构造地质学第5章岩石力学性质
构造课程总结
2、层内标志，主要是层理标志 交错层理：纹层相互斜交组成，常呈弧形，有多种类型。下部常逐渐变缓收敛。 递变层理：在一个单层中，从底面到顶面粒度由粗到细。 3、生物标志 ：沉积岩中常含有生物化石，化石的保存形态也具有示顶功能。如足 迹、孔穴、根系、叠层石等。
4、次生冲刷面：是固结和半固结的沉积层的顶面，因水流冲刷而成为凹凸不平的面。 5、机械落石
1、走向：倾斜平面与水平面的交线叫走向线，走向线两端延伸的方向即为该平面 的走向。 2、倾向：倾斜平面上与走向线相垂直的线叫倾斜线，倾斜线在水平面上的投影所 指的沿平面向下倾斜的方位即为倾向。 3、倾角：指平面上的倾斜线与其在水平面上的投影线之间的夹角。
三、线状构造的产状要素
1、倾伏向：构造线在水平面上的投影所指的构造线倾斜方向。 2、倾伏角：构造线与其水平投影线之间的夹角。 3、侧伏角：当线状构造包含在某一倾斜平面内时，此线与该平面走向线间所夹之 锐角即为此线在那个面上的侧伏角。 4、侧伏向：构造线所在的构造面与水平面交线所指构造线的倾斜方向，就是构成 上述锐角的走向线的那一端的方位。
四、岩层产状要素的测定与表示方法
NW315 ∠47 ，走向/倾向∠倾角，45/NW∠47
O O
五、 沉积岩层面向的标志
面向：成层岩层顶面法线所指的方向，是成层岩系中岩层由老变新的方向。 1、层面标志：存在岩层层面上的标志。 波痕：水体不深、波浪能影响到的浅水环境下，沉积物表面呈波浪状起伏。 雨痕：松散、细粒沉积物表面，暂时露出水面，在雨滴或冰雹的冲击下遗留的痕迹。 凹坑向下，外圈脊状突起向上。 泥裂：松散、细粒沉积物表面，暂时露出水面，在阳光的暴晒下发生龟裂。泥裂的 开口向上。
第三章构造研究中的应力分析基础
一、应力
1、面力：又称为接触力，它是作用于介质表面并使介质相邻部分相互作用的力。 2、体力：又称非接触力，它是弥漫在地壳物质的作用力，如重力、惯性力。 3、外力：研究对象以外的物体对被研究物体施加的作用力。 4、内力：当物体受到外力作用时，引起物体内部质点相互作用力的改变，称内力。 5、应力：作用于物体内单位面积上的附加内力。
第五讲 岩体的力学特性
（3-16）
• 岩芯钻取与RQD值的计算实例
学生课堂计算：答案？
3.
岩体地质力学分类法（RMR法）：由南非科学和工业研究 委员会（CSIR）提出，RMR分类法包括：岩块强度、RQD 值、节理间距、节理条件及地下水五个指标组成，见表3-6。 （对照表3-6具体讲解） – 通过表3-6得到基本得分值。 – （由于岩体节理对岩体质量的重要影响）后来对表3-6 进行了修正。即先根据表3-8中的节理产状得到对隧道 开挖的影响程度。 – 再根据影响程度参照表3-7给出修正评分值。 – 将表3-7中的修正评分值与表3-6的基本得分值相加，得 到修正后的得分值。 – 最后，根据修正后的得分值从表3-9中得到岩体的类级。 需要指出的是： 1.从顺序上，表3-7应该编排在表3-8的后面，便于教学。 2.在表3-8中，是专门针对隧道工程而言的；而对于表3-7 中涉及的地基和边坡问题，本书则没有介绍节理产状的影 响程度。
岩体的特征： 结构面和结 构体
3.1.1 结构面的类型
1.结构面的成因和类型 （1）原生结构面：成岩过程中所形成的结构面，其特征 与岩体成因密切相关，分为以下三类：
岩浆结构面：岩浆侵入和冷凝过程中形成的结构面； 沉积结构面：沉积过程中形成的岩层分界面； 变质结构面：在区域变质作用中形成的结构面。
σn
ξ δ max δn
• 法向变形刚度（Kn）：结构面法向变形的能 力，反映结构面产生单位法向变形的法向应 力梯度，见图3-10所示 。
K n 0 max n K n K n0 K n 0 max
2
（3-8）
Bandis等人（1984）通过大量的实验也给出了：法向 应力和法向变形之间的关系式如下（为双曲线型关系 式）：
精品课程《岩石力学》ppt课件(全)
不同产状的结构面组合切割而形成的岩石块体。
结构面对岩体结构类型的划分常起着主导作用。
在研究结构面时，一方面要注意结构面的强度、
密度及其延展性，另一方面还需注意结构面的规
模大小和它们之间的组合关系。
.
21
岩体结构：由结构面的发育程度和组
合关系或结构体的规模及排列形式决定 的。岩体结构类型的划分反映出岩体的 不连续性和不均一性特征。
.
23
(4) 结构面力学性质
结构面在法向压应力及剪应力作用 下的变形特征及参数确定
结构面剪切强度特征及其测试技术和方法
(5) 岩体力学性质
岩体的变形、强度特征及其原位测试技术
岩体力学参数的弱化处理与经验估计
主要因素影响
岩体中地下水赋存、运移规律及岩体的水力学特征
(6) 原岩应力分布规律及其测量理论与方法
岩石力学的萌芽时期
A. Heim(1912)提出了静水压力的理论
W. J. M. Rankine（朗肯）和A.H.ДИННИΚ(金尼 克)地层压力的修正理论，即
v h
H H
tg 2 ( )
42
.
或 1-
12
2. 经验理论阶段(20世纪初~20世纪30年代)
该阶段根据生产经验提出了经典的地压理论，具有代表性的理论有：
这两次事件促成了国际岩石力学学会（ISRM, International Society for Rock Mechanics） 在1963年于奥地利萨尔茨堡成立。
(1985年，中国岩石力学与工程学会正式成立)。
.
9
二、岩石力学学科的形成及定义
1951年，J. Stini 和 L. Müller等在 Salzburg发起和举行了以岩体力 学为主题的第一次国际岩石力学讨论会，为把工程地质与力 学相结合、为建立岩石力学这门边缘学科跨出了重要的一步， 并创办了《Geologie und Bauwesen》，1962年改名为《Rock Mechanics & Rock Engineering》
构造地质学(5)断 层
推覆构造
推覆构造
推覆构造的模式
In-Sequence
ence
扇形和双重推覆构造
Imbricate Fan
Duplex: Package of Thrusts/Beds bound by thrusts above and below
推覆构造的特征
• 推覆构造是当今油气勘探的新领域，例如西南 油气分公司于2001年5月开始对四川盆地西北 缘的龙门山推覆构造进行油气勘探。因为龙门 山推覆构造现今地表露头分布的地层主要为古 生代的泥盆纪岩石，是从远处推移而来的外来 岩块，其下原地岩块主要是四川油气田的主力 油气层二叠纪和三叠纪的碳酸盐岩，所以勘探 前景一定很好。
•雁列式断层带的走向与其排列的 总体方向呈30—45度斜交。
雁列式断层
（6）、块断型断层
•块断型断层：两组方向不同的大 中型正断层相互切割则构成方格 状或菱形断块。
•我国东部地区这种组合形式比较 普遍存在。
3、正断层发育的地质背景
• 正断层广泛发育于不同的地质环境中，不仅构造变动轻微地区发育，也出现在构造变动强烈的褶皱带， 但在褶皱带中正断层不占主导地位，常常作为其他构造的伴生或派生构造。而在构造变动轻微地区正断 层及其组合常以主导型式产出。
构成地堑边界的正断层经常不是一条单一的断层，而是由数条产状相近的正断层构成一个同向倾斜的阶 梯状断层系列，两侧断层可以是均匀发育，也可以是不均匀的。
地垒
地堑
正断层
地堑
红海
（3）、地垒
• 地垒：主要由两条走向基本一致的倾斜方向相反的正断层构成。两条正断层之间有一个共同的上升盘。 • 组成地垒两侧的正断层可以单条产出，也可由数条产状相近的正断层组成。
• 上升盘和下降盘：根据断层两盘的相对滑动方向，将相对上升的一盘叫上升盘，而相对下降的一盘叫下 降盘
精品课程《岩石力学》PPT课件
(4) 整体综合分析方法
将实验、理论和工程监测以及经验相结合，利用信 息、系统科学理论进行计算机科学决策
七、岩石力学的应用范围
(1) 水利水电工程
坝基及坝肩稳定性、防渗加固理论和技术 有压和无压引水隧道设计、施工及加固理论技术 大跨度高边墙地下厂房的围岩稳定及加固技术 高速水流冲刷的岩石力学问题 水库诱发地震的预报问题 库岸稳定及加固方法
1956年4月，在美国的科罗拉多矿业学院举行的一次专业会议上， 开始使用“岩石力学”这一名词，并由该学院汇编了“岩石 力学论文集”。在论文集的序言中说：“它是与过去作为一 门学科而发展起来的土力学，有着相似的概念的一门学科， 对这种有关岩石的力学方面的学科，现取名为岩石力学”。
1957年在巴黎出版的塔洛布尔（J. Talobre）的专著“岩石力学”是 这方面较早的一本较系统的著作。其后，开始形成了不同的 岩石力学学派（如法国学派，偏重于从弹塑性理论方面来研 究；奥地利学派，偏重于地质构造方面来研究）。
(2) 采矿工程
露天采矿边坡设计及稳定加固技术 井下开采中巷道和采场围岩稳定性问题，特
别是软岩巷道和深部开采地压控制问题 矿柱稳定性及开采优化设计问题(采场结构、
开采顺序、开挖步骤等)设计问题 矿井突水预测、预报及预处理理论和技术 岩爆、煤与瓦斯突出及预处理理论和技术 采空区处理及地面沉降问题 岩石破碎问题
(5) 石油工程 岩石应力与渗透性及采油技术 钻探技术与井壁稳定性 岩石力学与地球物理勘探综合研究 石油、天然气运输与储存工程对环境的影响
(6) 海洋勘探与开发工程 (7) 核电站建设中核废料处理技术 (8) 地层热能资源开发技术问题 (9) 地震预报中的岩石力学问题 (10) 地下军事工程及防护问题
岩石力学课本
第一章绪论第一节岩体力学与工程实践岩体力学(rockmass mechanics)是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。
岩体力学的研究对象是各类岩体，而服务对象则涉及到许多领域和学科。
如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、重要工厂(如核电站、大型发电厂及大型钢铁厂等)以及地震地质学、地球物理学和构造地质学等地学学科都应用到岩体力学的理论和方法。
但不同的领域和学科对岩体力学的要求和研究重点是不同的。
概括起来，可分为三个方面：①为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。
②为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。
③为构造地质学、找矿及地震预报等服务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。
以上三方面的研究虽各有侧重点，但对岩石及岩体基本物理力学性质的研究却是共同的。
本书主要是以各类建筑工程和采矿工程为服务对象编写的，因此，也可称为工程岩体力学。
在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。
以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。
然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。
其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。
岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。
高等构造地质学(5)-反转构造与走滑断层
1、拉分盆地：当走滑断层呈雁列式排列时，相邻的两条断层共同 形成的拉张增强了伸展变形，称为拉分作用；增强了挤压收缩变 形，称为推隆作用。控制拉分或推隆作用的两条近于平行的走滑 断层称为“主断层”。
由 走 滑 拉 分 作 用 形 成 的 盆 地 ， 称 为 拉 分 盆 地 （ Pullapart basin）。拉分盆地是走滑断裂带中发育的特殊的沉 积构造，是在走滑断层的弯曲部位或雁列式走滑断层的重 叠部位，由走滑拉分作用所产生的构造凹陷。
关于前陆盆地的最新定义
前陆盆地的研究，几乎成了当前国内石油地质界的热门话题。从 最早的定义来看，前陆盆地是指在造山带和稳定克拉通之间因冲 断负荷岩石圈弯曲沉降形成的长条形槽地。最新的前陆盆地定义 应是：1、位于大陆地壳之上，介于收缩造山带和克拉通之间的长 条形沉积区，其动力作用来源于造山褶皱冲断带以及伴生的俯冲 体系。2、按沉积时间位置，可分为四个沉降带，即楔顶带、前渊 带、前隆带和后隆带。各带的边界随时间推移而侧向位移，有的 前陆盆地前隆和后隆常常缺失或发育不全。3、前陆盆地的长度大 致相当于相邻冲断褶皱带的长度，岩石圈变动主要机制是造山带 的加载和沉积的载重。4、前陆盆地包含着两套沉积层序，即造山 期前的沉积层序和造山期后的沉积层序，它们是截然不同的沉积 背景。
关于拉分盆地的形成机制，显然与走向侧接的方向有 关。侧接是指走滑断层间连接的方向。如果走滑侧接的方 向与断层滑动的方向相同，可形成拉分盆地。与此相反， 如果侧接的方向与断层滑动的方向相反，则形成上推山岭。
2、断层楔盆地（Fault wedge basin）：是由两条不完全平 行走滑断层交汇所夹持的楔形地壳下降所构成的盆地。走 滑断层楔盆地下降和相邻隆起的位置受断层的性质、断层 的倾向、主走滑断层的位置等因素控制，它们有时属于伸 展性盆地，有时属于收缩性压陷盆地。 3、断层边缘盆地（Fault margin basin）：是受阻断弯引 起附近地壳下降而形成的坳陷，这是一种负向的受阻断弯 构造或负向剪切挤压构造。 4、断层角盆地（Fault angle basin）：走滑断层在拉张或 挤压作用时，断层一盘上升一盘下降，从而形成断层角盆 地。
岩体力学第五章 结构面的变形与强度性质
Δ Ｖｔ
Δ Ｖｒ
Δ Ｖｊ
应力-变形关系曲线
A B
应力-变形关系曲线特征
• 开始时随着法向应力增加， 结构面闭合变形迅速增长。当σ ｎ增到一定值时，σ ｎΔ Ｖｔ曲线变陡，并与σ ｎ-Δ Ｖｒ曲线大致平行。说明 结构面已基本上完全闭合，其变形主要是岩块变形贡献 的。这时Δ Ｖｊ则趋于结构面最大闭合量Ｖｍ。
• 初始压缩阶段，含结构面的岩块变形Δ Ｖｔ主要由结构 面闭合造成。试验表明，当σ ｎ＝１ＭＰａ时， Δ Ｖｔ ／ Δ Ｖｒ可达５～３０，说明Δ Ｖj占了很大一部分。 • 法向应力σ ｎ大约从σ ｃ/3处开始，含结构面的岩块变 形由以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。
应力-变形关系曲线特征
（2）经验估算
由Bandis 方程估算
n
V j
K niVm V j Vm V j
K niVm n
nVm
Kn
n K ni ( V j ) (1 V j Vm ) 2
Kn
K ni n 1 K niVm n
n
当 n 时, V j Vm b a Vm
K ni n V j 1 a (1 b aV j ) 2 V j 0 1 a V j 0
a 1 K ni
n
K niVm V j 较适合于未经滑错位移的嵌 Vm V j
第五章 结构面的变形与强度性质
岩体中存在大量断层、节理等结构面，它是工程岩体区别 于深部岩体和其它工程材料的显著标志之一。在工程实践 中，我们发现工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿着松 软结构面破坏的，因此，结构面的存在不仅影响岩体的变 形与强度性质，而且还控制着岩体的变形与破坏机理。所 以，结构面力学性质的研究是岩体力学研究中的重要内容 之一。
最新5工程地质岩石的工程地质性质详解(共28张PPT)精品课件
第三页，共二十八页。
《岩土工程勘查规范》GB50021-2001（2009年版），按岩石的饱 和(bǎohé)单轴极限抗压强度把岩石划分为坚硬岩、中硬岩、较软岩、 软岩和极软岩。
硬质岩石: 岩浆岩，硅质、钙质、铁质胶结(jiāojié)的碎屑岩，石 灰岩，片麻岩，大理岩，石英岩。 软质岩石: 泥质岩（页岩、粘土岩），泥质胶结的碎屑岩，板岩， 千枚岩，片岩，火山凝灰岩。 上述软质岩类如果含有硅质成分，强度将显著提高。
造岩矿物在地表风化条件下的化学稳定性相对稳定性造岩矿物很稳定的石英锆石较稳定的白云母正长石酸性斜长石较稳定的方解石白云石弱溶解性不分解较稳定的粘土矿物不易分解但易软化很不稳定的角闪石辉石黑云母橄榄石基性斜长石易被分解沉积岩的两种主要成分
5工程地质岩石(yánshí)的工程地质性 质详解
第一页，共二十八页。
岩石的工程地质性质主要表现在：
1. 力学性质
2. 水理性质(透水性(shuǐxìng)和抗水性(shuǐxìng))
3. 抗风化能力
第二页，共二十八页。
二、岩石的力学性质：单轴抗压强度(kànɡ yā qiánɡ dù)
矿物成分：
硬度大的：石英、长石、角闪石、辉石、
硬度中等的：方解石、白云石
硬度小的：云母、绿泥石、高岭石、滑石
板岩、千枚岩、片岩－－泥质岩； 石英岩－－硅质胶结的石英砂岩；
大理岩－－石灰岩。
含大量片状矿物(kuàngwù)的（如滑石、绿泥石、云母和绢云 母等）的岩石，其力学强度相对较低，抗水性弱，抗风化 能力也较差。
变质岩的片理构造（片麻状、片状、千枚状和板状构造）使其 具有各向异性的特征，而且片理面往往成为岩体中的薄弱面。
第二十四页，共二十八页。
构造地质学要点整理-知识归纳整理
知识归纳整理构造地质学要点整理一、名词解释1.地质构造：是指组成岩石圈的岩层和岩体在内、外力地质作用下发生的变形。
2.水平岩层：同一层面上个点的海拔高度都基本相同，具有这样产状的岩层称为水平岩层，也叫水平构造。
3.整合接触（Conformity）：指上下两套地层间为延续沉积，其间无明显的沉积间断，上下两套地层产状一致。
4.不整合接触（Unconformity）：指上下两套地层之间具有明显的沉积间断，造成地层的缺失。
5.平行不整合（Parallel unconformity）：也叫假整合（Disconformity），它是指上下两套地层的产状基本一致，但两者之间缺失一些时代的地层的接触关系。
6.角度不整合（Angular unconformity）：是指上下两套地层之间不仅缺失部分地层，而且上下地层的产状也不相同。
7.超覆：当水侵阶段，新地层一次超越下面较老地层的覆盖范围，而直接覆盖在盆地周缘或隆起区的剥蚀面上。
8.底部超覆：指在层序底界面上的超覆，其中向着原始倾斜面向上的超覆叫上超；顺原始水平面或原始倾斜面向下的超覆叫下超。
9.顶部超覆：指在层序上界面处的超覆尖灭现象，原来倾斜的地层向着层序顶面忽然消失。
10.潜山（Buried hill）：也称古潜山，是指被新地层覆盖埋藏的基岩古地貌隆起。
11.批覆构造：剥蚀面以上由于沉积差异和压实差异在较新地层中发育的正向褶皱构造。
12.断块潜山：风化面以下的基岩受后期断裂活动的作用，沿断裂上升而形成的潜山。
13.褶皱潜山：由较老的地层形成的褶皱构造被新地层埋藏的潜山。
14.褶皱（Folds）：层状岩石在各种应力的作用下所形成的一系列延续的波状弯曲现象称为褶皱。
15.背斜（Anticline）：岩层向上弯曲，中间地层老、两侧地层新的褶皱构造。
16.向斜（Syncline）：岩层向下弯曲，中间地层新、两侧地层老的褶皱构造。
（若底层的新老关系不清，则分别称背形（Antiform）和向形（Synform）。