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有影响，但埋隧洞等工程亦有影响，但一般在施工中予以清基处理一般在施工中予以清基处理 成成因因类类型型地质类型地质类型 主主要要特特征征工程地质评价工程地质评价产产状状分分布布 性性质质Mar,200730结构面分级及其特性结构面分级及其特性结构面分级及其特性结构面分级及其特性影响区域稳定性影响区域稳定性是岩体变形或破坏的控制是岩体变形或破坏的控制条件，条件，形成岩体力学作用边界。形成岩体力学作用边界。属于软弱结属于软弱结构面，构面，构成独立的构成独立的力学介质单力学介质单元元区域性深大断区域性深大断裂裂或大断裂或大断裂延伸数十公里延伸数十公里深度可切穿一个构深度可切穿一个构造层造层破碎带宽度在数米、破碎带宽度在数米、数十米以上数十米以上I级级对岩体稳定性影响对岩体稳定性影响力学属性力学属性地质类型地质类型分级依据分级依据级级序序第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200731控制山体稳定性控制山体稳定性与与I级结构面可形成大规级结构面可形成大规模的块体破坏，即控制模的块体破坏，即控制岩体变形和破坏方式。岩体变形和破坏方式。属于软弱结构属于软弱结构面，形成块裂面，形成块裂边界边界不整合面不整合面假整合面假整合面原生软弱夹层原生软弱夹层层间错动带层间错动带风化夹层风化夹层延伸数百米至延伸数百米至数公里，数公里，破碎带宽度比破碎带宽度比较窄，几厘米较窄，几厘米至数米至数米II级级对岩体稳定性影响对岩体稳定性影响力学属性力学属性地质类型地质类型分级依据分级依据级序级序第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200732控制岩体的稳定性控制岩体的稳定性与与I、II级结构面组合可级结构面组合可形成不同规模的块体破形成不同规模的块体破坏坏划分划分II类岩体结构的重要类岩体结构的重要依据依据多数属于坚多数属于坚硬结构面硬结构面少数属软弱少数属软弱结构面。结构面。各种类型的断各种类型的断层层原生软弱夹层原生软弱夹层层间错动带等层间错动带等延展十米或数十米，延展十米或数十米，无破碎带，无破碎带，面内不含泥，有泥面内不含泥，有泥膜。在一个地质时膜。在一个地质时代地层中分布。代地层中分布。III级级对岩体稳定性影响对岩体稳定性影响力学属性力学属性地质类型地质类型分级依据分级依据级序级序第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200733划分划分II类岩体结构的基本类岩体结构的基本依据依据是岩体力学性质和结构效是岩体力学性质和结构效应基础应基础破坏岩体的完整性，与其破坏岩体的完整性，与其他结构面形成不同类型边他结构面形成不同类型边坡破坏方式。坡破坏方式。坚硬结构坚硬结构面面节理、节理、劈理、劈理、片理、片理、层理、层理、卸荷裂隙卸荷裂隙等。等。延展数米，延展数米，未错动，未错动，不夹泥，不夹泥，有的呈弱结合状态，有的呈弱结合状态，统计结构面统计结构面IV级级对岩体稳定性影响对岩体稳定性影响力学属性力学属性地质类型地质类型分级依据分级依据级序级序第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200734分布随机，降低岩块强分布随机，降低岩块强度，是岩块力学性质效度，是岩块力学性质效应基础。应基础。若十分密集，又因风化，若十分密集，又因风化，形成松散介质。形成松散介质。硬性结构面硬性结构面微小节理微小节理隐微裂隙隐微裂隙线理等。线理等。连续性极差、刚性连续性极差、刚性接触的细小或隐微接触的细小或隐微裂面，统计结构面裂面，统计结构面V级级对岩体稳定性影响对岩体稳定性影响力学属性力学属性地质类型地质类型分级依据分级依据级序级序第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200735第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 岩岩岩岩浆浆浆浆结结结结构构构构面面面面Mar,200736第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 断断断断裂裂裂裂面面面面Mar,200737第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 层层层层面面面面Mar,200738第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 层层层层间间间间错错错错动动动动面面面面Mar,200739第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 风风风风化化化化裂裂裂裂隙隙隙隙是是是是由由由由风风风风化化化化作作作作用用用用在在在在地地地地壳壳壳壳的的的的表表表表部部部部形形形形成成成成的的的的裂裂裂裂隙隙隙隙。Mar,200740第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 Mar,200741第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 卸卸卸卸荷荷荷荷裂裂裂裂隙隙隙隙是是是是岩岩岩岩体体体体的的的的表表表表面面面面某某某某一一一一部部部部分分分分被被被被剥剥剥剥蚀蚀蚀蚀掉掉掉掉，引引引引起起起起重重重重力力力力和和和和构构构构造造造造应应应应力力力力的的的的 释释释释放放放放或或或或调调调调整整整整，使使使使得得得得岩岩岩岩体体体体向向向向自自自自由由由由空空空空间间间间膨膨膨膨胀胀胀胀而而而而产产产产生生生生了了了了平平平平行行行行于于于于地地地地表表表表面面面面的的的的张张张张裂裂裂裂隙隙隙隙。Mar,200742第第第第6 6 6 6章章章章 岩石边坡工程岩石边坡工程岩石边坡工程岩石边坡工程 链链链链子子子子崖崖崖崖危危危危岩岩岩岩体体体体Mar,200743第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 q岩体中具有一定厚度的岩体中具有一定厚度的软弱带软弱带(层层)，与两盘岩体相比具有，与两盘岩体相比具有低强度低强度和高压缩和高压缩特性，在产状上多属缓倾角结构面。特性，在产状上多属缓倾角结构面。q主要包括主要包括原生软弱夹层原生软弱夹层 火成软弱夹层；沉积软弱夹层火成软弱夹层；沉积软弱夹层；变质软弱夹层。；变质软弱夹层。构造软弱夹层构造软弱夹层 构造软弱夹层主要是沿原有的弱面或软弱夹层构造软弱夹层主要是沿原有的弱面或软弱夹层经构造错动而形成的，也有的沿断裂面错动或再次错动而成，如断经构造错动而形成的，也有的沿断裂面错动或再次错动而成，如断层破碎带等。层破碎带等。次生软弱夹层次生软弱夹层 由风化作用和地下水作用参与形成的风化夹层由风化作用和地下水作用参与形成的风化夹层和泥化夹层。和泥化夹层。2.2.2.2.岩体软弱夹层岩体软弱夹层岩体软弱夹层岩体软弱夹层Mar,200744第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 1 1、由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构或泥质定向结构、由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构或泥质定向结构 2 2、粘粒含量很高、粘粒含量很高 3 3、含水量接近或超过塑限、含水量接近或超过塑限 4 4、密度比原岩小、密度比原岩小 5 5、常具有一定的胀缩性、常具有一定的胀缩性 6 6、力学性质比原岩差、力学性质比原岩差 7 7、强度低、强度低 8 8、压缩性高、压缩性高 9 9、易产生渗透变形、易产生渗透变形 pp软软软软弱弱弱弱夹夹夹夹层层层层特特特特性性性性Mar,200745第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 泥泥泥泥化化化化夹夹夹夹层层层层Mar,200746第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 规模规模宏观、显现、隐微宏观、显现、隐微产状和组数产状和组数倾向、倾角、走向（与工程关系）倾向、倾角、走向（与工程关系）形态、平整光滑度形态、平整光滑度起伏度、粗造度（影响抗滑力）起伏度、粗造度（影响抗滑力）张开度和充填程度张开度和充填程度断层泥（硅质、钙质、泥质）、断层泥（硅质、钙质、泥质）、水对其的力学性质有很大影响水对其的力学性质有很大影响延展性延展性切割度（切割度（Xe）密集程度密集程度线密度（线密度（K）、间距（）、间距（d）结构面成因复杂，而后又经历了不同性质、不同时期构造运动的改造，结构面成因复杂，而后又经历了不同性质、不同时期构造运动的改造，造成了结构面自然特性的各不相同。造成了结构面自然特性的各不相同。3 3.1 1.2 2 结结结结构构构构面面面面的的的的自自自自然然然然特特特特征征征征 Mar,200747第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 1.充填胶结特征充填胶结特征 结构面之间无充填结构面之间无充填它们处于闭合状态，岩块之间接合较为紧密。结构面的强它们处于闭合状态，岩块之间接合较为紧密。结构面的强度与结构面两侧岩石的力学性质和结构面的形态及粗糙度有关。度与结构面两侧岩石的力学性质和结构面的形态及粗糙度有关。结构面之间有充填结构面之间有充填结构面的胶结充填物使结构面的强度低于岩体的强度。结构面的胶结充填物使结构面的强度低于岩体的强度。胶结充填物成分对结构面力学性质的影响：胶结充填物成分对结构面力学性质的影响：硅质胶结强度高；硅质胶结强度高；铁质钙质胶结强度次之；铁质钙质胶结强度次之；黏土、泥质胶结强度最差。黏土、泥质胶结强度最差。胶结充填物厚度对结构面力学性质的影响：胶结充填物厚度对结构面力学性质的影响：薄膜充填：厚度小于薄膜充填：厚度小于2mm、由风化矿物和应力矿物组成、结构面强度明显降低；、由风化矿物和应力矿物组成、结构面强度明显降低；断续充填：厚度小于起伏差、强度与充填物和结构面有关；断续充填：厚度小于起伏差、强度与充填物和结构面有关；连续充填：厚度稍大于起伏差、强度取决于充填物；连续充填：厚度稍大于起伏差、强度取决于充填物；厚层厚层充填：充填：厚度远大于起伏差、强度取决于充填物、易滑移。厚度远大于起伏差、强度取决于充填物、易滑移。Mar,200748第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 2.2.形态特征形态特征 结构面在三维空间展布的几何属性称结构面的形态，是地质营力作用下结构面在三维空间展布的几何属性称结构面的形态，是地质营力作用下地质体发生变形、破坏遗留下来的产物。地质体发生变形、破坏遗留下来的产物。平直型平直型 它的变形、破坏取决于结构面上的粗糙度、充填物它的变形、破坏取决于结构面上的粗糙度、充填物质成分、侧壁岩体风化的程度等。包括一般层面、片理、原生节理质成分、侧壁岩体风化的程度等。包括一般层面、片理、原生节理及剪切破裂面等。及剪切破裂面等。波浪型波浪型 它的变形、破坏取决于起伏角、起伏幅度、岩石力它的变形、破坏取决于起伏角、起伏幅度、岩石力学性质、充填情况等。包括波状的层理，轻度揉曲的片理、沿走向学性质、充填情况等。包括波状的层理，轻度揉曲的片理、沿走向和倾向方向上均呈缓波状的压性、压剪性结构面等。和倾向方向上均呈缓波状的压性、压剪性结构面等。锯齿型锯齿型 它的变形、破坏取决的条件基本与波浪型相同。它它的变形、破坏取决的条件基本与波浪型相同。它包括张性、张剪性结构面，具有交错层理和龟裂纹的层面，也包括包括张性、张剪性结构面，具有交错层理和龟裂纹的层面，也包括一般裂隙而发育的次生结构面、沉积间断面等。一般裂隙而发育的次生结构面、沉积间断面等。台阶型台阶型 它的变形、破坏取决于岩石的力学性质等。它包括它的变形、破坏取决于岩石的力学性质等。它包括地堑、地垒式构造等。这类结构面的起伏角为地堑、地垒式构造等。这类结构面的起伏角为9090。它多系经层间。它多系经层间错动后经断层而成。错动后经断层而成。结构面的几何形态图结构面的几何形态图 Mar,200749第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 结构面的起伏度结构面的起伏度 第一级凹凸度：由结构面上大的趋势性起伏组成第一级凹凸度：由结构面上大的趋势性起伏组成Mar,200750第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 结构面的粗糙度结构面的粗糙度第二级凹凸度：由结构面上随机不规则微凸体组成第二级凹凸度：由结构面上随机不规则微凸体组成Mar,200751第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 3.3.结构面的空间分布结构面的空间分布 结构面在空间的分布大体是指结构面的产状（即方位）及其变化、结构面结构面在空间的分布大体是指结构面的产状（即方位）及其变化、结构面的延展性、结构面密集的程度、结构面空间组合关系等。的延展性、结构面密集的程度、结构面空间组合关系等。Mar,200752第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 表示结构面的延展性，说明结构面在岩体中分离的程度。表示结构面的延展性，说明结构面在岩体中分离的程度。假设有一平直的断面，它与考虑的结构面重叠而且完全地横贯所考虑的岩体，令其面假设有一平直的断面，它与考虑的结构面重叠而且完全地横贯所考虑的岩体，令其面积为积为A，则结构面的面积，则结构面的面积a与它之间的比率，即为切割度：与它之间的比率，即为切割度：名名称称 Xe（%）完整的完整的 1020 弱节理化弱节理化 2040 中等节理化中等节理化 4060 强节理化强节理化 6080 完全节理化完全节理化 80100 切切切切割割割割度度度度Mar,200753第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 K=01m-1 疏节理疏节理K=110m-1 密节理密节理K=10100m-1 非常密集节理非常密集节理K=1001000m-1 压碎或糜棱化压碎或糜棱化结构面的结构面的线密度线密度：指同一组结构面沿着法线方向，单位长度上结构面的数目。：指同一组结构面沿着法线方向，单位长度上结构面的数目。如以如以l 代表在法线上量测的长度，代表在法线上量测的长度，n为为l 长度内出现的结构面的数目，则长度内出现的结构面的数目，则Mar,200754第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 是是指指同同一一组组结结构构面面法法线线方方向向上上两两相相邻邻结结构构面面的的平平均均距距离离。结结构构面面的的间间距距，主主要要根根据据岩岩石石力力学学性性质质、原原生生状状况况、构构造造及及次次生生作作用用、岩岩体体所处位置等情况决定。所处位置等情况决定。描述描述间距（间距（mm）极密集的间距极密集的间距6000间间间间距距距距Mar,200755第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 是指结构面两壁面间的是指结构面两壁面间的垂直距离。垂直距离。n结构面两壁面一般不是紧密接触，使结构面实际接触面积减少，导致结构面两壁面一般不是紧密接触，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增大。结构面粘聚力降低和渗透性增大。n张开度可说明岩体的张开度可说明岩体的“松散度松散度”和岩体的水力学特征。张开度愈大，和岩体的水力学特征。张开度愈大，岩体将愈岩体将愈“松散松散”，是地下水的良好通道。，是地下水的良好通道。描述描述结构面张开度（结构面张开度（mm）分类分类很紧密很紧密紧密紧密部分张开部分张开10裂开结构面裂开结构面很宽的很宽的极宽的极宽的似洞穴的似洞穴的1010010010001000张开结构面张开结构面张张张张开开开开度度度度Mar,200756第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 结结构构面面的的力力学学性性质质主主要要包包括括变变形形性性质质（法法向向变变形形、剪剪切切变变形形）与与强强度度性性质质（抗抗压强度、抗剪强度）。压强度、抗剪强度）。1.1.法向变形之压缩变形法向变形之压缩变形在法向荷载作用下，粗糙结构面的在法向荷载作用下，粗糙结构面的接触面积和接触点数随荷载增大而接触面积和接触点数随荷载增大而增加，结构面间隙呈非线性减小，增加，结构面间隙呈非线性减小，应力与法向变形之间呈指数关系。应力与法向变形之间呈指数关系。这种非线性力学行为归结于接触微这种非线性力学行为归结于接触微凸体弹性变形、压碎和间接拉裂隙凸体弹性变形、压碎和间接拉裂隙的产生，以及新的接触点、接触面的产生，以及新的接触点、接触面积的增加。当荷载去除时，将引起积的增加。当荷载去除时，将引起明显的后滞和非弹性效应。明显的后滞和非弹性效应。3 3.1 1.3 3 结结结结构构构构面面面面的的的的力力力力学学学学性性性性质质质质 Mar,200757第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 若结构面受有初始应力，受压时向左侧移动，其图形与前述相同。若结构面受拉，曲线若结构面受有初始应力，受压时向左侧移动，其图形与前述相同。若结构面受拉，曲线沿着纵坐标右侧向上与横坐标相交时，表明拉力与初始应力相抵消，拉力继续加大至抗沿着纵坐标右侧向上与横坐标相交时，表明拉力与初始应力相抵消，拉力继续加大至抗拉强度时（如开挖基坑），结构面失去抵抗能力，曲线迅速降至横坐标，以后张开没有拉强度时（如开挖基坑），结构面失去抵抗能力，曲线迅速降至横坐标，以后张开没有拉力，曲线沿横坐标向右延伸。因此，一般计算中不允许岩石受拉，遵循所谓的无拉力拉力，曲线沿横坐标向右延伸。因此，一般计算中不允许岩石受拉，遵循所谓的无拉力准则。准则。结构面受压受拉变形状况的全过程曲线结构面受压受拉变形状况的全过程曲线法法法法向向向向变变变变形形形形之之之之拉拉拉拉伸伸伸伸变变变变形形形形 Mar,200758第第第第3 3 3 3章章章章 岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性岩体的力学特性 在一定法向应力作用下，结构面在剪切作用下产生切向变形。通常有两种基本形式在一定法向应力作用下，结构面在剪切作用下产生切向变形。通常有两种基本形式1)对对非非充充填填粗粗糙糙结结构构面面，随随剪剪切切变变形形发发生生，剪剪切切应应力力相相对对上上升升较较快快，当当达达到到剪剪应应力力峰峰值值后，结构面抗剪能力出现较大的下降，并产生不规则的峰后变形或滞滑现象；后，结构面抗剪能力出现较大的下降，并产生不规则的峰后变形或滞滑现象；2)对对于于平平坦坦（或或有有充充填填物物）的的结结构构面面，初初始始阶阶段段的的剪剪切切变变形形曲曲线线呈呈下下凹凹型型，随随剪剪切切变变形形的持续发展，剪切应力逐渐升高但没有明显的峰值出现，最终达到恒定值。的持续发展，剪切应力逐渐升高但没有明显的峰值出现，最终达到恒定值。结构面的剪切变形曲线结构面的剪切变形曲线“弹性区弹性区”（峰前应力上升区）（峰前应力上升区）剪应力峰值区剪应力峰值区“塑性区塑性区”（峰后应力降低区或恒（峰后应力降低区或恒应力区）应力区）剪切刚度剪切刚度 2 2 2 2.剪剪剪剪切切切切变变变变