岩体的工程地质特性

影响岩体稳定的因素有 地形地貌条件 岩性 地质构造 岩体的结构特征 地应力 地下水 建筑物的规模、类型和施工方法等
在多数情况下岩体结构特征可成为控制性因素。
第一节 岩体的结构特征 一、结构面的成因类型 根据成因，结构面分为原生的和次生的两大类。 （一）原生结构面 原生结构面是在岩石成岩过程中形成的，分为以
o
图5-7 不同应力条件下岩体的蠕变曲线
第三节 岩体的天然应力状态
岩体在天然状态下所存在的内在应力称为天然应力或初始应 力，在地质学中，通常又称它为地应力。
一、天然应力的组成图
自重应力 构造应力 变异应力（特殊情况下考虑）
1．自重应力
假定岩体为均匀连续介质基础上计算岩ห้องสมุดไป่ตู้的自重应力
重力场在岩体内任一点上形成相当于上覆岩层重量的垂直应
二、结构面的特征
一般从方位、间距、延续性、粗糙度、侧壁强度、 张开度、充填物、渗流、节理组数、块体大小十 个方面进行研究。
（1）方位：即结构面的产状，表示方法与岩层 产状相同。
（2）间距：指一组结构面的平均间距。 （3）延续性：它是表征结构面延伸长度和展布 范围的指标。
（4）粗糙度：结构面的粗糙程度可用粗糙系数 （JRC）表示。
（5）结构面侧壁强度：它可以反映结构面经受风化的 程度，可用施密特回弹仪或点荷载仪测定结构面侧 壁的强度。
（6）张开度：指结构面两壁间的垂直距离。 我国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。 （7）充填物：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。 （8）渗流：
（9）节理组数： （10）块体大小与形状： 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。软弱夹层具有明显的低强度和高压缩 性，大约是坚硬岩层的1/5～1/50。 一般软弱夹层的强度和变形参数如下：
磨擦系数 f＜0.5 饱和抗压强度 Rb≤10MPa 变形模量 E0≤1000MPa 软弱夹层是控制岩体稳定性的极端重要的因素许多工 程的失事均与此有关。
下三类。 1、沉积结构面 层面 沉积间断面 沉积软弱夹层等 沉积软弱夹层的强度低，遇水易软化。
2、火成结构面 岩浆侵入、喷出后冷凝过程中形成的结构面 3、变质结构面 残留的变余结构面 变成的重结晶结构面 （二）构造结构面 节理 劈理 断层 层间剪切带等。 节理面分布最广泛，断层的延伸规模很大。 （三）次生结构面 由风化作用、卸荷及人类活动所形成的结构面 卸荷裂隙 风化裂隙 风化夹层 泥化夹层等
力，即
Z H
若把岩体看作各向同性的弹性体，则由广义虎克定
律可得： x y 1Z Z
式中： H---为该点的深度；
－为岩石的平均重度；
－为岩石的泊松比；
－为侧压力系数。
对于大多数坚硬岩体；=0.2～0.3，故自重应力场
造成的水平应力、约等于垂直应力的25%～43%
2．构造应力 由构造运动所引起的，随空间和时间变化的，一般为水平应力，
形成泥化夹层一般认为必须具备下述三个条件。
（1）物质基础。粘土岩类夹层是泥化夹层形成 的物质基础。
（2）构造作用。构造作用可以破坏原来粘土岩 夹层的完整性，为地下水的渗入提供通道；同 时，原岩的矿物颗粒联接也会受到严重的破坏， 为泥化提供了重要的有利条件。
（3）地下水的作用。水在粘粒周围形成结合水 膜，使颗粒进一步分散，颗粒间连接力减弱， 含水量增加，使粘土岩夹层处于塑态甚至接近 流态，即产生了泥化。
（一）软弱夹层的成因与分类 原生 次生 一般按成因将软弱夹层分为 沉积型、火成型、变质型、构造型、风化型及充填型 （二）软弱夹层的特性 软弱夹层的物理力学性质与夹层的物质组成、颗粒大
小、含水量及起伏程度等多种因素有关。无论那种 软弱夹层与围岩相比，都具有单轴抗压强度低，峰 值磨擦系数小，变形模量小等特征，因而工程性质 普遍较差，以泥化夹层最为突出。
图5-6 岩体变形曲线的三种基本类型 （a）直线型 （b）上凹型 （c）上凸型
二、岩体的流变特征 流变:应力或变形随时间而变化的性质称。 流变性有蠕变和松驰两种表现形式。 蠕变：指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：指在变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐
减小的现象。 典型的蠕变曲线可分为以下三个阶段。 （1）初始蠕变阶段 （2）等速蠕变阶段 （3）加速蠕变阶段
第二节 岩体的主要力学特性
一、岩体的变形特征
岩体的变形通常包括结构面
和结构体变形两部分。
应力-应变曲线分为四个阶段；
OA节理压密闭 AB弹性变形阶段 BC微破裂或塑性变形；
图5-4 岩石、岩体 与 结 构 面 的 σ-ε 关系曲线
CD破坏阶段。
对多数岩体而言，一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值。 因此，设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。
在20世纪以前，由于生产规模和科学水平的限 制，人们认为建筑物的安全仅与岩石的软硬有 关、很少怀疑其整体稳定性。后来，随着生产 和科学技术的发展，修建在岩基上的工程日益 增多，规模也愈来愈大，出现了一些工程灾难 性工程事故，使人们认识到，岩石地基的好坏 不仅取决于岩石本身强度，而且还与多种因素 有关，从而提出了岩体的概念，并开始注意有 影响的其他因素。
具有很强的方向性。目前，岩体的构造应力无法用理论方法进 行计算，而只能采用现场应力量测的方法来求得。
二、天然应力分布的规律
1、岩体中存在三向不等的空间应力场 岩体中存在三向应力且经常是不相等的，垂直应力通常是最小主
应力 ，表明多数地区均存在构造应力。两个水平主应力也并不 一定水平，其倾角多在10°～25°，最大不超过30°。 2．水平应力与垂直应力的关系 在地表及浅层地层中，大多数K>1，随着深度增加，就会出现 K=1的现象，这个深度成为临界深度。 3．水平应力具有强烈的方向性
变形模量或弹性模量是表征 岩体变形的重要参数。
岩体在荷载作用下对应于每 一级压力的变形，
均有
弹性变形
残余变形
变形模量和弹性模量分别为
p e
Ee e
图5-5 岩体的弹性变形 εe与残余变形εp
岩体在加载变形过程中，其压力（P）与变形 （W）的关系曲线通常为下列三种类型：
直线型：是岩体完整，裂隙少、致密的反应。 上凹型：反映出岩体中节理发育且充填不好。 上凸型：反映了岩体表层坚硬，深部软弱岩层。