巖體結(jié)構(gòu)基本類型

1、目錄一、結(jié)構(gòu)體的類型和巖體結(jié)構(gòu)特征21.結(jié)構(gòu)體的類型22.巖體結(jié)構(gòu)特征23、組成34、結(jié)構(gòu)面35、結(jié)構(gòu)體46、類型47、力學(xué)效應(yīng)5二、巖層產(chǎn)狀的記錄方法6一、結(jié)構(gòu)體的類型和巖體結(jié)構(gòu)特征1.結(jié)構(gòu)體的類型由于各種成因的結(jié)構(gòu)面的組合，在巖體中可形成大小、形狀不同的結(jié)構(gòu)體。巖體中結(jié)構(gòu)體的形狀和大小是多種多樣的，但根據(jù)其外形特征可大致歸納為：柱狀、塊狀、板狀、楔形、菱形和錐形等六種基本形態(tài)。當(dāng)巖體強(qiáng)烈變形破碎時(shí)，也可形成片狀、碎塊狀、鱗片狀等形式的結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體的形狀與巖層產(chǎn)狀之間有一定的關(guān)系，例如：平緩產(chǎn)狀的層狀巖體中，一般由層面(或順層裂隙)與平面上的“X”型斷裂組合，常將巖體切割成方塊體、三角形柱

2、體等；在陡立的巖層地區(qū)，由于層面(或順層錯(cuò)動面)、斷層與剖面的上“X”型斷裂組合，往往形成塊體、錐形體和各種柱體。結(jié)構(gòu)體的大小，可用體積裂隙數(shù)Jv來表示。其定義是：巖體單位體積通過的總裂隙數(shù)(裂隙數(shù)m3)，表達(dá)式為：式中的Si為巖體內(nèi)第i組結(jié)構(gòu)面的間距； 為該組結(jié)構(gòu)面的裂隙數(shù)(裂隙數(shù)m)。根據(jù)Jv值的大小可將結(jié)構(gòu)體的塊度進(jìn)行分類(表16-4-2)。結(jié)構(gòu)體塊度(大小)分類 表16-4-2塊度描述巨型塊體大型塊體中型塊體小型塊體碎塊體體積裂隙數(shù)Jv(裂隙數(shù)m3)<1133101030>302.巖體結(jié)構(gòu)特征巖體結(jié)構(gòu)是指巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的組合方式。巖體結(jié)構(gòu)的基本類型可分為整體塊狀結(jié)構(gòu)、

3、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)，它們的地質(zhì)背景、結(jié)構(gòu)面特征和結(jié)構(gòu)體特征等列于表16-4-3中。(三)巖體的工程地質(zhì)特性巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)首先取決于巖體結(jié)構(gòu)類型與特征，其次才是組成巖體的巖石的性質(zhì)(或結(jié)構(gòu)體本身的性質(zhì))。不同結(jié)構(gòu)類型巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)： 1.整體塊狀結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì) 整體塊狀結(jié)構(gòu)巖體因結(jié)構(gòu)面稀疏、延展性差、結(jié)構(gòu)體塊度大且常為硬質(zhì)巖石，故整體強(qiáng)度高、變形特征接近于各向同性的均質(zhì)彈性體，變形模量、承載能力與抗滑能力均較高，抗風(fēng)化能力一般也較強(qiáng)，所以這類巖體具有良好的工程地質(zhì)性質(zhì)。巖體結(jié)構(gòu)的基本類型 表16-4-3結(jié)構(gòu)類型地質(zhì)背景結(jié)構(gòu)面特征結(jié)構(gòu)體特征類亞類形態(tài)強(qiáng)度(MPa)整體塊狀

4、整體結(jié)構(gòu)巖性單一，構(gòu)造變形輕微的巨厚層巖層及火成巖體，節(jié)理稀少結(jié)構(gòu)面少，13組，延展性差，多呈閉合狀，一般無充填物，tan 0.6巨型塊體>60結(jié)構(gòu)塊狀結(jié)構(gòu)巖性單一，構(gòu)造變形輕微中等的厚層巖體及火成巖體，節(jié)理一般發(fā)育，較稀疏結(jié)構(gòu)面23組，延展性差，多閉合狀，一般無充填物，層面有一定結(jié)合力，tan =0.40.6大型的方塊體、 菱塊體、柱體一般>60層狀層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造變形輕微中等的中厚層狀巖體(單層厚>30cm)，節(jié)理中等發(fā)育，不密集結(jié)構(gòu)面23組，延展性較好，以層面、層理、節(jié)理為主，有時(shí)有層間錯(cuò)動面和軟弱夾層，層面結(jié)合力不強(qiáng)，tan =0.30.5大中型層塊體、柱體、菱柱體>

5、;30結(jié)構(gòu)薄層(板)狀 結(jié)構(gòu)構(gòu)造變形中等強(qiáng)烈的薄層狀巖體(單層厚<30cm)，節(jié)理中等發(fā)育，不密集結(jié)構(gòu)面23組，延展性較好，以層面、節(jié)理、層理為主，不時(shí)有層間錯(cuò)動面和軟弱夾層，結(jié)構(gòu)面一般含泥膜，結(jié)合力差，tan 0.3大中型的板狀體、 板楔體一般1030碎裂結(jié)構(gòu)鑲嵌結(jié)構(gòu)脆硬巖體形成的壓碎巖，節(jié)理發(fā)育，較密集結(jié)構(gòu)面>23組，以節(jié)理為主，組數(shù)多，較密集，延展性較差，閉合狀，無一少量充填物，結(jié)構(gòu)面結(jié)合力不強(qiáng)，tan 0.40.6形態(tài)大小不一，棱角顯著，以中小型塊體為主>60層狀破裂 結(jié)構(gòu)3、組成巖體內(nèi)巖塊的組合排列形式。巖體結(jié)構(gòu)是由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體2個(gè)基本單元組成。 4、結(jié)構(gòu)面巖體內(nèi)

6、存在的不同成因、不同特性的各種地質(zhì)界面的統(tǒng)稱。如層面、節(jié) 巖體結(jié)構(gòu)理、斷層、裂隙等。結(jié)構(gòu)面不是幾何學(xué)上的面，而往往是具有一定張開度的裂縫，或被一定物質(zhì)充填,具有一定厚度的層或帶。按成因,結(jié)構(gòu)面可分為：沉積或成巖過程中產(chǎn)生的層面、夾層、冷凝節(jié)理等原生結(jié)構(gòu)面；構(gòu)造作用下形成的斷層、節(jié)理等構(gòu)造結(jié)構(gòu)面；變質(zhì)作用下所產(chǎn)生的片理、片麻理等變質(zhì)結(jié)構(gòu)面；還有在外營力作用下形成的風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙等次生結(jié)構(gòu)面。按規(guī)模（主要是長度），可將結(jié)構(gòu)面分為5級：（幾十至上百公里，十幾公里，幾公里,幾米至幾十米和厘米級）。它們分級或共同控制著區(qū)域、地區(qū)、山體、巖體的穩(wěn)定性和巖塊的力學(xué)特性。按性質(zhì)，結(jié)構(gòu)面可分為硬性（剛性）結(jié)

7、構(gòu)面和軟弱結(jié)構(gòu)面。硬性結(jié)構(gòu)面的摩擦系數(shù)較大，多數(shù)沒有充填物。軟弱結(jié)構(gòu)面的摩擦系數(shù)相對較小，延伸較長，且普遍充填粘土、泥、巖石碎塊等物質(zhì)。按物質(zhì)組成和微結(jié)構(gòu)形態(tài)，軟弱結(jié)構(gòu)面分為原生軟弱夾層、斷層和層間錯(cuò)動破碎帶、軟弱泥化帶（或夾層）等 3種類型。某些充填泥質(zhì)或粘土薄膜的大節(jié)理，也可構(gòu)成軟弱結(jié)構(gòu)面。軟弱結(jié)構(gòu)面是巖體中最容易產(chǎn)生變形和破壞的部位。它常常成為危險(xiǎn)的切割面、滑移面或構(gòu)成有害的壓縮變形帶，導(dǎo)致巖體產(chǎn)生不允許的變形或失穩(wěn)。因此，當(dāng)工程巖體中存在軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，除了要研究它們的幾何形態(tài)、結(jié)合狀況、空間分布和填充物質(zhì)等方面外，還要特別注意對其物質(zhì)組成、厚度、微觀結(jié)構(gòu)、在地下水作用下工程地質(zhì)性質(zhì)（潛

8、蝕、軟化）的變化趨勢、受力條件和所處的工程部位，以及它們的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等，進(jìn)行專門的試驗(yàn)研究，并對其對巖體穩(wěn)定性的影響作出定量的分析評價(jià)，提出工程處理措施。 5、結(jié)構(gòu)體巖體受結(jié)構(gòu)面切割而成的塊體或巖塊。隨著結(jié)構(gòu)面的分級，相應(yīng)地結(jié)構(gòu)體也可分級。視研究問題的不同，所選取的結(jié)構(gòu)體等級是不一的。幾級結(jié)構(gòu)體綜合疊加影響居多。由于不同級別、不同性質(zhì)、不同產(chǎn)狀以及不同發(fā)育程度的結(jié)構(gòu)面的組合，結(jié)構(gòu)體幾何形態(tài)、單體大小可迥然不同。巖性的變化，也均關(guān)系著巖體的完整性、堅(jiān)強(qiáng)性，從而決定著巖體的所屬介質(zhì)類型。 6、類型按結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合形式，尤其是結(jié)構(gòu)面性狀，可將巖體劃分如下結(jié)構(gòu)類型：整體塊狀結(jié)構(gòu)，包括整體（斷續(xù)）

9、結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)和菱塊狀結(jié)構(gòu)；層狀結(jié)構(gòu)，包括層狀結(jié)構(gòu)和薄層(板狀)結(jié)構(gòu)；碎裂結(jié)構(gòu)，包括鑲嵌結(jié)構(gòu)、層狀碎裂結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)；散體結(jié)構(gòu)，包括塊夾泥結(jié)構(gòu)和泥夾塊結(jié)構(gòu)等。 7、力學(xué)效應(yīng)結(jié)構(gòu)對巖體力學(xué)性能的影響。巖體在力學(xué)作用和力學(xué)性質(zhì)上有明顯的結(jié) 巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)類型不同，力學(xué)效應(yīng)不一。若巖體內(nèi)存在著軟弱結(jié)構(gòu)面，則巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)效應(yīng)主要受它控制，而且取決于它的充填度(即充填物在結(jié)構(gòu)面內(nèi)填充程度)、充填物成分與結(jié)構(gòu)、充填物厚度以及結(jié)構(gòu)面的起伏度（即結(jié)構(gòu)面的起伏程度，常用起伏差即起伏最大值表示）。其中又以充填物厚度、充填度和起伏度最為重要。厚度大小與物質(zhì)成分有關(guān),一般顆粒越粗厚度越大;反之,顆粒越細(xì),厚度越

10、小。設(shè)充填物厚度為h,結(jié)構(gòu)面起伏差為H,定義為充填度。起伏的結(jié)構(gòu)面內(nèi)充填物的充填度越大，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度越低。當(dāng)充填度大于200左右時(shí),結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度便穩(wěn)定于一定的水平上；即與軟弱充填物質(zhì)的強(qiáng)度相當(dāng)，這種關(guān)系稱之為充填度的力學(xué)效應(yīng)。 結(jié)構(gòu)面起伏度用起伏差及起伏角表示。起伏差的力學(xué)效應(yīng)常與充填度相聯(lián)系。起伏角 為迎著受力方向結(jié)構(gòu)面的仰角，又稱為爬坡角。結(jié)構(gòu)面具有爬坡角為 的起伏時(shí)，其抗剪強(qiáng)度中的摩擦角a將增加 ，即 a=j+ j為平直結(jié)構(gòu)面的基本摩擦角。 多組四級結(jié)構(gòu)面（如節(jié)理）發(fā)育的巖體結(jié)構(gòu)類型的力學(xué)效應(yīng)主要取決于結(jié)構(gòu)面密度（單位尺寸上的結(jié)構(gòu)面數(shù)）、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀（結(jié)構(gòu)面出露的空間方位）及結(jié)構(gòu)面組數(shù) 3

11、個(gè)方面。巖體強(qiáng)度（變形參數(shù)也同樣）隨著巖體內(nèi)含的結(jié)構(gòu)面組數(shù)和結(jié)構(gòu)體數(shù)增多而降低。結(jié)構(gòu)面對巖體破壞影響有一定的范圍。當(dāng)結(jié)構(gòu)面傾角大于或小于 min時(shí)，結(jié)構(gòu)面對巖體破壞便沒有影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)面傾角介于和min之間時(shí),巖體強(qiáng)度則隨著結(jié)構(gòu)面傾角而變化，在=30°±時(shí)，出現(xiàn)強(qiáng)度最低值。在多組結(jié)構(gòu)面發(fā)育的巖體，結(jié)構(gòu)面對巖體力學(xué)作用和力學(xué)性質(zhì)的影響，是各組結(jié)構(gòu)面力學(xué)效應(yīng)的疊加。顯然，結(jié)構(gòu)面組數(shù)越多，巖體力學(xué)性質(zhì)越均勻化。 整體結(jié)構(gòu)巖體的力學(xué)效應(yīng)規(guī)律基本上與節(jié)理化巖體相近。以單軸抗壓強(qiáng)度為例，節(jié)理化巖體僅相當(dāng)于巖塊抗壓強(qiáng)度的1/3至1/10,而整體結(jié)構(gòu)巖體的單軸抗壓強(qiáng)度可相當(dāng)于巖塊的1/2至1/3。二、巖層產(chǎn)狀的記錄方法 如用方位角羅盤測量，測得某地層走向是330°、傾向?yàn)?40°、傾角為50°，記做330°/SW50°，或記做240°50°（即只記傾向與傾角即可）。如果用方位角羅盤測量但要用象限角記錄時(shí)，則需把方位角換算成象限角，再作記錄。如上述地層產(chǎn)狀其走向應(yīng)為=360°330°=30°，傾向=240°180°=60°