岩石力学第三章精讲

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(a)非贯通性的; (b)半贯通性的; (c) 贯通性的。
结构面的延展性 可用切割度Xe来 表示,它说明 结构面在岩体中 2015/10/30 分离的程度。
岩体内结构面贯通性类型
切割度Xe
假设有一平直的断面,它与考虑的结构面重叠而且完全地横贯所 考虑的岩体,令其面积为A,则结构面的面积a与它之间的比率, 即为切割度: Xe= a / A (3-1)
表面剥蚀,人工开挖
引起重力和构造应力的释放或调整,使得岩体向自由空间膨胀而产生的平行于地表面 的张裂隙。 其产状与临空面近于平行,具张性特征。如在河谷斜坡上见到的顺坡向裂隙及谷底的 近水平裂隙等,其发育深度一般达基岩以下5~10m,局部可达十余米,受断层影响 大的部位则更深,对边坡危害很大。
特征:无序、不平整、不连续
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几个概念
节理:岩体沿断裂面没有明显位移或仅有微量位移的断裂构 造称为节理。
断层:岩体沿破裂面两侧发生了明显位移或较大错动的断裂 结构称为断层。 层理构造:层理是沉积岩在形成过程中,由于沉积环境的改 变所引起沉积物质的成分、颗粒大小、形状或颜色沿垂直方 向发生变化而显示出成层的现象。 层:连续不断沉积形成的单元岩层简称为层。 层面:相邻两个层之间的界面称为层面。
描述结构面形态的两个指标
研究结构面的形态,主要是 研究其凹凸度与强度的关系。 根据规模大小,可将凹凸度 分为两级:
●第一级凹凸度称为起伏度; ●第二级凹凸度称为粗糙度。
结构面的凹凸度 a—起伏度与粗糙度;b—起伏度的几何要素; β—结构面的平均倾角;i—结构面的起伏角
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起伏度 第一级的凸出部分可能被剪断或不被剪断,这两种情况 均增大了结构面的抗剪强度。
切割度一般以百分数表示。
切割度也可以说明岩体连续性的好坏:
●Xe愈小,则岩体连续性愈好; ●反之,则愈差。
岩体中经常出现成组的平行结构面,同一切割面上出现的结构面 面积为a1,a2,…,则 Xe= (a1+a2+…)/ A = Σai / A (3-2)
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岩体按切割度分类
按切割度Xe值的大小可将岩体分类。
第三章
岩体力学性质
变质结构面:片理、片岩夹层
在较广阔的空间中的动热变质作用
片理面一般呈波状、短小、分布密集,延展范围可能
很大 (2)构造结构面——岩体受地壳运动作用形成的结构面 包括:断层;节理;劈理;由层间错动而引起的破碎层
断层(Fault):位移显著的构造结构面
张性(正)、压性(逆)、剪性(平移)
充填物的厚度,对结构面的力学性质有明显的影响,可分为如下 四类:
●薄膜充填:它是结构面侧壁附着一层2mm以下的薄膜,由风化 矿物和应力
矿物等组成。
▲如粘土矿物、绿泥石、绿帘石、蛇纹石、滑石等。
▲由于充填矿物性质不良,虽然很薄,也明显地降低结构面的强度。
●断续充填:它是充填物在结构面里不连续,且厚度大多小于 结构面的
劈理示意图
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(3)次生结构面——岩体在外营力( 卸荷、风化、地下水
等)作用下形成的结构面
风化裂隙
作用于原有结构面
形成新裂隙
一般仅限于地表风化带内,常沿原生结构面及构造结构面发育,使其性质进一步恶化。 新生成的风化裂隙,延伸短,方向紊乱,连续性差,降低了岩体的强度和变形模量。
卸荷裂隙
对结构面来讲,一般可分为极粗糙、粗糙、一般、光滑、镜面 五个等级:
●沉积间断面、张性和张剪性的构造结构面和次生结构面等属于极粗糙和
粗糙;
●一般层面、冷凝原生节理、一般片理等可属于第三种;
●绢云母片状集合体所造成的片理、板理、一般压性、剪性、压剪性构造
结构面均属光滑一类;
●而许多压性、压剪性、剪性构造结构面,由于剧烈的剪切滑移运动,往往
▲这些次生作用是指风化作用和地下水作用。 ▲风化作用参与形成风化夹层; ▲地下水作用形成泥化夹层。
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3.1.2
结构面的自然特征
(一)充填胶结特征
结构面的充填胶结可以分为无充填和有充填两类。 无充填结构面
●它们处于闭合状态,岩块之间接合较为紧密。 ●结构面的强度与结构面两侧岩石的力学性质和结构面的形态及粗糙度有关。
有充填结构面
●根据充填物的成分,分两种情况:
▲若硅质、铁质、钙质以及部分岩脉充填胶结结构面,其强度经常不低于岩体的
强度,这种结构面就不属于弱面的范围。
▲结构面的胶结充填物使结构面的强度低于岩体的强度的情况。 ▲我们关心和讨论的是第二种情况。
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影响有充填结构面的因素 充填物的成分对力学性质的影响:
本身的塑性破坏。
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(二)结构面的形态特征
结构面在三维空间展布的几何属性称结构面的形态,是地质营力 作用下地质体发生变形和破坏遗留下来的 产物。
结构面的几何形态,可归纳为下列 四种:
(1)平直型; (2)波浪型; (3)锯齿型; (4)台阶型。
a—平直型;b—波浪型;c—锯齿型; d—台阶型
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花岗岩节理
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柱状节理台
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劈理(cleavage)是一种由潜在分裂面将岩石按一定方 向分割成平行密集的薄片或薄板的次生面状构造。
它发育在强烈变形轻度变质的岩石里,具有明显的各向异性特征,发育状 况往往与岩石中所含片状矿物的数量、岩石粒度及其定向的程度有密切关 系。
第三章
岩体力学性质
重点内容(作业):
1、什么是结构面?按成因分,结构面分为哪几类? 2、原生结构面和构造结构面通常有哪些,各有什么特点? 3、什么叫裂隙度?如何计算? 4、什么叫切割度?如何计算岩体的切割度? 5、简述结构面的自然特征。 6、影响结构面力学性质的因素有哪些?各是如何影响的?
概 述
第二章中我们介绍了岩石的物理力学特性。但在自然界中,由于地 质营力的作用,很少有完整的岩石存在,而是以岩体的形式存在。
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结构面的几何形态
平直型:
●它的变形、破坏取决于结构面上的粗糙度、充填物质成分、侧壁岩体风化的
程度等。 ●包括一般层面、片理、原生节理及剪切破裂面等。
波浪型:
●它的变形、破坏取决于起伏角、起伏幅度、岩石力学性质、充填情况等。 ●包括波状的层理,轻度揉曲的片理、沿走向和倾向方向上均呈缓波状的压性、压剪
●以粘土充填,特别是充填物中含不良矿物,如蒙脱石、
高岭石、绿泥石、绢云母、蛇纹石、滑石等较多时, 其力学性质最差; ●含非润滑性质矿物如石英和方解石时,其力学性质较好。
充填物的粒度成分对结构面的强度也有影响:
●粗颗粒含量愈高,力学性能愈好; ●细颗粒愈多,则力学性能愈差。
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有充填结构面的分类
起伏差。
▲其力学强度取决于充填物的物质组成、结构面的形态及侧壁岩石的力学性质。
●连续充填:它是充填物在结构面里连续,厚度稍大于结构面的起伏差。
▲其力学强度取决于充填物的物质组成及侧壁岩石的力学性质。
●厚层充填:它的特点是充填物厚度大,一般可达数十厘米至数米,形成了
一个软弱带。
▲它在岩体失稳的事例中,有时表现为岩体沿接触面的滑移,有时则表现为软弱带
▲其交线称为走向线。
●倾向:垂直于走向线沿结构面向下所引的最大倾斜线
在水平面上的投影所指的方向,称为倾向。
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结构面的延展性
结构面的延展性是指结构面在某一方向上的连续性或结构面 连续段长短的程度。
●由于结构面的长短是相对于岩体尺寸而言的,因而它与岩体尺寸有密切关系。
按结构面的延展特性,可分为三种型式:(如图)
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第三章
岩体力学性质
§3-1 §3-1-1 结构面
结构面和结构体
不连续面(开裂或σt 很小的结构面) 软弱结构面(软弱夹层等) 1、结构面的分类 按照成因不同,分为:
(1)原生结构面——成岩过程中形成的结构面
岩浆结构面:侵入及冷凝过程中形成 沉积结构面:沉积过程中形成的物质分界面
可以造成光滑的镜面,这种状况,则属于最后一种。
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(三)结构面的空间分布
结构面的空间分布包括四个方面: (1)结构面的产状(即方位)及其变化; (2)结构面的延展性; (3)结构面密集的程度; (4)结构面空间组合关系。
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结构面的产状
结构面的产状用走向和倾向来表示: ●走向:结构面与水平面相交线的方向称为走向。
性结构面等。
锯齿型:
●它的变形、破坏取决于的条件基本与波浪型相同。 ●它包括张性、张剪性结构面,具有交错层理和龟裂纹的层面及裂隙面发育的次生
结构面和沉积间断面等。
台阶型 :
●这类结构面的起伏角为90°,多数是因层间错动后经断层而成。 ●它的变形、破坏取决于岩石的力学性质等。
●它包括地堑、地垒式构造等。 2015/10/30
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软弱夹层 软弱夹层是结构面的一种(其它两种是物质分界面 和断裂面)。
软弱夹层:指在坚硬岩层中夹有力学强度低、泥质 或炭质含量高、遇水易软化、延伸较长和厚度较薄的 软弱岩层。 软弱夹层在数量上虽然只占岩体中很小的比例,但 却是岩体中的薄弱部位,常常是工程中的隐患,应特 别注意。
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变质结构面:区域变质作用过程中形成
第三章
岩体力学性质
岩浆结构面:
岩浆与围岩接触面 不同期岩浆接触面
软弱面(挤压破碎带)
冷凝原生节理 流纹、流层的层面
沉积结构面:
层面
软弱夹层 沉wenku.baidu.com间断面(不整合、假整合)
特点:产状与岩层一致(不整合除外)
空间延续性强 层面及软弱夹层较平整
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结构面密度
结构面的密度,是指岩体中结构面发育的程度。
它可以用结构面的裂隙度、间距或体密度表示。 ●裂隙度也称为结构面的线密度。
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结构面的线密度K(裂隙度)
指同一组结构面沿着法线方向单位长度上结构 面的数目。 如以l代表在法线上量测的长度,n为l长度内出 现的结构面的数目,则: K=n / l (3-3)
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软弱夹层的类型 从成因上,软弱夹层也可划分为三种类型:
●原生软弱夹层:是指在成岩过程中形成的软弱夹层。 ●构造软弱夹层:主要是沿原有的弱面或软弱夹层经构造错动而
形成的,也有的沿断裂面错动或再次错动而成,如断层破碎带 等。 ●次生软弱夹层:是沿着薄层状岩石、岩体间接触面或原有 软弱面或软弱夹层,由次生作用参与形成的软弱夹层。
岩体:岩石与结构面的组合体称为岩体。
结构面:岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界 面。它包括物质的分界面和不连续面。
国际著名岩石力学学家缪勒指出:岩体的强度主要取决于岩块之间 的软弱结构面;岩体的变形,有90%~95%是产生于节理,而不是岩 块本身;而且在有地下水活动的场合,水的压力作用可以改变岩体的 强度和变形性质。 由此可见,岩体的力学特性与岩石相比,不仅大不相同,而且远为 复杂。
●增大状况与起伏角和岩石性质有关。 ●起伏角(
i )愈大,结构面的抗剪强度也愈大。
另外,起伏角的大小也可以表示出前述结构面的三种 几何形态:
i=0°时,结构面为平直型的; ● i=10°~20°时,结构面为波浪型; ● i更大时,结构面变为锯齿型。

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粗糙度
第二级凹凸度即粗糙度,反映面上普遍微量的凹凸不平状态。
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张性断层:压张断裂,正断层。
特点:粗糙不平,宽窄不一,往往有张裂带
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压性断层:逆断层、逆掩断层
特点:舒缓波状,有逆冲擦痕,片状矿物
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剪切断层:平移断层,正断层
特点:产状稳定,断面光滑,有擦痕,存在角砾
岩或糜棱岩
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特大断层——东非大裂谷
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第三章
岩体力学性质
节理(joint):指岩石裂开而裂面两侧无明显相对 位移者(与有明显位移的断层相对)。 包括:张节理,剪节理,层面节理
张节理:张应力作用形成
裂隙宽度大,延伸短,尖灭快,粗糙,分布不均 剪节理:剪应力作用形成
裂隙闭合,方位稳定,平直,延伸较远,有擦痕 层面节理:沿岩层层面破裂形成,发育可形成张节理 和剪节理
当岩体上有几组结构面时,测线上的线密度为 各组线密度之和,即: K=Ka+Kb+… (3-4)
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线密度的测量方法
实际测定结构面的线密度时,测线的长度可在20~50m之间。
●如果测线不可能沿结构面法线方向布置时,应使测线水平,并与结构面
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