第七章 岩体结构及其稳定性分析

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(structural plane)和②结构体(structural block)的组合特征，即结构面的发育程度、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：
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；
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（或岩浆）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↓
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：
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。

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：
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：
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)
岩体结构分为整体结构、块状结构、层状结构、碎裂结构及散体结构五种类型。

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。

划分岩体结构的目的：定性评价岩体稳定性。

▲各类岩体结构对土木工程稳定性的影响：
1、层状结构：岩体呈层状分布，类似轴对称各向异性体，岩体稳定性受岩层产状影响很大:
(1)当岩层倾向与边坡倾向一致或相近时，容易产生滑坡失稳；
(2)当岩层倾角较大是，边坡或开挖面易产生崩塌；
（3）水平岩层的地基抵抗水平滑移能力降低；
（4）隧道等开挖面的岩层弯张破坏、软弱岩层的塑性变形等对工程稳定影响大；（如金川）
（5）层理、片理、节理比较发育，路基及边坡发生破坏事故多。

（6）受强烈褶皱等构造影响的层状碎裂结构，其岩体整体性差，强度低，稳定性更差。

作为地基需处理，作为边坡需缓坡或支护，隧道施工中则需紧跟支撑以防止坍塌。

2、散体结构：岩体呈碎屑、颗粒状散体介质，稳定性最差，存在大规模岩体失稳、崩塌等安全隐患，在各种工程中必须采取措施进行处理。

其它类型岩体结构影响：（自学）
岩体结构类型及其特征表7-7
结构类型完整状态
地下水作用特征结构面间
距（cm ）完整性系数
1块状结构50～1000.35～0.75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薄层＜300.30～0.60薄
层＜0.40软、泥化显著
5层状碎裂结构＜50
＜0.40较层状更甚
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 =V m 2／V r
2
V m ——纵波在岩体中的传播速度；V r ——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 完整＞0.90比较完整
0.75～0.90
中等完整0.45～0.75
较差0.20～0.45
破碎＜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：
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：
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。