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1、第六章岩体的工程特性第六章岩体的工程特性本讲稿第一页，共二十四页6.1 6.1 岩体与岩体结构岩体与岩体结构n n 岩岩岩岩体体体体（rockmassrockmassrockmassrockmass）通通通通常常常常指指指指地地地地质质质质体体体体中中中中与与与与工工工工程程程程建建建建设设设设有有有有关关关关的的的的那那那那一一一一部部部部分分分分岩岩岩岩石石石石，它它它它处处处处于于于于一一一一定定定定的的的的地地地地质质质质环环环环境境境境、被被被被各各各各种种种种结结结结构构构构面面面面所所所所分分分分割割割割。岩岩岩岩体体体体具具具具有有有有一一一一定定定定的的的的结结结结构构构构特
2、特特特征征征征，它它它它由由由由岩岩岩岩体体体体中中中中含含含含有有有有的的的的不不不不同同同同类类类类型型型型的的的的结结结结构构构构面面面面及及及及其其其其在在在在空间的分布和组合状况所确定。空间的分布和组合状况所确定。空间的分布和组合状况所确定。空间的分布和组合状况所确定。n n 结构面结构面结构面结构面是是是是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。如岩层层面、向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。如岩层层面、
3、向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。如岩层层面、向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。由于这种界面中断了岩由于这种界面中断了岩由于这种界面中断了岩由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续面。体的连续性，故又称不连续面。体的连续性，故又称不连续面。体的连续性，故又称不连续面。本讲稿第二页，共二十四页n n 结结结结构构构构体体体体：结结结结构构构构面面面面在在在在空空空空间间间间的的的的分分分分布布布布和和和和组组组组合合合合可可可
4、可将将将将岩岩岩岩体体体体切切切切割割割割成成成成形形形形状、大小不同的块体，称结构体。状、大小不同的块体，称结构体。状、大小不同的块体，称结构体。状、大小不同的块体，称结构体。n n 工工工工程程程程地地地地质质质质之之之之所所所所以以以以要要要要将将将将岩岩岩岩体体体体的的的的结结结结构构构构特特特特征征征征作作作作为为为为重重重重要要要要研研研研究究究究对对对对象象象象，意义如下：意义如下：意义如下：意义如下：n n 岩岩岩岩体体体体中中中中的的的的结结结结构构构构面面面面是是是是岩岩岩岩体体体体力力力力学学学学强强强强度度度度相相相相对对对对薄薄薄薄弱弱弱弱的的的的部部部部位位位位，它
5、它它它导导导导致致致致岩岩岩岩体体体体力力力力学学学学性性性性能能能能的的的的不不不不连连连连续续续续性性性性、不不不不均均均均一一一一性性性性和和和和各各各各向向向向异异异异性性性性。只只只只有有有有掌掌掌掌握握握握岩岩岩岩体体体体的的的的结结结结构构构构特特特特征征征征，才才才才有有有有可可可可能能能能阐阐阐阐明明明明岩岩岩岩体体体体不不不不同同同同荷荷荷荷载载载载下下下下内内内内部部部部的的的的应力分布和应力状况。应力分布和应力状况。应力分布和应力状况。应力分布和应力状况。n n 岩岩岩岩体体体体的的的的结结结结构构构构特特特特征征征征对对对对岩岩岩岩体体体体在在在在一一一一定定定定荷荷
6、荷荷载载载载条条条条件件件件下下下下的的的的变变变变形形形形破破破破坏坏坏坏方方方方式式式式和和和和强强强强度度度度特特特特征征征征起起起起着着着着重重重重要要要要的的的的控控控控制制制制作作作作用用用用。岩岩岩岩体体体体中中中中的的的的软软软软弱弱弱弱结结结结构构构构面面面面，常常常常常常常常成成成成为为为为决决决决定定定定岩岩岩岩体体体体稳稳稳稳定定定定性性性性的的的的控控控控制制制制面面面面，各各各各结结结结构构构构面面面面分分分分别别别别为为为为确确确确定定定定坝坝坝坝肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。肩岩体抗滑
7、稳定的分割面和滑移控制面。本讲稿第三页，共二十四页n n 靠靠靠靠近近近近地地地地表表表表的的的的岩岩岩岩体体体体，其其其其结结结结构构构构特特特特征征征征在在在在很很很很大大大大程程程程度度度度上上上上确确确确定定定定了了了了外外外外营营营营力力力力对对对对岩岩岩岩体体体体的的的的改改改改造造造造进进进进程程程程。这这这这是是是是由由由由于于于于结结结结构构构构面面面面往往往往往往往往是是是是风风风风化化化化、地地地地下下下下水水水水等等等等各各各各种种种种外外外外营营营营力力力力较较较较活活活活动动动动的的的的部部部部位位位位，也也也也常常常常常常常常是是是是这这这这些些些些营营营营力力力
8、力的的的的改改改改造造造造作作作作用用用用能能能能深深深深入入入入岩岩岩岩体内部的重要通道，往往发展为重要的控制面。体内部的重要通道，往往发展为重要的控制面。体内部的重要通道，往往发展为重要的控制面。体内部的重要通道，往往发展为重要的控制面。总总总总之之之之，对对对对岩岩岩岩体体体体的的的的结结结结构构构构特特特特征征征征的的的的研研研研究究究究，是是是是分分分分析析析析评评评评价价价价区区区区域域域域稳稳稳稳定定定定性和岩体稳定性的重要依据。性和岩体稳定性的重要依据。性和岩体稳定性的重要依据。性和岩体稳定性的重要依据。研研研研究究究究结结结结构构构构面面面面最最最最关关关关键键键键的的的的是
9、是是是研研研研究究究究各各各各类类类类结结结结构构构构面面面面的的的的分分分分布布布布规规规规律律律律、发发发发育育育育密度、表面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等密度、表面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等密度、表面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等密度、表面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等。岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型 结构面的主要类型及特征结构面的主要类型及特征结构面的主要类型及特征结构面的主要类型及特征本讲稿第四页，共二十四页 结结结结构构构构面面面面的的的的成成成成因因因因分分分分类类类类：原原原原生生生生结结结结构构构构面面面面、构构构构造造造造结
10、结结结构构构构面面面面及及及及浅浅浅浅表表表表生生生生结构面结构面结构面结构面 沉积结构面：层理，层面，软弱夹层，不整合面，沉积结构面：层理，层面，软弱夹层，不整合面，沉积结构面：层理，层面，软弱夹层，不整合面，沉积结构面：层理，层面，软弱夹层，不整合面，原原原原 假整合面，古冲刷面等。假整合面，古冲刷面等。假整合面，古冲刷面等。假整合面，古冲刷面等。生生生生 火成结构面：侵入体与围岩接火成结构面：侵入体与围岩接火成结构面：侵入体与围岩接火成结构面：侵入体与围岩接 结结结结 触面，岩脉、岩墙接触面，喷出岩触面，岩脉、岩墙接触面，喷出岩触面，岩脉、岩墙接触面，喷出岩触面，岩脉、岩墙接触面，喷出岩
11、 构构构构 的流线、流面，冷凝节理的流线、流面，冷凝节理的流线、流面，冷凝节理的流线、流面，冷凝节理 面面面面 变质结构面：片理，片麻理，板劈理，片岩软变质结构面：片理，片麻理，板劈理，片岩软变质结构面：片理，片麻理，板劈理，片岩软变质结构面：片理，片麻理，板劈理，片岩软 弱夹层。弱夹层。弱夹层。弱夹层。本讲稿第五页，共二十四页n n构构构构 节理（节理（节理（节理（X X X X型节理，张节理）型节理，张节理）型节理，张节理）型节理，张节理）n n造造造造 n n结结结结 断层（正断层，逆断层，走滑断层）断层（正断层，逆断层，走滑断层）断层（正断层，逆断层，走滑断层）断层（正断层，逆断层，走
12、滑断层）n n构构构构n n面面面面 层间错动带，羽状裂隙，破劈理。层间错动带，羽状裂隙，破劈理。层间错动带，羽状裂隙，破劈理。层间错动带，羽状裂隙，破劈理。本讲稿第六页，共二十四页 浅浅浅浅n n 部部部部 卸荷断裂卸荷断裂卸荷断裂卸荷断裂n n浅浅浅浅 结结结结 n n、构构构构 重力扩展变形破裂重力扩展变形破裂重力扩展变形破裂重力扩展变形破裂n n表表表表 面面面面 n n生生生生 n n结结结结 表表表表 卸荷裂隙卸荷裂隙卸荷裂隙卸荷裂隙 n n构构构构 部部部部 风化裂隙风化裂隙风化裂隙风化裂隙n n面面面面 结结结结 风化夹层风化夹层风化夹层风化夹层n n 构构构构 泥化夹层泥化夹
13、层泥化夹层泥化夹层n n 面面面面 次生夹泥次生夹泥次生夹泥次生夹泥 本讲稿第七页，共二十四页n n结构面规模等级划分：结构面规模等级划分：结构面规模等级划分：结构面规模等级划分：n n 按按按按其其其其对对对对岩岩岩岩体体体体力力力力学学学学行行行行为为为为所所所所起起起起控控控控制制制制作作作作用用用用，可可可可划划划划分分分分为为为为三三三三个个个个等等等等级级级级，即即即即贯贯贯贯通通通通性性性性宏宏宏宏观观观观软软软软弱弱弱弱面面面面（A A A A类类类类）；显显显显现现现现结结结结构构构构面面面面（B B B B类类类类）；和和和和隐隐隐隐微微微微结结结结构构构构面面面面（C C
14、 C C类）。类）。类）。类）。n n 类型类型类型类型主要特征主要特征主要特征主要特征力学性质力学性质力学性质力学性质代表性结构面代表性结构面代表性结构面代表性结构面A.A.贯通贯通贯通贯通性宏观性宏观性宏观性宏观结构面结构面结构面结构面连续性好，延伸方向确定，连续性好，延伸方向确定，连续性好，延伸方向确定，连续性好，延伸方向确定，通常具一定厚度与方向通常具一定厚度与方向通常具一定厚度与方向通常具一定厚度与方向破坏岩体的连续性，破坏岩体的连续性，破坏岩体的连续性，破坏岩体的连续性，构成岩体力学性质作构成岩体力学性质作构成岩体力学性质作构成岩体力学性质作用边界，控制岩体变用边界，控制岩体变用边
15、界，控制岩体变用边界，控制岩体变形破坏方向，稳定性形破坏方向，稳定性形破坏方向，稳定性形破坏方向，稳定性计算的边界计算的边界计算的边界计算的边界层面，软弱夹层面，软弱夹层面，软弱夹层面，软弱夹层，断层面或层，断层面或层，断层面或层，断层面或断层破碎带断层破碎带断层破碎带断层破碎带B.B.B.B.显现显现显现显现结构面结构面结构面结构面硬性结构面，随机断续分硬性结构面，随机断续分硬性结构面，随机断续分硬性结构面，随机断续分布，延伸长度米级布，延伸长度米级布，延伸长度米级布，延伸长度米级-数十数十数十数十米，具有统计优势方位米，具有统计优势方位米，具有统计优势方位米，具有统计优势方位破坏岩体的完整
16、性，破坏岩体的完整性，破坏岩体的完整性，破坏岩体的完整性，使岩体力学性质具各使岩体力学性质具各使岩体力学性质具各使岩体力学性质具各向异性特征，影响岩向异性特征，影响岩向异性特征，影响岩向异性特征，影响岩体变形破坏方式体变形破坏方式体变形破坏方式体变形破坏方式各类原生和构各类原生和构各类原生和构各类原生和构造裂隙，表生造裂隙，表生造裂隙，表生造裂隙，表生破裂结构面破裂结构面破裂结构面破裂结构面C.C.C.C.隐微隐微隐微隐微结构面结构面结构面结构面短小闭合，长度从毫米级短小闭合，长度从毫米级短小闭合，长度从毫米级短小闭合，长度从毫米级至厘米级，随机分布可有至厘米级，随机分布可有至厘米级，随机分布
17、可有至厘米级，随机分布可有统计优势方位统计优势方位统计优势方位统计优势方位影响岩块的强度和变影响岩块的强度和变影响岩块的强度和变影响岩块的强度和变形破坏特征形破坏特征形破坏特征形破坏特征岩石的隐微裂岩石的隐微裂岩石的隐微裂岩石的隐微裂隙隙隙隙本讲稿第八页，共二十四页n n岩体分类岩体分类岩体分类岩体分类n n岩体结构分类岩体结构分类岩体结构分类岩体结构分类n n 按按按按建建建建造造造造特特特特征征征征可可可可将将将将岩岩岩岩体体体体划划划划分分分分为为为为块块块块体体体体状状状状（或或或或整整整整体体体体状状状状）结结结结构构构构、块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。块状结构、
18、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。n n 整整整整体体体体结结结结构构构构：代代代代表表表表岩岩岩岩性性性性均均均均一一一一，无无无无软软软软弱弱弱弱面面面面的的的的岩岩岩岩体体体体，含含含含有有有有的的的的原原原原生生生生结结结结构构构构面面面面具具具具有有有有较较较较强强强强的的的的结结结结合合合合力力力力，间间间间距距距距大大大大于于于于1 1 1 1m m m m。通通通通常常常常出出出出现现现现在在在在厚厚厚厚层层层层的的的的碳碳碳碳酸酸酸酸盐盐盐盐岩岩岩岩、碎碎碎碎屑屑屑屑岩岩
19、岩岩；花花花花岗岗岗岗岩岩岩岩、闪闪闪闪长长长长岩岩岩岩；原原原原生生生生节节节节理理理理不不不不太太太太发发发发育育育育的的的的流流流流纹纹纹纹岩岩岩岩、安安安安山山山山岩、玄武岩、凝灰角砾岩中等。岩、玄武岩、凝灰角砾岩中等。岩、玄武岩、凝灰角砾岩中等。岩、玄武岩、凝灰角砾岩中等。本讲稿第九页，共二十四页n n 块块块块体体体体结结结结构构构构：代代代代表表表表岩岩岩岩性性性性较较较较均均均均一一一一，含含含含有有有有2-32-32-32-3组组组组较较较较发发发发育育育育的的的的软软软软弱弱弱弱结结结结构构构构面面面面的的的的岩岩岩岩体体体体，结结结结构构构构面面面面间间间间距距距距1 1
20、 1 10.50.50.50.5m m m m。成成成成岩岩岩岩裂裂裂裂隙隙隙隙较较较较发发发发育育育育的的的的厚厚厚厚层层层层砂砂砂砂岩岩岩岩或或或或泥泥泥泥岩岩岩岩，槽槽槽槽状状状状冲冲冲冲刷刷刷刷面面面面发发发发育育育育的的的的河河河河流流流流相相相相砂砂砂砂岩岩岩岩体体体体等等等等沉沉沉沉积积积积岩岩岩岩，原原原原生生生生节节节节理理理理发发发发育育育育的的的的火火火火山岩体等。山岩体等。山岩体等。山岩体等。层层层层状状状状结结结结构构构构：代代代代表表表表一一一一组组组组连连连连续续续续性性性性好好好好，抗抗抗抗剪剪剪剪性性性性能能能能显显显显著著著著较较较较低低低低的的的的软软软软
21、弱弱弱弱面面面面的的的的岩岩岩岩体体体体，一一一一般般般般岩岩岩岩性性性性不不不不均均均均一一一一。可可可可进进进进一一一一步步步步分分分分为为为为层层层层状状状状（软软软软弱弱弱弱面面面面间间间间距距距距5050505030303030cmcmcmcm），薄薄薄薄层层层层状状状状（间间间间距距距距小小小小于于于于30303030cmcmcmcm）。还还还还可可可可以以以以据据据据不不不不均均均均一一一一程程程程度划分出软硬相间的互层状结构。度划分出软硬相间的互层状结构。度划分出软硬相间的互层状结构。度划分出软硬相间的互层状结构。n n 碎块状碎块状碎块状碎块状结构：代表含有多组密集结构面的岩
22、体，岩体被分割成结构：代表含有多组密集结构面的岩体，岩体被分割成结构：代表含有多组密集结构面的岩体，岩体被分割成结构：代表含有多组密集结构面的岩体，岩体被分割成碎块状，以某些动力变质岩为典型，如溪洛渡泡灰岩。碎块状，以某些动力变质岩为典型，如溪洛渡泡灰岩。碎块状，以某些动力变质岩为典型，如溪洛渡泡灰岩。碎块状，以某些动力变质岩为典型，如溪洛渡泡灰岩。另另另另外外外外按按按按岩岩岩岩体体体体的的的的改改改改变变变变程程程程度度度度可可可可划划划划分分分分为为为为完完完完整整整整的的的的、块块块块裂裂裂裂化化化化或或或或板板板板裂裂裂裂化化化化，碎碎碎碎裂裂裂裂化、散体化的等四个等级。化、散体化的
23、等四个等级。化、散体化的等四个等级。化、散体化的等四个等级。本讲稿第十页，共二十四页6-2 岩体工程分级与分类岩体工程分级与分类1.工程岩体分级 目的：作为地基或围岩的岩体，从工程的实际出发，对其进行分级；并根据其特性进行试验，得出相应的设计计算指标和参数，是工程建设达到经济，合理和安全的目的。通用-专用本讲稿第十一页，共二十四页2.影响岩体工程性质的主要因素a a.岩石强度和质量岩石强度和质量主要表现在主要表现在:1.1.强度强度 (软软、硬硬)2.2.变形性变形性(结构的致密结构的致密、疏松疏松)b b.岩体完整性岩体完整性岩体被断层、节理、裂隙岩体被断层、节理、裂隙 、层面、岩脉、破碎带
24、等所切割导致、层面、岩脉、破碎带等所切割导致岩体完整岩体完整性破坏和削弱的根本原因。性破坏和削弱的根本原因。c c.水的影响水的影响主要表现：主要表现：1.1.使岩石的物理力学性质恶化使岩石的物理力学性质恶化,对岩石强度的削弱对岩石强度的削弱.2.2.沿岩体的裂隙形成渗流沿岩体的裂隙形成渗流.本讲稿第十二页，共二十四页3.工程岩体分级的代表性方案n n70年开始,国内外提出了许多工程岩体的分级标准,其中影响较大的有RMR,RSR,Q,Z系统.(方案见下页)n n这些方案从不同角度反映岩体结构特征,岩体所处环境和岩体力学特镇.但是彼此缺乏可比性,一致性.因此,94年建设部批准GB50218-94
25、为强制性标准.本讲稿第十三页，共二十四页分类方案岩体质量指标计算公式及方法参数RMR系统 RMR=A+B+C+D +E+F 和差综合法 （并联系统）（T.Bieniawski,1973)A岩石强度（点荷载.单轴压)分数 150BRQD(岩石质量指标）分数 203D不连续面性状（粗糙夹泥）分数 300C不连续面间距（2m3m)分数 205E地下水（干燥流动）分数 150F不连续面产状条件（很好很差）分数 0-12等级划分I 很好 RMR 10081II 好 RMR 8061III 中等 RMR 6041IV 差 RMR 4021V 很差 RMR=20RSR系统RSR=A+B+C 和差综合法 （并
26、联系统）（G.Wickham,1974)A地质（岩石类型：按三大岩类由硬质至破碎划分四个等级。构造由整体强烈断裂褶皱分为四等），分数 306B节理裂隙特征（按整体至极密集分为6个等级，按走向 倾角与掘进方向关系折减）分数 457C地下水（无至大量）分数 256RSR的变化范围 25100Q 系统 Q=RQD/Jn .Jr/Ja .Jw/SRF 乘积法 串联系统（Baton,1974)RQD岩石质量指标 0100Jn裂隙组数，无裂破裂，0.520 Jr裂隙粗糙度，粗糙镜面，40.5 Ja裂隙蚀变程度，新鲜蚀变夹泥，0.7520 Jw裂隙水折减系数，干燥特大水流，10.05SRF应力折减系数，表示
27、洞室开挖中岩性和地应力对 围岩抗变形能力的折减，高者可达20（高应力状态 岩石 趋于流动），低者2.5（接近地表的坚硬岩石）很好 Q 4001000 极好 Q 100400 很好 Q 40100 好 Q 1040 一般 Q 4 10 坏 Q 14 很坏 Q 0.11 坏 Q 0.010.1 特坏 Q 0.0010.01Z系统 Z=I.f.R 乘积法（串联系统）谷德振，1979I完整性系数，I=V2m/V2rVm岩体中纵波速 Vr岩石中纵波速f结构面抗剪强度系数R岩石坚固系数（为岩石湿单轴抗压强度的百分之一）Z的变化范围为0.0120 表 岩体质量分类代表性方案本讲稿第十四页，共二十四页3.工程
28、岩体分级的代表性方案分分类类中中，为为了了探探讨讨不不同同分分类类方方案案之之间间的的相相关关性性，鲁鲁弗弗里里奇奇等等根根据据新新西西兰兰多个工程的经验，对多个工程的经验，对RMRRMR、RSRRSR和和Q Q系统三者得出的如下关系式：系统三者得出的如下关系式：RMR=1.35lgQ+43RMR=1.35lgQ+43RSR=0.77RMR+12.4RSR=0.77RMR+12.4RSR=13.3lgQ+46.5RSR=13.3lgQ+46.5本讲稿第十五页，共二十四页4.工程岩体分级标准(GB5021894)n n由于影响岩体稳定因素复杂多样由于影响岩体稳定因素复杂多样,GB,GB提出了对工
29、程岩体进行初提出了对工程岩体进行初步和详细分级的两类定级方法步和详细分级的两类定级方法.n n(1)(1)初步分级初步分级:坚硬程度坚硬程度+岩体完整程度基础上进行定性和定量分析岩体完整程度基础上进行定性和定量分析确定确定n na.a.岩石坚硬程度岩石坚硬程度 .定性划分定性划分 (见下页见下页)本讲稿第十六页，共二十四页4.工程岩体分级标准(GB5021894)本讲稿第十七页，共二十四页n n.定量确定定量确定n n采用岩石单轴饱和抗压强度采用岩石单轴饱和抗压强度(Rc)(Rc)实测值实测值,无条件取得实测值无条件取得实测值,按下式换算按下式换算:Rc=22.82I Rc=22.82Is(5
30、0)s(50)0.750.754.工程岩体分级标准(GB5021894)本讲稿第十八页，共二十四页b.b.岩体完整程度的确定岩体完整程度的确定.定性划分定性划分4.工程岩体分级标准(GB5021894)本讲稿第十九页，共二十四页 4.工程岩体分级标准(GB5021894)本讲稿第二十页，共二十四页定量确定定量确定4.工程岩体分级标准(GB5021894)本讲稿第二十一页，共二十四页n nc c岩体基本质量分级岩体基本质量分级n n岩体基本质量指标岩体基本质量指标:BQ=90+3Rc+250Kv:BQ=90+3Rc+250Kv 4.工程岩体分级标准(GB5021894)本讲稿第二十二页，共二十四页(2)(2)工程岩体质量详细分级工程岩体质量详细分级分为高地应力分为高地应力、地下水地下水、主要软弱结构面主要软弱结构面、和初始应力状态的影响和初始应力状态的影响4.工程岩体分级标准(GB5021894)本讲稿第二十三页，共二十四页See you next time!See you next time!本讲稿第二十四页，共二十四页