第六章 岩体的工程地质性质及其分类
由以上试验结果可知：
（1）岩体的变形模量比岩块的小，而且受结构面发育 程度及风化程度等因素影响十分明显。
（2）不同地质条件下的同一类型的岩体，其变形模量 相差较大。
（3）试验方法不同、压力大小不同，得到的岩体变形 模量不同。 岩体与岩块比：弹性摸量E小，峰值强度低，残余强度低， 各向异性显著，相同荷载下的变形大。
①由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构 或泥质定向结构
②粘粒含量很高
③含水量接近或超过塑限 ④密度比原岩小 ·
⑤常具有一定的胀缩性
⑥力学性质比原岩差 ⑦强度低 ⑧压缩性高 ⑨易产生渗透变形
十
结构体特征
被结构面切割成的岩石块体，称为结构体．它可用其 规模、形态及其产状进行描述。 与结构面一样．结构体也是有级序的．不同级别的结 构面，切割成的结构体的规模不同：
第三节 岩体的强度性质 岩体强度是指岩体抵抗外力破坏的能力。岩体的强 度既不同于岩块的强度，也不同于结构面的强度，一般 情况下，其强度介于岩块与结构面强度之间。 岩体和岩块一样，岩体强度也有抗压强度、抗拉强 度和剪切强度之分。 一、岩体的剪切强度 1、岩体剪切强度的类型
岩体的剪切强度是指岩体内任一方向剪切面，在法向 应力作用下所能抵抗的最大剪应力。剪切强度分为抗剪 断强度、抗剪强度和抗切强度。
岩体剪切变形曲线类型示意图
（1）峰值前曲线平均斜率小，破坏位移大；峰值后应
力降很小或不变。多为沿软弱结构面剪切。
（2）峰值前曲线平均斜率较大，峰值强度较高。峰值 后应力降较大。多为沿粗糙结构面、软弱岩体及剧烈风
化岩体剪切。
（3）峰值前曲线斜率大，线性段和非线性段明显，峰 值强度高，破坏位移小。峰值后应力降大，残余强度 较低。多为剪断坚硬岩体。
Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力 学性质，数量多且具随机性。 Ⅴ级结构面, 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 结构面产状包括：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，结构面展布方向与受力方向不同，岩石的破 坏方式与强度不同。
Ⅱ级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。
Ⅲ级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较 好的层面及层间错动等。 Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破 坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接 威胁工程安全稳定性。
Ⅳ级 指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、较发育的片理、 劈理面等。是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响 岩体的物理力学性质及应力分布状态。
·
第六章 岩体的工程地质性质及其分类
第一节 结构面特征
一、结构面的地质成因类型 （1）原生结构面 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。 变质结构面是在变质过程中形成结构面，分为残留结构 面和重结晶结构面。
按不同级别结构面对岩体的切割．可将结构体划分为 4级．其中以由Ⅳ级结构面切割的Ⅳ级结构体规模最小， 一般称为岩块．
在岩块内还包含有微裂隙、隐节理等V级结构面。 较大级别的结构体是由许多较小级别的结构体组成 的．并存在于更大级别的结构体之中。
结构体的规模不同，在工程岩体稳定性中所起的作用 也不同。
结构体的形状极为复杂，其基本形状有： 柱状、块状、板状、楔形、锥形、菱形等。
（4）复合型：p-W曲线呈阶梯 或“S”型。
岩体裂隙发育不均匀 或岩性不均匀（有软弱夹层）。
2、剪切变形曲线 岩体剪切变形曲线十分复杂。沿结构面剪切和剪断 岩体、沿光滑结构面和粗糙结构面的剪切曲线明显不同。 根据曲线形状、及残余强度与峰值强度的比值，可 将剪切变形曲线分为三种类型：
（1）
（2）
（3）
侧壁的起伏程度可用起伏角(i)表示
结构面的粗糙度用粗糙度系JRC(joint roughness coefficient)表示。 根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划分为 10级。随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。 标准粗糙度剖面见下图。
八 充填胶结特征
结构面胶结后力学性质有所增强，硅质胶结的强度最 高，泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。
五 密度 结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 1、线密度(Kd) 指结构面法线方向单位测线长度上交切结 构面的条数(条/m)。 2、间距(d) 指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的 平均距离。
Kd与d互为倒数关系
结构面间距分级表
描述
极密集的间距
间距（mm）
<20
很密集的间距
密集的间距 中等的间距 宽的间距 很宽的间距 极宽的间距
2. 承压板法：（平板载荷 试验）
原理：油压千斤顶对承压板 下的岩体（平直光滑的表面 上）加压，用测微表测变形 （表面变形）。 承压板面积：0.25~1.0m2 加压方式：将预定荷载分若 干级采用逐级一次循环加载。 测记变形：用百分表测记各 级压力下的变形值。 试验结果：可得P~W曲线 P——压力 ；W——各级压力对应变形值
（4）厚层充填结构面的力学性质很差，主要取决于充填物 性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。
九 软弱结构面
软弱结构面是岩体中具有一定厚度的软弱带(层)，与 两盘岩体相比具有高压缩和低强度等特征，在产状上多属 缓倾角结构面。 主要包括：原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化 夹层及次生夹泥层等。
泥化夹层的特性：
未胶结的结构面，力学性质取决于其充填情况，可分 为薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填4类：
（1）薄膜充填结构面两壁附着一层极薄的矿物膜，厚度多 小于1mm，多明显降低结构面的强度。 （2）断续充填结构面的力学性质与充填物性质、壁岩性质 及结构面的形态有关。
（3）连续充填结构面的力学性质主要取决于充填物性质。
3.钻孔（变形法） 它是利用钻孔膨 胀计对一定长度的孔壁施 加均匀液压，同时通过传 感器测量孔壁的径向变形。 用厚壁圆筒理论， 可推导出岩体变形模量与 径向变形的关系：
d—钻孔直径（cm）；p—水压力（MPa）；U—径向变形。
4.狭缝法： （刻槽法） 开缝——用 扁千斤顶加 压，通过百 分表或电阻 应变片观察 变形。
原因：岩体存在显著结构面。
岩体：由岩块和结构面（一组或多组）组成。 岩块：只是含微裂隙，无宏观结构面。 所以岩体与岩块相比，其变形特征有很大区别。
三、岩体变形曲线类型及其特征 1、法向变形曲线 岩体变形曲线有以下一些类型，其特征各不相同。
（1）
（2）
（3）
（4）
岩体法向变形曲线类型示意图
（1）直线型： 通过原点的直线，其方程为： p KW , dp K ,
此外，在强烈破碎的部位，还可有片状、鳞片状、碎块 状及碎屑状等。
结构体形状在岩体稳定性评价中关系很大．形状不 同，稳定程度不同．一般来说．板状结构体比柱状、块 状的差，而楔状的比菱形及锥形的差．但还需结合其产 状及与工程作用力的关系作具体分析。 结构体的产状一般用结构体表面上最大结构面的长 轴方向表示．
（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。 各类岩体结构面特征见表2-2。
二、结构面的规模
Ⅰ级 指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳 定性，直接影响工程岩体稳定性；
基本原理：在选定的岩体表面、槽壁或钻孔壁面上施加 法向荷载，并测定岩体的变形值；然后绘制出压力-变形关系 曲线，计算出岩体的变形参数。 常用的测试岩体变形参数的静力法原位实验有以下三种： （1）承压板法 ;（2）钻孔变形法;（3）狭缝法
（2）动力法
基本原理：用人工方法对岩体发射(或激发)弹性波(声 波或地震波)，并测定其在岩体中的传播速度，然后根据波动 理论求岩体的变形参数。 动力法包括声波试验、地震试验等。
β
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β间的关系为：
由上式可知：当围压σ3不变时，岩体强度(σ1－σ3) 随结构面倾角β变化而变化。
四 连续性 结构面的连续性反映结构面的贯通程度。 1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度 之和(Σa)与测线长度的比值。如下图所示，可按下式计算。
2 pb1 Ee
WP 变形系数： D W0
W
e
（反映卸荷曲 线的斜率）
（反映了岩体的残余变形特征 ）
P——承压板单位面积上的压力（MPa）；b——承压板边 长（直径）；ω——与承压板刚度和强度有关的系数 （方形取0.886，圆形取0.785）；W0——总变形；μ— —泊松比（一般室内试验决定）；We——弹性变形；
岩体的变形是岩块变形和结构变形的总和。结构变形通 常包括结构面闭合、充填物的压密及结构体转动和滑动等变 形。
岩体变形=岩块变形+结构面闭合+充填物压缩+其他变形 在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。 一、岩体变形试验及其变形参数确定
岩体的变形试验包括静力法和动力法两大类：
1. 基本方法 （1）静力法
dW
d p dW
2
2
0
加压过程中W随p成正比增加。岩体岩性均匀、结构面 不发育或结构面分布均匀多呈这种状态。
（2）上凹型：
曲线方程为：
p＝f(W)，dp/dW， E0随p增大而递增，d2p/d2W＞0
层状及节理岩体多呈这 类曲线。
（3）上凸型：
曲 线 方 程 为 p ＝ f(W) ， dp/dW 随 p 增 加 而 递 减 ， d2p/dW2＜0。 ①软岩：p增大微裂纹扩展,W 增大。 ②充泥裂隙岩体，p增大，泥 向两侧挤出,W增大。 ③较深处埋藏有软弱夹层。
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岩体的工程地质性质
1.整体块状结构岩体的工程地质性质 2.层状结构岩体的工程地质性质 3.碎裂结构岩体的工程地质性质 4.散体结构岩体的工程地质性质
岩体是在漫长的地质历史中形成与演变过来 的地质体，它被许许多多不同方向、不同规模的 断层面、节理面、裂隙面、层面、不整合面、接 触面等各种地质界面切割为形状不一、大小不等 的各种各样的块体。所以，岩体是指一定工程范 围内，一种或多种岩石中的各种结构面、结构体 的总体。因此，岩体不能以单块岩石为代表，单 块岩石强度较高，但被结构面切割破碎时，其构 成的岩体的强度却较小。所以岩体中结构面的发 育程度，性质及连通程度等，对岩体的工程地质 性质都有很大的影响。
岩体内结构面连通性
结构面的张开度和填充情况
结构面的张开度是指结构面的两壁隔开的距离。 以张开度的大小区分，主要分为：闭合的，微张开 的，张开的，宽张的。 闭合的结构面的力学性质取决于结构面两壁的 岩石性质和结构面粗糙程度。微张的结构面的剪切 强度比张开的结构面大。张开的和宽张的结构面， 其抗剪强度取决于填充物的成分和厚度。填充物为 黏土时比为砂质时强度低；为砂质时比砾质低。
块状结构岩体
层状结构岩体
碎裂结构岩体
散体结构岩体
谢~谢！
结构面的密度
它反映了节理的发育程度和岩体的完整性， 通常以线密度（条/m）或结构面的间距来表示. 节理发育程度分级
分级 节理间距（m） 节理发育程度 岩体完整性 Ⅰ ＞2 不发育 Ⅱ 0.5～2 较发育 Ⅲ 0.1～0.5 发育 Ⅳ ＜0.1 极发育
完整
块状
碎裂
破碎
结构面的连通性（贯通性、延展性） 在一定空间范围内的岩体中，结构面的走向、 倾向方向的连通程度。如图所示：
2.结构体类型 结构体是指岩体中被各类各级结构面切 割并包围的岩石块体及岩石集合体。根据其 外形特征结构体分为柱状、块状、板状、楔 形、菱形和锥形等六种基本形态。
岩体是在漫长的地质历史中形成与演变过来 的地质体，它被许许多多不同方向、不同规模的 断层面、节理面、裂隙面、层面、不整合面、接 触面等各种地质界面切割为形状不一、大小不等 的各种各样的块体。所以，岩体是指一定工程范 围内，一种或多种岩石中的各种结构面、结构体 的总体。因此，岩体不能以单块岩石为代表，单 块岩石强度较高，但被结构面切割破碎时，其构 成的岩体的强度却较小。所以岩体中结构面的发 育程度，性质及连通程度等，对岩体的工程地质 性质都有很大的影响。
岩体内结构面连通性
结构面的张开度和填充情况
结构面的张开度是指结构面的两壁隔开的距离。 以张开度的大小区分，主要分为：闭合的，微张开 的，张开的，宽张的。 闭合的结构面的力学性质取决于结构面两壁的 岩石性质和结构面粗糙程度。微张的结构面的剪切 强度比张开的结构面大。张开的和宽张的结构面， 其抗剪强度取决于填充物的成分和厚度。填充物为 黏土时比为砂质时强度低；为砂质时比砾质低。
块状结构岩体
层状结构岩体
碎裂结构岩体
散体结构岩体
谢~谢！
结构面的密度
它反映了节理的发育程度和岩体的完整性， 通常以线密度（条/m）或结构面的间距来表示. 节理发育程度分级
分级 节理间距（m） 节理发育程度 岩体完整性 Ⅰ ＞2 不发育 Ⅱ 0.5～2 较发育 Ⅲ 0.1～0.5 发育 Ⅳ ＜0.1 极发育
完整
块状
碎裂
破碎
结构面的连通性（贯通性、延展性） 在一定空间范围内的岩体中，结构面的走向、 倾向方向的连通程度。如图所示：
2.结构体类型 结构体是指岩体中被各类各级结构面切 割并包围的岩石块体及岩石集合体。根据其 外形特征结构体分为柱状、块状、板状、楔 形、菱形和锥形等六种基本形态。
岩体的工程地质性质及岩体工程分类[业界优制]
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片岩软弱夹层延展较 部往往闭合成隐蔽结构面，片岩
远，具固定层次
软弱夹层具片状矿物，呈鳞片状
工程地质评价
国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由 此类结构面所造成的，如奥斯汀、 圣·弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦 依昂水库附近的巨大滑坡
一般不造成大规模的岩体破坏，但有 时与构造断裂配合，也可形成岩体的 滑移，如有的坝肩局部滑移
10~20 >20
扶风书屋
9
（三）结构面的密度
❖结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 ❖1、线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度 上交切结构面的条数(条／m)。
❖2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相
邻结构面的平均距离。
Kd与d互为倒数关系 如果测线水平布置，且与结构面法线的夹角为α， 结构面的倾角为β时:
Kd
L sin
n
cos
sin
K
' d
cos
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结构面间距分级表
描述 极密集的间距 很密集的间距
密集的间距 中等的间距 宽的间距 很宽的间距 极宽的间距
间距（mm） <20 20~60
60~200 200~600 600~2000 2000~6000 >6000
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• 用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation)
1侵入体与围岩接触面 2岩脉岩墙接触面 3原生冷凝节理
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
接触面延伸较远，比 较稳定，而原生节理 往往短小密集
与围岩接触面可具熔合及破碎两 种不同的特征，原生节理一般为 张裂面，较粗糙不平
工程地质学第六章岩体的工程地质性质及岩体工程分类
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。
2020/5/30
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
(二)力学成因类型
1、张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张 及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等
• 特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起 伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
产状与岩层或构 造方向一致
产状与构造线呈 一定关系，层间 错动与岩层一致
受地形及原结构 面控制
主要特征 分布
性质
工程地质评价
海相岩层中此类结构 面分布稳定，陆相岩 层中呈交错状，易尖 灭
层面、软弱夹层等结构面较为平整； 不整合面及沉积间断面多由碎屑泥 质物构成，且不平整
2、剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对 滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层Байду номын сангаас。
• 特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等 。
2020/5/30
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
二、结构面特征及其对岩体力学性质的影响
1、结构面产状
• 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。如图，当
(一)地质成因类型 • 原生结构面 • 构造结构面 • 次生结构面 (二)力学成因类型 • 张性结构面 • 剪性结构面
2020/5/30
中国地质大学工程学院
3
工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
岩体结构面的类型及其特征
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
(二)力学成因类型
1、张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张 及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等
• 特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起 伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
产状与岩层或构 造方向一致
产状与构造线呈 一定关系，层间 错动与岩层一致
受地形及原结构 面控制
主要特征 分布
性质
工程地质评价
海相岩层中此类结构 面分布稳定，陆相岩 层中呈交错状，易尖 灭
层面、软弱夹层等结构面较为平整； 不整合面及沉积间断面多由碎屑泥 质物构成，且不平整
2、剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对 滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层Байду номын сангаас。
• 特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等 。
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
二、结构面特征及其对岩体力学性质的影响
1、结构面产状
• 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。如图，当
(一)地质成因类型 • 原生结构面 • 构造结构面 • 次生结构面 (二)力学成因类型 • 张性结构面 • 剪性结构面
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工程地质学概论:第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
岩体结构面的类型及其特征
工程地质-岩石及岩体的工程地质性质
•
膨胀试验仪器
岩石的主要物理性质指标
2、岩石的主要力学性质指标
• • • • • • • • （1）岩石的变形性质 岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。 1）弹性变形 岩石在外力作用下发生变形，当外力撤去后又恢复其原 有的形状及体积的变形称为弹性变形。 2）塑性变形 岩石在超过其屈服极限外力作用下发生变形，当外力撤 去后不能完全恢复其原有的形状及体积的变形称为塑性 变形。 3）黏性变形 岩石在外力作用下变形不能在瞬间完成，并且应变速率 d/dt是应力的函数，即，应力随着应变速率d/dt的增 大而增大，当外力撤去后不能恢复其原有形状及体积的 变形称为黏性变形。
• （4）岩石的含水率
• 岩石的含水率（w，%）是试件在105～110℃下烘干至 恒量时所失去的水的质量（m0-ms,g）与试件干质量（ms， 岩石在一定的条件下吸收水分的能力称为岩石的吸水 性。表征岩石吸水性的指标有吸水率、饱和吸水率和 饱水系数。 • 岩石吸水率（wa，%）是试件在大气压力和室温条件下 吸入水的质量（ m0-ms,g ）与试件固体质量（ms，g） 的比值，以百分数表示；--与孔隙度大小、孔隙张开 程度有关；吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸 湿、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水影响显著。 • 岩石饱和吸水率（wsa，%）是试件在强制状态下的最 大吸水量（mpms，g）与试件固体质量（ms，g）的比 值，以百分数表示。 • 岩石饱水系数kw是指岩石吸水率与饱水率的比值，以 百分数表示。 • 一般岩石的饱水系数 kw 介于0.5～0.8之间。饱水 系数对于判别岩石的抗冻性具有重要意义。
岩石的力学性质指标
MTS815.03伺服试验系统图
试件及传感器图
拉伸破坏后的试件
单轴压缩试验破坏后的部分岩石试件
岩土体工程地质划分
一、岩体工程地质类型及特征依据岩石成因，研究区岩体可划分为岩浆岩、沉积岩二大工程地质类型。
1．岩浆岩区内岩浆岩仅发育有侵入岩，包括变质侵入岩。
变质侵入岩也可划为变质岩类副变质岩，由于研究区内变质岩类型单一，面积小，只在侵入岩类中加以叙述其特征。
依据侵入岩工程地质结构特征、岩性组合、岩石强度，分为坚硬块状闪长玢岩、正长斑岩、花岗岩、闪长岩岩性综合体和坚硬—较坚硬片状闪长岩类岩性综合体。
（1）坚硬块状闪长玢岩、正长斑岩、花岗岩、闪长岩岩性综合体：岩性组合为元古代二长花岗岩、正长花岗岩、黑云花岗闪长岩及中生代燕山期石英正长斑岩、角闪闪长玢岩岩脉。
岩石坚硬性脆，工程地质结构类型为块状结构。
岩石饱和单轴抗压强度大于60Mpa，抗风化能力强。
在裸露区风化残积土厚0—1m，隐伏区残积土厚1—3m，标贯击数14—30击，地基承载力标准值240—280kpa；全风化带厚0—2m，标贯击数40.9击，地基承载力标准值350—500kpa；强风化带厚0—4m，标贯击数60.2击，地基承载力标准值500—2000kpa。
该岩性综合体具低压缩性，是良好的天然地基。
（2）坚硬—较坚硬片状闪长岩类岩性综合体：为晚太古代阜平期片麻状中粒黑云角闪英云闪长岩。
是经过区域变质作用的片状、片麻状变质侵入岩。
片理产状45°—65°。
岩石饱和单轴抗压强度30—60Mpa，属坚硬—较坚硬；工程地质结构类型为片状结构。
岩体全风化带厚0—5m，标贯击数35击。
地基承载力标准值300—400kpa；强风化带厚5—10m，标贯击数54击，地基承载力标准值400—1500kpa。
岩体塑性变形较大，具中低压缩性，边坡稳定性差，易引起风化、流失、边坡失稳等工程地质问题。
2．沉积岩沉积岩可划分为碳酸盐岩、碳酸盐岩夹碎屑岩、碎屑岩、碎屑岩夹碳酸盐岩四种工程地质岩组。
（1）碳酸盐岩岩组依据岩组工程地质结构特征，岩性组合，岩石强度分为坚硬中厚层状碳酸盐岩岩性综合体；坚硬—较坚硬中厚层状碳酸盐岩岩性综合体；坚硬中薄层状碳酸盐岩岩性综合体；坚硬—较坚硬薄层状碳酸盐岩岩性综合体。
地质学：岩石的工程性质及工程分类
岩石的释荷
岩 石从 地 下 深 处 变 到 地表 条 件 时 由 于 上 覆静 压 力 减 小 而 产 生张 应 力 形 成 一 系 列与 地 表 平 行 的 宏 观和 微 观 的 内 部 破 裂面 。 形 成 这 种 裂 隙构 造 的 作 用称为剥离作用。
在物理风化作用强烈的地区，其结果是在陡坡、山 麓和沟谷中产生大量的危石、碎石和岩屑，这是造成崩 坍、落石、泥石洪流的基本条件。
岩浆岩：（酸性岩＞基性岩）
变质岩：（浅变质＞深变质）
2．矿物成分
岩浆岩抗风化能力的强弱与矿 橄榄石 ↓ 基性斜长石 物从岩浆中分异出来的顺序相反。 辉石 ↓ ↓ 单矿岩的抗风化能力强于复矿 中性斜长石 角闪石 岩； ↓ ↓ 浅色矿物（如正长石）抗风化 黑云母 酸性斜长石 ↙ ↘ 能力强于暗色矿物（如：橄榄石 正长石 等）。 ↓ 同种元素在不同的矿物中抗风 化能力不同。如石灰岩中的Ca易风 化，而斜长石中的Ca相对难风化。 白云母 ↓ 石英 抗 风 化 能 力 增 强
ds=ρs /ρw
孔隙比（e）与孔隙度（n）
e n ; 1 e n e 1 n
裂隙率（KT） ρ、ρs↑，n、e↓，岩石的工程性质↑
常见岩石的比重 (2.60~2.90)
岩石名称 花岗岩 比 重 2.50~2.84 岩石名称 泥灰岩 比 重 2.70~2.80
流纹岩
凝灰岩 闪长岩 斑岩
2.65左右
回弹强度： 用回弹仪弹击岩石面获得
回弹值，再由回弹值换算成抗压强度。
3、岩石破坏形式：
脆性破坏（没有明显变形突
然破坏）
塑性破坏（破坏前变形较大 ）
二、风化作用
地表及地面以下一定深度的岩石，在气温
变化、水溶液、气体及生物等各种营力的作用 下，逐渐产生裂隙、发生机械破碎和矿物成分 的改变，丧失完整性的过程。
岩石和岩体的工程地质性质
应力称为岩石的单轴抗压强度或极限抗压强度，简称抗压 强度（σc ,单位Pa）。
28
1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
影响岩石抗压强度的因素： （1）岩石矿物成分、颗粒大小、胶结程度及层理、片理等 ； （2）岩石风化及裂隙发育程度； （3）岩石的含水量； （4）试验条件，如加荷速率、试样尺寸等等。
w1
Ww1 Ws
100 %
吸水率主要取决于岩石内部较大的开型空隙发育程度。
•岩浆岩和变质岩吸水率一般在0.1~1.0%之间；
•沉积岩的吸水率一般在0.2~8.2%之间，甚至可达10%以
Байду номын сангаас
上。
11
1.岩石的工程地质性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 可溶性 膨胀性
饱水率(w2) ：岩石试样在高压（一般为150个大气压）下或真 空下吸入水的重量(Ww2)与岩石干重量（Ws）之比，以百分数 表示。
沉 砾岩 砂岩 页岩 粘土岩 石灰岩 白云岩 积 岩 10~150 20~250 5~100 2~15 40~250 80~250
变 板岩 片岩 片麻岩 石英岩 大理岩 质 岩 60~200 10~100 50~200 150~350 150~250
30
1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
➢ 岩石抵抗冻融破坏的性能。 ➢岩石强度损失率(Rl)和岩石重量损失率(Wl) 。
试验方法：饱和岩石在一定的负温下（一般-25℃）连续 冻融10~25次。
Rl
冻融前岩石饱和抗压强度 冻融后岩石饱和抗压强度 冻融前岩石饱和抗压强度
100%
Wl
冻融前干试样重量 冻融后干试样重量 冻融前干试样重量
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1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
影响岩石抗压强度的因素： （1）岩石矿物成分、颗粒大小、胶结程度及层理、片理等 ； （2）岩石风化及裂隙发育程度； （3）岩石的含水量； （4）试验条件，如加荷速率、试样尺寸等等。
w1
Ww1 Ws
100 %
吸水率主要取决于岩石内部较大的开型空隙发育程度。
•岩浆岩和变质岩吸水率一般在0.1~1.0%之间；
•沉积岩的吸水率一般在0.2~8.2%之间，甚至可达10%以
Байду номын сангаас
上。
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1.岩石的工程地质性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 可溶性 膨胀性
饱水率(w2) ：岩石试样在高压（一般为150个大气压）下或真 空下吸入水的重量(Ww2)与岩石干重量（Ws）之比，以百分数 表示。
沉 砾岩 砂岩 页岩 粘土岩 石灰岩 白云岩 积 岩 10~150 20~250 5~100 2~15 40~250 80~250
变 板岩 片岩 片麻岩 石英岩 大理岩 质 岩 60~200 10~100 50~200 150~350 150~250
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1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
➢ 岩石抵抗冻融破坏的性能。 ➢岩石强度损失率(Rl)和岩石重量损失率(Wl) 。
试验方法：饱和岩石在一定的负温下（一般-25℃）连续 冻融10~25次。
Rl
冻融前岩石饱和抗压强度 冻融后岩石饱和抗压强度 冻融前岩石饱和抗压强度
100%
Wl
冻融前干试样重量 冻融后干试样重量 冻融前干试样重量
岩体的组成及工程地质特征
岩体的组成及工程地质特征一、岩体的概念岩体：可能由一种或多种岩石组合，且在形成现实岩体的过程中经受了构造变动、风化作用、卸荷作用等各种内力和外力地质作用的破坏及改造。
工程岩体的分类为：地基岩体、边坡岩体、地下工程围岩。
二、岩体的结构岩体是由岩块或土构成的，岩体的性质取决于岩石或土和结构面的性质。
岩体的结构面结构面的特征是影响结构面强度及其他性能的重要因素。
结构面的产状由走向、倾向和倾角三个要素。
岩体的地质构造（1）地质构造的几种类型（1）不利情况 （2）最不利情况（3）有利情况（岩层走向与边坡垂直） （4）有利情况（岩层倾向与边坡相反）（2）断裂构造①裂隙发育程度分级及对工程的影响①裂隙的分类③断层的组成及类型三、岩体结构特征1.岩体结构类型四、岩体的力学特性（一）岩体的变形特征岩体的变形通常包括结构面变形和结构体变形两个部分。
设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。
岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。
不同岩体具有不同的流变特性。
一般有蠕变和松弛两种表现形式。
试验和工程实践表明，岩石和岩体均具有流变性。
特别是软弱岩石、软弱夹层、碎裂及散体结构岩体，其变形的时间效应明显，蠕变特征显著。
（二）岩体的强度性质由于岩体是由结构面和各种形状岩石块体组成的，所以，其强度同时受二者性质的控制。
如当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，岩石的强度可视为岩体强度。
如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制。
四、岩体的工程地质性质结构面的工程地质性质对岩体影响较大的结构面的物理力学性质，主要是结构面的产状、延续性和抗剪强度。
延伸长度为5-10m的平直结构面，对地下工程围岩的稳定就有很大的影响，对边坡的稳定影响一般不大。
结构面的规模是结构面影响工程建设的重要性质。
结构面的规模分为I-V级：①级指大断层或区域性断层，控制工程建设地区的稳定性，直接影响工程岩体稳定性。
Ⅱ、Ⅱ级结构面往往是对工程岩体力学和对岩体破坏方式有控制意义的边界条件，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性。
岩体的工程地质性质
Xe
a1
a2 an A
岩体按切割度分类： Xe＝0.1～0.2 完整岩体； Xe＝0.2～0.4弱节理化岩体； Xe＝0.4～0.6中等节理化岩体； Xe＝0.6～0.8强节理化岩体； Xe＝0.8～1.0完全节理化岩体； 岩体被某组结构面切割的程度Xr为：
Xr K Xe
式中：K为岩体的裂隙度； Xe 为沿某一平面的切割度。
（2）切割度Xe——指岩体被节理分割的程度。
假设岩体仅有一个结构面，可沿结构面在岩体中取一个贯
通性的假想平直断面，则结构面面积a与该断面面积A之比， 即为该岩体的切割度。
a Xe A
可见,当: 0<Xe<1, 岩体部分切割； Xe＝1, 岩体被整个切割； Xe＝0, 即岩体为完整连续体。
如果岩体沿某断面上同时存在着面积为a1、a2…an的n个结 构面时，则岩体沿该断面的切割度为
路、总参、建设部，个人方面有王思敬、陶振宇、杨子文。 c. 评价岩体强度 ✓ 利用结构面网络模拟、蒙特卡洛法等
影响岩石工程性质的因素
内部因素（岩石的地质特征） •矿物成分 •结构 •构造 外部因素
•水的作用
•风化作用
4.3 结构面特征及力学性质
结构面的发育程度、规模大小、组合形式等是决定结构体 的形状、方位和大小，控制岩体稳定性的重要因素。尤以结 构面的规模是最重要的控制因素。按结构面发育程度和规模 可以划分为如下五级：
构面的成因类型
➢ 原生结构面：岩石成岩过程中形成的结构面。 ✓ 沉积结构面：层理、层面、沉积不整合面、沉积软弱夹层。 ✓ 火成结构面：岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面。 ✓ 变质结构面：包括残余的变余结构面和变成的重结晶结构面。 ➢ 次生结构面 ✓ 内动力成因型结构面（构造结构面）：受构造应力作用。 ✓ 外动力成因型结构面（表生结构面）：如卸荷裂隙（长江链子
第六章岩体的工程地质性质及岩体工程分类
岩体工程分类是以岩体稳定性或岩体质量 评价为基础的分类，是工程地质学中一个重要 的研究课题。为综合性分类。 目前主要考虑三方面因素的指标：即与岩 石工程性质有关的指标（力学性质）、岩体后 期改造有关的指标 ( 岩体结构 ) 和岩体赋存条件 方面的指标（地下水、地应力） 。
岩石质量指标 RQD （Rock Quality Designation） 定义————大于10cm的岩芯累计长度与
（4）结构面的形态
用侧壁的起伏形态和粗糙度来表示。
粗糙度系数（JRC）
根据结构面的粗
糙程度可将粗糙度系
数分为10级。 用剖面仪测出结 构面的粗糙剖面，然 后比较右图定出粗糙 度系数。
P80式6-19
（5）结构面的张开度：
结构面两壁间的平均距离，mm。
测量仪器：塞尺
结构面的张开度大小影响 岩体的强度及渗透性。
他带领勘测地质队员，查
徐瑞春 （右）
三峡勘测研究院总工 长江委综合勘测局副总工 教授级高级工程师 全国工程勘察大师
清葛洲坝坝基下 72 层 层间剪切带，并提出了剪 切带的建层、分类及空间 分布规律。为葛洲坝施工 解决大坝地基基础处理问 题发挥了重要作用。
四、岩体的结构类型划分 岩体结构——岩体中结构面和结构体的组合方式。
第六章
岩体的工程地质性质
及岩体工程分类
岩石与岩体的区别
岩石是矿物或碎屑的集合体，例如火成岩，沉积岩，变 质岩； 岩体——是由结构面和被结构面所分隔的岩石（岩块、 结构体）构成的整体，处于一定的地应力状态中。 坡岩体，地基岩体等。 岩石的工程地质性质与组成岩石的矿物成分有关，但主 要取决于颗粒间的联结特征； 岩体的工程地质性质是由结构面和被结构面所分隔的 eg.边
岩石质量指标 RQD （Rock Quality Designation） 定义————大于10cm的岩芯累计长度与
（4）结构面的形态
用侧壁的起伏形态和粗糙度来表示。
粗糙度系数（JRC）
根据结构面的粗
糙程度可将粗糙度系
数分为10级。 用剖面仪测出结 构面的粗糙剖面，然 后比较右图定出粗糙 度系数。
P80式6-19
（5）结构面的张开度：
结构面两壁间的平均距离，mm。
测量仪器：塞尺
结构面的张开度大小影响 岩体的强度及渗透性。
他带领勘测地质队员，查
徐瑞春 （右）
三峡勘测研究院总工 长江委综合勘测局副总工 教授级高级工程师 全国工程勘察大师
清葛洲坝坝基下 72 层 层间剪切带，并提出了剪 切带的建层、分类及空间 分布规律。为葛洲坝施工 解决大坝地基基础处理问 题发挥了重要作用。
四、岩体的结构类型划分 岩体结构——岩体中结构面和结构体的组合方式。
第六章
岩体的工程地质性质
及岩体工程分类
岩石与岩体的区别
岩石是矿物或碎屑的集合体，例如火成岩，沉积岩，变 质岩； 岩体——是由结构面和被结构面所分隔的岩石（岩块、 结构体）构成的整体，处于一定的地应力状态中。 坡岩体，地基岩体等。 岩石的工程地质性质与组成岩石的矿物成分有关，但主 要取决于颗粒间的联结特征； 岩体的工程地质性质是由结构面和被结构面所分隔的 eg.边