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岩体结构

/structure of rock mass/
条目作者许兵撰施斌修订
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施斌修订

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最后更新 2023-04-24
浏览 341
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岩体内岩石块体的组合排列形式。

英文名称
structure of rock mass
所属学科
地质学/地质资源与地质工程

根据岩体的地质类别、完整性和结构面的类型、级别、组合、发育程度等,将岩体划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构等。

岩体结构由结构面和结构体两个基本单元组成。

在地质历史发展过程中,岩体内形成的具有一定延伸方向和长度、厚度相对较小的地质界面,包括各种破裂面(如劈理、断层、节理等)和物质分异面(如层面、不整合面、片理等)等。结构面不是几何学上的面,而往往是具有一定张开度的裂缝,或被一定物质充填,具有一定厚度的层或带。按成因分类。可分为:原生结构面,包括沉积结构面(如层理、层面、软弱夹层、不整合面、侵入体与围岩的接触面、岩脉岩墙接触面、板理、千枚理、片理、片岩软弱夹层等)和构造结构面(如节理、断层、层间错动、羽状裂隙、劈理等);次生结构面(如卸荷裂隙、风化裂隙、风化夹层、泥化夹层等)。②按规模分类。主要是按照长度将结构面分为五级:几十至上百千米,十几千米,几千米,几米至几十米和厘米级。它们形成岩体结构系统,共同控制着区域、地区、山体、岩体的稳定性和岩块的力学特性。③按性质分类。按结构面性质的差异,可分为硬性(刚性)结构面和软弱结构面:硬性结构面的摩擦系数较大,多数没有充填物;软弱结构面摩擦系数相对较小、延伸较长,且普遍充填黏土、泥、岩石碎块等物质。按物质组成和微结构形态分类,软弱结构面分为原生软弱夹层、断层和层间错动破碎带、软弱泥化带(或夹层)等3种类型。某些充填泥质或黏土薄膜的大节理,也可构成软弱结构面。软弱结构面是岩体中最容易产生变形和破坏的部位,常成为危险的切割面、滑移面或构成有害的压缩变形带,导致岩体产生不允许范围的变形或失稳。因此,当工程岩体中存在软弱结构面时,除了要研究它们的几何形态、结合状况、空间分布和填充物质等方面外,还要特别注意对其物质组成、厚度、微观结构、在地下水作用下工程地质性质(潜蚀、软化)的变化趋势、受力条件和所处的工程部位,以及它们的力学性质指标等进行专门的试验研究,并对其对岩体稳定性的影响做出定量的分析评价,提出工程处理措施。

结构体是被结构面切割围限的岩石块体。随着结构面的分级,相应地结构体也可分级。视研究问题的不同,所选取的结构体等级是不一的,几级结构体综合叠加影响居多。由于不同级别、不同性质、不同产状以及不同发育程度的结构面的组合,结构体几何形态、单体大小可迥然不同。岩性的变化,也均关系着岩体的完整性、坚硬性,从而决定着岩体的所属介质类型。结构体的产状一般用结构体的长轴方向表示。其对工程岩体稳定性的影响需结合临空面及工程作用力来分析。一般来说,平卧的板状结构体与竖直的板状结构体稳定性不同,平卧的板状结构体容易产生滑动,而竖直的板状结构体易发生折断或倾倒破坏;而在地下硐室中,楔形结构体尖端指向临空面方向时,稳定性好于其他指向。

按结构面和结构体组合形式,尤其是结构面性状,可将岩体划分为不同的结构类型,主要为:①整体块状结构,包括整体(断续)结构、块状结构和菱块状结构。②层状结构,包括层状结构和薄层(板状)结构。③碎裂结构,包括镶嵌结构、层状碎裂结构和碎裂结构。④散体结构,包括块夹泥结构和泥夹块结构等。

岩体在力学作用和力学性质上有明显的结构效应,结构类型不同,力学效应不一。若岩体内存在着软弱结构面,则岩体结构力学效应主要受软弱结构面控制,而且取决于软弱结构面的充填度(充填物在结构面内填充程度)、充填物成分与结构、充填物厚度以及结构面的起伏度。

岩体结构力学效应又以充填物厚度、充填度和起伏度最为重要。①厚度。厚度大小与物质成分有关,一般颗粒越粗厚度越大;反之,颗粒越细,厚度越小。②充填度。设充填物厚度为h,结构面起伏差为H,则填充度为h/H×100%。③起伏度。结构面的起伏程度,常用起伏差即起伏最大值表示。起伏的结构面内充填物的充填度越大,结构面抗剪强度越低。当充填度大于200%左右时,结构面强度便稳定于一定的水平上,即与软弱充填物质的强度相当,这种关系称之为充填度的力学效应。

  • 谷德振.岩体工程地质力学基础.北京:科学出版社,1979.
  • 张咸恭,王思敬,张倬元,等.中国工程地质学.北京:科学出版社,2000.

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