岩体结构及其稳定性分析
地貌和第四纪地质及岩体结构和稳定性分析
第十讲地貌和第四纪地质及岩体结构和稳定性分析一、内容提要：本讲主要讲述①地貌和第四纪地质各种地貌形态的特征和成因；第四纪分期。
②岩体结构和稳定分析岩体结构面和结构体的类型和特征：赤平极射投影等结构面的图示方法；根据结构面和临空面的关系进行稳定分析。
二、重点、难点：各种地貌形态的特征和成因、岩体结构面和结构体的类型和特征以及根据结构面和临空面的关系进行稳定分析。
三、内容讲解：第三节地貌和第四纪地质地貌即地表形态(地形)。
地貌形态大小不等，千姿万态，成因复杂，但总的说来，地貌形态是内外地质营力互相作用的结果。
第四纪是地球发展的最新阶段，它包括更新世和全新世。
一、主要地貌形态的特征与成因地貌形态是由地貌基本要素所构成。
地貌基本要素包括：地形面、地形线和地形点，它们是地貌形态的最简单的几何组分，决定了地貌形态的几何特征。
自然界的地貌形态虽被人归结为上述三种地貌基本要素所构成。
【例题1】构成地貌形态的地貌基本要素中不包括（）。
A. 地形面B. 地形线C. 地形点D. 走向线答案：D地形面：可能是平面、曲面或波状面。
例如山坡面、阶地面、山顶面和平原面等。
地形线：两个地形面相交组成地形线(或一个地带)，或者是直线或者是弯曲起伏线，例如分水线、谷底线、坡折线等等。
地形点：两条(或几条)地形线的交点，或孤立的微地形体构成地形点，这实际上是大小不同的一个区域，例如山脊线相交构成山峰点或山鞍点、山坡转折点和河谷裂点等。
任何一种地貌形态的特点，都可以通过描述其地貌形态特征和形态测量特征反映出来。
地貌基本形态具有一定的简单的几何形状，但是地貌形态组合特征，就不能用简单的几何形状来表示，而必须考虑这一形态组合的总体起伏特征，地形类别和空间分布形状。
例如，山前由若干洪积扇群集所构成的洪积平原，这是一种地貌形态组合，其中每一个洪积扇作为一个基本地貌形态，具有扇形几何特征；但这一形态组合的特征则是纵向倾斜，横向和缓起伏，呈条状分布的洪积倾斜平原。
岩土工程中的抗滑稳定分析
岩土工程中的抗滑稳定分析岩土工程是工程领域中重要的一个分支，它主要研究土壤和岩石的性质、行为以及其在工程结构中的应用。
而在岩土工程中，抗滑稳定分析是一个至关重要的环节。
抗滑稳定分析是指在设计和施工过程中，对土壤或岩体的抗滑稳定性进行评估和分析的过程。
这种分析主要通过计算土体或岩石的抗滑安全系数，来判断在不同荷载作用下岩土体是否会发生滑动或破坏。
在抗滑稳定分析中，最常用的方法是松弛体法。
这种方法首先假设土体是一个松弛的体，然后施加荷载使其发生变形。
通过计算变形过程中产生的相应应力，可以得到抗滑安全系数。
通过这种方法，可以对土体的抗滑性能进行评估和预测。
此外，还有一种常用的分析方法是变形体法。
这种方法是在土体或岩体中定义一个变形体，然后应用力学原理进行计算。
通过计算变形体在荷载作用下的应力和变形，可以得到土体或岩体的抗滑安全系数。
抗滑稳定分析在岩土工程中的应用非常广泛。
在土坡工程中，通过抗滑稳定分析可以判断土坡的稳定性，并采取相应的措施来防止滑坡的发生。
在地基工程中，抗滑稳定分析可以帮助设计师评估地基的稳定性，并制定相应的地基处理方案。
在基岩挖掘工程中，抗滑稳定分析可以帮助设计师确定岩体的稳定性，并为工程施工提供重要指导。
然而，在进行抗滑稳定分析时，也面临一些挑战和困难。
首先，土壤和岩石的物理性质和力学性质非常复杂，难以精确描述。
其次，荷载的大小和方向也会对抗滑稳定性产生影响。
再次，地下水的变化也会对土体或岩体的抗滑稳定性产生重要影响。
因此，在进行抗滑稳定分析时，需要综合考虑多种因素，并进行全面的分析。
面对这些挑战，岩土工程师需要充分了解土壤和岩石的性质，掌握抗滑稳定分析的原理和方法。
同时，也需要结合实际工程情况，进行合理的假设和简化，以便进行分析和计算。
此外，准确的数据收集和现场监测也是保证抗滑稳定分析结果准确性的重要手段。
总之，抗滑稳定分析在岩土工程中发挥着重要的作用。
它是设计和施工过程中不可或缺的环节，可以帮助工程师评估和预测土体或岩体的抗滑稳定性。
边坡岩体稳定性分析的计算方法
边坡岩体稳定性分析的计算方法边坡岩体稳定性分析是地质工程设计工作中十分重要的一部分，是评价和研究边坡岩体稳定性的重要方法之一。
随着地质工程的发展，计算机技术的发展和应用，计算边坡岩体稳定性的方法也在不断发展和完善。
本文介绍了边坡岩体稳定性分析的计算方法，以及计算边坡岩体稳定性的重要步骤和要素。
二、边坡岩体稳定性的计算方法1.计算要求计算边坡岩体稳定性的要求是首先进行岩体的力学性质分析，确定岩体的抗剪强度和抗压强度，以及岩体的尺寸、形状、排列结构和构造；随后确定边坡的几何形状参数和水文地质因素，以及重力作用体系的参数；最后，按照边坡分析方法进行计算，确定边坡岩体的稳定系数。
2.计算过程（1）岩体力学性质分析。
首先分析岩体的抗剪强度和抗压强度，其次施加水平和垂直运动，确定岩体的变形特性；（2）边坡几何形状分析。
确定边坡的几何形状参数，包括坡度、坡面宽度、坡面长度等，同时确定水文地质因素，如雨水、渗水、地下水等；（3）重力作用体系分析。
确定边坡岩体的重力作用体系，包括自重、滑移压力、地下水压力、渗水压力等；（4）运用边坡分析方法计算边坡岩体的稳定性。
可以采用等效滑动面法、艾里克斯准则、薛定谔方程等方法，计算边坡岩体的稳定性。
三、边坡岩体稳定性分析的要素1.岩体力学特性岩体的抗剪强度和抗压强度是影响边坡岩体稳定性的主要因素之一。
岩体的抗剪强度可以通过抗拉强度、抗折强度等相关试验来测定，而抗压强度可以通过抗压强度试验、岩石试验等来确定。
2.边坡几何参数边坡几何参数是指边坡的坡度、坡面宽度、坡面长度等参数，这些参数是影响边坡岩体稳定性的重要因素。
一般来说，边坡坡度越陡，边坡稳定性越低；坡面宽度、坡面长度越小，边坡稳定性越低。
3.水文地质条件水文地质条件是指边坡周围的雨水、渗水、地下水等情况，这些条件也是影响边坡岩体稳定性的重要因素。
一般来说，边坡周围有大量雨水、地下水时，边坡稳定性就会变差。
4.重力作用体系重力作用体系是指边坡岩体受到的重力、滑移压力、地下水压力、渗水压力等因素的综合作用，这也是影响边坡岩体稳定性的重要因素。
影响边坡的主要因素
边坡工程地质问题边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。
斜坡的形成，使岩土体内部原有应力状态发生变化，出现坡体应力重新分布，主应力方向改变，应力又产生集中；而且，其应力状态在各种自然营力及工程影响下，随着斜坡演变而又不断变化，使斜坡岩土体发生不同形式的变形与破坏。
不稳定的天然胁迫和人工边坡，在岩土体重力、水及震动力以及其它因素作用下，常常发生危害性的变形与破坏，导致交通中断、江河堵塞，塘库淤填，甚至酿成巨大灾害。
根据组成边坡的主体材料不同，边坡可分为土质边坡和岩质边坡两种，而这两者主体材料的结构、性质差别很大，其存在的工程地质问题也不相同，需要分开进行研究。
边坡的稳定是一个比较复杂的问题，影响边坡稳定性的因素较多，简单归纳起来有边坡体自身材料的物理力学性质、边坡的形状和尺寸、边坡的工作条件及边坡的加固措施等几个方面。
一、岩质边坡工程地质问题（一）岩体结构及稳定性分析方法（6）边坡处于强震区或邻近地段，采用大爆破施工。
采用工程地质类比法选取的经验值（如坡角、计算参数等）仅能用于地质条件简单的中、小型边坡。
（三）岩体稳定的结构分析—赤平极射投影图法岩体的破坏，往往是一部分不稳定的结构体沿着某些结构面拉开，并沿着另一些结构面向着一定的临空面滑移的结果。
这就揭示了岩体稳定性破坏所必需具备的边界条件（切割面、滑动面和临空面）。
所以，通过对岩体结构要素结构面和结构体分析，明确岩体滑移的边界条件是否具备，就可以对岩体的稳定性作出判断。
这就是岩体稳定的结构分析的基本内容和实质。
而赤平极射投影图法就是岩体稳定的结构分析的方法。
1．作图方法：以最基本的面结构面的产状为例作如下简单介绍。
如已测得两结构面产状如表1-3表1-3 结构面产状表结构面走向倾向倾角J1 N30°E SE 40°J2 N20°W NE 60°作此两结构面的赤平极射投影图，并求其交线的倾向和倾角。
岩石稳定性分析方法及应用
岩石稳定性分析方法及应用岩石稳定性是岩土工程中非常重要的一个研究方向。
在工程中，岩石的稳定性对于确保工程的安全和可靠性至关重要。
本文将介绍一些常见的岩石稳定性分析方法，并探讨其在工程实践中的应用。
一、岩石稳定性分析方法1. 直观法直观法是最简单常用的一种岩石稳定性分析方法。
它基于对岩体的直观观察和经验判断，主要包括裂缝分布、岩体断面形态、岩体颜色变化等方面的观察。
通过对这些直观指标的分析，可以初步评估岩石的稳定性。
2. 摩尔－库伦准则摩尔－库伦准则是基于极限平衡原理和强度理论的一种经典分析方法。
它将岩石视为具有一定内聚力的等效材料，基于材料的内聚强度和应变能耗散能力进行分析，计算岩体是否稳定。
该方法适用于简单的岩石体或者边坡稳定性分析。
3. 数值模拟法数值模拟法是利用计算机进行岩石稳定性分析的一种方法。
它基于有限元或有限差分法，将岩石体离散化为一系列有限大小的元素或节点，通过求解力学方程得到岩体的应力和应变分布。
数值模拟法可以考虑复杂的岩石结构和边界条件，对于复杂工程问题的分析具有较好的适用性。
二、岩石稳定性分析方法的应用1. 边坡稳定性分析在公路、铁路、水电站等工程中，岩石边坡的稳定性是一个必须要考虑的问题。
通过对边坡进行岩石稳定性分析，可以确定边坡的合理坡度和防护措施，确保工程的长期稳定运行。
2. 堡坎固结场稳定性分析堡坎固结场是矿山开采过程中的一个重要工程环节。
通过对岩石堡坎的稳定性进行分析，可以评估岩石的开挖难度和支护方案，确保矿山开采的安全和高效进行。
3. 岩石坝稳定性分析岩石坝在水利工程中应用广泛，其稳定性对于坝体的安全和工程的可靠性至关重要。
通过岩石稳定性分析，可以确定岩石坝的合理坡度和防护措施，保证坝体长期稳定运行，并防止坝体发生破坏。
总结：岩石稳定性分析是岩土工程中的重要内容，通过合理的分析方法和工具，可以评估岩石体的稳定状况，为工程的设计和施工提供科学依据。
本文介绍了一些常见的岩石稳定性分析方法，并探讨了它们在工程实践中的应用领域。
岩体稳定性分析的块体理论方法研究_李建勇
有限性定理：JP∩EP=Φ或 BP=Φ且 BP=JP∩EP。 可动性定理：JP≠Φ且 JP∩EP=Φ。 这两个定理已由石根华给予了严格的数学证明，故也称 为 石 氏 定 理 ，是 块 体 理 论 的 核 心 。 在 此 基 础 上 运 用 全 空 间 赤 平 投 影 和 矢 量 计 算 法 可 对 边 坡 、隧 洞 等 的 可 动 块 体 进 行 快 速 有 效 的 识 别 和 判 断 ；然 后 假 定 刚 性 块 体 沿 软 弱 结 构 面 脱 离 或 剪 切 滑 移 ，在 主 动 力 合 力 的 作 用 下 ，即 可 确 定 相 应 块 体 的 滑 动 模 式 ；最 后 根 据 结 构 面 的 内 摩 擦 角 识 别 出 真 实 的 关键块体。 经典块体理论为了理论的完备性，假定结构面为无限大 的平面，然而在实际工程中岩体结构面往往复杂多样，形状各 异，大小不同，位置不定，并且实际上也很难得到结构面的全 部信息；经典块体理论关于块体的刚性滑移模型的假定也是 对现实世界的高度抽象，实际工程岩体的物理力学特性复杂， 往往表现出弹塑性特征，而且块体失稳模式多样，滑移只是最 常见的一种失稳形式之一。
ì无限块体
块体 íï îï有限块体
ì不可动块体
ï í îï可动块体
ì稳定块体 ï í îï非稳定块体
ì潜在关键块体 íî真实关键块体
图 1 块体分类体系图
3 块体理论的典型发展
3.1 随机块体理论
岩体的稳定性分析
幻灯片1第四节：岩体的稳定性分析一、岩体稳定性与区域稳定性的关系区域稳定性的主要控制因素，也制约岩体的稳定性。
1)地壳板块的相对运动的强弱导致构造变动和产生高构造应力，从大范围控制了区域地层和岩体变形、位移或失稳。
2)活动性深大断裂活动（水平或垂直位移）引起区域地壳及其表层发生水平或升降运动，可引起位于断裂带的岩体变位或失稳。
3)地震活动在我国有些地区十分强烈，常引起大范围的构筑物的失稳和破坏。
幻灯片2二、岩体破坏类型分析1.岩体失稳的主要影响因素①受区域地壳稳定性控制。
②受岩体的结构特征、变形特征、强度特性、水稳性等控制。
③失稳的边界条件：岩体失稳要有一定的边界条件，即存在临空面和结构面组成的分离体。
④荷载的类型、大小和方向决定了岩体的受力状态。
⑤工程类别对岩体失稳方式有重要影响。
幻灯片32. 岩体破坏类型分析①当区域稳定性为相对稳定，工程岩体条件较好时，岩体失稳破坏的类型取决于边界条件、工程类型及工程荷载性质的组合特点，岩体失稳破坏的方式往往以剪切滑移方式为主。
②当区域稳定性为相对活动，工程的场地条件较好时③区域环境和工程场地均处于突出的高水平构造应力状态时④当区域相对稳定，岩体抗压强度较高，不具备滑移的边界条件，地面建筑物承受强大的风荷载时，可能发生张拉破坏导致建筑物倾倒。
幻灯片4⑤区域相对稳定，工程场地为河流之滨，岩体本身条件较差，在建筑物荷载的作用下，建筑持力层将发生过大的压缩沉陷变形，与其侧向膨胀变形相对应的侧向压力将使岸坡前持力层发生压缩破坏，导致建筑物向河中倾覆，或沿可能的滑动面滑动。
幻灯片53. 岩体稳定分析国内外应用于岩体稳定性分析的方法有：地质分析类比法岩体结构分析与计算法岩体稳定性分类法数值模拟计算法地质模拟试验法等。
任务四-岩体稳定性评价
（一）地基承载力[σ]：
（二）隧道围岩分类：
二、铁路部门应用的某些经验数据
（一）地基承载力[σ]：
岩石地基承载力，应考虑构造因素和地下水长 期软化对承载力降低的影响，一般情况下可比 照表5－10及5－11确定。
当前较常使用的方法是两种:
①用赤平极射投影图解及极限平衡理论计算可能失稳 方向上的安全系数。
②利用有限单元法进行岩体稳定性评价。
3. 试验研究方法
3. 试验研究方法 包括模型试验法和模拟试验法。 常用的有相似材料模型试验和光弹模型模拟试 验。 在相似理论的基础上用人工制造的模型和受力 条件去模仿实际的工程岩体原型及实际的受力 条件，通过室内模型模拟试验观察人工模型的 稳定性来评价实际岩体的稳定性。
但定性分析多而定量分析少。
1．地质分析法：
1．地质分析法： （3）地质力学配套分析：
在岩体稳定性评价中日益得到发展。
分析的基本内容可包括三个方面：一是根据破裂结构面 的力学性质评价结构面的工程性质，例如从结构面抗剪 强度来看，张性结构面较大，压性结构面其次，扭性结 构面较小；变形模量则是压性面大于扭性面，扭性面大 于张性面；透水性是张性面最大，扭性面居中，压性面 最小。二是应用构造体系的理论确定结构面构造组合、 结构体的型式等岩体结构特征。三是根据构造配套恢复 区域构造应力场，为了解岩体的天然应力状态指明方向。
（－）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素
▪2. 影响岩体稳定性的因素
①岩体所在位置周围地质环境的稳定性对该环境 内的岩体稳定性有宏观控制作用。
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划分岩体结构的目的：定性评价 岩体稳定性。
岩体结构类型及其特征表 7-7
完整状态
地下水
结构类型
1 块状结构
结 构 面 间 完整性系数 距（cm）
50~100 0.35~0.75
作用特征
甚微
2 镶嵌结构 ＜50 ＜0.35
含、导水不ຫໍສະໝຸດ 明显3 碎裂结构 ＜50 ＜0.35
显著,软、泥
化，渗流
4 层状结构 30~50 薄 0.30~0.60 薄 软 、 泥 化 显 层＜30 层＜0.40 著
②片岩软弱夹层——薄层云母 片岩、绿泥石片岩等，片理发育、 岩性软弱、矿物易风化。
对边坡、地下工程稳定造成影响。
⑷构造结构面——构造作用形成， 规模大，对岩体稳定性影响很大。
包括： 1 节理 2 断层 产状受构造应力场控制。 3 层间错动面——与岩层一致，
破碎，含泥质。 ⑸次生结构面——岩体受卸荷、风 化、地下水等次生作用形成。次生结 构面易造成边坡岩体破坏。 次生结构面包括：
③原生夹层。 其中①、②两种软弱夹层通常含 泥质物质，松散。形成良好的地下水 通道，夹层的水稳定性差，易软化、 泥化，强度和稳定性差。
⑵火成结构面——在岩浆活动中 形成，包括：
①侵入接触面——与围岩胶结 不良，有变质物质。
②冷凝裂隙——张性裂隙面，粗 糙。
⑶变质结构面——变质作用形成。 包括：
1 片理——沿片理面片状矿物 富集，岩体强度↓
1 赤平极射投影的实质。 2 物体的几何要素（点、线、
面）的投影。 3 结构面走向、倾斜、倾角的
投影表示。 4 赤平极射投影的作图方法。 5 判断岩体结构的稳定性。 ⑶评价岩体稳定性。
4 泥化夹层——地下水作用，使 原软弱夹层（粘土岩、泥灰岩、 页岩等）泥化，产状与岩层一 致。
5 次生夹泥层——地下水作用 产生次生夹泥，沿原结构面 （层面、裂隙、断层）形成， 受原结构面控制，结构面强度 低。
2、结构面的主要特征（应特别注意） ⑴结构面的发展历史：
构造、次生作用影响比较大。 如：软弱夹层受构造错动→层 间破碎夹层，其性质↓；层间错 动面上次生泥化→其性质↓↓ ⑵结构面的物质组成： 含有松散、粘土类矿物，其抗 剪强度低，对岩体稳定性影响 大。 ⑶结构面的延展性： 结构面延展长、规模大，则对 其稳定性影响大。 ⑷结构面的张开程度、充填胶结 情况：
①范围大； ②强度、稳定性低。 2、岩体稳定：指在一定时间内、一 定条件（自然、人为）下岩体不产生 破坏性剪切滑移、塑性变形和张裂破 坏。
3、岩体稳定性分析：包括—— ⑴结构分析 ⑵力学分析 ⑶类比分析 一般需将三种分析方法进行相
互补充、验证，作出综合评价。
二、岩体结构
㈠概念 岩体结构是指岩体中①结构面
完整 比较完整 中等完整
较差 破碎
＞0.90 0.75～0.90 0.45～0.75 0.20～0.45
＜0.20
二、岩体稳定性的结构分析
岩体稳定性的常用分析方法有： （1）结构分析 （2）力学分析——岩体工程中
介绍 （3）对比分析
一般需将三种方法相互结合，验 证、补充，作出综合评价。
1、结构分析的实质：
5 层状碎裂 ＜50 ＜0.40
较层状更甚
结构
6 散体结构
＜0.20
软、泥化显
著，膨胀、
崩解
用岩体完整性系数 K 表示岩体完 整程度，即
K=Vm2／Vr2 Vm——纵波在岩体中的传播速度； Vr——纵波在岩石中的传播速度。
按照岩体完整性系数 K 划分的岩
体完整性如下表所示：
岩体完整性划分表 岩体完整性 岩体完整性系数 K
7 岩体结构及其稳定性
rock mass structure & stability
一、概念
1、岩体(rock mass)：包含岩石(rock) 和结构弱面 (weak structural plane)。 （1）特点：
①不连续——受构造切割、孔隙等影
响；
②非均质——各类矿物、岩石组合； ③各向异性——构造、非均质造成。 （2）与岩石的区别：
1 卸荷裂隙——岩体受河流切 割、开挖等形成临空面，应力 释放等作用引起，张裂。
2 风化裂隙——表层风化带，裂 隙产状无规律，短小密集。
3 风化夹层——沿原结构面发 育形成，延深比风化裂隙大， 产状受原结构面控制。风化夹 层多呈松散、破碎状，含泥质， 水稳定性差。如断层风化、岩 脉风化、夹层风化等。
由结构面切割产生的单元体的几 何形状。常见有柱状、块状、板状、楔 状、锥状等，见图 7-5。其中柱状、块状 结构体的稳定性比板状结构体的稳定性 高；菱状结构体的稳定性比楔状结构体 的稳定性高。
2、岩体结构类型(如图 7-6 所示) 岩体结构分为块状结构、镶嵌结
构、碎裂结构、层状结构、层状碎裂 结构及散体结构六种类型。其中工程 性质比较差的有碎裂结构、层状碎裂 结构及散体结构。散体结构最差。详 见表 7-7。
(structural plane) 和 ② 结 构 体 (structural block)的组合特征，即的发 育程度、组合形式；结构体的大小、 几何形式和排列。
①结构面——岩体中各种地质 界面，如：层面、裂隙面、断层面、 不整合面等。岩体多沿结构面发生破 坏。
②结构体——由结构面切割而
成的单个块体。 ㈡结构面： 1、成因类型：
张节理为次生充填物、地下水 活动提供条件，其抗剪强度低，对 斜坡、隧道围岩稳定性影响大。
粘土、滑腻性矿物（如滑石、 云母、绿泥石等）充填物，其抗剪 强度很低，但若胶结，则其抗剪强 度有提高。 ⑸结构面的密集程度：
结构面的密集程度高，则其稳定 性低。 ⑹结构面的平整、光滑程度：
结构面越平整、光滑，则其稳定 性越低。 结构面的类型及其特征见表 7－5。 （二）结构体 1、结构体形式：
⑴沉积结构面——沉积、成岩过程 中形成，包括层理、层面、软弱夹层 (weak intercalated layer)和不整合面 等。
其中软弱夹层对岩体稳定性影 响比较大，容易造成滑坡等工程事 故。软弱夹层的产状与岩层产状一 致。其成因分为：
①在陆相沉积间断的不整合面 处形成软弱夹层；
②在火山喷发间歇期形成的风 化软弱夹层；
对岩体结构要素（结构面、结构 体）进行分析，明确岩体滑移的边界 条件（切割面、滑移面、临空面）是 否具备，对岩体稳定性作出判断。
2、结构分析的步骤： ⑴调查、统计、研究结构面的类
型、产状、特征； ⑵分析结构面及其空间组合关
系、结构体的形式——常用图解 法——赤平极射投影法。需了解的赤 平极射投影法内容：