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第二章岩块和岩体的地质特征第一节概述岩体与岩块本质的区别：①岩体中存在有各种各样的结构面；②不同于自重应力（场）的天然应力场和地下水。
第二节岩块一、岩块的物质组成（substance composition）1．岩块（rock or rock block）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元。
国内外，有些学者又称为结构体（structural element）、岩石材料（rock material）及完整岩石（intact rock）等等。
2．岩石（rock）具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体。
3．岩块的力学性质一般取决于组成岩块的矿物成分及其相对含量。
造岩矿物五大类：含氧盐、氧化物及氢氧化物、卤化物、硫化物、自然元素。
其中，含氧盐中的硅酸盐、碳酸盐及氧化物类矿物最常见，构成99.9%的岩石。
（1）硅酸盐类矿物：长石、辉石、角闪石、橄榄石及云母和粘土矿物等。
①长石、辉石、角闪石和橄榄石，硬度大，呈粒、柱状晶形，如含此类矿物多的岩石：花岗岩、闪长岩及玄武岩等，强度高，抗变形性能好。
多生成于高温环境，易风化成高岭石、水云母等，无以橄榄石的基性斜长石等抗风化能力最差，长石、角闪石次之。
②粘土矿物：属层状硅酸盐类矿物，主要有高岭石、水云母（伊利石）和蒙脱石三类，具薄片状或鳞片状构造，硬度小。
含此类矿物多的岩石如粘土岩、粘土质岩，物理力学性质差，并具有不同程度的胀缩性。
（2）碳酸盐类矿物是石灰岩和白云岩类的主要造岩矿物。
岩石的物理力学性质取决于岩石中CaCO及酸不3溶物的含量。
CaCO含量↑，如纯灰岩、白云岩等强度高，抗变形和抗风化性能比较好；3泥质含量↑，如泥质灰岩、泥灰岩等，力学性质较差；硅质含量↑，岩石性质将娈好。
碳酸盐类岩体中，常发育岩溶现象。
（3）氧化物类矿物以石英最常见，是地壳岩石的主要造岩矿物。
硬度大，化学性质稳定。
石英↑，岩块的强度和抗变形性能明显增强。
4．岩块的矿物组成与岩石的成因及类型密切相关（1）岩浆岩：多以硬度大的粒柱状硅酸盐、石英等矿物为主，物理力学性质一般很好。
岩体力学考试纲要第一章：绪论主要以各类建筑工程和采矿工程为服务对象。
在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。
第二章：岩块和岩体的地质特征第一节：概述岩体力学研究的对象是在各种地质作用下形成的天然岩体。
重点：讨论岩块、结构面和岩体的地质特征，影响岩块与岩体物理力学性质的主要地质因素以及岩体工程分类等问题。
第二节：岩块1.岩块（rock或rock block）：是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。
2.岩石是由具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集体组成的。
含硬度大的粒柱状矿物（如石英、长石、闪角石、辉石等）愈多时，岩块强度愈高；含硬度小的片状矿物（如云母、绿泥石、蒙脱石和高岭石等）愈多时，则岩块强度愈低。
3.一般随石英含量增加，岩块的强度和抗变形性能都明显增加。
4.岩块的结构：是指岩石内矿物颗粒的大小、形状和排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。
5.岩石的粒间连结分结晶连结和胶结连结两类。
6.微结构面：是指存在于矿物颗粒内部或颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂隙、微层面及片理面、片麻理面等。
7.岩块的构造是指：矿物集合体之间及其他组分之间的排列组合方式。
8.岩块的风化程度可通过定性指标和某些定量指标来表述。
定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术等；定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标。
第三节结构面1.结构面（structural plane）：是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。
结构面根据地质成因的不同可以划分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三类。
2.岩体的破坏方式有：剪切破坏和拉张破坏两中基本类型。
按破裂面的力学成因可分为剪性结构面和张性结构面两类。
3.结构面的规模大小不仅影响岩体的力学性质，而且影响工程岩体力学作用及其稳定性。
第一章绪论第一节岩体力学与工程实践岩体力学(rockmass mechanics)是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。
岩体力学的研究对象是各类岩体，而服务对象则涉及到许多领域和学科。
如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、重要工厂(如核电站、大型发电厂及大型钢铁厂等)以及地震地质学、地球物理学和构造地质学等地学学科都应用到岩体力学的理论和方法。
但不同的领域和学科对岩体力学的要求和研究重点是不同的。
概括起来，可分为三个方面：①为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。
②为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。
③为构造地质学、找矿及地震预报等服务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。
以上三方面的研究虽各有侧重点，但对岩石及岩体基本物理力学性质的研究却是共同的。
本书主要是以各类建筑工程和采矿工程为服务对象编写的，因此，也可称为工程岩体力学。
在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。
以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。
然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。
其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。
岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。
第二章岩块和岩体的地质特征第一节概述岩体与岩块本质的区别：①岩体中存在有各种各样的结构面；②不同于自重应力（场）的天然应力场和地下水。
第二节岩块一、岩块的物质组成（substance composition）1．岩块（rock or rock block）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元。
国内外，有些学者又称为结构体（structural element）、岩石材料（rock material）及完整岩石（intact rock）等等。
2．岩石（rock）具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体。
3．岩块的力学性质一般取决于组成岩块的矿物成分及其相对含量。
造岩矿物五大类：含氧盐、氧化物及氢氧化物、卤化物、硫化物、自然元素。
其中，含氧盐中的硅酸盐、碳酸盐及氧化物类矿物最常见，构成99.9%的岩石。
（1）硅酸盐类矿物：长石、辉石、角闪石、橄榄石及云母和粘土矿物等。
①长石、辉石、角闪石和橄榄石，硬度大，呈粒、柱状晶形，如含此类矿物多的岩石：花岗岩、闪长岩及玄武岩等，强度高，抗变形性能好。
多生成于高温环境，易风化成高岭石、水云母等，无以橄榄石的基性斜长石等抗风化能力最差，长石、角闪石次之。
②粘土矿物：属层状硅酸盐类矿物，主要有高岭石、水云母（伊利石）和蒙脱石三类，具薄片状或鳞片状构造，硬度小。
含此类矿物多的岩石如粘土岩、粘土质岩，物理力学性质差，并具有不同程度的胀缩性。
（2）碳酸盐类矿物是石灰岩和白云岩类的主要造岩矿物。
岩石的物理力学性质取决于岩石中CaCO3及酸不溶物的含量。
CaCO3含量↑，如纯灰岩、白云岩等强度高，抗变形和抗风化性能比较好；泥质含量↑，如泥质灰岩、泥灰岩等，力学性质较差；硅质含量↑，岩石性质将娈好。
碳酸盐类岩体中，常发育岩溶现象。
（3）氧化物类矿物以石英最常见，是地壳岩石的主要造岩矿物。
硬度大，化学性质稳定。
石英↑，岩块的强度和抗变形性能明显增强。
4．岩块的矿物组成与岩石的成因及类型密切相关（1）岩浆岩：多以硬度大的粒柱状硅酸盐、石英等矿物为主，物理力学性质一般很好。
岩体的组成及工程地质特征一、岩体的概念岩体：可能由一种或多种岩石组合，且在形成现实岩体的过程中经受了构造变动、风化作用、卸荷作用等各种内力和外力地质作用的破坏及改造。
工程岩体的分类为：地基岩体、边坡岩体、地下工程围岩。
二、岩体的结构岩体是由岩块或土构成的，岩体的性质取决于岩石或土和结构面的性质。
岩体的结构面结构面的特征是影响结构面强度及其他性能的重要因素。
结构面的产状由走向、倾向和倾角三个要素。
岩体的地质构造（1）地质构造的几种类型（1）不利情况 （2）最不利情况（3）有利情况（岩层走向与边坡垂直） （4）有利情况（岩层倾向与边坡相反）（2）断裂构造①裂隙发育程度分级及对工程的影响①裂隙的分类③断层的组成及类型三、岩体结构特征1.岩体结构类型四、岩体的力学特性（一）岩体的变形特征岩体的变形通常包括结构面变形和结构体变形两个部分。
设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。
岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。
不同岩体具有不同的流变特性。
一般有蠕变和松弛两种表现形式。
试验和工程实践表明，岩石和岩体均具有流变性。
特别是软弱岩石、软弱夹层、碎裂及散体结构岩体，其变形的时间效应明显，蠕变特征显著。
（二）岩体的强度性质由于岩体是由结构面和各种形状岩石块体组成的，所以，其强度同时受二者性质的控制。
如当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，岩石的强度可视为岩体强度。
如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制。
四、岩体的工程地质性质结构面的工程地质性质对岩体影响较大的结构面的物理力学性质，主要是结构面的产状、延续性和抗剪强度。
延伸长度为5-10m的平直结构面，对地下工程围岩的稳定就有很大的影响，对边坡的稳定影响一般不大。
结构面的规模是结构面影响工程建设的重要性质。
结构面的规模分为I-V级：①级指大断层或区域性断层，控制工程建设地区的稳定性，直接影响工程岩体稳定性。
Ⅱ、Ⅱ级结构面往往是对工程岩体力学和对岩体破坏方式有控制意义的边界条件，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性。
第二章岩块和岩体的地质特征第一节概述岩体与岩块本质的区别：①岩体中存在有各种各样的结构面；②不同于自重应力（场）的天然应力场和地下水。
第二节岩块一、岩块的物质组成（substance composition）1．岩块（rock or rock block）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元。
国内外，有些学者又称为结构体（structural element）、岩石材料（rock material）及完整岩石（intact rock）等等。
2．岩石（rock）具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体。
3．岩块的力学性质一般取决于组成岩块的矿物成分及其相对含量。
造岩矿物五大类：含氧盐、氧化物及氢氧化物、卤化物、硫化物、自然元素。
其中，含氧盐中的硅酸盐、碳酸盐及氧化物类矿物最常见，构成99.9%的岩石。
（1）硅酸盐类矿物：长石、辉石、角闪石、橄榄石及云母和粘土矿物等。
①长石、辉石、角闪石和橄榄石，硬度大，呈粒、柱状晶形，如含此类矿物多的岩石：花岗岩、闪长岩及玄武岩等，强度高，抗变形性能好。
多生成于高温环境，易风化成高岭石、水云母等，无以橄榄石的基性斜长石等抗风化能力最差，长石、角闪石次之。
②粘土矿物：属层状硅酸盐类矿物，主要有高岭石、水云母（伊利石）和蒙脱石三类，具薄片状或鳞片状构造，硬度小。
含此类矿物多的岩石如粘土岩、粘土质岩，物理力学性质差，并具有不同程度的胀缩性。
（2）碳酸盐类矿物是石灰岩和白云岩类的主要造岩矿物。
岩石的物理力学性质取决于岩石中CaCO3及酸不溶物的含量。
CaCO3含量↑，如纯灰岩、白云岩等强度高，抗变形和抗风化性能比较好；泥质含量↑，如泥质灰岩、泥灰岩等，力学性质较差；硅质含量↑，岩石性质将娈好。
碳酸盐类岩体中，常发育岩溶现象。
（3）氧化物类矿物以石英最常见，是地壳岩石的主要造岩矿物。
硬度大，化学性质稳定。
石英↑，岩块的强度和抗变形性能明显增强。
4．岩块的矿物组成与岩石的成因及类型密切相关（1）岩浆岩：多以硬度大的粒柱状硅酸盐、石英等矿物为主，物理力学性质一般很好。
（2）沉积岩：粗碎屑岩如砂砾岩等，力学性质很大程度上取决于胶结物成分及其类型；细碎屑岩如页岩、泥岩等，多以片状的粘土矿物为主，力学性质一般很差。
（3）变质岩：与母岩类型及变质程度有关。
浅变质岩如千枚岩、板岩等，多含片状矿物（如绢云母、绿泥石及粘土矿物等），岩块力学性质较差。
深变质岩如片麻岩、混合岩、石英岩等，多以粒状矿物（如长石、石英、角闪石等）为主，力学性质好。
二、岩块的结构与构造（structure and construct）1．岩块的结构（岩石结构）指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、形状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面（即内部缺陷）。
二者对岩块（石）的工程性质影响最大。
（1）岩石中结构连结的类型有两种：①结晶连结(crystal connect)如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩。
②胶结连结(cementing connect)如沉积碎屑岩、部分粘土岩，其强度主要取决于胶结物及胶结类型。
从胶结物来看，硅质胶结的岩石（块）强度最高，铁质、钙质胶结次之，泥质胶结强度最低，且抗水性差。
从胶结类型来看，基底式胶结（a）强度最高，孔隙式胶结（c）次之，接触式胶结（b）最低,见图2.1。
图2.1 碎屑岩胶结类型（2）微结构面指存在于矿物颗粒内部或颗粒之间的软弱面或缺陷（空隙），包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂隙、微层面及片理面、片麻理面等。
降低岩块的强度，导致岩块力学性质的明显各向异性。
2．岩块的构造指矿物集合体之间及其与其它组分之间的排列组合方式。
如岩浆岩中的流线、流面构造，沉积岩中的微层状构造，变质岩中的片状构造及其定向构造等等。
三、岩块的风化程度（weathering extent）风化程度↑，岩块的空隙率和变形随之增大，强度降低，渗透性加大。
如：花岗岩类岩石→破裂→雨水中的H2CO3分解→H2CO3与长石、云母、角闪石等矿物作用→Fe、Mg、K、Na等可溶盐析出与游离SiO2被地下水带走→岩屑、粘土物质和石英颗粒留于原地。
1．定性指标：颜色、矿物蚀变（ablation）程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。
2．定量指标：（1）风化空隙率指标（Iw）（Hamral，1961）：快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比。
（2）波速指标（据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001）（附表A.0.3，岩石按风化程度分类）波速比（K v ）：rp cpv V V K = 风化系数（K f ）：cwcw f K σσ'= 其中：V cp 、V rp 分别为风化岩块和新鲜岩块的纵波速度（m/s ）；cw σ'、cw σ分别为风化岩块和新鲜岩块的饱和单轴抗压强度（Mpa ）。
第三节 结构面结构面（structural plane ）：指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、厚度相对较小的宏观地质界面或带。
“不连续面（discontinuities ）或节理（joint ）”一、结构面的成因类型（1）地质成因类型原生结构面：岩体在成岩过程中形成的。
（包括沉积结构面如层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面；岩浆结构面；变质结构面） 构造结构面：断层、节理、劈理和层间错动面等。
次生结构面：如卸荷、风化裂隙和次生夹泥和泥化夹层等。
（2）力学成因类型剪性结构面：剪应力引起，如逆断层、平移断层以及多数正断层。
连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等现象发育。
张性结构面：拉应力引起。
如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等。
张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏度大及破碎带较宽等特征。
其构造岩多为角砾岩，易被充填。
含水丰富，导水性强。
二、结构面的规模及分级（1）按结构面延伸长度、切割深度、破碎带宽度及其力学效应，可将结构面分为如下5级，见表2－1：（2）从工程地质测绘观点来看，可分为两大类：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧Ⅴ级结构面Ⅳ级结构面统计结构面Ⅲ级结构面Ⅱ级结构面Ⅰ级结构面实测结构面结构面分级表2－1 结构面分级及其特性注：结构面内夹有软弱物质者属于软弱结构面，无充填者则属于坚硬结构面。
三、结构面特征及其对岩体性质的影响主要就Ⅳ级结构面进行讨论。
（数十厘米至20～30m ，宽度为0至数厘米）1． 产状（结构面与σ1间的关系控制着岩体的破坏机理与强度）图2.2 结构面产状对破坏机理的影响示意图（a ）结构面与最大主平面的夹角β为锐角，岩体滑动破坏；（b ）当β=0时，横切结构面产生剪断岩体破坏；（c ）当β=90°时，平行结构面的劈裂拉张破坏。
σ1-σ3=2（c j +σ3tg φj ）/［（1-tg φj ctg β）sin2β］,式中：c j 、φj 分别为结构面的粘聚力和磨擦角。
2．连续性反映结构面的贯通程度。
用线连续性系数（k 1）、迹长和面连续性系数（k 2）表示。
b a a k ∑+∑∑=1 AAi k ∑∑=2图2.3 结构面的连续性系数计算图示3．密度反映结构面发育的密集程度，常用线密度（k d ）和间距表示。
线密度（k d ）：指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数。
（条/m ）d k d 1= d —间距4．张开度（e ）（mm ）指结构面两壁面间的垂直距离。
5．形态可从侧壁的起伏形态及粗糙度两方面描述。
起伏形态—平直的、波状的、锯齿状、台阶状和不规则状的。
粗糙度—粗糙系数JRC 。
6．充填胶结特征（1）Fe 、Si 质胶结的强度最高，往往与岩石强度差别不大；泥质、易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。
（2）就充填物成分来说以砂质、砾质等粗粒充填的结构面性质最好；以粘土质（如高岭石、绿泥石、水云母、蒙脱石等）和易溶盐类充填的结构面性在最差。
7．结构面的组合（特征）关系控制着可能滑移岩体的几何边界条件、形态、规模、滑动方向及滑移破坏类型，它是工程岩体稳定性预测与评价的基础。
四、软弱结构面主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其它夹泥层等。
第四节岩体一、岩体的定义与组成岩体（rockmass）：指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体（或称岩块）和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。
二、岩体的结构特征1．岩体结构（rockmass structure）：指岩体中结构面与结构体的排列组合特征。
包括两个要素或结构单元：结构面和结构体。
2．结构体特征结构体（structural element）：指岩体中被结构面切割围限的岩石块体。
“岩块”与“结构体”的区别：只有Ⅳ级结构面切割的Ⅳ级结构体才称为“岩块”。
规模（取决于结构面的密度）、形态（柱状、板状、楔状和菱形等）和产状（长轴方向）来描述结构体特征。
3．岩体的结构类型划分见《岩土工程勘察规范》GB50021-2001附录A，表A.0.4五类：整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构和散体状结构。
三、岩体成因与岩体特征根据地质学的岩石成因分类，岩体分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
1．岩浆岩（magmatic rock）以花岗岩和玄武岩最常见。
（1）特点：无层理，产状复杂，其岩相则表现在结晶程度上。
（2）根据岩浆活动方式：深成岩：抗风化能力弱，完整性差，岩体力学性能差；浅成岩：岩石力学性质较好，抗风化能力强；喷出岩：结构复杂，均一性差，各向异性显著，岩体力学性能较差。
2．沉积岩（又叫水成岩）（sedimentary rock ）层理构造，岩体呈层状结构⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧:: : :生物化学沉积岩常见石灰岩和白云岩类最为化学沉积岩自生沉积岩火山角砾岩和凝灰岩等集块岩火山碎屑岩粉砾岩和泥质岩砂岩砾岩陆源碎屑岩他生沉积岩沉积岩 （1）该类岩石的性质主要取决于胶结物成分，胶结方式及碎屑成分；（2）其中凝灰岩和凝灰质页岩，结构疏松强度低，抗风化与抗水性能差；（3）多致密坚硬，强度较高，是良好的建筑石材，但存在岩溶现象。
3．变质岩（metamorphic rock ）一般地，与沉积岩相比，其性质要相对好些。
但其中常发育有片理、片麻理等结构面，使岩石连结力减弱并呈现明显的各向异性。
片理（面）：岩石中片状或长条状矿物是连续的平行、定向排列，形成平行、密集而不甚平坦的破裂面。
片麻理：长石为主的粒状矿物中断续夹有部分平行定向排列的片、柱状矿物，是呈带状分布，为一种特殊的片理构造。
按成因分为三大类： ()⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧.,,.:.,:.,,:.,,,, .,,,,:,, ,,:易于滑动裂隙比较发育劈理明显如千枚岩和板岩类浅变质岩如石英等片岩造具有发育完善的片理构中变质岩间介于片麻岩与岩浆岩之混合岩麻粒岩和如片麻岩深变质岩区域变质岩岩体常形成软弱结构面或软透水性强强度低孔隙发育隙裂胶结不好断层等糜棱岩如角砾岩构造地质作用形成的动力变质岩透水性增加。
