河海大学工程地质四.pptx

概述1.1.基本概念及研究意义基本概念及研究意义 岩体岩体（rockmassrockmass）通常）通常指地质体中与工程建设有关的指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的地质环境、被各种结构面所那一部分岩石，它处于一定的地质环境、被各种结构面所分割。岩体具有一定的结构特征，它由岩体中含有的不同分割。岩体具有一定的结构特征，它由岩体中含有的不同类型的结构面及其在空间的分布和组合状况所确定。类型的结构面及其在空间的分布和组合状况所确定。结构面结构面是是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、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（或带）。如岩两向延伸（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。层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。包括物质包括物质分异面、不连续面和软弱夹层。分异面、不连续面和软弱夹层。结构体结构体：结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成：结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成形状、大小不同的块体，称结构体。形状、大小不同的块体，称结构体。2.2.岩体的工程地质特征岩体的工程地质特征岩体是岩体是复杂的复杂的地质体地质体形成过程复杂：是地质历史的产物，经历过多期形成过程复杂：是地质历史的产物，经历过多期构造运动。构造运动。组成复杂：岩性、风化状态的多样性组成复杂：岩性、风化状态的多样性结构复杂：存在大量各种成因的结构面结构复杂：存在大量各种成因的结构面处于复杂的、变化的地质环境中处于复杂的、变化的地质环境中岩体的强度主要取决于结构面的强度岩体的强度主要取决于结构面的强度岩体的变形主要取决于结构面闭合、压缩、张裂和剪切滑移，岩体的变形主要取决于结构面闭合、压缩、张裂和剪切滑移，岩体的破坏形式主要取决结构面的结合形式岩体的破坏形式主要取决结构面的结合形式岩体中存在复杂的天然应力场、温度场和渗流场。岩体中存在复杂的天然应力场、温度场和渗流场。3.3.岩体的结构特征的研究意义岩体的结构特征的研究意义岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它导致岩岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。只有掌握岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。只有掌握岩体的结构特征，才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分体的结构特征，才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分布和应力状况。布和应力状况。岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。岩体中的软弱结构面，常常成为度特征起着重要的控制作用。岩体中的软弱结构面，常常成为决定岩体稳定性的控制面，各结构面分别为确定坝肩岩体抗滑决定岩体稳定性的控制面，各结构面分别为确定坝肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。稳定的分割面和滑移控制面。靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的改造进程。这是由于结构面往往是风化、地下水等各种外体的改造进程。这是由于结构面往往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位，也常常是这些营力的改造作用能深入岩体营力较活动的部位，也常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要通道，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。总之，对岩体的结构特征的研究，是分析评价区域稳定性总之，对岩体的结构特征的研究，是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据。和岩体稳定性的重要依据。研究结构面最关键的是研究结构面最关键的是研究各类结构面的分布规律、发育密度、研究各类结构面的分布规律、发育密度、表面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等表面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等。4.1 4.1 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型1.1.结构面的成因类型结构面的成因类型原生结构面原生结构面物质分异面物质分异面沉积岩的层理、层面、沉积间断面及沉积岩的层理、层面、沉积间断面及沉积软弱夹层等陡属于沉积结构面。沉积软弱夹层等陡属于沉积结构面。火成结构面火成结构面岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面，如流面、冷凝岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面，如流面、冷凝节理、侵入体与围岩的接触面及岩浆间歇喷溢所形成的若若接触节理、侵入体与围岩的接触面及岩浆间歇喷溢所形成的若若接触面。面。变质结构面变质结构面变质结构面可分为残留的变质结构面可分为残留的变余结构面变余结构面和和变成的重结晶结构面变成的重结晶结构面两种。前者为沉积岩浅变质所具有，层面仍保留，但在层面上两种。前者为沉积岩浅变质所具有，层面仍保留，但在层面上有绢云母、绿泥石等鳞片状矿物密集并定向排列。有绢云母、绿泥石等鳞片状矿物密集并定向排列。重结晶结构重结晶结构面主要有片理和片麻理面主要有片理和片麻理。沉积结构面沉积结构面玄玄武武岩岩的的原原生生柱柱状状裂裂隙隙沉积岩的层间裂隙沉积岩的层间裂隙次生结构面次生结构面节理（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，破劈理内动力形成的结构面内动力形成的结构面构构造造裂裂隙隙外动力形成的结构面外动力形成的结构面主要是由风化作用、主要是由风化作用、卸荷及人类活动所形成卸荷及人类活动所形成的结构面，其特点是只的结构面，其特点是只分布在地表或地表以下分布在地表或地表以下数十米的范围内。数十米的范围内。有有风化裂隙风化裂隙、卸荷卸荷裂隙裂隙和和次生夹泥层次生夹泥层。次生裂隙：地壳运动在岩体中形成的构造裂隙，风化和卸荷作次生裂隙：地壳运动在岩体中形成的构造裂隙，风化和卸荷作用形成的裂隙。用形成的裂隙。2.2.结构面的特征结构面的特征规模规模：机构面的规模大小相差悬殊。大者可延展数十公里，宽：机构面的规模大小相差悬殊。大者可延展数十公里，宽度可达数十米。规模小的延展仅数十厘米或数十米，甚至可以十度可达数十米。规模小的延展仅数十厘米或数十米，甚至可以十很微小的不连续裂隙。很微小的不连续裂隙。方位方位：即结构面的产状：即结构面的产状延续性延续性：表征结构面延伸长度和展布范围的指标。：表征结构面延伸长度和展布范围的指标。间距间距：指相邻结构面间的垂直距离，通常是指一组结构面的平：指相邻结构面间的垂直距离，通常是指一组结构面的平均间距。反映岩体的完整性。均间距。反映岩体的完整性。粗糙度粗糙度：结构面的形态有：结构面的形态有平直的平直的、波状的波状的、锯齿状的锯齿状的、台阶状的台阶状的和和不规则状的不规则状的几种。几种。起伏程度用起伏程度用起伏差起伏差和和起伏角起伏角表示。表示。结构面侧壁强度结构面侧壁强度：它可以反映结构面经受风化的程度。：它可以反映结构面经受风化的程度。张开度张开度：指结构面两壁间的垂直距离。：指结构面两壁间的垂直距离。充填物充填物：结构面内常见有砂、粘土、角砾、岩屑及硅质、钙：结构面内常见有砂、粘土、角砾、岩屑及硅质、钙质、石膏质沉淀物。铁或硅质胶结者强度最高，泥质及易溶盐类质、石膏质沉淀物。铁或硅质胶结者强度最高，泥质及易溶盐类胶结者强度低、抗水性差。未胶结的充填物强度低，充填厚度不胶结者强度低、抗水性差。未胶结的充填物强度低，充填厚度不同时，变形和强度不通同时，变形和强度不通节理组数节理组数：节理组数的多少，决定了岩石块体的大小及岩体的：节理组数的多少，决定了岩石块体的大小及岩体的结构类型。结构类型。块体大小块体大小：由数组结构面：由数组结构面切割而成的岩石块体，一般切割而成的岩石块体，一般称为结构体。称为结构体。体积节理组数体积节理组数J J是单是单位体积通过的总节理数。可位体积通过的总节理数。可根据此来堆块体大小进行分根据此来堆块体大小进行分类。类。原生型原生型:沉积成因的、岩浆活动成因的、变质成因的沉积成因的、岩浆活动成因的、变质成因的分布：成层条件好，层次多、有韵律、分布广、分布：成层条件好，层次多、有韵律、分布广、厚度大、延伸远、产状稳定、且与岩层一致。厚度大、延伸远、产状稳定、且与岩层一致。次生型次生型:风化、地下水外营力作用形成的夹层风化、地下水外营力作用形成的夹层分布：产状不稳定，厚度变化大，成层条件不好，分布：产状不稳定，厚度变化大，成层条件不好，主要分布在风化卸荷带或地下水循环带内主要分布在风化卸荷带或地下水循环带内构造型构造型:层间错动带层间错动带;断层破碎带断层破碎带分布：厚度变化大，延续通过多种岩性，倾角变分布：厚度变化大，延续通过多种岩性，倾角变化大，可能彼此相交。化大，可能彼此相交。3.3.软弱夹层软弱夹层夹在岩体中的泥质和炭质含量高，遇水易软化，夹在岩体中的泥质和炭质含量高，遇水易软化，延伸长、厚度薄，物理力学性质差的软弱岩层。延伸长、厚度薄，物理力学性质差的软弱岩层。软弱夹层的成因与分类软弱夹层的成因与分类v长委（据葛洲坝的研究成果）长委（据葛洲坝的研究成果）建议建议：软岩夹层软岩夹层:夹在坚硬岩体中的薄层软弱岩层夹在坚硬岩体中的薄层软弱岩层碎块夹层碎块夹层:80%:80%以上粒径大于以上粒径大于2mm2mm的粗碎屑（碎块、的粗碎屑（碎块、砾石）砾石）,粘粒含量少于粘粒含量少于10%10%碎屑夹层碎屑夹层:2:20.5mm0.5mm的细碎屑的细碎屑30%,2mm30%,2mm的粗碎屑的粗碎屑303050%,50%,粘粒粘粒101030%30%泥化夹层泥化夹层:结构松散结构松散,粘粒含量粘粒含量30%,30%,含水量高含水量高,密度低。密度低。黄委（据小浪底的研究成果）建议：黄委（据小浪底的研究成果）建议：软岩夹层（砂岩间的页岩、粘土岩、粉砂岩薄层）软岩夹层（砂岩间的页岩、粘土岩、粉砂岩薄层）泥化夹层泥化夹层泥化夹层泥化夹层按粒度成分和厚度变化可分为按粒度成分和厚度变化可分为:全泥型全泥型：厚度大于：厚度大于3mm，不夹角砾，不夹角砾泥夹粉砂和粉砂夹泥型泥夹粉砂和粉砂夹泥型：角砾含量小于：角砾含量小于10%的的粉土层粉土层泥膜型泥膜型：不含角砾的薄粘土层：不含角砾的薄粘土层泥夹角砾型泥夹角砾型：角砾含量小于：角砾含量小于10%的粘土层的粘土层角砾夹泥型角砾夹泥型：角砾含量在：角砾含量在1050%的粘性土层的粘性土层泥化夹层泥化夹层是软弱夹层中物理力学性质最差、强度最低的关键部位，对是软弱夹层中物理力学性质最差、强度最低的关键部位，对岩体稳定性往往起控制作用，是软弱夹层工程地质研究的重点。岩体稳定性往往起控制作用，是软弱夹层工程地质研究的重点。泥化夹层形成的基本条件泥化夹层形成的基本条件软弱夹层是形成泥化夹层的物质基础：提供泥质和炭质矿物；软弱夹层是形成泥化夹层的物质基础：提供泥质和炭质矿物；构造破坏是形成泥化夹层的主导因素：构造破坏是形成泥化夹层的主导因素：裂隙化破坏了硬岩对裂隙化破坏了硬岩对软岩的保护作用软岩的保护作用；层间错动对软弱岩层的研磨作用层间错动对软弱岩层的研磨作用。地下水和风化作用是泥化夹层的必要条件：地下水和风化作用是泥化夹层的必要条件：地下水的浸泡、软地下水的浸泡、软化、泥化、溶解和崩解作用化、泥化、溶解和崩解作用；风化的机械破坏和风化作用。风化的机械破坏和风化作用。泥化夹层的基本特征泥化夹层的基本特征泥化夹层的结构特征泥化夹层的结构特征具有具有明显错动面和分带性明显错动面和分带性，通常可，通常可有三种不同的构造影响带，即有三种不同的构造影响带，即节理带节理带、劈理带劈理带和和泥化带泥化带泥化夹层的矿物成分和化学成分泥化夹层的矿物成分和化学成分矿物成分以矿物成分以粘土矿物粘土矿物为为主，与主，与母岩性质和后期改造母岩性质和后期改造程度有关；粒度成分以程度有关；粒度成分以粘粒粘粒和和粉粉粒粒为主；主要化学成分位为主；主要化学成分位SiO2SiO2、Al2O3Al2O3、Fe2O3Fe2O3泥化夹层的水理性质泥化夹层的水理性质泥化夹层的泥化夹层的膨胀量膨胀量与与膨胀力膨胀力，主要，主要与粘土矿物成分和微结构面的发育程度有关，以与粘土矿物成分和微结构面的发育程度有关，以蒙脱石蒙脱石为主为主的夹层，膨胀量可大的夹层，膨胀量可大8；泥化夹层具有；泥化夹层具有明显渗流层状分带现明显渗流层状分带现象象和和渗流集中渗流集中的特点。的特点。泥化夹层的物理力学性质泥化夹层的物理力学性质主要由夹层内物质成分、结构特主要由夹层内物质成分、结构特征、上下界面形态决定。物理力学性质差：征、上下界面形态决定。物理力学性质差：“三高三高”（高含水高含水量、高崩解性、高分散性量、高崩解性、高分散性）“三低三低”（低重度、低强度、低模低重度、低强度、低模量量）泥化夹层在长期渗水作用下的演变趋势泥化夹层在长期渗水作用下的演变趋势化学成分的变化化学成分的变化（主要发生盐类的溶解、阳离子的交换、碳酸钙的溶蚀、游离（主要发生盐类的溶解、阳离子的交换、碳酸钙的溶蚀、游离氧化物的溶解、胶溶及氧化还原反应）；氧化物的溶解、胶溶及氧化还原反应）；渗透稳定的变化渗透稳定的变化（恶恶化化-机械管涌、爆发式挤出破坏）；机械管涌、爆发式挤出破坏）；抗剪强度的变化抗剪强度的变化(降低降低）。）。泥化夹层在特定条件下的流变特性和长期强度泥化夹层在特定条件下的流变特性和长期强度泥化夹层泥化夹层具有流变性具有流变性，宜取长期强度或，宜取长期强度或剩余强度剩余强度(约峰值的约峰值的80)；反反复荷载作用复荷载作用下取残余强度；下取残余强度；动力强度动力强度(振动对泥化夹层强度的振动对泥化夹层强度的影响程度与振动的振幅、频率和夹层的孔隙比有关。影响程度与振动的振幅、频率和夹层的孔隙比有关。)4.4.岩体结构分类岩体结构分类 水利水电工程地质勘察规范（水利水电工程地质勘察规范（GB 50287-99GB 50287-99）实行的分类标准）实行的分类标准:4:4大类大类1212亚类亚类类型类型亚亚 类类岩岩 体体 结结 构构 特特 征征块状块状结构结构整体状结构整体状结构岩体完整，呈巨块状，结构面不发育，间距大于岩体完整，呈巨块状，结构面不发育，间距大于100cm100cm块状结构块状结构岩体较完整，呈块状，结构面轻度发育，间距一般岩体较完整，呈块状，结构面轻度发育，间距一般100-50cm100-50cm次块状结构次块状结构岩体较完整，呈次块状，结构面中等发育，问距一般岩体较完整，呈次块状，结构面中等发育，问距一般50-30cm50-30cm层层状状结结构构巨厚层状结构巨厚层状结构岩体完整，呈巨厚层状，结构面不发育，间距大于岩体完整，呈巨厚层状，结构面不发育，间距大于100cm100cm厚层状结构厚层状结构岩体较完整，呈厚层状，结构面轻度发育，间距一般岩体较完整，呈厚层状，结构面轻度发育，间距一般100-50cm100-50cm中厚层状结构中厚层状结构岩体较完整，呈中厚层状，结构面中等发育，间距一般岩体较完整，呈中厚层状，结构面中等发育，间距一般50-30cm50-30cm互层状结构互层状结构岩体较完整或差，呈互层状，结构面较发育，间距一般岩体较完整或差，呈互层状，结构面较发育，间距一般30-10cm30-10cm薄层状结构薄层状结构岩体完整性差，呈薄层状，结构面发育，间距一般小于岩体完整性差，呈薄层状，结构面发育，间距一般小于10cm10cm碎裂碎裂结构结构镶嵌碎裂结构镶嵌碎裂结构岩体完整性差，岩块镶嵌紧密，结构面较发育到很发育，间距一般岩体完整性差，岩块镶嵌紧密，结构面较发育到很发育，间距一般30-10cm30-10cm碎裂结构碎裂结构岩体较破碎，结构面很发育，间距一般小于岩体较破碎，结构面很发育，间距一般小于10cm10cm散体散体结构结构碎块状结构碎块状结构岩体破碎，岩块夹岩屑或泥质物岩体破碎，岩块夹岩屑或泥质物碎屑状结构碎屑状结构岩体破碎，岩屑或泥质物夹岩块岩体破碎，岩屑或泥质物夹岩块 岩土工程勘察规范（岩土工程勘察规范（GB 50021-2001GB 50021-2001）实行的分类标准实行的分类标准结构类型结构类型岩体地质类型岩体地质类型结构体结构体结构面发育情况结构面发育情况岩土工程特征岩土工程特征岩土工程问题岩土工程问题整体状整体状结结构构巨块状岩浆岩、巨块状岩浆岩、变质岩，巨厚层变质岩，巨厚层沉积岩沉积岩巨块状巨块状以层面、原生、构造节理以层面、原生、构造节理为主，多呈闭合型，间距为主，多呈闭合型，间距大于大于1.5m，一般，一般12组，组，无危险结构无危险结构岩体稳定，可视岩体稳定，可视为均质弹性各向为均质弹性各向同性体同性体局部滑动或坍塌，局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆深埋洞室的岩爆块块状状结结构构厚层状沉积岩，厚层状沉积岩，块状岩浆岩、变块状岩浆岩、变质岩质岩块块状状柱柱状状有少量贯穿性裂隙，间距有少量贯穿性裂隙，间距0.71.5m。一般为。一般为23组，组，有少量分离体有少量分离体结构面互相牵制，结构面互相牵制，岩体基本稳定，岩体基本稳定，接近弹性各向同接近弹性各向同性体性体层层状状结结构构多韵律的薄层、多韵律的薄层、中厚层状沉积岩，中厚层状沉积岩，副变质岩副变质岩层层状状板板状状透镜体透镜体有层理、片理、节理，常有层理、片理、节理，常有层间错动面有层间错动面变形和强度受层变形和强度受层面及层面控制，面及层面控制，可视为各向异性可视为各向异性弹塑性体，稳定弹塑性体，稳定性较差性较差可沿结构面滑塌，可沿结构面滑塌，软岩可产生塑性软岩可产生塑性变形变形碎裂状碎裂状结结构构构造影响严重的构造影响严重的破碎岩层破碎岩层碎块状碎块状断层、节理、片理、层理断层、节理、片理、层理发育，结构面间距发育，结构面间距0.250.5m，一般在，一般在3组组以上，有许多分离体以上，有许多分离体整体强度很低，整体强度很低，并受软弱结构面并受软弱结构面控制，呈弹塑性控制，呈弹塑性体，稳定性很差体，稳定性很差易发生规模较大易发生规模较大的岩体失稳，地的岩体失稳，地下水加剧失稳下水加剧失稳散体状结构散体状结构断层破碎带，强断层破碎带，强风化及全风化带风化及全风化带碎屑状碎屑状构造和风化裂隙密集，结构造和风化裂隙密集，结构面错综复杂，多充填粘构面错综复杂，多充填粘性土，形成无序小块和碎性土，形成无序小块和碎屑屑完整性遭极大破完整性遭极大破坏，稳定性极差，坏，稳定性极差，接近松散体介质接近松散体介质易发生规模较大易发生规模较大的岩体失稳，地的岩体失稳，地下水加剧失稳下水加剧失稳4.34.3岩体的主要力学特性岩体的主要力学特性岩体易于岩块变形，并且其强度显著低于岩块的强度。岩体易于岩块变形，并且其强度显著低于岩块的强度。1.1.岩体的变形特征岩体的变形特征 岩体的变形包括结构面变形和结构体变形。如图所示，岩岩体的变形包括结构面变形和结构体变形。如图所示，岩体的应力应变曲线可分为四个阶段：图中体的应力应变曲线可分为四个阶段：图中OAOA段段曲线呈凹状缓坡曲线呈凹状缓坡（节理压密闭合节理压密闭合造成）；造成）；ABAB段段是结构面压密后的是结构面压密后的弹性变形弹性变形阶段；阶段；BCBC段呈曲线形（表明岩体已产生段呈曲线形（表明岩体已产生微破裂或塑性变形微破裂或塑性变形）；）；C C点点的应的应力值是岩体的力值是岩体的峰值峰值强度；强度；过过C C点点后产生应力降表明岩体进入全面后产生应力降表明岩体进入全面的破坏阶段。的破坏阶段。变形模量变形模量和和弹性模量弹性模量是表征岩体变是表征岩体变形的重要参数。如图示，岩体在反复荷载形的重要参数。如图示，岩体在反复荷载作用下对应于每一级压力的变形，均有弹作用下对应于每一级压力的变形，均有弹性变形性变形e e和和ep p两部分。变形模量两部分。变形模量E E0 0和弹性和弹性模量模量E Ee e分别为：分别为：岩体的变形模量可以表示岩体质量的好坏岩体的变形模量可以表示岩体质量的好坏根据岩体中结构面发育情况、充填情况及岩石性质的差异，根据岩体中结构面发育情况、充填情况及岩石性质的差异，岩体在加载变形过程中，其压力岩体在加载变形过程中，其压力P与变形与变形W的关系曲线可以的关系曲线可以分为三种类型：分为三种类型：直线型直线型：岩体节理不发育，岩体坚硬完整。：岩体节理不发育，岩体坚硬完整。上凹型上凹型：岩土中节理发育且充填不好。：岩土中节理发育且充填不好。上凸型上凸型：岩性软弱或深部埋藏有软弱夹层。：岩性软弱或深部埋藏有软弱夹层。2.2.岩体的流变特征岩体的流变特征流变性流变性物体在外部条件不变的情况下，应力或应变随时间物体在外部条件不变的情况下，应力或应变随时间而变化的性质。有而变化的性质。有蠕变蠕变和和松弛松弛两种表现形式。两种表现形式。蠕变蠕变:在应力一定的条件下变形随时间的持续而逐渐增长的在应力一定的条件下变形随时间的持续而逐渐增长的现象。现象。松弛松弛：在变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的：在变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。现象。岩体的蠕变曲线岩体的蠕变曲线，因恒定荷载大，因恒定荷载大小不同可分为两种类型。小不同可分为两种类型。一类一类是在较是在较小的恒定荷载作用下（小的恒定荷载作用下（），变），变形随时间增长，变形速率递减最后趋形随时间增长，变形速率递减最后趋于稳定。于稳定。另一类另一类为趋于非稳定的蠕变，为趋于非稳定的蠕变，即当恒定荷载超过某一极限值后（即当恒定荷载超过某一极限值后（），变形随时间不断增长，最），变形随时间不断增长，最终导致破坏。终导致破坏。典型的蠕变曲线可分为三个阶段：典型的蠕变曲线可分为三个阶段：初始蠕变阶段初始蠕变阶段，如上图中的，如上图中的OAOA段。其特点是变形速率逐渐减小，段。其特点是变形速率逐渐减小，所以又称为阻尼阶段。所以又称为阻尼阶段。等速蠕变阶段等速蠕变阶段，如图中的，如图中的ABAB段。其变形缓慢平稳，应变随时间段。其变形缓慢平稳，应变随时间呈近于等速的增长。呈近于等速的增长。加速蠕变阶段加速蠕变阶段，如图中的，如图中的BCBC段。本阶段的特点是变形速率加快段。本阶段的特点是变形速率加快直到岩体的破坏。直到岩体的破坏。从图中知，当岩体所受的长期应力超过某一临界应力值时，从图中知，当岩体所受的长期应力超过某一临界应力值时，岩体才经蠕变发展至破坏，这一临界应力值称为岩体的长期强度，岩体才经蠕变发展至破坏，这一临界应力值称为岩体的长期强度，以以或或表示。表示。岩体的长期强度取决于岩石及结构面的性质、含水量等因素。岩体的长期强度取决于岩石及结构面的性质、含水量等因素。3.岩体的强度性质岩体的强度性质无充填结构面的强度无充填结构面的强度取决于起伏形态、粗糙度和取决于起伏形态、粗糙度和凸起体强度。凸起体强度。平直光滑结构面平直光滑结构面:20:204040 c c:0:00.1MPa0.1MPa粗糙结构面粗糙结构面 正应力较小时正应力较小时:正应力较大时正应力较大时:突起突起体被剪体被剪 断断,不发生剪胀不发生剪胀对于最粗糙结构对于最粗糙结构面面简化简化v剪胀角剪胀角(d dn n):):发生剪切位移时实际运动方向与平均剪切运动方向间的夹角发生剪切位移时实际运动方向与平均剪切运动方向间的夹角.v 为剪胀量为剪胀量;h为剪切方向位移为剪切方向位移.BartonBarton给给出出:裂隙面内摩擦角：裂隙面内摩擦角：JCSJCS为裂隙表面的单轴抗压强度，米勒给出：为裂隙表面的单轴抗压强度，米勒给出：可由滑动试验或直剪试验或经验（查表）得出可由滑动试验或直剪试验或经验（查表）得出JRCJRC为粗糙度系数，可由对比图或试验得出为粗糙度系数，可由对比图或试验得出岩岩石石(度度)岩岩石石(度度)角闪角闪岩岩32花岗岩花岗岩(粗粒粗粒)3135玄武岩玄武岩3138石石灰灰岩岩3340砾砾岩岩35班班岩岩31白白垩垩30砂砂岩岩2535白云岩白云岩2731页页岩岩27片麻岩片麻岩(片状的片状的)2329粉粉砂砂岩岩2731花岗岩花岗岩(细细粒粒)2935板板岩岩2530各种岩石结构面基本摩擦角各种岩石结构面基本摩擦角的近似值的近似值有充填结构面的强度有充填结构面的强度取决于充填物的成分（尤其是粒度成分）和厚度：取决于充填物的成分（尤其是粒度成分）和厚度：p随粘随粘粒含量增加强度降低粒含量增加强度降低p随厚度增加强度降低随厚度增加强度降低u充填度充填度(t/h):):充填物厚度与起伏差之比充填物厚度与起伏差之比随充填度增加力学强度降低，随充填度增加力学强度降低，充填度大于充填度大于2 2时，结构面抗剪强度稳定于时，结构面抗剪强度稳定于充填物强度充填物强度 水利水电工程地质水利水电工程地质规范中软弱夹层的分规范中软弱夹层的分类和抗剪强度取值类和抗剪强度取值类型类型fc(MPa)胶接的结构面胶接的结构面0.800.600.2500.100无充填的结构面无充填的结构面0.70.450.1500.050岩块岩屑型岩块岩屑型0.550.450.2500.100岩屑夹泥型岩屑夹泥型0.450.350.1000.050泥夹岩屑型泥夹岩屑型0.350.250.0500.020泥泥0.250.180.0050.002定义及别称定义及别称别称：也叫初始应力、初应力别称：也叫初始应力、初应力定定义义：在在未未经经人人为为扰扰动动（工工程程荷荷载载、工工程程开开挖挖）的的天天然状态下，地壳岩体中所具有的内应力。然状态下，地壳岩体中所具有的内应力。其他其他:感生应力感生应力附加应力附加应力二次应力二次应力三次应力三次应力4.34.3岩体的天然应力状态岩体的天然应力状态自重应力自重应力。由岩体自重产生的应力。由岩体自重产生的应力。垂直自重应力：垂直自重应力：z=h h 上覆岩土体厚度上覆岩土体厚度(m)；容重、重度。容重、重度。水平自重应力：水平自重应力：x=y=z=/(1-)，=0.250.43，=0.20.3,砼砼=1/6，深部淤泥深部淤泥=0.5，=1特点：特点：随随h的增大而增大；的增大而增大；zx，y；普遍存在。普遍存在。天然应力的种类及特征天然应力的种类及特征由构造运动产生的应力（活动应力、残余应力）由构造运动产生的应力（活动应力、残余应力）。无理论计算方法，仅依靠实测（现状）无理论计算方法，仅依靠实测（现状）：应力恢复法、应力解除法、水压致裂法。应力恢复法、应力解除法、水压致裂法。特点特点：不严格随不严格随h的增加而增加；的增加而增加；具有明显的方向性：受构造运动方向控制；具有明显的方向性：受构造运动方向控制；1 1、3 3为水平向，为水平向，2 2为垂直向（也有例外）；为垂直向（也有例外）；可比自重应力大得多，可比自重应力大得多，如二滩左岸如二滩左岸37m37m深：深：1 1（近水平）（近水平）=66.3MPa,=66.3MPa,右岸右岸53.5m 53.5m：1 1=40.8 MPa=40.8 MPa分布的区域性：我国西南、西北高应力区；分布的区域性：我国西南、西北高应力区；普遍存在应力卸荷带：全、强风化带；普遍存在应力卸荷带：全、强风化带；仅存于岩体中。仅存于岩体中。构造应力构造应力剩余应力剩余应力：因风化剥蚀，由卸荷作用残留在岩体中的自相平衡的应力。因风化剥蚀，由卸荷作用残留在岩体中的自相平衡的应力。垂直应力减小，水平应力保持不变垂直应力减小，水平应力保持不变.变异应力变异应力：由岩体的物理状态、化学性质或赋存条件等的变化而产生由岩体的物理状态、化学性质或赋存条件等的变化而产生的应力。的应力。只局部存在，各向异性明显，如岩浆侵入接触带、喷出岩只局部存在，各向异性明显，如岩浆侵入接触带、喷出岩冷凝。冷凝。据实测资料分析，很不成熟、很不完善。据实测资料分析，很不成熟、很不完善。v随随h的的变变化化：以以自自重重应应力力为为主主，约约呈呈线线性性关关系系v=(0.0240.027)h(MPa)h随随h的变化：很复杂的变化：很复杂1的的方方向向和和大大小小：具具明明显显的的区区域域性性特特点点，主主要要取取决决于于地地质质历历史史和和构构造造运运动动的的方式、方向：方式、方向：以自重应力为主的地区：以垂向为主；以自重应力为主的地区：以垂向为主；高地应力地区：以水平向为主。我国地应力活动分区见高地应力地区：以水平向为主。我国地应力活动分区见P58图：图：大概以甘、青交界，川、滇中部一线为界，东、西两部分近期构造应力活动方式不同：大概以甘、青交界，川、滇中部一线为界，东、西两部分近期构造应力活动方式不同：西部地区：主要受南北方向的挤压作用控制，西部地区：主要受南北方向的挤压作用控制，1方向：方向：NNW-近近SN；东部地区：主要受东西方向的挤压作用控制，以秦岭纬向构造带为界；东部地区：主要受东西方向的挤压作用控制，以秦岭纬向构造带为界；北部的华北、东北：北部的华北、东北：1方向：方向：NEE-近近EW南部的华南：南部的华南：1方向：近方向：近EWNWW东、西交界地带：复杂、双重控制。东、西交界地带：复杂、双重控制。最大剪切应力随最大剪切应力随h h的变化：的变化：在地壳在地壳12km之内比深部增加迅速，中等深度以上一般之内比深部增加迅速，中等深度以上一般20MPa；硬岩比软岩高得多，断层活动性与之关系密切硬岩比软岩高得多，断层活动性与之关系密切。以压应力为主以压应力为主。2.2.地应力场的分布及变化规律地应力场的分布及变化规律对工程建设的影响对工程建设的影响：对区域稳定性的影响：地震、活动性断裂；对区域稳定性的影响：地震、活动性断裂；对岩体变形稳定的影响：对岩体变形稳定的影响：对围岩稳定的影响：对围岩稳定的影响：开开挖挖后后形形成成临临空空面面应应力力重重分分布布增增加加、r r减减小小收收敛敛变变形、山岩压力、岩爆、失稳形、山岩压力、岩爆、失稳洞线选择很重要洞线选择很重要对边坡的影响：对边坡的影响：河谷下切河谷下切卸荷回弹卸荷回弹a.a.卸荷带岩体：性质差；卸荷带岩体：性质差；b.b.差异卸荷：基坑边坡剪切滑移；倾倒变形，差异卸荷：基坑边坡剪切滑移；倾倒变形，(如如:小浪底小浪底)对地基基础的影响：对地基基础的影响：基坑底部隆起、破坏基坑底部隆起、破坏坝轴线方向的选择坝轴线方向的选择3.3.地应力研究的工程意义地应力研究的工程意义定性评价与定量测量相结合定性评价与定量测量相结合 研究内容和方法研究内容和方法 构造应力场的演变史和现代地应力的基本特征构造应力场的演变史和现代地应力的基本特征方法：方法：高地应力区存在及分布高地应力区存在及分布地质、地貌标志：地质、地貌标志：岩组分析岩组分析方法：定向取样，偏光显微镜及伦琴射线仪等观测矿物方法：定向取样，偏光显微镜及伦琴射线仪等观测矿物颗粒的应变状态，得出主应力方向。颗粒的应变状态，得出主应力方向。现场测定。现场测定。构造应力图的编制。构造应力图的编制。钻进中的岩饼；钻进中的岩饼；平硐中的岩爆；平硐中的岩爆；深切、陡峻的峡谷。深切、陡峻的峡谷。地质力学分析法；地质力学分析法；断层错动机制解的赤平投影解析法；断层错动机制解的赤平投影解析法；地震震源机制解。地震震源机制解。4.4.地应力的工程地质研究地应力的工程地质研究区域地震地质条件分析：区域地震地质条件分析：是否具备高应力条件；是否具备高应力条件；地形地貌分析：地形地貌分析：河谷及冲沟的发育程度及切割深度，切割深、条数多、山河谷及冲沟的发育程度及切割深度，切割深、条数多、山体支离破碎体支离破碎 应力释放应力释放 难以赋存高地应力；难以赋存高地应力；山体雄厚山体雄厚具备赋存高地应力的条件。具备赋存高地应力的条件。地层岩性：地层岩性：岩性软弱则难以赋存高地应力。岩性软弱则难以赋存高地应力。岩体完整性：岩体完整性：岩体破碎则难以赋存高地应力。岩体破碎则难以赋存高地应力。岩体风化程度：岩体风化程度：全、强风化带则难以赋存高地应力。全、强风化带则难以赋存高地应力。地应力的定性评价地应力的定性评价4.44.4岩体的工程分类岩体的工程分类岩石的质量指标岩石的质量指标RQDRQD(rock quality designation(rock quality designation)是采用直径为是采用直径为75mm75mm的双层岩心管金刚石钻进，提取直径为的双层岩心管金刚石钻进，提取直径为54mm54mm的岩心，将长度小于的岩心，将长度小于10cm10cm的破碎岩心及软弱物质剔除，然后的破碎岩心及软弱物质剔除，然后测量大于或等于测量大于或等于10cm10cm长柱状岩心的总长度（长柱状岩心的总长度（LpLp）。）。LpLp与本回次进与本回次进尺长度之比即为尺长度之比即为RQD.RQD.节理岩体的地质力学分类节理岩体的地质力学分类RMR(RMR(Rock Mass RatingRock Mass Rating)Z.T.Z.T.比尼威斯基于比尼威斯基于19731973年提出的年提出的用多参数和差计分方法确定的地质用多参数和差计分方法确定的地质力学分类。考虑了五个参数：力学分类。考虑了五个参数：岩岩石的强度石的强度；RQDRQD值值；不连续面间不连续面间距距；不连续面状态不连续面状态；地下水情地下水情况况。RMR=(1+2+3+4+5)+RMR=(1+2+3+4+5)+（b b）其中其中b b为表为表4-134-13中的修正值中的修正值b b的取值的取值岩体变形模量岩体变形模量E E0 0与与RMRRMR之间的关系：之间的关系：E E0 0=2RMR-100=2RMR-100 该示只适用于该示只适用于类以上的岩体类以上的岩体R RM MR R分分类类岩体质量岩体质量Q Q系统分类系统分类 1974 1974年挪威岩土工程研究所的年挪威岩土工程研究所的N.N.巴顿提出的巴顿提出的Q Q系统分类。考系统分类。考虑了六种参数：虑了六种参数：岩石的质量指标岩石的质量指标RQDRQD；节理组数节理组数JnJn；节理粗糙度节理粗糙度系数系数JrJr；节理面蚀变系数节理面蚀变系数JaJa；节理水折减系数节理水折减系数JwJw及及应力折减系数应力折减系数SRFSRF。用积商法计算岩体的质量。用积商法计算岩体的质量Q,Q,Q Q分类分类据：工程岩体分级标准（据：工程岩体分级标准（GB50218-94GB50218-94）分级因素分级因素I.I.岩石坚硬程度：岩石坚硬程度：以饱和单轴抗压强度以饱和单轴抗压强度R Rc c表示。表示。II.II.岩体完整程度岩体完整程度 以岩体完整性指数以岩体完整性指数K Kv v表示。表示。K Kv v=(=(V Vpmpm/V Vprpr)2 2岩石坚硬岩石坚硬程度分级程度分级硬质岩硬质岩软质岩软质岩坚硬岩坚硬岩较坚硬岩较坚硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩R Rc c（MPaMPa）606060-3060-3030-1530-1515-515-55 5完整性完整性完整完整较完整较完整较破碎较破碎破碎破碎极破碎极破碎Kv0.750.750.550.550.350.350.150.15Jv33101020203535J Jv v为岩体体积节理数（条为岩体体积节理数（条/m/m3 3），按岩组统计，面积），按岩组统计，面积2m5m2m5m，SiSi、CaCa、FeFe质胶结的不统计。质胶结的不统计。岩体基本质量（岩体基本质量（BQBQ，Rock mass basic qualityRock mass basic quality）BQBQ的确定方法的确定方法 BQ=90+3BQ=90+3R Rc c +250+250K Kv v限制条件：限制条件：当当c c 9090K Kv v +30+30时，时，c c 取取9090K Kv v +30+30当当 K Kv v 0.040.04c c +0.4+0.4时时,K Kv v 取取0.040.04c c +0.4+0.4 岩体基本质量分级岩体基本质量分级级别级别BQ550550451450351350251250定性定性特征特征坚硬岩，坚硬岩，岩体完岩体完整整坚硬岩，坚硬岩，岩体较完岩体较完整；较坚整；较坚硬岩，岩硬岩，岩体完整体完整坚硬岩，岩体坚硬岩，岩体较破碎；较坚较破碎；较坚硬岩或软硬互硬岩或软硬互层，岩体较完层，岩体较完整；较软岩，整；较软岩，岩体完整岩体完整坚硬岩，岩体破碎；坚硬岩，岩体破碎