1第一章 地壳岩体结构特征的工程地新

块体状结构
代表岩性均一、无软弱面的岩体，含有的原生结构
面具有较强的结合力，间距大于1m。通常出现在厚
层的碳酸盐岩、碎屑、玄武岩、凝灰角砾 岩中。
• 块状结构：代表岩性较均一、含有2～3组较发育
的软弱结构面的岩体，结构面间距1～0.5m。成岩
裂隙较发育的厚层砂岩或泥岩，槽状冲刷面发育 的河流相砂岩体等沉积岩，原生节理较发育的火 山岩体等。
另外，按岩体改造的程度可划分为完整的、块裂
化或板裂化、碎裂化和散体化等四个等级。
• 岩体结构分类已被广泛采用，划分依据和各结
构类型岩体的主要特征如图1-4。
块裂
第三节
结构面的特征描述及统计分析
一、充填型结构面的测量与描述
• 所谓充填型结构面，主要只有一定厚度的结构面， 通常是各种规模的断层。
• 2、资料校正
•
由于某些测量条件（如测线长度、测线方位）
或自然条件（如风化程度等）的限制，常会造成
结构面“被测机率不均等”现象，因此，为了客
观反映统计数据的正确性，需要进行资料校正。
A I1 5
b 2
c 3
I2
I3
5
5
2
2 4 4 5
3
3 1 0 0
II1 1 II2 1 II3 2
通常要进行两方面的校正：
• 总之，对岩体结构特征的研究，是分析评价区 域稳定性和岩体稳定性的重要依据。 研究结构面最关键的是研究各类结构面的 分布规律、发育密度、表面特征、连续特征以
及它们的空间组合形式等。
第二节
岩体结构特征及主要类型
一、结构面的主要类型及特征
结构面的成因分类（最基本的分类方法）：原生结 构面、构造结构面及浅、表生结构面。 原 生 结 构 面
三、岩体结构的研究意义
• （1）岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的 部位，它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性 和各向异性。只有掌握岩体的结构特征，才有可能 阐明岩体在不同荷载下内部的应力分布和应力分异 状况。
• （2）岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变
形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。岩体中
的软弱结构面，常常成为决定岩体稳定性的控制面。
例如在岩石坝基的深部滑动抗滑稳定性分析中，有些结构
面为切割面而有些成为滑移控制面。
a
b
α β α β
（a）
图8-2 顺向坡
（a）α <β ;(b)α >β
(b)
c
d
结构面影响地下洞室围岩 的稳定
结构面影响边坡岩体的稳定性
• （3）靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确 定了外营力对岩体的改造进程。这是由于结构面往 往是风化、地下水等各种外营力较活跃的部位，也 常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要 通道，往往发展为重要的控制面。
二、岩体结构特征的形成
• 岩体结构特征是在漫长的地质历史发展过程中形成 的，是建造与改造两者综合作用的产物。 • 它以特定的建造（如沉积岩建造、火成岩建造和变 质岩建造）为其物质基础。建造确定了岩体的原生 结构特征；而岩体经历的不同时期、不同程度的构 造作用改造以及浅、表生作用（如风化、卸荷、地 下水作用等，主要是地壳浅、表部岩体）改造，使 岩体结构趋于复杂化。
2、 结构面间距与密度
• a）对某优势结构面在某测线上的数量进行校正； b）某一测线上结构面平均间距：
SI
LI N ,
& & I
c）综合各测线，即得平均间距为： d）其倒数定义为结构面的密度：
1 S SI n I 1
1 S
n
• 3、裂隙迹长及延续性
• 4、裂面粗糙度
较大的断层
小断层 层间错动面
延展长度短，从十几米至 1.参与块裂岩体切割 Ⅲ级 几十米，无破碎带，面内 2.构成次级地应力场边界 不夹泥，有的具有泥膜
1.是岩体力学性质，结构效 延展短，未错动、不夹泥， 应的基础 Ⅳ级 有的呈弱结合状态 2.有的为次级地应力场边界 1.岩体内形成应力集中 2.岩体力学性质、结构效应 的基础
二、结构面精测法
成都理工大学聂德新教授通过几个大型水电
工程的实践,提出了岩体结构研究的结构面精测法，
即采用全面布网、逐条测量的方法来获得结构面
的工程要素。
岩体结构面精测的具体方法
以平硐硐壁、硐顶为实测对象， 布置5条测线，其中硐壁两条，硐 顶两条，拱角一条，通过测尺读 出各个结构面端点的相对坐标； 然后测定结构面的产状，并对结 构面的粗糙程度、起伏状况、张 开、充填以及地下水状况等进行 描述。
层状结构
•
代表含有一组连续性好，抗剪性能显著较低的软 弱面的岩体，一般岩性不均一。可进一步分为层 状（软弱面间距50～30cm）、薄层状（间距小于 30cm）。还可以据岩性不均一程度划分出软硬相 间的互层状结构。
碎块状结构：
• 代表含有多组密集结构面的岩体，岩体被分割成 碎块状，以某些动力变质岩为典型，如溪洛渡泡 灰岩。
沉积结构面：层理，层面，软弱夹层，不整合面，假整合 面，古冲刷面等。 火成结构面：侵入体与围岩接触面，岩脉、岩墙接触面，
喷出岩的流线、流面，冷凝节理面等。
变质结构面：片理，片麻理，板劈理，片岩软弱夹层等。
构造 结构 面
节理（X型节理，张节理）
断层（正断层，逆断层，走滑断层） 层间错动带，羽状裂隙，破劈理 浅部结构面 卸荷断裂 重力扩展变形破裂 卸荷裂隙 风化裂隙 风化夹层 泥化夹层 次生夹泥
（5）迹长：结构面在露头上的出露长度。
（6）粗糙度：固有的表面粗糙度和相对于不连续面平均平面 的起伏程度。 （7）隙壁强度：不连续面相邻岩壁的等效抗压强度。 （8）张开度：不连续面两相邻岩壁的垂直距离，其中充填有 空气或水。 （9）充填物：隔离不连续面两相邻岩壁的物质，通常比母岩 弱。 （10）地下水：在单一的不连续面中或整个岩体中可见的水流 和自由水分。
• 1、描述指标体系 • （1）结构面的构造岩划分 • （2）结构面物质组成的工程地质描述 • （3）蚀变特征 • 2、现场调查方法
一、非充填型结构面的测量与描述
1、指标体系
（1）方位：不连续面的空间位臵，用倾向和倾角来描述。 （2）组数：组成相互交叉裂隙系的裂隙组的数目，岩体可被 单个不连续面进一步分割。 （3）间距：相邻不连续面之间的垂直距离，通常指的是一组 裂隙的平均间距或典型间距。 （4）延续性：在露头中所观测到的不连续面的可追索长度。
• 5、张开度 • 6、结构面连通率的估计
课后作业
1、岩体和岩石有何区别？ 2、试述研究岩体结构特征的意义。 3、岩体结构类型有哪些？ 4、如何进行结构面现场测量？
5、为什么要对现场测量结构面数据进行校正？
（11）连通率：结构面的连通状况。
2、现场测量方法
• 在工作面（或掌子面）上设臵相互垂直的18条测线， 组成一个测网（掌子面上测网中心十字交叉点与隧 洞中轴线重合）。每一条测线用钢卷尺来代替，将 钢卷尺拉直固定在工作面上，然后逐条地测量结构 面，记录每一条结构面与测线交点的位臵（即卷尺 读数）、产状、延续状况、张开情况、充填情况及 表面特征等。
少数属于软弱 结构面
不夹泥 大节理或小断层 开裂的层面
节理 劈理 层面 次生裂隙 不连续的小节理 隐节理 层面 片理面
Ⅴ级 结构面小，且连续性差
二、岩体结构分类
岩体结构是建造和改造这两方面的综合产物，岩 体结构类型划分也必须从这两方面综合考虑。 按建造特征可将岩体划分为块体状（或整体状）结 构、块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结 构等类型。
• 结构面（structural plane）：是指岩体中具有一定方向、 力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地 质界面（或带）。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的 断裂、裂隙等。由于这种界面中断了岩体的连续性，故 又称不连续面（discontinuities）。 • 结构体（structural body）：结构面在空间的分布和组 合将岩体切割成形状、大小不同的块体，称结构体。
浅表 生结 构面 表部结构面
结构面规模等级划分：
• 按其对岩体力学行为所起控制作用，可划分为三个等级，即 贯通性宏观软弱面（A类）、显现结构面（B类）和隐微结构 面（C类）。
按岩体结构面规模及其力学效应：将结构面分为5级(孙广忠)。
级序 分级依据 力学效应 力学属性 地质构造特征 1.属于软弱结 1.形成岩体力学作用边界 构面 结构面延展长、几公里至 2.岩体变形和破坏的控制条 Ⅰ级 几十公里以上，破碎带宽 2.构成独立的 件 力学模型—软 度达数十米 3.构成独立的力学介质单元 弱夹层 延展规模与研究的岩体相 1.形成块裂岩体边界 属于软弱结构 Ⅱ级 若，破碎带宽度比较窄， 2.控制岩体变形和破坏方式 面 几厘米至数米 3.构成次级地应力场边界
①长度校正 通常以测线中最长线段的长度Ls作为标准长度，拟校 正的测线Ln上某一方位实测的数目校正后为：
Ls N d d N d d Ln
N‘ 校正后的数目，N实测数目，Ls最长线段，Ln实测长 度。
②方位校正 方位校正的最终结果是 按测线垂直于拟校正的结构 面组来确定结构面数。
N d d N d d cos L d cos d d
三、结构面基本指标的量化分析
• 1、岩体结构面优势方向统计分析
• 优势方向就是岩体中结构面较发育的方位。可以有一个或 多个。 • 某一优势方向中包括两方面内容，一是结构面集中程度最 大的方向；二是平均方向（综合性方向）。
• 确定优势方向目前通常采用系统测量节理数据，然后用 DIPS程序进行处理，求出结构面优势方向等数据。
《工程地质学原理》
长安大学 地质工程系 成玉祥 chengyx@
第一章 地壳岩体结构特征的工程 地质分析