高等巖石力學(xué)

1、巖石（體）力學(xué)特性專題第一節(jié) 剛性壓力機的作用原理及在試驗中巖石變形破裂機理一、巖石在普通試驗機中進(jìn)行單向壓縮試驗時的變形特性巖石的變形特性通常可從試驗時所記錄下來的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中獲得。巖石的應(yīng)力-應(yīng) 變曲線反映了各種不同應(yīng)力水平下所對應(yīng)的應(yīng)變(變形)規(guī)律。以下介紹具有代表性的典型 的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。1. 典型的巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析圖1例示了典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形態(tài)變化c可將其分成OA，AB，BC三個階段。三個階段各自顯示了不同的變形特性。(1)0A階段，通常被稱為壓密階段。其特征是應(yīng)力-應(yīng) 變曲線呈上凹型，即應(yīng)變隨應(yīng)力的增加而減少，形成這一特性 的主要原因是:存在于

2、巖石內(nèi)的微裂隙在外力作用下發(fā)生閉 合所致。(2)AB階段，也就是彈性階段c從圖1可知，這一階 段的應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本呈直線。若在這一階段卸荷的話其應(yīng)變可以恢復(fù)，由此而稱為彈性階段。這一階段常用兩個彈性常數(shù)來描述其變形特性。即彈性模量E和泊松比。所謂 彈性模量，是指應(yīng)力-應(yīng)變曲線中呈直線階段的應(yīng)力與應(yīng)變之比值(或者是該曲線在直線段的斜率)被稱作平均模量。就模量的概念而言，巖石的模量還有初始模量、切線模量、割線模量等。在巖石力學(xué)中比較常用的是平均彈性模量和割線模量。割線模量是指巖石峰值應(yīng)力一半的應(yīng)力、應(yīng)變之比值。其實質(zhì)代表了巖石的變形模量。 所謂泊松比，是指在彈性階段中，巖石的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之

3、比值。這是描述巖石側(cè)向變形特性的一個參數(shù)。最近幾年來，經(jīng)過大量的試驗發(fā)現(xiàn)，在AB階段，由于受荷后不斷地 出現(xiàn)裂紋擴展，巖石將產(chǎn)生一些不可逆的變形。因此從某種意義上來說，它并不屬于真正的 彈性特性，只能是一種近似的彈性介質(zhì)。B點是該巖石的屈服點，當(dāng)應(yīng)力超過B點，則將進(jìn)入第三階段。(3)BC階段，也被稱作塑性階段。當(dāng)應(yīng)力值超出屈服應(yīng)力之后，隨著應(yīng)力的增大曲線呈下凹狀，明顯地表現(xiàn)出應(yīng)變增大(軟化）的現(xiàn)象。進(jìn)人了塑性階段，巖石將產(chǎn)生不可逆的塑性變形。同時應(yīng)變速率將同時增大，但最小主應(yīng)變的應(yīng)變速率的增大表現(xiàn)得更明顯。應(yīng)該指出，對于堅硬的巖石來說，這一塑性階段很短，有的幾乎不存在，它所表現(xiàn)的是脆性破壞的特

4、征。所謂脆性，是指應(yīng)力超出了屈服應(yīng)力卻并不表現(xiàn)出明顯的塑性變形的特性，而因此達(dá)到破壞，即為脆性破壞。二、剛性壓力機的作用原理及在試驗中巖石變形破裂機理上面介紹了巖石在普通試驗中進(jìn)行單向壓縮試驗時所得到的變形特性。這些變形特性反映了巖石“破壞”前的力學(xué)特性。絕大多數(shù)巖石的變形屬脆性，使得“破壞”無明顯前兆， 不出現(xiàn)明顯的塑性變形，巖石試件突然崩潰，無法記錄下崩潰后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。那么有人提出了這樣的問題：巖石在試驗過程中發(fā)生崩潰現(xiàn)象是否是巖石所固有的特性？巖石達(dá)到“破壞”后的性態(tài)是怎樣的？經(jīng)過大量的試驗研究發(fā)現(xiàn):達(dá)到“破壞”的瞬間，試驗機給予巖石試件的附加應(yīng)力是加劇巖石試件崩潰的主要原因。19

5、70年，沙拉蒙首先全面論述了由于試驗機的剛度不同對巖石變形特性的影響，提出了用剛度較大的試驗機來減少作用于巖石的附加應(yīng)力，進(jìn)而可求得峰值應(yīng)力后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線C以后,這一觀點被從事巖石力學(xué)工作的研究人員和工程技術(shù)人員所接受。剛性試驗機和應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^裎曲線這兩個全新的概念進(jìn)人了巖石力學(xué)領(lǐng)域。(1)剛性試驗機工作原理簡介試驗機主要是由出力系統(tǒng)和金屬框架組成。當(dāng)進(jìn)行巖石壓縮試驗時，試驗機的金屬框架則承受了與出力系統(tǒng)大小相同的拉力。此時，框架中將貯存著一定數(shù)量的彈性應(yīng)變能。當(dāng)巖石達(dá)到峰值應(yīng)力時，由于已超出巖石所能承受的極限應(yīng)力，將產(chǎn)生一個較大量級的應(yīng)變。正是因為這一應(yīng)變的產(chǎn)生促使試驗機框架向巖石釋放

6、出貯存在機內(nèi)的彈性應(yīng)變能。顯然，巖石的突然崩潰是由于這附加的能量所致。圖2是分析試驗機剛度大小給予試驗結(jié)果影響的示意圖。假設(shè)：巖石的剛度用表示，并在達(dá)峰值應(yīng)力后仍具有一定的承載能力，且用 表示.試驗機的剛度用和表示且<。前者代表小剛度的試驗機，后者代表大剛度的試驗機。當(dāng)試驗機加載至巖石的峰值應(yīng)力之后，若產(chǎn)生一個微小量的應(yīng)變，則其應(yīng)力- 應(yīng)變曲線應(yīng)沿著AA'移動。這時巖石所能承受的能量為圍成的而積。當(dāng)試驗機為柔性機()即試驗機的剛度小于巖石的剛度。由于加載作用，貯存在試驗機內(nèi)的彈性能為所圍成的面積。當(dāng)應(yīng)力加至峰值應(yīng)力時，巖石會突然出現(xiàn)一微小的應(yīng)變。與此同時，試驗機也將恢復(fù)部分能量，

7、并將其作用在巖石上。此時，巖石所能承受的能量比試驗機釋放的能量小，其大小如圖2中所示的由A B A'所圍成的面積c因此，由于附加能量的作用，使巖石的裂紋擴展加劇，并發(fā)生崩潰的現(xiàn)象。與此相反，當(dāng)試驗機的剛度大于巖石的剛度，則在相同的條件下，試驗機附加給巖石的能量為所圍成的面積，比巖石所能承受的能量小AA'C。要巖石繼續(xù)產(chǎn)生應(yīng)變必須依靠外荷載的加載才能實現(xiàn)。因此，當(dāng)試驗機的剛度大于巖石的剛度時，才有可能記錄下巖石峰值應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 這就是剛度試驗機的工作原理。(2)應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線形態(tài)由上述可知，所謂應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線，是指在剛性試驗上進(jìn)行試驗所獲得的包括巖石達(dá)到峰

8、值應(yīng)力之后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由圖3可知，除了上面已介紹的曲線可分成0A，AB，BC三個階段之外，當(dāng)應(yīng)力值過C點之后還存在著另外兩個階段圖2。CD階段，又被稱作應(yīng)變軟化階段。雖然此時已超出了峰值應(yīng)力，但巖石仍具有一定的承載能力，而這一承載力將隨著應(yīng)變的增大而逐漸減小，表現(xiàn)出明顯的軟化現(xiàn)象。D點以后為摩擦階段。它僅表現(xiàn)了巖石產(chǎn)生宏觀的斷裂面之后，斷裂面的摩擦所具有 的抵抗外力的能力。(3)達(dá)到峰值應(yīng)力后，應(yīng)力-應(yīng)變曲線所具有的特征及其類型a)巖石達(dá)到峰值應(yīng)力之后，仍然具有一定的承載能力，而巖石突然的“崩潰”是一種假象。因此，以前將應(yīng)力達(dá)峰值應(yīng)力時，稱作巖石“破壞”是不夠嚴(yán)密的。其實質(zhì)并非完全破壞，

9、僅僅表現(xiàn)為承載能力的降低。b)在反復(fù)加-卸載的情況下，曲線也會形成塑性滯環(huán)，而且塑性滯環(huán)的平均斜率是在逐漸降低，表現(xiàn)出應(yīng)變軟化的特征。此外，曲線仍具有記憶能力，反復(fù)加-卸載試驗對巖體的變形特性并無多大的影響。巖石在剛性試驗機上進(jìn)行試驗其曲線類型根據(jù)巖性的不同可以分成兩種類型。第一種類型為穩(wěn)定型。當(dāng)試件所受的荷載超過其峰值應(yīng)力后，只有在外力繼續(xù)作功的情況下，才能使其破損進(jìn)一步發(fā)展。如圖3中的類型I。第二種類型為圖中的類型II。 該類試件將出現(xiàn)不穩(wěn)定的裂紋擴展，試件無需外力繼續(xù)作功破裂會持續(xù)發(fā)展，直至喪失承載能力。這類曲線被稱作非穩(wěn)定型曲線。第二節(jié) 水對巖石（體）力學(xué)特性的影響()巖石的含水性質(zhì)

10、1.巖石的含水量（）巖石的含水量是指巖石孔隙中含水的質(zhì)量與固體質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)：根據(jù)試件含水量狀態(tài)的不同，可分成巖石在天然狀態(tài)下的含水量和飽和狀態(tài)下的含水量。其試驗方法類似于密度試驗的方法。其差別在于必須求出含水的質(zhì)量。巖石的含水量對于軟巖來說是一個比較重要的參數(shù)。組成軟巖的礦物成分中往往含有較多的粘土礦物，而這些粘土礦物遇水軟化的特性，將對巖石的變形、強度有很大的影響。 對于中等堅硬以上的巖石而言，其影響就顯得并不重要。2.巖石的吸水率（）巖石的吸水率是指巖石吸人水的質(zhì)量與試件固體的質(zhì)量之比：巖石吸水率的試驗方法類似于飽和密度的試驗方法?？赏ㄟ^飽和密度的試驗，得到巖 石的吸水率。吸水率是一個

11、間接反映巖石內(nèi)孔隙多少的指標(biāo),與巖石的含水量一樣，對于軟巖它是一個比較重要的參數(shù)。(二）巖石的滲透性巖石的滲透性是指巖石在一定的水壓力作用下，水穿透巖石的能力。它反映了巖石中裂隙間相互連通的程度。大多數(shù)巖石的滲透性可用達(dá)西定律來描述：式中沿x方向水的流量； h水頭的髙度； A垂直于x方向的截面面積； K巖石的滲透系數(shù)。就一般工程而言，所關(guān)心的是滲透系數(shù)K的大小。通常，滲透系數(shù)K是利用徑向滲透試驗而得到。所謂徑向滲透試驗，是采用鉆有一同軸孔的巖芯，使這空心圓柱體試樣能夠產(chǎn)生徑向流動。當(dāng)液體表面作用著恒定的壓力時，使液體沿著巖石內(nèi)的裂隙網(wǎng)流動，測得各系數(shù)，進(jìn)而求得巖石的滲透系數(shù)。巖石的滲透性對于解

12、決一些實際問題具有直接的意義，例如：將水、油或者氣體泵入多孔隙的巖體中；為了能量轉(zhuǎn)換而在地下洞室中貯存液體；評價水庫的不透水性；排除深埋洞室的滲水等等。但是，就滲透性而言，巖體的滲透特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)比巖石的滲透性來得重要。其原因是巖體中存在著的不連續(xù)面，使其滲透系數(shù)要比巖石的大得多而引人注。目前，國外已有人正在進(jìn)行現(xiàn)場巖體的滲透性試驗研究，看來這才是研究巖石滲透性的最佳方向。 (三）軟化系數(shù)（)軟化系數(shù)是指巖石于燥狀態(tài)下的單軸抗壓強度和飽和單軸抗壓強度的比值。它 是表示巖石抗風(fēng)化能力的一個指標(biāo)：軟化系數(shù)卩是一個小于或等于1的系數(shù)，該值越小，則表示巖石受水的影響越大。(四）巖石耐崩解性指數(shù)（)耐崩解性指

13、數(shù)是通過對巖石試件進(jìn)行烘干，浸水循環(huán)試驗所得的指數(shù)。它直接反映了巖石在浸水和溫度變化的環(huán)境下抵抗風(fēng)化作用的能力。耐崩解性指數(shù)的試驗是將經(jīng)過烘干的試塊(約重500g，且分成十塊左右），放人一個帶有篩孔的圓筒內(nèi)，使該圓筒在水槽中以 20r/min的速度，連續(xù)旋轉(zhuǎn)l0min，然后將留在圓筒內(nèi)的巖塊取出再次烘干稱重。如此反復(fù)進(jìn)行兩次后，按下式求得耐崩解性指數(shù)：式中表示經(jīng)兩次循環(huán)試驗而求得的耐崩解性指數(shù)，該指數(shù)在0 100%內(nèi)變化； 試驗前試塊的烘干質(zhì)量； 殘留在圓筒內(nèi)試塊的烘干質(zhì)量。甘布爾認(rèn)為:耐崩解性指數(shù)與巖石成巖的地質(zhì)年代無明顯的關(guān)系，而與巖石的密度成正比，與巖石的含水量成反比。并列出了表2-1的

14、分類，對巖石的耐崩解性進(jìn)行評價。表21甘布爾的崩解酎久性分類紺 名次lOmin旋轉(zhuǎn)后留下的丑分?jǐn)?shù)（)(按十寬計）兩次lOmin旋轉(zhuǎn)后留下的冇分?jǐn)?shù)()(按干重計）極離的耐久性>99>98高耐久件98-9995-98中等高的耐久性95-9885-95中等的耐久性85-9560-85低耐久性60-8530-60極低的耐久性<60<30(五）巖石的膨脹性含有粘土礦物的巖石，遇水后會發(fā)生膨脹現(xiàn)象。這是因為粘土礦物遇水促使其顆粒間的水膜增厚所致，因此，對于含有粘土礦物的巖石，掌握經(jīng)開挖后遇水膨脹的特性是十分必要的。巖石的膨脹特性通常以巖石的自由膨脹率、巖石的側(cè)向約束膨脹率、膨脹壓力

15、等來表述。1.巖石的自由膨脹率巖石的自由膨脹率是指巖石試件在無任何約束的條件下浸水后所產(chǎn)生膨脹變形與試件原尺寸的比值。常用的有巖石的徑向自由膨脹率（）和軸向自由膨脹率（)。這一參數(shù)適用于不易崩解的巖石：式中分別是浸水后巖石試件軸向、徑向膨脹變形量； H，D分別是巖石試件試驗前的髙度、直徑。自由膨脹率的試驗通常是將加工完成的試件浸人水中，按一定的時間間隔測量其變形量，最終按公式計算而得。2.巖石的側(cè)向約束膨脹率（)與巖石自由膨脹率不同，巖石側(cè)向約束膨脹率是將具有側(cè)向約束的試件浸人水中,使巖石試件僅產(chǎn)生軸向膨脹變形而求得的膨脹率。其計算式如下：式中為有側(cè)向約束條件下所測得的軸向膨脹變形量。3.膨脹

16、壓力膨脹壓力是指巖石試件浸水后，使試件保持原有體積所施加的最大壓力。其試驗方法類似于膨脹率試驗。只是要求限制試件不出現(xiàn)變形而測量其相應(yīng)的最大壓力。上述三個參數(shù)從不同的角度反映了巖石遇水膨脹的特性，進(jìn)而可利用這些參數(shù)，評價建造于含有粘土礦物巖體中的洞室的穩(wěn)定性，并為這些工程的設(shè)計提供必要的參數(shù)。第三節(jié) 巖石流變力學(xué)特性及其對巖體工程耐久性的影響巖石的流變性是指巖石在恒定的外力作用下，應(yīng)變隨時間面增大,所產(chǎn)生的變形稱為流變。流變也稱作蠕變。(一）典型的流變曲線圖2-27表示r典型的蠕變曲線。從曲線形態(tài)上看，可將該曲線分成三個階段：1. AB階段，稱作為瞬態(tài)蠕變階段。在施加外荷載之后，首先巖石將產(chǎn)生

17、瞬時的彈性應(yīng) 變，這一應(yīng)變是與時間無關(guān)的，如圖中所示的OA段。當(dāng)外荷載維持一定的時間后，巖石將產(chǎn)生一部分隨時間而增大的應(yīng)變,此時的應(yīng)變速率將隨時間的增長逐漸減小，曲線呈下凹型，并向直線狀態(tài)過渡。在此階段，若卸去外荷載則巖石的瞬時彈性應(yīng)變最先恢復(fù)，如圖中的PQ段。之后，隨著時間的增加，其剩余應(yīng)變亦能逐漸地恢復(fù)，如圖中的QR段。QR段曲線的存在，說明巖石具有隨時間的增長應(yīng)變逐漸恢復(fù)的特性,這一特性被稱作為彈性后效。2. BC階段，被稱作為穩(wěn)定蠕變階段。在這一階段最明顯的特點是應(yīng)變與時間的關(guān)系近似地呈直線變化，應(yīng)變速率為一常數(shù)。若在這第二階段，也將外荷載卸去，則也會出現(xiàn)與第一階段卸載時一樣的特性，彈

18、性后效仍然存在，但是這時的應(yīng)變已無法全部恢復(fù)，存在著部分不能恢復(fù)的永久變形第二階段的曲線斜率與作用的外荷載的大小和介質(zhì)的粘滯系數(shù)有關(guān)。3.C點以后階段，為非穩(wěn)態(tài)蠕變。當(dāng)應(yīng) 變達(dá)到C點后，巖石將進(jìn)入非穩(wěn)態(tài)蠕變階段。這時巖石的應(yīng)變速率劇烈增加，整個曲線呈上凹型，經(jīng)過短暫的時間后試件將發(fā)生破壞。C點往往被稱作為蠕變極限應(yīng)力，其意義類似于屈服應(yīng)力。(二）巖石蠕變的影響因素巖石蠕變的影響因素除了巖石自身礦物 成分不同將造成一定的差異之外，對于試驗環(huán)境而言，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：1. 應(yīng)力水平的影響圖2-28例示了在不同的應(yīng)力水平作用 下的雪花石膏的蠕變曲線。由曲線可知，當(dāng)在稍低的應(yīng)力作用下，蠕變曲線只

19、存在著前兩個階段，并不產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)蠕變。它表明了在這樣的應(yīng)力作用下，試件不會發(fā)生破壞。變形最后將趨向于一個穩(wěn)定值。相反，在較髙應(yīng)力作用下，試件經(jīng)過短暫的第二階段，立即進(jìn)人非穩(wěn)態(tài)蠕變階段，直至破壞。而只有在中等應(yīng)力水平（大約為巖石峰值應(yīng)力的 60%80%)的作用下，才能產(chǎn)生完整的螨變曲線。這對于進(jìn)行蠕變試驗而言，選擇試驗應(yīng)施加的應(yīng)力水平是必定要給予考慮的重要條件。此舉可以避免這種試驗得不到預(yù)期結(jié)果的現(xiàn)象出現(xiàn)。2.溫度、濕度對蠕變的影響不同的溫度將對蠕變的總變形踅以及穩(wěn)定蠕變的曲線斜率產(chǎn)生較大的影響。有人在相同荷載、不同溫度條件下進(jìn)行了蠕變對比試驗，得出了如下的結(jié)論：第一，在高溫條件下，總應(yīng)變量低于

20、較低溫度條件下的應(yīng)變量；第二，蠕變曲線第二階段的斜率則是高溫條件下要比低溫時小得多。在不同的濕度條件下，同樣對蠕變特性產(chǎn)生較大的影響。通過試驗可知,飽和試件的第二階段蠕變應(yīng)變速率和總應(yīng)變量都將大于干燥狀態(tài)下試件的試驗結(jié)果。因此，對于巖石蠕變試驗來說，由于試驗時所測得的應(yīng)變量級都很小，故要求嚴(yán)格控制式驗室的溫度和濕度，以免由于環(huán)境的變化而改變了巖石的蠕變特性。(三）巖石蠕變特性和常規(guī)變形特性的聯(lián)系常規(guī)變形特性和蠕變特性，雖然代表了兩種不同的試驗條件下巖石所產(chǎn)生的變形特性。但是二者最終的應(yīng)變量卻有著驚人的相同之處。圖2-29所示二者試驗結(jié)果的比較。在應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線中，蠕變試驗的軌跡應(yīng)該是一條

21、水平線。 如以C點作為施加在試件上的應(yīng)力水平，則其應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖中的CD所示。而D 點即為該應(yīng)力水平下蠕變破壞的最終應(yīng)變量。這幾乎與應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線在相同應(yīng)力水平下的應(yīng)變量相同，而圖中斜線IH表 示了蠕變試驗在低應(yīng)力水平作用下最終應(yīng)變量的軌跡線。若以E點的應(yīng)力水平進(jìn)行蠕變 試驗，那么，F(xiàn)點則可近似地看成在這一應(yīng)力水平作用下，可能產(chǎn)生的最大應(yīng)變量。第四節(jié) 巖石及巖體結(jié)構(gòu)對巖石及巖體強度特性的影響一、結(jié)構(gòu)面的概念一個天然巖體，從宏觀上來說，它是由節(jié)理或裂隙切割成一塊一塊的、互相排列與咬合著的巖塊所組成的。巖體中往往具有明顯的地質(zhì)遺跡,如假整合、不整合、榷皺、斷層、節(jié)理、劈理等。它們在巖體力

22、學(xué)中一般都統(tǒng)稱為節(jié)理。由于節(jié)理的存在，造成了介質(zhì)的不連續(xù)，因 而，這些界面又稱為不連續(xù)面或結(jié)構(gòu)面。它造成了巖體的不連續(xù)性和各向異性，同時還反映 了區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和自然應(yīng)力場的特征。由于巖體中有結(jié)構(gòu)面的存在，使巖體與巖石的力學(xué)特性之間有很大的差異。從巖體的力學(xué)屬性來看，可認(rèn)為：完整的巖體屬連續(xù)介質(zhì)力學(xué)范疇；面碎屑巖體或糜棱巖體則屬土力學(xué)范疇；介于上列二者之間的裂隙體或破裂體也統(tǒng)稱節(jié)理巖體，因它受節(jié)理切割的影響，可 認(rèn)為是有地質(zhì)力學(xué)的屬性即由地質(zhì)的特點面決定其力學(xué)性能的，其力學(xué)屬性被認(rèn)為部分屬從巖體的力學(xué)強度來看,巖石的強度與組成此巖體的巖塊 和節(jié)理的力學(xué)性能有很大不同，圖本1給出了節(jié)理巖體的強度區(qū)

23、別。從該圖中可見，節(jié)理的強度低于巖石的強度，面節(jié)理巖體的強度在節(jié)理的強度和巖塊的強度之間。所以，研究節(jié)理巖體的力學(xué)性能要從非節(jié)理巖石、節(jié)理及節(jié)理巖體這三方面的力學(xué) 性能來考慮?？梢?，如果工程設(shè)計僅憑室內(nèi)巖樣試驗指標(biāo)來代表野外天然巖體的力學(xué)性能，將會造成很大的誤差。二、結(jié)構(gòu)面的分類按照工程的要求，巖體中結(jié)構(gòu)面的分類有以下幾方面。(一）結(jié)構(gòu)面的絕對分類和相對分類絕對分類是建立于結(jié)構(gòu)面的延展長度基礎(chǔ)上的。一般將結(jié)構(gòu)面分為：細(xì)小的結(jié)構(gòu)面，其延長小于1m；中等的其延長為110m；巨大的其延長大于10m。絕對分類的缺點是沒有與工程結(jié)構(gòu)相結(jié)合面所謂結(jié)構(gòu)面的大小，都是相對于工程而言的。相對分類是建立于地質(zhì)不連

24、續(xù)面尺寸的基礎(chǔ)上。所謂相對，是指結(jié)合工程結(jié)構(gòu)類型而言。按工程結(jié)構(gòu)類型和大小的不同，可將結(jié)構(gòu)而分為細(xì)小的、中等的及大型的。(二）按力學(xué)觀點的結(jié)構(gòu)分類一個自然地質(zhì)體，當(dāng)其形成和受到地質(zhì)因素作用后，特別是受到構(gòu)造力作用后，在地質(zhì)體內(nèi)產(chǎn)生的各種結(jié)構(gòu)而，它可以是稀疏的，也可以是密集的；可以是充填各種各樣的砂礫粘土，也可以是互相有規(guī)律地排列或貫通?？傊匀坏刭|(zhì)體內(nèi)存在有各種各樣的結(jié)構(gòu)面，千變?nèi)f化，而且又在很大的程度上決定了巖體的力學(xué)性能。為了便于研究巖體的力學(xué)性能，按力學(xué)觀點可將巖體的地質(zhì)破壞分為三大類:第一類為破壞面，它是屬于大面積的破壞，以大的和粗的節(jié)理為代表。一般認(rèn)為這種破壞是由緩慢的地質(zhì)作用所形

25、成。第二類為破壞帶，它是屬于小面積的密集的破壞，以細(xì)節(jié)理、局部節(jié)理、風(fēng)化節(jié)理等為代表。一般認(rèn)為是由快速的地質(zhì)作用所形成。第三類為破壞面與破壞帶的過渡類型，它具有破壞面和破壞帶的力學(xué)特點?？娎瞻瓷鲜龅刭|(zhì)破壞特點將結(jié)構(gòu)面分為五大類型。即單個節(jié)理、節(jié)理組、節(jié)理群、節(jié)理帶以及破壞帶或糜棱巖。在此五大類型基礎(chǔ)上，又按充填節(jié)理中的材料性質(zhì)和程度以及糜棱巖化程度將每種類型分成三個細(xì)類。這樣，共將結(jié)構(gòu)面分為十五個細(xì)類。這里應(yīng)注意到：粗節(jié)理可以成單個節(jié)理形式出現(xiàn)，也可以成節(jié)理組出現(xiàn)。對于后一種情況，粗節(jié)理經(jīng)常地很明顯占有主要位置，因而可作為主要破壞被確定，而其他則作為伴隨破壞。在粗節(jié)理(和大的節(jié)理）中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有

26、磨碎的充填物，如裂隙粘質(zhì)土和細(xì)粒粉狀巖石(糜棱巖）與其他充填物，它們的形成往往由于節(jié)理或斷層兩壁發(fā)生重復(fù)和相反方向運動而使其間的巖體被壓晬和磨碎。其破碎程度，在帶狀破壞情況時，占優(yōu)勢的塊體尺寸為10100mm;在粗糜棱巖中，其顆粒尺寸一般為0.02 l.0mm，糜棱巖中，顆粒直徑為0.0020.02cm或更小些。三、巖體破碎程度的分類上述介紹了各種結(jié)構(gòu)面的形式，現(xiàn)在，我們討論有關(guān)巖體破碎程度的鑒別。為了區(qū)分巖體的破碎程度，在這里先介紹有關(guān)巖體中節(jié)理的兩個定量指標(biāo)。(一）裂隙度K裂隙度尺是指沿著取樣線方向，單位長度上節(jié)理的數(shù)量。設(shè)有一取樣直線,其長度為，在沿長度內(nèi)出現(xiàn)節(jié)理的數(shù)量為n，則那么，沿著

27、取樣線，節(jié)理的平均間距d為當(dāng)取樣線垂直節(jié)理的走向時，則為節(jié)理走向的垂直間距。當(dāng)節(jié)埋垂真間距d>180cm 時，巖體的連續(xù)性具有整體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)；d = 30 180cm時，則為塊狀結(jié)構(gòu)；d<30cm時，則為碎裂結(jié)構(gòu)，而當(dāng)d<6.5cm時，則稱為極碎裂的結(jié)構(gòu)。當(dāng)巖體上有幾組方向的節(jié)理時，如圖4-3，有兩組節(jié)理和和。則沿取樣線 x上的節(jié)理平均間距和為 ，該取樣線上的裂隙度尺為各組節(jié)理的裂隙度之和。即式中，各組節(jié)理的裂隙度，即按裂隙度K的大小，可將節(jié)理分成:疏節(jié)理（K = 01）；密節(jié)理（K = 110)；非常密集節(jié)理（K = 10100）；壓碎或糜棱化帶（K =10 01000）。

28、(二）切割度切割度是指節(jié)理在巖體中分離的程度，有些節(jié)理可將整個巖體完全切割，而有些節(jié)理由于其伸延不長，則只能切割巖體中的一部分，沒有將整個巖體分離開。現(xiàn)在來討論僅從一個節(jié)理確定巖體被切割的程度。首先，假設(shè)有一平直斷面，它與巖體中該節(jié)理面重疊，而且完全地橫貫所考慮的巖體體積，該平直斷面的面積令其為A。那么，這個平直斷面的面積A與節(jié)理面的面積a之間的比率就是連續(xù)面和不連續(xù)面之間的比率,稱其為切割度 。切割度一般以百分?jǐn)?shù)表示。當(dāng)比率為0.5時，表示橫貫巖體的平直斷面有50% 是被切割（或分離）的。在該情況下，說明這巖體在此平直斷面內(nèi)有50%沒有分離，是連續(xù)的。當(dāng)為1時，沿著該斷面的巖體完全地被節(jié)理切

29、割。相反，如果為零時，則巖體為完整體，是連續(xù)的。巖體中經(jīng)常地出現(xiàn)成組的平行的節(jié)理。若在同一平直面上出現(xiàn)的節(jié)理面積為則(3） 巖體破碎程度分類按照巖體的裂隙度K和切割度X,的關(guān)系，可將巖體的破碎程度劃分為如表4-3所示。 從表4-3中可見，由于裂隙度火與切割度Xe的關(guān)系不同，而得出巖體的破碎程度不同。在該表中分出五種不同破碎程度的巖體；似均質(zhì)性；弱節(jié)理化節(jié)理化；強節(jié)理化及完全節(jié)理化。四、結(jié)構(gòu)面的幾何特征結(jié)構(gòu)面的幾何特征是反映節(jié)理的外貌，它由下列要素所組成：1.走向。它是指節(jié)理面與水平面相交的交線方向。一般用方位角表示，例如N30°E。2.傾斜。它包括有節(jié)理而的傾斜角度與傾斜方向。所謂傾

30、斜角度，系指水平面與節(jié)理面間所夾的最大角度，它是垂直節(jié)理面走向的傾角。而傾斜方向是與走向成垂直的方向，它是節(jié)理面上傾斜線最陡的方位，也等于節(jié)理面的走向加上或減去90°而得。3.連續(xù)性。它包括節(jié)理傾斜連續(xù)性和走向連續(xù)性。它是根據(jù)現(xiàn)場節(jié)理面沿著節(jié)理走向和傾斜方向而測量的尺寸。連續(xù)性是給切割度的計算作為依據(jù)。4.粗糙度。它指節(jié)理表而的粗糙程度。平滑的表面較粗糙表面有較低的摩擦角。5.起伏度。節(jié)理表面經(jīng)常成波狀起伏，它可增加巖體滑移時的爬坡或順坡的能力。因而建立了起伏度的概念。起伏度包括兩個要素:幅度及長度。起伏波的幅度是指相鄰兩波峰連線與其下波槽的最大距離a，起伏波的長度是指兩相鄰波峰之距離當(dāng)幅度越大面波長越小，則表示節(jié)理表面起伏越急峻。四、碎塊巖體的破壞碎塊巖體是指巖體內(nèi)節(jié)理、裂隙、層理、片理等結(jié)