岩体稳定性评价

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岩体结构及其稳定性分析

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。

岩体的工程性质及稳定性评价

岩体的工程性质及稳定性评价

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
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
Ⅴ级 又称微结构面。常包含在岩块内,主要影响岩 块的物理力学性质,控制岩块的力学性质。
三、 产状
走向、倾向、倾角 结构面与最大主应力
间的关系控制着岩体 的破坏机理与强度。
据单结构面理论,岩体中存在一组结构面时,岩体的极限强 度与结构面倾角间的关系为:
1
3
2(C j 3tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
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。
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。

隧道工程中的岩体稳定性评估方法

隧道工程中的岩体稳定性评估方法

隧道工程中的岩体稳定性评估方法隧道工程是现代交通建设的重要组成部分,对于城市交通的畅通起着关键作用。

然而,隧道工程建设过程中,岩体的稳定性一直是一个重要的问题。

岩体的不稳定性可能会引发地质灾害,给工程带来巨大危害。

因此,评估岩体稳定性的方法是隧道工程中不可或缺的一环。

在隧道工程中,岩体稳定性评估方法可以分为定性评估和定量评估两大类。

定性评估主要基于工程地质调查和工程经验,通过对岩体的岩石类型、结构构造、工程地质条件等方面进行综合评估,判断岩体的稳定性。

定性评估的优势在于简单快捷,但缺点是主观性较强,容易出现误判。

因此,为了更准确地评估岩体稳定性,定量评估方法逐渐受到重视。

定量评估岩体稳定性的方法多种多样,下面介绍几种常用的方法。

首先是岩体综合评价法。

该方法综合考虑岩体的岩性、结构构造、节理特征、地应力及地下水等因素,通过量化指标来评估岩体的稳定性。

常用的指标有抗剪强度指标、岩体完整性指标、岩体坚硬性指标等。

综合评价法能够较全面地考虑影响岩体稳定性的各方面因素,因此被广泛应用于工程实践中。

其次是岩体力学参数反演法。

该方法是通过对岩体开展力学试验,获取其弹性模量、抗剪强度等力学参数,并基于这些参数进行岩体稳定性评估。

力学参数反演法的优势在于能够直接获取岩体的力学性质,评估结果准确性高。

但该方法需要对岩体进行大量的力学试验,时间成本较高,适用范围有限。

再次是数值模拟方法。

该方法通过数值模拟软件,将岩体的结构和力学性质输入模型中,模拟岩体受力以及岩体变形、破坏的过程。

数值模拟方法可以较真实地模拟岩体的稳定性,对于复杂的隧道工程尤为重要。

但该方法对模型参数的准确性要求较高,且计算量较大,需要高性能计算机的支持。

最后是现场监测法。

该方法通过在隧道工程建设过程中设置监测点,采集岩体的位移、应力等数据,以实际观测值来评估岩体的稳定性。

现场监测法能够直接获取岩体的变形情况,具有较高的可靠性。

但该方法耗时较长,需要在工程施工过程中持续监测,且监测设备的安装和维护也需耗费一定资源。

深部岩体稳定性评价及支护技术应用前景展望

深部岩体稳定性评价及支护技术应用前景展望

深部岩体稳定性评价及支护技术应用前景展望深部岩体稳定性评价及支护技术应用前景展望随着深部岩体工程的不断发展,深部岩体的稳定性评价和支护技术的研究和应用变得越来越重要。

深部岩体的稳定性评价可以帮助工程师更好地了解岩体的强度和稳定性,为工程设计和支护技术提供理论依据。

支护技术的研究则是为了保证岩体的稳定,减少地质灾害的发生,并提高工程的安全性和可持续发展。

深部岩体的稳定性评价是一个复杂的过程,涉及到岩石力学、地质学、水文地质学等多个学科的知识。

通常,稳定性评价包括岩体的强度评价、岩体的变形和破坏特征分析等内容。

强度评价主要通过室内试验和现场观测来确定岩体的力学特性和物理性质,如抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。

变形和破坏特征分析则是通过采集现场监测数据,结合岩石力学理论,分析岩体的变形和破坏特征,预测岩体的可能稳定性问题。

通过这些评价方法,可以更好地了解岩体的力学特性和稳定性,并为后续的工程设计和支护技术提供参考依据。

在深部岩体支护技术方面,目前已经有很多成熟的技术可供选择,如锚杆支护、加固注浆、喷射混凝土支护等。

这些支护技术往往能够解决岩体的稳定性问题,并能够大大提高岩体的抗压和抗剪强度。

同时,随着科技的不断发展,越来越多的新技术开始被应用于深部岩体支护中。

例如,无人机遥感技术可以用于岩体的监测和勘察,通过对岩体的地形、形变和变色等信息的获取,帮助工程师更好地了解岩体的稳定性问题和变化趋势,从而指导支护技术的应用。

此外,人工智能、大数据等技术也可以应用于岩体的稳定性评估和支护技术的优化,通过对庞大的数据进行分析和建模,为岩体的稳定和工程设计提供更准确和可靠的信息。

展望未来,深部岩体稳定性评价和支护技术的应用前景非常广阔。

随着互联网、大数据和人工智能技术的不断发展,我们可以更好地利用现有的数据和信息,为深部岩体的稳定性评价和支护技术的优化提供更多的可能。

例如,通过远程监测和数据共享,可以实时监测岩体的变形和破坏,及时采取相应的支护措施预防地质灾害的发生。

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。

岩体质量评价方法

岩体质量评价方法

岩体质量评价方法引言:岩体质量评价是地质工程中非常重要的一项工作,通过对岩体质量进行评价,可以为工程设计和施工提供重要的参考依据。

本文将介绍几种常用的岩体质量评价方法,包括现场调查、室内实验和数值模拟等。

一、现场调查现场调查是岩体质量评价的基础,可以通过对岩体的裂缝、节理、岩性、岩层倾角等进行观测和记录,初步了解岩体的力学性质和稳定性。

现场调查要注意对岩体的整体状况进行观察,尽量避免个别点的偏差对评价结果的影响。

二、室内实验室内实验是对岩体进行定量分析的重要手段,常用的室内实验包括岩石力学试验、岩石物性试验等。

通过这些实验可以获得岩体的强度、弹性模量、抗压强度、抗拉强度等重要参数,从而评价岩体的质量和稳定性。

岩石力学试验主要包括压缩试验、拉伸试验和剪切试验。

压缩试验可以获得岩体的抗压强度和应变特性,拉伸试验可以获得岩体的抗拉强度和断裂特性,剪切试验可以获得岩体的剪切强度和滑动特性。

这些试验可以通过加载设备和变形测量仪器进行。

岩石物性试验主要包括密度试验、吸水性试验和渗透性试验。

密度试验可以获得岩体的密度和孔隙度,吸水性试验可以获得岩体的吸水性能和渗透性试验可以获得岩体的渗透性能。

这些试验可以通过浸水设备和测量仪器进行。

三、数值模拟数值模拟方法在岩体质量评价中发挥着重要的作用,可以通过数值模拟对岩体的力学行为进行分析和预测。

常用的数值模拟方法包括有限元法、离散元法和边界元法等。

有限元法是最常用的数值模拟方法之一,通过将岩体划分为有限个单元,利用数学模型和边界条件对岩体的力学行为进行模拟和计算。

离散元法是一种将岩体划分为多个离散单元进行分析的方法,适用于岩体的离散破裂和岩体结构的非连续性问题。

边界元法则是将岩体的力学问题转化为边界上的边值问题进行求解的方法,适用于边界条件已知的问题。

数值模拟方法可以通过计算机软件进行,根据实际工程情况和需要选择合适的模型和参数进行模拟分析。

结论:岩体质量评价是地质工程中重要的一环,通过现场调查、室内实验和数值模拟等方法,可以全面、准确地评价岩体的质量和稳定性。

隧道围岩的稳定性分析与评价

隧道围岩的稳定性分析与评价

隧道围岩的稳定性分析与评价隧道是现代交通建设中不可或缺的一部分,而隧道的稳定性对于交通运输的安全性和效率起着至关重要的作用。

因此,对隧道围岩的稳定性进行分析与评价显得至关重要。

本文将从不同的角度对隧道围岩的稳定性进行探讨。

首先,我们需要了解隧道围岩的特点。

隧道围岩是指隧道开挖时所遇到的周围岩石或土层,其特点主要包括力学性质和岩层结构。

力学性质包括岩石的强度、变形特性和破坏模式,而岩层结构则主要涉及岩层的纵向和横向切割裂缝、节理等。

了解这些特点可以为后续的稳定性分析提供基础。

其次,隧道围岩的稳定性分析可采用多种方法。

其中一种常用的方法是数值模拟,通过使用计算机程序模拟隧道开挖过程中的围岩响应,进而评估其稳定性。

这种方法可以考虑多种因素,如地下水位、地应力分布、围岩强度等,从而较为准确地预测隧道的稳定性。

另外,实验模型也是评价隧道围岩稳定性的重要手段。

通过在实验室中制作隧道围岩模型,并施加不同的荷载,可以观察和测量模型的变形和破坏情况,从而获得对真实工程的参考和指导。

接下来,我们需要关注隧道围岩稳定性评价的指标。

常用的评价指标包括围岩的变形和破坏程度、岩体的开挖后裂隙扩展情况以及周围环境对隧道围岩稳定性的影响等。

这些指标可以通过观测和记录岩体的位移、应力、应变、岩石裂隙的发育情况以及地下水位的变化等来评价。

此外,也可以通过进行各种力学实验获得更准确的参数值,从而提高评价的可靠性和准确性。

最后,我们需要考虑隧道围岩的稳定性评价的应用。

首先,对于已经建成的隧道,在设备和材料条件允许的情况下,可以通过监测围岩的稳定性指标,及时发现问题并采取措施进行修复和加固,以确保隧道的安全使用。

其次,对于正在建设中的隧道,稳定性评价可以帮助设计者选择合适的支护措施和参数,并为施工过程中的安全措施提供依据。

最后,对于规划中的隧道项目,稳定性评价可以帮助决策者选择合适的线路,避免潜在的围岩稳定性问题。

综上所述,隧道围岩的稳定性分析与评价对于交通运输的安全和效率至关重要。

探究崩塌危岩体稳定性评价

探究崩塌危岩体稳定性评价

探究崩塌危岩体稳定性评价
崩塌危岩体是指由于地质、地形、气候等多种不利因素,已有一定形变或受力状态不良的岩体,存在发生破坏和崩塌的危险。

对于崩塌危岩体的稳定性评价,可以通过以下几个方面进行探究。

一、岩体工程地质勘察
岩体工程地质勘察是崩塌危岩体稳定性评价的基础,主要内容包括岩体结构、岩体裂隙、岩体构造、岩质性质、地形地貌、地下水位等因素的详细勘察和记录。

通过岩体工程地质勘察,可以初步确定危岩体的稳定性情况和影响因素,为后续的稳定性评价提供必要的数据基础。

二、岩体力学性质试验
岩体力学性质试验是崩塌危岩体稳定性评价的重要内容之一。

主要包括岩样采集、物理力学试验、水力力学试验、原位监测等多个方面。

这些试验可以了解岩体的强度、稳定性、变形特征、裂隙发育等情况,通过对试验数据的分析及综合评判,可以初步判断危岩体的稳定性。

三、数值模拟分析
数值模拟分析是通过计算机模拟危岩体整体受力特性和变形情况的方法,可以更加深入的探究危岩体的稳定性。

数值模拟分析可以通过有限元法、边界元法、离散元法等方式进行,实现岩体的力学、水文和水力力学相互耦合的模拟。

通过数值模拟分析,可以准确计算出危岩体的稳定性系数,提供科学的决策依据。

综上所述,崩塌危岩体稳定性评价是一个复杂的过程,需要从多个方面进行探究。

岩体工程地质勘察、岩体力学性质试验和数值模拟分析是稳定性评价的主要内容,通过将它们有机结合,丰富多样的数据得以综合分析和判断,为地质工程稳定性问题提供科学的解决方案。

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岩体稳定性分析与评价1 工程岩体的定义在工程地质中,把工程作用范围内具有一定的岩石成分、结构特征及赋存于某种地质环境中的地质体称为岩体。

岩体是在内部的联结力较弱的层理、片理和节理、断层等切割下,具有明显的不连续性。

这是岩体的重要特点,使岩体结构的力学效应减弱和消失。

使岩体强度远远低于岩石强度,岩体变形远远大于岩石本身,岩体的渗透性远远大于岩石的渗透性[1]。

工程岩体是十分复杂的,它受到自然地质作用和人类活动的共同影响。

工程岩体稳定性评价与利用一直是人们研究的热点话题,国内外相关方面的研究一直没有间断。

工程岩体通常是指与人类活动有关的地下或地表岩体,如地面的斜坡边坡、岩石基础、水库岸坡、地下硐室围岩以及矿区岩体等。

具体而言工程岩体具有以下四个方面的含义:(1)岩体中普遍存在的节理裂隙、断层、层里等软弱面不连续使大部分岩体失去了连续性而呈现出非线性大变形的力学形态。

岩体的变形与强度特征在很多情况下都是由这些结构面控制的,加之岩体介质本身的非均质性,使得岩体的力学形态比土体复杂的多。

(2)由于各种条件的限制,工程岩体往往不可避免地处于高地应力、地下水、地震、地热等环境中,处于多因素控制的受力状态,使其变形与破坏规律更为复杂,经常涉及到固体力学—水力学—热力学场耦合作用。

(3)为满足工程建设要求,经常地对工程岩体进行各种扰动,如开挖、回填、加固处理等,从而使得工程岩体在时间和空间上呈现出复杂的性态特征。

(4)大多数工程岩体均为地表相对较浅的地壳岩体,经历各种地质营力作用,因人类工程活动表现为卸荷岩体力学行为和特征,不同于常规的加载岩体力学特征。

2工程岩体稳定性的影响因素及破坏形式通常来讲,影响岩体稳定性的结构性因素主要是其自身的结构特征,其次是人类工程活动,最后是环境因素,包括地下水、地应力、地震、地热等。

影响工程岩体稳定性的因素主要有以下几个方面:(1)岩块性质的影响包括岩石的坚硬程度、抗风化能力、抗软化能力、强度、组成、透水性等。

(2)岩层的构造与结构的影响,表现在节理裂隙的发育程度及其分布规律、结构面的胶结情况、软弱面和破碎带的分布与边坡的关系、下伏岩土界面的形态以及坡向坡脚等。

(3)水文地质条件的影响,包括地下水的埋藏条件、地下水的流动及动态变化等。

(4)地貌因素,如边坡的高度、坡度和形态等。

(5)风化作用的影响,主要体现为风化作用将减弱岩石的强度,改变地下水的动态。

(6)气候作用的影响,气候引起岩土风化速度、风化厚度以及岩石风化后的机械、化学变化,同时引起地下水、地表水作用的变化。

(7)地震作用除了使岩土体增加下滑力外,还常常引起孔隙水压力的增加和岩体的强度的降低;另外,开挖、填筑和堆载等人为因素同样可能造成工程岩体的失稳。

工程岩体的失稳往往是多种因素共同作用的结果,导致边坡失稳的因素可归结为两类:一是外界力的作用破坏了岩体原来的应力平衡状态,如边坡岩体的开挖及坡顶上作用外荷载、渗流、地震力等;另一类是边坡岩体的抗剪强度由于受外界各种因素的影响而降低。

岩体承受应力,就会在体积、形状或宏观连续性上发生某种变化。

宏观连续性无显著变化者称为变形。

如果宏观连续性发生了显著变化,称为破坏。

岩体变形破坏的方式与过程既取决于岩体的岩性、结构,也与所承受的应力状态及其变化有关。

因为岩体在变形发展与破坏过程中,除岩体内部结构与外形不断发生变化外,岩体的应力状态也随之调整,并引起弹性能的积存和释放等效应。

区域稳定和岩体稳定问题工程地质分析中的一个核心问题就是要对上述变化和效应作出预测和评价,并论证它们对人类工程活动的影响。

2.1岩体破坏的基本形式根据岩体破坏机制可将岩体破坏划分为剪切破坏和张性破坏(或拉断破坏)两类。

图2-1破坏方式影响因素:受荷载条件、岩性、结构以及所处的环境特征及两者相互配合的情况等因素影响。

图2-1 岩体破坏的基本形式2.1.1岩体变形破坏与受力状态的关系岩石的三轴试验表明,岩石破坏形式与围压的大小有明显的关系(见图2-2)。

(1)当在负围压及低围压条件下岩石表现为拉断破坏;(2)随着围压增高将转化为剪断破坏;(3)当围压升高到一定值以后,表现为塑性破坏。

图2-2 岩石的三向应力状态与破坏方式(据伯奈克斯,1974)(a)拉断破坏;(b)剪断破坏;(c) 塑性破坏(b)2.1.2岩体破坏形式与岩体结构特征的关系在低围压条件下岩石的三轴试验表明:(1)在相同的应力状态下,完整块体状坚硬岩石表现为张性破坏,通常释放出较高的弹性应变能;(2)含有软弱结构面的块状岩体,当结构面与最大主应力之间角度合适时,则表现为沿结构面的剪切滑动破坏;(3)碎裂状岩体的破坏方式介于二者之间;(4)碎块状或散体状岩体,表现为塑性破坏。

3 结构面对岩体稳定性的影响70年代以来,国外外工程地质学家和岩体力学专家都注意到各种结构面切割的岩体与完整岩块的性质存在区别,并提出了岩块(Rock)和岩体(Rock Mass)的概念。

其基本观点是,岩石是地壳发展过程中的自然历史产物,是构成地壳的主要独立组分,它可以由一种或几种造岩矿物或天然玻璃组成,具有稳定的外形的固态集合体。

岩石按其成因可分成岩浆岩、沉积岩和变质岩;岩体通常是指不具有成层构造的岩浆岩或混合岩化的变质岩的俗称。

在工程地质学领域,“岩石”和“岩体”是工程性质截然不同的两个术语。

岩体内存在着不同成因、不同特性、不同方向的结构面。

岩体中的结构面依自己的产状,彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩块,这些由结构面所包围的岩块统称为结构体。

岩石仅仅是指构成岩体的物质组成或材料。

岩体的工程性质主要取决于结构体的工程性质和结构面的工程性质,包括岩体赋存的地质环境(地应力、地下水等)和工程作用特点。

其中,结构面是造成岩体工程性质复杂性的根本原因:一方面,结构面的存在破坏了岩体的连续性和完整性,使岩体具有不均一性和各向异性;另一方面,作为岩体组成部分的结构面本身,其几何上和力学上也是错综复杂的。

结构面的存在是岩体作为工程介质区别于其他工程介质的本质根源。

与土体相比,岩体工程性质的特殊性主要表现在以下三个方面:(l)不连续岩体是由不同规模、不同形态、不同成因、不同方向和不同序次的结构面以及被结构面围限而成的结构体共同组成的综合体,岩体在几何上和力学性质上都具有不连续性。

(2)各向异性由于发育在岩体中的各种结构面均具有明显的方向性,受结构面的影响,岩体的工程性质呈现显著的各向异性。

随着岩体中发育的结构面组数的增多,岩体工程性质的各向异性程度趋于减弱。

(3)非均一由于岩体工程性质的不连续、各向异性以及岩体组成物质的非均质,加之结构面在岩体不同部位发育程度和分布规律的差异,不同工程部位的岩体常表现出不同的工程性质。

岩体工程性质的特殊性决定了岩体工程性质的复杂性,要求对岩体工程性质的研究方法应与土体及其他工程介质相区别。

结构面,根据谷德振教授(1979)的定义,它是地质历史发展过程中,在岩体内形成具有一定方向、一定规模、一定形态和特征的面、缝、层、带状的地质界面。

面是指岩块间刚性接触的,无任何充填的劈理、节理、层面、片理等,是自然界最直观、最易被人们认识的一类结构面;缝是指有充填物,而且充填物有一定厚度的裂缝,如泥化夹层、岩脉等。

这类结构面具有清楚的界面,也是人们所熟悉的;层是指岩层中工程性质相对软弱的软弱夹层,如玄武岩中的凝灰岩夹层,灰岩中的泥灰岩夹层,砂岩中的粘土层夹层等,是物质成分和力学性质有明显差异的二种成层岩石在空间上韵律分布形成的。

这类结构面野外容易识别,但按传统的观点,人们并不把它视为结构面。

可以说,这是一类根据力学属性定义的结构面;带是指具有一定厚度(或宽度)的构造破碎带、接触破碎带、顺层或层间错动带、古风化壳(不整合)和风化槽等。

因此,考虑工程稳定性的研究目的,结构面不但包括几何属性和力学属性上的面状构造,还包括在几何上由上、下两个界面所限制,在物质组成上有一定厚度的相对软弱的物质充填,在力学属性上存在明显不连续性的缝、层、带状构造,由于充填于上、下两个界面之间的软弱物质厚度与相邻岩块厚度相比是微不足道的,从宏观上仍可看作是一种面状构造。

结构面对岩体稳定性的影响表现在:1、结构面空间方位的影响结构面空间方位对岩石稳定性的影响取决于结构面的产状要素与岩体所在的斜坡的空间几何关系。

斜坡有倾向坡外、倾角小于坡角的结构面存在;斜坡被两组或两组以上结构面切割,形成不稳定棱体,其底棱线倾向坡外,且倾角小于斜坡坡角;坡足或坡基存在缓倾的软弱加层均可导致岩体的破坏。

结构面方位的表示方法很多,如赤平投影图、玫瑰花图、等角度或等面积散点图、等密度图等。

其中,赤平投影图最常见。

赤平投影图是将结构面的产状投影到通过参考球体中心的赤道平面上的几何图。

它不仅可以分析岩体沿平面的滑动,还可以分析沿楔形体的滑动,比如滑动的单一楔形断面滑体、单滑块和多滑块。

2、结构面几何尺寸的影响结构面集合参数是表征岩体完整性的指标,而完整性的好坏对岩体稳定性影响很大。

通常,结构面几何尺寸参数对岩体稳定性的影响通过“岩石刻度”刻画岩体的完整程度,岩石块度有RQD指标表示。

RQD也称岩石质量指标,定义为用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进,连续取芯,回次钻进所取岩芯中,长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值,以百分比表示。

公式为:()钻孔长度度以上整段岩芯的累计长10cm100%RQ⨯=DRQD 与岩石质量的关系如表:3、结构面抗剪强度的影响研究表明,结构面抗剪强度对隧道围岩稳定性影响显著,特别当隧道轴线走向与结构面走向平行或近平行时。

影响结构面抗剪强度的因素主要有充填胶结特征、表面粗糙起伏程度、壁岩强度以及结构面贯通性等。

(1) 非贯通结构面的抗剪强度对非贯通的结构面而言,沿剪切面所通过的结构面和未贯通的“岩桥”均起抗剪作用,因此,其抗剪强度比贯通结构面高。

假定沿整个剪切面上应力均匀分布,则其抗剪强度可表示为:()[]()[]r j r j f n f C n C -++-+=1n 1n στ 式中,n 为连通率;j C 为结构面内聚力;j f 为结构面内摩擦系数;r C 为岩隽的内聚力;r f 为岩块的内摩擦系数。

(2) 有充填结构面的抗剪强度有充填结构面的抗剪强度取决于充填物的厚度及其物质组成。

孙广忠(1988)通过粘土矿物充填结构面的抗剪强度试验发现,抗剪强度随充填物的厚度增厚而迅速降低,当充填物厚度大于一定值后,结构面的抗剪强度主要取决于充填物的力学性质川。

如果充填物为方解石或石英,则结构面抗剪强度会由于“焊接”作用而提高,但岩体会再次遭受破坏(如地震、人类活动等)而形成新的不连续面;方解石或石膏充填的结构面,当它们呈多孔状或鳞片状时,会随着时间而溶解,即结构面抗剪强度会随时间延长而降低甚至消失阁;粘土质充填的结构面,如泥化夹层或夹泥的结构面,由于本身就是一种润滑剂,结构面抗剪强度一般很低。

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