岩土力學知識

第三節岩體結構及其工程性質

一.基本概念:

1.結構面:指發育於岩體中，具有一定方向和延伸性,有一定厚度的備種地質介面,如斷層、節理、層理及不整合麵等.由於這種介面中斷了岩體的連續性，故又稱不連續面。

2.結構體:結構面在空間的分布和組合可將岩體切割成形狀、大小不同的塊體,稱結構體.

3.岩體:通常把在地質歷史過程中形成的,具有一定的岩石成分和一定結構,並賦存於一定地應力狀態的地質環境中的地質體。

4.岩體結構:結構面和結構體的排列與組合形成。包括結構面和結構體兩個要素。

二.岩體結構特徵:

1.結構面的特徵及性質

(1)型別

結構面的成因分類：原生結構面、構造結構面及次生結構面，如下表所示：

εa---各結構面長度之和；εb---完整岩石各段長度之和；

k變化在0—1之間．k值愈大，說明結構而連續性愈好；當k＝1時．說明結構面完全貫通.

c.結構面的密度

密度反映結構面發育的密集程度．常用間距、線密度等指標表示。線密度(kd)是指結構面法線方向上單位測線長度交切結構面的條數(條/m)；間距(d)則是指同一組結構面法線方向上兩相鄰結構面之間的平均距離。兩者互為倒數關係。

即：結構面的密度決定了岩體的完整性和岩塊的塊度。一般來說。結構面發育愈密集，岩體的完整性愈差，巖塊塊度愈小。進而導致岩體的力學性質變差，滲透性增強。

d.結構面的形態

結構面的形態可從側壁的起伏形態和粗糙度兩方面來進行研究.

結構面側壁的起伏形態可分為：平直的、波狀的、鋸齒狀的、台階狀的和不規則狀

的幾種，見下圖。而側壁的起伏程度則可用起伏角(i)表示如下:

結構面的粗糙度可用粗糙度係數(jrc)表示它可以增加結構面的摩擦角．進而提高了岩體的強度。據結構面的粗糙程度可將粗糙度係數(jrc)分為10級。在實際工作中，可用剖面儀測出所研究結構面的粗糙剖面、然後與標準剖面進行比較，即可求得結構面的粗糙度係數(jrc).

e. 結構面的張開度

結構面兩壁之間，一般不是最緊密接觸，而是點接觸或區域性接觸。

結構面的張開度是指結構面兩壁間的平均距離．常以公釐為單位。

f.結構面的充填膠結特徵

結構面經膠結後，力學性質有所改善。改善的程度因膠結物成分不同而異，鐵矽質膠結的強度最高，泥質及易溶鹽類膠結的結構面強度最低，且抗水性差。

未膠結且具一定張開度的結構面，其力學性質取決於充填物成分、厚度、含水性及壁巖性質等。就充填物成分來說以砂質、角礫質性質最好。粘土質、易溶鹽類性質最差。

g.結構面的分級及其特徵

按結構面的規模及其力學效應，可將結構面劃分為5級

b.基本形狀有；柱狀、塊狀、板狀、楔形、錐形、菱形等。一般來說其穩定程度，板狀結構體比柱狀、塊狀的差．而楔狀的比菱形及錐狀的差。

c.產狀一般用結構體表面上最大結構面的長軸方向表示，平臥的板狀結構體比豎直的板狀結構體對岩體穩定性的影響要大—些。

3.岩體結構型別劃分

為了概括地反映岩體結構面和結構體的成因、特徵及其排列組合關係．將岩體結構劃分為4大類和8個亞類。

b．粗糙起伏無充填結構面的剪下強度

這類結構面的基本持點是具有起伏度．當法向應力較小時．剪下過程中可引起上滑效應(又稱剪脹效應)；當法向應力達到一定值時，凸起面被剪斷。

帕頓(patton，1966)理想化石膏模型試驗：假定結構面為規則的鋸齒形，起伏角為i．起伏差為δ，受法向應力σ和剪應力τ作用，則：

當法向應力較低時，剪下應力為：τ=σ*tg(фi+i)；

當法向應力較高時，剪下應力為：τ=cb + tgфb；