中国地质学第四章【荐】.ppt

第四章 岩体的工程性质 一、岩体 1.岩体 是在漫长的地质历史过程中形成的，具有一定的结构和构造，并与工程建筑有关的天然地质体 岩石在漫长的地质历史时期内，由于遭受内力、外力地质作用的影响，在岩体里面会形成各种裂隙，形成不连续、各向异性的非均匀地质体。 2.岩体的主要特征 岩体是地质体的一部分，因此，岩石、地质构造、地下水及岩体中的天然应力状态对岩体的稳定有很大影响。要研究岩体，不仅要研究现状还要研究其历史。 岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它将导致岩体力学性能不连续性、不均一性和各向异性。软弱的结构面常常形成岩体稳定性的控制面。 岩体在工程荷载的作用下产生变形和破坏，主要受各种结构面的性质及其组合形式的控制。岩体结构特征不同，岩体的变形与破坏机制也不同。 岩体中存在天然的应力场，在多数情况下，岩体中不仅存在自重应力还有构造应力，这些应力的存在，使得岩体的工程地质性质复杂化。 二、岩体结构 2.岩体结构 指岩体结构面和结构体两个要素的组合特征。 三、结构面的类型及特征 1.结构面类型 2.结构面的特征（1）结构面的规模 结构面对岩体力学性质及岩体稳定性的影响程度，首先取决于结构面的延展性及其规模 （2）结构面形态 （3）结构面的物质组成 结构面上物质软弱松散，含泥物质及水理性质不良的黏土矿物，抗剪强度很低，对岩体稳定的影响较大 （5）结构面的延展性 （6）结构面的张开度和填充胶结特征 4.结构体 （1）结构体与结构面相互依存： ☆结构体形状与结构面组数密切相关，岩体内结构面组数越多，结构体形状越复杂； ☆结构体块度或尺寸与结构面间距密切相关。结构面间距越大，结构体块度（尺寸）越大。 ★结构体级序与结构面级序有相互依存的关系 5.岩体结构的类型 6.不同结构类型岩体的工程地质性质 整体块状结构岩体：结构面稀疏、延展性差、结构体块度大且常为硬质岩石，故整体强度高、变形特征接近于各向同性的均质弹性体，变形模量、承载能力与抗滑能力均较高，抗风化能力一般也较强，故这类岩体具有良好的工程地质性质，是较理想的各类工程建筑地基、边坡岩体及洞室围岩。 ??? 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。 ???散体结构岩体：节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，岩石手捏即碎，属于碎石土类，可按碎石土类研究。 四、岩体的主要力学性质 影响岩体力学性质的因素：岩石的力学性质，结构面的物质组成、发育程度、组合类型及力学性质。 1.岩体的变形特性 （1）岩体的应力——应变曲线特征 变形组成：结构面变形和结构体变形 四个阶段：OA节理压密闭合变形阶段、AB弹性变形阶段、 BC塑性变形阶段、CD段破坏阶段 类型：直线型 岩体坚硬、致密、均匀、完整 上凹形 岩体坚硬、裂隙发育、裂隙无充填；或有软弱夹层 下凹形 软弱夹层较发育；节理裂隙较发育且有软弱充填物； 岩石性质软弱；岩体深处有软弱夹层；岩体风化 复合型 组成岩体的岩石、结构体性质不均匀；结构体分布不 均匀；结构面分布不均匀 （2）变形指标 变形模量：岩体在无侧限受压条件下应力与总应变之比。 弹性模量：岩体无侧限受压条件下应力与弹性应变之比。 动弹性模量：用动力法根据弹性波在岩体中的传播速度测得的弹性模量。 2.岩体的流变特性 流变性：介质在外部条件不变的条件下，应力或应变随时间变化的性质。 表现形式：蠕变 应力一定的条件下，变形随时间增长而逐渐增长的现象。 松弛 变形保持一定，应力随时间增长而逐渐减小的现象。 3.岩体的强度特性 （1）岩体的破坏方式 脆性破坏、块体滑移，层状弯折，追踪破裂，塑性流动。 （2）岩体的剪切特性和剪切强度 类型：抗剪强度 沿已有的破裂面发生剪切滑动时的强度