1、第一章第一章 地壳岩体结构特地壳岩体结构特征的工程地质分析征的工程地质分析第一篇第一篇 区域稳定性及岩体稳定性区域稳定性及岩体稳定性分析的几个基本问题分析的几个基本问题.本章学习内容和要求本章学习内容和要求p掌握岩体、岩体结构、结构面、结构体的基本概念,建造掌握岩体、岩体结构、结构面、结构体的基本概念,建造和改造在岩体结构形成中的作用,研究岩体结构的意义;和改造在岩体结构形成中的作用,研究岩体结构的意义;p掌握结构面的成因类型,了解其主要特征,掌握结构面的成因类型,了解其主要特征,岩体结构分类岩体结构分类和岩体质量分类的代表性方案;和岩体质量分类的代表性方案;p了解岩体原生结构特征的成因及特征
2、,岩体结构的岩相分了解岩体原生结构特征的成因及特征,岩体结构的岩相分析方法;析方法;p了解岩体结构特征的改造以及岩体构造结构特征的地质力了解岩体结构特征的改造以及岩体构造结构特征的地质力学分析方法;学分析方法;p掌握结构面统计调查的路线精测法及其资料校正方法掌握结构面统计调查的路线精测法及其资料校正方法,岩,岩体结构特征定量化研究的程序,了解岩体结构统计分析的体结构特征定量化研究的程序,了解岩体结构统计分析的意义及作用。意义及作用。.本章学习重点和难点本章学习重点和难点p本章重点:本章重点:(1 1)岩体结构的概念,岩体结构的形成及演化规律;)岩体结构的概念,岩体结构的形成及演化规律;(2 2
3、)岩体结构类型划分及其研究意义、岩体结构类型的)岩体结构类型划分及其研究意义、岩体结构类型的实用价值;实用价值;(3 3)岩体结构的统计方法)岩体结构的统计方法路线精测法。路线精测法。p本章难点:本章难点:(1 1)结构面成因类型的空间分布特征,岩体结构分类;)结构面成因类型的空间分布特征,岩体结构分类;(2 2)岩体结构介质模型应用。按介质的连续性特征,不)岩体结构介质模型应用。按介质的连续性特征,不同的力学理论适用于不同的岩体结构介质。同的力学理论适用于不同的岩体结构介质。.p岩体岩体(rock massrock mass):通常指地质体中与工程建设有关的那一):通常指地质体中与工程建设有
4、关的那一部分岩石,它处于一定的应力状态、被各种结构面所分割。岩部分岩石,它处于一定的应力状态、被各种结构面所分割。岩体具有一定的体具有一定的结构结构特征,它由岩体中含有的不同类型的特征,它由岩体中含有的不同类型的结构面结构面及其在空间的分布和组合状况所确定。及其在空间的分布和组合状况所确定。p结构面结构面(structural planestructural plane):是指岩体中具有一定方向、力学):是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸(或具有一定厚度)的地质界面(或强度相对较低、两向延伸(或具有一定厚度)的地质界面(或带)。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。由带
5、)。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。由于这种界面中断了岩体的连续性,故又称不连续面于这种界面中断了岩体的连续性,故又称不连续面(discontinuitiesdiscontinuities)。)。p结结构构体体(structural structural bodybody):结结构构面面在在空空间间的的分分布布和和组组合合将将岩岩体切割成形状、大小不同的块体,称结构体。体切割成形状、大小不同的块体,称结构体。1.1 1.1 基本概念及研究意义基本概念及研究意义.1.1 1.1 基本概念及研究意义基本概念及研究意义.u岩体结构特征的形成岩体结构特征的形成p岩体结构特征是在漫长的地质
6、历史发展过程中形成的,岩体结构特征是在漫长的地质历史发展过程中形成的,是建造与改造两者综合作用的产物。是建造与改造两者综合作用的产物。p它以特定的建造(如沉积岩建造、火成岩建造和变质它以特定的建造(如沉积岩建造、火成岩建造和变质岩建造)为其物质基础。建造确定了岩体的原生结构岩建造)为其物质基础。建造确定了岩体的原生结构特征;而岩体经历的不同时期、不同程度的构造作用特征;而岩体经历的不同时期、不同程度的构造作用改造以及浅、表生作用(如风化、卸荷、地下水作用改造以及浅、表生作用(如风化、卸荷、地下水作用等,主要是地壳浅、表部岩体)改造,使岩体结构趋等,主要是地壳浅、表部岩体)改造,使岩体结构趋于复
7、杂化。于复杂化。1.1 1.1 基本概念及研究意义基本概念及研究意义.p岩体的天然应力状态十分复杂,与构造应力场、岩体的结岩体的天然应力状态十分复杂,与构造应力场、岩体的结构特征及所处的地貌部位等因素相关。构特征及所处的地貌部位等因素相关。p将将“岩体岩体”广泛运用到工程地质学研究当中,也不过才几广泛运用到工程地质学研究当中,也不过才几十年,但它代表一个极为重要的发展阶段。十年,但它代表一个极为重要的发展阶段。之前评价岩体(岩石材料性质)之前评价岩体(岩石材料性质)之后评价岩体(岩体之后评价岩体(岩体结构特征、岩体的力学属性、岩体的变形破坏机制与过程结构特征、岩体的力学属性、岩体的变形破坏机制
8、与过程等)等)1.1 1.1 基本概念及研究意义基本概念及研究意义.工程地质之所以要将岩体的结构特征作为重要研究对象,意义如下:工程地质之所以要将岩体的结构特征作为重要研究对象,意义如下:p(1 1)岩岩体体中中的的结结构构面面是是岩岩体体力力学学强强度度相相对对薄薄弱弱的的部部位位,它它导导致致岩岩体体力力学学性性能能的的不不连连续续性性、不不均均一一性性和和各各向向异异性性。只只有有掌掌握握岩岩体体的的结结构构特特征征,才才有有可可能能阐阐明明岩岩体体在在不不同同荷荷载载下下内内部部的的应应力力分分布布和和应应力力分分异状况。异状况。1.1 1.1 基本概念及研究意义基本概念及研究意义.p
9、(2 2)岩岩体体的的结结构构特特征征对对岩岩体体在在一一定定荷荷载载条条件件下下的的变变形形破破坏坏方方式式和和强强度度特特征征起起着着重重要要的的控控制制作作用用。岩岩体体中中的的软软弱弱结结构构面面,常常常常成成为为决决定岩体稳定性的控制面。定岩体稳定性的控制面。1.1 1.1 基本概念及研究意义基本概念及研究意义.坝基岩体由泥盆纪砂岩、板岩组成,地层中夹有一层由层坝基岩体由泥盆纪砂岩、板岩组成,地层中夹有一层由层间错动和地下水的活动造成的板岩泥化夹层,倾角一般小间错动和地下水的活动造成的板岩泥化夹层,倾角一般小于于1010。,其内摩擦系数其内摩擦系数f f0.24 0.24 0.30(
10、0.30(内摩擦角内摩擦角 1414。17 17。),抗剪强度低抗剪强度低上犹江电站坝基内板岩泥化夹层上犹江电站坝基内板岩泥化夹层 例如在岩石坝基的例如在岩石坝基的深部滑动深部滑动抗滑抗滑稳定性分析中,有些结构面为切稳定性分析中,有些结构面为切割面割面(包括横向切割面和侧向切割包括横向切割面和侧向切割面面,详见第十一章详见第十一章P445)P445),而有些,而有些成为滑移控制面。成为滑移控制面。1.1 1.1 基本概念及研究意义基本概念及研究意义.结构面影响地下洞结构面影响地下洞室围岩的稳定室围岩的稳定结构面影响边坡岩结构面影响边坡岩体的稳定性体的稳定性1.1 1.1 基本概念及研究意义基本
11、概念及研究意义.p(3 3)靠靠近近地地表表的的岩岩体体,其其结结构构特特征征在在很很大大程程度度上上确确定定了了外外营营力力对对岩岩体体的的改改造造进进程程。这这是是由由于于结结构构面面往往往往是是风风化化、地地下下水水等等各各种种外外营营力力较较活活跃跃的的部部位位,也也常常常常是是这这些些营营力力的的改改造造作作用用能能深深入入岩岩体体内部的重要通道,往往发展为重要的控制面。内部的重要通道,往往发展为重要的控制面。坚硬岩石组成的斜坡前缘卸坚硬岩石组成的斜坡前缘卸荷裂隙导致崩塌示意图荷裂隙导致崩塌示意图灰岩;灰岩;砂页岩互层;砂页岩互层;石英石英岩岩软硬岩性互层的陡坡局软硬岩性互层的陡坡局
12、部崩塌示意图部崩塌示意图1砂岩;砂岩;2页岩页岩1.1 1.1 基本概念及研究意义基本概念及研究意义.p此此外外,对对岩岩体体结结构构特特征征的的研研究究还还可可以以推推广广于于宏宏观观地地质质体体,应应用用于于区区域域构构造造稳稳定定性性评评价价。宏宏观观地地质质体体中中的的莫莫霍霍面面、构构造造层层的的分分界界面面、区域性大断层等相当于地质体中的巨型结构面。区域性大断层等相当于地质体中的巨型结构面。.p总总之之,对对岩岩体体结结构构特特征征的的研研究究,是是分分析析评评价价区区域域稳稳定定性和岩体稳定性的重要依据。性和岩体稳定性的重要依据。研研究究结结构构面面最最关关键键的的是是研研究究各
13、各类类结结构构面面的的分分布布规规律律、发发育育密密度、表面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等度、表面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等。1.1 1.1 基本概念及研究意义基本概念及研究意义.1.2.1 1.2.1 结构面的主要类型结构面的主要类型及特征及特征u结构面的成因分类(最基本的分类方法):结构面的成因分类(最基本的分类方法):原生结构原生结构面面、构造结构面构造结构面及及浅、表生结构面浅、表生结构面。其主要特征及工。其主要特征及工程地质评价详见表程地质评价详见表1-1。沉沉积积结结构构面面:层层理理,层层面面,软软弱弱夹夹层层,不不整整合合面面,假假整整合合面面,古古冲刷面等
14、。冲刷面等。火火成成结结构构面面:侵侵入入体体与与围围岩岩接接触触面面,岩岩脉脉、岩岩墙墙接接触触面面,喷喷出出岩岩的流线、流面,冷凝节理面等。的流线、流面,冷凝节理面等。变质结构面:片理,片麻理,板劈理,片岩软弱夹层等。变质结构面:片理,片麻理,板劈理,片岩软弱夹层等。原原生生结结构构面面1.2 1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型.1.2 1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型.节理(节理(X X型节理,张节理)型节理,张节理)断层(正断层,逆断层,走滑断层)断层(正断层,逆断层,走滑断层)层间错动带,羽状裂隙,破劈理层间错动带,羽状裂隙,破劈理构造构造结构结
15、构面面浅表浅表生结生结构面构面浅部结构面浅部结构面表部结构面表部结构面卸荷断裂卸荷断裂重力扩展变形破裂重力扩展变形破裂卸荷裂隙卸荷裂隙风化裂隙风化裂隙风化夹层风化夹层泥化夹层泥化夹层次生夹泥次生夹泥1.2 1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型.1.2 1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型.续表续表1-11-11.2 1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型.u结构面规模等级划分:结构面规模等级划分:p按按其其对对岩岩体体力力学学行行为为所所起起控控制制作作用用,可可划划分分为为三三个个等等级级,即即贯贯通通性性宏宏观软弱面(观软弱面(A A类)、显现
16、结构面(类)、显现结构面(B B类)和隐微结构面(类)和隐微结构面(C C类)。类)。1.2 1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型.按岩体结构面规模及其力学效应:将结构面分为按岩体结构面规模及其力学效应:将结构面分为5 5级级(孙广忠)。(孙广忠)。1.2 1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型表6-2 结构面分级及其特征(据孙广忠,1988)级序分级依据力学效应力学属性地质构造特征级结构面延展长、几公里至几十公里以上,破碎带宽度达数十米1.形成岩体力学作用边界2.岩体变形和破坏的控制条件3.构成独立的力学介质单元1.属于软弱结构面2.构成独立的力学模型软弱夹层较
17、大的断层级延展规模与研究的岩体相若,破碎带宽度比较窄,几厘米至数米1.形成块裂岩体边界2.控制岩体变形和破坏方式3.构成次级地应力场边界属于软弱结构面小断层层间错动面级延展长度短,从十几米至几十米,无破碎带,面内不夹泥,有的具有泥膜1.参与块裂岩体切割2.构成次级地应力场边界少数属于软弱结构面不夹泥大节理或小断层开裂的层面级延展短,未错动、不夹泥,有的呈弱结合状态1.是岩体力学性质,结构效应的基础2.有的为次级地应力场边界节理劈理层面次生裂隙级结构面小,且连续性差1.岩体内形成应力集中2.岩体力学性质、结构效应的基础不连续的小节理隐节理层面片里面.1.2.2 1.2.2 岩体分类岩体分类 分分
18、类类方方案案多多,可可归归结结为为岩岩体体结结构构分分类类和和岩岩体体工工程程应应用用分分类类两两种分类系统,发展趋势是:力图使分类指标定量化。种分类系统,发展趋势是:力图使分类指标定量化。岩体结构分类岩体结构分类 岩岩体体结结构构是是建建造造和和改改造造这这两两方方面面的的综综合合产产物物,岩岩体体结结构构类类型划分也必须从这两方面综合考虑。型划分也必须从这两方面综合考虑。按按建建造造特特征征可可将将岩岩体体划划分分为为块块体体状状(或或整整体体状状)结结构构、块块状状结结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。1.2 1.2 岩体结构特征及主
19、要类型岩体结构特征及主要类型.块块体体状状结结构构:代代表表岩岩性性均均一一、无无软软弱弱面面的的岩岩体体,含含有有的的原原生生结结构构面面具具有有较较强强的的结结合合力力,间间距距大大于于1 1mm。通通常常出出现现在在厚厚层层的的碳碳酸酸盐盐岩岩、碎碎屑屑岩岩;花花岗岗岩岩、闪闪长长岩岩;原原生生节节理理不不太太发发育育的的流流纹纹岩岩、安山岩、玄武岩、凝灰角砾岩中。安山岩、玄武岩、凝灰角砾岩中。块块状状结结构构:代代表表岩岩性性较较均均一一、含含有有2 23 3组组较较发发育育的的软软弱弱结结构构面面的的岩岩体体,结结构构面面间间距距1 10.50.5mm。成成岩岩裂裂隙隙较较发发育育的
20、的厚厚层层砂砂岩岩或或泥泥岩岩,槽槽状状冲冲刷刷面面发发育育的的河河流流相相砂砂岩岩体体等等沉沉积积岩岩,原原生生节节理理较较发发育的火山岩体等。育的火山岩体等。1.2 1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型.层层状状结结构构:代代表表含含有有一一组组连连续续性性好好,抗抗剪剪性性能能显显著著较较低低的的软软弱弱面面的的岩岩体体,一一般般岩岩性性不不均均一一。可可进进一一步步分分为为层层状状(软软弱弱面面间间距距50503030cmcm)、薄薄层层状状(间间距距小小于于3030cmcm)。还还可可以以据据岩岩性性不不均一程度划分出软硬相间的互层状结构。均一程度划分出软硬相间的互层
21、状结构。碎块状结构碎块状结构:代表含有多组密集结构面的岩体,岩体被分割:代表含有多组密集结构面的岩体,岩体被分割成碎块状,以某些动力变质岩为典型。成碎块状,以某些动力变质岩为典型。另另外外,按按岩岩体体改改造造的的程程度度可可划划分分为为完完整整的的、块块裂裂化化或或板板裂裂化化、碎裂化和散体化碎裂化和散体化等四个等级。等四个等级。岩岩体体结结构构分分类类已已被被广广泛泛采采用用,划划分分依依据据和和各各结结构构类类型型岩岩体体的的主要特征如图主要特征如图1-41-4。1.2 1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型.块裂块裂1.2 1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要
22、类型.1.2 1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型.整体状结构.块状结构.层状结构.碎裂状结构.散体状结构.v岩体的工程应用分类岩体的工程应用分类工工程程应应用用分分类类是是以以岩岩体体稳稳定定性性或或岩岩体体质质量量评评价价为为基基础础的的分分类类,为为综综合合性性分分类类。目目前前主主要要考考虑虑三三方方面面因因素素的的指指标标:即即与与岩岩石石工工程程性性质质有有关关的的指指标标(力力学学性性质质)、岩岩体体后后期期改改造造有有关关的的指指标标(岩岩体体结结构构)和和岩岩体赋存条件方面的指标(体赋存条件方面的指标(地下水或地应力等地下水或地应力等)(表表1-3)1-3)。
23、通常有通常有:宾尼亚斯基的宾尼亚斯基的RMRRMR分类分类 (1971973 3);巴顿的巴顿的Q Q系统分类(系统分类(1971974 4);谷德振的岩体质量指标谷德振的岩体质量指标Z Z系统分类(系统分类(19791979)。)。此种分类此种分类力图将类型与岩体稳定性分析和定量评价以及对策设计等力图将类型与岩体稳定性分析和定量评价以及对策设计等实际问题联系起来实际问题联系起来,因而受到地质和工程界的重视。(可详见工程,因而受到地质和工程界的重视。(可详见工程地质勘察教材或其它文献)地质勘察教材或其它文献).w分类标准的定量化岩体质量指标分类标准的定量化岩体质量指标 2020世世纪纪7070
24、年年代代以以来来岩岩体体分分类类中中采采用用了了“岩岩体体质质量量指指标标”或或“综综合合特特征征指指标标”来来判判别别岩岩体体性性能能的的优优劣劣,因因而而含含有有这这类类指指标标的的分分类又被称为岩体质量分级,如上所述的类又被称为岩体质量分级,如上所述的RMRRMR、Q Q和和Z Z系统。系统。分分类类中中有有了了定定量量指指标标作作为为依依据据,更更便便于于将将作作过过详详细细勘勘探探测测试试研研究究的的场场地地的的经经验验和和成成果果应应用用于于研研究究程程度度较较差差或或处处于于勘勘测测初初级级阶阶段的工地,从而达到简化和减少勘测程序和工作量的目的。段的工地,从而达到简化和减少勘测程
25、序和工作量的目的。分分类类中中的的定定量量指指标标还还可可用用于于讨讨论论不不同同分分类类方方案案之之间间的的相相关关性性。如如鲁鲁弗弗里里奇奇等等根根据据新新西西兰兰多多个个工工程程的的经经验验,对对RMRRMR、RSRRSR和和Q Q系系统统三者得出的如下关系式:三者得出的如下关系式:RMR=1.35lgQ+43RMR=1.35lgQ+43RSR=0.77RMR+12.4RSR=0.77RMR+12.4RSR=13.3lgQ+46.5RSR=13.3lgQ+46.5.1.3 1.3 岩体原生结构特征的岩相分析岩体原生结构特征的岩相分析 岩岩相相的的横横向向变变化化引引起起岩岩性性及及厚厚度
26、度的的变变化化,从从而而引引起起岩岩体体的的力力学学性性质质在在横横向向上上的的差差异异性性。因因此此,采采用用岩岩相相分分析析的的理理论论与与方方法法,充充分分了了解解岩岩相相变变化化可可以以更更好好地地阐阐明明其其结结构构特特征征,为为工工程程建建设设服服务务。以以沉沉积积岩岩建建造和变质岩建造为例。造和变质岩建造为例。.岩相 是一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合,它是沉积相的主要组成部分。为了突出沉积环境中的古地理条件和沉积物特征中的岩性特征,通常把“岩相”和“古地理”这两个术语联系在一起,以表示沉积相中最重要最本质的内容。沉积物的沉积环境和表明沉积环境的岩性特征,生物特征,地球化学特征
27、的总和,就叫做沉积相沉积相。例如“浅海珊瑚灰岩相”。浅海说明环境,珊瑚礁反映古生物特征,灰岩反映岩性特征。总之,“相”是沉积物形成环境和条件的物质表现。沉积环境的特征反映在沉积物的颜色、成分、结构、构造所含的古生物及沉积物本身的原始产状等。.沉积岩的相沉积岩的相可分陆相、海相、海陆过渡相三种基本类型。再根据岩石建造进一步划分亚类。岩相是随时间的发展和空间条件的改变而变化的。岩相的变化可以从横向和纵向两方面来观察。同一岩层在水平方向的相变反映了,同一时期不同地区的自然地理条件(即沉积环境)的差异。如海洋沉积物可由滨海相过渡到浅海相,一般依次沉积砾岩、砂岩、粘土类,石灰岩等,而且所含生物化石也不相
28、同。在垂直岩层剖面方向上的相变则反映了同一地区但不同时间的自然地理环境的改变,而自然地理环境的重大改变则往往是地壳运动的结果。.海相沉积的总特点是:以化学岩、生物化学岩和粘土岩为主,如石灰岩等。离海岸愈远,碎屑沉积颗粒愈细。在水平方向上岩相变化小,沉积物中含海生生物化石和矿物。海相沉积又可分为滨海相、浅海相、半深海相及深海相四类。陆相沉积:沉积物多以碎屑、粘土和粘土沉积为主,岩石碎屑多具棱角,分选欠佳,在水平方向上岩相变化大,含陆生生物化石。又可分为残积相、坡积相、洪积相、冲积相、湖积相、冰碛相、火山相等。.1.3.1 1.3.1 河流相沉积岩岩体结构特征的岩相分析河流相沉积岩岩体结构特征的岩
29、相分析河流沉积主要相模式及其工程地质特征河流沉积主要相模式及其工程地质特征 河流沉积建造大体上可归为三种相模式,即高弯河流沉积建造大体上可归为三种相模式,即高弯度河流、低弯度河流、辫状(网状或游荡型)河流。度河流、低弯度河流、辫状(网状或游荡型)河流。其主要工程地质特征分别如下:其主要工程地质特征分别如下:.(1 1)高弯度河流沉积相模式)高弯度河流沉积相模式p 特点:河床坡降缓、弯度大、水流较深、流态较特点:河床坡降缓、弯度大、水流较深、流态较稳定、以单向环流为主的河流沉积模式。其三度空间稳定、以单向环流为主的河流沉积模式。其三度空间结构形式如图结构形式如图1-51-5(a a)。)。.岩体
30、工程地质特征:岩体工程地质特征:a.a.岩体具层状或软硬相间互层状结构特征。岩体具层状或软硬相间互层状结构特征。天然堤和洪泛相(合称顶部相)的泥岩、粉砂岩为这类岩体中分布稳天然堤和洪泛相(合称顶部相)的泥岩、粉砂岩为这类岩体中分布稳定的软弱层。板状产出,分布广,厚几厘米数米。该层顶部有时可见定的软弱层。板状产出,分布广,厚几厘米数米。该层顶部有时可见呈扁豆体状分布的上一旋回的滞留砾岩,如果富含泥砾,为软弱夹层。呈扁豆体状分布的上一旋回的滞留砾岩,如果富含泥砾,为软弱夹层。但往往厚度薄、连续性差,分布范围小。但往往厚度薄、连续性差,分布范围小。模式中砂岩体厚度与古河流水深相近模式中砂岩体厚度与古
31、河流水深相近(图(图1-51-5(b b),厚度变化小。,厚度变化小。这类河流近期的沉积物中,被上覆连续性好的粘土层封闭,而固结度这类河流近期的沉积物中,被上覆连续性好的粘土层封闭,而固结度较差的饱水边滩相粉细砂层,在外荷载尤其是动荷载条件下,可出现震较差的饱水边滩相粉细砂层,在外荷载尤其是动荷载条件下,可出现震动液化导致上覆土层沉陷,也为重要的软弱层。动液化导致上覆土层沉陷,也为重要的软弱层。相模式中还有一些水流事件性变化造成的沉积物,如废弃河道、决口相模式中还有一些水流事件性变化造成的沉积物,如废弃河道、决口扇等沉积物,使岩体结构更加复杂化。扇等沉积物,使岩体结构更加复杂化。.b.b.砂岩
32、体抗风化性能弱,强度具明显自下而上的递变规律。砂岩体抗风化性能弱,强度具明显自下而上的递变规律。边滩相砂岩体其物质主要来源于附近上游区的冲刷凹岸,搬运距离短,边滩相砂岩体其物质主要来源于附近上游区的冲刷凹岸,搬运距离短,矿物成分的成熟度低,即易磨损及易风化的矿物或岩屑含量较高。大多矿物成分的成熟度低,即易磨损及易风化的矿物或岩屑含量较高。大多为泥钙质胶结的长石砂岩或硬砂岩,抗风化能力低。如四川白垩系红层为泥钙质胶结的长石砂岩或硬砂岩,抗风化能力低。如四川白垩系红层这类砂岩体的全风化深度可超过这类砂岩体的全风化深度可超过20m20m。单向环流,上升段水流流速随高度增加而降低,砂岩体的粒度成分由单
33、向环流,上升段水流流速随高度增加而降低,砂岩体的粒度成分由下而上逐渐变细,愈靠近上部混入的悬移质成分也愈多,而靠近底部的下而上逐渐变细,愈靠近上部混入的悬移质成分也愈多,而靠近底部的砂体,成岩过程中其固结和钙质胶结物的补给条件一般较上部有利。最砂体,成岩过程中其固结和钙质胶结物的补给条件一般较上部有利。最终造成砂岩体强度由下向上递减,有的甚至相差数倍。终造成砂岩体强度由下向上递减,有的甚至相差数倍。总之,这类相模式岩体以具有连续性较好的低强度的软弱层为其主要总之,这类相模式岩体以具有连续性较好的低强度的软弱层为其主要特征。岩体抗滑稳定性差、抗风化能力弱。特征。岩体抗滑稳定性差、抗风化能力弱。.
34、(2 2)辫状(游荡型)河流沉积相模式)辫状(游荡型)河流沉积相模式p 特特点点:坡坡降降陡陡、河河床床不不稳稳定定、弯弯度度小小、水水浅浅、流流态态不不稳稳定定、具复杂环流的河流沉积模式。其三度空间形式如图具复杂环流的河流沉积模式。其三度空间形式如图1-61-6。.岩体主要工程地质特征:岩体主要工程地质特征:a.a.岩体具层状或块状结构特征。岩体具层状或块状结构特征。岩岩体体中中以以含含泥泥砾砾的的滞滞留留砾砾岩岩层层为为其其主主要要软软弱弱层层,断断续续分分布布,起起伏伏差差大大,多呈槽状。顶部的泥质粉砂岩通常被冲刷殆尽,或呈零星分布。见图多呈槽状。顶部的泥质粉砂岩通常被冲刷殆尽,或呈零星
35、分布。见图1-71-7。.b.b.砂岩体具较高的抗风化能力和强度。砂岩体具较高的抗风化能力和强度。心心滩滩相相砂砂(砾砾)岩岩体体是是水水流流绕绕心心滩滩时时分分时时合合的的侧侧向向加加积积物物,矿矿物物成成分分较较边边滩滩相相更更复复杂杂,但但成成熟熟度度较较好好,以以钙钙质质胶胶结结的的长长石石石石英英砂岩或石英砂岩为主,抗风化能力较边滩相砂岩强。砂岩或石英砂岩为主,抗风化能力较边滩相砂岩强。辫辫状状河河流流坡坡降降陡陡,砂砂岩岩体体颗颗粒粒较较粗粗,常常含含有有砾砾石石或或卵卵石石,悬悬移移质质成成分分很很少少。砂砂岩岩体体粗粗细细交交错错,原原始始透透水水性性比比边边滩滩相相砂砂岩岩体
36、体强强,顶顶部部又又无无连连续续的的粘粘土土隔隔水水层层,固固结结和和胶胶结结条条件件好好。因因此此,其其砂砂岩岩体强度一般较边滩相砂岩体高。体强度一般较边滩相砂岩体高。总总之之,辫辫状状(游游荡荡型型)河河流流相相模模式式岩岩体体的的抗抗滑滑稳稳定定性性较较强强。但但当当零零星星分分布布有有泥泥岩岩体体时时,可可能能造造成成不不均均匀匀变变形。形。.(3 3)低弯度河流沉积相模式)低弯度河流沉积相模式p 其其特特征征介介于于上上述述两两类类之之间间,可可具具有有连连续续性性较较好好、厚厚度度较较薄薄的的顶部相泥岩粉砂岩软弱层。顶部相泥岩粉砂岩软弱层。.v岩体原生结构特征的亚相、微相分析岩体原
37、生结构特征的亚相、微相分析 通通过过对对沉沉积积环环境境的的地地貌貌或或微微地地貌貌分分析析,亦亦即即亚亚相相、微微相相分分析析,可可进进一一步步阐阐明明上上述述各各相相模模式式中中的的软软弱弱夹夹层层或或软软弱弱结构面的某些细微特征。结构面的某些细微特征。p a.a.软弱夹层的亚相、微相分析软弱夹层的亚相、微相分析 由由于于生生成成环环境境不不同同,其其展展布布特特征征、岩岩性性及及构构造造和和结结构构特特征征、以以及及顶顶、底底面面形形态态特特征征也也有有明明显显差差异异。如如高高弯弯(或或低低弯弯)度度河河流流沉沉积积旋旋回回顶顶部部的的泥泥质质粉粉砂砂岩岩软软弱弱层层按按亚亚相相分分析
38、,可细分为洪泛相泥岩层和天然堤相粉砂质泥岩层。析,可细分为洪泛相泥岩层和天然堤相粉砂质泥岩层。高高弯弯度度河河流流相相中中,有有时时还还可可见见有有由由河河流流侧侧蚀蚀作作用用造造成成的崩塌泥岩块层,或因堵塞河流而形成的的崩塌泥岩块层,或因堵塞河流而形成的堰塞泥岩层堰塞泥岩层。.20042004年年9 9月月5 5日日12:0012:0023:0023:00四川省达州市宣汉县天台乡义和村在四川省达州市宣汉县天台乡义和村在特大暴雨诱发下,发生特大型岩质滑坡。特大暴雨诱发下,发生特大型岩质滑坡。.而而辫辫状状河河流流相相砂砂岩岩中中有有时时可可见见穿穿插插其其中中呈呈波波状状起起伏伏、分分枝枝带带
39、状状的的薄薄层层泥泥岩岩,推推测测为为枯枯水水季季节节局局部部死死水水区区悬悬移移质质沉沉积积物物所所构构成成,削削弱弱了了砂砂岩岩体体的的整整体体强度。强度。具体详见表具体详见表1-41-4。.p b.b.砂岩体中原生结构面的微相分析砂岩体中原生结构面的微相分析 根据岩相学研究,流水沉积岩的层理类型与被搬根据岩相学研究,流水沉积岩的层理类型与被搬运泥沙的粒度、水流流态和水流强度三者之间有一定运泥沙的粒度、水流流态和水流强度三者之间有一定关系。关系。eg.高弯度河流的边滩相砂岩体,水流流速和粒高弯度河流的边滩相砂岩体,水流流速和粒度成分自下而上的递变规律,致使层理类型也由下向度成分自下而上的递
40、变规律,致使层理类型也由下向上从大型板状交错层理、递变为平行层理和小型波状上从大型板状交错层理、递变为平行层理和小型波状交错层理。而辫状河流的砂岩体则以发育大型槽状交交错层理。而辫状河流的砂岩体则以发育大型槽状交错层理、楔形交错层理、逆行沙波层理等,无明显递错层理、楔形交错层理、逆行沙波层理等,无明显递变规律。变规律。.p通过微相分析,通过微相分析,可将流水沉积岩可将流水沉积岩的层理划分为图的层理划分为图1-8所示各类型,所示各类型,它是论证岩体或它是论证岩体或岩块的各向异性岩块的各向异性性质和强度特征性质和强度特征的重要依据。的重要依据。.河流沉积相分析在工程地质分析中河流沉积相分析在工程地
41、质分析中具有广泛的应用前景。已有的实践证明,具有广泛的应用前景。已有的实践证明,它在岩体的区域性变化规律,选择有利它在岩体的区域性变化规律,选择有利的的建筑场地和评价岩体稳定性以及判的的建筑场地和评价岩体稳定性以及判定岩石的优势结构面方向等方面,定岩石的优势结构面方向等方面,均具均具有重要的意义。有重要的意义。.工程地质分析中,对岩体的构造结构特征,最关心以下两个方面:工程地质分析中,对岩体的构造结构特征,最关心以下两个方面:p(1 1)根根据据构构造造断断裂裂组组合合规规律律(亦亦即即应应用用特特定定的的组组合合模模式式)去去分分析析评评价对区域构造稳定性或岩体稳定性具有重大影响的构造结构特
42、征。价对区域构造稳定性或岩体稳定性具有重大影响的构造结构特征。p(2 2)通通过过追追溯溯应应力力场场演演变变史史来来阐阐明明具具有有复复杂杂经经历历的的构构造造断断裂裂的的工工程程地质性质。地质性质。1.1.4 4 岩体构造结构特征的岩体构造结构特征的 地质力学分析地质力学分析.1.确定构造层确定构造层构造层:是在一次大的构造运动幕过程中所包卷的地层及其所形成的构造形迹的总和。通常通过研究区的角度不整合界面来识别。如印支期构造层是印支运动的产物,发生于三叠系末期,卷入了三叠系及更早的地层;燕山期构造是燕山运动的产物,发生在侏罗纪末期,卷入其以前的地层。2.在构造层内确定构造体系在构造层内确定
43、构造体系构造体系:指同一构造应力场作用下,具有成生联系的构造形迹的组合。关键是找压性构造面,包括褶皱的轴面、层面、压性断层等。因为在某一期构造引力场作用下,只能形成某一特定方向的压性结构面,找准了压性结构面就等同确定了构造应力场的方向。一个构造层内可能存在多个构造体系。1.4.1 构造层及构造体系的确定构造层及构造体系的确定.3.确定各期构造应力场作用的先后关系构造配套:根据结构面的交切组合关系,对结构面进行构造体系归属的划分。.1.4.1.4.2 2 典型走滑断层共生组合分析典型走滑断层共生组合分析典典型型的的走走滑滑断断裂裂系系统统发发育育在在相相对对稳稳定定的的地地块块中中,也也可可见见
44、于于板板块块转转换换断断层层接接触触带带,它它是是最最大大、最最小小主主应应力力近近于于水水平平的的地地应应力力环环境境下下的的产物,大多属于脆性剪切破裂。产物,大多属于脆性剪切破裂。按按地地质质力力学学观观点点,断断裂裂组组合合可可有有多多种种形形式式,但但某某一一主主干干断断层层与与其其伴伴生生的的不不同同次次序序的的断断裂裂的的组组合合形形式式,可可视视为为基基本本模模式式。巴巴杰杰利利(19591959)曾曾提提出出一一对对共共轭轭走走滑滑断断层层与与各各序序次次断断裂裂共共生生组组合合的的理理想想模模式式(图图1-191-19),他他把把低低序序次次断断裂裂变变形形视视为为是是主主断
45、断层层错错动动时时派派生的分主应力的产物。生的分主应力的产物。.p此外,上述断裂组合模式的下述此外,上述断裂组合模式的下述特征,在研究岩体构造结构特征特征,在研究岩体构造结构特征分析中有重要意义:分析中有重要意义:各序次断裂以及主应力与各序次各序次断裂以及主应力与各序次分应力之间的夹角有一定规律。分应力之间的夹角有一定规律。以巴杰利模式为例(图以巴杰利模式为例(图1-19),),1a与与1b及及2a与与2b之间夹角之间夹角2大体等于大体等于90(为岩石内为岩石内摩擦角),随围压的增高摩擦角),随围压的增高2更接更接近近90。.1.4.3 典型地区多期构造的地质力学分析典型地区多期构造的地质力学
46、分析根据两次最大主应力(水平)的夹角(),大致可分为重合(=0)、正交(=90)、斜交(0 45)等几种情况。1.重合(重合(=0)如已胶结的破碎带重遭破裂.2.正交(正交(=90)早期形成近东西走向逆断层,后期形成近南北向正断层。.3.斜交(斜交(=45).4.小角度斜交(小角度斜交(0 45).通通过过追追溯溯区区域域构构造造应应力力场场的的演演变变史史,追追溯溯区区域域构构造造格格架架的的形形成成和和活活动动史史,可可进进而而阐阐明明在在现现行行构构造造应应力力场场作作用用下下,不不同同断断裂裂可可能能以以什什么么方方式式活活动动,判判明明区区域域构构造造应应力力的的集集中中部部位位等等
47、。这这对对于于区区域域稳稳定定性性分分析析具具有有重要意义。重要意义。.岩岩体体结结构构的的各各种种自自然然特特征征或或性性能能总总含含有有一一定定的的随随机机性性,因因而而只只有有从从足足够够的的测测试试资资料料中中求求出出统统计计规规律律,才才能能准准确确地地取取得得用用于于岩岩体体稳稳定定性性分分析析评评价价的的代代表表性性特特征和指标。征和指标。岩岩体体结结构构模模式式定定量量化化,主主要要是是通通过过对对结结构构面面优优势势方方向向、间间距距、长长度度、连连续续率率等等特特征征的的量量化化统统计计分分析析来来实实现现,从从而而建建立立可可供供稳稳定定性性分分析析计计算算直直接接采采用
48、用的的岩岩体体结构量化模式。结构量化模式。1.1.5 5 岩体构造结构特征的统计分析岩体构造结构特征的统计分析.p1.5.1充填结构面的测量与描述指有一定厚度的结构面,通常是各种规模的断层,由于其在地质体中位置确定,方位明确,因此通常用确定性的方法进行逐条的调查和描述。(一)描述指标体系.(二)现场调查方法(二)现场调查方法1.对现场揭露的每一条这类结构面,沿结构面布置测线,按描述指标体系逐点记录地质特征,点距一般为0.5-1.0m。2.绘制结构面展布的素描图,拍照。3.将不同露头调查得到的同一结构面资料汇总,并对各指标进行统计分析。4.调查内容纳入数据管理系统。.1.5.2 非充填结构面的测
49、量与描述指岩体中大量发育的各类裂隙、硬性结构面等。这类结构面量多、随机、断续分布。.如何查明结构面的特征一直是工程地质和岩石力学领域的难题。目前主要是通过在岩石露头上布置各种形成的测网、测线或统计窗对现场的基体裂隙进行大量的调查与测量,在此基础上,通过统计模型,获取表征结构面的各项参数,从而建立定量化的岩体结构模型。.2.2.现场测量与调查方法现场测量与调查方法 有多种测量方法,如岩心裂隙测量法(有多种测量方法,如岩心裂隙测量法(RQDRQD),取样窗法),取样窗法(sampling windowsampling window,又可称为面积测量方法)和路线精测法(,又可称为面积测量方法)和路线
50、精测法(line line scaningscaning)等,本章重点介绍改进的测网法(黄润秋,)等,本章重点介绍改进的测网法(黄润秋,20032003),它是),它是将传统的测网法与测线法相结合的结构面调查测量方法。将传统的测网法与测线法相结合的结构面调查测量方法。.每一条测线在岩石露头使用油漆标注,然后逐条测量结构面,记录结构面特征。由于露头大小的限制,实际测网的高度一般不可能太大(2-3m)。在测网高度一定的前提下,测网宽度的确定应尽可能满足结构面迹长的估计。黄润秋研究表明,当结构面迹长小于3m时,采用4m2m的测网可以获取得满足与结构面全迹长估计的截断迹长。测网中线定义为主测线,上下测