工程地質(zhì)學(xué)：第7章 巖體結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性

2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所1第7章巖體結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性一、概念1、巖體(rockmass)：包含巖石(rock)和結(jié)構(gòu)弱面

(weakstructuralplane)。（1）特點(diǎn)：①不連續(xù)——受構(gòu)造切割、孔隙等影響；②非均質(zhì)——各類(lèi)礦物、巖石組合；③各向異性——構(gòu)造、非均質(zhì)造成。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所2巖體與巖石的區(qū)別（2）巖體與巖石的區(qū)別：①范圍大；②強(qiáng)度、穩(wěn)定性低。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所3巖體穩(wěn)定及其分析2、巖體穩(wěn)定：指在一定時(shí)間內(nèi)、一定條件（自然、人為）下巖體不產(chǎn)生破壞性剪切滑移、塑性變形和張裂破壞。3、巖體穩(wěn)定性分析：包括——⑴結(jié)構(gòu)分析；⑵力學(xué)分析；⑶類(lèi)比分析一般需將三種分析方法進(jìn)行相互補(bǔ)充、驗(yàn)證，作出綜合評(píng)價(jià)。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所4二、巖體結(jié)構(gòu)㈠概念巖體結(jié)構(gòu)是指巖體中①結(jié)構(gòu)面(structuralplane)和②結(jié)構(gòu)體(structuralblock)的組合特征，即結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、組合形式；結(jié)構(gòu)體的大小、幾何形式和排列。①結(jié)構(gòu)面——巖體中各種地質(zhì)界面，如：層面、裂隙面、斷層面、不整合面等。巖體多沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。②結(jié)構(gòu)體——由結(jié)構(gòu)面切割而成的單個(gè)塊體。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所5㈡結(jié)構(gòu)面

1、成因類(lèi)型：⑴沉積結(jié)構(gòu)面——沉積、成巖過(guò)程中形成，包括層理、層面、軟弱夾層(weakintercalatedlayer)和不整合面等。其中軟弱夾層對(duì)巖體穩(wěn)定性影響比較大，容易造成滑坡等工程事故。軟弱夾層的產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀一致。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所6軟弱夾層分類(lèi)按成因分為：①在陸相沉積間斷的不整合面處形成軟弱夾層；②在火山噴發(fā)間歇期形成的風(fēng)化軟弱夾層；③原生夾層。其中①、②兩種軟弱夾層通常含泥質(zhì)物質(zhì)，松散。形成良好的地下水通道，夾層的水穩(wěn)定性差，易軟化、泥化，強(qiáng)度和穩(wěn)定性差。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所7⑵火成結(jié)構(gòu)面⑵火成結(jié)構(gòu)面——在巖漿活動(dòng)中形成，包括：①侵入接觸面——與圍巖膠結(jié)不良，有變質(zhì)物質(zhì)。②冷凝裂隙——張性裂隙面，粗糙。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所8⑶變質(zhì)結(jié)構(gòu)面⑶變質(zhì)結(jié)構(gòu)面——變質(zhì)作用形成。包括：①片理——沿片理面片狀礦物富集，巖體強(qiáng)度↓②片巖軟弱夾層——薄層云母片巖、綠泥石片巖等，片理發(fā)育、巖性軟弱、礦物易風(fēng)化。對(duì)邊坡、地下工程穩(wěn)定造成影響。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所9⑷構(gòu)造結(jié)構(gòu)面⑷構(gòu)造結(jié)構(gòu)面——構(gòu)造作用形成，規(guī)模大，對(duì)巖體穩(wěn)定性影響很大。包括：①節(jié)理②斷層－－產(chǎn)狀受構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制。③層間錯(cuò)動(dòng)面——與巖層一致，破碎，含泥質(zhì)。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所10⑸次生結(jié)構(gòu)面⑸次生結(jié)構(gòu)面——巖體受卸荷、風(fēng)化、地下水等次生作用形成。次生結(jié)構(gòu)面易造成邊坡巖體破壞。次生結(jié)構(gòu)面包括：①卸荷裂隙——巖體受河流切割、開(kāi)挖等形成臨空面，應(yīng)力釋放等作用引起，張裂。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所11⑸次生結(jié)構(gòu)面②風(fēng)化裂隙——表層風(fēng)化帶，裂隙產(chǎn)狀無(wú)規(guī)律，短小密集。③風(fēng)化夾層——沿原結(jié)構(gòu)面發(fā)育形成，延深比風(fēng)化裂隙大，產(chǎn)狀受原結(jié)構(gòu)面控制。風(fēng)化夾層多呈松散、破碎狀，含泥質(zhì)，水穩(wěn)定性差。如斷層風(fēng)化、巖脈風(fēng)化、夾層風(fēng)化等。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所12⑸次生結(jié)構(gòu)面④泥化夾層——地下水作用，使原軟弱夾層（粘土巖、泥灰?guī)r、頁(yè)巖等）泥化，產(chǎn)狀與巖層一致。⑤次生夾泥層——地下水作用產(chǎn)生次生夾泥，沿原結(jié)構(gòu)面（層面、裂隙、斷層）形成，受原結(jié)構(gòu)面控制，結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度低。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所132、結(jié)構(gòu)面的主要特征⑴結(jié)構(gòu)面的發(fā)展歷史：構(gòu)造、次生作用影響比較大。如：軟弱夾層受構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)→層間破碎夾層，其性質(zhì)↓；層間錯(cuò)動(dòng)面上次生泥化→其性質(zhì)↓↓⑵結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)組成：

含有松散、粘土類(lèi)礦物，其抗剪強(qiáng)度低，對(duì)巖體穩(wěn)定性影響大。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所142、結(jié)構(gòu)面的主要特征⑶結(jié)構(gòu)面的延展性：

結(jié)構(gòu)面延展長(zhǎng)、規(guī)模大，則對(duì)其穩(wěn)定性影響大。⑷結(jié)構(gòu)面的張開(kāi)程度、充填膠結(jié)情況：張節(jié)理為次生充填物、地下水活動(dòng)提供條件，其抗剪強(qiáng)度低，對(duì)斜坡、隧道圍巖穩(wěn)定性影響大。粘土、滑膩性礦物（如滑石、云母、綠泥石等）充填物抗剪強(qiáng)度很低，但若膠結(jié)時(shí)則其抗剪強(qiáng)度提高。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所152、結(jié)構(gòu)面的主要特征⑸結(jié)構(gòu)面的密集程度：

結(jié)構(gòu)面的密集程度高，則其穩(wěn)定性低。⑹結(jié)構(gòu)面的平整、光滑程度：

結(jié)構(gòu)面越平整、光滑，則其穩(wěn)定性越低。結(jié)構(gòu)面的類(lèi)型及其特征見(jiàn)表7－5。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所162022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所17（二）結(jié)構(gòu)體1、結(jié)構(gòu)體形式：由結(jié)構(gòu)面切割產(chǎn)生的單元體的幾何形狀。常見(jiàn)有柱狀、塊狀、板狀、楔狀、錐狀等，見(jiàn)圖7-5。其中柱狀、塊狀結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性比板狀結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性高；菱狀結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性比楔狀結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性高。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所182、巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型巖體結(jié)構(gòu)分為整體結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)及散體結(jié)構(gòu)五種類(lèi)型。如圖7-6所示。其中工程性質(zhì)比較差的有碎裂結(jié)構(gòu)、層狀碎裂結(jié)構(gòu)及散體結(jié)構(gòu)。散體結(jié)構(gòu)最差。詳見(jiàn)表7-7。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所192022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所202022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所21劃分巖體結(jié)構(gòu)的目的劃分巖體結(jié)構(gòu)的目的

定性評(píng)價(jià)巖體穩(wěn)定性。

2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所22各類(lèi)巖體結(jié)構(gòu)對(duì)土木工程穩(wěn)定性的影響1、層狀結(jié)構(gòu)：巖體呈層狀分布，類(lèi)似軸對(duì)稱(chēng)各向異性體，巖體穩(wěn)定性受巖層產(chǎn)狀影響很大:(1)當(dāng)巖層傾向與邊坡傾向一致或相近時(shí)，容易產(chǎn)生滑坡失穩(wěn)；(2)當(dāng)巖層傾角較大是，邊坡或開(kāi)挖面易產(chǎn)生崩塌；(3)水平巖層的地基抵抗水平滑移能力降低；2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所231、層狀結(jié)構(gòu)（4）隧道等開(kāi)挖面的巖層彎張破壞、軟弱巖層的塑性變形等對(duì)工程穩(wěn)定影響大；（如金川）（5）層理、片理、節(jié)理比較發(fā)育，路基及邊坡發(fā)生破壞事故多。（6）受強(qiáng)烈褶皺等構(gòu)造影響的層狀碎裂結(jié)構(gòu)，其巖體整體性差，強(qiáng)度低，穩(wěn)定性更差。作為地基需處理，作為邊坡需緩坡或支護(hù)，隧道施工中則需緊跟支撐以防止坍塌。2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所242、散體結(jié)構(gòu)2、散體結(jié)構(gòu)：巖體呈碎屑、顆粒狀散體介質(zhì)，穩(wěn)定性最差，存在大規(guī)模巖體失穩(wěn)、崩塌等安全隱患，在各種工程中必須采取措施進(jìn)行處理。其它類(lèi)型巖體結(jié)構(gòu)影響自學(xué)

2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所25巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型及其特征表結(jié)構(gòu)類(lèi)型完整狀態(tài)地下水作用特征結(jié)構(gòu)面間距（cm）完整性系數(shù)1塊狀結(jié)構(gòu)50~1000.35~0.75甚微2鑲嵌結(jié)構(gòu)＜50＜0.35含、導(dǎo)水不明顯3碎裂結(jié)構(gòu)＜50＜0.35顯著,軟、泥化滲流4層狀結(jié)構(gòu)30~500.30~0.60軟、泥化顯著薄層＜30薄層＜0.405層狀碎裂結(jié)構(gòu)＜50＜0.40較層狀更甚6散體結(jié)構(gòu)＜0.20軟、泥化顯著，膨脹、崩解2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所26巖體完整性系數(shù)K用巖體完整性系數(shù)K表示巖體完整程度，即K=Vm2／Vr2Vm——縱波在巖體中的傳播速度；Vr——縱波在巖石中的傳播速度。按照巖體完整性系數(shù)K劃分的巖體完整性如下表所示：2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所27巖體完整性劃分表

巖體完整性巖體完整性系數(shù)K

完整＞0.90

比較完整0.75～0.90

中等完整0.45～0.75

較差0.20～0.45

破碎＜0.202022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所28二、巖體穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)分析巖體穩(wěn)定性的常用分析方法有：（1）結(jié)構(gòu)分析（2）力學(xué)分析——巖體工程中介紹（3）對(duì)比分析2022/12/27廣東工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所291、結(jié)構(gòu)分析方法的實(shí)質(zhì)一般需將三種方法相互結(jié)合，驗(yàn)證、補(bǔ)充，作出綜合評(píng)價(jià)。1、結(jié)構(gòu)分析方法的實(shí)質(zhì)：對(duì)