岩体的工程性质及稳定性评价共189页
岩土工程稳定性评价
第7章 岩土工程稳定性评价教学提示：通过本章的学习，要求学生在了解地基、基坑以及围岩稳定性评价的基本内容的基础上，能将工程地质学的基本知识点与工程实践紧密结合，理解岩土工程稳定性评价的重要意义。
教学要求：岩土工程在施工过程中必然受到自然和人为等不确定性因素的影响，使得系统的稳定性的分析成为更加复杂的工作。
学习本节内容时，要求能理论联系实际，对地基、基坑及围岩的稳定性进行系统的理解，重点是评价的目标及主体内容，以便更好地确保建设工程在施工和运行过程中稳定性，确保工程的安全、高效。
对任何地表建筑物而言，其地下工程部分均属于隐蔽建筑，它的勘察、设计和施工质量直接关系到整个建筑物的安危。
实践证明各种事故，均与地基基础有关，一旦发生问题，补救起来也非常困难。
岩土性质与结构、边坡高度与坡度、工程质量与经济等多种因素，以及地质与水文条件复杂、高填深挖或特殊需要时，路基边坡的稳定性分析就显得十分重要。
7.1 地基稳定性评价处理由于地面空间逐渐减少，在一些薄弱地段兴建工程的情况越来越多。
地层一般进入稳定变形期之后，有些建筑物不采取任何抗变形措施均可施工；但有时由于受特殊地质因素影响，地基未能达到长期稳定，将会给工程留下隐患；或者某些拟建的重要建筑物对地表稳定性要求很高，此时就应该考虑地表进入稳定期后对残余变形的影响。
地基是直接支承建(构)筑物重量的地层有天然地基与人工地基之分。
天然地基是未经加固的地基，基础直接砌置其上；人工地基是经人工加固处理后的地基，若基础埋置深度小于5 m时称为浅基，基础埋置深度等于或大于5 m时称为深基。
基础指的是建(构)筑物在地下直接与地基相接触的部分。
图7.1给出了地基与基础的示意图。
地基稳定性研究是各种建筑物与构筑物岩土工程勘察与设计中的最主要任务。
地基稳定性包括地基强度和变形两部分。
若建筑物荷载超过地基强度、地基的变形量过大，则会使建筑物出现裂隙、倾斜甚至发生破坏。
为了保证建筑物的安全稳定、经济合理和正常使用，必须研究与评价地基的稳定性，提出合理的地基承载力和变形量，使地基稳定性同时满足强度和变形两方面的要求。
岩体工程稳定性问题
坚硬岩体中的块体滑移
块 状 结 构 岩 体 的 块 体 滑 移
C.碎裂松动： 碎裂结构岩体在张力和振动力作用 下容易松动、解脱，在洞顶则产生 崩落，在边墙上则表现为滑塌或碎 块的坍塌。
碎裂岩体松动解脱
碎裂结构围岩塌方示意图
• （4）岩爆 • 岩爆是围岩的一种剧烈的脆性破坏，常以“爆炸”的形 式出现。岩爆发生时能抛出大小不等的岩块，大型者常 伴有强烈的震动、气浪和巨响，对地下开挖和地下采掘 事业造成很大的危害。 • 岩爆的产生需要具备两方面的条件：高储能体（高 强度、块体状或厚层状的脆性岩体）的存在，且其应力 接近于岩体强度是岩爆产生的内因；某附加荷载的触发 则是其产生的外因（一是机械开挖、爆破以及围岩局部 破裂所造成的弹性振荡；二是开挖的迅速推进或累进性 破坏所引起的应力突然向某些部位的集中）。 • 四川绵竹天地煤矿曾多次发生岩爆，最大的一次将 20余吨煤抛出20米远。四川南桠河三级电站隧洞(埋深 350～400m)开挖过程中通过花岗岩整体结构岩体段时就 曾发生过岩爆。开挖后不久，洞壁表部岩石发出了劈劈 啪啪的响声，同时有“洋葱”状剥片自岩壁上弹射出。
散体结构岩体发生塑性挤出的几种情形
（2）膨胀内鼓：洞室开挖后围岩表部减压区的形 成往往促使水分由内部高应力区向围岩表部转移， 结果可使某些易于吸水膨胀的岩层发生强烈的膨胀 变形。这类膨胀变形显然是与围岩内部的水分重分 布相联系的。除此之外，开挖后暴露于表部的这类 岩体有时也会从空气中吸收水分而膨胀。 遇水后易于强烈膨胀的岩石主要有富含粘土矿物 (特别是蒙脱石)的塑性岩石和硬石膏。有些富含蒙 脱石粘土质岩石，吸水后体积可增大14%～25%，而 硬石膏水化后转化为石膏，其体积可增大20%。所 以这些岩石的膨胀变形能造成很大的压力，足以破 坏强固的支护结构，给各类地下建筑物的施工和运 营带来很大的危害。
地下工程岩体的稳定性分析
地下工程岩体的稳定性分析地下工程，系指在地面以下及山体内部的各类建筑物。
地下工程具有隔热、恒温、密闭、防震、隐蔽及不占地面土地面积等许多优点。
因此，在国民经济各个部门的工程建设中被广泛采用。
如城市及交通建设中的地下铁道、地下仓库、地下商场、铁路隧道、公路隧道、过江隧道等，水电及矿山建设中的地下厂房、引水隧洞、地下水库、地下矿井巷道等，以及军工建设中的地下飞机场、地下试验室(站)、地下掩蔽部及各类军事设备器材仓库等。
显然随着经济建设的高速发展及地下工程所具有的优越性，地下工程的应用将会越来越广泛，规模也将越来越大。
地下工程按成因分为人工洞室和天然洞室两大类。
人工洞室指由人工开挖支护形成的地下工程。
天然洞室一般指由地质作用形成的地下空间，如可溶岩的溶洞等。
地下工程完全被周围的岩土体介质所包围。
因此，这些介质的性质直接影响着地下工程的稳定与安全。
地下工程岩体系指地下工程周围的岩土介质，以往也称为地下洞室围岩。
其稳定性的工程地质研究是工程地质研究的重要课题之一。
主要包括地下工程岩体稳定性的影响因素分析，地下工程洞线及进、出口边坡位置的正确选择地下工程岩体稳定性的合理评价，对不稳定地段的支护及施工方法的研究，施工过程中根据地质情况预测各种可能出现的工程地质问题等。
，一、洞室位置的选择·地下洞室按其用途分有压洞室和无压洞室，按工程岩体性质分岩体洞室和土体洞室。
(一)无压的岩体洞室位置选择无压的岩体洞室位置应满足以下条件：(1)洞址宜选在山体完整雄厚、地质构造简单、地下水影响小、岩性均一的坚硬岩层且岩层厚度为厚层、中厚层的地段；要避开透水的宽大破碎带、断裂交汇带、岩溶发育带、强风化带及有害气体和高地温等地段。
洞址选在稳定性好的围岩中，是保证地下工程施工安全和正常运行的关键。
(2)洞口要选择在松散覆盖层薄、坡度较陡的反向坡，且有完整厚层岩层作顶板的地段；要避开冲沟或溪流源头，以及滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象发育或洪水可能淹没的地段。
地质勘测报告岩石力学性质测试与岩石稳定性评价
地质勘测报告岩石力学性质测试与岩石稳定性评价地质勘测报告一、引言地质勘测是一项重要的工程环节，通过对地质条件的详细调查和评估，能够为工程设计和建设提供准确可靠的基础数据。
岩石力学性质测试与岩石稳定性评价是地质勘测的关键部分，本报告将详细介绍测试方法、结果分析以及岩石稳定性的评价。
二、岩石力学性质测试1. 试验目的本次岩石力学性质测试的目标是获取岩石的力学参数，包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等，以进一步评估岩石的稳定性。
2. 试验方法为了确保测试结果的准确性和可靠性，我们采用了以下测试方法：(1) 抗压强度测试：按照标准规范要求，在规定的试样尺寸下，采用万能试验机进行加载，记录加载到岩石破坏时所承受的最大载荷。
(2) 抗拉强度测试：采用拉力试验机，通过施加拉力来测试岩石的抗拉强度。
(3) 抗剪强度测试：采用剪切试验机，在事先制备好的试样上施加剪切力，记录岩石的抗剪强度。
(4) 其他性质测试：根据工程需要，还可以进行岩石的弹性模量、泊松比等性质的测试。
3. 试验结果与分析根据实际测试数据，我们计算得到了岩石的力学参数，并进行了详细的分析。
通过对抗压强度、抗拉强度和抗剪强度的测定，我们可以评估岩石的抗力及其稳定性，为工程设计提供依据。
三、岩石稳定性评价1. 稳定性问题分析通过对已有数据和实际情况进行综合分析，我们发现岩石存在以下稳定性问题：(1) 岩体结构破碎严重，存在大量裂缝和节理，强度较低。
(2) 岩体存在较强的荷载压力，导致其抗压强度不足，有发生强力破碎的风险。
(3) 岩体受水文条件影响，存在较大的湿胀和干缩变形，容易引起滑坡和坍塌。
2. 稳定性评价方法为了对岩石的稳定性进行评价，我们采用了以下方法：(1) 岩体稳定性数值模拟：通过建立数值模型，模拟不同荷载条件下岩体的稳定性，分析可能的变形和破坏形式。
(2) 稳定性定量评价：根据已有数据和分析结果，结合相关标准和规范，对岩石的稳定性进行定量评价，给出具体的稳定性等级。
岩体的工程性质及稳定性评价
一、岩体概述
1、岩体（rockmass）:
与工程活动有关的那部分地 质体，地壳的一部分。
岩体的范围：
取决于工程的形状、位置、 工程类型、工程规模等。
一、岩体概述
2、岩体分类
按岩体对工程作用特征可分为三大类： 地基岩体:房屋、桥梁、路基等下岩体； 边坡岩体:人工开挖暴露出来的斜坡岩体； 周围岩体:隧道等地下工程周围的岩体。
(一)地质成因类型
1.
岩体在成岩过程中形成的结构面。
沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理
面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。
岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括
岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原
生冷凝节理等。
变质结构面在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶
的平整光滑程度。 结构面壁的粗糙程度对
抗剪强度有利。
2、结构面的特征 (4)粗糙度： 大规模的粗糙度：
也称起伏度
ｉ
起伏度： 用起伏坡面与结构面平 均平面夹角i表示。
2、结构面的特征
(4)粗糙度：
对
中等规模粗糙度——分三种 结
台阶形
构
波浪形
面 抗
平面形
剪
小规模的粗糙度——分三种 强
粗糙的
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。 岩块（Rock block 或 Rock）指不含显著结构面 的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。 岩体（Rockmass）是指地质历史过程中形成的， 由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并 赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境 中的地质体。
岩体结构及其稳定性分析
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
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
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
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。
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。
岩体工程(岩体结构与稳定性分析)
岩体结构与稳定性分析
3.2岩体边坡稳定性评价方法 一.边坡岩体变形破坏的基本形式 （一）基本形式分类 1.按滑坡面与岩层层面关系分类 2.按边坡破坏的滑动面形状分类 3.按岩体结构特性分类
岩体结构与稳定性分析
(二)影响边坡稳定的因素 岩石性质：岩石的成因，矿物成分，结构和强度 岩体结构：岩体的结构类型，结构面性状以及其与坡面的关系 水的作用：对岩土的软化，泥化作用，冲刷作用，静水压力和动水压力 作用等。 风化作用：使岩体的裂隙增多，扩大，透水性增强，抗剪抗压强度降低。 地震力：使边坡岩体的剪应力增大，抗剪强度降低。 地应力：开挖边坡使边坡初始应力改变。 地形地貌及人为因素：边坡不合理的设计，开挖和加载，大量施工用水 的渗入及爆破等。
岩体结构与稳定性分析
3.1岩体的结构特性 3.2岩体边坡稳定性评价方法
岩体结构与稳定性分析
一.结构面 1.分类 原生结构面，构造结构面，次生结构面
2.结构面的工程特征 产状，规模，形态，连续性，密集程度，张开度和填充情况 3.软弱夹层及泥化夹层特点 软弱夹层，泥化夹层
岩体结构与稳定性分析
二结构体 在岩体中被结构面切割的岩体被称为结构体体现了岩体的基本构造 和外貌特征。 分类 整体结构或块状结构（局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆），镶嵌 结构（可沿结构面滑塌，软岩可产生塑性变形），碎裂结构（易引 起规模较大的岩体失稳，地下水加剧失稳），层状结构（易发生规 模较大的岩体失稳，地下水加剧失稳）
岩体结构与稳定性分析
三.岩体分类 1.按岩体完整程度分类 岩体的完整程度反映了其裂隙性，破碎岩石的强度和较完整岩石大 大削弱，尤其边坡和基坑工程更为突出。 2.按岩石质量指标RQD分类 是国际通用鉴别岩石工程性质好坏的方法，是利用钻孔直径为 54MM的金刚钻进的岩芯采取率来评价岩石质量。 3.按岩体基本质量指标BQ分类 我国首个岩体分级的国家标准，先确定岩体基本质量，再结合具体 工程特点确定岩体分级
岩土工程1岩体与土体的工程性质及评价精品文档
14
压缩系数
a是表征土压缩性的重要指标之一
e~p曲线越陡， a就越大，土的压缩性越高 e~p曲线越平缓， a就越小，土的压缩性越低
15
压缩系数
压缩曲线不是直线，即使是同一种土，其压缩系 数也不是常量。
工程上为了便于统一比较，习惯采用 100kpa~200kpa范围的压缩系数来衡量土的压 缩性的高低 e1 e2 1000
CV
(TV )0.5 H2 t0.5
（2）时间平方根法（ t ）
CV
(TV )0.9 H2 t0.9
24
1.1.1.4次固结系数Ca
Ca
e1e2 logt2 logt1
e logt2
t1
经验公式：
Ca 0.0180
次固结对大多数土可不考虑， 但对软弱土不能忽略。
ES
z z
1e1
21
其它压缩性指标
体积压缩系数mv 单位应力作用下单位体积的体积变化
mV
1 ES
1e1
初始孔隙比
22
1.1.1.3固结系数Cv
定义：土的压缩随时间而增长的过程叫固结。 固结系数Cv： 表征土固结速率的一个特征系数。
CV
k(1 e)
w
23
（1）时间对数法（logt法）
cs
ei ei1 logpi1logpi
e logpi1
pi
Cs=(0.1~0.2)Cc
回弹再压缩土的压缩性减小
土体如果承受到比现 在大的压力，其压缩 性将降低，也就是说 土的应力历史对压缩 性有很大影响
软土地基加固
20
其它压缩性指标
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度 影
平坦的
响
光滑的
很
大
标准的粗糙度断面
2、结构面的特征
(4)粗糙度： 结构面抗剪强度:
标准的粗糙度断面
τ=σn tg（φ+i）+C
σn : 结构面上法向应力
C :粘聚力
(结构面上无垂直或很 陡的台阶状起伏时：C=0)
2、结构面的特征
(5)结构面壁强度 结构面相邻岩壁的等效抗
压强度。
岩体的范围：
取决于工程的形状、位置、 工程类型、工程规模等。
一、岩体概述
2、岩体分类
按岩体对工程作用特征可分为三大类： 地基岩体:房屋、桥梁、路基等下岩体； 边坡岩体:人工开挖暴露出来的斜坡岩体； 周围岩体:隧道等地下工程周围的岩体。
一、岩体概述
3、岩体与岩石（比较）
岩体：
是地壳的一部分，有结构体及结构面组成， 即由各种岩石块体组合而成的岩石结构物。
1963年，意大利一水库，2亿m3此岩体下滑 淤满水库，死2600余人，震动了整个岩土工 程与工程地质界。
二、岩体结构概述
岩体：
被各种结构层面、软弱片理面等不连续面切 割成的岩块组成的结构物。
结构面：
岩体中的软弱面。
结构体：
岩体中的岩块。
§ 2.1 几个基本概念
岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体。 结构面（Structural Plane） 指地质历史发展
变质岩中的片理面。
（一）结构面
(2)构造结构面
节理裂隙 断层
（一）结构面
(3)次生结构面
风化裂隙面 卸荷裂隙面 爆破裂隙面 滑坡裂隙面 溶蚀裂隙面等
（一）结构面
2、结构面的特征 表征结构面地质特征的参数如下：
⑴产状 ⑵间距 ⑶持续性 ⑷粗糙度 ⑸结构面壁强度
⑹裂缝开度 ⑺充填物 ⑻渗透性 ⑼节理组数 ⑽岩块尺寸
(3)持续性:
暴露面上能够见到的结构面迹线的 长度。
区域性断层面持续长度可达数 百～数千米，若贯穿工程区域， 对工程稳定有全局性影响。
结构面持续性对不同工程有不同 作用。
平面状结构面无分叉地延伸 5～10m，对隧道围岩稳定性有 较大影响。
2、结构面的特征
(4)粗糙度： 相对于结构面平均平面
只是构造裂隙的一种. 断层是地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面
有明显相对移动的构造称断层。 断层是构造运动中广泛发育的
构造形态。它大小不一、规模不等，小的不足一米，大到数百、 上千千米。但都破坏了岩层的连续性和完整性。还有一种解释: 断层是地质学概念，是指因地壳的变动，引起地层发生断裂并沿 断裂面发生水平、垂直或倾斜方向的相对位移现象。
的平整光滑程度。 结构面壁的粗糙程度对： 大规模的粗糙度：
也称起伏度
ｉ
起伏度： 用起伏坡面与结构面平 均平面夹角i表示。
2、结构面的特征
(4)粗糙度：
对
中等规模粗糙度——分三种 结
台阶形
构
波浪形
面 抗
平面形
剪
小规模的粗糙度——分三种 强
粗糙的
(一)地质成因类型
1.
岩体在成岩过程中形成的结构面。
沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理
面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。
岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括
岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原
生冷凝节理等。
变质结构面在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶
结构面。
2.构造结构面 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。
3.次生结构面 是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面， 包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。
（一）结构面
(1)原生结构面：
岩浆岩冷凝收缩而成的 原生节理面。
沉积中层理面（不整合 面）等物质分界面。
S U M M E R T E M P L AT E
岩体的工程性质及稳定性评价
第六章
岩体的工程性质及岩体的稳定性
第一节 岩体及岩体结构概述 第二节 岩体的工程性质 第三节 岩体的稳定性评价
第一节 岩体及岩体结构概述
一、岩体概述
1、岩体（rockmass）:
与工程活动有关的那部分地 质体，地壳的一部分。
节理是很常见的一种构造地质现象，就是我们在岩石露头上所见 的裂缝，或称岩石的裂缝。这是由于岩石受力而出现的裂隙.还 有一种说法:几乎在所以岩石中都可以看到有规律的，纵横交错 的裂隙，他的专门术语就叫节理.节理即断裂岩块沿着破裂面没 有发生或没有明显发生位移的断裂构造. 裂隙应该包括的东西更多，在地学上有构造裂隙，而节理裂隙
断裂:地质学马丁尼兹说:“当地壳移动，板块相互撞击时会断裂， 导致其他地区的压力逐渐增加，最终引发地震。”断裂是大的， 深的断层.
（一）结构面
1、结构面的类型
(1)原生结构面 (2)构造结构面 (3)次生结构面
岩体与岩石
近100年来坝体因对岩体软弱面稳定性认
识不足而失事者达45%以上。
法国60m高的坝体， 1959年因左坝肩片麻岩 中的绢云母页岩软弱层滑动而失稳。
岩石：
指天然的石料，其性质取决于矿物成分、结构和 构造。岩石可以看成是均质、各向同性的材料。
“岩体”概念的出现已成为一个重要的研究课 题，标志该学科发展达到了一个重要阶段。
岩体与岩石(庐山二叠泉的岩体)
节理就是裂隙，断裂是一 个大的概念，基本类型包 括了节理（裂隙）、断层， 还有劈理。
节理：是岩石中的裂隙，是没有明显位移的裂隙。也是地壳上 部岩石发育最广的一种构造
2、结构面的特征
(1)产状： 结构面在空间的分 布状态。
以结构面倾向和倾 角表示。
在很大程度上决定 着单独岩块的形状 及岩体的稳定性。
2、结构面的特征
(2)间距: 同组相邻结构面间的 垂直距离
通常指平均间距或 常见的间距
在很大程度上控制 着单独岩块的尺寸
对岩体的破坏形式 有重要影响
2、结构面的特征