岩土专业资料：结构面有哪些特征？
第二章 岩块、结构面及岩体的地质特征
第二章 岩块和岩体的地质特征
§ 2.2 岩块的物质组成与结构特征
一、岩块的物质组成
岩块 力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分及其相 对含量。 硅酸盐类矿物 粘土矿物 碳酸盐类矿物 氧化物类矿物
第二章 岩块和岩体的地质特征
二、岩块的结构特征
岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形状、排 列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映 在岩块构成上的特征。 岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结。
K1变化在0～1之间，K1值愈大说明结构面的连 续性愈好，当K1＝1时，结构面完全贯通。
2、面连续性：指沿结构面延伸方向，结构面面 积之和与总面积的比值。 3、迹长：结构面与岩体露头交线的长度。
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
表2-3 结构面连续性分级表
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
五 密度
•结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 •1、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)。 •2、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 •如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角 为α ，结构面的倾角为β 时:
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
结构体的形状示意图
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
2 岩 体 的 结 构 类 型
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
三、岩体成因与岩体特征（自学）
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。
4补充岩体结构和工程地质特性
4.2.1 岩体变形测试技术、变形特性及参数取值
岩体变形试验——承压板试验 现场试验加压方式
4.2.1 岩体变形测试技术、变形特性及参数取值
岩体变形试验——承压板试验 现场试验变形稳定判定标准
4.2.1 岩体变形测试技术、变形特性及参数取值
（cm3）的百分比 n Vv V
孔隙比e
e Vv V Vv
孔隙度n与孔隙比e之间的关系
n e 或 e n
1 e
1 n
4.2.1岩石的主要物理性质 4) 吸水率Wa和饱和吸水率Wsa
Wa
mw1 ms
100%
Wsa
mw1 ms
100%
饱水系数kw
kw
Wa Wsa
3) 进一步反映“原位岩体”的变形模量，可以利用硐壁波速与 穿透波速之间的关系，建立新的关系
ln E0 7.57lnVp 62.18
4.2.1 岩体变形测试技术、变形特性及参数取值
岩体变形参数取值举例：李家峡水电站
4.2.1 岩体变形测试技术、变形特性及参数取值
岩体Байду номын сангаас形参数取值举例：李家峡水电站
X(m)
Z(m)
Y(m)
4.2.1 岩体变形测试技术、变形特性及参数取值
岩体变形参数取值
c. 根据岩石、岩体的优劣，利用饱和抗压强度Rb获得E0（野外 所取得的岩石要能充分反映不同部位或不同工程地质单元的
4.2 岩体的主要物理力学特性
4.2.1岩石的主要物理性质 1) 密度和重度 2) 相对密度（比重） 3) 孔隙度（孔隙率） 4) 吸水率和饱和吸水率
岩体的结构特征
§1. 岩体的结构特征结构面——不连续面，切割岩体的各种地质界面岩体结构体——结构面切割岩体形成的大小、形状各异的快体岩体结构特征：结构面、结构体的形状、规模、性质及组合关系的特征一、结构面的成因类型（一）原生结构面成岩过程中形成的1. 沉积结构面：层理、层面、沉积软弱夹层、沉积间断面2. 火成结构面岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面eg：流层、冷凝节理、接触面冷凝节理——张性节理：岩体稳定、渗漏形成破碎带或围岩蚀余带的——软弱结构面接触面——熔合好——强度高3. 变质结构面变余结构面：层面上有云母、绿泥石等鳞片状矿物变成的重结晶结构面：片理、片麻理发育，因此岩性软弱，易水化——软弱夹层（二）次生结构面后期地质作用形成1. 内动力形成的结构面——构造结构面eg：节理、劈理、断层面2. 外动力形成的结构面作用：风化作用，卸荷作用（滑坡面）、人为（爆破）风化裂隙：风化夹层卸荷裂隙：岩体剥蚀，人工开挖→应力状态改变，应力释放形成爆破裂隙：二、结构面特征和野外试验标准化委员会于1978年提出《岩体不连续面定量描述的建议方法》规定：从方位张开度等方面研究间距充填度连续性渗流粗糙度节理组数侧壁强度块体大小结构面规模分级三、软弱夹层1.软弱夹层是指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较广和厚度较薄的软弱岩层。
2.分类：软岩夹层、碎块夹层、泥化夹层 包括：岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹 岩屑型及泥型（GB50287-99,附录D)等。
3.泥化夹层：结构松散，密度小，含水量大，强度低，变形量大 • 泥化夹层的形成条件：物质基础、构造作用、地下水的作用。
①物质基础：粘土岩类夹层粘粒含量越高，蒙脱石组粘土矿多→有利②构造作用③地下水作用：结合水膜→粒间连接力减小→岩石处于塑态四、结构体类型：柱状、板状、锥状等五、岩体结构类型：整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构§2. 岩体的主要力学特征岩体与岩块力学性质差异大贯穿整个工程区 的次一级断裂区域内的大断裂某建筑物地基内的小型断层、 大节理卸荷裂隙某范围的节理劈理构造小的裂隙一、岩体的变形特征1. 岩体变形结构面变形结构体变形2. 岩体变形过程调整表现形式：岩体的应力——应变曲线分析：①微裂隙闭合阶段：OA——凹状缓坡：节理压密闭合→岩石变压应力较低，岩石中微裂隙闭合，所以曲线先缓后陡，斜率度大，应变速度减小②直线变形阶段：岩石变形表现为微裂隙完全闭合，孔隙被压缩，岩石中颗粒都受挤压，发生弹性变形，应变、应力呈线性关系增长AB——结构面压密后弹性变形③破损阶段：当压力达到弹性极限以后，岩石产生新的破裂面，原闭合裂隙增大，发生塑性变形BC——岩体发生破裂、塑性变形④破坏阶段CD ——岩体全面破坏C ——峰值强度，应力极限3. 据变形特征、岩石力学性质分类（1）弹性岩石：岩石在外力作用下有明显弹性变形量（2）弹塑性岩石：弹性变形量<塑性变形（3）塑性——熔变性岩石4. 表征岩体变形的参数 （1）变形模量（E 0）最大应力（σ）与应变（ε）的比值 E 0=εσ=eP εεσ+ E 0越大，岩体越好（2）弹性模量（E e ）： E e =eεσ二、岩体的流变特征 1. 流变性：蠕变、松弛工程建筑中，应力较低时岩体就产生蠕变，并不须荷载很高蠕变：在应力一定的条件下，变形随时间的持续而逐渐增长的现象松弛：变形保持一定时，应力随时间增长而逐渐减小 流变岩体：软弱岩石、软弱夹层、碎裂及松散岩体 2. 蠕变（1）分类稳定蠕变：较小恒定荷载作用下，变形ε随t 增加，变形V 减小→稳定非稳定蠕变: 当恒定荷载超过某一极限值变形随t 增高,最终导致→破坏§3.岩体的天然应力状态一、地应力1. 概念：地壳岩体在天然状态下所具有的内应力，分布于岩体的每个质点上2.岩体自重应力 主类型 天然地应力构造应力变异应力——岩体中存在+应力、流体应力感生地应力：工程活动对岩体施加的应力三、天然应力分布规律 1. 岩体中存在三向不等的空间应力场σz ——垂直应力，一般最小σx 、σy ——水平应力，并不水平，倾角100~25 02. 利用天然应力比值系数K 分析（垂直应力与水平应力关系） zyx z K σσσσ== ①K=0 σx =σy =0 少见 ②0<K<1 σx <σz 或σy <σz14% ③K=1 σx =σz 11%④K>1σx >σz75%3. 水平应力具有强烈方向性应力释放区河谷地区地应力场应力集中区应力平稳区河谷由浅入深：应力释放区→应力集中区→应力平稳区应力<20MPa→急剧上升,达60MPa→减少至平稳,20MPa河谷周遍山体中：边坡→深部释放→集中→平稳<20MPa 升至35MPa 25MPa四、地应力研究的工程意思1. 总体：低应力区岩体松弛、漏水、风化带深高应力区开挖卸荷引起岩体变形破坏2. 地应力的高低划分以岩石强度R b/最大水平主应力的比值来确定法国: <2 高应力区2~4 中高应力区>4 低应力去中国: <4 极高应力区4~7 高应力区水平应力<自重引起低应力3. 高地应力对工程影响（1）基坑底部隆起、剥离破坏隆起轴线与最大水平主应力垂直（2）基坑边坡的剪切滑移葛洲坝二江电站厂房地基开挖时，当地含多层软弱夹层，当开挖一层时，产生向临室面滑动，开挖到3二层时，卸荷引起沿三层产生位移，测得边坡位移方向与最大水平主应力方向一致（3）地下洞室产生大的收敛变形洞室轴线与最大水平应力垂直时，产生收敛变形，软岩向洞内挤出“吐舌头”现象（4）地下洞室施工中产生岩爆1985年，天生桥二级电站引水隧洞发生岩爆，最大爆落方量22m3，最大爆深1.1m，最大面积84m2§4. 岩体的工程分类。
结构面的基本性能
2(C j 3 tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
蔡路军 38
2015/10/26
武汉科技大学理学院工程力学系
WUST
Dip (面的倾角) and Strike (走向) The dip is the angle in degrees between a horizontal plane and the inclined plane, measured down from horizontal. The strike is the compass direction (North) of the horizontal line formed by the intersection of a horizontal plane and an inclined plane.
2015/10/26 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 29
WUST
(二)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。
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
产状与构造线呈 一定关系，层间 错动与岩层一致
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
受地形及原结构 面控制
-岩体结构与结构面性质
可以用线密度来估算岩体质量指标RQD (rock quality designation) ： RQD的原始定义为：长度大于10cm的岩心长度之和与钻孔总进尺 的百分比，按下式计算：
RQD
长度大于10cm的岩心长度之和 钻孔总进尺
100%
RQD 100e0.1kd (0.1kd 1)
n
)2
Kn0
0.02(
JCS n0
)
1.75JRC
7
max
A
B(JRC)
C(
JCS n0
)D
n
a
n bn
2、剪切变形与剪切刚度
（1）剪切变形特征 A.粗糙结构面（且无充填物），
剪应力上升较快，当剪应力达 到峰值后抗剪能力下降较大， 并产生不规则的峰后变形或粘 滑现象。 B.平坦结构面（或有充填物）， 初始阶段剪切变形曲线斜率逐 渐减小，曲线没有明显的峰值 出现，最终恒定，或出现剪切 硬化。 C.随着法向应力减小、剪切规模 增大，剪切刚度减小
1、法向变形与法向刚度
（1）法向变形特征 ①曲线形状，先凹，后陡；归结为接触 微凸体的弹性变形、压碎、间接拉裂隙 产生、新的接触点和面的增加。 ②初始阶段，结构面变形为主， 当σn=σc / 3时结构面变形基本完成 ③最大闭合量小于张开度。 ④卸除荷载后，有明显的迟滞和非弹性 效应。
1、法向变形与法向刚度
结构面的粗糙度用粗糙度系数JRC (Joint Roughness Coefficient)表示。 根据标准粗糙度剖面将结构面的粗 糙度系数划分为10级。随粗糙度的 增大，结构面的摩擦角也增大。 标准粗糙度剖面见右图。
二、结构面的力学性质
第一章 岩体的结构特征
二、岩块 －－不含显著结构面的岩石块体
1
岩石是各种矿物的集合体，是地质作用的
0
产物。大部分新鲜岩块质地坚硬致密,孔
隙小而少,抗水性强,透水性弱,力学强度高
－－其物理力学特点主要由矿物组成和结
构构造等决定。
岩块的物理力学性质受物质组成、结 构构造与风化程度的影响
（一）岩块的物质组成
造岩矿物类型：含氧盐、氧化物、氢
1）硅质胶结＞铁质、钙质胶结＞泥质胶结
（抗水性最差）
2）基质胶结＞孔隙式胶结＞接触式胶结
岩块的结构与构造 1 0
（2）微结构面 指存在于矿物颗粒内部或颗粒间的弱面或缺 陷，包括矿物解理面、晶格缺陷、粒间空隙、 微裂隙、微层面及片理面、片麻理面等。
微结构面将大大降低岩石的强度。
试验证明（Hoek等）：若岩石存在缺陷，当 其受力（拉或压）时，在微结构面（微裂隙、 微孔隙等）末端，易形成应力集中，使裂隙可 能沿末端继续扩展，导致岩石在较小力的作用 下破坏。
度愈高：石英、长石、辉石、角闪石等
• 岩块中硬度小的片状矿物越多，其强度愈低：
云母、绿泥石、蒙脱石、高岭石等
（1） 硅酸盐类矿物及相应岩石的物理力学特点
矿物：长石、辉石、角闪石、橄榄石等，晶体 呈粒状、柱状，硬度大。常见岩石：花岗岩、
闪长岩、玄武岩
岩石物理力学特点：1）强度高，抗变形能力
好；2）易风化成高岭石、水云母等。
－－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，厚度相对较小的地质界面或带。包括：层面、 不整合面、节理、断层、片理面、劈理、软弱夹层、卸荷裂 隙和风化裂隙等。
显著结构面(能明显地将岩石切内结合比较牢固的面如微层面、微裂隙等)
6.1岩体的结构特征
tg j
这类结构面没有结构连接力，故而Cj=0
二、粗糙起伏无充填的结构面 σ τ τ
剪切特点：
• ① 当σ（正应力）较小时，上盘岩块沿齿面运动，产生爬坡效 应，除了发生水平位移还产生垂直向位移，因此结构面张开， 发生扩张，就是结构面的剪胀作用，结构面的抗剪强度取决于 沿齿面滑动的摩擦强度。 • ②当σ（正应力）较大时，限制岩块沿齿面向上滑动，锯齿在 剪力作用下剪断，不再发生剪胀现象，结构面的抗剪强度取决 于结构面两侧岩石的抗剪断强度。
1.结构面等级
结构面对岩体力学性质的影响程度及其 在工程岩体稳定性中所起的作用，还取决于 它的规模。按结构面的规模划分五级，各级 对岩体稳定性的影响程度不同。
按规模分－1 级 分级依据 序 延伸数十公 里 I 级 深度可切穿 一个构造层 破碎带宽度 在数米、数 十米以上 力学属 地质类型 性 属于软 弱结构 区域性深 面， 大断裂 构成独 或大断裂 立的力 学介质 单元 对岩体稳定性影 响 影响区域稳定性 是岩体变形或破 坏的控制条件， 形成岩体力学作 用边界。
劈理 构 造 结 构 面 节理
断层
层间破碎夹层
5
结构面（Structural plane)类型－3 成因类型 地质类型
卸 荷 裂 隙 次 生 结 构 面 爆 破 裂 隙 风 化 裂 隙 风 化 夹 层
泥 化 夹 层
6
二、结构面对岩体力学性质的影响
结构面的自然特性 为了确定结构面的工程性质，必须研究结构 面的自然特性。
n tg
1
V u
V----剪胀位移量（即垂直方向位移） U----水平位移量
剪胀角收结构面的粗糙起伏程度；结构面上正应力的大小及结构面两侧岩体强 度的影响。
岩体的结构面-成因分类
岩体结构面分类 构造结构面——区域性活动断裂
岩体结构面分类 构造结构面 —— 断层
断层面
岩体结构面分类
构造节理
岩体结构面分类
构造节理
岩体结构面分类
3）次生结构面（浅、表生结构面）
定义：指的是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面。
浅部
•浅 结 •、 构 •表 面 •生 •结 表 •构 生 •面 结 •构 •面
张性断裂不平整，常具 对岩体稳定影响很大， 次生充填，呈锯齿状， 在上述许多岩体破坏过 剪切断裂较平直，具羽 程中，大都有构造结构 状裂隙，压性断层具多 面的配合作用。此外常 种构造岩，成带状分布， 造成边坡及地下工程的 往往含断层泥、糜棱岩 塌方、冒顶
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
岩体结构面分类
原生结构面——层面、软岩夹层（沉积结构面）
岩体结构面分类
原生结构面——玄武岩柱状节理（岩浆结构面）
岩体结构面分类
原生结构面——玄武岩柱状节理
岩体结构面分类
2） 构造结构面 定义：是岩体形成后在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 错动面等。
构 节理（X型节理，张节理） 造 结 断层（正断层，逆断层，平移断层） 构 面 层间错动带，羽状裂隙，破劈理。
类似短板理论：木桶是由多块木板组合而成，衡量一只木桶的储水量，取 决于它最短的那块木板。
岩体结构面分类
3. 结构面的地质成因分类
（1）结构面按地质成因可分为以下三大类。 • 1）原生结构面（节理面） 成岩过程 岩层层面 • 2）构造结构面（节理面） 构造运动 断层 • 3）次生结构面（节理面） 风化作用 风化节理
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岩土专业资料：结构面有哪些特征？
结构面的特征是影响结构面强度及其他性能的重要因素。
（1）规模：结构面的规模大小相差悬殊。
大者可延展数十公里，宽度可达数十米。
规模小者延展仅数十厘米或数十米，甚至可以是很微小的不连续裂隙。
（2）方位：即结构面的产状。
（3）间距：系指相邻结构面间的垂直距离，通常是指一组结构面的平均间距。
它是反映岩体的完整程度和岩块大小的重要指标。
（4）延续性：它是表征结构面延伸长度和展布范围的指标。
（5）粗糙度：结构面的平整光滑程度不同，抗剪强度也不同。
结构面的形态有平直的、波状的，锯齿状的、台阶状的和不规则状的几种。
（6）结构面侧壁强度：它可以反映结构面经受风化的程度。
（7）张开度：指结构面两壁间的垂直距离。
结构面的张开度通常不大，一般小于1mm.
通常将张开度分成下述四级：闭合的小于0.2mm；微张的为0.2～1.0mm；张开的为1.0～5.0mm；宽张的大于5.0mm.
（8）充填物：结构面内常见的充填物有砂、粘土、角砾、岩屑及硅质、钙质、石膏质沉淀物。
结构面经胶结后强度会提高，其中以铁或硅质胶结者强度最高，泥质及易溶盐类胶结者强度低、抗水性差。
未胶结的充填物强度低，充填物厚度不同时，结构面的变形与强度也不同。
（9）节理组数：节理组数的多少，决定了岩石块体的大小及岩体的结构类型。