4.1 岩体结构面分析
岩体结构面几何参数的确定
岩体结构面几何参数的确定摘要：岩体是地质体的一部分，是非均质的、各向异性的不连续体。
岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，称为结构面。
结构面实际上是地质发展历史中岩体内形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特征的地质界面。
关键词：岩体结构面几何参数确定岩体是地质体的一部分，是非均质的、各向异性的不连续体。
岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，称为结构面。
结构面实际上是地质发展历史中岩体内形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特征的地质界面。
结构面的几何特征直接控制岩体中岩块的大小，同时控制岩质边坡稳定性分析和地下洞室围岩稳定性分析中的边界条件，即控制滑体的形状、规模及其趋势。
具有工程意义的岩体结构面主要包括地层层面和节理等。
在某抽水蓄能电站坝址区进行了大量的岩体结构面调查之后，利用所取得的资料，应用EXCEL软件，对有关几何参数进行统计分析，并利用数学模型和检验原理，确定了具有一定置信程度的置信区间。
1 结构面几何参数岩体结构面几何参数主要包括产状、间距、连通性等，结构面的产状由其走向、倾向和倾角组成，而结构面的走向和倾向可以相互换算，即只要确定其一即可（本文中以倾向为例）。
岩体结构面几何参数主要从天然露头、剖面（例如采矿剖面，道路剖面等）、平硐、钻孔中实测而得。
2 结构面倾向以结构面的倾向（方位角）为例，在工程区现场调查了二组结构面的305个数据，输入到EXCEL电子表后，得到的统计结果为：一组节理面（节理1）倾向的范围为80° ~147° ，其均值为111.4° ；另一组节理面（节理2）倾向的范围为154° ~270° ，其均值为200.9° 其分布见图1。
图1 结构面倾向统计图先对节理1进行分析，在模型的对比中可知，节理1服从伽马分布。
因此根据相对频率，计算数学期望S Ex 和方差S Dx ，然后可根据模型的特征计算其参数，a 和b 值可联立方程求得，G (a )可通过斯特林公式得到，计算结果为：a = 60.7627 和 b = 0.5279。
岩体结构面抗剪强度参数取值方法综述
岩体结构面抗剪强度参数取值方法综述郭肖红【摘要】Based on consulting documents,this paper reviewed the shear strength parameters value method of test method,formula method,expe-rience method and inverse algorithm method four kinds of rock mass structural plane,analyzed the applicability of various methods,provided basis for parameters reasonable value of rock mass structural plane shear strength.%在查阅文献资料的基础上，对试验法、公式法、经验法和反算法四种岩体结构面抗剪强度参数取值的方法进行了综述，分析了各种方法的适用性，为岩体结构面抗剪强度参数的合理取值提供了依据。
【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2015(000)023【总页数】2页(P32-33)【关键词】岩体结构面;抗剪强度;参数;取值【作者】郭肖红【作者单位】中国建筑材料工业地质勘查中心浙江总队，浙江杭州 310022【正文语种】中文【中图分类】TU452岩体强度主要取决于岩石块体和结构面这两部分的强度；工程实践和理论研究表明，在大多数情况结构面力学特性对岩体强度起着控制性作用，使得岩体强度因结构面的存在而大大削弱。
目前在工程岩体稳定性的分析评价工作中，其重点及难点之一就是如何合理地确定岩体结构面的抗剪强度参数。
现阶段，确定控稳结构面抗剪强度参数的主要方法可以归纳为试验法、公式法、经验法和反算法四大类，每一大类又分别包含几种不同的具体方法。
本文在大量查阅文献的基础上，对这些取值方法进行一番综述。
岩体的基本力学性能
图4－5 节理面的起伏度与粗糙度
A↑和 ↓的节理表面起伏越急峻。
整理ppt
返回
第二节 结构面的变形特性 法向
切向 一、节理的法向变形 （一）节理弹性变形（齿状接触）
022m d n2(1 hE 2)
按弹性力学
式中:d-为块体的边长; n-为接触面的个数;
Boussinesq公式 计算齿状节理接 触面弹性变形引
A( V )t VmcV
－原位应力 V Vmc A，t－回归参数
整理ppt
（3）状态方程的 几何表示
A(Vm c VV)t
当t=t A=1时，有
V VmcV MC
整理ppt
最大闭 合V mc
(4)试验方法（VmC的确定） a.无节理 c.配称接触
步骤：
（1）备制试件；
（2）作σ-ε曲线（a）；
JRC arctan(n)b lg(JCSn)
JRC为节理粗糙系数 JCS为节理壁抗压强度
整理ppt
3、转动摩擦
（1）基本假设
在张开节理中，经常有块状充填物，或 节理切割成碎块。当剪切时，可使充填物或 碎块发生转动。设转动的碎块为平行六面体， 其模型见图4-15。假设模型受法向力N；剪切 力T。
（2）稳定性分析
4、滚动摩擦
当碎块的翻倒角 减少时，其内摩擦角也将 减小。当碎块剖面为n个边的规则多角形时， 其翻倒角为：
1800
n
当碎块的边数不断增加，则碎块趋向球， 0
对于一个完全圆球质点，其抗翻倒阻力就是 它的滚动摩力，其摩擦系数为
fR
T N
tanR
钢圆柱滚动其摩擦系数为 fR [0 .00,0 .0 40 ]返2回
1 3 m 2 C in f 3 1 f 2 f
潞安井田某矿煤层顶底板工程地质稳定性评价方法
潞安井田某矿煤层顶底板工程地质稳定性评价方法作者：董宁波来源：《中国科技博览》2013年第32期摘要：在矿井建设过程中，经常会出现影响井巷施工和煤层开采的工程地质问题。
通过运用工程地质学理论和研究方法，分析煤层顶底板岩层的工程地质条件，选取合理评价指标，利用煤田勘探资料对煤层顶底板稳定性进行较为简便的定性评价，对煤矿安全生产有重要意义。
关键词：岩石力学性质地质构造岩体结构面岩体结构中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-018-01概述：在矿井施工建设过程中，井下巷道常常会因为地质条件变化发生开裂、片帮、冒顶、底板膨胀等工程地质问题；在煤炭开采过程中煤层顶板也存在垮落、周期来压、冲击地压等工程地质问题。
在煤矿生产过程中有很多事故都于工程地质问题相关，煤层顶底板的稳定性可以通过运用工程地质学理论分析煤层所在地层的工程地质条件来评价。
影响煤层顶底板稳定性的工程地质条件与很多地质因素有关，通过对煤层顶底板岩体的各种工程地质条件分析——包括区域地质条件、地质构造特征、岩石的物理力学性质、岩体的结构特征等工程地质条件，综合评价煤层顶底板岩体的工程地质稳定性。
运用综合分析工程地质条件评价稳定性的研究方法对潞安矿区某矿主采煤层顶底板工程地质条件进行分析并评价稳定性。
1. 井田所在区域地质条件潞安井田位于华北断块区吕梁～太行断块沁水块坳东部次级构造单元沾尚～武乡～阳城北北东向褶带中段，晋获断裂带西侧，某矿井田位于新裂陷西北部。
2. 井田地质构造特征井田内主要构造为一系列向斜、背斜交替发育，轴向均为近南北向。
向斜西翼地层倾角和缓，东翼地层受到自东向西水平挤压倾角较大，地层倾角大。
背斜东西翼地层倾角和缓。
该井田进行的三维地震勘探，揭示了井田内有少量断距大于20m有走向北北东的断层。
3. 含煤地层岩石工程地质性质3.1井田含煤地层情况本区主采煤层所在含煤地层为二叠系下统山西组（P1s），地层岩石主要为灰白色、灰色中细粒石英砂岩，灰色、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩，为陆相沉积，产丰富的植物化石，与下伏的太原组地层呈整合接触。
4.1~4.2 岩体的结构特征与主要力学特征
2、典型的蠕变曲线
恒定荷载大小不同分为两 种类型：一类是在较小的 恒定荷载作用下（ σ<σ∞）， 变形随时间增长，变形速 率递减最后趋于稳定；另 一类恒定荷载超过某一极 限后（ σ〉σ∞），变形随 时间不断增长，最终导致 破坏。 典型蠕变曲线可分为以下 三个阶段： 初始蠕变阶段，OA段，变 形速率逐渐减少，又称阻 尼蠕变阶段。 等速蠕变阶段，AB段，变 形缓慢平稳，应变随时间 呈等速增长。 加速蠕变阶段。BC段，变 形速率加快直到破坏。 岩石长期强度：长期应力超过某一临界应力时，岩石才经蠕变破坏，这一 临界应力称为岩石长期强度。取决于岩石及结构面的性质和含水量等因素
软弱夹层
特点
厚度薄
多呈相互平行，延伸长度和宽度不一的多层状
结构松散
岩性、厚度、性状和延伸范围，常有很大变化
力学强度低，与其结构、矿物成分和颗粒组成有关
泥化夹层 特点
成分：粘粒含量明显增多
结构：由固结或超固结变成了泥质散状结构
物理状态：干容重减小,天然含水量增高,接近塑限
具有一定的膨胀性
4、动弹性模量（Ed） 岩体中的一点受动载荷冲击后将产生振动，这种振 动以弹性波的形式向外扩散。 在生产上用动力法测定岩体的动态变形参数。 5、岩体静弹性模量（Ee）与动弹性模量（Ed）关系。 E e = jE d
J是折减系数，与岩体完整性有关。
二、岩体的流变特性
1、定义
流变性：物体在外部条件不变的情况下，应力或变形 随时间而变化的性质。有蠕变和松弛。
岩体力学第二章 岩块、结构面及岩体的地质特征
第二章 岩块和岩体的地质特征
二、岩块的结构、构造特征
胶结方式：是指胶结物与碎屑颗粒之间的联结 方式，胶结方式主要有： 基底式胶结－在岩石中胶结物的数量多，颗粒 与颗粒之间互不接触，颗粒散布在胶结物之中。 孔隙式胶结－当胶结物不多时，碎屑颗粒相互 接触，胶结物充填在颗粒之间的孔隙中。 接触式胶结－胶结物不多，只在颗粒之间的接 触处才有，颗粒之间的孔隙仍是空洞。
2 断续充填（不连续，厚度小于h）.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(连续,厚度大于h)结构面力学性质取决充填物性质。 4 厚层充填（充填物厚度远大于h）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。
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)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 •如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角 为α ，结构面的倾角为β 时:
RQD 100e
0.1kd
(0.1k d 1)
岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心
长度之和与钻孔总进尺的百分比。
长度大于 cm的岩心长度之和 10 RQD 100% 钻孔总进尺
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
六 张开度
结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。 结构面两壁面一般不是紧密接触，这就使结构面实际接触 面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。
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。控制工程岩体稳定
第四章岩体的基本力学性质
结构面的状态对岩体的工程性质的影响是指结构面的产状、形 态、延展尺度、发育程度、密集程度。 结构面的产状：结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动起控 制作用。 结构面的形态：结构面的形态决定结构面抗滑力的大小，当结构 面的起伏程度较大，粗糙度高时，其抗滑力就大。 结构面的延展尺度：在工程岩体范围内，延展尺度大的结构面， 完全控制岩体的强度。 结构面的密集程度：以岩体的裂隙度和切割度表征岩体结构面的 密集程度。
又A=h2，节理面的法向弹性变形量δ0=2δ，代入Boussnisq解，得 接触面为方形时，m=0.95，μ≅0.25，则上式变为
（二）节理的闭合变形 含啮合变形（配称实验）和压碎变形（非配称实验）。 下面介绍Goodman方法：
（1）结构面闭合试验（VmC的确定） 步骤： 1）备制试件； 2）作ζ-ε曲线（a）； 3）将试件切开，并配 称接触再作曲线（b）； 4）非配称接触，作曲线（c）; 5）两种节理的可压缩性法向 Nhomakorabea切向
（1）有n个点接触,每个接触 面边长为h
（2）每个接触面受力相同
（3）每个接触面力学特性 相同
2、计算公式 半无限体上作用一个集中力的布辛涅斯克（Boussnisq）解
δ－变形量；Q－荷载；A－荷载作用面积；E、μ－弹性模量、泊 松比；m－与荷载面积形状因素有关的系数，方形面积m=0.95 设节理面的边长为d，作用于节理面上的应力为ζ，则作用 在每一个接触面上的荷载
统计结构面 实测结构面
V 级结构面--细小的结构面
• 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；
• 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
[整理版]浅析岩体结构面成因及分类
![[整理版]浅析岩体结构面成因及分类](https://img.taocdn.com/s3/m/272273c481eb6294dd88d0d233d4b14e85243e16.png)
浅析岩体结构面成因及分类摘要：近几年，自然灾害在我国频繁发生，岩体失稳严重威胁人类的生命财产安全。
首先，岩体失稳具有不可预测性，与滑坡不同，失稳前没有明显的变形迹象；其次，由于岩体内部结构面的复杂性，肉眼未能预测可能失稳的岩块体规模。
因此，为防治岩体对人类造成不必要的伤害，岩体结构的研究成为最重要的课题。
关键词：岩体结构面原生结构面次生结构面岩浆岩沉积岩变质岩劈理节理断层岩体是指在漫长的地质历史过程中，各种造岩矿物经成岩作用、构造作用、以及后来的天然或人工改造作用，逐渐形成了目前我们工程建设中所必须面对的各式岩体。
岩体中的结构面总体可划分为两类：一类为原生结构面，是在成岩过程中形成的；另一类为次生结构面，是在后期的构造作用及次生改造作用中形成的。
本章主要从系统工程地质学的角度，对岩体中的结构面进行宏观分析，并大致分析各类结构面的形态特征。
1原生结构面原生结构面是指在岩石成岩过程中形成的结构面。
不同成因的岩石，其内原生结构面形态、特征差异较大。
岩石按成因可划分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类，下面分别论述各类岩石中原生结构面的成因、形态、力学特性。
1.1岩浆岩中的原生结构面岩浆岩是由岩浆冷凝固结而形成的岩石。
存在流线与流面构造。
流线构造是指在成岩过程中，岩浆中的柱状矿物、长形俘虏体、析离体等的长轴方向呈定向排列；流线的延长方向反映了岩浆的流动方向。
流面构造是指岩浆岩中的片状矿物、扁平俘虏体、析离体等呈平行排列；流面一般平行于岩体的接触面。
流线、流面的形成，是由于岩浆流动时不同部位速度有差异所导致的。
岩浆岩中的流面类似于沉积岩中的层理，是岩浆岩中主要的原生结构面。
岩浆岩内也存在原生节理。
原生节理一般产生于岩浆岩成岩的最后阶段。
依据原生节理与流面的关系，可将岩浆岩中的原生节理划分为层节理、横节理和纵节理三类。
其中层节理又称为L节理，平行于流面方向，常较平滑，可有一些岩脉或矿脉充填；横节理又称为Q节理，与流线方向垂直，常直而长，节理面粗糙，多被岩脉或矿脉充填；纵节理又称为S节理，平行于流线，一般没有岩脉或矿脉充填。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一. 结构面的基本参数
¾ 起伏度 较大一级的起伏程度，如波 浪、锯齿、台阶等。
¾ 粗糙度 较小一级的凹凸不平的程度。 5. 面壁强度
结构面表面的抗压强度， 反映结构面表面的风化特征。
节理面的起伏度与粗糙度
1
一. 结构面的基本参数
第四章 岩体的基本力学性能
绿片岩
大理岩
结构面直剪试验
变质前的原岩可能为钙质白云质泥灰岩
第一节 岩体结构面的分析
一. 结构面的基本参数 1. 产状
表示结构面空间位置的参数，走向、倾 向和倾角。 2. 间距 同组结构面之间的距离，通常用平均值 表示。
一. 结构面的基本参数
3. 延展性 结构面在岩石露头上的延伸长度。
两组节理的裂隙度计算
三岩体破碎程度分类
按K的大小，可将节理分成：
疏节理
0~1
密节理
1~10
非常密节理 10~100
压碎或糜棱化带 100~1000
三. 岩体破碎程度分类
2. 切割度Xe
假设有一平直断面，与
岩体中的节理面重合，且完
全横贯所考虑的岩体。该平
直断面面积为A，第i个节理 面的面积为ai，则切割度
二. 结构面的分类
3. 按力学观点分类 (1)破坏面：缓慢的地质作用下形成 (2)破坏带：快速的地质作用下形成 (3)过渡类型：具有破坏面与破坏带的力 学特点
二. 结构面的分类
按 破力 坏学 带观 分点 类的
破 坏 面 和
P.65图4-2
2
三 . 岩体破碎程度分类
1. 裂隙度K
沿着取样线方向，单位长度上节理的数量。
0岩
0.2
似均
体
0.4 质性
0.6 弱节理化
0.8
完全节理化 1.0
Xe
强度
节理化
降
强节理化
低
完全节理化
四. 结构面的调查技术及其分布规律
1.结构面现场调查 1)取样线法（详细线
法） 2)平面调查法 (1)常规调查法
四. 结构面的调查技术及其分布规律
(2)调查窗法 主要测量在规定的范围内结构面的长度、 半迹线长度、产状等。
二. 结构面的分类
(2)构造结构面 断裂面 破碎带
(3)次生结构面 风化裂隙 泥化夹层
二. 结构面的分类
2. 按延展性分类 绝对分类：结构面的规模大小分类 细小结构面 延展长度<1m 中等结构面 延展长度1~10m 巨大结构面 延展长度>10m 相对分类：相对工程结构类型和大小 细小 中等 大型 (P.64表4-1)
三 . 岩体破碎程度分类
3. 岩体破碎程度分类
按K和Xe，将岩体破碎程度分成5种： 似均质性 弱节理化 节理化 强节理化 完全节理化
3
三. 岩体破碎程度分类
节理化程度
节理岩体
压碎或
疏节理
密节理
非常密 糜棱岩 集节理 体
0
1
10
100 1000 ( ) K m−1
完整的 弱节理化 节理化 强节理化
K=n l
n －沿l长度内节理的数量
l
沿着取样线,节理的平均间距
d= 1 =l Kn
三 . 岩体破碎程度分类
当岩体上有几组节理时， 取样线上裂隙度K为各组 节理的裂隙度之和
K = Ka + Kb + ⋅⋅⋅+ Kn
= cosξa + cosξb + ⋅⋅⋅ + cosξn
da
db
dn
dn－第n组节理垂直间距
Design for Office XP
[c] All rights reserved About…
第四章 岩体的基本力学性能
第一节 岩体结构面的分析 第二节 结构面的变形特性 第三节 结构面的力学效应 第四节 碎块岩体的破坏 第五节 岩体的应力—应变分析 第六节 岩体力学性能的现场测试
6. 充填物及张开度 结构面两个相对面之间的分开宽度以及 充填物质的性质。
7. 水的作用 包括地下水的流量、水压力、渗透特性。
8. 岩块的尺寸及结构面的组数 反映结构面发育程度的参数。
二. 结构面的分类
1. 按成因分类 (1)原生结构面 沉积结构面：层面、 层理、夹层等 火成结构面：原生节 理、流纹面 变质结构面：片理
调查数据的修正 方向性修正 连续性修正
四. 结构面的调查技术及其分布规律
2. 结构面分布规律 1)分析方法简介 (1)节理玫瑰花图(走向、倾向、倾角） (2)史密斯特等密图（最具代表性的结构
面） (3)概率统计分析（方向性、连续性、张
开度、充填物、粗糙度、搭接状态）
4
n
∑ ai
Xe
=
i =1
A
结构面的二向分布
三 . 岩体破碎程度分类
当Xe=1时，表明沿该断面岩体完全被节理切 割；当Xe=0时，表明沿该断面岩体是完整连续
的。
根据Xe的大小，可把岩体分为
完整的
0.1~0.2
弱节理化 0.2~0.4
中等节理化 0.4~0.6
强节理化 0.6~0.8
完全节理化 0.8~1.0