裂隙张开度
裂缝规模与分类
所谓裂缝，是指三维尺度比大于10的孔隙。
按形成机制，裂缝可分为剪切缝和拉伸缝。
按开度大小，裂缝可分为大缝（>100μm）、中缝（10~100μm）、小缝（1~10μm）、微缝（<1μm）。
其实，微缝与粒间孔隙已无差别。
裂缝的开度，就是地质上的裂缝宽度。
裂缝宽度有视宽度和有效宽度之分。
视宽度就是外观上的裂缝宽度，有效宽度就是渗流宽度。
成像测井得到的裂缝宽度和地面岩心观察得到的裂缝宽度，都是视宽度。
用渗透率公式计算的裂缝宽度为有效宽度，计算公式为：k=Φf b2/12。
有效宽度比视宽度小很多。
裂缝分充填缝和未充填缝。
充填缝又分化学充填缝和物理充填缝。
化学充填缝有视宽度，但没有有效宽度。
物理充填缝的视宽度可能很大，但充填物的多少和致密程度决定了有效宽度的大小。
裂缝在地面可能是张开的，但在地下都是闭合的，地下没有张开的缝。
裂缝在地面张开，是由于地面不受力的缘故。
地下的上覆压力和水平地应力都很大，远大于裂缝中的流体压力，致使裂缝全部处于闭合状态。
裂缝还分啮合缝和错位缝。
啮合缝的渗透率极低，甚至没有渗透率，而错位缝的渗透率往往很高，错位程度越大，渗透率就越高。
裂缝（fracture）是地层在应力作用下产生的破裂，破裂面两侧没有明显的位移。
裂缝的数量一般较多，但延伸范围仅限于某个地层之内。
比裂缝尺度更小的破裂，称为裂隙或裂纹（fissure）。
断层（fault）是地层在应力作用下产生的破裂，破裂面两侧具有明显的位移，也就是说断层会跨过地层边界。
断层的种类甚多，产状也很复杂，但数量一般较少。
简单的说，断层的数量有限，而裂缝的数量则多的数不清。
1.构造裂缝小尺度（Small-scale）裂缝，包含节理缝“Joints”、褶皱相关（fold-related）裂缝等，特点为发散或系统性存在；大尺度（Large-scale）裂缝，包含裂缝通道（Fracture swarms）、断层伴生裂缝（fault-related）等。
岩土工程中的裂隙开度与岩溶潜水系统
岩土工程中的裂隙开度与岩溶潜水系统裂隙开度是岩土工程中一个重要的参数，它对于岩体的稳定性和工程的设计与施工都有着重要的影响。
而岩溶潜水系统作为一种特殊的地下水流系统，在岩土工程中也起着非常关键的作用。
本文将从裂隙开度和岩溶潜水系统两个方面探讨其在岩土工程中的重要性及影响。
一、裂隙开度在岩土工程中的重要性裂隙是指岩土体中的开裂或裂缝，而裂隙开度则是指裂隙中两侧岩石或土体的相互位移距离。
裂隙开度对岩土体的强度、渗透性、变形性及稳定性等都有着直接的影响。
首先，裂隙开度决定了岩土体的渗透性。
通常，裂隙开度越大，岩土体的渗透性越高，地下水的渗透能力就越强。
因此，在水坝、隧道、地铁等工程的设计时，必须准确地评估裂隙开度，防止地下水过于快速地渗透进入工程内部，导致工程破坏。
其次，裂隙开度还与岩土体的强度和变形性密切相关。
由于裂隙中存在着较大的位移差别，因此裂隙在负荷作用下易于产生滑移和破坏。
裂隙开度越大，岩土体的强度和稳定性就越差，工程发生滑坡、崩塌等灾害的风险也就越高。
二、岩溶潜水系统在岩土工程中的重要性岩溶潜水系统是指由特殊的地下溶蚀作用形成的地下水流系统。
由于溶蚀作用能够在岩石中形成大量的溶洞和裂隙，进而形成复杂的地下水流路径。
岩溶潜水系统不仅会对地质构造产生重要影响，而且在岩土工程中的地基处理和水利设施的施工中也会对工程产生重要影响。
首先，岩溶潜水系统的存在会增加地基处理的难度。
由于溶洞和裂隙在地下水流中起着重要的通道作用，因此在工程中常常需要采取一些特殊的地基处理措施来避免溶洞和裂隙对地基产生破坏。
其次，岩溶潜水系统也对水利设施的施工产生重要影响。
在水坝、隧道等工程的施工中，必须准确地识别和评估岩溶潜水系统，以避免地下水突如其来地渗透进入工程，导致工程失效。
三、裂隙开度与岩溶潜水系统的关系裂隙开度和岩溶潜水系统之间存在着密切的联系。
首先，裂隙开度会影响岩溶潜水系统的发育和演化。
在地下水的侵蚀作用下，裂隙开度较大的岩石更容易形成溶洞和裂隙，在地下水流过程中形成更为复杂的岩溶潜水系统。
断裂构造详解演示文稿
（优选）断裂构造
峨眉山玄武岩原生节理
峨眉山紫红色页岩构造节理
风化节理
108国道荣经段节理造成坍塌
碧峰峡节理造成坍塌
张家界大型节理导致山体崩塌
张家界大型节理剪切山体
内昆铁路危岩
（3）按与岩层产状关系分类：
走向节理：节理走向与 岩层走向平行。 倾向节理：节理走向与 岩层倾向平行。 斜交节理：节理走向与 岩层走向斜交。
3.裂隙的描述： （1）走向或倾向玫瑰图。 （2）记录表及分级。
三. 裂隙的工程地质评价
岩体中存在裂隙，破坏了岩体的整体性。
裂隙将岩层切割成块体，这对岩体强度和稳定性都有 很大影响，裂隙（节理）间距越小，岩石破碎程度就 越高，岩体承载力将明显降低。
岩层中发育的节理裂隙是地下水的通道，同时也会对 风化作用起着加速的效应。
断层线
断层面
2. 断层分类： （1）按断层两盘相对运动方向分类：
①正断层：上盘相对下降的断层.（符号表示为： ） 特点：地层不对称重复。上盘新，下盘老。
老新
老新
多数情况下断层线附近：新老地地层层为为下上升升盘盘。。
② 逆断层：上盘相对上升的断层.（符号表示为
）
特点：地层不对称缺失。上盘老，下盘新。
（4）按张开程度分类：
宽张节理：缝宽：D＞5mm 张开节理：缝宽：D＝3－5mm 微张节理：缝宽：D 1 3mm 闭合节理：缝宽：D 1mm
二. 裂隙的产状及调查
1.裂隙的产状：走向、倾向、倾角。 2.裂隙（节理）的调查： （1）节理成因类型和力学性质。 （2）节理组数、密度、产状。密度一般用条／米表示。 （3）节理张开度、长度、节理面壁粗糙度。 （4）节理充填物、充填厚度、含水情况。 （5）节理发育程度分级。
天然裂缝开度的分形特征
天然裂缝开度的分形特征
天然裂缝的开度具有分形特征，这是因为天然裂缝的形态在不
同尺度上都具有类似的几何特征。
分形是一种几何形态，其特点是
在不同尺度上具有相似的形态特征。
天然裂缝的开度在不同尺度上
都呈现出类似的形态，这意味着无论是在微观尺度还是宏观尺度上
观察，裂缝的形态都具有相似的几何特征。
从微观尺度来看，天然裂缝的开度可能呈现出复杂的分支结构，这些分支结构在不同尺度上都具有相似的形态，这符合分形的定义。
而在宏观尺度上，裂缝的整体形态也可能呈现出类似的分形特征，
即使在不同地质环境下，裂缝的形态也可能具有相似的分形特征。
此外，天然裂缝的开度分布通常也符合分形分布，即其开度在
不同尺度上的分布形态呈现出类似的特征。
这种分形特征使得天然
裂缝的形态具有自相似性，即不论观察裂缝的整体形态还是局部细节，都能够看到类似的形态特征。
总的来说，天然裂缝的开度具有分形特征，这种分形特征使得
裂缝的形态在不同尺度上都具有类似的几何特征，这对于理解裂缝
的形成机制以及地质构造具有重要意义。
岩石指标参考值
用动弹性模量换算静弹性模量
K U 与j 的关系
常见岩石抗拉强度
岩石承载力标准值fk （kPa ）
岩体渗透性分级
d m
e jE E
岩石质量指标（RQD）
根据占孔取得的大于10CM的岩芯断块长度LP与岩芯进尺总长度LS之比
RQD（%）=LP/LS×100%
0—25非常不好
25—50不好
50—75软好
75—90好
90—100非常好
岩体完整性系数Ku
为现场岩体弹性纵波速度与室内风干或烘干岩样（或现场岩块的弹性纵波）速度（m/s）的比值的平方
Ku=（Up/Up＇）2
完整性好Ku＞0.9
较好Ku0.75-0.9
中等Ku0.45-0.75
较坏Ku0.2-0.45
坏Ku＜0.2
岩体分类
为纵横波速比VP/VSVP/VS=1.732完全弹性介质
VP/VS＞2.5破碎岩体
2.0＜VP/VS＜2.5中等岩体
岩土热物理指标
各类岩石的动弹模(E
d )和泊桑比(µ)
一些岩石的E 静、μ和K 0参考值
各类岩体的剪切强度参数表
岩体内摩擦角与岩块较接近，而内聚力则大大低于岩块。
说明结构面的存在主要是降低了
岩体的连结能力，进而降低其内聚力。
围岩岩体按弹性波分类
围岩按岩体力学属性分类
围岩体按介质力学属性分类
围岩岩体结构力学指标
边坡分类表
各类滑坡分类法。
地下水类型与岩土体渗透等级划分、坡地地形阻力系数、水文地质参数试验方法
附录A 地下水类型与岩土体渗透等级划分A.0.1地下水类型宜按表A.0.1划分。
表A.0.1 地下水类型A.0.2岩土体渗透等级宜按表A.0.2-1和A.0.2-2划分。
表A.0.2-1 岩体渗透性等级附录B 坡地地形的阻力系数B.0.1未设置截水帷幕时，坡地地形不同分段的阻力系数可按式（B.0.1-1）～（B.0.1-4）计算（图B.0.1所示）。
渗流进口与出口分段：441.0)(5.15.10+=TSξ（B.0.1-1）内部垂直分段：)]}1(4[ln{2TSctg y -=ππξ（B.0.1-2）内部水平分段：TS S L x )(7.021+-=ξ，若x ξ＜0，x ξ取0（B.0.1-3）内部倾斜分段：1212221121ln))((35.0T T T T T S T S T T L S -++-=ξ（B.0.1-4）c) 内部水平段d) 内部倾斜段图B.0.1 不同渗流分段B.0.2 当含有多层土时，土层的计算总厚度T 应按式（B.0.2）计算。
⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫==∑=''1T k k T T T j j nj j （B.0.2） 式中：T ——土层的计算总厚度；T j ——第j 层土的计算厚度； T’——结构物底板所在土层的厚度； k j ——第j 层土的渗透系数；k’——结构物底板所在土层的渗透系数； j ——土体层数，j=1,2,…,n 。
B.0.3当截水帷幕未进入相对弱透水层时，各分段的阻力系数按B.0.1条计算确定；当截水帷幕进入相对弱透水层，宜进行渗流分析；也可按B.0.4条计算截水帷幕段的等效渗透系数ξ0，以ξ0替换进、出口段的阻力系数，其余内部水平段、内部垂直段及内部倾斜段的阻力系数按B.0.1条计算。
B.0.4 当截水帷幕进入相对弱透水层时（图B.0.4-1所示），其渗流进、出口段的阻力系数ξ0可按式（B.0.4-1）～（B.0.4-2）计算。
'20K K=ξ（B.0.4-1） 其中K 、K’为完全椭圆积分，'/K K 值可按表B.0.4查得，也可从图B.0.4-2中查得，λ按式（B.0.4-2）计算：)2sin(TS πλ=（B.0.4-2）式中：S ——止水帷幕进入不透水层的深度(m)；T ——不透水土层的厚度(m)。
不同张开度裂隙类岩体循环加卸载下滞回环特征与损伤变形分析
Fig.4
图 4 不同张开度裂隙倾角试件和完整试件的应力—应变关系曲线 Stress-strain curves of specimens with different crack opening angles and complete fracture
注：b 为裂隙张开度，β 为裂隙倾角
图 5 加卸载滞回环 Fig.5 Loading and unloading hysteresis loop
0.8 mm 的 45°倾角裂隙类岩石试件和完整试件进行 单轴压缩和不同应力循环加载试验，获得了 5 组试 件在 3 种不同应力循环加载下的应力—应变曲 线（图 4）。
由图 4 可以看出：在相同张开度条件下，随着 循 环 应 力 的 增 大 ，类 岩 石 材 料 峰 值 强 度 呈 减 小 趋 势，出现强度弱化现象；结合单轴压缩应力—应变 曲线特征来看，低、中和高 3 种循环应力大致分别 对应孔隙压密、弹性变形和微裂纹稳定扩展 3 个阶 段，循环加载所累积的损伤随循环应力的增大而不 断增大，导致裂隙岩体强度降低幅度越来越大；循 环加载过程中，卸载曲线和加载曲线之间形成的近
图 3 循环加卸载方式 Fig.3 Cyclic loading and unloading mode
在同样的试验环境下，制作一批完整的试件， 然 后 进 行 单 轴 压 缩 试 验 、直 剪 试 验 和 巴 西 劈 裂 试 验，并测定试件的力学参数，如表 1 所示。
表 1 试件的力学参数 Table 1 Mechanical parameters of specimens
近年来，国内外学者对裂隙岩体在循环加载方 式下的破坏模式和能量演化进行了大量试验研究， 取得了良好的成果。胡盛斌等（2009）提出循环加 卸载下不同缺陷对岩石类材料试样的破坏特征以
不同裂隙张开度下岩石材料破坏的颗粒离散元模拟
ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｉ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｓ ｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ
ｎ ａ ；２ ． Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｃ ｏ ｍｍａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｓ ｔ ｏ ｆ Ｐ ｅ ｏ ｐ ｌ ｅ ’ Ｓ Ａｒ ｍｅ ｄ Ｐｏ ｌ ｉ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ａ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ５ ５，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｍｉ ｎ ｇ Ｈｕ ａ ｊ ｕ ｎ Ｘｕ Ｘｉ ａ ｏ ｆ ｅ ｎ ｇ Ｌｉ ａ ｎ ｇ Ｂ ｏ 。
（ １ ．Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｈｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ＆ Ｅｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｔｈ ｒ ｅ ｅ Ｇｅ ｏ ｇ ｅ ｓ Ｕｎ ｉ ｖ ．，Ｙｉ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ４ ４ ３ ０ ０ ２，Ｃｈ ｉ
第 ３ ５ 卷 第 ６期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
三峡大学学报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｔｈ ｒ ｅ ｅ Ｇｏ ｒ ｇ ｅ ｓ Ｕｎ ｉ ｖ ． （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）
Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎｏ ． ６
摘要 ： 岩体 结 构对 岩体 工程 灾害 具 有 一定 的控 制 作 用 ， 为 了研 究硬 性 结 构 面在 岩体 破 坏 中所起 的
作用 ， 从裂 隙张开度 对 岩 石破坏 过 程 和破 坏 模 式 的影 响 出发 ， 建 立 不 同裂 隙倾 角下 不 同张 开度 的 颗 粒 离散 元数 值模 型 ， 进 行 单轴 压 缩数值 试 验 ， 结 果 表 明： 岩样 的主 要破 坏模 式 既与 裂 隙 的张 开度 有关， 又 受裂 隙倾 角影 响 ； 裂 隙张开度 较 小岩 样 ， 通 过裂 纹 迅速 发 展 ， 在 峰值 强度 时就 趋 于 贯通 ； 而 裂 隙张开度 较 大岩 样 ， 引起 最终 破 坏 的裂 隙尖 端 张 拉 裂 纹 在 峰 值 强度 后 才 出现 ； 且 存 在 极 限 相 对 裂 隙张开度 ， 对岩样 的受力破 坏 起 裂 隙干扰 作用． 关 键词 ： 裂 隙张开度 ； 颗粒 离散元 ； 裂 纹 扩展 ； 细观 力 学 ； 数值模 拟
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裂隙张开度
摘要：
一、裂隙张开度的定义与测量
1.裂隙张开度的概念
2.裂隙张开度的测量方法
二、裂隙张开度对岩石力学性质的影响
1.裂隙张开度与岩石强度
2.裂隙张开度与岩石渗透性
3.裂隙张开度与岩石稳定性
三、裂隙张开度的控制因素
1.岩石类型
2.应力状态
3.温度与湿度
4.岩体结构
四、裂隙张开度的预测与控制
1.裂隙张开度的预测方法
2.裂隙张开度的控制措施
正文：
裂隙张开度是指岩石中裂隙在受到外部力作用下，裂隙两侧的岩石产生相对位移的程度。
裂隙张开度的大小对岩石的力学性质、渗透性和稳定性具有重要影响，因此对裂隙张开度的研究和控制是岩石工程中的关键问题。
一、裂隙张开度的定义与测量
裂隙张开度是指岩石中裂隙在受到外部力作用下，裂隙两侧的岩石产生相对位移的程度。
裂隙张开度的大小可以通过实验室测试和现场观测等方法进行测量。
二、裂隙张开度对岩石力学性质的影响
裂隙张开度对岩石的力学性质具有重要影响。
一般来说，裂隙张开度越大，岩石的强度越低，渗透性越高。
在一定的裂隙张开度范围内，岩石的强度和渗透性呈现出一种相互制约的关系。
当裂隙张开度超过一定值时，岩石的稳定性会显著降低，可能导致岩体的破坏。
三、裂隙张开度的控制因素
裂隙张开度的形成和发展受到多种因素的控制，包括岩石类型、应力状态、温度与湿度以及岩体结构等。
不同类型的岩石，其裂隙张开度的大小和分布特征可能存在较大差异。
在应力状态下，裂隙张开度受到外部力和岩石内部应力的共同作用。
温度和湿度的变化会影响岩石的膨胀和收缩，从而影响裂隙张开度。
岩体结构对裂隙张开度的影响主要体现在岩体的各向异性和非均质性。
四、裂隙张开度的预测与控制
预测裂隙张开度对于岩石工程的规划和设计具有重要意义。
目前，裂隙张开度的预测方法主要有经验预测法、理论分析法和数值模拟法等。
对于已经形成的裂隙，可以通过填充、加固等方法进行控制，以降低裂隙张开度对岩石工程的影响。
综上所述，裂隙张开度是岩石工程中一个重要的参数，对岩石的力学性
质、渗透性和稳定性具有重要影响。