第五章岩体的工程地质特性(3hr) 第一节岩石的物理力学特性 一、岩石的力学性质 1.岩石的变形特性 岩石是标准的弹塑性体，即瞬时高压作用下表现为弹脆性体，而长期慢施高 压下表现为塑性体，其变形可分为4个阶段。 *依单轴应力曲线，自然材料可分为： a.线性弹性材料b,完全弹性材料 c.带滞回环的弹性材料d.弹塑性材料 (1)微裂隙压密阶段：岩石中微裂隙在荷重下压密，此阶段8变化小而e 变化大。 (2)弹性变形阶段：裂隙进一步密合，不产生新裂隙，8、近乎同步增 加（曲线外切线近45°，最高点称弹性极限抗压强度，亦称屈服点）。 (3)裂隙发展和破坏阶段：新裂隙产生并发展，8增加不多，而快速增 加，直至最高点，岩石发生整体破坏，此点的6值称单轴极限抗压强度 (4)峰值后阶段：岩石大变形，8下降至稳定。 2。岩石的变形特性指标 (1)弹性模量（认为岩石是准弹性体） 单轴压缩条件下，轴向压变力与轴向应变之比。 E=8 &e(1Pa=1N/m2) (2)泊松比 单轴压缩条件下，横向应变与纵（轴）向应变之比（过屈服点后） Ey
3.岩石的强度 岩石抵抗外力破坏的能力。 强度分抗压，抗拉和抗剪强度三类，对岩石材料而言， 抗压强度>抗剪强度>抗拉强度。 地基的处理与设计就是使岩石中尽量消除拉应力，一般而言，三类强度， 细晶岩浆岩>变质岩>沉积岩 二、岩石的物理性质指标 参与岩石工程地质性质描述的主要物理指标包括两类： 1.物理指标 (1)质量： 比重：单位体积省石因体部分的重量与同体积水之比G” Ws 容重：单位体积岩石的重量《合孔像)7一光 (2)空隙性：岩石构成除了固体颗粒外，其间还分面上有孔隙、裂隙，这 称为岩石的空隙性，以空隙率来表达。 =长 —空隙总体积 而一般来讲，n(沉积岩)>n(变质岩)>n(新鲜岩浆岩) 2.水理指标 (1)吸水性：一定条件下岩石可吸纳水份的性能，常以饱水率表达。 W=形2x100% Ww:岩石在1500tm下吸水的质量。 Ws:岩石的干重。 (2)透水性：水份可通过岩石移动的性能，以渗透系数k来衡量 v=:=k?(达西定律) 透水层（含水层）：k≥0.001m/24hr 隔水层（不透水层）：k<0.001m/24h
(3)软化性：岩石浸水石强度降低的性能多以软化系数Kd表示 Rw一岩石饱水条件下的抗压强度。 Rd一岩石干燥条件下的抗压强度。 (4)抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性能（抗冻胀性），一般以强度损失率表 达（冻融25次，在士25℃间反复）。 R=R2-R1×10% 西北高寒区考虑。 Rs1=冻融后的岩石抗压强度（饱和） Rs2=冻融前的饱水岩石抗压强度。 岩土的主要水理性质 顶目名称 定义 越响因素 意义 容水性 岩土能容纳…定 空隙多少 岩土容纳水的能 水品的能 力 给水性 饱水岩土在力 空隙大小、空隙岩士中所能利用 作用下所能白由 多少 的水量 类别 排出水的性质 持水性 饱水岩土在重力 与岩土颗粒大小 释水后仍能保 有关（主要为结 水的能力 合水) 透水性 岩土允许重力水空隙大小、岩土岩土中水的流动 透过的能力 胶结 特 第二节岩体的结构特征(1hr) 在各种类型各种规模的地质构造作用下，完整的岩石被切割成支离破碎的小 声，所以同体积下的完整岩石与破碎岩石其力学性质肯定是不同的，在工程建筑 中，不能完全以岩石的力学性制裁来作为其工程地质性质。而这种影响到建筑安 全稳定性的，受各类结构面切割的破碎岩块就是岩体。具体来说： *岩体：是工程影响范围内的地质体，由处于一定应力状态的被各种结构面 所切割的岩石组成。 显然，在岩体中，结构面的性质对工程建筑稳定的影响有时比岩石本身更为
重要。如法国马耳帕赛拱坝的失事(1959)就是因左坝肩坚硬岩石沿软弱结构面 滑动造成的，而非岩石本身的因素除了结构面类型的影响外，自然、岩石的类型 还有岩体中岩块的形态及其空间组合结构也对岩体的稳定性起着重要的作用。 一、岩体结构面类型 指切割岩石的所有地质界面，如岩层血、断层面、节理面等。依据结构面成 因将其分为三种类型。 1.原生结构面：指岩体形成时就有在和形成的结构面，即与岩石同步形城 的结构血，象岩浆岩中的流纹，冷缩裂隙，侵入岩中的围岩接触面，沉积岩中的 层面，不整合面以及变质岩中的片理等。 2.次生结构面：指岩石形成后再叠加产生的结构面（可为内因也可为外因）， 比如：断层面、节理面、风化裂隙、缺荷裂隙等。 3.软弱结构血：是一类特殊的结构血，特指岩体中具有一定厚度的结构面 它可以是原生的，如沉积砂岩层中类的一层泥岩层，也可以是次生的，同花岗岩 中的断层破碎带等。与周围岩石相比，软弱夹层强度低，压缩性好，可造成岩体 滑移，作为桥基，楼基时产生压缩沉降变形等。因此在工程地质勘察中应予以特 别重视。 二、岩体结构类型（岩块特点+岩块组合特点） 这是岩体力学(1951一奥地利学派诞生起)研究的重点内容。 1.结构体形式 依据岩石碎块的面、角特点可分为五种： (1)锥形：即由4个面构成的岩石块，类似于4面体。 (2)楔形：具有5个画，类似于楔形，有一个面角远小于其余各面角。 (3)菱形：具有6个面的岩石块，类似棱形，各面角夹角大小不 (4)方形：具有6个面的岩石块，但各面角均近似于90°。 (5)聚合形：多于6个面的岩石块。 从沿顶悬垂和地基抗滑两方面来看，上述结构体形式的稳定程度是：聚合形 >方形>菱形>楔形>锥形
2.岩体结构类型 特指工程范围内由结构面围限起来的结构体的组合形式，依据岩石类型、结 构面性质和结构体形式可将岩体结构分为6种类型： (1)块状结构：整体强度高、块度均匀，与完整岩体性质相近。 (2)镶嵌结构：块度具有显著两分性，但整体强度仍较多 (3)碎裂结构：岩石完整性差，强度受地质构造控制。 (4)层状结构：是沉积岩或变质沉积岩具有的结构，受层内软弱夹层或层 间层面特点控制。 (5)层状碎裂结构：指层状岩石受褶皱控制而产生如背斜核部局部破碎带。 (6)散体结构：指相对于工程规模岩块块度小，细颗粒较多接近松散介质 的岩体结构，一般是工程清挖的对象。 三、岩体的工程地质质量分类 作为工程建筑的地基、围岩或是材料的岩体，因为其岩石质量不同，岩体吉 构类型不同，岩体结构面类型也有差异，再加上水的参与，风化作用的影响等等， 使岩体质量的评定因素十分复杂。但为了满足工程建设的实际需要必须对岩体的 工程地质质量进行分类。 目前的分类方法多达几十种，可归结为一般性（综合性）分类和专门性（即 针对某一种类型的建筑，如地基、桥基、隧洞等)分为两大类。目前，最常用的 是以下四种分类。 1.岩石质量指标(R、Q、D-Rock,quality designation)分类。 美国迪尔一伊利诺斯大学提出，即修正的岩芯采取率法。 指以钻孔获取的大于10cm的完整岩芯的总长Lp与钻孔总进尺Lt之比作为 岩石质量指标： R0D-告1oo 依据R.Q.D值的不同将岩体质量分为五个等级： IRQD=90~100% 极好的 very good ⅡRQD=75~90% 好的 good IΠRQD=50~75% 不足的（可以）rather good或less good
IV RQD=25~50% 劣的 bad VRQD=025% 极劣的 very bad 该方法简单易行，且可在勘擦中伴随进行，因而为多数工程单位采用，但它 过于简单，难以反映蚀变充填物性质，岩体抗剪性等性质，因此多只作为分类的 一个因素而非唯一因素。 2.岩体结构类型分类（见课本） 由中科院地质研究所谷振德在1970's提出和完善 即按前述岩体结构类型分类增加工程地质性质评判内容构成，该方法抓住了 岩体、工程地质质量分类的实质，但目前缺乏量化指标，故在实际中较少采用。 3.巴顿岩体分类 挪威，N、巴顿于1974年为适应缝道支护设计而提出，目的是完善RQD分类 虽然简单，但却不够全面的不足。是一个六因素组合计算的围岩岩体质量Q分类 法。 岩石质品指标节理间搅度裂腺水折诚系数 Jn 节理组数节理向蚀变程度地应力影响 Q=0.01~1000无量纳，数值越大，围岩越坚使完整。该发类定性与定量结 合因素考讶较全面，但是只适用于各类地下洞室，适用面窄。 4.岩体质量指标(RQ一rock Mass Quality)分类 简称M法，1978年由我国水电部岩石试验规程小组提出。 M=Ky.S.Ky.Kd 岩石完整系统岩石质量系数岩石风化系数岩石软化系数 M值：12好岩体 该方法考虑因素全面，适用性广（地基、围岩）但数据基础少，试验条件 要求高（所有系数均依赖试验取得）