岩体结构的基本类型
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一、名词解释。
1、工程地质条件:与工程建设有关的地质因素的综合,或是工程建筑物所在地质环境的各项因素。
这些因素包括岩土类型及其工程性质、地质构造、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等方面。
2、工程地质问题:工程地质条件与工程建筑物之间所存在的矛盾或问题.3、工程地质学:是地质学的分支学科,又是工程与技术科学,基础学科的分支学科,它是工程科学与地质科学相互渗透交叉而形成的一门边缘学科,从是人类工程活动与地质环境相互关系的研究是服务于工程建设的应用科学。
4、原生矿物岩石经物理风化破碎,但成分没有发生变化的矿物碎屑。
5、次生矿物岩石经过化学作用,使其进一步分解,形成一些颗粒更细小的新矿物。
6、粒径土颗粒的大小以其直径来表示,称为粒径,其单位一般采用mm。
粒径只是一个相对的、近似的概念,应理解为土粒的等效直径。
7、粒度成分土中各个粒组相对百分含量,通常用各粒组占土粒总质量的百分数表示。
8、等(有)效粒径非均粒土累积含量占10%(粒组累积百分含量)所对应的粒径.(平均粒径=50%限制粒径=60%)9、不均匀系数是土的限制粒径和有效粒径的比值,即为。
值越大,土粒越不均匀,累积曲线越平缓;反之,值越小,则土粒越均匀,曲线越陡。
曲率系数是累积含量30%粒径的平方与有效粒径和限制粒径乘积的比值,即为,Cc值能说明累积曲线的弯曲情况。
10、土的结构:是指组成土的土粒大小、形状、表面特征、土粒间的连结关系和土粒的排列情况。
11、土的构造:在一定的土体中,结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征.包含土层单元体的大小、形状、排列和相互关联等方面。
12、细粒土的稠度:由于细粒土的含水率不同,表现出稀稠软硬程度不同的物理状态,如固态、速态或流态,细粒土这种因含水率变化而表现出的各种不同物力状态,即为细粒土的稠度。
13、稠度界限随着含水率的变化,细粒土可由一种稠度状态转变为另一种稠度状态,相对于转变点的含水率,称为稠度界限,也称为界限含水率。
工程动力地质学常识一、名词解释:1.工程地质学:是研究人类的工程活动与地质环境(工程地质条件)之间的相互作用,以便正确评价、合理利用、有效改造和妥善保护地质环境的一门学科,是地质学的分支。
2.活断层:一般理解为目前还在持续活动的断层,或在历史时期或近期地质时期活动过、极有可能在不远的将来重新活动的断层。
3.滑坡:斜坡岩土体在自然或人为因素作用下沿某一界面发生剪切破坏整体向坡下运动的现象。
4.天然应力:称为初始应力,指未经人为扰动的,主要是在重力场和构造应力场的综合作用下,有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态。
5.地震效应:地震波的作用下,场地会出现各种破坏作用,称为地震效应。
6.工程地质条件:是工程活动的地质环境,一般认为,工程地质条件包括:岩石和土的性质、地质构造、地貌、水文地质条件、自然地质现象和天然建筑材料等方面,其中最根本的是岩石和土的性质。
7.残余应力:承载岩体遭受卸荷或部分卸荷时,岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其他组分的约束,于是就在岩体结构内部形成残余的拉、压应力自相平衡的应力系统,即残余应力。
8.崩塌:坡体中被陡倾的张性破坏面分割的岩休,因根部折断或压碎而倾倒,突然脱离母体翻滚而下,称为崩塌。
过程中,阶梯的岩块相万撞击粉碎,最后堆积于坡脚。
多半发生在岩质陡坡的前缘。
9.斜坡破坏地震效应:指地震诱发的滑坡、崩塌或泥石引流等地质灾害,主要发生在山区和丘陵地带。
10.容许承载力:地基所能承受建筑物基础作用在地基单位面积上容许的最大压力。
在这个压力下,地基的强度和变形都满足设计的要求,建筑物安全和正常使用不会受到不利的影响。
11.诱发地震:在一定条件下,人类工程活动如修建水库、城市或油田的抽水或注水、矿山坑道的崩塌以及地下核爆炸等引起的异常地震活动称为诱发地震。
12.抗力体:坝下游能起抵抗坝基滑移作用的岩体称为抗力体。
13.围岩应力重分布:地下洞室的开挖破坏了岩体原有的应力平衡状态,围岩内各质点在回弹应力的作用下,均将力图沿最短的距离向消除了阻力的自由表面移动,直至达到新的平衡。
简答题1、地质体和岩体在概念上有哪些区别?答:(1) 岩体和地质体是同一物体在不同场合的两个名词。
(2) 就具体问题研究而言,岩体即为地质体的一部分。
(3) 岩体是工程地质学和岩体力学的专有名词。
有时将土地作为一种特殊岩体对待。
2、岩体和岩石的各自特征是什么?两者有何区别和联系?答:特征: 岩体: 不连续性、非均匀性、各向异性、有条件转化性; 岩石:是一种地质材料,是组成岩体的固相基质, 是连续、均匀、各向同性或正交各向同性的力学介质;区别联系::(1) 岩体赋存于一定地质环境之中, 地应力、地温、地下水等因素对其物理力学性质有很大影响, 而岩石试件只是为实验而加工的岩块, 已完全脱离了原有的地质环境。
(2) 岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程, 其中存在着各种地质构造面,如不整合、褶皱、断层、节理,裂隙等而岩石相对完整。
(3) 一定数量的岩石组成岩体,且岩体无特定的自然边界, 只能根据解决问题的需要来圈定范围。
(4) 岩体是地质体的一部分, 并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体, 也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面共同组的。
3、岩体力学的一般工作程序(步骤) 和主要研究方法?答:工作程序:岩体工程地质信息采集—岩体工程地质力学模型—岩体稳定性评价—岩体工程设计—岩体工程施工—岩体性态监测; 主要研究方法: 工程地质法、测试试验法、理论研究法、综合研究法4、岩体的组成要素是什么?答:物质成分(岩石) 、结构(结构体、结构面) 、赋存环境(应力场、温度场、渗流场、其他物理场)5、从工程地质研究的角度, 简述岩石的主要造岩矿物及其基本性质?答:1 、可溶性矿物, 如岩盐、石膏、芒硝等, 在适宜条件下可溶解于水, 减少岩石的固相成分增加空隙比, 使岩石结构变松、力学性能降低、渗透性提高。
2、易风化矿物, 其稳定性取决于矿物的化学成分迁移活动性、矿物结晶特征、矿物生成条件。
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。
第一章绪论岩体复杂性表现在以下几个方面:(1)不连续性(2)非均质性(3)各向异性(4)岩体中存在不同于自重应力场的天然应力场(5)岩体赋存于一定地质环境之中,岩体中的水、温度、应力场,对岩体性质有较大的影响。
第二章:岩石和岩体的地质特征岩石:矿物,岩屑的集合体。
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。
结构面:是指地质发展过程中,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地质界面或带。
岩体:指地质历史过程中形成的,由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。
岩石风化指标:定性指标:颜色,矿物蚀变程度,破碎程度及开挖锤击技术特征等。
定量指标:风化孔隙率指标和波速指标等。
风化系数;结构面规模:(1)Ⅰ级指大断层或区域性断层,一般延伸约数公里至数十公里以上,破碎带宽约数米至数十米乃至几百米以上。
(2)Ⅱ级指延伸长而宽度不大的区域性地质界面,百米至千米单位。
(3)Ⅲ级指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。
(4)Ⅳ级指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等。
是构成岩块的边界面,破坏岩体的完整性,影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。
(数十厘米-米)(5)Ⅴ级又称微结构面。
常包含在岩块内,主要影响岩块的物理力学性质,控制岩块的力学性质。
结构面线密度和间距: 1、线密度(Kd)是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)。
2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。
RQD:岩体质量指标RQD:是长度大于10cm的岩心累计长度与回次进尺的比值。
RQD与方向有关,按地质分层计算RQD值大于20厘米为长柱状;10—20厘米为短柱状;小于1厘米为扁柱状;大于5厘米为块状;2---5厘米为碎块状;小于2厘米为碎屑状、粉末状。
岩体5种结构类型:1.整体状结构 2.块状结构 3.层状结构 4.碎裂状结构 5.散体状结构岩体工程分类的目的:通过分类,概括地反映各类工程岩体的质量好坏,预测可能出现的岩体力学问题,为工程设计,支护衬砌,建筑物选型和施工方法选择提供参数和依据。
岩体结构的基本类型岩体的力学性质与工程分类岩体结构n结构体和结构面称为岩体结构单元或岩体结构要素,不同类型的岩体结构单元在岩体内的组合、排列形式称为岩体结构。
一、整体状结构岩体地质类型:巨块状岩浆岩和变质岩,巨厚层沉积岩结构体形状:巨块状结构面发育情况:以层面和原生、构造节理为主,多呈现闭合型,间距大于1.5m, 一般为1~ 2组岩土工程特征:无危险结构岩体稳定,可视为均质弹性各向同性体可能发生的工程问题:局部滑动或坍塌,深埋洞室的岩爆岩体地质类型:厚层状沉积岩,块状岩浆岩和变质岩结构体形状:块状结构面发育情况:有少量贯穿性节理裂隙,结构面间距0.7 - 1.5m,一般为2~3组,有少量分离体岩土工程特征:结构面互相牵制,岩体基本稳定,接近弹性各向同性体柱状可能发生的工程问题:局部滑动或坍塌,深埋洞室的岩爆岩体地质类型:多韵律薄层、 中厚层状沉积岩,副变质岩 结构体形状:层状结构面发育情况:有层理、片理、节理,常有层间错动 岩土工程特征:变形和强度受层面控制,可视为各向异性弹塑性体,稳定性较差板状可能发生的工程问题:可沿结构面滑塌,软岩可产生塑性变形碎裂结构岩体地质类型:构造影响严重的破碎岩层结构体形状:碎块状结构面发育情况:断层、节理、片理、层理发育,结构面间距0.25 ~ 0.50m, 一般3组以上,有许多分离体岩土工程特征:整体强度很低,并受软弱结构面控制,呈弹塑性体,稳定性很差可能发生的工程问题:易发生规模较大的岩体失稳,地下水加剧失稳散体状结构岩体地质类型:断层破碎带,强风化及全风化带结构体形状:碎屑状结构面发育情况:构造和风化裂隙密集,结构面错综复杂,多充填粘性土,形成无序小块和碎屑岩土工程特征:完整性遭极大破坏,稳定性极差,接近松散介质可能发生的工程问题:发生规模较大的岩体失稳,地下水加剧失稳n依据岩体中结构面的组合和排列形式,将岩体结构划分为整体状结构块状结构层状结构碎裂状结构散体状结构n分别论述5种岩体结构类型的基本特征和易发的工程问题思考一下各种结构类型之间能不能相互转化?THANKYOU谢谢观看。
目录
一、结构体的类型和岩体结构特征 (2)
1.结构体的类型 (2)
2.岩体结构特征 (2)
3、组成 (3)
4、结构面 (3)
5、结构体 (4)
6、类型 (4)
7、力学效应 (5)
二、岩层产状的记录方法 (6)
一、结构体的类型和岩体结构特征
1.结构体的类型
由于各种成因的结构面的组合,在岩体中可形成大小、形状不同的结构体。
岩体中结构体的形状和大小是多种多样的,但根据其外形特征可大致归纳为:柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种基本形态。
当岩体强烈变形破碎时,也可形成片状、碎块状、鳞片状等形式的结构体。
结构体的形状与岩层产状之间有一定的关系,例如:平缓产状的层状岩体中,一般由层面(或顺层裂隙)与平面上的“X”型断裂组合,常将岩体切割成方块体、三角形柱体等;在陡立的岩层地区,由于层面(或顺层错动面)、断层与剖面的上“X”型断裂组合,往往形成块体、锥形体和各种柱体。
结构体的大小,可用体积裂隙数Jv来表示。
其定义是:岩体单位体积通过的总裂隙数(裂隙数/m3),表达式为:
式中的Si为岩体内第i组结构面的间距;为该组结构面的裂隙数(裂隙数/m)。
根据Jv值的大小可将结构体的块度进行分类(表16-4-2)。
结构体块度(大小)分类表16-4-2
块度描述巨型块体大型块体中型块体小型块体碎块体
体积裂隙数
Jv(裂隙数/m3)
<11~33~1010~30>30
2.岩体结构特征
岩体结构是指岩体中结构面与结构体的组合方式。
岩体结构的基本类型可分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构,它们的地质背景、结构面特征和结构体特征等列于表16-4-3中。
(三)岩体的工程地质特性
岩体的工程地质性质首先取决于岩体结构类型与特征,其次才是组成岩体的岩石的性质(或结构体本身的性质)。
不同结构类型岩体的工程地质性质:
1.整体块状结构岩体的工程地质性质整体块状结构岩体因结构面稀疏、延展性差、结构体块度大且常为硬质岩石,故整体强度高、变形特征接近于各向同性的均质弹性体,变形模量、承载能力与抗滑能力均较高,抗风化能力一般也较强,所以这类岩体具有良好的工程地质性质。
岩体结构的基本类型表16-4-3
结构类型
地质背景结构面特征结构体特征
类亚类形态
强度(MPa)
整体整体结
构
岩性单一,构造
变形轻微的巨厚层岩
结构面少,1~3组,延
展性差,多呈闭合状,一般无
巨型块
体
>60
3、组成
岩体内岩块的组合排列形式。
岩体结构是由结构面和结构体2个基本单元组成。
4、结构面
岩体内存在的不同成因、不同特性的各种地质界面的统称。
如层面、节
岩体结构
理、断层、裂隙等。
结构面不是几何学上的面,而往往是具有一定张开度的裂缝,或被一定物质充填,具有一定厚度的层或带。
按成因,结构面可分为:沉积或成岩过程中产生的层面、夹层、冷凝节理等原生结构面;构造作用下形成的断层、节理等构造结构面;变质作用下所产生的片理、片麻理等变质结构面;还有在外营力作用下形成的风化裂隙、卸荷裂隙等次生结构面。
按规模(主要是长度),可将结构面分为5级:(几十至上百公里,十几公里,几公里,几米至几十米和厘米级)。
它们分级或共同控制着区域、地区、山体、岩体的稳定性和岩块的力学特性。
按性质,结构面可分为硬性(刚性)结构面和软弱结构面。
硬性结构面的摩擦系数较大,多数没有充填物。
软弱结构面的摩擦系数相对较小,延伸较长,且普遍充填粘土、泥、岩石碎块等物质。
按物质组成和微结构形态,软弱结构面分为原生软弱夹层、断层和层间错动破碎带、软弱泥化带(或夹层)等 3种类型。
某些充填泥质或粘土薄膜的大节理,也可构成软弱结构面。
软弱结构面是岩体中最容易产生变形和破坏的部位。
它常常成为危险的切割面、滑移面或构成有害的压缩变形带,导致岩体产生不允许的变形或失稳。
因此,当工程岩体中存在软弱结构面时,除了要研究它们的几何形态、结合状况、空间分布和填充物质等方面外,还要特别注意对其物质组成、厚度、微观结构、在地下水作用下工程地质性质(潜蚀、软化)的变化趋势、受力条件和所处的工程部位,以及它们的力学性质指标等,进行专门的试验研究,并对其对岩体稳定性的影响作出定量的分析评价,提出工程处理措施。
5、结构体
岩体受结构面切割而成的块体或岩块。
随着结构面的分级,相应地结构体也可分级。
视研究问题的不同,所选取的结构体等级是不一的。
几级结构体综合叠加影响居多。
由于不同级别、不同性质、不同产状以及不同发育程度的结构面的组合,结构体几何形态、单体大小可迥然不同。
岩性的变化,也均关系着岩体的完整性、坚强性,从而决定着岩体的所属介质类型。
6、类型
按结构面和结构体组合形式,尤其是结构面性状,可将岩体划分如下结构类型:①整体块状结构,包括整体(断续)结构、块状结构和菱块状
结构;②层状结构,包括层状结构和薄层(板状)结构;③碎裂结构,包括镶嵌结构、层状碎裂结构和碎裂结构;④散体结构,包括块夹泥结构和泥夹块结构等。
7、力学效应
结构对岩体力学性能的影响。
岩体在力学作用和力学性质上有明显的结
岩体结构
构效应,结构类型不同,力学效应不一。
若岩体内存在着软弱结构面,则岩体结构力学效应主要受它控制,而且取决于它的充填度(即充填物在结构面内填充程度)、充填物成分与结构、充填物厚度以及结构面的起伏度(即结构面的起伏程度,常用起伏差即起伏最大值表示)。
其中又以充填物厚度、充填度和起伏度最为重要。
厚度大小与物质成分有关,一般颗粒越粗厚度越大;反之,颗粒越细,厚度越小。
设充填物厚度为h,结构面起伏差为H,定义为充填度。
起伏的结构面内充填物的充填度越大,结构面抗剪强度越低。
当充填度大于200%左右时,结构面强度便稳定于一定的水平上;即与软弱充填物质的强度相当,这种关系称之为充填度的力学效应。
结构面起伏度用起伏差及起伏角表示。
起伏差的力学效应常与充填度相联系。
起伏角α 为迎着受力方向结构面的仰角,又称为爬坡角。
结构面具有爬坡角为α 的起伏时,其抗剪强度中的摩擦角φa将增加α ,即φa=φj+α
φj为平直结构面的基本摩擦角。
多组四级结构面(如节理)发育的岩体结构类型的力学效应主要取决于结构面密度(单位尺寸上的结构面数)、结构面产状(结构面出露的空间方位)及结构面组数 3个方面。
岩体强度(变形参数也同样)随着岩体内含的结构面组数和结构体数增多而降低。
结构面对岩体破坏影响有一定的范围。
当结构面倾角大于或小于α min时,结构面对岩体破坏便没有影响。
当结构面倾角介于和αmin之间时,岩体强度则随着结构面倾角而变化,在
α=30°±时,出现强度最低值。
在多组结构面发育的岩体,结构面对岩体力学作用和力学性质的影响,是各组结构面力学效应的叠加。
显然,结构面组数越多,岩体力学性质越均匀化。
整体结构岩体的力学效应规律基本上与节理化岩体相近。
以单轴抗压强度为例,节理化岩体仅相当于岩块抗压强度的1/3至1/10,而整体结构岩体的单轴抗压强度可相当于岩块的1/2至1/3。
二、岩层产状的记录方法
如用方位角罗盘测量,测得某地层走向是330°、倾向为240°、倾角为50°,记做330°/SW∠50°,或记做240°∠50°(即只记倾向与倾角即可)。
如果用方位角罗盘测量但要用象限角记录时,则需把方位角换算成象限角,再作记录。
如上述地层产状其走向应为γ=360°-330°=30°,倾向β=240°-
180°=60°。
其产状记作N30°W/SW∠50°,或直接记作S60W∠50则可。
在地质图或平面图上标注产状要素时,需用符号和倾角表示。
首先找出实测点在图上的位置,在该点按所测岩层走向的方位画一小段直线(4mm)表示走向,再按岩层倾向方位,在该线段中点作短垂线(2mm)表示倾向,然后,将倾角数值标注在该符号的右下方。