第七章 岩体结构及其稳定性分析

岩体稳定性分析与岩石块体强度研究岩体稳定性分析与岩石块体强度研究是岩石工程领域中非常重要的一部分。

在建筑、地质工程以及煤矿等领域中，岩体的稳定性是确保工程安全和可持续发展的关键因素。

本文将探讨岩体稳定性分析的基本原理，并介绍岩石块体强度研究的一些常见方法和技术。

一、岩体稳定性分析岩体稳定性分析是为了判断岩体在一定条件下是否会发生失稳破坏或滑坡等问题，从而为工程设计和施工提供科学依据。

岩体稳定性分析的核心是确定岩体的力学性质和稳定性指标。

1. 岩体力学性质的测试要准确判断岩体的稳定性，首先需要对岩体的力学性质进行测试，包括岩石的抗压强度、抗剪强度、弹性模量等。

这些测试可以通过室内试验和现场测试来完成，一般使用万能试验机、松弛试验仪等设备。

2. 稳定性指标的计算稳定性指标是评价岩体稳定性的重要参数，常用的指标包括全局稳定系数、安全系数和破坏面倾向角等。

全局稳定系数是根据岩体的力学性质和构造特征等综合判断得出的，安全系数是通过计算岩体受力和破坏的关系得出的。

破坏面倾向角是指岩体中最容易发生破坏的倾向面与水平面的夹角。

二、岩石块体强度研究岩石块体强度研究是为了更好地理解岩石的力学性质和变形特征，从而为岩体工程的设计和施工提供可靠的依据。

常见的岩石块体强度研究方法包括岩石取样试验、非破坏性试验和地应力测试。

1. 岩石取样试验岩石取样试验是通过在岩石体中取样进行室内试验来研究岩石的强度和变形特性。

常用的试验方法有单轴压缩试验、剪切试验和直剪试验等。

这些试验可以获得岩石的强度参数、破坏模式和应变应力关系等重要数据。

2. 非破坏性试验非破坏性试验是在不破坏岩石的情况下，通过观测岩石的表面形态、声波传播速度等来判断岩石的强度。

常用的非破坏性试验方法有超声波测试、综合地球物理方法和岩石雷达等。

这些方法可以帮助工程师了解岩石块体的变形特征和内部结构。

3. 地应力测试地应力是指岩石体内外部的应力状态。

地应力测试是通过测量岩石体内的应力分布，以及地质构造和应力来源等，来研究岩石块体的稳定性。

1.简述岩体结构的定义及其类型。

答：岩体结构是结构面和结构体的组合特征。

类型：（1）整体块状结构（2）层状结构（3）碎裂结构（4）散体结构
2. 什么是泥化夹层？标志和特点是什么？
答：软弱夹层已经泥化的称为泥化夹层。

标志是：天然含水量大于或等于塑限。

特点是：结构松散、密度小、含水量大、粘粒含量高、强度低、变形大。

3. 泥化夹层的形成必须具备那些条件？为什么？
答：泥化夹层的形成必须具备以下三个条件：①物质条件，母岩中必须含有大量的粘土矿物②构造条件，是原来的岩石的完整性受到破坏，为渗漏提供通道，同时使矿物颗粒的联结力受到破坏③地下水的作用，水在粘粒周围形成结合水膜，使颗粒进一步分散。

含水量增加，使岩石处于塑态，甚至接近流态，即产生了泥化。

4. 影响边破稳定的因素有哪些？
答：影响边坡不稳定的因素有：
（1）地形地貌条件：高陡边坡不稳定
（2）地层岩性条件有节理，层理发育的岩体，或性质软的岩石，第四纪松散堆积物都可能影响边坡稳定性。

（3）地质构造与结构体的影响：主要是结构面的影响
（4）地下水的作用：软化或溶蚀岩石，产生水压力，增加岩体重量，冻涨作用，产生浮托力。

（5）其他因素：风化、水流冲刷、人工开挖、震动等。

地下工程岩体的稳定性分析地下工程，系指在地面以下及山体内部的各类建筑物。

地下工程具有隔热、恒温、密闭、防震、隐蔽及不占地面土地面积等许多优点。

因此，在国民经济各个部门的工程建设中被广泛采用。

如城市及交通建设中的地下铁道、地下仓库、地下商场、铁路隧道、公路隧道、过江隧道等，水电及矿山建设中的地下厂房、引水隧洞、地下水库、地下矿井巷道等，以及军工建设中的地下飞机场、地下试验室(站)、地下掩蔽部及各类军事设备器材仓库等。

显然随着经济建设的高速发展及地下工程所具有的优越性，地下工程的应用将会越来越广泛，规模也将越来越大。

地下工程按成因分为人工洞室和天然洞室两大类。

人工洞室指由人工开挖支护形成的地下工程。

天然洞室一般指由地质作用形成的地下空间，如可溶岩的溶洞等。

地下工程完全被周围的岩土体介质所包围。

因此，这些介质的性质直接影响着地下工程的稳定与安全。

地下工程岩体系指地下工程周围的岩土介质，以往也称为地下洞室围岩。

其稳定性的工程地质研究是工程地质研究的重要课题之一。

主要包括地下工程岩体稳定性的影响因素分析，地下工程洞线及进、出口边坡位置的正确选择地下工程岩体稳定性的合理评价，对不稳定地段的支护及施工方法的研究，施工过程中根据地质情况预测各种可能出现的工程地质问题等。

，一、洞室位置的选择·地下洞室按其用途分有压洞室和无压洞室，按工程岩体性质分岩体洞室和土体洞室。

(一)无压的岩体洞室位置选择无压的岩体洞室位置应满足以下条件：(1)洞址宜选在山体完整雄厚、地质构造简单、地下水影响小、岩性均一的坚硬岩层且岩层厚度为厚层、中厚层的地段；要避开透水的宽大破碎带、断裂交汇带、岩溶发育带、强风化带及有害气体和高地温等地段。

洞址选在稳定性好的围岩中，是保证地下工程施工安全和正常运行的关键。

(2)洞口要选择在松散覆盖层薄、坡度较陡的反向坡，且有完整厚层岩层作顶板的地段；要避开冲沟或溪流源头，以及滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象发育或洪水可能淹没的地段。

岩体边坡稳定性分析岩体边坡稳定性分析的基本方法包括稳定性判据方法、数值模拟方法和经验方法。

稳定性判据方法是基于力学和应力分析理论，通过计算边坡上的剪切力和抗剪强度之间的平衡关系判断稳定与否。

常用的稳定性判据方法有穆勒布朗判据、圈内法、切β法等。

数值模拟方法是采用数学模型和计算机模拟手段，通过求解边坡稳定方程来评估稳定性。

经验方法则是基于大量岩体边坡的实测数据和统计分析得出的经验公式，使用方便但适用范围有限。

岩体边坡稳定性分析的主要因素包括地下水、岩体力学性质、边坡几何形状以及外荷载。

地下水对岩体边坡稳定性有着明显影响，当地下水位上升时，岩体边坡的稳定性会降低。

岩体力学性质包括岩石的抗剪强度、内摩擦角、岩石的断裂性质等，这些参数对边坡的稳定性具有重要影响。

边坡几何形状是指边坡的坡度和几何形态，不同几何形状会导致不同的应力分布规律，从而影响边坡的稳定性。

外荷载是指施加在边坡上的荷载，包括重力荷载、地震力、降雨等。

岩体边坡的稳定性评价指标通常包括安全系数、位移、应力等。

安全系数是评价边坡稳定性的定量指标，其定义为边坡承受力与破坏力之比。

一般来说，当安全系数大于1时，边坡处于稳定状态。

位移是指边坡因外力作用而发生的位移量，其用于评估边坡的破坏程度和变形情况。

应力是指边坡内部岩体所受到的力，根据岩石力学理论，应力越大，边坡稳定性越差。

下面以一个具体的岩体边坡案例为例，进行稳定性分析。

假设岩体边坡的长宽比为1:1，坡度为30度，岩体内摩擦角为30度，地下水位在岩体底部，当地下水位上升时岩体的抗剪强度降低。

根据穆勒布朗判据，可以计算出边坡的安全系数。

进一步使用数值模拟方法，进行边坡稳定方程的求解，得到边坡的稳定状态和位移情况。

最后，根据岩体边坡的应力分布情况，评估岩体边坡在不同荷载条件下的稳定性。

综上所述，岩体边坡稳定性分析是岩土工程领域中的一个重要课题，需要综合考虑多个因素，并采用合适的分析方法和评价指标进行分析。

第七章岩体结构及其稳定性分析7岩体结构及其稳定性rock mass structure&stability一、概念1、岩体(rock mass)：包含岩石(rock)和结构弱面(weak structural plane)。

（1）特点：①不连续——受构造切割、孔隙等影响；②非均质——各类矿物、岩石组合；③各向异性——构造、非均质造成。

（2）与岩石的区别：①范围大；②强度、稳定性低。

2、岩体稳定：指在一定时间内、一定条件（自然、人为）下岩体不产生破坏性剪切滑移、塑性变形和张裂破坏。

3、岩体稳定性分析：包括——⑴结构分析⑵力学分析⑶类比分析一般需将三种分析方法进行相互补充、验证，作出综合评价。

二、岩体结构㈠概念岩体结构是指岩体中①结构面(structural plane)和②结构体(structural block)的组合特征，即结构面的发育程度、组合形式；结构体的大小、几何形式和排列。

①结构面——岩体中各种地质界面，如：层面、裂隙面、断层面、不整合面等。

岩体多沿结构面发生破坏。

②结构体——由结构面切割而成的单个块体。

㈡结构面：1、成因类型：⑴沉积结构面——沉积、成岩过程中形成，包括层理、层面、软弱夹层(weak intercalated layer)和不整合面等。

其中软弱夹层对岩体稳定性影响比较大，容易造成滑坡等工程事故。

软弱夹层的产状与岩层产状一致。

其成因分为：①在陆相沉积间断的不整合面处形成软弱夹层；②在火山喷发间歇期形成的风化软弱夹层；③原生夹层。

其中①、②两种软弱夹层通常含泥质物质，松散。

形成良好的地下水通道，夹层的水稳定性差，易软化、泥化，强度和稳定性差。

⑵火成（或岩浆）结构面——在岩浆活动中形成，包括：①侵入接触面——与围岩胶结不良，有变质物质。

②冷凝裂隙——张性裂隙面，粗糙。

⑶变质结构面——变质作用形成。

包括：1片理——沿片理面片状矿物富集，岩体强度↓②片岩软弱夹层——薄层云母片岩、绿泥石片岩等，片理发育、岩性软弱、矿物易风化。

幻灯片1第四节：岩体的稳定性分析一、岩体稳定性与区域稳定性的关系区域稳定性的主要控制因素，也制约岩体的稳定性。

1)地壳板块的相对运动的强弱导致构造变动和产生高构造应力，从大范围控制了区域地层和岩体变形、位移或失稳。

2)活动性深大断裂活动（水平或垂直位移）引起区域地壳及其表层发生水平或升降运动，可引起位于断裂带的岩体变位或失稳。

3)地震活动在我国有些地区十分强烈，常引起大范围的构筑物的失稳和破坏。

幻灯片2二、岩体破坏类型分析1.岩体失稳的主要影响因素①受区域地壳稳定性控制。

②受岩体的结构特征、变形特征、强度特性、水稳性等控制。

③失稳的边界条件：岩体失稳要有一定的边界条件，即存在临空面和结构面组成的分离体。

④荷载的类型、大小和方向决定了岩体的受力状态。

⑤工程类别对岩体失稳方式有重要影响。

幻灯片32. 岩体破坏类型分析①当区域稳定性为相对稳定，工程岩体条件较好时，岩体失稳破坏的类型取决于边界条件、工程类型及工程荷载性质的组合特点，岩体失稳破坏的方式往往以剪切滑移方式为主。

②当区域稳定性为相对活动，工程的场地条件较好时③区域环境和工程场地均处于突出的高水平构造应力状态时④当区域相对稳定，岩体抗压强度较高，不具备滑移的边界条件，地面建筑物承受强大的风荷载时，可能发生张拉破坏导致建筑物倾倒。

幻灯片4⑤区域相对稳定，工程场地为河流之滨，岩体本身条件较差，在建筑物荷载的作用下，建筑持力层将发生过大的压缩沉陷变形，与其侧向膨胀变形相对应的侧向压力将使岸坡前持力层发生压缩破坏，导致建筑物向河中倾覆，或沿可能的滑动面滑动。

幻灯片53. 岩体稳定分析国内外应用于岩体稳定性分析的方法有：地质分析类比法岩体结构分析与计算法岩体稳定性分类法数值模拟计算法地质模拟试验法等。

岩体结构稳定分析原理和方法分析作者：章梓檀金晶晶江雨泽来源：《建筑建材装饰》2016年第06期摘要：近年来，地质工程建设的飞速发展极大地促进了我国交通建筑行业的发展，但是，任何事情都有两面性，越来越多的地质工程被报道存在质量问题，或者由于地质灾害原因，导致了对工程的破坏。

在对大量地质工程做出综合性研究的基础上，我们发现大多数由于自然灾害破坏的工程都位于山坡，山脊或者两种不同岩石的交界处。

这些地方都具有大致相似的特点，那就是工程地基下的岩体结构不稳定。

而这种不稳定可以由多种原因导致，其中很大一部分原因就是自然灾害，为了更大程度地保障工程的质量问题和使用时间的持久性，对岩体结构稳定的原理分析就显得十分的重要。

关键词：地质工程；岩体结构；稳定分析；加固措施中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）06-156-02前言一般在地壳表面形成的最原始的岩体是比较稳定的，因为在这种原始岩体内部，其岩层的方向一致，密度比较均匀，并且结构分布也是连续完整的。

原始岩体的稳定性一般都能够满足基本的地质工程要求，这种岩体也就是岩体研究学上常说的完整岩石。

但是，就算是人的身体，使用时间长了也会出现各项身体机能下降的问题，更何况是长期在外风吹日晒的岩体。

在漫长的时期内，由于各种地震、滑坡、泥石流等自然地质因素和人类肆意开发土地等人为因素的影响，岩体的稳定性受到了很大的破坏，其主要表现为在岩体内部形成了许多裂缝，岩石结构的完整性遭到破坏，受力方向各异。

此时岩体不再稳定。

其强度也远远比不上原始岩体。

1.岩体稳定的原理要探索对岩体的加固措施，保障地质工程的稳定性，就要进一步研究各种岩体的特征以及岩体稳定的原理，知己知彼，方能百战不殆，在此基础上做出加固措施，才能真正起到作用。

1.1岩体的结构组成1.1.1结构面指由于各种原因导致不同特征的地质界面开裂形成的裂缝，其分为原生结构面、构造结构面和次生结构面。

第６、7章 地下工程围岩稳定性分析学习指导：本章主要介绍了两部分内容：（一）山岩压力与围岩稳定性分析，（二）有压隧洞稳定性分析。

前部分介绍了围岩应力重分布，地下洞室脆性围岩和塑性围岩的变形破坏形式，影响地下工程岩体稳定的因素，着重介绍了山岩压力与围岩稳定性分析方法，其中包括山岩压力的概念、影响因素，太沙基理论；后部分重点介绍了围岩内附加应力的计算、有压隧洞围岩和衬砌的应力计算。

重 点：1 地下洞室开挖引起的围岩应力重分布2 地下洞室围岩的变形破坏3 地下工程岩体稳定性的影响因素4 洞室围岩稳定性分析6.1 地下洞室开挖引起的围岩应力重分布由于在岩体内开挖洞室，洞室围岩各质点的原有应力的平衡状态就受到破坏，各质点就要产生位移调整，以达到新的平衡位置。

岩体内某个方向原来处于紧张压缩状态，现在可能发生松胀，另一个方向可能反而挤压的程度更大了。

相应地，围岩内的应力大小和主应力方向也发生了改变，这种现象叫做围岩应力重分布。

围岩应力重分布只限于围岩一定范围内，在离洞壁较远的岩体内应力重分布甚微，可以略去不计。

地下开挖引起的围岩变形是有一定规律的。

变形终止时围岩内的应力就是重新分布的应力。

这个重新分布的应力对于评价围岩的稳定性具有重要意义。

为了便于说明起见，我们在这一节中对于最简单的条件(即在连续的均质的各向同性的岩体内开挖圆形隧洞，而且岩体的侧压力系数10=K ，即静水压力式的初始应力状态)下的围岩应力重分布问题，作定性分析，以便对于应力重分布的情况有一概念。

如图6-1所示，设岩体为连续的、均质的以及各向同性的，其侧压力系数为10=K ，亦即岩体的初始应力状态为静水压力式的。

此外，洞室的长度远较横截面的尺寸为大，所以可作为平面应变问题来研究。

在地下开挖以前，岩体内任一点A 的应力，即等于该点的自重应力v p ，而且由于10=K ，所以通过该点任何方向的应力都是v p 。

如果用极坐标来表示该点的应力状态，则该点的应力为：v r p =0σv p =0θσ式中 0r σ 岩体的径向应力；0θσ 岩体的切向应力。