岩体力学03-岩体的力学性质.ppt

1、第三章 岩体的力学性质 3.1 岩体 结 构的概念及岩体 结 构分 类 3.2 结构面的力学性质 3.3 岩体 的变形特性 3.4 岩体 的强度特性 3.4 岩体质量评价及其分类 在工程荷载 (一般小于 10MPa)范围内，工程岩体常常是 沿软弱结构面失稳破坏 。在工程荷载作用下， 结构面 及其 充填物的变形 是岩体变形的主要组分，控制着工程 岩体的变形 特性。结构面是岩体渗透水流的主要通道。在工程荷载作用下，结构面的变形将极大地改变岩体的 渗透性 、 应力分布 及其 强度 。因此，预测工程荷载作用下岩体渗透性的变化，必须研究结构面的变形性质及其本构关系。工程荷载 作用下，岩体中 应力分布 受

2、结构面及其力学性质的影响。5一、结构面（一）结构面的成因类型1、地质成因类型v 原生结构面v 构造结构面v 次生结构面2、力学成因类型v 张性结构面v 剪性结构面岩体结构岩体结构 面的成因类型面的成因类型 及其特征及其特征成因类型 地质类型主 要 特 征工程地质评价产 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

3、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

4、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

5、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 1、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 是在 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

6、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。成因 类 型 地 质类 型 主要特征原生 结构面沉 积结 构面层 面、 层 理、沉 积间断面（不整合面、假整合面）、原生 软 弱夹层1、 产 状与岩 层 一致，随岩 层变 化而 变 化， 为层间结 构面；2、一般呈 层 状分布，延展性 强 ，海相沉 积 中分布 稳 定， 陆 相及 滨 海相沉 积 中易于尖 灭 ，形成透 镜 体、扁豆体，原生 层 面具波浪起伏状；3、一般 层 面 结 合良好， 层 面新 鲜时 只能 显 示黯淡或黑白条 纹 ，

7、风 化后才能剥开，若 经 后期构造运 动 常形成 层间错动带 ；4、 层 面特征多 样 ，一般平整，常 见 有典型的泥裂、波痕、交 错层 理、 缝 合 线 等，在沉 积间 断面中常有古 风 化残 积 物；5、 层间软 弱物 质 在构造及地下水作用下易 软 化、泥化， 强 度降低， 对 岩体 稳 定不利。火成 结 构面流 层 、流 线 、火山岩流接触面、 蚀变带 、挤压 破碎 带 、原生 节理1、 产 状受岩体与 围 岩接触面控制，随侵入岩体或岩脉的形 态 而异；2、流 层 、流 线 在新 鲜 岩体中不易剥开，但 经风 化后易剥离或脱落，接触面延伸 较远 ，原生 节 理延 续 性不 强 ，但往往

8、密集；3、冷凝原生 节 理常常是平行或垂直接触面的， 为 平 缓 或高 倾 角 张 裂面， 较 不平整，且粗糙。在浅成岩体及火山岩岩体内常 发 育有特殊的 节 理及柱状 节 理；4、火山岩流 间 充填物松散，原生 节 理常被 软 弱物 质 充填， 对稳 定不利；5、 蚀变带 和 挤压 破碎 带 的形 态 、 产 状、 规 模及特性均受侵入岩体及 围 岩性 质 所控制。变质结 构面 片理、板理、剥理、 软 弱 夹层1、 产 状 语 岩 层 一致，或受其控制；2、片理面延展性 较 差，一般分布密集；3、片理 结 构面光滑，但形 态 是波浪起伏的。在新 鲜 岩体中片理多呈 闭 合状，但一般能剥开，片

9、理面常呈凹凸不平状，面粗糙；4、 软 弱 夹层 中主要是片状 矿 物，如黑云母、 绿 泥石、滑石等富集 带 ，抗剪 强 度低，是岩体中的薄弱部位。构造 结 构面 劈理 为 短小、密集的剪切破裂面，影响局部地段岩体的完整性及 强 度。节 理1、在走向延展及 纵 深 发 展上其范 围 有限；2、一般分 为张节 理和剪 节 理， 张节 理延 续 性弱，剪 节 理延伸 较长 ；3、 张节 理一般具陡立或陡 倾产 状，常垂直岩 层 走向。剪 节 理斜交岩 层 走向，其 倾 角随岩 层倾 角 变 陡而 变缓 ；4、 张节 理面粗糙，参差不 齐 ， 宽 窄不一。剪 节 理平直光滑，有的面 见 擦痕 镜 面，

10、常有各种泥 质 薄膜，如高岭石、 绿 泥石、滑石、石墨等，尽管接触面 紧闭 ，但易于滑 动 。断 层1、 规 模 悬 殊，有深切岩石圈几十千米，也有 仅 限于地表数十米，断 层为 延 续 性 较 强 的 结 构面， 对 岩体 稳 定性的影响 较 大；2、大多数断 层为 剪切作用形成的，也有引 张 脆性破裂所形成的；3、一般断 层带 内都存在有构造岩，如断 层 泥、糜棱岩、角 砾 岩、 压 碎岩，构造岩后期被侵染、胶 结 ，如方解石或石英脉网 络 的形成， 对 岩体 稳 定有利。层间 破碎 夹层1、在 层 状岩体中沿 软 弱 夹层发 育， 产 状与岩 层 一致；2、一般呈 层 状分布，延展性 较

11、 强 ，有 时 也呈透 镜 状或尖 灭 ；3、 结 构面物 质 破碎，呈 鳞 片状，含泥 质 物，呈条 带 状分布次生 结 构面卸荷裂隙1、 产 状与 临 空面有关，一般近水平，多 为 曲折不 连续 状；2、延 续 性不 强 ，常在地表 20-40m内 发 育；3、 结 构面粗糙不平，常 张 开，充填物有气、水、泥 质 碎屑， 宽 窄不一， 变 化多 样 。爆破裂隙1、在 边 坡岩体中最常 见 ；2、 产 状与 边 坡走向近于平行，延展有一定范 围 ， 视 爆破力大小而异；3、多 为张 开型，松散、破碎，其状 态 受上述各种 结 构面及岩性控制，但一般多呈弧状分布。风 化裂隙及 风 化 夹层1

12、、一般沿原生 夹层 和原有 结 构面 发 育，短小密集，延 续 性弱， 仅 限于地表一定深度；2、 风 化 夹层产 状与岩 层 一致，在 风 化 带 内延展性 强 ；3、充填物松散、破碎，含泥 质 物。泥化 夹层1、 产 状与岩 层 一致，沿 软 弱岩 层 表部 发 育；2、延展性 强 ，但各段泥化程度可能不一， 视 地下水作用条件而定；3、泥 质 物多呈塑性状 态 ，甚至流 态 ， 强 度低，是 导 致 边 坡岩体失 稳 破坏的常 见 因素。结构面类型及其主要特征：2、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

13、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。（二）结构面 的规模 按结构面延伸长度、切割深度、破碎带宽度及其力学效应，可将结构面划分为如下五级： 级结构面： 对区域构造起控制作用的断裂带，包括大小构造单元接壤的深大断裂带。 是地壳或区域内巨型的构造断裂面，走向延伸往往很远（一般在数十千米以上），破碎带宽度数米以上。 沿纵深方向至少可以切穿一个构造层，规模巨大 区域性大断层往往具有现代活动性，对工程建设有很大的危害，影响到区域稳定性，并影响山体稳定性和岩体稳定性。一般工程应尽量避开，如不能避开，则应进行研究并采取适当的处理措施。