第六章岩体的工程地质性质及岩体工程分类

第六章岩体的工程地质性质及岩体工程分类岩石与岩体的区别岩石是矿物或碎屑的集合体，例如火成岩，沉积岩，变质岩；岩体——是由结构面和被结构面所分隔的岩石（岩块、结构体）构成的整体，处于一定的地应力状态中。eg.边坡岩体，地基岩体等。岩石的工程地质性质与组成岩石的矿物成分有关，但主要取决于颗粒间的联结特征；岩体的工程地质性质是由结构面和被结构面所分隔的岩石共同控制的。如岩体完整（结构面不发育），则主要取决于岩石，如结构面较发育，则主要受结构面控制。岩石与岩体岩石与岩体结构面破坏了岩体的完整性柱状节理一、结构面的类型结构面——指发育于岩体中，具有一定方向和延伸性，有一定厚度的各种地质界面，如层理、层面、断层、节理、风化裂隙、卸荷裂隙、泥化夹层等。结构面的成因分类原生结构面构造结构面次生结构面第一节岩体的结构特征P69-71（1）结构面的产状（走向、倾向、倾角）结构面与最大主应力σ1之间的夹角β控制岩体的破坏机理和岩体强度。二、结构面特征及其对岩体力学性质的影响走向玫瑰花图结构面极点图结构面等密图连续性反映结构面的贯通程度。常用连续性系数（连通率）表示。baak1（2）结构面的连续性反映结构面发育的密集程度，常用间距、线密度等指标表示。二者互为倒数。（3）结构面的密度结构面密度决定了岩体的完整性和岩块的块度。间距——同一组结构面，相邻结构面之间的平均垂直距离。用于岩体结构类型的划分。用侧壁的起伏形态和粗糙度来表示。（4）结构面的形态粗糙度系数（JRC）根据结构面的粗糙程度可将粗糙度系数分为10级。用剖面仪测出结构面的粗糙剖面，然后比较右图定出粗糙度系数。P80式6-19（5）结构面的张开度：结构面两壁间的平均距离，mm。测量仪器：塞尺结构面的张开度大小影响岩体的强度及渗透性。（6）结构面的充填胶结特征填充物厚度和连续性影响结构面的变形与强度，铁、硅质胶结＞钙质胶结＞泥质或易溶盐类胶结（7）结构面的分级按结构面的规模及其力学效应，将结构面分为5级（孙广忠，1988）岩体中性质软弱，有一定厚度的软弱结构面或软弱带。三、软弱夹层——强度低、压缩性大、对工程岩体稳定性影响很大，是工程地质，特别是水利水电工程地质研究的重点。成因多样：原生沉积的、火山碎屑的、沉积变质的、层间错动和断裂破碎的、次生充填的及地下水泥化的等。泥化软弱夹层（泥化夹层）——在地下水和构造运动（层间错动）作用下，软弱夹层在整个厚度上，或者在它同相邻岩层接触部分，联结时常遭受比较彻底的破坏而成为粘性土，当含水率达到塑限以上，夹层泥化，强度大大降低，即成为泥化软弱夹层，简称为泥化夹层。白云质灰岩江坪河水电站坝基岩体中的泥化软弱夹层葛洲坝电站坝基剖面示意图在施工之前，对坝基下的泥化软弱夹层研究不足，停工一年。对葛洲坝工程地质中涉及枢纽寿命的“坝基软弱夹层”问题，进行了潜心、独到的研究徐瑞春（右）三峡勘测研究院总工长江委综合勘测局副总工教授级高级工程师全国工程勘察大师对坝基下的泥化软弱夹层研究不足,停工施工一年他带领勘测地质队员，查清葛洲坝坝基下层层间剪切带，并提出了剪切带的建层、分类及空间分布规律。为葛洲坝施工解决大坝地基基础处理问题发挥了重要作用。72四、岩体的结构类型划分岩体结构——岩体中结构面和结构体的组合方式。岩体结构是我国工程地质界在研究岩体力学性质方面取得的重要成果。①20世纪60年代，孙玉科研究员提出了“岩体结构”的学术观点；为建立“岩体结构力学”的理论奠定了基础。中国科学院地质研究所工程地质力学开放研究实验室学术委员会主任委员孙玉科研究员②1979年，谷德振教授在其专著《岩体工程地质力学基础》中指出“岩体受力后变形、破坏的可能性、方式和规模受岩体自身结构所制约”。从地质历史的发展过程—建造与改造，并运用地质力学的观点，研究了岩体的工程地质特性及力学成因问题，对解决大型岩体工程建设问题起了很大的作用。1914-1982工程地质、地质力学家。中国科学院地质研究所研究员。创建了岩体工程地质力学的理论与方法，推进和发展了工程地质学的研究。1980年当选为中国科学院院士谷德振教授孙广忠教授中国科学院地质研究所研究员，主要从事土质学、土力学、工程地质、构造地质、岩体力学、地质工程、地质灾害防治等研究工作孙广忠教授③孙广忠教授于20世纪80年代进一步提出“岩体结构控制论”是岩体力学的基础理论，提出岩体变形和破坏是由岩石材料和结构面共同控制的，岩体力学性质不仅决定于岩石材料的力学性质，而且受控于岩体结构力学效应及环境因素力学效应，提出了岩体可以划分为连续、碎裂、块裂及板裂四种介质类型，从而建立了完整的岩体结构力学体系，1988年出版的《岩体结构力学》是这一理论体系的代表著作。④成都理工大学张倬元、王士天、王兰生教授在岩体结构、岩体稳定性分析及工程运用方面，形成了有特色的理论体系和系统的研究方法，为国内工程界广泛应用，深得学术界的推崇。他们指出，岩体的结构特征是在漫长的地质历史发展过程中形成的，特定的建造确定了岩体的原生结构特征，是岩体结构的基础，而构造作用改造在岩体结构的形成中发挥了重要作用，浅、表生作用改造则在一定程度、一定范围内使岩体结构复杂化，劣化岩体工程性状；研究岩体结构应从建造和改造两方面综合考虑，将岩体结构分类方案概括为岩体结构类型分析图解。详见《工程地质分析原理》。岩体的结构类型划分中国科学院地质研究所谷德振研究员将岩体结构划分为四个基本类型——基本特征如表6－3（P75）整体块状结构层状结构碎裂结构散体结构整体块状结构层状结构碎裂结构散体结构块状～次块状结构岩体层状结构岩体层面镶嵌结构岩体碎裂结构岩体1.岩体的变形——是岩块、结构面及其填充物三者变形的总和。其中，结构面及其填充物的变形起控制作用。一、岩体的变形性质第二节岩体的力学性质原位试验2.岩体变形参数的测定静力法——承压板法、狭缝法、钻孔变形法及水压洞室法。动力法——地震波法、声波法。国内应用最广的：承压板法、钻孔变形法、声波法承压板法设备：千斤顶、承压板、加压系统、传力柱、表支架（工字钢或槽钢）、百分表等一般在勘探平洞内或地面进行，确定试验位置后、清理底板、做地质编录，安装加载装置和传力装置、承压板、变形测量系统等。承压板（方形或圆形），面积0.5~1.2m2，根据工程要求采取适宜的加载方式拉西瓦水电站高拱坝河床坝基建基岩体变形试验WDpEm)1(2岩体变形试验压力——变形关系曲线声波法通过测量岩体中纵波与横波的传播速度来确定岩体变形参数。Emd为动弹性模量，μd为动泊松比。)1()21()1(2dddpmdvE)1(22dsmdvE)2(222222spspd二、岩体的强度性质岩体的剪切强度——现场大剪试验岩体的剪切强度主要取决于岩体中结构面的发育程度、作用力与结构面的相对方向，即岩体抗剪性能表现出明显的各向异性。①完全沿结构面的破坏，岩体的强度最低，取决于结构面强度；②完全切断完整岩石，强度最高，取决于岩石强度；③部分沿已存在的结构面，部分通过完整岩石，岩体强度居中，且与结构面强度、岩石强度都有关系。(P82图6-12)三种情况下，岩体所表现出的抗破坏能力差异很大岩体抗剪强度包络线结构面强度＜岩体强度＜岩块强度岩体工程分类是以岩体稳定性或岩体质量评价为基础的分类，是工程地质学中一个重要的研究课题。为综合性分类。目前主要考虑三方面因素的指标：即与岩石工程性质有关的指标（力学性质）、岩体后期改造有关的指标(岩体结构)和岩体赋存条件方面的指标（地下水、地应力）。第三节岩体的工程分类岩石质量指标RQD（RockQualityDesignation）定义————大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度百分比。RQD值岩体质量评价0-25很差25-50差50-75一般75-90好90-100很好岩石质量指标RQD分类表第六章岩体的工程地质性质及岩体工程分类掌握岩石与岩体的区别，岩体结构面、软弱夹层的概念及岩体结构的基本类型，了解结构面特征及其对岩体力学性质的影响。了解岩体变形参数的测定方法，了解三种情况下岩体抗剪切破坏能力的差异。掌握RQD的概念。要求：