第5讲岩体结构与结构面性质

岩石力学第3章结构面与岩体力学性质提纲3结构面与岩体力学性质结构面自然特征与参数采集1结构面力学性质2岩体强度特性3岩体变形特性4岩体水力学性质5结构面自然特征与参数采集概述结构面的自然特征第一部分结构面的参数采集1概述倾角和倾向结构面组结构面间距结构面张开度钻孔或测线结构面迹长粗糙结构面岩块结构面组充填物渗流岩桥结构面的自然特征示意图自然特征表征参数或描述空间分布特征产状走向、倾向、倾角密度线密度、体密度、间距连续性贯通程度、线连续性系数、面连续性系数、迹长形态起伏度、粗糙度、起伏差、起伏角张开度闭合、裂开、张开充填与胶结未充填或硅质、铁质、钙质、泥质充填等结构面的自然特征，是决定岩体强度和变形的重要因素，因此，准确识别结构面的自然特征并对其参数进行采集分析，是岩体力学特性分析的重要基础工作。

结构面的自然特征x AβAO vzy x y A z Aα(N)(E)αβ①定义：结构面产状是指结构面的空间方位，通常假设结构面为平面，用走向、倾向和倾角表示其产状，如右图所示。

结构面产状示意图②走向：结构面与水平面交线的方向。

③倾向线与倾向：结构面上与走向线垂直并指向结构面下方的直线称为倾向线，倾向线在水平面上投影的方向为倾向，通常以β指代。

④倾角：结构面与水平面的夹角，通常以α指代。

⑤结构面单位法向量：空间坐标系中，规定z 轴竖直向上，x 轴为正东，y 轴为正北，则结构面的单位法向量v 可表示为：(sin sin sin cos cos )αβαβα=，，v （1）产状。

①定义：结构面密度是反映结构面发育密集程度的指标，常用线密度、体密度、间距等指标表征。

如右图所示。

结构面线密度计算示意图lLα1结构面迹线测线②线密度：结构面线密度K ，指同组结构面沿其迹线的垂直方向，单位长度上结构面的数目，其计算式为:注意：若岩体中存在数组结构面(a ,b , …)，则测线上的线密度为各组线密度之和：若测线不能沿结构面迹线的垂直方向布置，当测线与结构面迹线夹角为α1，实际测线长度为L 时，根据右图有:a b K K K =++⋅⋅⋅1/sin K n L α=（）（2）密度/K n l =。

一、岩石和岩体岩石⑴自然形成的产物；⑵由一种或几种矿物组成的具有一定结构构造的固体集合体。

岩体：地质历史过程中形成的，由岩块和结构面组成的，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。

岩体就是岩石和结构面的统一体。

结构面: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，厚度相对较小的地质界面或带。

（如节理、裂隙、褶皱等结构面。

）二、岩体的特征1、岩体是非均质各向异性的材料。

2、岩体内存在着原始应力场。

3、岩体内存在着一个裂隙系统4岩体既不是理想的弹性体，也不是典型的塑性体，既不是连续介质，又不是松散介质，而是一种特殊的复杂的地质体，这就造成了研究它的困难性和复杂性岩体力学研究的主要对象是岩体，研究岩体在力场作用下，所发生的变形、破坏和移动规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。

岩石的强度：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够承受的最大应力。

a.单向抗压强度b.单向抗拉强度c.剪切强度d.三轴抗压强度岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。

a.单向压缩变形b.反复加载变形c.三轴压缩变形d.剪切变形岩石单轴抗压强度1）定义：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度计算公式：σc=P/A5)水对单轴抗压强度的影响－软化系数：岩石的软化系数：饱和岩石抗压强度σb与干燥岩石抗压强度σc之比η=σb/ σc≤11.2岩石单轴抗拉强度定义：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度。

试件在拉伸荷载作用下的破坏通常是沿其横截面的断裂破坏，岩石的拉伸破坏试验分直接试验和间接试验两类抗剪切强度定义：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度剪切强度试验分为非限制性剪切强度试验和限制性剪切强度试验二类。

非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在，没有正应力存在；限制性剪切试验在剪切面上除了存在剪应力外，还存在正应力。

岩体力学岩体结构面性质岩体力学是研究岩石和地壳构造中岩石体的力学性质以及其变形、破裂和破碎特性的一门学科。

岩体结构面是岩石中天然的或由于应力作用而形成的裂隙或断裂面。

通过对岩体结构面性质的研究，可以更好地了解和预测岩体的力学行为，对岩石工程和地质灾害等领域具有重要的实际应用价值。

岩体结构面性质可以分为以下几个方面来进行描述和研究：1.结构面的存在形式：岩体中的结构面有多种形式，如裂隙、节理、层理等。

裂隙是岩石中的一种空隙或线裂缝，不同类型的裂隙对岩体的力学性质有不同的影响。

节理是岩层中的一种局部平行于岩层面的裂隙，节理的存在对岩石体的强度和变形特性有重要影响。

而层理则是沉积岩中分层承载着特定的结构面，影响岩石体的力学行为。

2.结构面的排列方式：结构面通常有一定的排列方式，包括平行、正交、斜交等。

不同排列方式下的结构面对岩体的强度和变形特性会有不同的影响。

比如，平行结构面会导致相对容易的岩层剥离，而正交结构面则会使岩体更容易发生坍塌。

3.结构面的纹理特征：结构面通常会具有一定的纹理特征，如面状、短柱状、笔直等。

不同的纹理特征会影响结构面的强度和破裂特性。

比如，面状结构面相对较脆弱，容易发生破裂和断裂。

4.结构面的物理性质：结构面的物理性质包括强度、硬度、粗糙度等。

强度是结构面所能承受的最大应力，硬度则是结构面的抗切割能力。

粗糙度则是指结构面表面的粗糙程度，对岩体的摩擦力和稳定性有重要影响。

5.结构面的扩展性和连通性：结构面的扩展性指的是结构面在空间上的延伸范围，连通性指的是结构面之间的连通程度。

结构面的扩展性决定了岩体的整体稳定性，连通性则影响了结构面的水和气体的扩散性。

综上所述，岩体结构面性质对于岩体力学行为的研究有着重要的作用。

了解岩体结构面性质的特点，可以帮助我们更好地预测和控制岩体的力学行为，为岩石工程和地质灾害防治提供科学的依据。

因此，对于岩体结构面性质的研究是岩体力学领域的重要研究方向之一。