第5章 岩体的工程地质特性
岩体的工程地质特性
影响岩体稳定的因素有 地形地貌条件 岩性 地质构造 岩体的结构特征 地应力 地下水 建筑物的规模、类型和施工方法等
在多数情况下岩体结构特征可成为控制性因素。
第一节 岩体的结构特征 一、结构面的成因类型 根据成因，结构面分为原生的和次生的两大类。 （一）原生结构面 原生结构面是在岩石成岩过程中形成的，分为以
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图5-7 不同应力条件下岩体的蠕变曲线
第三节 岩体的天然应力状态
岩体在天然状态下所存在的内在应力称为天然应力或初始应 力，在地质学中，通常又称它为地应力。
一、天然应力的组成图
自重应力 构造应力 变异应力（特殊情况下考虑）
1．自重应力
假定岩体为均匀连续介质基础上计算岩ห้องสมุดไป่ตู้的自重应力
重力场在岩体内任一点上形成相当于上覆岩层重量的垂直应
二、结构面的特征
一般从方位、间距、延续性、粗糙度、侧壁强度、 张开度、充填物、渗流、节理组数、块体大小十 个方面进行研究。
（1）方位：即结构面的产状，表示方法与岩层 产状相同。
（2）间距：指一组结构面的平均间距。 （3）延续性：它是表征结构面延伸长度和展布 范围的指标。
（4）粗糙度：结构面的粗糙程度可用粗糙系数 （JRC）表示。
（5）结构面侧壁强度：它可以反映结构面经受风化的 程度，可用施密特回弹仪或点荷载仪测定结构面侧 壁的强度。
（6）张开度：指结构面两壁间的垂直距离。 我国通常将张开度分成下述四级：
闭合的小于0.2mm； 微张的为0.2～1.0mm； 张开的为1.0～5.0mm； 宽张的大于5.0mm。 （7）充填物：常见的充填物有砂、粘土、角砾、岩屑 及硅质、钙质、石膏质沉淀物。 （8）渗流：
（9）节理组数： （10）块体大小与形状： 软弱夹层是指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥质
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。
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第一章项目管理第一节工程项目建设管理综述1一、工程基本建设程序二、项目立项审批制度三、建设阶段管理制度2（一）项目法人责任制（二）招标投标制（三）工程监理制（一）建设工程招标的范围（二）建设工程招标方式（三）建设工程招标程序（四）建设工程招标文件的内容三、建设工程投标管理13（一）建设工程投标程序（二）建设工程投标报价的依据（三）建设工程编制投标文件的方法和步骤第四节工程建设监理14一、工程建设监理的概念二、工程建设监理的基本职责与权力15三、工程建设监理的工作程序、方法和制度四、工程建设监理活动的基本准则16（一）守法（二）诚信（三）公平（四）科学五、工程建设监理的依据第五节工程建设项目管理17一、建设项目法人责任制（一）项目法人第一节工程水文一、基本资料内容及复核（一）基本资料内容（二）基本资料复核二、水文要素经验频率及统计参数30（一）经验频率（二）频率曲线的线性及统计参数三、径流分析计算31（一）径流分析计算内容（二）径流还原（三）径流资料的插补延长（四）径流系列代表性分析（五）径流计算四、设计洪水计算33（一）设计洪水计算的内容（二）洪水、暴雨系列（三）历史洪水和暴雨的调查与考证（四）经验频率、统计参数及设计值（五）设计洪水过程线（六）成果合理性检查五、水位流量关系拟定36（一）基本方法求二、土的主要物理水理性质49三、图的主要力学性质及指标50第二节岩体工程地质特性一、岩石的工程地质特性（一）岩石分类（二）岩石的主要物理、水理性质及指标（三）岩石的主要力学性质及指标二、岩体的工程地质特性54（一）岩体结构及分类（二）岩体质量与RQD（三）岩体完整性及分类（四）岩体风华及分带（五）软弱夹层的工程地质特性（六）岩（土）体的渗透性及分级第三节特殊岩体的工程地质特性58一、喀斯特（一）基本概念（二）喀斯特发育的基本条件（三）喀斯特的发育规律（四）喀斯特类型二、湿陷性黄土60（一）基本概念（一）主要术语（二）地震安全性评价的工作内容（三）水利水电工程对地震危险性分析工作的规定三、中国地震动参数区划图67四、活断层68（一）活断层的定义（二）活断层研究方法（三）活断层的判别第五节水库工程地质70一、水库区工程地质勘察（一）规划阶段（二）可行性研究阶段（三）初步设计阶段二、水库蓄水后的主要工程地质问题71（一）水库渗漏（二）水库浸没（三）水库塌岸三、水库诱发地震74（一）水库诱发地震的特征（二）水库诱发地震的成因类型（三）水库诱发地震的工程地质条件分析（一）砂砾料（二）土料（三）人工骨料（四）碎（砾）石类土料三、各类天然建筑材料勘察要求92（一）料场场地分类（二）勘探布置第四章工程任务与规模94第一节防洪治涝一、防洪工程系统及允许泄量（一）防洪工程系统的组成（二）防洪标准（三）防洪控制断面允许泄量（四）防洪工程系统联合运用二、防洪工程的水利计算97（一）堤防（二）水库（三）分洪工程三、治涝工程系统101（一）治涝工程系统组成（二）治涝标准（三）治涝规划设计的一般原则（三）水轮机额定水头选择六、抽水蓄能电站的工作原理118（一）抽水蓄能电站的工作原理（二）抽水蓄能电站的类型（三）调峰容量平衡计算（四）装机容量选择第三节水资源配置及供水工程120一、供水量、用水量调查统计（一）供水量调查统计的分类（二）供水量调查统计的要求（三）用水量调查统计的分类（四）用水量调查统计的要求二、供水水源和水资源配置122（一）设计标准（二）供水水源（三）水资源供需分析和配置三、城镇供水工程123（一）城镇需水量预测（二）城镇供水四、调水工程125（一）调水工程必要性论证原则（二）调水工程调水量的确定（三）分汊型河段的整治（四）游荡型河段的整治（五）浅滩的整治第六节综合利用水库142一、综合利用水库基本概念（一）综合利用任务和顺序的确定（二）综合利用水库特征水位与特征库容二、综合利用水库防洪与兴利的结合146（一）综合利用水库防洪兴利结合的形式（二）防洪与兴利库容结合形式的适用条件三、水库调节计算和调度图148（一）水库的调节性能（二）兴利调节计算（三）水库调度图四、水库回水计算149（一）计算目的（二）计算方法（三）水库回水曲线计算（四）回水推算成果合理性分析第五章工程总体设计153第一节工程等级划分及标准154163（三）引水建筑物（四）输（排）水渠系及交叉建筑物（五）发电厂房（泵房）及开关站（变电站）（六）通航、过木及过鱼建筑物（七）堤防及河道整治建筑物三、工程总布置应考虑的主要因素164（一）枢纽布置设计的一般原则（二）枢纽布置方案选择考虑的主要因素第六章水工建筑物167第一节土石坝一、土石坝筑坝材料选择与填筑标准（一）土石坝的筑坝材料选择（二）土石坝各种筑坝材料的填筑标准（三）面板堆石坝各种筑坝材料的选择标准二、碾压土石坝坝体结构设计169（一）坝体材料分区（二）坝体坝坡的选择（三）坝体防渗体的选择（四）反滤层与过渡层设计三、碾压土石坝坝体排水及构造设计171一、（一）基础处理原则及一般规定（二）基础处理主要方法第三节拱坝188一、拱坝布置、设计基本要求及安全标准（一）拱坝布置（二）拱坝设计基本要求（三）拱坝设计安全标准二、拱坝坝体结构及构造设计192（一）坝顶布置（二）横缝、纵缝与接缝灌浆（三）坝内廊道及交通（四）坝体止水和排水（五）坝体混凝土及分区设计（六）工作稳定分析三、拱坝坝身泄水建筑物型式193四、拱坝消能防冲结构设计194五、拱坝基础处理原则和主要方法195（一）基础处理原则及一般规定（二）基础处理主要方法第四节水工隧洞198一、水工隧洞洞线选择与进、出口布置（一）水工隧洞设计原则（二）闸室布置二、水闸防渗排水、消能防冲及两岸连接布置与设计208（一）防渗排水布置（二）消能防冲布置（三）两岸连接布置第七节堤防210一、堤线布置及堤型选择（一）堤线布置（二）河堤堤距的确定（三）堤型选择二、堤身设计211（一）一般规定（二）筑堤材料与土堤填筑标准（三）堤顶高程（四）土堤堤顶结构（五）护坡三、堤基处理213（一）一般规定（二）软弱堤基处理四、堤岸防护213（一）一般规定二、水电站进水建筑物布置及设计224（一）进水口类型（二）进水口布置（三）开敞式进水口布置及孔口尺寸拟定（四）深孔式进水口高程选择及尺寸拟定三、水电站压力管道布置及设计226（一）压力管道的功能和类型及其材料要求（二）压力管道的布置（三）压力管道水利计算（四）压力管道结构分析（五）岔管（六）压力管道构造要求第十节水工金属结构229一、闸门的分类（一）闸门按工作性质分类（二）闸门按结构形式和动作特征分类二、闸门的布置、选型230（一）闸门布置的一般要求（二）闸门选型的一般原则（三）表孔溢洪道闸门的布置于选型（四）深孔泄水孔闸门的布置与选型（一）截流方式（二）截流方式的选择（三）截流设计的原则六、基坑排水240（一）初期排水（二）经常性排水第二节主体工程施工方法240一、主体工程施工概要二、土石方明挖240（一）岩石开挖级别（二）坝基开挖顺序与开挖方法（三）高边坡开挖原则（四）出渣道路布置原则三、地基处理241（一）基岩灌浆（二）防渗墙施工四、碾压式土石坝施工242（一）料场规划原则（二）坝料上坝运输（三）坝料填筑五、混凝土施工243（一）混凝土施工方案选择原则（四）移民工作的主要步骤三、征地移民所依据的政策法规体系250（一）法律（二）行政法规（三）规程规范（四）地方性法规及规章第二节移民前期工程程序251一、移民安置规划设计概述二、水利工程移民前期工作主要内容和工作深度252（一）项目建议书阶段（二）可行性研究报告阶段（三）初步设计阶段三、水电工程移民前期工程主要内容和工作深度254（一）预可行性研究报告阶段（二）可行性研究报告阶段四、移民安置规划编制的程序254第三节建设征地范围255一、工程征地范围五、城镇、集镇部分调查内容269（一）基本情况调查（二）用地调查（三）人口调查（四）房屋和附属设施调查（五）机关事业单位调查（六）企业调查（七）基础设施调查（八）其他调查六、专业项目（含企业）调查内容270（一）企业调查（二）交通运输设施调查（三）水利水电设施调查（四）电力设施调查（五）电信设施调查（六）广播电视设施调查（七）水文（气象）站调查（八）文物古迹调查（九）矿产资源调查（十）其他调查七、实物调查方法273（一）农村实物调查方法（四）建设用地规模（五）基础设施二、工业企业处理规划282三、专业项目处理规划283第七节水库库底清理与防护工程283 一、水库库底清理范围和对象（一）清理范围和对象（二）清理调查二、水库库底清理284（一）建筑物拆除与清理（二）卫生清理（三）林木清理（四）特殊清理三、防护工程设计285第八节征地移民补偿投资（费用）概（估）算286一、有关专业术语二、概（估）算编制原则和依据286（一）概（估）算编制原则（二）概（估）算编制依据三、补偿投资（费用）概（估）算项目划分及费用构成287（十一）地面径流与水损失（十二）水土流失防治责任范围、项目建设区和直接影响区（十三）水土流失治理度和植被覆盖率二、我国土壤侵蚀类型及分区295（一）土壤侵蚀类型和形式（二）土壤侵蚀影响因素（三）我国土壤侵蚀类型分区三、我国土壤侵蚀强度分级297（一）水力侵蚀强度分级（二）重力侵蚀强度分级（三）风蚀强度分级标准第二节法律法规技术标准及前期工作299 一、法律法规技术标准（一）法律法规体系（二）水土保持技术标准二、水土保持生态建设前期工作302（一）前期工作程序（二）各阶段的内容与深度要求三、建设项目水土保持前期工作302（一）前期工作程序（二）各阶段主要内容和设计深度三、耕作措施315四、风沙治理措施316第五节建设项目水土保持设计316一、建设项目水土保持措施类型和作业（一）预防管理措施（二）治理措施二、建设项目水土保持设计要求和内容317（一）编制原则（二）防治目标（三）主体工程水土保持分析与评价（四）水土流失调查与预测（五）防治责任范围及分区（六）防治措施布局三、建设项目水土保持分区防治措施设计319 第六节水土保持投资概（估）算及效益321 一、水土保持工程概（估）算编制（一）编制依据（二）水土保持生态建设工程概（估）算编制规定（三）开发建设项目水土保持工程概（估）算编制规定（四）开发建设项目水土保持工程概（估）（估）（二）工业用水区（三）农业用水区（四）渔业用水区（五）景观娱乐用水区（六）过渡区（七）排污控制区第二节水功能区纳污能力及污染物入河量控制333一、基本概念（一）水环境容量（二）水功能区纳污能力（三）污染物入河控制量（四）排污削减量二、水功能区污染物入河量控制方案与排污削减量333三、入河排污口整治334（一）基本要求（二）入河排污口布局（三）入河排污口整治方案四、面源控制334（一）面源污染物调查与估算（二）面源控制措施一、一、一、评价工作等级划分二、基本要求三、调查范围四、调查方法五、调查内容344六、环境现状评价344七、环境质量标准345第二节环境影响识别和预测评价345一、环境影响识别（一）工程分析（二）环境影响识别与筛选二、环境影响预测评价346（一）预测评价的原则（二）预测评价内容和要求第三节环境保护对策措施351一、基本要求二、环境保护措施351（一）水环境保护（二）大气污染防治（三）环境噪声控制（四）施工固体废物处理（五）生态保护二、评价指标及评价准则363（一）经济内部效益率（EIRR）（二）经济净现值（ENPV）第三节财务评价365一、财务评价的概念及水利水电项目财务评价的特点（一）财务评价的一般概念（二）水利项目财务评价的特点二、财务评价中的费用组成和综合利用工程费用分摊366（一）费用构成及其估算方法（二）综合利用水利建设项目费用分摊三、财务评价中成本费用估算369（一）总成本费用的构成（二）年运行费估算（三）固定成本与可变成本估算四、销售收入估算370五、财务评价指标及评价准则370（一）财务生存能力分析（二）偿债能力分析（三）盈利能力分析（四）不确定性分析。
工程地质知识点
1、名词：工程地质学：是研究与工程建设有关的地质问题的一门学科。
地质环境：为人类生存与活动进程中地壳表层的地形、地貌、岩土、水、地层构造、矿产资源、地壳稳定性等自然因素的总称。
工程地质条件：是与工程建筑有关的地质条件的总称。
工程地质问题：是指工程地质条件不能满足工程建筑上稳定和安全的要求时，工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾。
2、工程地质条件的六大要素是：地层岩性、地质结构与构造、水文地质条件、地表地质作用、地形地貌、天然建筑材料。
3、就土木工程而言，主要的工程地质问题包括：地基稳定性问题、斜坡稳定性问题、洞室稳定性问题和区域稳定性问题。
4、工程地质学的主要任务是：（1）评价工程地质条件，阐明地上和地下建筑工程兴建和运行的有利和不利因素，选定建筑场地和适宜的建筑形式，保证规划、设计、施工、使用、维修顺利进行。
（2）从地质条件与工程建筑相互作用的角度出发，论证和预测发生工程地质问题的可能性、发生的规模和发展趋势。
（3）提出及建议改善、防治或利用有关工程地质条件的措施，加固岩土体和防治地下水的方案。
（4）研究岩体、土体分类和分区及区域性特点。
（5）研究人类工程活动与地质环境之间的相互作用与影响。
一、地球概况1、概念：地壳运动：主要是由于地球内力作用所引起的地壳的机械运动。
2、地壳六大板块：亚欧板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、印度洋板块、南极洲板块。
3、地壳运动的特征：方向性、普遍性和长期性、运动速度不均一性。
二、矿物与岩石1、概念：矿物:是自然界中的化学元素在一定的物理化学条件下生成的天然物质，具有一定的化学成分和物理性质。
造岩矿物: 组成岩石的主要矿物。
矿物硬度:矿物抵抗外力刻划、压入、研磨的能力。
岩石:是天然生成的，具有一定的结构和构造的矿物集合体。
岩浆岩：由岩浆冷凝、固结所成的岩石，又称火成岩。
沉积岩:是在地表和地表下不太深的地方，由松散堆积物在常温常压的条件下，经过压固、脱水和重结晶作用而形成的岩石。
岩土力学总复习
岩土力学总复习内容与要求第一部分土体力学绪论第1章土体中的应力第2章地基变形计算第3章土压力理论第4章土的抗剪强度与地基承载力第5章土坡稳定性分析第二部分岩体力学绪论第1章岩块、结构面、岩体的地质特性简介第2章岩石(块)的物理、水理与热学性质第3章岩块(石)的变形与强度第4章结构面的变形与强度第5章岩体的力学性质第6章岩体中的天然应力第7章地下洞室围岩稳定性分析第8章岩体边坡稳定性分析符号说明：◆掌握(含记住)▲理解△了解第一部分土体力学绪论◆土力学的研究对象、研究内容、研究任务及土体的工程特性(与一般连续体相比)▲土体在工程建筑中的三种用途第1章土体中的应力§1.1 概述▲地基附加应力σz是引起地基变形破坏的根源§1.2 土体的自重应力(σcz)◆σcz的概念◆σcz的计算方法(含有地下水与不透水层的情况)§1.3 基底压力(p)与基底附加压力(p 0)◆p 、p 0的概念◆影响p 的因素有哪些？◆计算、的已知斜向偏心荷载竖向偏心荷载竖向中心荷载0p p e ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫，P13式1-14要求记住。
§1.4 地基中的附加应力(σz )◆布氏解的假设前提及其适用范围◆局部荷载下σz 的影响因素◆矩形基础在⎪⎩⎪⎨⎧竖向梯形荷载竖向三角形荷载竖向均布荷载下σz 的计算其中注意B 边的取法与角点法、等效均布荷载法的应用◆条基均布荷载与三角形荷载下σz 的计算◆圆形基础均布荷载与三角形荷载下σz 的计算(前者r 范围，后者基底投影内)说明：σz 计算中，地基附加应力系数可查表！若遇到，会给出表。
◆非均质地基中的附加应力集中现象与附加应力扩散现象及其概念第2章 地基变形计算§2.1 概述◆地基变形按成因的分类◆地基变形按计算原理的主要方法§2.2 分层总与法(应力比法)◆计算原理与主要计算步骤▲具体计算方法§2.3 规范法◆计算原理与计算步骤▲具体计算方法▲平均附加应力系数的含义△规范法的优点§2.4 相邻荷载对地基变形的影响▲采用分区后叠加法§2.5 e-lg σ法(考虑应力历史法)◆正常固结土、超固结土、欠固结土变形计算中的压缩、再压缩与压缩指数(Cc)、回弹指数(Ce)的应用(公式不需死记)§2.6 弹性力学公式法(三向变形效应法)△一般了解§2.7 饱与粘性土的渗透固结▲渗透固结的影响因素及研究意义▲一维渗透固结理论的基本假设△固结方程的推导过程◆固结度的概念及其应用、固结层厚度(H)的取法第3章土压力理论§3.1 挡土墙上的土压力◆土压力的概念及其影响因素◆土压力的类型p0、p a、p p◆静止土压力的计算§3.2 朗肯土压力理论◆朗肯土压力理论的前提假设◆无粘性土、粘性土的主动土压力与被动土压力的计算方法◆填土分层、有地下水与表面有均布荷载情况下朗肯土压力的计算§3.3 库仑土压力理论◆基本假设◆无粘性土的库仑土压力计算原理△粘性土的库仑土压力计算原理◆坦墙的概念第4章土的抗剪强度与地基承载力§4.1 土的抗剪强度◆土的抗剪强度概念及剪切破坏本质与破坏条件△测定抗剪强度的常用方法◆掌握库仑公式的总应力法与有效应力法的表示方法◆莫尔-库仑强度理论的公式法与图解法◆直剪试验条件对实际排水条件的模拟△孔隙水压力系数A、B的确定方法◆应力路径的概念及正常固结土与超固结土应力路径的不同§4.2 (浅基础)地基承载力概述◆地基破坏的基本模式、阶段与界限荷载◆地基承载力与地基承载力特征值的概念§4.3 地基承载力的理论公式法◆临塑荷载公式法与临界荷载公式法的基本原理◆通过极限承载力通式分析地基承载力的组成及其影响因素§4.4 地基承载力的原位试验法与§4.5 地基承载力的经验法△一般了解第5章土坡稳定性分析§5.1 概述◆影响土坡稳定性的因素§5.2 无粘性土坡稳定性分析◆无粘性土坡稳定性分析方法§5.3 粘性土坡稳定性分析◆(瑞典)圆弧法的计算原理及确定滑弧圆心的技巧△毕肖普(圆弧)条分法的计算原理及设定圆心与分条的技巧◆掌握费伦纽斯法、毕肖普法与简化毕肖普法在计算原理上的区别△不平衡推力传递法与复合型滑面的土坡稳定性计算原理§5.4 土坡稳定性分析中的若干问题△一般了解第二部分岩体力学绪论◆岩体力学的研究对象与任务◆(工程)岩体的概念及其工程特性第1章岩块、结构面、岩体的地质特性简介§1.1 岩块的地质特性◆岩块及其结构的概念§1.2 结构面的地质特性◆结构面、软弱结构面与泥化夹层的概念▲结构面在岩体工程稳定性中的重要作用§1.3 岩体的地质特性◆岩体结构的概念及其分类方案§1.4 岩体的工程分类简介◆岩块的力学强度分类、RQD概念▲巴顿岩体质量(Q)分类中三项指标的含义第2章岩石(块)的物理、水理与热学性质§2.1 岩石的物理性质◆岩石空隙性中的n=n o+n c=(n a+ n b)+n c§2.2 岩石的水理性质◆岩石的吸水率、饱与吸水率、饱水系数、软化系数与抗冻系数的定义及其与空隙性指标的关系§2.3 岩石的热学性质(不作要求)第3章岩块(石)的变形与强度§3.1 概述△岩块力学属性的基本类型§3.2 岩石(块)的变形性质一、单轴压缩下的变形◆岩块的变形阶段、机理及特征指标◆动荷载、蠕变荷载、弹性滞后、应变强化、回滞环、岩石的“记忆”、疲劳破坏与疲劳强度等概念▲荷载条件对岩石变形的影响二、三轴压缩下的变形△一般了解三、岩石的蠕变性◆岩石的蠕变、流动、长期强度、极限长期强度的概念◆蠕变类型、蠕变阶段的划分▲M、K、Bu蠕变模型及其本构方程、本构曲线§3.3 岩石(块)的力学强度◆岩块单轴抗压强度(σc)概念及其影响因素◆岩块三轴抗压强度(σ1m)概念及其影响因素◆岩块单轴抗拉强度(σt)概念◆岩块抗剪强度(τf)概念及其按试验方法的分类§3.4 岩石(块)的破坏判据◆岩石破坏判据与强度理论的概念◆库仑—纳维尔判据与莫尔判据的基本原理◆格列菲斯判据与修正格列菲斯判据的本质及其区别第4章结构面的变形与强度§4.1 结构面的变形性◆结构面的法向刚度与剪切刚度的概念§4.2 结构面的力学强度(τf或c j、φj)△平直无充填结构面、粗糙起伏结构面、非贯通的断续结构面、具有软弱物充填的结构面4类结构面力学强度的主要特征第5章岩体的力学性质◆控制岩体力学性质的主要因素§5.1岩体的变形性质△岩体变形的主要试验△岩体变形参数(E m、E me)的静力载荷试验法的确定原理△岩体变形的组成、类型及其特征◆岩体变形结构效应的概念§5.2 岩体的强度性质◆岩体剪切强度的概念及其分类与主要影响因素◆岩体抗压强度的结构面产状效应：公式法与摩尔图解法▲约翰图解法第6章岩体中的天然应力§6.1 概述◆天然应力与重分布应力的概念▲研究岩体天然应力的意义§6.2 岩体中天然应力的分布特征△一般了解§6.3 岩体天然应力的量测▲量测原理§6.4 岩体中天然应力的估算不作要求第7章地下洞室围岩稳定性分析§7.1 概述◆围岩与围岩应力的概念§7.2 围岩应力的计算◆无压圆形洞室弹性围岩洞壁处应力计算及λ的影响◆无压圆形洞室弹性围岩λ=1.0时围岩应力计算及其分布规律△(其它洞形洞壁处的σθ计算一般了解)◆无压圆形洞室塑性围岩的应力分带及求塑性圈半径的修正芬纳-塔罗勃公式的应用◆掌握有压圆形洞室弹性围岩的应力计算§7.3 围岩的变形与破坏分析△围岩变形破坏的结构效应△弹性围岩与塑性围岩的位移计算▲围岩破坏区范围圈定的原理§7.4 围岩压力计算◆围岩压力的概念及其按形成机理的分类◆形变围岩压力、松动围岩压力、冲击围岩压力的概念◆形变围岩压力的修正芬纳-塔罗勃公式的应用◆岩爆的产生条件§7.5 围岩抗力与围岩极限承载力◆掌握围岩抗力、抗力系数、单位抗力系数与围岩极限承载力的概念第8章岩体边坡稳定性分析§8.1 概述△一般了解§8.2 岩体边坡的应力分布特征◆应力分布特征△影响因素§8.3 边坡岩体的变形与破坏分析简介(定性)▲掌握边坡岩体的变形类型与破坏类型△影响因素§8.4岩体边坡稳定性分析步骤△一般了解§8.5 平面滑动型岩体边坡稳定性计算(平面问题)◆考虑地下水与地震荷载的单滑面岩坡稳定性计算原理与方法▲同向双平面滑动稳定性计算原理(含滑体内有与无结构面的情况)§8.6 楔形体滑动型岩体边坡稳定性计算(空间问题)▲楔形体滑动的稳定性计算原理。
岩体力学第五章第五节 岩体的应力—应变分析
1.岩石和岩体应力－应变曲线差别
岩体
岩石
岩石和岩体的σ－ε曲线对比示意图 构面局部 剪切破坏。 双线性
弹—塑 性变形 非线性
出现2个 破坏点 多线性
二、岩体变形模量
1.由应力-应变曲线确定
确定方法
1 E eff E 11 .8 (d ) nh
注：实际工程中，E由室内岩块试验确定d 为节理 的间距，可由地质测绘确定; E eff 可由现场岩体 变形试验求出。故可由此式来求出 nh
3.“等价”模型求模量
设岩体内存在单独一组有规律的节理，可用 “等价”连续介质模型来代替这个不连续岩体
等价原理： 保证模型和原型中的总应力和位移
相等；但原型和模型中的变形不同 “等价”模型变形=岩块变形+节理法向变 形 既： 1 1 1
E E n E K n n E K n
E n 岩体的变形模量
E 岩块弹性模量
返回
K n 节理的法向刚度系数 4.现场实测方法（4.6讲）
2.岩块与节理面变形叠加求模量 3.“等价”模型确定 4.现场实测方法
1.由应力-应变曲线确定 变形模量 Ed e y 弹性模量
E
e
E Ed
2.岩块变形与节理面变形叠加求模量
依据：岩体的位移=岩块的位移+节理的位移 d 岩块的位移： 1 E
2 2 2 m d ( 1 ) 节理的位移： 2 nhE
岩体的位移：
2 2 d 2 m d ( 1 )
E
nhE
(a)
d (b) eff 岩体有效变形模量: E E eff
1.5岩石的工程地质性质
在风干状态下极限抗压强度的比。用小数表示。其值越小， 表明岩石在水作用下的强度和稳定性越差。
岩石的软化性决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。 岩浆岩和变质岩的软化系数大都接近于1.0；粘土矿物含量 高、孔隙度大、吸水率高的岩石，软化系数越小，如泥灰 岩和页岩。
降低岩石的强度。在工程中应当重视岩石中这些低强度 矿物含量的增长对岩石强度的降低作用。
但也不能简单地认为，含有高强度矿物的岩石，其强度一定就 高。因为岩石受力作用后，内部应力是通过矿物颗粒的直接接 触来传递的，如果强度较高的矿物在岩石中互不接触，则应力 的传递必然会受中间低强度矿物的影响，岩石不一定就能显示 出高的强度。
180~300
岩石名称 辉绿岩
抗压强度 （MPa）
200~350
岩石名称 页岩
抗压强度 （MPa）
10~100
100~250
玄武岩
150~300
砂岩
20~200
180~300
石英岩
150~350
砾岩
10~150
100~250 100~250 80~250
大理岩 片麻岩 灰岩
100~250 50~200 20~200
岩体 = 结构面 + 结构体
岩块的强度高，岩体的强度不一定高。
结构面的发育程度、性质、充填情况以 及连通程度等，对岩体的工程性质有很 大的影响。
29/35
1. 结构面
结构面：存在于岩体中的各种地质界面。
（1）结构面类型： 原生结构面：成岩时形成
沉积结构面：层面、层理、夹层等 火成结构面：原生节理、流纹面、接触面等等 变质结构面：片麻理、片理等等
第五章岩石地下工程
设原岩垂直应力为p，水平应力为q，作用在围岩边 界，忽略围岩自重的影响，按弹性理论中的基尔西公式 计算围岩中任一点A（r,θ）的应力：
p
q
q p
q p
p q a 2 q p a 2 a 4 r2(1 r2)2(1 4 r2 3 r4)c2 os
p q a 2 qp a 4 2(1 r2)2(1 3r4)c2 os
γ——围岩重度（kN/m3）。
在矿山法施工的条件下，ⅠⅡ类围岩取Hp=2.5hq ；ⅣⅤ类围岩 取Hp=2.0hq 。
3、地下工程按用途可分为： 交通地下工程（如公路及铁路隧道、水底隧道、
地下铁道、航运隧道、人行隧道等） 水工地下工程（如引水及尾水隧洞、导流隧洞、
排沙隧洞等） 市政地下工程（如给排水隧道、人防洞室等） 矿山地下工程。
3
当θ＝0，π时， p(3)
当θ＝ 3π/2 ，π/2时， p(31)
不同的λ下，坑道周边切向应力σθ 的分布：
λ
θ=0，π θ=π/2， 3π/2
4
－p
11p
3
0
8p
2
p
5p
1
2p
2p
1/2
2.5p
0.5p
1/3
2.67p
0p
1/4
2.75p
-0.25p
不同的λ下，坑道周边切向应力σθ 的分布：
(5－1)
rq 2p(12a r2 23a r4 4)si2 n
（2）当r＝a时，即坑道周边的应力为：
r r0
(5－3)
p ( 1 2 c2 o ) q ( 1 s 2 c2 o ) s
或：
p ( 1 ) 2 ( 1 ) c 2 o (5s －4)
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形成泥化夹层一般认为必须具备下述三个条件。
（1）物质基础。粘土岩类夹层是泥化夹层形成 的物质基础。
（2）构造作用。构造作用可以破坏原来粘土岩 夹层的完整性，为地下水的渗入提供通道；同 时，原岩的矿物颗粒联接也会受到严重的破坏， 为泥化提供了重要的有利条件。 （3）地下水的作用。水在粘粒周围形成结合水 膜，使颗粒进一步分散，颗粒间连接力减弱， 含水量增加，使粘土岩夹层处于塑态甚至接近 流态，即产生了泥化。
（9）节理组数：
（10）块体大小与形状：
软弱夹层是指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥质 或炭质含量高、遇水易软化、延伸较广和厚度较薄 的软弱岩层。软弱夹层具有明显的低强度和高压缩 性，大约是坚硬岩层的1/5～1/50。
一般软弱夹层的强度和变形参数如下：
磨擦系数 f＜0.5 饱和抗压强度 Rb≤10MPa 变形模量 E0≤1000MPa 软弱夹层是控制岩体稳定性的极端重要的因素许多工 程的失事均与此有关。
较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎～破碎； 全部极软岩及全部极破碎岩
350～251
V
＜250
结合工程具体情况，计算岩体基本质量指标修正值[BQ]，并仍按表 5-13所列的指标值确定本工程的工程岩体级别。
岩体基本质量指标修正值[BQ]可按下式计算：
[ BQ] BQ 100 ( K1 K 2 K3 )
在地表及浅层地层中，大多数K>1，随着深度增加，就会出现 K=1的现象，这个深度成为临界深度。
3．水平应力具有强烈的方向性
第四节 工程岩体分类
一、概述
从定性和定量两个方面来评价岩体的工程性质，是工
程技术人员按照统一的概念和标准进行工作和交流
的要求。 二、分类的目的 对工程建筑物基础或围岩体进行分类，并根据其好坏， 进行相应的试验，赋予它必不可少的计算指标参数，
对于大多数坚硬岩体； =0.2～0.3，故自重应力场
2．构造应力 由构造运动所引起的，随空间和时间变化的，一般为水平应力， 具有很强的方向性。目前，岩体的构造应力无法用理论方法进 行计算，而只能采用现场应力量测的方法来求得。 二、天然应力分布的规律 1、岩体中存在三向不等的空间应力场 岩体中存在三向应力且经常是不相等的，垂直应力通常是最小主 应力 ，表明多数地区均存在构造应力。两个水平主应力也并不 一定水平，其倾角多在10°～25°，最大不超过30°。 2．水平应力与垂直应力的关系
在20世纪以前，由于生产规模和科学水平的限 制，人们认为建筑物的安全仅与岩石的软硬有 关、很少怀疑其整体稳定性。后来，随着生产 和科学技术的发展，修建在岩基上的工程日益 增多，规模也愈来愈大，出现了一些工程灾难 性工程事故，使人们认识到，岩石地基的好坏 不仅取决于岩石本身强度，而且还与多种因素 有关，从而提出了岩体的概念，并开始注意有 影响的其他因素。
1、沉积结构面
层面 沉积间断面 沉积软弱夹层等
沉积软弱夹层的强度低，遇水易软化。
2、火成结构面
岩浆侵入、喷出后冷凝过程中形成的结构面 3、变质结构面 残留的变余结构面 （二）构造结构面 变成的重结晶结构面
节理
劈理
断层
层间剪切带等。
节理面分布最广泛，断层的延伸规模很大。
（三）次生结构面
由风化作用、卸荷及人类活动所形成的结构面 卸荷裂隙 风化裂隙 风化夹层 泥化夹层等
RQD 115 3.3J
（当 J 4.5时, 取RQD 100 ）
（2）以弹性波（纵波）速度分类（略）
（3）岩体的岩土力学分类 又称岩体评分值（RMR）分类。将影响岩体质量的五个 通用参数和一个修正参数根据不同情况打分，根据最 后总得分评定。
二、结构面的特征
一般从方位、间距、延续性、粗糙度、侧壁强度、 张开度、充填物、渗流、节理组数、块体大小十 个方面进行研究。
（1）方位：即结构面的产状，表示方法与岩层 产状相同。
（2）间距：指一组结构面的平均间距。
（3）延续性：它是表征结构面延伸长度和展布 范围的指标。 （4）粗糙度：结构面的粗糙程度可用粗糙系数 （JRC）表示。
直线型：是岩体完整，裂隙少、致密的反应。
上凹型：反映出岩体中节理发育且充填不好。
上凸型：反映了岩体表层坚硬，深部软弱岩层。
图5-6 岩体变形曲线的三种基本类型 （a）直线型 （b）上凹型 （c）上凸型
二、岩体的流变特征
流变:应力或变形随时间而变化的性质称。
流变性有蠕变和松驰两种表现形式。 蠕变：指在应力一定的条件下，变形随时间的持续而逐 渐增长的现象。 松弛：指在变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐 减小的现象。
典型的蠕变曲线可分为以下三个阶段。
（1）初始蠕变阶段 （2）等速蠕变阶段 （3）加速蠕变阶段
o
图5-7 不同应力条件下岩体的蠕变曲线
第三节 岩体的天然应力状态 岩体在天然状态下所存在的内在应力称为天然应力或初始应
力，在地质学中，通常又称它为地应力。
一、天然应力的组成图 自重应力 构造应力 1．自重应力 假定岩体为均匀连续介质基础上计算岩体的自重应力 变异应力（特殊情况下考虑）
（二）其他分类方法 1、按岩石的单轴抗压强度分类 见表5-17。
表 5-17 类别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 石按的抗压强度分类 岩石按抗压强度分类 岩石类别 特坚岩 坚岩 次坚岩 软岩
Rc ( MRa )
250～160 160～100 100 ～40 ＜40
2、按岩体完整性分类 (1)按岩石质量指标RQD分类 RQD是以修正的岩芯采取率来确定的。 岩芯采取率就是采取岩芯总长度与钻孔长度之比。 而RQD，即修正的岩芯采取率是选用坚固完整的、其长 度等于或大于10cm的岩芯总长度与钻孔长度之比，并 用百分数表示，即
式中：
[BQ]——岩体基本质量指标修正值；
BQ——岩体基本质量指标； K1——地下水影响修正系数；
K2——主要较弱结构面产状影响修正系数；
K3——初始应力状态影响修正系数。 K1，K2，K3值，可分别按表5-14、表5-15、表5-16确定。无表中所 列情况时，修正系数取零。[BQ]出现负值时，上式不再适用。
力影响，只能在综合因素中反映。
四、工程岩体代表性分类简介
（一）我国工程岩体分级标准 我国《工程岩体分级标准》（GB50218-94）考虑下几个方 面。 （1）确定岩体基本质量
定量确定岩石的坚硬程度与岩体完整性指数（ KV）。
岩石坚硬程度采用岩石单轴饱和抗压强度（Rc）。
表5-10 Rc与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系
J S1 S 2 S n S k
式中: Sn——第n组节理每米长测线上的条数； Sk——每立方米岩体非成组节理条数。 Ju与KV的对照关系见表5-11， 与岩体完整性程度定性划分的 对应关系，见表5-12。
（2）岩体基本质量分级 岩体基本质量分级，应根据岩体基本质量的定性特征和岩体 基本质量指标（BQ）两者相结合，按表5-13确定。
重力场在岩体内任一点上形成相当于上覆岩层重量的垂直应
力，即
Z H
若把岩体看作各向同性的弹性体，则由广义虎克定
律可得：
x y
1
Z Z
式中： H---为该点的深度；
－为岩石的平均重度； －为岩石的泊松比； －为侧压力系数。 造成的水平应力、约等于垂直应力的25%～43%
变形模量或弹性模量是表征 岩体变形的重要参数。 岩体在荷载作用下对应于每 一级压力的变形， 均有
弹变形
残余变形 变形模量和弹性模量分别为
p e
Ee e
图5-5 岩体的弹性变形 ε e与残余变形ε p
岩体在加载变形过程中，其压力（P）与变形
（W）的关系曲线通常为下列三种类型：
以便于合理地设计和采取相应的工程措施，达到经
济、合理、安全的目的。
工程岩体分类有：
通用分类 专门分类
通用的分类是较少针对性和原则性，是大致分类。 专用的分类是专为某种工程目的服务而编制的分类。 三、工程岩体分类的因素 （一）岩石材料的性质 （二）岩体的完整性
（三）水的影响
（四）地应力
综上所述，目前在工程岩体分类中，作为评价的独立因 素，只有岩石质量、岩体结构面和水的影响等，地应
l 10cm 100 % RQD
L
按RQD值的大小来描述岩石的质量见表5-18。
表 5-18 等级 I II III IV V RQD 大小的岩石工程分级 RQD（%） 90～100 75～90 50～75 25～50 0～25 工程分级 极好的 好的 中等的 并的 极差的
RQD也可按体积节理统计数计算，公式如下：
表5-13
岩体基本质量分级
岩体基本质量的定性特性 坚硬岩，岩体完整 坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整 坚硬岩，岩体较破碎； 较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整； 较软岩，岩体完整 岩体基本质量 指法标（BQ） ＞550 550～451 450～351
基本质量级别
I II III
IV
坚硬岩，岩体破碎； 较坚硬岩，岩体较破碎～破碎； 较软岩与软硬互层，且以软岩为主，岩体较完整 ～较破碎； 软岩，岩体完整～较完整
（5）结构面侧壁强度：它可以反映结构面经受风化的 程度，可用施密特回弹仪或点荷载仪测定结构面侧 壁的强度。 （6）张开度：指结构面两壁间的垂直距离。 我国通常将张开度分成下述四级： 闭合的小于0.2mm； 微张的为0.2～1.0mm；
张开的为1.0～5.0mm； 宽张的大于5.0mm。
（7）充填物：常见的充填物有砂、粘土、角砾、岩屑 及硅质、钙质、石膏质沉淀物。 （8）渗流：
影响岩体稳定的因素有
地形地貌条件
岩性
地质构造 岩体的结构特征 地应力 地下水
建筑物的规模、类型和施工方法等