岩体结构特征.pptx

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1、会计学1岩体结构特征岩体结构特征几个基本概念几个基本概念n n岩石岩石岩石岩石（RockRock）矿物、岩屑的集合体。）矿物、岩屑的集合体。n n结构面结构面结构面结构面（Structural PlaneStructural Plane）指地质历史发展过程中，在岩体内形成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地质界面或带。n n岩块岩块岩块岩块（Rock block Rock block 或或 RockRock）指不含显著结构面的岩石块体，是构成）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩体的最小岩

2、石单元体岩石单元体。n n岩体岩体岩体岩体（RockmassRockmass）是指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网）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水等地质环境中的地质体地质体。第1页/共57页岩块的结构特征w岩块的结构是指岩石内矿物颗颗粒粒的的大大小小、形形状状、排排列列方方式式及微结构面发育情况与粒粒间间连连结结方方式式等反映在岩块构成上的特征。w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。w岩石的粒间连结分

3、结晶连结与胶结连结。w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2页/共57页2.1岩体的结构特征岩体的结构特征一、岩体的组成一、岩体的组成 n n岩体岩体是由是由结构面网络结构面网络及其所围限的及其所围限的岩块岩块 (结结构构体体)所组成。所组成。n n具有一定的具有一定的结构结构是岩体的是岩体的显著特征显著特征之一。之一。n n岩体中存在着复杂的天然应力状态和岩体中存在着复杂的天然应力状态和地下水地下水，这是岩体与其他材，这是岩体与其他材料的料的根本区别根本区别之一。之一。第3页/共57页n n岩岩体体结结构构的的基基本

4、本要要素素是是构构成成岩岩体体的的结结结结构构构构体体体体（岩岩石石）和和将将结结构构体体分割开来的分割开来的结构面结构面结构面结构面。n n结结构构体体是是被被各各种种构构造造形形迹迹和和裂裂隙隙分分割割而而成成的的岩岩石石块块体体，可可用用其其规规模模、形形态态及及其其产产状状进进行行描描述述：按按不不同同级级别别结结构构面面对对岩岩岩岩体体的的切割，可将结构体划分为切割，可将结构体划分为4 4级。级。n n级结构体级结构体地质体或称断块体地质体或称断块体 n n级结构体级结构体岩块岩块 n n级结构体级结构体块体块体 n n级结构体级结构体山体；山体；n n结结构构面面就就是是各各种种构

5、构造造形形迹迹或或裂裂隙隙。结结构构面面的的存存在在是是岩岩体体不不同同于于岩岩石石概概念念的的根根本本原原因因，结结构构面面是是岩岩体体的的重重要要组组成成单单元元。岩岩体体力力学学性性质质的的好好坏坏在在大大多多数数情情况况下下都都取取决决于于结结构构面面的的性性质质，而而非非岩岩石本身的性质。石本身的性质。二、岩体结构的基本要素二、岩体结构的基本要素第4页/共57页n n岩体结构岩体结构(rockmass structure)指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。n n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。常用块度模数（单位

6、体积内的级结构体数)或结构体体积来表示结构体规模。第5页/共57页岩体的地质特征形式岩体的地质特征形式结构体的形状示意图 n结构体常见的形状:柱状、板状、楔形、菱形 n形状不同，稳定性不同。第6页/共57页 岩体变形破坏方岩体变形破坏方式：式：a.块状及层状结构岩块状及层状结构岩体的块体滑移；体的块体滑移；b.薄层状结构岩体的薄层状结构岩体的弯曲倾倒；弯曲倾倒；c.碎裂结构岩体的剪碎裂结构岩体的剪切破坏及塑性变形；切破坏及塑性变形；d.松散及破碎结构岩松散及破碎结构岩体的塑性变形体的塑性变形第7页/共57页岩体的结构类型岩体的结构类型岩体结构类型岩体地质类型主要结构形状结构面发育情况岩土工程特

7、征可能发生的岩土工程问题整体状结 构均质，巨块状岩浆岩、变质岩，巨厚层沉积岩、正变质岩巨块状以原生构造节理为主，多呈闭合型，裂隙结构面间距大于15m，一般不超过12组，无危险结构面组成的落石掉块 整体性强度高，岩体稳定，可视为均质弹性各向同性体不稳定结构体的局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆块状结构厚层状沉积岩、正变质岩、块状岩浆岩、变质岩块状、柱 状只具有少量贯穿性较好的节理裂隙，裂隙结构面间距0.71.5m。一般为23组，有少量分离体 整体强度较高，结构面互相牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性体层状结构多韵律的薄层及中厚层状沉积岩、副变质岩层状、板状、透镜体有层理、片理、节理，常有层间错动面

8、接近均一的各向异性体，其变形及强度特征受层面及岩层组合控制，可视为弹塑性体，稳定性较差不稳定结构体可能产生滑塌，特别是岩层的弯张破坏及软弱岩层的塑性变形碎裂状结构构造影响严重的破碎岩层块状断层、断层破碎带、片理、层理及层间结构面较发育，裂隙结构面间距0.250.5m，一般在3组以上，由许多分离体形成完整性破坏较大，整体强度很低，并受断裂等软弱结构面控制，多呈弹塑性介质，稳定性很差易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失稳散体状结构构造影响剧烈的断层破碎带，强风化带，全风化带碎屑状颗粒状断层破碎带交叉，构造及风化裂隙密集，结构面及组合错综复杂，并多充填粘性土，形成许多大小不一的分离岩块完整性遭

9、到极大破坏，稳定性极差，岩体属性接近松散体介质易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失稳第8页/共57页岩体成因与岩体特征岩体成因与岩体特征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。第9页/共57页岩体结构类型划分岩体结构类型划分n n为了概括地反映岩体结构面和结构体的成因、特征及为了概括地反映岩

10、体结构面和结构体的成因、特征及其排列组合关系将岩体结构划分为其排列组合关系将岩体结构划分为4 4大类和大类和8 8个亚类个亚类。结构类型 地 质 背 景结构面特征结构体形态 类亚 类整体块状结构 整体结构（1）岩性单一，构造变形轻微的巨厚层沉积岩、变质岩和火成岩体结构面少一般不超过3组延展性极差多闭合无充填或夹少量碎屑巨型块状块状结构（2）岩性单一，构造变形轻一中等的厚层沉积岩、变质岩和火成岩体结构面般23组，面多闭合，层间有一定的结合力各种形状的块状层状结构 层状结构（1）构造变形轻一中等的中一厚层的层状岩体以层面、片理、节理为主延展性较好。一般有2-3组层间结合力较差厚板状，块状、柱状薄层

11、状结构（2）同1但厚度小(30cm)，在构造作用下表现为相对强烈褶曲和层间错动层理、片理发育原生软弱夹层层间错动和小断层不时出现。结构面多为泥胶、碎屑和泥质物充填。般结合力差板状或薄板状碎裂结构 镶嵌结构（1）一般发育于脆硬岩层，节理，劈理组数多，密度大以节理、劈理等小结构面为主组数多，密度大，但延展性差，闭合无充填或夹少量碎屑形态、大小不棱角显著。层状碎裂结构（2）软硬相间的岩石组合井常有近于平行的软弱破碎带存在软弱夹层和各种成因类型的破碎带发育，大致平行分布，以构造节理等小型结构面为主 以碎块状和板柱状为主碎裂结构(3)岩性复杂，构造破碎强烈；弱风化带各类结构面皆发育，彼此交切多被充填 结

12、构面光滑度不等，形态不同碎屑和大小、形态不同的岩块散体结构 构造破碎带及剧一强风化带节理，劈理密集破碎带呈块夹泥或泥包块的松软状态泥、岩粉，碎屑、碎块，碎片等第10页/共57页n n岩体的主要结构类型如下：岩体的主要结构类型如下：n n（1 1）整体结构（巨型块状结构）；整体结构（巨型块状结构）；n n（2 2）块状结构；块状结构；n n（3 3）镶嵌结构（火成岩的侵入结构）；镶嵌结构（火成岩的侵入结构）；n n（4 4）层状结构；层状结构；n n（5 5）碎裂结构（微风化岩体）；碎裂结构（微风化岩体）；n n（6 6）层状碎裂结构；层状碎裂结构；n n（7 7）散体结构（强风化岩石）；散体结

13、构（强风化岩石）；n n岩岩土土工工程程勘勘察察规规范范（GB50021-2001GB50021-2001）在在岩岩体体的的结结构构类类型型划划分分中中取取掉掉了了镶镶嵌嵌结结构构，并并将将层层状状碎碎裂裂结结构构和和碎碎裂裂结结构构一一起起归归并并为为碎碎裂裂结结构。构。岩体的结构类型岩体的结构类型第11页/共57页三、三、结构面的类型及成因结构面的类型及成因(一)地质成因类型 v原生结构面 v构造结构面 v次生结构面(二)力学成因类型 v张性结构面 v剪性结构面第12页/共57页(一一)地质成因类型地质成因类型n n1.1.原生结构面原生结构面原生结构面原生结构面岩体在成岩过程中形成的结构

14、面。岩体在成岩过程中形成的结构面。n n沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层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。理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。n n岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包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。和原生冷凝节理等。n n变质结构面在变质过程中形成，分为残留结构面和重结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；沉积岩的层理层面、龟裂；晶结构面；沉积

15、岩的层理层面、龟裂；n n2.2.构造结构面构造结构面构造结构面构造结构面 是岩体形成后在不同性质的构造应力作用是岩体形成后在不同性质的构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。动面等。n n3.3.次生结构面次生结构面次生结构面次生结构面 是岩体形成后在外营力作用下产生的结构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面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。等。第13页/共57页岩体结构面的类型及其特征岩体结构面的类型及其特征成因类型 地质类型 主 要 特 征 工程地

16、质评价 产 状 分 布 性 质 原生结构面沉积结构面 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 一般与岩层产状一致，为层间结构面 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 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 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 岩脉受构造结构面控制，而原生节理受岩体接触面控制 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

17、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 变质结构面 1片理 2片岩软弱夹层 产状与岩层或构造方向一致 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 构造结构面 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 产状与构造线呈一定关系，层间错动与岩层一致 张性断裂较短小，剪切断

18、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 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 次生结构面 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 受地形及原结构面控制 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 第14页/共

19、57页（二）结构面的规模（二）结构面的规模n n级级 指大断层或区域性断层。控制工程建设地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；区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；n n级级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。n n级级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节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。理、延伸较好的层面及层间错动等。n n、级结构面控制着工程岩体力学作用的边界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条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑

20、移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性第15页/共57页（二）结构面的规模（二）结构面的规模（续）（续）n n级级 指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片指延伸较差的节理、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。岩体的物理力学性质及应力分布状态。n n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，其分布规律具统计规律，需用统计方法

21、进行研量多且具随机性，其分布规律具统计规律，需用统计方法进行研究。究。n n级级 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。性质，控制岩块的力学性质。第16页/共57页（三）（三）产状产状n走向、倾向、倾角 n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。n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：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。第17页/共57页（四）（四）连续性连续性n n结构面的连续

22、性反映结构面的贯通程度。结构面的连续性反映结构面的贯通程度。n n1 1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和面各段长度之和(a)(a)与测线长度的比值。与测线长度的比值。n n K1K1变化在变化在0 01 1之间，之间，K1K1值愈大说明结构面的连值愈大说明结构面的连续性愈好，当续性愈好，当K1K11 1时，结构面完全贯通。时，结构面完全贯通。n n2 2、面连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构、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。面面积之和与总面积的比值。第18页/共57页结构面连续性分级表结构面连续性分

23、级表描述迹长（m）很低连续性20 第19页/共57页（五）（五）密度密度v结构面的密度反映结构面发育的密集程度。v1、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)。v2、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，结构面的倾角为时:第20页/共57页结构面间距分级表结构面间距分级表描述间距（mm）极密集的间距6000 第21页/共57页n用线密度来估算岩体质量指标岩体质量指标RQDRQD(rock quality designation)n岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心长度之

24、和与钻孔总进尺的百分比。第22页/共57页（六）（六）张开度张开度n结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。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，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。n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：第23页/共57页结构面张开度分级表结构面张开度分级表描述结构面张开度（mm）分类很紧密 紧密 部分张开10 裂开结构面很宽的 极宽的 似洞穴的10100 1001000 1000 张开结构面第24页/共57页 级及部分级结构面的产状、迹长、间距及张开度等几何特征参数，服从一定的随机分布规律。第25页/共57页（七）（七）

25、结构面形态结构面形态 n结构面的形态可以用侧壁的起伏形态及粗糙度来反映。n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。n 侧壁的起伏程度可用起伏角(i)表示。第26页/共57页粗糙度粗糙度n结构面的粗糙度用粗糙度系数JRC(joint roughness coefficient)表示。n随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。n根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划分为10级。第27页/共57页（八）（八）充填胶结特征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

26、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。第28页/共57页（九）（九）结构面的分级及其特征结构面的分级及其特征n n按结构面的规模及其力学效应，可将结构面划分为按结构面的规模及其力学效应，可将结构面划分为5 5级级级序 分级依据力学效应力学属性地质构造特征级 结构面延展长，几公里至

27、几十公里以上贯通岩体，破碎带宽度达数至数十米 1.形成岩体力学作用边界2.岩体变形和破坏的控制条件3.构成独立的力学介质单元1.属于软弱结构面2.构成独立的力学模型一软弱夹层 较大的断层级延展规模与研究的岩体相关，破碎带宽度比较窄，几厘米至数米1.形成块裂岩体边界2.控制岩体变形和破坏方式3.构成次级地应力场边界属于软弱结构面小断层层间错动面级延长度短,从十几米至几十米,无破碎带,面内不夹泥,有的具有泥膜1.参与块裂岩体切割 2.构成次级地应力场边界少数属于软弱结构面不夹泥大节理或小断层开裂的层面级延展短、未错动、不夹泥,有的呈弱结合状态1.是岩体力学性质、结构效应的基础 2.有的为次级地应力

28、边界节理劈理层面次生裂隙级 结构面小，且连续性差1.岩体内形成应力集中 2.岩体力学性质、结构效应的基础不连续的小节理隐节理 层面片理面第29页/共57页软弱结构面软弱结构面n n软弱结构面软弱结构面软弱结构面软弱结构面是岩体中具有一定厚度的软弱带是岩体中具有一定厚度的软弱带(层层)，与两，与两盘岩体相比具有盘岩体相比具有高压缩高压缩和和低强度低强度等特征，在产状上多等特征，在产状上多属缓倾角结构面。属缓倾角结构面。n n主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其他夹泥层等。层及其他夹泥层等。n n特性：特性：1 1、由原岩的超固结胶结式

29、结构变成了泥质散、由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构状结构 或泥质定向结构或泥质定向结构 n n2 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 n n4 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 n n6 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 n n8 8、压缩性高、压缩性高 9 9、易产生渗透变形、易产生渗透变形第30页/共57页结构面的组合关系结构面的组合关系n n结构面的组合关系控制着结构面的组合关系控制着可能滑移岩体可能滑移岩体的几何边界条件、形态、的几何边界条件、形态、规模

30、、滑动方向及滑移破坏类型，它是工程岩体稳定性预测与评规模、滑动方向及滑移破坏类型，它是工程岩体稳定性预测与评价的基础。价的基础。n n任何坚硬岩体的块体滑移破坏，都必须具备一定的任何坚硬岩体的块体滑移破坏，都必须具备一定的几何边界条件几何边界条件。因此，在研究岩体稳定性时，必须研究结构面之间及其与临空面因此，在研究岩体稳定性时，必须研究结构面之间及其与临空面之间的组合关系，确定可能失稳块体的形态、规模和可能滑移方之间的组合关系，确定可能失稳块体的形态、规模和可能滑移方向等。向等。n n结构面组合关系的分析可用结构面组合关系的分析可用赤平投影、立体投影和三角几何计算赤平投影、立体投影和三角几何计

31、算法法等进行。等进行。第31页/共57页第32页/共57页第33页/共57页 4 4 几种有代表性的工程岩体几种有代表性的工程岩体分类方法分类方法式中：式中：R Rc c岩石单轴抗压强度，岩石单轴抗压强度，Mpa f 20 20 为为1 1级，最坚固；级，最坚固；f 0.30.3为第为第1010级，最软弱。级，最软弱。优点：形式简单，使用方便。优点：形式简单，使用方便。缺点：未考虑岩体的完整性、岩体结构特征对稳定性影响，缺点：未考虑岩体的完整性、岩体结构特征对稳定性影响，故不能准确评价岩体的稳定性。故不能准确评价岩体的稳定性。1 1、普氏分类法、普氏分类法 以以岩岩石石试试件件的的单单轴轴抗抗

32、压压强强度度作作为为分分类类依依据据，根根据据普普氏氏坚坚固固性性系系数数 f 将将岩岩石石分分为为十十级级。f 值值越越大大，岩岩体体越稳定。越稳定。第34页/共57页2 2 2 2、岩石单轴抗压强度分类、岩石单轴抗压强度分类、岩石单轴抗压强度分类、岩石单轴抗压强度分类我国工程界按岩石单轴抗压强度将岩体分为四类：我国工程界按岩石单轴抗压强度将岩体分为四类：类别类别岩石单轴抗压强岩石单轴抗压强度度c(Mpa)坚固性坚固性250160特坚固特坚固160100坚固坚固10040次坚固次坚固0.750.750.550.550.350.350.15102501548100250122450100712

33、25504不采用不采用5252不采用不采用151不采用不采用10第40页/共57页（2 2 2 2）对应于岩芯质量指标的岩体评分值）对应于岩芯质量指标的岩体评分值）对应于岩芯质量指标的岩体评分值）对应于岩芯质量指标的岩体评分值R R R R2 2 2 2RQD（）（）911007690517526503130.310.050.30.05评分值评分值302520105第41页/共57页（4 4 4 4）对于节理状态的岩体评分值）对于节理状态的岩体评分值）对于节理状态的岩体评分值）对于节理状态的岩体评分值R R R R4 4 4 4说明说明评分值评分值尺寸有限的粗糙的表面、硬岩壁尺寸有限的粗糙的表

34、面、硬岩壁25略粗糙的表面、张开度略粗糙的表面、张开度1mm，硬岩壁硬岩壁20略粗糙的表面、张开度略粗糙的表面、张开度5mm的断层泥充填的张开节理的断层泥充填的张开节理;张开度张开度5mm的的节理，延伸超过数米节理，延伸超过数米0第42页/共57页（5 5 5 5）取决于地下水状态的岩体评分值）取决于地下水状态的岩体评分值）取决于地下水状态的岩体评分值）取决于地下水状态的岩体评分值R R R R5 5 5 5每米隧道的涌每米隧道的涌水水量量（L/min）节理水压力与最节理水压力与最大主应力的比值大主应力的比值总的状态总的状态评分值评分值无无0完全干燥完全干燥15101250.5有严重地下有严重

35、地下水问题水问题，流，流水水0第43页/共57页目前以测线法应用最为广泛。目前以测线法应用最为广泛。测线法它是在岩石露头表面布置一条测线，测线法它是在岩石露头表面布置一条测线，逐一量测与测线相交切的各条结构面的几何参数逐一量测与测线相交切的各条结构面的几何参数与地质力学特征。与地质力学特征。结构统计步骤：结构统计步骤：结构统计步骤：结构统计步骤：（1）选择测量区）选择测量区 岩体露头好，能够测量到足够多的结构面；岩体露头好，能够测量到足够多的结构面；岩体新鲜；岩体新鲜；测量区岩体岩性相同，并且位于同一构造单元内；测量区岩体岩性相同，并且位于同一构造单元内；露头面尽量平直切直立。露头面尽量平直切

36、直立。5结构面测量及统计方法结构面测量及统计方法第44页/共57页（2 2）测线布置，）测线布置，）测线布置，）测线布置，在选择好的露头岩面上布置测线，并将在选择好的露头岩面上布置测线，并将长约长约30m的测绳固定在测线上。测线布置应满足要求：的测绳固定在测线上。测线布置应满足要求：测线应尽量沿水平方向布置；测线应尽量沿水平方向布置；拉直；拉直；当露头面过当露头面过高时，应标出删节线。删节宽度一般为结构面平均迹长高时，应标出删节线。删节宽度一般为结构面平均迹长的的2-3倍，删节线应与测线平行，记录删节线方位和长度。倍，删节线应与测线平行，记录删节线方位和长度。第45页/共57页（3 3）测量、

37、记录）测量、记录）测量、记录）测量、记录 测量以小组为单位，1人记录；1-2人用罗盘量测结构面产状；1-2人测量结构面半迹长（或删节半迹长）和其它数据。并将测量到的各种数据记录在表中。测量时应注意凡是与测线相交的结构面都要量测，不能漏测或有选择性地测量。当然对一些规模很小的或微结构面则可不测。编号位置（m）结构面产状半迹长(m)隙宽(mm)端点类型结构面类型粗糙度充填胶结状态备注倾向走向倾角123岩体结构面测线测量记录表岩体结构面测线测量记录表 记录者 测线方位 年 月 日 记录表编号 测量位置 露头面产状 露头类型 测线号 岩石类型 露头面尺寸 露头条件 第46页/共57页1，2，3，4，5

38、-结构面 结构面端点类型结构面端点类型第47页/共57页 结构面网络模拟 结构面网络模拟是采用结构面网络模拟是采用结构面网络模拟是采用结构面网络模拟是采用Monte Carlo Monte Carlo 随机模拟方法随机模拟方法随机模拟方法随机模拟方法在计算机上模拟岩体内的结构面网络。在计算机上模拟岩体内的结构面网络。在计算机上模拟岩体内的结构面网络。在计算机上模拟岩体内的结构面网络。它是建立在对结构面统计测量基础上的，其模拟结果不仅与结构面的实际分布在统计规律上一致，而且还可以由局部到全体、局部到全体、由表及里，得到岩体整体的结构特征由表及里，得到岩体整体的结构特征，有助于人们直观了解岩体内结

39、构面的分布规律，掌握人们一般情况下难以观察、测量的岩体内部的结构特征。Monte Carlo随机模拟是利用随机数生成方法，生成服从一定概率分布形式的随机数概率分布形式的随机数序列。目前多运用数学的方法通过计算机编程计算来产生随机数。在模拟中要首先生成0，1区间上的标准均匀分布随机数，这样逐组进行获得每组结构面的随机数。第48页/共57页 用用用用Monte CarloMonte Carlo进行结构面网络模拟的进行结构面网络模拟的进行结构面网络模拟的进行结构面网络模拟的假设条件：由于结构面自身发育的差异、采样条件的局限和计算机运算所受到的限制，在进行结构面网络模拟时有些方面的因素要简化处理，为此

40、假设如下：1 1）假设结构面形状为薄圆盘状。根据这一假设，）假设结构面形状为薄圆盘状。根据这一假设，）假设结构面形状为薄圆盘状。根据这一假设，）假设结构面形状为薄圆盘状。根据这一假设，结构面的大小和位置，可以用结构面中心点坐标和结构结构面的大小和位置，可以用结构面中心点坐标和结构结构面的大小和位置，可以用结构面中心点坐标和结构结构面的大小和位置，可以用结构面中心点坐标和结构面半径来反映；面半径来反映；面半径来反映；面半径来反映；2 2）假设结构面为平直薄板，也就是说每条结构面）假设结构面为平直薄板，也就是说每条结构面）假设结构面为平直薄板，也就是说每条结构面）假设结构面为平直薄板，也就是说每条

41、结构面只有一个统一的产状；只有一个统一的产状；只有一个统一的产状；只有一个统一的产状；3）假设在整个模拟区域内，每组结构面的分布均遵循同一的概率模型。第49页/共57页 岩体结构面三维网络模拟步骤模拟步骤模拟步骤模拟步骤如下：1）选择适宜的岩体露头，对结构面进行系统采样；2）对所有结构面进行合理分组；3）对每组结构面分别建立概率模型；4）依次读入每组结构面概率模型的基本数据，对每组结构面进行（5）（11）；5）初步确定正在模拟的当前组结构面的体密度及模拟区内结构面数目，进行（6）（11），生成该数目的结构面；6）生成每条结构面中心点坐标；7）生成每条结构面产状（倾向、倾角）；8）生成每条结构面

42、半径；9）生成每条结构面张开度；第50页/共57页10）对结构面规模和数量进行动态校核；11）在条件允许的情况下，进行实测结构面和模拟结构面的耦合；12）对模拟结果进行检验，若不符合给定概率模型，重新模拟；13）形成结构面三维网络图；14）输出图形及结果。上述步骤中，（，（，（，（1 1）（3 3）是模拟的准备工作）是模拟的准备工作）是模拟的准备工作）是模拟的准备工作，首先进行结构面采样，按照宏观调查分析以及结构面样本数据对结构面进行分组，利用概率统计学的相关方法对每组结构面构建概率模型，用以后续的网络模拟；（4 4）（1414）为模拟的主体）为模拟的主体）为模拟的主体）为模拟的主体，要在计算机上完成，其中（6）（9）要利用Monte Carlo随机模拟方法实现。第51页/共57页 三维网络模拟主程序流程图 第52页/共57页第53页/共57页第54页/共57页第55页/共57页思考题思考题1 1、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响 岩体力学性质的？岩体力学性质的？岩体力学性质的？岩体力学性质的？2 2、试总结说明三大类岩体的主要特征、试总结说明三大类岩体的主要特征、试总结说明三大类岩体的主要特征、试总结说明三大类岩体的主要特征第56页/共57页