岩体结构面几何参数的确定
岩体结构面几何参数的确定
摘要：岩体是地质体的一部分，是非均质的、各向异性的不连续体。岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，称为结构面。结构面实际上是地质发展历史中岩体内形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特征的地质界面。
关键词：岩体结构面 几何参数 确定
岩体是地质体的一部分，是非均质的、各向异性的不连续体。岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，称为结构面。结构面实际上是地质发展历史中岩体内形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特征的地质界面。
结构面的几何特征直接控制岩体中岩块的大小，同时控制岩质边坡稳定性分析和地下洞室围岩稳定性分析中的边界条件，即控制滑体的形状、规模及其趋势。具有工程意义的岩体结构面主要包括地层层面和节理等。
在某抽水蓄能电站坝址区进行了大量的岩体结构面调查之后，利用所取得的资料，应用EXCEL软件，对有关几何参数进行统计分析，并利用数学模型和检验原理，确定了具有一定置信程度的置信区间。
1 结构面几何参数
岩体结构面几何参数主要包括产状、间距、连通性等，结构面的产状由其走向、倾向和倾角组成，而结构面的走向和倾向可以相互换算，即只要确定其一即可（本文中以倾向为例）。岩体结构面几何参数主要从天然露头、剖面（例如采矿剖面，道路剖面等）、平硐、钻孔中实测而得。
2 结构面倾向
以结构面的倾向（方位角）为例，在工程区现场调查了二组结构面的305个公文易文秘资源网始建于2003年，是专业的文秘写作资源网站，海量的范本、专业的内容，欢迎访问
数据，输入到EXCEL电子表后，得到的统计结果为：一组节理面（节理1）倾向的范围为80° ~147° ，其均值为111.4° ；另一组节理面（节理2）倾向的范围为154° ~270° ，其均值为200.9° 其分布见图1。
图1 结构面倾向统计图
先对节理1进行分析，在模型的对比中可知，节理1服从伽马分布。因此根据相对频率，计算数学期望S Ex 和方差S Dx ，然后可根据模型的特征计算其参数，a 和b 值可联立方程求得，G (a )可通过斯特林公式得到，计算结果为：a = 60.7627 和 b = 0.5279。所以，有：a = 4.4E-99， b = 59.763， c = -0.5279。
根据模型，计算其理论频率，再转化为它的模型值，比较实际值和模型值，用c 2检验。u = 4，a = 0.05，计算值为3.403，而临界值为9.488。说明模公文易文秘资源网始建于2003年，是专业的文秘写作资源网站，海量的范本、专业的内容，欢迎访问
型是可信的。
对节理2进行分析，实际资料近似正态分布。其资料统计如下：
同理，可以得到其模型的频数。比较实际值和模型值，用c 2检验。u =
7，a = 0.05，计算值为12.295，而临界值为14.067。说明模型是可信的。因此，利用模型计算节理1倾向的置信区间为： 112.4° ~117.8° ；节理2倾向的置信区间为：200.2° －201.6° 。
3 结构面倾角
有关结构面倾角，以节理2的为例，共有139个样本，其资料统计如下： 对该资料进行模型分析后，其实际资料近似正态分布。比较实际值和模型
值，用c 2检验。u = 5，a = 0.05，计算值为10.885，而临界值为12.592。说明公文易文秘资源网始建于2003年，是专业的文秘写作资源网站，海量的范本、专业的内容，欢迎访问
模型是可信的，（见图2）。
图2 结构面节理2倾角统计图
因此，利用模型计算节理2倾角的置信区间为：74.0° －74.7° 。 [NextPage]
4 结构面间距
结构面间距同样以节理2为例，139个样本可以确定138个间距，据其样本的统计分析，其模型近似服从威布尔分布。在Excel程序计算中，可以将威布尔分布的累计形式转换成线性关系，线性回归分析后，得到：a =1.5696， b =
0.0105，相关系数为0.9963，相应的F检验值为703.677。可见相关系数相当大，
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且F实际检验值大于F理论临界值（见图3）。
得到模型参数后，就可以计算模型对应于自变量的模型累计频率，由该累计频率转化成模型值的频数。比较实际值和模型值，用c 2检验。u = 11，a = 0.05，计算值为7.838，临界值为19.675。说明模型是可信的。利用模型计算节理2的间距置信区间为16.3－16.4 cm。
图3 结构面节理2间距统计图
5 结构面连通性
对于结构面的连通性分析，同样以节理2为例，139个的样本进的统计，其模型近似服从威布尔分布。在Excel程序计算中，可以将可以威布尔分布的累计形式，转换成线性关系，线性回归分析后，得到： a = 1.0629， b = 0.0150，公文易文秘资源网始建于2003年，是专业的文秘写作资源网站，海量的范本、专业的内容，欢迎访问
相关系数为0.9981，相应的F检验值为3835.692。可见相关系数相当大，且F实际检验值大于F理论临界值（见图4）。
图4 结构面节理2连通性统计图
得到模型的参数后，就可以计算模型对应于自变量的模型累计频率，再由该累计频率转化成模型值的频数。比较实际值和模型值，用c 2检验。u = 11，a = 0.05，计算值为6.197，而临界值为19.675。说明模型是可信的。利用模型计算节理2的连通性置信区间为50.7－50.9 cm。
6 结论
通过上面的分析评价可以说明在对岩体结构面几何参数（包括其产状、间距、连通性等）的统计分析及模型评价时，只要其调查样本足够大，都可以获得公文易文秘资源网始建于2003年，是专业的文秘写作资源网站，海量的范本、专业的内容，欢迎访问
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浅谈岩体结构对岩体性质的影响
浅谈岩体结构对岩体性质的影响 学生：彭敏 班级：水工1班学号：2014141482159 授课教师：肖明砾成绩 摘要影响岩体岩石力学性质和物理性质的三个重要因素有：矿物、结构、构造，其中岩体构造对岩体的性质影响尤为重要，控制着岩体的工程性质以及稳定性。岩体由结构面和结构体组成，其结构特性是岩体力学行为、变形和破坏形式的主要控制因素。 关键词结构性质结构面软弱夹层 1.结构面的类型与自然特性 1.1概述 结构面指岩体中不连续面，切割岩体的各种地质界面，包括各种物质分异面、破裂面及软弱夹层, 在其变形、破坏过程中所起的作用, 取决于结构面的成因和自然特性, 这种特性直接影响着岩体的物理力学性质。 1.2分类 1.2.1地质成因分类 可以分为原生结构面、构造结构面以及次生结构面三种,其特征如图1所示。 图1 1.2.2结构面的规模 ①Ⅰ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。 ②Ⅱ级：指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。 ③Ⅲ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。 ④Ⅳ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。 ⑤Ⅴ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。 1.3结构面特性 结构面是控制岩体工程地质性质的重要因素，而结构面的特性则影响着结构面的强度与其他性能，进而影响岩体的强度与性质。 ①产状：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。 ②连通性：结构面的连通性反映结构面的贯通程度 ③密度：反映结构面发育的密集程度和岩体完整程度。 ④胶结及填充情况：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。 ⑤形态：结构面平整光滑程度不同，抗剪强度不同。 1.4软弱结构面 软弱夹层是控制岩体稳定的极端重要的因素，泥化层是岩石工程性质最差的结构面。力学强度低，含碳量高，遇水易软化，延伸较长，厚度较薄。 2.岩体结构分类及特性 岩体的结构特征指岩体中结构面、结构体的规模、形状、性质、相互组合关系，岩体的结构特征基本决定了岩体的破坏方式。 2.1岩体结构类型 ①整体与块状结构：整体性高，结构面互相牵制，岩体稳定。 ② 层状结构：变形与强度特征受层面及岩层
岩体结构面网络模拟简略步奏
岩体结构面三维网络模拟 为分析研究区内岩体质量状况，查明该区域内的结构面发育规律，在研究区域内水布垭水库北岸选择了4个剖面，南岸选择了1个剖面进行了详细地节理统计（如图1所示）。 图1 节理统计位置图 在野外统计的基础上，对其进行网络模拟，具体模拟步骤为： 1. 依据产状、由走向玫瑰花图和极点图分组； 2. 由概率图法和K-S 检验法获取各组倾向、倾角、隙宽最佳概率分布； 3. 由半迹长分布推算各组直径分布； 4. 由间距分布推算各组体密度； 5. 各组几何要素概率分布参数调整、校核，得到结构面网络模拟参数； 6. 通过结构面三维网络模拟估算岩体RQD 的概率分布 测线1 测线2 测线3 测线4 测线5
四、测线4结构面网络模拟分析 测线4结构面统计基本信息 地点：水布垭库区清江北岸白水溪; GPS：N:30°26′06″E:110°18′44″H:477m; 露头类型:路堑边坡; 露头产状：135°∠89°; 岩性: 中厚层状灰岩; 测线产状: 135°∠4°; 测线总长：16.5m. 五、 侧线4-1结构面现场统计图 4.1结构面分组 使用结构面分析软件DIPS生成测线2处结构面走向玫瑰花图及结构面极点图。在玫瑰花图，结构面极点图的基础上，结合该露头结构面地质成因分析，将该组要出露有三组优势结构面：Ⅰ组，层面，产状范围为85°~110°∠30°~36°；Ⅱ组，节理，产状范围为243°~276°∠67°~85°；Ⅲ组，节理，产状范围164°~170°∠74°~90°。 4-2 侧线4结构面极点图图4-3 侧线4结构面走向玫瑰花图
4.2 获取倾向、倾角、半迹长概率分布参数 在数据分组的基础上，借助SPSS软件强大的数据分析功能，对数据按组进行概率统计分析，得到结构面网络模拟所需要的必要统计参数。根据已有资料对节理概统计模型的研究，此处倾向、倾角选择了正态分布模型，半迹长选择了均匀分布模型或是负指数分布模型，具体的模型可进一步通过相关模型检验得到。 4.2.1 倾向概率分布 通过统计分析，得到Ⅰ组节理倾向均值为96.43°，标准差为11.356°（图4-3）；Ⅱ组节理倾向均值为261°，标准差为16.703°（图4-4）；Ⅲ组节理倾向均值为171.11°，标准差为9.466°（图4-5）。 图4-4 Ⅰ组倾向频率直方图与正态概率密度曲线图4-5 Ⅱ组倾向频率直方图与正态概率密度曲线
岩体结构面的变形与强度性质
本科毕业设计（论文）开题报告 题目岩体结构面的变形与强度性质指导教师 院（系、部） 专业班级 学号 姓名 日期2011年3月25日 教务处印制
一、研究的目的、意义和现状 研究目的和意义 结构面及其工程性质的复杂性是造成岩体工程性质千差万别的最根本原因，结构面的研究是分析工程岩体性质的基础性工作。工程实践反复证明，自然岩体和工程岩体的失稳源于结构面，岩体的破坏机制在很大程度上受结构面控制，因结构面而造成失事的工程实例国内外已不鲜见。研究结构面的力学性质是评价岩体稳定性的关键问题，因此，本文对此进行研究。 在岩体建造和改造过程中，经受了各种复杂的地质作用，因而在岩体中发育有断层、节理和各种裂隙等结构面，实验题物理性质十分复杂。由于结构面的存在，特别是软弱夹层的存在，极大地削弱了岩体的力学性质及其稳定性。结构面的变形与强度性质往往对工程岩体的变形和稳定性起着控制性作用。在国内外已建和在建的岩体工程中普遍存在有软弱夹层问题。如黄河小浪底水库工程左坎肩砂岩中由薄层粘土岩泥化形成的泥化夹层；葛洲坝水利工程坝基的泥化夹层，还有长江三峡自然岸坡中的各种软弱夹层等。都不同程度地影响和控制着所在工程岩体的稳定性。对岩体结构面力学性质的研究，是岩体力学和工程地质学中重要的研究课题之一，在工程实践中有以下意义： (1)大量的工程实践表明：在工程荷载(一般小于10MPa)范围内，工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的。如法国的马尔帕塞坝坝基岩体、意大利瓦依昂水库库岸滑坡、中国拓溪水库塘岩光滑坡等等，都是岩体沿某些软弱结构面滑移失稳而造成的。这时，结构面的强度性质是评价岩体稳定性的关键。 (2)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。 (3)结构面是岩体中渗透水流的主要通道。在工程荷载作用下，结构面的变形又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。 (4)工程荷载作用下，岩体中的应力分布也受结构面及其力学性质的影响。 由于岩体中的结构面是在各种不同地质作用中形成和发展的。因此，结构面的变形和强度性质与其成因及发育特征密切相关[1-2]。
岩体结构面几何参数的确定
岩体结构面几何参数的确定 摘要：岩体是地质体的一部分，是非均质的、各向异性的不连续体。岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，称为结构面。结构面实际上是地质发展历史中岩体内形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特征的地质界面。 关键词：岩体结构面 几何参数 确定 岩体是地质体的一部分，是非均质的、各向异性的不连续体。岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，称为结构面。结构面实际上是地质发展历史中岩体内形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特征的地质界面。 结构面的几何特征直接控制岩体中岩块的大小，同时控制岩质边坡稳定性分析和地下洞室围岩稳定性分析中的边界条件，即控制滑体的形状、规模及其趋势。具有工程意义的岩体结构面主要包括地层层面和节理等。 在某抽水蓄能电站坝址区进行了大量的岩体结构面调查之后，利用所取得的资料，应用EXCEL软件，对有关几何参数进行统计分析，并利用数学模型和检验原理，确定了具有一定置信程度的置信区间。 1 结构面几何参数 岩体结构面几何参数主要包括产状、间距、连通性等，结构面的产状由其走向、倾向和倾角组成，而结构面的走向和倾向可以相互换算，即只要确定其一即可（本文中以倾向为例）。岩体结构面几何参数主要从天然露头、剖面（例如采矿剖面，道路剖面等）、平硐、钻孔中实测而得。 2 结构面倾向 以结构面的倾向（方位角）为例，在工程区现场调查了二组结构面的305个公文易文秘资源网始建于2003年，是专业的文秘写作资源网站，海量的范本、专业的内容，欢迎访问
数据，输入到EXCEL电子表后，得到的统计结果为：一组节理面（节理1）倾向的范围为80° ~147° ，其均值为111.4° ；另一组节理面（节理2）倾向的范围为154° ~270° ，其均值为200.9° 其分布见图1。 图1 结构面倾向统计图 先对节理1进行分析，在模型的对比中可知，节理1服从伽马分布。因此根据相对频率，计算数学期望S Ex 和方差S Dx ，然后可根据模型的特征计算其参数，a 和b 值可联立方程求得，G (a )可通过斯特林公式得到，计算结果为：a = 60.7627 和 b = 0.5279。所以，有：a = 4.4E-99， b = 59.763， c = -0.5279。 根据模型，计算其理论频率，再转化为它的模型值，比较实际值和模型值，用c 2检验。u = 4，a = 0.05，计算值为3.403，而临界值为9.488。说明模公文易文秘资源网始建于2003年，是专业的文秘写作资源网站，海量的范本、专业的内容，欢迎访问
岩石结构面调查与分析
岩石结构面调查与分析 摘要：矿体及其围岩的稳定性、破坏模式和破坏程度，通常受到节理裂隙发育的方位、数量、大小以及形态的影响，节理裂隙形成时的构造应力场和构造运动方式可以通过节理裂隙进行推断，为区域构造应力场及构造体系的力学分析提供基础资料。通过现场结构面调查，分析得知矿区的节理裂隙较为发育,结构面间距范围在10~20cm，开度值范围在3~7mm，且随着深度的增加，开度值增大，填充物为少量夹泥。 关键词：节理裂隙，构造断裂，结构面调查 北洺河铁矿位于河北省武安市上团城村东北约1km处的北洺河河床下。东距邯郸市39km，东南距武安市8km。其地理坐标为：东经110°07′30″，北纬36°45′00″。节理裂隙的调查研究，对矿业开采起着重要的作用，新世纪、新形势下，矿业企业仍是推动我国经济发展和工业化建设的重要力量[1-2]。 一、调查方法 节理裂隙是岩体在应力作用下形成的结构面，是构造断裂的一种，没有位移或位移极小，虽然延长不远，纵深发展不大，但数目很多，同时，节理裂隙作为一种构造行迹，可以反映出本区主要构造的轮廓与构造运动的特点[3]。节理裂隙大都与构造应力保持着一定的内在联系，由此可见，节理裂隙的调查、结构分析是非常有价值的工作，成为本次工程地质调查的主要内容之一。本次调查采用的方法为窗口法，即在进路的某一区域进行结构面调查，调查的范围大于10m2。 二、现场调查 岩体是地质体，它经历过多次反复地地质作用，经受过变形，遭受过破坏，形成一定的岩石成分和结构，赋存于一定的地质环境中。结构面作为岩体结构单元之一，其性状特征，可能是控制岩体变形、强度和渗透性的最主要因素。本次结构面调查涉及-125m水平和-140m水平，调查结果如表1和表2所示。测点选择在各水平地压显现明显，结构面露头较好的区域，采集结构的内容包括：岩性、间距、产状、开度、粗糙度（JRC）、充填物、渗透性。 表1 -125m水平结构面性状 间距（cm）JRC(mm) 开度(mm) 充填物渗透性岩性 10~20 1~2 3~4 泥质渗水磁铁矿 产状（倾向°∠倾角°）
岩体结构的基本类型
目录 一、结构体的类型和岩体结构特征 (2) 1.结构体的类型 (2) 2.岩体结构特征 (2) 3、组成 (3) 4、结构面 (3) 5、结构体 (4) 6、类型 (4) 7、力学效应 (4) 二、岩层产状的记录方法 (5)
一、结构体的类型和岩体结构特征 1.结构体的类型 由于各种成因的结构面的组合，在岩体中可形成大小、形状不同的结构体。 岩体中结构体的形状和大小是多种多样的，但根据其外形特征可大致归纳为：柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种基本形态。当岩体强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞片状等形式的结构体。 结构体的形状与岩层产状之间有一定的关系，例如：平缓产状的层状岩体中，一般由层面(或顺层裂隙)与平面上的“X”型断裂组合，常将岩体切割成方块体、三角形柱体等；在陡立的岩层地区，由于层面(或顺层错动面)、断层与剖面的上“X”型断裂组合，往往形成块体、锥形体和各种柱体。结构体的大小，可用体积裂隙数Jv来表示。其定义是：岩体单位体积通过的总裂隙数(裂隙数／m3)，表达式为： 式中的Si为岩体内第i组结构面的间距；为该组结构面的裂隙数(裂隙数／m)。 根据Jv值的大小可将结构体的块度进行分类(表16-4-2)。 结构体块度(大小)分类表16-4-2 2.岩体结构特征 岩体结构是指岩体中结构面与结构体的组合方式。 岩体结构的基本类型可分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构，它们的地质背景、结构面特征和结构体特征等列于表16-4-3中。 (三)岩体的工程地质特性 岩体的工程地质性质首先取决于岩体结构类型与特征，其次才是组成岩体的岩石的性质(或结构体本身的性质)。 不同结构类型岩体的工程地质性质： 1.整体块状结构岩体的工程地质性质整体块状结构岩体因结构面稀疏、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，所以这类岩体具有良好的工程地质性质。 岩体结构的基本类型表16-4-3
岩体结构面的应用
岩体结构面的应用 一岩体结构面 岩体结构面是指在构造应力作用下岩体中所产生的各种构造遗迹(包括断层、节理、层理和破碎带等)具有一定方向、延展较大、厚度较小的两维面状地质界面。岩体结构面把岩体切割成既连续又不连续的裂隙体。 二岩体结构面的特征 岩体是由岩块和结构面组合的天然地质体，其变形与强度不仅取决于它的受力状态，而且取决于岩体本身特征及赋存环境。 （1）组成岩体的岩石材料性质； （2）组成岩体的结构面力学性质； （3）岩体中结构面的发育组合状态； （4）赋存环境，包括地下水、气和地应力的作用等等。 三岩体结构面的应用 结构面对岩体力学性质的影响因素主要表现在结构面自身的力学性质和及其几何特征两方面。其中几何特征通常包括：结构面的空间方位、连续性、密度、张开度、形态等；进一步研究还包括这些表述结构面几何特征指标的分布概率和结构面的空间组合关系对岩体力学性质或岩体工程稳定性的影响。 1 通过大量的野外观察、地质勘探和工程实践，缪勒根据岩体结构面的破坏属性和分布密度两方面的因素，将结构面分为：单个节理、节
理组、节理群、节理带以及破坏带或糜棱岩等五大类型。再考虑按节理中的充填材料性质和充填程度，又将每种类型分成三个细类。 2 结构面的分布规模，与结构体的强度、结构面的充填特性、应力状态、形成和发育环境等多因素相关，直接影响岩体的力学性质，控制着区域性岩体的整体稳定或工程围岩的稳定性。根据不同的研究对象和工程应用的要求，有相对分类和绝对分类。相对分类是相对于工程的尺度和类型对结构面的规模进行分类，可分为细小、中等、大型等3类，见表 4.6；绝对分类只考虑了结构面的延伸长度和破坏带的宽度，将结构面分为5级，
岩体结构面力学性质与岩体强度研究综述
岩体结构面力学性质与岩体强度研究综述 摘要：根据野外工程地质调查对工程岩体质量进行评析，在此基础上，运用Hoek–Brown准则求解工程岩体强度。并根据岩块的咬合状态及这些块体的表面特征，提出了节理岩体强度的确定方法， 关键词: 岩体结构面；力学性质；岩体强度； 岩体中存在着纵横交错的各类地质结构面，在力学上则表现为存在着不连续面、弱面或软弱夹层，这些结构面对岩体强度和岩体工程的稳定性起着重要的控制作用。因此结构面的力学性质和岩体的强度是息息相关的。 1 结构面的力学性质 岩体结构面(Structural Plane)是指岩体内开裂的和易开裂的面，如层理、节理、断层、片理等，又称不连续面。岩体结构面力学特征的研究与岩石力学的发展息息相关。因为工程岩体之所以失稳，影响因素很多，但最关键的问题在于岩体内存在着一些软弱结构面。目前普遍采用统计分析的方法，找出其分布规律，并应用到工程稳定性分析中。 1.1 结构面抗剪强度 结构面的抗剪强度是表征岩体的结构面力学性质的重要指标，作为表征结构面力学性质的重要指标之一，通常在现场或实验室内测定。对于起伏较大的粗糙结构面，按Barton公式计算时，JRC值往往是根据结构面产状与标准轮廓线(ISRM 轮廓线)对比来确定的，由于视觉上的判断易造成较大的误差，国内外学者经过大量的研究，采用各种测量仪表观测和计算机处理。如Barr等人使用粗糙位形标测仪和数字化坐标记录仪测定，得出标准曲线JRC值和分维值D的关系，应用分形理论从一个崭新的角度描述了节理粗糙系数JRC和JRC尺寸效应的特征。 1.2 结构面的变形 关于岩体不连续结构面的变形分析问题，自20世纪60年代初期开始至今已经建立了许多不同层次上的离散模型和数值方法。 以有限单元法为基础，并引入能反映岩体结构不连续性特征的模型以弥补有限元关于不连续性处理的不足，如结合单元法，节理单元法，Desai等提出的薄层单元法以及用于模拟多节理岩体的等效连续体模型和损伤模型等。 结合单元法、节理单元法和薄层单元法都是在连续介质的有限元法框架内，
浅析岩体结构面成因及分类
浅析岩体结构面成因及分类 摘要：近几年，自然灾害在我国频繁发生，岩体失稳严重威胁人类的生命财产安全。首先，岩体失稳具有不可预测性，与滑坡不同，失稳前没有明显的变形迹象；其次，由于岩体内部结构面的复杂性，肉眼未能预测可能失稳的岩块体规模。因此，为防治岩体对人类造成不必要的伤害，岩体结构的研究成为最重要的课题。 关键词：岩体结构面原生结构面次生结构面岩浆岩沉积岩变质岩劈理节理断层 岩体是指在漫长的地质历史过程中，各种造岩矿物经成岩作用、构造作用、以及后来的天然或人工改造作用，逐渐形成了目前我们工程建设中所必须面对的各式岩体。岩体中的结构面总体可划分为两类：一类为原生结构面，是在成岩过程中形成的；另一类为次生结构面，是在后期的构造作用及次生改造作用中形成的。本章主要从系统工程地质学的角度，对岩体中的结构面进行宏观分析，并大致分析各类结构面的形态特征。 1原生结构面 原生结构面是指在岩石成岩过程中形成的结构面。不同成因的岩石，其内原生结构面形态、特征差异较大。 岩石按成因可划分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类，下面分别论述各类岩石中原生结构面的成因、形态、力学特性。 1.1岩浆岩中的原生结构面 岩浆岩是由岩浆冷凝固结而形成的岩石。存在流线与流面构造。流线构造是指在成岩过程中，岩浆中的柱状矿物、长形俘虏体、析离体等的长轴方向呈定向排列；流线的延长方向反映了岩浆的流动方向。流面构造是指岩浆岩中的片状矿物、扁平俘虏体、析离体等呈平行排列；流面一般平行于岩体的接触面。流线、流面的形成，是由于岩浆流动时不同部位速度有差异所导致的。岩浆岩中的流面类似于沉积岩中的层理，是岩浆岩中主要的原生结构面。 岩浆岩内也存在原生节理。原生节理一般产生于岩浆岩成岩的最后阶段。依据原生节理与流面的关系，可将岩浆岩中的原生节理划分为层节理、横节理和纵节理三类。其中层节理又称为L节理，平行于流面方向，常较平滑，可有一些岩脉或矿脉充填；横节理又称为Q节理，与流线方向垂直，常直而长，节理面粗糙，多被岩脉或矿脉充填；纵节理又称为S节理，平行于流线，一般没有岩脉或矿脉充填。 1.2 沉积岩中的原生结构面 沉积岩是在常温常压下，由风化作用、生物作用和某些火山作用产生的物质经搬运、沉积、成岩等一系列地质作用而形成的岩石。按沉积物来源的差异，可将沉积岩划分为外源沉积岩和内源沉积岩两类，外源沉积岩的组成物质主要来源于沉积盆地之外，而内源沉积岩的主要物质直接来自沉积盆地的溶液和沉积场所的溶液内。 沉积岩中的原生结构面主要为层面。层面是比较明确的岩性分界面，上下岩体在空间上往往不连续。识别层面的方法很多，可以通过岩石成分的变化、结构的变化、颜色的变化来区分层面与其它不连续面，也可以通过波痕、层面暴露标志如泥裂、雨痕等来识别层面。 层理与层面不同，层理包括细层、层系、层系组。其中，细层是层理的基本单位，
岩质边坡类型、结构面特征稳定性分析
岩质边坡类型、结构面特征及稳定性分析【摘要】边坡的稳定性受控于岩土体的基本特性和人为改造的程度两方面因素。由于地质体的复杂性、多变性和不均质性，因而道路工程边坡设计是预测性、风险性的设计。本文针对山区不同的边坡类型突出的边坡岩土体失稳问题，结合四川、重庆、云南等省山区道路工程建设项目边坡工程及滑坡灾害的勘查和治理，在研究山区地质背景和地质特征基础上，系统研究边坡岩体结构分类方法，以及开挖边坡岩体稳定性的岩体结构分析方法。 【关键词】地质灾害；岩体分类；结构特征；软硬岩层；结构面；稳定性 泥岩、泥质粉砂岩比较软弱，该类岩层具有透水性弱、亲水性强，遇水易软化、塑变，抗风化能力弱，易崩解等特性。从边坡角度来讲，多数边坡由软硬岩体构成，对边坡岩体的变形破坏起控制作用，岩质边坡软硬结构体构成，岩性层间结合差、软弱结构面发育，边坡开挖后极易发生山体变形、滑坡，特别是山前地带岩土质边坡、顺层岩质边坡及以岩层走向发育沟谷的一侧的边坡，多属顺层易滑地带。雨季经常诱发大量滑坡灾害，在道路等工程建设项目中，也经常诱发大量开挖边坡岩体失稳灾害。 开挖边坡岩土体失稳灾害的根本原因在于具有特殊的岩体结构特征和不利的岩体力学性质，其中开挖边坡岩体结构特征是控制开挖边坡稳定性的重要因素，边坡岩体的变形与破坏与边坡岩体结构面发育特征、结构面与开挖面的空间组合有密切关系，因此对边坡
岩体结构、结构面特征的系统研究具有重要意义。 1.边坡岩体结构类型划分 边坡岩体的变形破坏与其岩体结构特征有密切的关系。根据岩体结构面、结构体特性，并充分考虑控制性结构面与边坡开挖临空面之间的空间组合关系，系统研究岩体结构类型的划分，给出各种岩体结构类型边坡稳定性分析模型，以便于在工程勘察设计中简便、快速应用。 针对岩体结构类型和边坡工程的特点，在边坡岩体结构类型划分中考虑如下因素： 1）岩质边坡的岩性特点及岩性组合特征 岩质边坡岩性组合最为显著的特点是不同力学性质的岩层互层，从边坡工程角度，开挖边坡工程的岩性组合主要有软质泥质岩为主的层状结构、软硬相间的砂泥岩互层结构和巨厚层硬岩为主的层状结构。 软质泥质岩为主的层状结构主要指开挖边坡岩体以软弱泥质岩为主，边坡岩体中夹少量薄层硬岩，但对整个边坡岩体性质影响不大。 软硬相间的互层结构指开挖边坡岩体为硬质岩（砂岩、灰岩、白云岩、硅质岩等）、软质岩（泥岩、页岩等）等各种力学性质岩层互层，在丘陵区软硬相间岩体结构互层最为普遍、最为典型的岩性组合形式。 巨厚层硬岩为主的层状结构主要指开挖边坡岩体中以巨厚层硬
4.2.岩体结构面分类
4.2.岩体结构面分类 结构面是岩体形成和地质作用的漫长历史过程中，在岩体内形成和不断发育地质界面，在连续介质力学理论中视为不连续面。结构面的分布规律、发育规模、物理力学性质等指标不仅与岩体强度、受力状态有关，而且与其形成的地质历史、环境等多种因素有关，所以其分布状态各种各样，物理、力学性质千变万化。为便于掌握结构面的分布规律、研究其物理力学性质，及其对工程稳定性的影响，下面按工程规模，地质、力学成因等因素对结构面进行分类。 4.2.1.按地质成因分类 根据地质成因的不同，可将结构面划分为原生结构面、构造结构面和次生结构面类结构面。各类结构面的主要特征及其工程稳定性影响，见表4.4。 表4.4.结构面按地质成因分类表 4.2.2.按结构面的破坏属性分类 &&)根据岩体结构面的破坏属通过大量的野外观察、地质勘探和工程实践，缪勒(Muller 性和分布密度两方面的因素，将结构面分为：单个节理、节理组、节理群、节理带以及破坏带或糜棱岩等五大类型。再考虑按节理中的充填材料性质和充填程度，又将每种类型分成三 个细类。这样，共将结构面分为十五个细类，见表4.5。
表4.5 结构面按其破坏属性的分类表 4.2.3.按结构面的分布规模分类 结构面的分布规模，与结构体的强度、结构面的充填特性、应力状态、形成和发育环境等多因素相关，直接影响岩体的力学性质，控制着区域性岩体的整体稳定或工程围岩的稳定性。根据不同的研究对象和工程应用的要求，有相对分类和绝对分类。相对分类是相对于工程的尺度和类型对结构面的规模进行分类，可分为细小、中等、大型等3类，见表4.6；绝对分类只考虑了结构面的延伸长度和破坏带的宽度，将结构面分为5级，如表4.7所示。 表4.6 结构面的相对规模分类 结构面 充填状况 结构面分类 粗节理 节理组 节理群 羽状节理 破坏带 无充 填物 图例 分类 序号 有充 填物 图例 分类 序号 粘性 充填物 图例 分类 序号
岩体力学 中国地质大学 贾洪彪第五章 结构面的变形与强度性质
第五章结构面的变形与强度性质 第一节概述 在岩体稳定性和地下水渗流分析中，通常把岩体视为岩块(结构体)与结构面组成的割裂体。在国内外已建和在建的岩体工程中普遍存在有软弱夹层问题。如黄河小浪底水库工程左坎肩砂岩中由薄层粘土岩泥化形成的泥化夹层；葛洲坝水利工程坝基的泥化夹层，还有长江三峡自然岸坡中的各种软弱夹层等。都不同程度地影响和控制着所在工程岩体的稳定性。因此，岩体结构面力学和水力学性质的研究，是岩体力学和工程地质学中重要的研究课题之一，其中结构面变形与强度性质的研究，在工程实践中具有十分重要的实际意义，这主要有以下几方面的原因。 (1)大量的工程实践表明：在工程荷载(一般小于10MPa)范围内，工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的。如法国的马尔帕塞坝坝基岩体、意大利瓦依昂水库库岸滑坡、中国拓溪水库塘岩光滑坡等等，都是岩体沿某些软弱结构面滑移失稳而造成的。这时，结构面的强度性质是评价岩体稳定性的关键。 (2)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。 (3)结构面是岩体中渗透水流的主要通道。在工程荷载作用下，结构面的变形又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。 (4)工程荷载作用下，岩体中的应力分布也受结构面及其力学性质的影响。 由于岩体中的结构面是在各种不同地质作用中形成和发展的。因此，结构面的变形和强度性质与其成因及发育特征密切相关。结构面的成因类型及其特征在第二章第二节中已有详细介绍，本章主要讨论结构面的变形与强度性质。结构面的变形与强度性质主要通过室内外岩体力学试 第二节结构面的变形性质 一、结构面的法向变形性质 (一)法向变形特征 在同一种岩体中分别取一件不含结构面的完整岩块试件和一件含结构面的岩块试件。然后，分别对这两种试件施加连续法向压应力，可得到如图5-1 果设不含结构面岩块的变形为ΔVr，含结构面岩块的变形为ΔVt，则结构面的法向闭合变形Δ
4.1.岩体结构面的几何特征
第四章 岩体的基本力学性质 岩体是由岩块和结构面组合的天然地质体，其变形与强度不仅取决于它的受力状态，而且取决于岩体本身特征及赋存环境。影响岩体基本力学性质的主要因素可概括为：（1）组成岩体的岩石材料性质；（2）组成岩体的结构面力学性质；（3）岩体中结构面的发育组合状态；（4）赋存环境，包括地下水、气和地应力的作用等等。正是由于这些复杂因素的影响，使得岩体的力学性质与岩块有显著的差别，造成岩体变形增加，强度降低，显示出非均质、非连续、各向异性和非弹性等非线性性质。本章首先讨论主要影响因素的特征，进而讨论岩体的变形性质和强度性质。 4.1.结构面的几何特征 结构面对岩体力学性质的影响因素主要表现在结构面自身的力学性质和及其几何特征两方面。其中几何特征通常包括：结构面的空间方位、连续性、密度、张开度、形态等；进一步研究还包括这些表述结构面几何特征指标的分布概率和结构面的空间组合关系对岩体力学性质或岩体工程稳定性的影响。本节仅含前者。 4.1.1.结构面的空间方位 结构面的空间方位，地质学中称为结构的产状，由走向、倾向和倾角表示。其中：走向是指结构面与水平面相交的交线方向；倾向是与走向成垂直的方向，它是结构面上倾斜线最陡的方向；倾角度是指水平面与结构面之间所夹的最大角度。可见结构面走向和倾向可以互相转换，所以，结构面产状有时又用倾向和倾角来表示。 为了便于结构面的数学表达，建立如图4.1(a)所示的坐标系，结构面就视为该坐标系中的一个空间平面。并约定：向上为z 轴正向，向东为x 轴正向，向北为y 轴正向；结构面产状由倾向角β和倾角α确定。 由图4.1（a ）的几何关系可见，结构面的倾向角则为空间平面倾向与y 轴(正北向)的夹 角；结构面倾角则为空间平面外法线与z 轴的夹角，如图4.1(b)所示，图中，?n 表示结构面（空间平面）外法线。设为单位矢量?n ，则?n 在坐标轴,,x y z 上的分量分别为：sin sin αβ，sin cos αβ，cos α。这样，结构面的空间方位就可用单位矢量表示： ?n =（sin sin αβ，sin cos αβ，cos α） （4.1）