地壳岩体结构的工程地质分析

地壳岩体结构的工程地质分析1基本概念岩体：指与工程建设有关的那一部分地质体。它处于一定的地质环境中，被各种结构面所分割。注意：与岩石、岩块的区别。结构面：岩体中具有一定方向、力学强度相对（上下岩层）相对较低而延伸（或具一定厚度）的地质界面。结构体：由结构面分割、围成的岩石块体（相对完整）。岩体结构：由岩体中含有的不同结构面和结构体在空间的排列分布和组合状态所决定。（8类）。为什么要研究岩体结构。a.结构面是岩体中力学强度相对较薄弱的部位，导致岩体的不连续性、不均一性和各面异性。b.岩体结构特征对岩体的变形、破坏方式和强度特征起重要的控制作用。c.在地表的岩体，其结构特征在很大程度上决定了外营力对岩体的改造程程。风化、地下水等。2岩体结构的主要类型与特征2.1结构面的主要类型及其特征从成因角度：原生结构面构造结构面表生结构面：层向错动、泥化夹层、表生夹泥2.2岩体结构类型一、岩体分类a.分类目的和原则目的：对工程地质条件优劣不同的岩体进行分类，便于深入评价岩体的工程地质性质和特征，以达到合理利用和有效治理的目的。b.原则①差异性原则：不同类别的岩体的工程地质性质有明显的差异。②适用性原则：分类体系便于（工程）应用。③分类指标便于测定原则岩体分类的三大体系：①以岩石材料的力学性质指标为基础的分类。如Y轴抗压强度。②以岩体稳定性为基础的分类——专门性分类。如RMR、Q等。③以岩体结构为基础的分类。目前岩体分类的趋势：①考虑岩石的基本性质。（建造）②考虑岩体强度的改造。③考虑岩体所处的实际地质环境条件。二、岩体结构类型划分以中科院地质所方案为代表，重点考虑岩体的改造，并应用地质力学观点对岩体结构类型进行详细划分。这种分类方案首先考虑建造特征。分为块体（整体）状块状层状散体状——松散堆积其次考虑岩体的改造特征如完整的、块裂化的（或板裂化的），碎裂化的散体化的。3岩体原生结构特征的岩相分析原生结构体系对岩体的性能及其变形破坏起着重要的控制作用，因此对原生结构体系特征的研究显得极其重要。以河流沉积主要相模式的研究为例。一、河流沉积主要相模式及其工程地质特征a.高弯度河流沉积相模式。河流特点：河床比降小、弯度大、水深但流态较稳定，单向环流。其沉积物分：底部滞留相（河床）；中部边滩相（粉砂岩）；顶部：天然堤相和洪积相（砂堤、决口肩、滨岸沼泽沉积等）特征：自下而上由粗变细岩体具软硬相间的互层状结构特征砂岩抗风化能力弱，自下而上强度由高变低顶部边滩相松散沉积物易发生砂土液化b.瓣状河流沉积相模式（游荡型）河流特点：河谷纵坡降大，河床不稳定、弯度小、水浅、流态不稳定，具复杂环流特征。沉积物分：底部（滞留相）中部心滩相（上部，小型槽状交错层；下部，大型单斜交错层）顶部，边滩相、洪流相（细砂、中砂、泥岩，具水平层理或包卷层理）特征：具层状或块状结构特征滞留相岩泥岩砾石层成为主要软弱层顶部相不发育中部心滩相砂岩（砾岩）具较高的强度（抗风化能力强）二、岩体原生结构特征的亚相、微相分析a.软弱夹层的亚相、微相分析河流相沉积中的软弱夹层按亚相、微相特征见表1-4。（P20）注意洪泛平原砂岩层与天然堤粉砂质泥岩层的展布特征。在亚相、微相分析中注意准同生变形作用。b.砂岩体中原生结构面的微相分析流水沉积的层理类型与泥砂粒度、水流状态、水流强度相关。由此追溯和判断沉积环境和古水流特征。高弯度河流边滩相，下部为大型槽状交错层，向上递变为平行层理，小型波状交错层理，向上与堤岸相过渡。而瓣状河流则主要由大型楔状交错层理，楔型错层理、逆行沙波为特征。变质岩自己看。4岩体构造结构特征的地质力学分析4.1构造断裂的基本组合模式解决两大问题：区域构造稳定和岩体稳定性追溯应力演变历史根据现代构造地质学研究，构造断裂的形成，表现为两种或多种机制的组合。纵向上分为上层构造（表现为剪切或拉裂）、中层构造（表现为弯曲）和下层构造（表现为压扁、流动）一、聚合带（大型推服构造）按构造分类：厚皮构造、薄皮构造、接触扰动带a、厚皮构造带发育高角度逆冲断层。由中、下构造层的物质组成。以塑性、韧性变形破裂为主，并沿推覆方向逐渐减弱。后期叠加脆性破裂，沿推覆方向逐渐增强。b.薄皮构造带以弯曲和剪切造成的浅部褶皱断裂为主，伴随表部的重力滑动构造——滑覆体。层间错动方式尤为突出。c.接触振动带以地表条件的弯曲、剪切为主，形成正错叠瓦式断裂。二、裂谷带（伸展带）一般认为是区域隆起背景上以断陷谷为特征的大型复杂地堑系。a.深部形成一系列拉张断裂或正断层。b.盖层盖层随裂谷的扩展，在地幔中隆起轴附近形成受深部断裂控制的拉张断裂。或随裂谷的拉张，形成侧缘拉裂，不受深部断裂控制。三、走滑断裂主要发育于相对稳定的地块中，属拉性剪切破裂。地质力学对走滑断裂的研究较深入。插图现在的研究表明，最大主压应力在断层错动面附近发生偏转，偏转方向向错动方向。5岩体结构特征的统计分析重点介绍路线精测法。迹线法和统计窗法、实习中已介绍。一、结构面现场测量和资料较正主要针对延伸数米或数十米结构面。方法：在掌子面上布置相互垂直的18条测线，组成测网。在网内，逐一测量每一条与测线相交的结构面位置、产状、延伸长度、张开度、充填情况、表面特征资料。实践证明，采用六条测线已能正确探明结构面的状况。资料较正：主要解决被测机率不等的问题。特别是与长子面交角较小的节理，被子测机会大大减小。资料校正分长度校正和方位校正。a.长度校正以测线中最长线段Ln作为标准长度。，其它线段的应测结构面数量修改为：（按某组结构面进行校正）nsSddSddLLNNb.方位校正即调整到结构面组法线方向上来确定结构面的数量。)()(LdLSddSddSSCosdCosNN二、岩体结构特征量化模式程序