第1章-岩体地质与结构特征.ppt

第1章 岩体地质与结构特征1.1 1.1 几个基本概念几个基本概念1.2 1.2 岩块及其特征岩块及其特征1.3 1.3 结构面特征结构面特征1.4 1.4 岩体结构特征及结构控制论岩体结构特征及结构控制论1.5 1.5 结构面网络模拟结构面网络模拟1.岩石岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体。1.1 几个基本概念2.结结构构面面（Structural Structural PlanePlane）指指地地质质历历史史发发展展过过程程中中，在在岩岩岩岩体体体体内内内内形形形形成成成成的的的的具具具具有有有有一一一一定定定定的的的的延延延延伸伸伸伸方方方方向和长度向和长度向和长度向和长度，厚度相对较小的，厚度相对较小的地质界面或带地质界面或带地质界面或带地质界面或带。4.岩岩体体（RockmassRockmass）是是指指地地质质历历史史过过程程中中形形成成的的，由由岩岩岩岩块块块块和和结结结结构构构构面面面面网网网网络络络络组组成成的的，具具具具有有有有一一一一定定定定的的的的结结结结构构构构并并赋赋存存于于一一定定的的天天天天然然然然应应应应力力力力状状状状态态态态和和地地地地下下下下水水水水等等地地质质环环境境中的中的地质体地质体地质体地质体。3.岩岩块块（Rock Rock block block 或或 RockRock）指指不不含含显显显显著著著著结结结结构构构构面面面面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。第1章 岩体地质与结构特征思考题1、岩块与岩体有哪些区别？2、试比较土与岩有那些异同点？一、岩块的物质组成一、岩块的物质组成第1章 岩体地质与结构特征1.2 岩块及其特征 岩块力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量粘土矿物硅酸盐类矿物碳酸盐类矿物氧化物类矿物二、岩块的结构特征n n岩岩块块的的结结构构是是指指岩岩石石内内矿矿物物颗颗颗颗粒粒粒粒的的的的大大大大小小小小、形形形形状状状状、排排排排列列列列方方方方式式式式及及微微结结构构面面发发育育情情况况与与粒粒粒粒间间间间连连连连结结结结方方方方式式式式等等反映在岩块构成上的特征。反映在岩块构成上的特征。n n结结晶晶连连结结是是矿矿物物颗颗粒粒通通过过结结晶晶相相互互嵌嵌合合在在一一起起，它它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。n n岩石的粒间连结分岩石的粒间连结分结晶连结结晶连结与与胶结连结胶结连结。n n胶胶结结连连结结是是矿矿物物颗颗粒粒通通过过胶胶结结物物连连结结在在一一起起。硅硅质质胶胶结结的的岩岩块块强强度度最最高高；铁铁质质、钙钙质质胶胶结结的的次次之之；泥泥质胶结质胶结的岩块强度最低。的岩块强度最低。第1章 岩体地质与结构特征二、岩块的结构特征微结构面 削弱岩石强度，形成各向异性颗粒形状 强度：粒状、柱状片状鳞片状颗粒大小 强度：粗粒细粒硬质岩石按波速指标的风化分级表 岩土工程勘察规范（岩土工程勘察规范（GB50021-94GB50021-94）一、结构面的成因类型(一)地质成因类型第1章 岩体地质与结构特征 1.3 结构面特征(二)力学成因类型岩岩体体结结构构面面的的类类型型及及其其特特征征3.片麻理4.板理及千枚理受地形及原始结构面和临空面产状控制(一一)地质成因类型地质成因类型1.1.1.1.原生结构面原生结构面原生结构面原生结构面岩体在成岩过程中形成的结构面。岩体在成岩过程中形成的结构面。岩体在成岩过程中形成的结构面。岩体在成岩过程中形成的结构面。沉积结构面沉积结构面沉积结构面沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。岩浆结构面岩浆结构面岩浆结构面岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等。触面和原生冷凝节理等。触面和原生冷凝节理等。触面和原生冷凝节理等。变质结构面变质结构面变质结构面变质结构面在变质过程中形成，残留结构面和重结在变质过程中形成，残留结构面和重结在变质过程中形成，残留结构面和重结在变质过程中形成，残留结构面和重结晶结构面晶结构面晶结构面晶结构面2.2.2.2.构造结构面构造结构面构造结构面构造结构面 是岩体在构造应力作用下形成的各种破是岩体在构造应力作用下形成的各种破是岩体在构造应力作用下形成的各种破是岩体在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。3.3.3.3.次次次次生生生生结结结结构构构构面面面面 是是是是岩岩岩岩体体体体形形形形成成成成后后后后在在在在外外外外营营营营力力力力作作作作用用用用下下下下产产产产生生生生的的的的结结结结构构构构面面面面，包包包包括括括括卸卸卸卸荷荷荷荷裂裂裂裂隙隙隙隙、风风风风化化化化裂裂裂裂隙隙隙隙、次次次次生生生生夹夹夹夹泥泥泥泥层层层层和和和和泥泥泥泥化化化化夹层等。夹层等。夹层等。夹层等。(二二)力学成因类型力学成因类型n n张性结构面张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面，岩浆岩中的冷凝节理等。纵张及横张破裂面，岩浆岩中的冷凝节理等。n n特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏度大及破碎带较宽糙，起伏度大及破碎带较宽,易被充填易被充填,常含水丰常含水丰富，导水性强富，导水性强n n剪性结构面剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。层等。n n特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等现象发育。镜面等现象发育。二、结构面的规模n n级级级级 指指指指大断层大断层大断层大断层或或或或区域性断层区域性断层区域性断层区域性断层。控制工程建设地区。控制工程建设地区。控制工程建设地区。控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；n n级级级级 指延伸长而宽度不大的指延伸长而宽度不大的指延伸长而宽度不大的指延伸长而宽度不大的区域性地质界面区域性地质界面区域性地质界面区域性地质界面。n n级级级级 指长度数指长度数指长度数指长度数十米十米十米十米至至至至数百米数百米数百米数百米的的的的断层断层断层断层、区域性节理区域性节理区域性节理区域性节理、延伸较好的延伸较好的延伸较好的延伸较好的层面层面层面层面及及及及层间错动层间错动层间错动层间错动等。等。等。等。、级结构面控制着工程岩体力学作用的边级结构面控制着工程岩体力学作用的边级结构面控制着工程岩体力学作用的边级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移界条件和破坏方式，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岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性n n级级级级 指延伸指延伸指延伸指延伸较差较差较差较差的的的的节理节理节理节理、层面层面层面层面、次生裂隙次生裂隙次生裂隙次生裂隙、小断层、小断层、小断层、小断层及较发育的及较发育的及较发育的及较发育的片理片理片理片理、劈理面劈理面劈理面劈理面等。是构成等。是构成等。是构成等。是构成岩块岩块岩块岩块的边界面，的边界面，的边界面，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破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。力分布状态。力分布状态。力分布状态。级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不太理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不太理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不太理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不太容易搞清楚，需用统计方法进行研究容易搞清楚，需用统计方法进行研究容易搞清楚，需用统计方法进行研究容易搞清楚，需用统计方法进行研究n n级级级级 又称又称又称又称微结构面微结构面微结构面微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩。常包含在岩块内，主要影响岩。常包含在岩块内，主要影响岩。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；块的物理力学性质。控制岩块的力学性质；块的物理力学性质。控制岩块的力学性质；块的物理力学性质。控制岩块的力学性质；二、结构面的规模n n走向、倾向、倾角走向、倾向、倾角走向、倾向、倾角走向、倾向、倾角n n结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。n n据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度与结构面倾角间的关系为：与结构面倾角间的关系为：与结构面倾角间的关系为：与结构面倾角间的关系为：三、产状四 连续性n n结构面的连续性反映结构面的结构面的连续性反映结构面的结构面的连续性反映结构面的结构面的连续性反映结构面的贯通程度贯通程度贯通程度贯通程度。n n1 1 1 1、线连续性系数线连续性系数线连续性系数线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构：指沿结构面延伸方向，结构：指沿结构面延伸方向，结构：指沿结构面延伸方向结构面各段长度之和面各段长度之和面各段长度之和面各段长度之和(a)(a)(a)(a)与测线长度的比值。与测线长度的比值。与测线长度的比值。与测线长度的比值。K K K K1 1 1 1变化在变化在变化在变化在0 0 0 01 1 1 1之间，之间，之间，之间，K K K K1 1 1 1值愈大说明结构面的值愈大说明结构面的值愈大说明结构面的值愈大说明结构面的连续性愈好，当连续性愈好，当连续性愈好，当连续性愈好，当K K K K1 1 1 11 1 1 1时，结构面完全贯通。时，结构面完全贯通。时，结构面完全贯通。时，结构面完全贯通。n n2 2 2 2、迹长迹长迹长迹长：结构面与岩体露头交线的长度。：结构面与岩体露头交线的长度。：结构面与岩体露头交线的长度。：结构面与岩体露头交线的长度。结构面连续性分级表 五 密度结构面的密度反映结构面发育的结构面的密度反映结构面发育的密集程度密集程度。1、线密度线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数交切结构面的条数(条条m)。2 2、间距间距(d)(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结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。构面的平均距离。KdKd与与d d互为倒数关系互为倒数关系如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角为如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角为，结构面的倾角为结构面的倾角为时时:n n 结构面间距分级表n n用线密度来估算岩体质量指标岩体质量指标RQDRQD(rock quality designation)n岩体质量指标岩体质量指标RQDRQD：长度大于10cm的岩心长度之和与钻孔总进尺的百分比。六 张开度n n结构面的结构面的张开度张开度是指结构面两壁面间的是指结构面两壁面间的垂直距垂直距离。离。n n结构面两壁面一般不是紧密接触，使结构面实结构面两壁面一般不是紧密接触，使结构面实际接触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗际接触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。透性增大。n n如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的渗透系数面的渗透系数(K(Kf f)可表达为：可表达为：级及部分级结构面的产状、迹长、间距及张开度等几何特征参数，服从某种随机分布规律。结构面张开度分级表七 形态n n结构面的形态可以用侧壁的结构面的形态可以用侧壁的起伏形态起伏形态及及粗糙度粗糙度来反映。来反映。n n结构面侧壁的结构面侧壁的起伏形态起伏形态分为：分为：平直的、波状的、锯齿状的、平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的。台阶状的和不规则状的。侧壁的起伏程度可用起伏角侧壁的起伏程度可用起伏角(i i)表示表示n n结构面的粗糙度用结构面的粗糙度用粗糙粗糙度系度系JRCJRC表示表示 (joint roughness (joint roughness coefficient)coefficient)。n n随粗糙度的增大，结构随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。面的摩擦角也增大。n n根据标准粗糙度剖面将根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划结构面的粗糙度系数划分为分为1010级。级。八 充填胶结特征n n结结结结构构构构面面面面胶胶胶胶结结结结后后后后力力力力学学学学性性性性质质质质有有有有所所所所增增增增强强强强，FeFeFeFe质质质质胶胶胶胶结结结结的的的的强强强强度度度度最最最最高高高高，泥泥泥泥质质质质与与与与易易易易溶溶溶溶盐盐盐盐类类类类胶胶胶胶结结结结的的的的结结结结构构构构面面面面强强强强度度度度最最最最低低低低，且且且且抗抗抗抗水水水水性差。性差。性差。性差。n n未未未未胶胶胶胶结结结结的的的的结结结结构构构构面面面面，力力力力学学学学性性性性质质质质取取取取决决决决于于于于其其其其充充充充填填填填情情情情况况况况，可可可可分分分分为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填4 4 4 4类类类类1 1 1 1 薄薄薄薄膜膜膜膜充充充充填填填填是是是是结结结结构构构构面面面面两两两两壁壁壁壁附附附附着着着着一一一一层层层层极极极极薄薄薄薄的的的的矿矿矿矿物物物物膜膜膜膜，厚厚厚厚度度度度多小于多小于多小于多小于1mm1mm1mm1mm，多明显降低结构面的强度。，多明显降低结构面的强度。，多明显降低结构面的强度。，多明显降低结构面的强度。2 2 2 2 断断断断续续续续充充充充填填填填结结结结构构构构面面面面的的的的力力力力学学学学性性性性质质质质与与与与充充充充填填填填物物物物性性性性质质质质、壁壁壁壁岩岩岩岩性性性性质质质质及结构面的形态有关。及结构面的形态有关。及结构面的形态有关。及结构面的形态有关。3 3 3 3 连续充填连续充填连续充填连续充填结构面的力学性质主要取决于充填物性质。结构面的力学性质主要取决于充填物性质。结构面的力学性质主要取决于充填物性质。结构面的力学性质主要取决于充填物性质。4 4 4 4 厚厚厚厚层层层层充充充充填填填填结结结结构构构构面面面面的的的的力力力力学学学学性性性性质质质质很很很很差差差差，主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于充充充充填填填填物物物物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。1.4 岩体结构特征及结构控制论一、岩体的组成n n岩体是由结构面网络及其所围限的岩块(结构体)所组成。n n具有一定的结构是岩体的显著特征之一。n n岩体中存在着复杂的天然应力状态和地下水，这是岩体与其他材料的根本区别之一第1章 岩体地质与结构特征二、岩体的结构n n岩体结构岩体结构岩体结构岩体结构(rockmass structure)(rockmass structure)(rockmass structure)(rockmass structure)指岩体中结构面与结指岩体中结构面与结指岩体中结构面与结指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。构体的排列组合关系。构体的排列组合关系。构体的排列组合关系。1 1 1 1 结构体特征结构体特征结构体特征结构体特征n n结构体结构体结构体结构体(structural element)(structural element)(structural element)(structural element)指岩体中被结构面切割指岩体中被结构面切割指岩体中被结构面切割指岩体中被结构面切割围限的岩石块体。围限的岩石块体。围限的岩石块体。围限的岩石块体。它不同于岩块的概念。它不同于岩块的概念。它不同于岩块的概念。它不同于岩块的概念。n n结构体的结构体的结构体的结构体的规模规模规模规模取决于结构面的密度，密度愈小，结构取决于结构面的密度，密度愈小，结构取决于结构面的密度，密度愈小，结构取决于结构面的密度，密度愈小，结构体的规模愈大体的规模愈大体的规模愈大体的规模愈大,与结构面对应与结构面对应与结构面对应与结构面对应,划分为划分为划分为划分为四四四四级。级。级。级。常用常用常用常用块度模数块度模数块度模数块度模数（单位体积内的（单位体积内的（单位体积内的（单位体积内的级结构体数级结构体数级结构体数级结构体数)或或或或结构体体积来表示结构体规模。结构体体积来表示结构体规模。结构体体积来表示结构体规模。结构体体积来表示结构体规模。n n结构体常见的形状有：结构体常见的形状有：结构体常见的形状有：结构体常见的形状有：柱状、板状、楔形及菱形等。柱状、板状、楔形及菱形等。柱状、板状、楔形及菱形等。柱状、板状、楔形及菱形等。形状不同，稳定性不同。形状不同，稳定性不同。形状不同，稳定性不同形状不同，稳定性不同。结构体的形状示意图2岩体的结构类型三、岩体结构控制论三、岩体结构控制论 工程实践表明，岩体的应力传播、变形破工程实践表明，岩体的应力传播、变形破坏以及岩体力学介质属性无不受控于岩体结构。坏以及岩体力学介质属性无不受控于岩体结构。岩体结构对工程岩体控制作用主要表现在三方岩体结构对工程岩体控制作用主要表现在三方面：即岩体的应力传播特征、岩体的变形与破面：即岩体的应力传播特征、岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性。坏特征及工程岩体的稳定性。岩体结构控制论基本思想岩体结构控制论基本思想 1 1）具有一定结构的岩体，往往具有与之相对应的）具有一定结构的岩体，往往具有与之相对应的具有一定结构的岩体，往往具有与之相对应的）具有一定结构的岩体，往往具有与之相对应的力学属性。力学属性。力学属性。力学属性。发育于岩体中的结构面，是抵抗外力的薄弱环节。软弱结构面是岩体变形破坏的重要控制因素或边界 2）岩体的应力传播特征 3 3）岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性）岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性）岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性）岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性 岩体变形与连续介质变形明显不同，并且结构面岩体变形与连续介质变形明显不同，并且结构面变形起到控制作用。因此，岩体的变形主要它由结构变形起到控制作用。因此，岩体的变形主要它由结构体变形与结构面变形两部分构成。体变形与结构面变形两部分构成。块状结构岩体变形主要沿贯通性结构面滑移形成；碎裂状结构岩体变形则由、级结构面滑移及部分岩块变形构成；只有完整岩体的变形才受控于组成岩体的岩石变形特征。岩体变形机制受岩体结构控制岩体结构岩体结构整体状结构整体状结构碎裂状结构碎裂状结构块状结构块状结构变形变形成分成分主要主要的的岩块压缩变形岩块压缩变形结构面滑移变形结构面滑移变形结构体滑移及压缩变结构体滑移及压缩变形形次要次要的的微结构面错动微结构面错动结构体及结构面压缩结构体及结构面压缩及结构体性状改变及结构体性状改变结构体压缩及形状改结构体压缩及形状改变变侧胀系数侧胀系数小于小于0.50.5常大于常大于0.50.5极微小极微小变形系数变形系数结构体压缩及形状结构体压缩及形状改变改变压密压密沿结构面滑移沿结构面滑移控制岩体变控制岩体变形的主要因形的主要因素素岩石、岩相特征及岩石、岩相特征及 级结构面特征级结构面特征开裂的不连续的开裂的不连续的、级结构面级结构面贯通的贯通的、级结构面，级结构面，主要为软弱结构面主要为软弱结构面 岩体的破坏机制也受控于岩体结构：岩体的破坏机制也受控于岩体结构：结构控制有：岩体破坏难易程度、岩体破坏的规模、结构控制有：岩体破坏难易程度、岩体破坏的规模、岩体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。岩体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。岩体破坏机制受岩体结构控制整块体结构岩整块体结构岩体体块状结构岩块状结构岩体体碎裂状结构岩体碎裂状结构岩体散体状结构岩散体状结构岩体体张破裂张破裂剪破坏剪破坏结构体沿结结构体沿结构面滑动构面滑动结构体张破裂结构体张破裂结构体结构体剪破裂剪破裂结构体流动变形结构体流动变形结构体沿结构体沿结构面滑动结构面滑动结构体转动结构体转动结构体组结构体组合体倾倒合体倾倒结构体组合体溃屈结构体组合体溃屈剪破坏剪破坏流动变形流动变形 岩体变形破坏方式：岩体变形破坏方式：a.块状及层状结构岩块状及层状结构岩体的块体滑移；体的块体滑移；b.薄层状结构岩体的薄层状结构岩体的弯曲倾倒；弯曲倾倒；c.碎裂结构岩体的剪碎裂结构岩体的剪切破坏及塑性变形；切破坏及塑性变形；d.松散及破碎结构岩松散及破碎结构岩体的塑性变形体的塑性变形四、岩体成因与岩体特征（自学）1 岩浆岩体 无层理，产状复杂。根据岩浆活动方式，岩浆岩可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。2 沉积岩体 具有层理构造，岩体呈层状结构。沉积岩包括他生沉积岩和自生沉积岩两大类。3 变质岩体 多数岩石变质后都经历了不同程度的重结晶作用，结构较致密，抗水性增强，孔隙率较低，透水性弱，抗变形性能好，强度高。因此与沉积岩相比，变质岩的性质一般要好些。1、结构面的统计规律、结构面的统计规律 结构面在岩体内的分布常具随机性，特别是结构面在岩体内的分布常具随机性，特别是级和级和级结构面。这些结构面的各几何参数可以看作随机级结构面。这些结构面的各几何参数可以看作随机变量进行统计分析变量进行统计分析 1.5 结构面网络模拟 2、结构面统计方法、结构面统计方法 目前以测线法应用最为广泛。目前以测线法应用最为广泛。测线法它是在岩石露头表面布置一条测线，测线法它是在岩石露头表面布置一条测线，逐一量测与测线相交切的各条结构面的几何参逐一量测与测线相交切的各条结构面的几何参数与地质力学特征数与地质力学特征。结构统计步骤：结构统计步骤：（1）选择测量区）选择测量区 岩体露头好，能够测量到足够多的结构面；岩体露头好，能够测量到足够多的结构面；岩体新鲜；岩体新鲜；测量区岩体岩性相同，并且位于同一构造单元内；测量区岩体岩性相同，并且位于同一构造单元内；露头面尽量平直切直立。露头面尽量平直切直立。（2 2）测线布置，）测线布置，）测线布置，）测线布置，在选择好的露头岩面上布置测线，并将在选择好的露头岩面上布置测线，并将长约长约30m的测绳固定在测线上。测线布置应满足要求：的测绳固定在测线上。测线布置应满足要求：测线应尽量沿水平方向布置；测线应尽量沿水平方向布置；拉直；拉直；当露头面过当露头面过高时，应标出删节线。删节宽度一般为结构面平均迹长高时，应标出删节线。删节宽度一般为结构面平均迹长的的2-3倍，删节线应与测线平行，记录删节线方位和长度。倍，删节线应与测线平行，记录删节线方位和长度。（3 3）测量、记录）测量、记录）测量、记录）测量、记录 测量以小组为单位，1人记录；1-2人用罗盘量测结构面产状；1-2人测量结构面半迹长（或删节半迹长）和其它数据。并将测量到的各种数据记录在表中。测量时应注意凡是与测线相交的结构面都要量测，不能漏测或有选择性地测量。当然对一些规模很小的或微结构面则可不测。编编号号位置位置（mm）结构面产状结构面产状半迹长半迹长(m)(m)隙宽隙宽(mm)(mm)端点端点类型类型结构面结构面类型类型粗糙粗糙度度充填胶充填胶结状态结状态备注备注倾倾向向走走向向倾倾角角1 12 23 3岩体结构面测线测量记录表岩体结构面测线测量记录表 记录者 测线方位 年 月 日 记录表编号 测量位置 露头面产状 露头类型 测线号 岩石类型 露头面尺寸 露头条件 1，2，3，4，5-结构面 结构面端点类型结构面端点类型 3、结构面网络模拟 结构面网络模拟是采用结构面网络模拟是采用结构面网络模拟是采用结构面网络模拟是采用Monte Carlo Monte Carlo 随机模拟方法随机模拟方法随机模拟方法随机模拟方法在计算机上模拟岩体内的结构面网络。在计算机上模拟岩体内的结构面网络。在计算机上模拟岩体内的结构面网络。在计算机上模拟岩体内的结构面网络。它是建立在对结构面统计测量基础上的，其模拟结果不仅与结构面的实际分布在统计规律上一致，而且还可以由局部到全体、局部到全体、由表及里，得到岩体整体的结构特征由表及里，得到岩体整体的结构特征，有助于人们直观了解岩体内结构面的分布规律，掌握人们一般情况下难以观察、测量的岩体内部的结构特征。Monte Carlo随机模拟是利用随机数生成方法，生成服从一定概率分布形式的随机数概率分布形式的随机数序列。目前多运用数学的方法通过计算机编程计算来产生随机数。在模拟中要首先生成0，1区间上的标准均匀分布随机数，这样逐组进行获得每组结构面的随机数。用用用用Monte CarloMonte Carlo进行结构面网络模拟的进行结构面网络模拟的进行结构面网络模拟的进行结构面网络模拟的假设条件：由于结构面自身发育的差异、采样条件的局限和计算机运算所受到的限制，在进行结构面网络模拟时有些方面的因素要简化处理，为此假设如下：1 1）假设结构面形状为薄圆盘状。根据这一假设，）假设结构面形状为薄圆盘状。根据这一假设，）假设结构面形状为薄圆盘状。根据这一假设，）假设结构面形状为薄圆盘状。根据这一假设，结构面的大小和位置，可以用结构面中心点坐标和结结构面的大小和位置，可以用结构面中心点坐标和结结构面的大小和位置，可以用结构面中心点坐标和结结构面的大小和位置，可以用结构面中心点坐标和结构面半径来反映；构面半径来反映；构面半径来反映；构面半径来反映；2 2）假设结构面为平直薄板，也就是说每条结构面）假设结构面为平直薄板，也就是说每条结构面）假设结构面为平直薄板，也就是说每条结构面）假设结构面为平直薄板，也就是说每条结构面只有一个统一的产状；只有一个统一的产状；只有一个统一的产状；只有一个统一的产状；3）假设在整个模拟区域内，每组结构面的分布均遵循同一的概率模型。岩体结构面三维网络模拟步骤模拟步骤模拟步骤模拟步骤如下：1）选择适宜的岩体露头，对结构面进行系统采样；2）对所有结构面进行合理分组；3）对每组结构面分别建立概率模型；4）依次读入每组结构面概率模型的基本数据，对每组结构面进行（5）（11）；5）初步确定正在模拟的当前组结构面的体密度及模拟区内结构面数目，进行（6）（11），生成该数目的结构面；6）生成每条结构面中心点坐标；7）生成每条结构面产状（倾向倾角）；8）生成每条结构面半径；9）生成每条结构面张开度；10）对结构面规模和数量进行动态校核；11）在条件允许的情况下，进行实测结构面和模拟结构面的耦合；12）对模拟结果进行检验，若不符合给定概率模型，重新模拟；13）形成结构面三维网络图；14）输出图形及结果。上述步骤中，（，（，（，（1 1）（3 3）是模拟的准备工作）是模拟的准备工作）是模拟的准备工作）是模拟的准备工作，首先进行结构面采样，按照宏观调查分析以及结构面样本数据对结构面进行分组，利用概率统计学的相关方法对每组结构面构建概率模型，用以后续的网络模拟；（4 4）（1414）为模拟的主体）为模拟的主体）为模拟的主体）为模拟的主体要在计算机上完成，其中（6）（9）要利用Monte Carlo随机模拟方法实现。结 束输出模拟结果绘出结构面三维网络图是否符合概率模型？切结构面网络剖面，计算结构面间距各组结构面是否模拟完?对模拟结果进行检验NYNY间距与预设值一致否?YYN调整结构面数量生成结构面中心点坐标生成结构面半径生成结构面张开度当前组模拟完否?生成结构面产状N组合成结构面调整结构面半径均值切结构面网络剖面，计算结构面平均迹长Y迹长与预设值一致否?N初步确定当前组结构面数目开始建立结构面概率模型输入结构面分组数输入当前组结构面概率模型参数统一各参数单位 三维网络模拟主程序流程图 结构面网络图 结构面网络图 RQD值值及及线线密密度度分分布布图图 思考题思考题1、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响、结构面有哪些主要特征，它们是怎样影响 岩体力学性质的？岩体力学性质的？2、试总结说明三大类岩体的主要特征、试总结说明三大类岩体的主要特征