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工程地質(zhì)

巖石和巖體的工程性質(zhì)

【知識(shí)點(diǎn)】巖石的物理與水理性質(zhì)，巖石的力學(xué)性質(zhì)，巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，巖體的結(jié)構(gòu)面類型及其特征，巖體的變形，巖體的破壞方式，巖體的水力學(xué)特性，巖體的工程分類，巖體的工程地質(zhì)特性與穩(wěn)定性分析?！灸芰σ蟆空莆諑r石的物理力學(xué)性質(zhì)、巖體的結(jié)構(gòu)面類型及其特征，熟悉巖體的變形，破壞方式和水力學(xué)等工程地質(zhì)特性。靈活運(yùn)用巖石與巖體的工程性質(zhì)的有關(guān)知識(shí)分析實(shí)際案例中與巖石、巖體相關(guān)的不良工程地質(zhì)作用及其影響因素。掌握巖體的工程分類與巖體穩(wěn)定性分析。本章知識(shí)點(diǎn)§5－1概述

巖石是良好的建筑物天然地基，同時(shí)也是常規(guī)建筑材料或建筑介質(zhì)，巖石和巖體的工程性質(zhì)對(duì)建筑物的安全穩(wěn)定起著重要作用。巖石的工程性質(zhì)包括物理性質(zhì)、水理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)指等，這些性質(zhì)受巖石的地質(zhì)特征和水、風(fēng)化等因素影響。

巖體是指在一定工程范圍內(nèi)，由包含軟弱結(jié)構(gòu)面的各類巖石所組成的具有不連續(xù)性、非均質(zhì)性和各向異性的地質(zhì)體。巖體是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過(guò)程形成的，并賦存與一定的地質(zhì)環(huán)境（地應(yīng)力、地下水、地溫）中。巖體的工程性質(zhì)首先取決于各種結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)，其次才是組成巖體的巖石性質(zhì)。§5－2巖石的基本物理性質(zhì)及水理性質(zhì)

巖石由固體，水，空氣等三相組成。一、密度（ρ）和重度(γ)：?jiǎn)挝惑w積的巖石的質(zhì)量稱為巖石的密度。單位體積的巖石的重量稱為巖石的重度。所謂單位體積就是包括孔隙體積在內(nèi)的體積。（g/cm3），γ＝ρg(kN/m3)巖石的密度可分為天然密度、干密度和飽和密度。相應(yīng)地，巖石的重度可分為天然重度、干重度和飽和重度。1、天然密度（ρ）和天然重度（γ）

指巖石在天然狀態(tài)下的密度和重度。

（g/cm3）(kN/m3)式中：W――天然狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量(g；)V——巖石試件的體積(cm3)；

g——重力加速度?！?－2巖石的基本物理性質(zhì)及水理性質(zhì)

干密度是指巖石孔隙中的液體全部被蒸發(fā)后單位體積巖石的質(zhì)量，相應(yīng)的重度即為干重度。

2、干密度（ρd）和干重度(γd)（g/cm3）(kN/m3)式中：Ws——巖石試件烘干后的質(zhì)量(g)；

V——巖石試件的體積(cm3)；

g——重力加速度。§5－2巖石的基本物理性質(zhì)及水理性質(zhì)3、飽和密度（ρ

）和飽和重度(γw)飽和密度就是飽水狀態(tài)下巖石試件的密度。式中：WW——飽水狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量(g)；

V——巖石試件的體積(cm3)；

g——重力加速度。（g/cm3）(kN/m3)§5－2巖石的基本物理性質(zhì)及水理性質(zhì)二、比重(Δ)

巖石的比重就是指巖石固體的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比值。巖石固體體積，就是指不包括孔隙體積在內(nèi)的體積。巖石的比重可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，其計(jì)算公式為：

式中：Δ——巖石的比重；

Ws——干燥巖石的質(zhì)量(g);Vs——巖石固體體積(cm3);ΔW—

40C時(shí)水的密重。三、巖石的空隙性

空隙：巖石中孔隙和裂隙的總稱。小開(kāi)型空隙空隙閉型空隙開(kāi)型空隙大開(kāi)型空隙

閉型空隙：巖石中不與外界相通的空隙。

開(kāi)型空隙：巖石中與外界相通的空隙。包括大開(kāi)型空隙和小開(kāi)型空隙。在常溫下水能進(jìn)入大開(kāi)型空隙，而不能進(jìn)入小開(kāi)型空隙。只有在真空中或在150個(gè)大氣壓以上，水才能進(jìn)入小開(kāi)型空隙?？障抖龋褐笌r石的裂隙和孔隙發(fā)育程度，其衡量指標(biāo)為空隙率(n)或空隙比（e）。根據(jù)巖石空隙類型不同，巖石的空隙率分為：

(1)總空隙率n(2)大開(kāi)空隙率nb(3)小開(kāi)空隙率nl(4)總開(kāi)空隙率n0(5)

閉空隙率nc一般提到巖石的空隙率時(shí)系指巖石的總空隙率。1、空隙率三、巖石的空隙性(1)總空隙率n:

即巖石試件內(nèi)空隙的體積（VV)占試件總體積(V)的百分比。

(2)大開(kāi)空隙率nb:即巖石試件內(nèi)大開(kāi)型空隙的體積（Vnb)占試件總體積(V)的百分比。

(3)小開(kāi)空隙率nl:即巖石試件內(nèi)小開(kāi)型空隙的體積（Vnl)占試件總體積(V)的百分比。

(4)總開(kāi)空隙率（孔隙率）n0:即巖石試件內(nèi)開(kāi)型空隙的總體積（Vn0)占試件總體積(V)的百分比。

(5)閉空隙率nc:即巖石試件內(nèi)閉型空隙的體積（Vnc)占試件總體積(V)的百分比。

所謂空隙比是指巖石試件內(nèi)空隙的體積（VV)與巖石試件內(nèi)固體礦物顆粒的體積（Vs)之比。

2、空隙比(e)三、巖石的空隙性四、巖石的水理性質(zhì)

巖石遇水后會(huì)引起某些物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的改變，巖石的這種性質(zhì)稱為巖石的水理性。1、巖石的吸水性巖石吸收水分的性能稱為巖石的吸水性，其吸水量的大小取決于巖石孔隙體積的大小及其密閉程度。巖石的吸水性指標(biāo)有吸水率、飽水率和飽水系數(shù)。（1）巖石吸水率(ω1)：

是指巖石試件在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下吸入水的重量Wω1與巖石干重量Ws之比。

巖石的吸水率的大小，取決于巖石所含孔隙、裂隙的數(shù)量、大小、開(kāi)閉程度及其分布情況，并且還與試驗(yàn)條件（整體和碎塊，浸水時(shí)間等）有關(guān)。

根據(jù)巖石的吸水率可求得巖石的大開(kāi)空隙率nb：

式中：Ws為干燥巖石的重量；γd,γw分別為干燥巖石和水的重度。四、巖石的水理性質(zhì)（2）巖石的飽水率（ω2）

巖石的飽水率指在高壓（150個(gè)大氣壓）或真空條件下，巖石吸入水的重量Wω2與巖石干重量Ws之比，即：

根據(jù)飽水率求得巖石的總開(kāi)空隙率n0：

式中：Ws為干燥巖石重量；γd,γw干燥巖石和水的重度。四、巖石的水理性質(zhì)（3）巖石的飽水系數(shù)（Ks）巖石吸水率與飽水率之比稱為巖石的飽水系數(shù)，即

飽水系數(shù)反映了巖石中大開(kāi)空隙和小開(kāi)空隙的相對(duì)含量。飽水系數(shù)越大，巖石中的大開(kāi)空隙越多，而小開(kāi)空隙越少。吸水性較大的巖石吸水后往往會(huì)產(chǎn)生膨脹，給井巷支護(hù)造成很大壓力。四、巖石的水理性質(zhì)

2、巖石的軟化性

巖石的軟化性是指巖石在飽水狀態(tài)下其強(qiáng)度相對(duì)于干燥狀態(tài)下降低的性能，可用軟化系數(shù)η表示。

軟化系數(shù)指巖石試樣在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度σcb與在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度σc之比，即各類巖石的ηc=0.45～0.9之間。ηc>0.75,巖石軟化性弱、抗水、抗風(fēng)化能力強(qiáng)；ηc<0.75，巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)較差。四、巖石的水理性質(zhì)

3、巖石的膨脹性

巖石的膨脹性是指巖石浸水后體積增大的性質(zhì)。巖石的膨脹性大小一般用膨脹力和膨脹率指標(biāo)表示。其測(cè)定方法是平衡加壓法。

試驗(yàn)中不斷加壓，并保持體積不變，所測(cè)得的最大壓力即為巖石的最大膨脹力；然后逐級(jí)減壓，直至荷載為0，測(cè)定其最大膨脹變形量，膨脹變形量與試件原始厚度的比值即為膨脹率。四、巖石的水理性質(zhì)

4、巖石的崩解性

巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時(shí)失去粘結(jié)性并變?yōu)橥耆珕适?qiáng)度的松散物質(zhì)的性質(zhì)。巖石的崩解性一般用耐崩解指數(shù)

Id2

的表示。其指標(biāo)可在實(shí)驗(yàn)室用干濕循環(huán)試驗(yàn)確定。

試驗(yàn)過(guò)程：將經(jīng)過(guò)烘干的試塊（500g,分成約10塊），放在帶有篩孔的圓筒內(nèi)，使該圓筒在水槽中以20r/min,連續(xù)旋轉(zhuǎn)10min,然后將留在圓筒內(nèi)的巖塊取出烘干稱重，如此反復(fù)進(jìn)行兩次，按下試計(jì)算耐崩解指數(shù)。四、巖石的水理性質(zhì)式中：Id2—兩次循環(huán)試驗(yàn)求得的耐崩解指數(shù)，在0～100%之間變化；md—試驗(yàn)前試塊的烘干質(zhì)量；mr—?dú)埩粼趫A筒內(nèi)試塊的烘干質(zhì)量；W1—試驗(yàn)前試件和圓筒的烘干重量；W2—第二次循環(huán)后試件和圓筒的烘干重量；W0—試驗(yàn)結(jié)束沖洗干凈后圓筒的烘干重量。

巖石的崩解性指數(shù)反映了巖石在浸水和溫度變化的環(huán)境下抵抗風(fēng)化作用的能力。

4、巖石的崩解性四、巖石的水理性質(zhì)5、巖石的抗凍性

巖石的抗凍性是指巖石抵抗凍融破壞的性能，是評(píng)價(jià)巖石抗風(fēng)化穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。巖石的抗凍性用抗凍系數(shù)Cf表示，指巖石試樣在±250C的溫度期間內(nèi)，反復(fù)降溫、凍結(jié)、融解、升溫，然后測(cè)量其抗壓強(qiáng)度的下降值（σc-σcf）,以此強(qiáng)度下降值與融凍試驗(yàn)前的抗壓強(qiáng)度σc之比的百分比代表抗凍系數(shù)Cf

，即可見(jiàn)：抗凍系數(shù)Cf

越小，巖石抗凍融破壞的能力越強(qiáng)。四、巖石的水理性質(zhì)五、巖石的透水性

地下水存在于巖石孔隙、裂隙之中，而且大多數(shù)巖石的孔隙裂隙是連通的，因而在一定的壓力作用下，地下水可以在巖石中滲透。巖石的這種能透水的性能稱為巖石的透水性。巖石的透水性大小不僅與巖石的孔隙度大小有關(guān)，而且還與孔隙大小及其貫通程度有關(guān)。衡量巖石透水性的指標(biāo)為滲透系數(shù)(K)。一般來(lái)說(shuō)，完整密實(shí)的巖石的滲透系數(shù)往往很小。巖石的滲透系數(shù)一般是在鉆孔中進(jìn)行抽水或壓水試驗(yàn)而測(cè)定的。六、巖石的碎脹性

巖石破碎后的體積VP比原體積V增大的性能稱為巖石的碎脹性，用碎脹系數(shù)ξ來(lái)表示。

碎脹系數(shù)不是一個(gè)固定值，是隨時(shí)間而變化的。

永久碎脹系數(shù)（殘余碎脹系數(shù)）――不能再壓密時(shí)的碎脹系數(shù)稱為永久碎脹系數(shù).§5-3巖石的力學(xué)性質(zhì)彈性：指物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力撤出后變形能夠恢復(fù)的性質(zhì)。塑性：指物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力撤出后變形不能恢復(fù)的性質(zhì)。脆性：物體在外力作用下變形很小時(shí)就發(fā)生破壞的性質(zhì)。延性：物體能夠承受較大的塑性變形而不喪失其承載能力的性質(zhì)。粘性（流變性）：物體受力后變形不能在瞬間完成，且應(yīng)變速度（dε/dt）隨應(yīng)力大小而變化的性質(zhì)。§5-3巖石的力學(xué)性質(zhì)5.3.1巖石的變形特性單軸壓縮試驗(yàn)試件受力和破壞狀態(tài)示意圖26σ～ε曲線的基本形狀致密、堅(jiān)硬、少裂隙少裂隙、巖性較軟致密、堅(jiān)硬、多裂隙較多裂隙、巖性較軟§5-3巖石的力學(xué)性質(zhì)28單向逐級(jí)維持荷載法巖石變形過(guò)程四個(gè)階段根據(jù)σ-ε曲率的變化，可將巖石變形過(guò)程劃分為四個(gè)階段（1）孔隙裂隙壓密階段（圖中的側(cè)段）巖石中原有的微裂隙在荷重作用下逐漸被壓密，曲線呈上凹形，曲線斜率隨應(yīng)力增大而逐漸增加，表示微裂隙的變化開(kāi)始較快，隨后逐漸減慢。A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為壓密極限強(qiáng)度。對(duì)于微裂隙發(fā)育的巖石，本階段比較明顯，但致密堅(jiān)硬的巖石很難劃出這個(gè)階段。（2）彈性變形至微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段（圖中的AB段）巖石中的微裂隙進(jìn)一步閉合，孔隙被壓縮，原有裂隙基本上沒(méi)有新的發(fā)展，也沒(méi)有產(chǎn)生新的裂隙，應(yīng)力與應(yīng)變基本上成正比關(guān)系，曲線近于直線，巖石變形以彈性為主。B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為彈性極限強(qiáng)度。

29（3）塑性變形階段至破壞峰值階段（圖中BC段）當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限強(qiáng)度后，巖石中產(chǎn)生新的裂隙，同時(shí)已有裂隙也有新的發(fā)展，應(yīng)變的增加速率超過(guò)應(yīng)力的增加速率，應(yīng)力一應(yīng)變曲線的斜率逐漸降低，并呈曲線關(guān)系，體積變形由壓縮轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛎?。?yīng)力增加，裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，巖石局部破損，且破損范圍逐漸擴(kuò)大形成貫通的破裂面，導(dǎo)致巖石“破壞”。C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力達(dá)到最大值，稱為峰值強(qiáng)度或單軸極限抗壓強(qiáng)度。（4）破壞后峰值跌落階段至殘余強(qiáng)度階段（圖中C點(diǎn)后）巖石破環(huán)后，經(jīng)較大變形，應(yīng)力下降到一定程度開(kāi)始保持常數(shù)，D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為殘余強(qiáng)度。30§5-3巖石的力學(xué)性質(zhì)5.3.2巖石的抗壓強(qiáng)度

巖石單軸抗壓強(qiáng)度巖石試件在單軸壓力作用下(無(wú)圍壓，只在軸向加壓力)所能承受的最大壓應(yīng)力。單軸抗壓強(qiáng)度等于達(dá)到破壞時(shí)最大軸向壓力除以試件的橫截面積，即§5-3巖石的力學(xué)性質(zhì)5.3.2巖石的抗壓強(qiáng)度

巖石三軸抗壓強(qiáng)度常規(guī)三軸壓力試驗(yàn)是使圓柱體試件周邊受到均勻壓力，而軸向則用壓力機(jī)加載。§5-3巖石的力學(xué)性質(zhì)5.3.2巖石的抗剪強(qiáng)度巖石的抗剪強(qiáng)度巖石抵抗剪切破壞的極限能力，它是巖石力學(xué)中重要指標(biāo)之一，常以內(nèi)聚力C

和內(nèi)摩擦角ψ表示。直接剪切試驗(yàn)

shearstrength§5-3巖石的力學(xué)性質(zhì)5.3.2巖石的抗剪強(qiáng)度巖石的抗拉強(qiáng)度就是巖石試件在單軸拉力作用下抵抗破壞的極限能力，它在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大拉應(yīng)力值。直接拉伸法試件和夾具之間的連接加力P與試件同心間接方法5.4.1結(jié)構(gòu)面巖體是在地質(zhì)歷史過(guò)程中形成的、由巖石塊體和結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)組成的、并賦存于一定地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體。由于工程活動(dòng)，巖體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)發(fā)生變化，造成開(kāi)挖空間周圍的應(yīng)力重新分布，開(kāi)挖空間周圍應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變的那部分巖體，工程上稱之為圍巖。5.4 巖體的結(jié)構(gòu)類型及工程地質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)面:巖體中各種具有一定方向，延展較大，厚度較小的二維地質(zhì)界面。結(jié)構(gòu)體:巖體內(nèi)不同產(chǎn)狀的各種結(jié)構(gòu)面將巖石切割成的單元塊體。巖體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)面原生結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面巖漿結(jié)構(gòu)面變質(zhì)結(jié)構(gòu)面斷層、裂隙、劈理及其它小型構(gòu)造動(dòng)力結(jié)構(gòu)面風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙、次生夾泥層及泥化夾層巖層面、層理面、沉積間斷面、原生軟弱夾層變余結(jié)構(gòu)面和變成結(jié)構(gòu)面原生節(jié)理、流紋面、凝灰?guī)r夾層變質(zhì)結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)面的特征結(jié)構(gòu)面的規(guī)模結(jié)構(gòu)面的形態(tài)物質(zhì)組成延展性密集程度張開(kāi)度充填膠結(jié)特征結(jié)構(gòu)面的等級(jí)劃分級(jí)序結(jié)構(gòu)面特征工程地質(zhì)意義代表性結(jié)構(gòu)面Ⅰ級(jí)（斷層型或填充型結(jié)構(gòu)面）連續(xù)或近似連續(xù)，有確定的延伸方向，延伸長(zhǎng)度一般大于100m，有一定厚度的影響帶。

破壞了巖體的連續(xù)性，構(gòu)成巖體力學(xué)作用邊界，控制巖體變形破壞的演化方向、穩(wěn)定性及計(jì)算邊界條件斷層面或斷層破碎帶軟弱夾層某些貫通性結(jié)構(gòu)面Ⅱ級(jí)（裂隙型或非充填型結(jié)構(gòu)面）近似連續(xù)，有確定的延伸方向，延伸長(zhǎng)度數(shù)十米，可有一定的厚度或影響帶。破壞了巖體的連續(xù)性，構(gòu)成巖體力學(xué)作用邊界，可能對(duì)塊體的剪切邊界形成一定的控制作用長(zhǎng)大緩傾裂隙長(zhǎng)達(dá)裂隙密集帶層面某些貫通性結(jié)構(gòu)面Ⅲ級(jí)（非貫通型巖體結(jié)構(gòu)面）硬性結(jié)構(gòu)面，短小、隨機(jī)斷續(xù)分布，延伸長(zhǎng)度米級(jí)至十余米，具有統(tǒng)計(jì)優(yōu)勢(shì)方向破壞巖體的完整性，使巖體力學(xué)性質(zhì)具有各向異性特征，影響巖體變形破壞的方式，控制巖體的滲流等特征各類原生和構(gòu)造裂隙結(jié)構(gòu)面的形態(tài)形態(tài)結(jié)構(gòu)面在三維空間展布的幾何屬性稱結(jié)構(gòu)面的形態(tài)。平直型

它的變形、破壞取決于結(jié)構(gòu)面上的粗糙度、充填物質(zhì)成分、側(cè)壁巖體風(fēng)化的程度等。包括一般層面、片理、原生節(jié)理及剪切破裂面等。波浪型它的變形、破壞取決于起伏角、起伏幅度、巖石力學(xué)性質(zhì)、充填情況等。包括波狀的層理，輕度揉曲的片理、沿走向和傾向方向上均呈緩波狀的壓性、壓剪性結(jié)構(gòu)面等。鋸齒型

它的變形、破壞取決的條件基本與波浪型相同。它包括張性、張剪性結(jié)構(gòu)面，具有交錯(cuò)層理和龜裂紋的層面，也包括一般裂隙而發(fā)育的次生結(jié)構(gòu)面、沉積間斷面等。臺(tái)階型它的變形、破壞取決于巖石的力學(xué)性質(zhì)等。它包括地塹、地壘式構(gòu)造等。這類結(jié)構(gòu)面的起伏角為90°。它多系經(jīng)層間錯(cuò)動(dòng)后經(jīng)斷層而成。不規(guī)則型結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面曲折不平，如沉積間斷面、交錯(cuò)層理及沿原有裂隙發(fā)育的次生結(jié)構(gòu)面等結(jié)構(gòu)面的粗糙度（jointroughnesscoefficient，JRC）粗糙度反映面上普遍微量的凹凸不平狀態(tài)，用粗糙度系數(shù)表示。隨粗糙度的增大，結(jié)構(gòu)面的摩擦角也增大根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)粗糙度剖面將結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)劃分為10級(jí)。起伏度第一級(jí)的凸出部眾可能被剪斷或不被剪斷，這兩種情況均增大了結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)面的跡長(zhǎng)及延續(xù)性結(jié)構(gòu)面跡長(zhǎng)

指測(cè)網(wǎng)內(nèi)裂隙的延伸長(zhǎng)度。裂隙的延續(xù)性

表征裂隙可見(jiàn)長(zhǎng)度的一個(gè)定性描述指標(biāo)，它是在露頭中所觀測(cè)到的不連續(xù)面的可追索長(zhǎng)度，也就是籠統(tǒng)的跡長(zhǎng)。很低的延續(xù)性：<1m低延續(xù)性：1~3m中等延續(xù)性：3~10m高延續(xù)性：10-20m很高的延續(xù)性：>20m結(jié)構(gòu)面的密集程度結(jié)構(gòu)面的密度是指巖體中結(jié)構(gòu)面發(fā)育的程度。裂隙度、間距或體密度結(jié)構(gòu)面的裂隙度指同一組結(jié)構(gòu)面沿著法線方向，單位長(zhǎng)度上結(jié)構(gòu)面的數(shù)目。如以l代表在法線上量測(cè)的長(zhǎng)度，n為l長(zhǎng)度內(nèi)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)面的數(shù)目間距指同一組結(jié)構(gòu)面法線方向上兩相鄰結(jié)構(gòu)面的平均距離。分級(jí)ⅠⅡⅢⅣ節(jié)理間距（m）＞20.5～20.1～0.5＜0.1節(jié)發(fā)育層度不發(fā)育較發(fā)育發(fā)育極發(fā)育巖體完整性完整塊狀碎裂破碎結(jié)構(gòu)面的張開(kāi)度結(jié)構(gòu)面的張開(kāi)度：指結(jié)構(gòu)面裂口開(kāi)口處張開(kāi)的程度。相同邊界條件受力下，巖石越硬，結(jié)構(gòu)面的間距越大，張開(kāi)度也大。張開(kāi)度還可說(shuō)明巖體的“松散度”和巖體的水力學(xué)特征。總的來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)面張開(kāi)度愈大，巖體將愈“松散”，是地下水的良好通道。張開(kāi)度標(biāo)準(zhǔn)描述<0.1mm很嚴(yán)密的閉合的0.1~0.25mm嚴(yán)密的0.25~0.5mm局部張開(kāi)的0.5~2.5mm張開(kāi)的開(kāi)裂的2.5~10mm中等寬度的>10mm寬的1~10mm很寬的張開(kāi)的10~100mm極寬的>1m洞穴式的軟弱結(jié)構(gòu)面（夾層）軟弱結(jié)構(gòu)面把巖體中強(qiáng)度比圍巖（巖塊）顯著降低的結(jié)構(gòu)面，如普遍存在于沉積巖層中的層間滑動(dòng)面強(qiáng)度低，對(duì)巖體工程穩(wěn)定性起控制作用，在工程實(shí)際中很容易破壞而引起工程事故，如斜坡破壞形成滑坡、崩塌，地下洞室圍巖斷裂破壞，巖石地基與路基失穩(wěn)等。軟弱結(jié)構(gòu)面（夾層）表4?7

軟弱夾層類型及其特征成因類型地質(zhì)類型基本特征

原生軟弱夾層沉積軟弱夾層產(chǎn)狀與巖層相同，厚度軟小，延續(xù)性較好，也有尖滅者。含黏土礦物多，細(xì)薄層理發(fā)育，易風(fēng)化、泥化、軟化，抗剪強(qiáng)度低。

火成軟弱夾層成層或透鏡體，厚度小，易軟化，抗剪強(qiáng)度低。變質(zhì)軟弱夾層產(chǎn)狀與層理一致，層薄，延續(xù)性較差，片狀礦物多，呈鱗片狀，抗剪強(qiáng)度低。構(gòu)造軟弱夾層多為層間破碎軟弱夾層產(chǎn)狀與巖層相同，延續(xù)性強(qiáng)，在層狀巖體中沿軟弱夾層發(fā)育。物質(zhì)破壞，呈鱗片狀，往往含條帶狀分布的泥質(zhì)。

風(fēng)化夾層夾層風(fēng)化產(chǎn)狀與巖層一致，或受巖體產(chǎn)狀制約，風(fēng)化帶內(nèi)延續(xù)性好，深部風(fēng)化減弱，物質(zhì)松散，破碎，含泥，抗剪強(qiáng)度低

次生軟弱夾層斷裂風(fēng)化沿節(jié)理、斷層發(fā)育，產(chǎn)狀受其控制，延續(xù)性不強(qiáng)，一般僅限于地表附近，物質(zhì)松散，破碎，含泥，抗剪強(qiáng)度低。泥化夾層夾層泥化產(chǎn)狀與巖層相同，沿軟弱層表部發(fā)育，延續(xù)性強(qiáng)，但各段泥化程度不一。軟弱面泥化，面光滑，抗剪強(qiáng)度低。次生層面產(chǎn)狀受巖層制約，延續(xù)性差。近地表發(fā)育，常呈透鏡體，物質(zhì)細(xì)膩，呈塑性、甚至呈流態(tài)，強(qiáng)度甚低。夾層斷裂面產(chǎn)狀受原巖結(jié)構(gòu)面制約，常較陡，延續(xù)性差，物質(zhì)細(xì)膩，結(jié)構(gòu)單一，物理力學(xué)性質(zhì)差。5.4.2結(jié)構(gòu)體(d)(a)(c)(f)(g)(b)(e)(h)

結(jié)構(gòu)體的類型(a)方柱（塊）體；(b)菱形柱體；(c）三棱柱體；(d)楔形體；(e)錐形體;(f)板狀體;(g)多角柱體;(h)菱形塊體結(jié)構(gòu)體5.4.3巖體的工程地質(zhì)特性巖體的結(jié)構(gòu)形式與結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)可以劃分為

4個(gè)基本類型,其中包括

8個(gè)亞類，見(jiàn)下圖，其基本特征見(jiàn)下表。5.4.3巖體的工程地質(zhì)特性

巖體的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)類型

1---節(jié)理；2---層理；3---斷層；4---斷層破碎帶

(a)整體結(jié)構(gòu)；(b)塊狀結(jié)構(gòu)；(c)層狀結(jié)構(gòu)；(d)薄層狀結(jié)構(gòu)；(e)鑲嵌結(jié)構(gòu)；

(f)層狀破壞結(jié)構(gòu)；(g)破裂結(jié)構(gòu)；(h)散粒結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)特性（1）整體塊狀結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)整體塊狀結(jié)構(gòu)巖體因結(jié)構(gòu)面稀疏、延續(xù)性差、結(jié)構(gòu)體塊度大且常為硬質(zhì)巖石,故整體強(qiáng)度高、變形特征接近于各向同性的均質(zhì)彈性體,變形模量、承載能力與抗滑能力均較高,抗風(fēng)化能力一般也較強(qiáng),所以這類巖體具有良好的工程地質(zhì)性質(zhì),往往是較理想的各類工程建筑地基、邊坡巖體及洞室圍巖。（2）層狀結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)巖體中結(jié)構(gòu)面以層面與不密集的節(jié)理為主,結(jié)構(gòu)面多為閉合到微張開(kāi)、一般風(fēng)化微弱、結(jié)合力不強(qiáng),結(jié)構(gòu)體塊度較大且保持著母巖巖塊性質(zhì),故這類巖體總體變形模量和承載能力均較高。（3）碎裂結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)碎裂結(jié)構(gòu)巖體中節(jié)理、裂隙發(fā)育、常有泥質(zhì)充填物質(zhì),結(jié)合力不強(qiáng),其中層狀巖體常有平行層面的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育,結(jié)構(gòu)體塊度不大,巖體完整性破壞較大。

（4）散體結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)散體結(jié)構(gòu)巖體節(jié)理、裂隙很發(fā)育,巖體十分破碎,巖石手捏即碎,屬于碎石土類,可按碎石土類研究。巖體的變形特性（1）巖體的變形特特征實(shí)測(cè)的巖體應(yīng)力—應(yīng)變曲線，是結(jié)構(gòu)面變形和結(jié)構(gòu)體變形迭加的結(jié)果。巖體的變形組成巖體的力學(xué)性質(zhì)（2）影響巖體變形的因素

影響巖體變形的因素主要包括組成巖體的巖性、結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征及荷載條件，試件尺寸、試驗(yàn)方法和溫度等。結(jié)構(gòu)面特征方面：結(jié)構(gòu)面方位結(jié)構(gòu)面密度結(jié)構(gòu)面的張開(kāi)度及充填特征巖體的變形特性巖體結(jié)構(gòu)示意巖體的強(qiáng)度特性巖體強(qiáng)度是指巖體抵抗外力破壞的能力。包括：抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。（1）巖體的剪切強(qiáng)度

剪切強(qiáng)度：巖體內(nèi)任一方向剪切面，在法向應(yīng)力作用下所能抵抗的最大剪應(yīng)力。1）巖體的抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線介于結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度包絡(luò)線和巖石強(qiáng)度包絡(luò)線之間2）巖體的剪切強(qiáng)度特征

巖體的剪切強(qiáng)度主要受結(jié)構(gòu)面、應(yīng)力狀態(tài)、巖塊性質(zhì)、風(fēng)化程度及其含水狀態(tài)等因素的影響。巖體的強(qiáng)度影響因素結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度和巖石的強(qiáng)度巖石、結(jié)構(gòu)面與巖體的抗剪強(qiáng)度I—巖石；

II—巖體；

III—節(jié)理（2）巖體的抗壓強(qiáng)度

巖體的壓縮強(qiáng)度分為單軸抗壓強(qiáng)度和三軸壓縮強(qiáng)度。巖體的強(qiáng)度特性巖體的流變特性流變性質(zhì)就是指材料的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，材料變形過(guò)程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象稱為流變現(xiàn)象。巖體的流變：蠕變：當(dāng)應(yīng)力不變時(shí)，變形隨時(shí)間增加而增長(zhǎng)的現(xiàn)象松弛：當(dāng)應(yīng)變不變時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間增加而減小的現(xiàn)象彈性后效：彈性變形隨時(shí)間緩緩增長(zhǎng)；在去除載荷后，不能立即恢復(fù)而需要經(jīng)過(guò)一段足夠時(shí)間之后才能逐漸恢復(fù)原狀的現(xiàn)象。巖體的水力學(xué)性質(zhì)巖體的水力學(xué)性質(zhì)指巖體與水共同作用所表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)性質(zhì)。水在巖體中的作用歸納起來(lái)表現(xiàn)在兩種效應(yīng)：一是水對(duì)巖石的物理化學(xué)作用，表現(xiàn)為綜合軟化效應(yīng)，可以用軟化系數(shù)來(lái)衡量；二是水與巖體相互耦合作用下的力學(xué)效應(yīng)，包括空隙水壓力與滲流動(dòng)水壓力等力學(xué)效應(yīng)。巖體的力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)體（巖石）力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)巖體的賦存環(huán)境因素(地下水和地應(yīng)力)影響巖體力學(xué)性質(zhì)的基本因素（1）地應(yīng)力對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響1）地應(yīng)力影響巖體的承載能力，地應(yīng)力對(duì)巖體形成的圍壓越大，其承載能力越大。2）地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機(jī)制，許多低圍壓下呈脆性破壞的巖石在高圍壓下呈剪塑性變形，使巖體的本構(gòu)關(guān)系也不同。3）地應(yīng)力影響巖體中的應(yīng)力傳播的法則,地應(yīng)力可以使不連續(xù)變形的巖體轉(zhuǎn)化為連續(xù)變形的巖體。巖體的力學(xué)性質(zhì)（2）地下水對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響1）地下水對(duì)巖體的物理作用主要是軟化、分割、潤(rùn)滑、泥化、崩解、凍融和熱融等。2）地下水對(duì)巖體的化學(xué)作用主要是指地下水與巖體之間的離子交換、溶解作用(巖溶)、水化作用(膨脹巖的膨脹)、水解作用、溶蝕作用、氧化還原作用等。3）地下水對(duì)巖體的力學(xué)作用主要通過(guò)孔隙靜水壓力和孔隙動(dòng)水壓力作用對(duì)巖體的力學(xué)性質(zhì)施加影響。巖體的力學(xué)性質(zhì)5.5 工程巖體的分級(jí)巖體工程分級(jí)與分類的目的

分類與分級(jí)的目的是對(duì)各類巖體的承載力及穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)，以指導(dǎo)建筑物的設(shè)計(jì)、施工及基礎(chǔ)處理。根據(jù)用途不同，巖體的工程分級(jí)有通用的分級(jí)與專用的分級(jí)兩類。

（1）簡(jiǎn)易分類

在現(xiàn)場(chǎng)憑經(jīng)驗(yàn)和觀察就可以確定的，大致可以分為三類。5.5.1 巖體按堅(jiān)硬程度的分類635.5.1 巖體按堅(jiān)硬程度的分類645.5.2 巖體按完整程度的分類65

5.5.3工程巖體基本質(zhì)量分級(jí)巖體按《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50218—2014)分類

BQ=100+3RC+250KV(4-33)式中，RC為巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度，KV為完整性系數(shù)。注：1．當(dāng)RC>90KV+30時(shí)，應(yīng)以RC=90KV+30和KV代入計(jì)算BQ值；2．當(dāng)KV>0.04RC+0.4時(shí)，應(yīng)以KV=0.04尺。+0.4和RC代入計(jì)算BQ值。巖體基本質(zhì)量級(jí)別巖體基本質(zhì)量的定性特征巖體基本質(zhì)量指標(biāo)(BQ)Ⅰ堅(jiān)硬巖，巖性完整＞550Ⅱ堅(jiān)硬巖，巖體較完整；較堅(jiān)硬巖，巖體完整550～451Ⅲ堅(jiān)硬巖，巖體破碎；較堅(jiān)硬巖，巖