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岩体

/rock mass/
条目作者孙广忠撰施斌修订
条目作者孙广忠撰

孙广忠撰

施斌修订

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最后更新 2022-01-20
浏览 349
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在漫长的地质历史过程中形成,由岩石单元和结构面网络组成,赋存于一定地质环境中的地质体。

英文名称
rock mass
所属学科
地质学/地质资源与地质工程

岩石是岩体的组成材料,岩体是岩石的集合体。岩石的成因决定着岩石的联结类型和岩体的原生结构或产状。如岩浆岩呈刚性联结,岩体原生结构以块状为主;沉积岩有的呈刚性结晶联结,有的呈胶体联结,岩体原生结构以层状为主;变质岩呈刚性结晶联结,岩体具有似层状原生结构。这些特点对岩体的力学性能具有重要的影响。

岩体内存在的各种类型的地质界面称结构面,被结构面切割成不同形态和大小的岩石块体称结构体。岩体中形态、规模和性质不同的结构面和结构体的组合称岩体结构,岩体结构的特殊性为:①不连续性。岩体结构控制着岩体变形、岩体破坏和岩体力学性质。如地下硐室周围岩体的塌方、地基和坝基的变形和渗漏、各种工程类型的岩质边坡破坏、自然界的山坡崩塌和滑坡,以及坑道突水和瓦斯突出中地下坑道围岩体的破坏、采场顶板冒落及地表塌陷变形等机制都受岩体结构的控制。②结构性。岩体最显著的特性就是具有结构性,且结构性对岩体的力学性质和工程特性具有重大的影响。一般来说岩体比岩石易于变形,强度也低于岩石,造成这一现象的原因在于岩体中存在各种类型、不同规模的结构面,并且受地下流体和天然应力的影响,导致岩体力学性质呈现非均质性、非连续性、各向异性和非弹性。

岩体是经过多次、多种、长期的地质作用形成的。岩体在形成过程中经历的地质作用可分为建造过程和改造作用。建造过程和改造作用持续使岩体产生多方面的变化,改变岩体组成成分、岩体结构及岩体赋存环境。工程地质学主要从建造过程和改造作用来研究和认识岩体。

在建造过程中形成岩体组成成分——岩石。建造过程中形成的岩石只适应于当时的物理化学环境。当这种环境变化时岩石便随着发生变化。如黏土岩在区域构造作用过程中,因岩体受高温高压的作用,相应地产生了变质作用,黏土岩转变为板岩、千枚岩、片岩等变质岩。建造过程也形成岩体的原生构造,其特征与生成环境条件相适应。在建造过程中,沉积岩形成成层性或层状结构,火成岩形成实体块状结构。块状结构岩体与层状结构岩体之间的最大差别是各向异性程度:块状结构岩体呈各向同性,均匀性较高;层状结构岩体多具横观同性,纵横向力学性质相差较大。成层性是沉积岩、大部分变质岩及部分浅成和喷出的火成岩最主要的结构特征。

改造作用主要有内动力作用及外动力作用两类。①内动力作用。主要为构造作用,它改造组成岩体成分的岩石、岩体结构及岩体的赋存条件。内动力作用最主要的是改造岩体结构,这种改造的显著作用是扩大岩体的不连续性。结构面是岩体结构的基本要素,其主要成分断层、节理、劈理、层间错动等基本上都是在构造作用下形成的,这些结构面的存在造成岩体的不连续性。这种不连续性使岩体在力学性质上的各向异性更加增强;在受力的作用时,结构的控制作用更加突出。②外动力作用。改造作用过程中的外动力作用主要表现为风化作用和剥蚀作用。风化作用是在岩体赋存的物理化学环境改变的条件下发生的,岩体经过风化多半是向力学性能弱化或恶化的方向发展。风化作用既改造了岩体结构,又削弱了粒间联结力,出现了风化散体结构——风化层及风化带状岩体结构。剥蚀作用改变着岩体表部赋存条件——地应力和地下水活动。反过来,这种变化也对岩体进行改造,使一部分岩体的隐节理转化为显节理,同时形成新的节理、卸荷裂隙等。

岩体赋存环境的改造是改造作用结果中的一个极为重要的方面。在建造过程中地下水主要赋存于岩体孔隙中,而经过改造的岩体中的地下水主要赋存于岩体的裂隙中。建造过程中的地应力以自重作用为主。经过改造作用在岩体的地应力场中增加了构造应力和剥蚀残余应力成分,使地应力场变得复杂(见图)。

地应力剖面分布规律示意图地应力剖面分布规律示意图

在风化卸荷带内地应力的垂直分量是由自重形成的,其值大于地应力水平分量,其延展深度一般可达几十米。剥蚀作用对地应力有显著的影响,常使岩体存在地应力集中带。水平地应力分量一般大于垂直地应力分量,其深度可达数百米至数千米。由于岩体的改造作用,自重作用控制带内地应力的垂直分量,有的垂直分量大于水平分量,有的垂直分量等于水平分量。

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