地质构造及其对工程的影响

第三章地质构造及其对工程的影响地质构造是地壳运动的产物，由于地壳中存在很大的应力，组成地壳上部岩层，在地应力的长期作用下会发生变形，形成构造变动的形迹，如岩层褶曲和断层等。地质构造：构造变动在岩层和岩体中遗留下来的各种构造形迹。地质构造因此可依其生成时间分为原生构造与次生构造。次生构造是构造地质学研究的主要对象，而原生构造一般是用来判断岩石有无变形及变形方式的基准。一、绪论中国构造学说分类“波浪状镶嵌构造学说”（张伯声）“地质力学”（李四光）“多旋回构造”（黄汲青）“地洼说”（陈国达）“断块构造说”（张文友）是老一辈地质学家对中国大地构造特征的总结，被称为“中国五大地质构造学派”。二、水平构造和单斜构造组成地壳的岩层所具有的一定特征或形态的组构称地质构造。其中在沉积物堆积或熔融物结晶时形成的构造称原生构造，岩层受力发生变位、变形形成的构造称为次生构造。地质构造的基本类型有四类：水平构造、倾斜构造、褶皱构造和断裂构造。1、水平构造岩层产状近于水平，这种构造出现在构造运动影响较轻微的地区或大范围内均匀抬升或下降的地区，岩层未发生明显变形。水平构造中较新的岩层总是位于较老的岩层之上。不同地点同高程上，出露同一地层；同一地点，老地层在低洼处，新地层在较高的位置。2、倾斜构造：指岩层层面与水平面有一定的夹角。倾斜构造带常常是褶曲的一翼或断层的一盘，也可以是大区域内的不均匀抬升或下降造成的。此时岩层仍保持下老上新的层序。3、岩层产状以其在空间的延伸方位及其倾斜程度来确定的。除水平岩层成水平状态产出外，任何面状构造或地质体界面的产状均以其走向、倾向和倾角的数据表示，称为岩层产状三要素。1）走向岩层面与水平面的交线或岩层面上的水平线即该岩层的走向线，其两端所指的方向为岩层的走向，可由两个相差180°的方位角来表示。如NE30°与SW210°。2）倾向垂直走向线沿倾斜层面向下方所引直线为岩层倾斜线，倾斜线的水平投影线所指的层面倾斜方向就是岩层的倾向。走向与倾向相差90°。3）倾角：岩层层面与水平面的所夹的锐角。岩层产状的三要素，能表达经过构造变动后构造形态在空间的位置。三、褶皱构造褶皱构造：是组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造。它是岩层产生的塑形变形，是地壳表层广泛发育的基本构造之一。褶皱构造的基本类型主要有两种：背斜和向斜。背斜的特征是岩层向上弯曲，中心核部较老，两侧岩层依次变新；向斜的特征是岩层向下弯曲，核部较新，两侧依次变老。如岩层未经剥蚀，则背斜成山，向斜成谷，地表仅见到最新地层。若岩层受剥蚀，则地表可出现不同时代的地层露头。褶皱构造的工程地质评价和野外观察1．褶皱构造的工程地质评价（1）褶曲的翼部基本上是单斜构造，也就是倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关系问题。（2）对于深路堑和高边坡来说，路线垂直岩层走向，或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时，只就岩层产状与路线走向的关系而言，对路基边坡的稳定性是有利的；（3）不利的情况是路线走向与岩层的走向平行，边坡与岩层的倾向一致，特别在云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩、千枚岩等松软岩石分布地区，坡面容易发生风化剥蚀，产生严重碎落坍塌，对路基边坡及路基排水系统会造成经常性的危害；（4）最不利的情况是路线与岩层走向平行，岩层倾向与路基边坡一致，而边坡的坡角大于岩层的倾角，特别在石灰岩、砂岩与粘土质页岩互层，且有地下水作用时，如路堑开挖过深，边坡过陡，或者由于开挖使软弱构造面暴露，都容易引起斜坡岩层发生大规模的顺层滑动，破坏路基稳定。（5）对于隧道工程来说，从褶曲的翼部通过一般是比较有利的。如果中间有松软岩层或软弱构造面时，则在顺倾向一侧的洞壁，有时会出现明显的偏压现象，甚至会导致支撑破坏，发生局部坍塌。（6）在褶曲构造的轴部，从岩层的产状来说，是岩层倾向发生显著变化的地方，就构造作用对岩层整体性的影响来说，又是岩层受应力作用最集中的地方，所以在褶曲构造的轴部，不论公路、隧道或桥梁工程，容易遇到工程地质问题，主要是由于岩层破碎而产生的岩体稳定问题和向斜轴部地下水的问题。2、褶曲的野外观察一般情况下，人们容易认为背斜为山，向斜处为谷。在一定的外力条件下，向斜山与背斜谷的情况在野外也是比较常见的。因此，不能够完全以地形的起伏情况作为识别褶曲构造的主要标志。在野外就需要采用穿越的方法和追索的方法进行观察。穿越法：就是沿着选定的调查路线，垂直岩层走向进行观察。用穿越的方法，便于了解岩层的产状、层序及其新老关系。如果在路线通过地带的岩层呈有规律的重复出现，则必为褶曲构造。根据岩层出露的层序及其新老关系，判断是背斜还是向斜。分析两翼岩层的产状和两翼与轴面之间的关系，可以判断褶曲的形态类型。追索法：就是平行岩层走向进行观察的方法。平行岩层走向进行追索观察，便于查明褶曲延伸的方向及其构造变化的情况，当两翼岩层在平面上彼此平行展布时为水平褶曲，如果两翼岩层在转折端闭合或呈“S”形弯曲时，则为倾伏褶曲。在实践中一般以穿越法为主，追索法为辅，根据不同情况，穿插运用。四、断裂构造定义：构成地壳的岩体，受力作用发生变形，当变形达到一定程度后，使岩体的连续性和完整性遭到破坏，产生各种大小不一的断裂，称为断裂构造。断裂构造是地壳上层常见的地质构造，包括断层和裂隙等。断裂构造：断裂构造是由于岩层受力发生脆性破裂而产生的构造。根据相邻岩块沿破裂面的位移量，又可分为节理和断层。节理（裂隙）：节理是当岩层、岩体发生破裂，而破裂面两侧岩块没有发生显著位移时的断裂构造。它是野外常见的构造现象，一般成群、成族出现。断层：是岩体发生较明显位移的破裂带或破裂面。断层是地壳中广泛存在的地质构造，形态各异，规模不一。断层深度可达数千米，断层延伸最长可达数百甚至上千千米。根据断层上下盘沿断层面相对移动的方向分为：正断层（上盘相对下降，下盘相对上升）、逆断层（上盘相对上升，下盘相对下降）和平移断层（断层两盘沿断层线方向发生了相对运动）。（一）裂隙定义：裂隙也称为节理。是存在于岩体中的裂缝，是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造。1．裂隙的类型自然界的岩体中几乎都有裂隙存在，按成因可以归纳为构造裂隙和非构造裂隙两类。构造裂隙：是岩体受地应力作用随岩体变形而产生的裂隙。它在空间分布上具有一定的规律性。按裂隙的力学性质，构造裂隙可分为下面两种：（1）张性裂隙：在褶曲构造中，张性裂隙主要发育在背斜和向斜的轴部。裂隙张开较宽，断裂面粗糙一般很少有擦痕，裂隙间距较大且分布不匀，沿走向和倾向都延伸不远。（2）扭（剪）性裂隙：一般多是平直闭合的裂隙，分布较密，走向稳定，延伸较深、较远，裂隙面光滑，常有擦痕。扭性裂隙常沿剪切面成群平行分布，形成扭裂带，将岩体切割成板状。两组裂隙在不同方向同时出现，交叉成“X”形，将岩体切割成菱形块体。扭性裂隙常出现在褶曲的翼部和断层附近。非构造裂隙：是由成岩作用、外动力、重力等非构造因素形成的裂隙。原生裂隙风化裂隙，卸荷裂隙等。2．裂隙的工程地质评价岩体中的裂隙，在工程上除有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。（1）岩体中存在裂隙，破坏了岩体的整体性，促进岩体风化速度，增强岩体的透水性，因而使岩体的强度和稳定性降低。（2）当裂隙主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致时，不论岩体的产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌等不稳定现象。（3）在路基施工中，如果岩体存在裂隙，还会影响爆破作业的效果。3．裂隙调查、统计和表示方法调查裂隙时，应先在工点选择一具有代表性的基岩露头，对一定面积内的裂隙，按表1-9所列内容进行测量，同时要注意研究裂隙的成因和填充情况。测量裂隙产状的方法和测量岩层产状的方法相同。统计裂隙，有各种不同的图式。裂隙玫瑰图就是其中比较常用的一种。裂隙玫瑰图可以用裂隙走向编制，也可以用裂隙倾向编制。其编制方法如下：（1）裂隙走向玫瑰图1）在一任意半径的半圆上，画上刻度网。2）把所测得的裂隙按走向以每5°或每10°分组，统计每一组内的裂隙数并算出其平均走向。3）自圆心沿半径引射线，射线的方位代表每组裂隙平均走向的方位，射线的长度代表每组裂隙的条数。4）然后用折线把射线的端点连接起来，即得裂隙走向玫瑰图。从图上可以看出，比较发育的裂隙有：走向330°、30°、60°、300°及走向东西的共五组。（2）裂隙倾向玫瑰图1）先将测得的裂隙，按倾向以每5°或每10°分组，2）统计每一组内裂隙的条数，并算出其平均倾向。3）用绘制走向玫瑰图的方法，在注有方位的圆周上，根据平均倾向和裂隙的条数，定出各组相应的点子。4）用折线将这些点子连接起来，即得裂隙倾向玫瑰图。裂隙的发育程度，在数量上有时用裂隙率表示。裂隙率：是指岩石中裂隙的面积与岩石总面积的百分比。裂隙率越大，表示岩石中的裂隙越发育。反之，则表明裂隙不发育。（二）断层定义：岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生了显著位移的断裂构造，称为断层。1．断层要素断层由以下几个部分组成：断层面：两侧岩块发生相对位移的断裂面，称为断层面。断层的产状，就是用断层面的走向、倾向和倾角表示的。规模大的断层，经常不是沿着一个简单的面发生，而往往是沿着一个错动带发生，称为断层破碎带。由于两侧岩块沿断层面发生错动，所以在断层面上常留有擦痕，在断层带中常形成糜棱岩、断层角砾、断层泥等。断层线：断层面与地面的交线，称为断层线。断层线表示断层的延伸方向，其形状决定于断层面的形状和地面的起伏情况。上盘和下盘：断层面两侧发生相对位移的岩块，称为断盘。当断层面倾斜时，位于断层面上部的称为上盘；位于断层面下部的称为下盘，当断层面直立时，常用断块所在的方位表示，如东盘、西盘等，以断盘位移的相对关系为依据，则将相对上升的一盘称为上升盘，相对下降的一盘称为下降盘。断距：断层两盘沿断层面相对移动开的距离。2．断层的基本类型断层的分类方法很多，所以有各种不同的类型。根据断层两盘相对位移的情况，可以分为下面三种：（1）正断层上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。正断层一般是由于岩体受到水平张应力及重力作用，一般规模不大，断层线比较平直，断层面倾角较陡，常大于45°。（2）逆断层上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。逆断层一般是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用。断层面从陡倾角至缓倾角都有。其中断层面倾角大于45°的称为冲断层；介于25°～45°之间的称为逆掩断层；小于25°的称为辗掩断层，逆掩断层和辗掩断层常是规模很大区域性断层。（3）平推断层由于岩体受水平扭应力作用，使两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。平推断层的倾角很大，断层面近于直立，断层线比较平直。断层的形成和分布，不是孤立的现象。它受着区域性或地区性地应力场的控制，并经常与相关构造相伴生，很少孤立出现。在各构造之间，总是依一定的力学性质，以一定的排列方式有规律地组合在一起，形成不同形式的断层带。断裂带:是局限于一定地带内的一系列走向大致平行的断层组合，如阶状断层、地堑、地垒和迭瓦式构造等。地堑：常形成狭长的凹陷地带，如我国山西的汾河河谷，陕西的渭河河谷等，都是有名的地堑构造。地垒：多形成块状山地，如天山、阿尔泰山等，都广泛发育有地垒构造。3．断层的工程地质评价（1）由于岩层发生强烈的断裂变动，致使岩体裂隙增多、岩石破碎、风化严重、地下水发育，从而降低了岩石的强度和稳定性，对工程建筑造成了种种不利的影响。（2）在公路工程建设中，如确定路线布局、选择桥位和隧道位置时，要尽量避开大的断层破碎带。（3）在研究路线布局，特别在安排河谷路线时，要注意河谷地貌与断层构造的关系。当路线与断层走向平行，路基靠近断层破碎带时，由于开挖路基，容易引起边坡发生大规模坍塌，直接影响施工和公路的正常使用。（4）在进行大桥桥位勘测时，要注意查明桥基部分有无断层存在，及其影响程度如何，以便根据不同情况，在设计基础工程时采取相应的处理措施。3．断层的工程地质评价（5）在断层发育地带修建隧道，是最不利的一种情况。由于岩层的整体性遭到破坏，加之地面水或地下水的侵入，其强度和稳定性都是很差的，容易产生洞顶坍落，影响施工安全。（6）当隧道轴线与断层走向平行时，应尽量避免与断层破碎带接触。隧道横穿断层时，虽然只有个别段落受断层影响，但因地质及水文地质条件不良，必须预先考虑措施，保证施工安全。特别当断层破碎带规模很大，或者穿越断层带时，会使施工十分困难，在确定隧道平面位置时，要尽量设法避开。4．断层的野外识别识别依据：（1）改变原有地层的分布规律，（2）断层面及其相关部分形成各种伴生构造，（3）形成与断层构造有关的地貌现象。识别方法：（1）地貌特征：断层崖；断层三角面地形；沟谷或峡谷地形。山脊错断、错开，河谷跌水瀑布，河谷方向发生突然转折等。（2）地层特征：岩层发生重复，或缺失；岩脉被错断，岩层沿走向突然发生中断，与不同性质的岩层突然接触等。（3）断层的伴生构造现象岩层牵引弯曲、断层角砾、糜棱岩、断层泥和断层擦痕等。牵引弯曲：是岩层因断层两盘发生相对错动，因受牵引而形成的弯曲，多形成于页岩、片岩等柔性岩层和薄层岩层中。当断层发生相对位移时，其两侧岩石因受强烈的挤压力，有时沿断层面被研磨成细泥，称为断层泥；如被研碎成角砾，则称为断层角砾。断层角砾一般是胶结的，其成分与断层两盘的岩性基本一致。断层两盘相互错动时，因强烈摩擦而在断层面上产生的一条条彼此平行密集的细刻槽，称为断层擦痕。顺擦痕方向抚摸，感到光滑的方向即为对盘错动的方向。此外，如泉水、温泉呈线状出露的地方，也要注意观察，是否有断层存在。五、不整合定义：在野外，我们有时可以发现，形成年代不相连续的两套岩层重叠在一起的现象，这种构造形迹，称为不整合。不整合不同于褶皱和断层，它是一种主要由地壳的升降运动产生的构造形态。（一）整合与不整合原因：在地壳上升的隆起区域发生剥蚀，在地壳下降的凹陷区域产生沉积。整合接触：当沉积区处于相对稳定阶段时，则沉积区连续不断地进行着堆积，这样，堆积物的沉积次序是衔接的，产状是彼此平行的，在形成的年代上也是顺次连续的。岩层之间的这种接触关系，称为整合接触。不整合接触：由于沉积过程发生间断，所以岩层在形成年代上是不连续的，中间缺失沉积间断期的岩层，岩层之间的这种接触关系，称为不整合接触。（二）不整合的类型不整合有各种不同的类型，但基本的有平行不整合和角度不整合两种。1．平行不整合：不整合面上下两套岩层之间的地质年代不连续，缺失沉积间断期的岩层，但彼此问的产状基本上是一致的，看起来貌似整合接触，所以又称为假整合。2．角度不整合：角度不整合又称为斜交不整合，简称不整合。角度不整合不仅不整合面上下两套岩层问的地质年代不连续，而且两者的产状也不一致，下伏岩层与不整合面相交有一定的角度。这是由于不整合面下部的岩层，在接受新的沉积之前发生过褶皱变动的缘故。（三）不整合的工程地质评价（1）不整合面，是下伏古地貌的剥蚀面，它常有比较大的起伏，同时常有风化层或底砾存在，层间结合差，地下水发育；（2）当不整合面与斜坡倾向一致时，如开挖路基，经常会成为斜坡滑移的边界条件，对工程建筑不利。　　六、岩石与岩体的工程地质性质1、岩石的工程地质性质，包括物理性质与力学性质。影响岩石工程地质性质的因素，主要受矿物成分、岩石的结构和构造，以及风化作用等控制。2、岩体是工程影响范围内的地质体，它包含有岩石块、层理、裂隙和断层等。影响岩体工程地质性质，主要取决于岩体内部裂隙系统的性质及其分布情况。（1）岩体赋存于一定地质环境之中，地应力、地温，地下水等因素对其物理力学性质有很大影响，而岩石试件只是为实验室实验而加工岩块，已完全脱离了原有的地质环境。（2）岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，其中存在着各种地质结构面和弱面，如不整合、褶皱、断层、节理、裂隙等。（3）一定数量的岩石组成岩体，且岩体无特定的自然边界，只能根据解决问题的需要来圈定范围。根据上述特征，将岩体定义为地质体的一部分，并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面共同组成的。在工程地质中，把工程作用范围内具有一定的岩石成分、结构特征及赋存于某种地质环境中的地质体称为岩体。岩体是在内部的联结力较弱的层理、片理和节理、断层等切割下，具有明显的不连续性。这是岩体的重要特点，使岩体结构的力学效应减弱和消失。使岩体强度远远低于岩石强度，岩体变形远远大于岩石本身，岩体的渗透性远远大于岩石的渗透性。一）岩石的主要物理力学性质1、岩石的主要物理力学性质（1）重量比重和重度表示比重岩石的比重，是岩石固体（不包括孔隙）部分单位体积的重量。在数值上等于岩石固体颗粒的重量与同体积的水在4C时重量的比。重度，也称为容重，是指单位体积的重量，在数值上它等于岩石试件的总重量（包括孔隙的水重）与其总体积（包括孔隙体积）之比。（2）孔隙性岩石的孔隙性反映岩石中各种孔隙（包括细微裂隙）的发育程度，对岩石的强度和稳定性产生重要的影响。1、岩石的主要物理力学性质（3）吸水性岩石的吸水性反映岩石在一定条件下的吸水能力，一般用吸水率表示。吸水率表示岩石在通常大气压下的吸水能力。在数值上等于岩石的吸水重量与同体积干燥岩石重量之比。（4）软化性岩石的软化性是指岩石受水作用后，强度和稳定性发生变化的性质。岩石的软化性主要决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。常用软化系数表示。软化系数在数值上等于岩石在饱和状态下的极限抗压强度和在风干状态下极限抗压强度之比，其值越小，表示岩石在水作用下的强度和稳定性越差。1、岩石的主要物理力学性质（5）冻胀性岩石孔隙中有水时，水一结冰，体积膨胀，就产生巨大的压力，岩石抵抗这种压力的能力，称为岩石的抗冻性。2、岩石的主要力学性质岩石在外力作用下，首先发生变形，当外力继续增加到某一数值后，就会产生破坏。所以研究岩石的力学性质时，既要考虑岩石的变形特性，又要考虑岩石的强度特性。（1）岩石的变形岩石的变形性能一般用弹性模量E和泊松比表示。岩石的泊松比一般在0.2-0.4之间。2、岩石的主要力学性质（2）岩石的强度岩石抵抗外力破坏的能力，称为岩石的强度。单位用Pa表示。岩石的破坏有压碎、拉断和剪断等形式，所以其强度分为抗压强度、抗拉强度和抗剪强度。其中抗剪强度和抗压强度往往是评价岩石（岩体）稳定性的指标，是对岩石（岩体）的稳定性进行定量分析的依据。a.抗压强度是指岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力。无围压岩样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度。室内单轴抗压强度试验通常在压力机上进行。现场岩体单轴抗压强度试验往往在岩柱或矿柱上进行。岩石强度是指岩石在外力作用下达到破坏时的极限应力，岩石力学性质的主要属性之一。它是通过实验室内或现场的试验求得的。岩石力学，岩石一词是岩块和岩体的总称。岩块是指由地质构造因素割裂而成的不连续块体，是岩体的组成 单元 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 。实验室试验用的岩样就是岩块。岩体是指包括地质结构的地质体的一部分。虽然岩块和岩体具有相同的地质历史环境，经历过同样的地质构造作用，但它们的性质是有区别的。反映在强度方面，岩块的强度主要取决于构成岩石的矿物和颗粒之间的联结力和微裂隙的影响；而对岩体强度起控制作用的则是岩体中的结构面和构造特征。b.抗拉强度岩石样品在拉力作用下达到破坏时的极限应力值。岩石的抗拉强度远比抗压强度小。岩石抗拉强度试验方法可分直接法和间接法两类。　直接法与用于金属试验的方法类似。这种试验要求夹持器不损伤试件表面，施加载荷应严格地与试件轴相平行，以免产生弯曲所导致的应力集中。　间接法此法种类较多，常用的有圆盘、圆柱体径向压裂法。圆盘径向压裂法是著名的“巴西试验”，即用一个实心圆盘，使之受径向压缩而破坏，求抗拉强度。圆柱体径向压裂法通常是用两个接触点对圆柱体加压求抗拉强度。在工程实践中，由于岩体具有裂隙，一般不考虑抗拉强度。c.抗剪强度是岩石抵抗剪切破坏的能力。包括抗剪断试验和抗剪试验两类。　抗剪断试验是指岩石在一定压应力作用下，剪破面上的最大剪应力。　抗剪试验是指沿岩石裂隙面或软弱面等发生剪切滑动时的指标，其强度远远低于抗剪断强度。试验方法包括室内试验和现场试验两类。室内抗剪强度试验常用的方法有直接剪力试验、扭转试验和三轴试验三种。现场岩体抗剪强度试验一般在平洞中进行，通常分为直剪试验和三轴试验。直剪试验较多用于软弱岩石、结构面或软弱夹层。3、影响岩石工程性质的因素1）岩石的地质特征，如岩石的矿物成分、结构、构造及成因等；2）岩石形成后所受外部因素的影响，如水的作用及风化作用等。　a.矿物成分岩石是由矿物组成的，岩石的矿物成分对岩石的物理力学性质产生直接影响。b.结构岩石的结构特征是影响岩石物理力学性质的一个重要因素，可将岩石分为两类：一类是结晶联结的岩石，如大部分的岩浆岩、变质岩和一部分沉积岩；一类是由胶结物联结的岩石，如沉积岩中的碎屑岩等。　c.构造构造对岩石物理力学影响，主要是由矿物成分在岩石中分布的不均匀性，和岩石结构的不连续性所决定。矿物的不均匀性片状结构、板状结构、千枚状构造、片麻状构造及流纹状构造等。结构不连续性存在节理、裂隙和各种成因的孔隙等。d.水岩石被水饱和后，会使岩石强度降低。e.风化风化是在温度、水、气体及生物等综合因素影响下，改变岩石状态、性质的物理化学过程。风化作用会使岩石原有裂隙进一步扩大，并产生新的风化裂隙，使岩石矿物颗粒间的联结松散和使矿物颗粒沿解理面崩解。岩体是指包括各种地质地质界面，如层面、层理、节理、断层、软弱夹层等结构面的单一或多种岩石构成的地质体，它被各种结构面所切割，由大小不同的、形状不一的岩块（即结构体）所组合而成。岩体是指某一地点一种或多种岩石中的结构面、结构体的总体。影响岩体稳定性的主要影响因素有：区域稳定性、岩体结构特征、岩体变形特性与承载能力、地质结构及岩体风化程度等。二）岩体的工程地质性质结构面类型存在于岩体中各种地质界面（结构面）包括：1、各种破坏面劈理、节理、断层面、顺层裂隙面或错动面、卸荷裂隙、风化裂隙等；2、物质分异面层理、层面、沉积间断面、片理等；3、软弱夹层或软弱带、构造岩、泥化夹层、充填夹泥（层）等。按地质成因，结构面可以分为原生的、构造的、次生的三大类。岩体的结构面原生结构面原生结构面是成岩时形成的，分为沉积的、火成的和变质的三大类。1、沉积结构面如层面、层理、沉积间断面和沉积软弱夹层等。软弱夹层是指介于硬层之间，又易遇水软化，厚度不大的夹层；风化之后称为泥化夹层，如泥岩、页岩、泥灰岩等。2、火成结构面是指岩浆形成过程中形成的，如原生节理（冷凝过称形成的）、流纹面、与围岩的接触面、火山岩中的泥灰岩夹层等，围岩破碎带或蚀变带、泥灰岩夹层等。构造结构面是在构造应力作用下，于岩体中形成的断裂面、错动面、破碎带的统称。其中劈理、节理、断层面、层间错动面等属于破裂结构面。次生结构面是在风化、卸荷、地下水等作用下形成的风化裂隙、破碎带、卸荷裂隙、泥化夹层、夹泥层等。风化带上部的风化裂隙发育，往深部渐减。泥化夹层是某些软弱夹层（如泥岩、页岩、千枚岩、泥灰岩、绿泥石片岩、层间错动带等）在地下水的作用下形成的可塑性粘土，其摩阻力甚低，工程上应注意。结构面的特征结构面的规模、形态、连通性、充填物质的性质，以及其密集程度均对结构面的物理力学性质有很大影响。1、结构面的规模2、结构面的形态平直的（如层理、片理、劈理等）；波状起伏的（如波痕的层面、揉曲片理、冷凝形成的舒缓状结构面）；锯齿状或不规则的结构面。3、结构面的密集程度反映岩体完整程度，通常以线密度或结构面的间距表示。4、结构面的连通性是指在一定空间范围内的岩体中，结构面在走向、倾向方向的连通程度。5、结构面的张开度和充填情况结构面的张开度是指结构面两壁离开的距离，可分为4级：闭合的：张开度小于0.2mm；微张的：张开度介于0.2-1.0mm；张开的：张开度介于1.0-5.0mm;宽张的：张开度大于5.0mm。结构体的块度、形状1、板状结构体：2、柱状结构体：3、锥形结构体：结构体的块度通常指最小结构体的尺寸。在岩体工程稳定性分析中，结构体的块度决定了岩体工程围岩的破坏方式，从而决定了支护和加固方法。在开挖过程中结构体的块度影响施工及临时支护。结构体的形状与岩石类型有关；与区域构造运动强度有关；与工程围岩的破坏方式有关。岩体的结构是指岩体中结构面和结构体的形态和组合特征。不同结构具有不同工程地质特性（承载能力、变形、抗风化能力、渗透性等）。按岩体被结构面分割的程度或结构体的形态特征，可将岩体结构划分为以下几种基本类型：岩体结构整体结构层状结构块状结构碎裂结构散体结构镶嵌结构层状碎裂结构碎裂结构岩体的结构整体结构岩性单一，节理不发育，无软弱结构面或夹泥，层面结合良好，渗流对岩体特性影响不大，结构尺寸大于工程尺寸。完整性系数>0.75结构面间距>1.5m岩土工程特征：整体性强度高，岩体稳定，可视为均质、各向同性的连续介质。节理发育，有若干软弱夹层或贯通微张裂隙将岩体切割成柱状、块状或菱形等结构体。工程范围内，有两组以上节理明显发育，构成影响工程稳定性的危险岩块，其尺寸小于工程几何尺寸。完整性系数0.35～0.75结构面间距0.7～1.5m岩土工程特征：整体性强度高，结构面相互牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性体。块状结构层状结构由中厚（0.25～0.5m）及薄层（<0.25m）的均一、坚硬、软弱或软硬相间的沉积岩或沉积变质岩形成的岩体。结构面以层理、片理、节理为主，往往有层间错动，结构体呈板状、片状互相紧密叠合。完整性系数：层状0.3～0.6;薄层状<0.4结构面间距：层状0.25～0.5m；薄层状<0.25m岩土工程特征：工程范围内，一组节理明显发育，在层内具有均一的地质特征与力学特性，属各向异性、层内均质的连续介质。其变形和强度特征受层面及岩层组合控制，岩体稳定性较差。构造发育，各种结构面与断裂交叉发育，且多为泥质充填。岩体破碎，呈块状或片状，局部裹有坚硬的大块或条块状岩石，属不均一的不连续介质，稳定性很差。碎裂结构<0.5m<0.3破碎结构<0.5m<0.4层状碎裂结构<0.5m<0.36镶嵌结构结构面间距完整性系数岩体主要为各种剧烈风化或挤压破碎的岩体或土体。结构面相当发育，呈网状，岩体极度破碎，并混有断层泥，呈松散堆积或压密堆积。完整性系数：<0.2岩土工程特征：稳定性极差，岩体属性接近松散体介质。散体结构岩体质量评价及其分类岩体分类是对影响岩体稳定性和影响工程设计、施工和维护的各种因素建立一些评价指标，对工程辖区岩体进行评价，划分出不同的的级别或类别。分类的目的：为岩体工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。按分类目的，可分为综合性和专题性两种；按其所涉及的因素多少，可分为单因素分类法和多因素分类法两种。工程岩体分类的参考影响因素1、岩石的质量主要表现在岩石的强度和变形性质方面。2、岩体的完整性岩体完整性取决于不连续面的组数和密度。可用结构面频率(裂隙度）、间距、岩心采取率、岩石质量指标RQD以及完整性系数作为定量指标进行描述。这些定量指标是表征岩体工程性质的重要参数。3、结构面条件包括结构面产状、粗糙度和充填情况。岩体工程性质主要取决于结构面的性质和分布状态以及其间的充填物性质。4、岩体及结构面的风化程度风化程度越高，岩体越破碎，强度越低。5、地下水的影响渗流，软化，膨胀，崩解，静、动水压力等。6、地应力地应力难于测定，它对工程的影响程度也难于确定，因此，其影响一般在综合因素中反映。1、普氏分类法以岩石试件的单轴抗压强度作为分类依据，根据普氏坚固性系数f将岩石分为十级。f值越大，岩体越稳定。2、岩石单轴抗压强度分类我国工程界按岩石单轴抗压强度将岩体分为四类：软岩<40Ⅳ次坚固100-40Ⅲ坚固160-100Ⅱ特坚固250-160Ⅰ坚固性岩石单轴抗压强度σc(Mpa)类别七、岩体常见分类方法3、按岩体完整性系数Kv（龟裂系数）分类式中：Vpm、Vpr—岩体、岩石弹性纵波速度（m/s)。极破碎破碎较破碎较完整完整完整程度<0.150.35-0.150.55-0.350.75-0.55>0.75Kv4、按岩芯质量指标（RQD）分类式中：li—所取岩芯中≥10cm长度的岩芯段的长度；L—钻进岩芯的总程度，m。ⅤⅣⅢⅡⅠ等级很好良好较好差很差分类90-10075-9050-7525-500-25RQD（％）5、以弹性波速度分类6、宾尼奥夫斯基节理岩体地质力学分类（RMR分级系统）宾尼奥夫斯基（Bieniawski，1976)提出的分类指标RMR(RockMassRating)，由下列6种指标组成：（1）岩块强度(R1)（2）RQD值(R2)（3）节理间距(R3)（4）节理条件(R4)（5）地下水(R5)（6）节理方向对工程的影响的修正参数（R6）即：（1）对应岩石强度的岩体评分值R1425-501-225-25不采用11-5不采用0<1不采用750-1002-412100-2504-815>250>10评分值岩石单轴抗压强度Rc(MPa)点荷载指标（MPa）（2）对应于岩芯质量指标的岩体评分值R238131720评分值<2526-5051-7576-9091-100RQD（％）（3）对应于最有影响的节理组间距的岩体评分值R3510202530评分值<0.050.05-0.30.3-11-3>3节理间距（m）（4）对于节理状态的岩体评分值R40由厚度>5mm的断层泥充填的张开节理;张开度>5mm的节理，延伸超过数米6光滑表面；由断层泥充填厚度为1～5mm；张开度1～5mm，节理延伸超过数米12略粗糙的表面、张开度<1mm，软岩壁20略粗糙的表面、张开度<1mm，硬岩壁25尺寸有限的粗糙的表面、硬岩壁评分值说明（5）取决于地下水状态的岩体评分值R57湿0.1～0.210～25>12525～125<10无每米隧道的涌水量（L/min）>0.50.2～0.5<0.10节理水压力与最大主应力的比值0有严重地下水问题，流水4有中等压力水，滴水10潮湿15完全干燥评分值总的状态（6）节理方位对RMR的修正值R6－25－15－7－20地基－50－25－50边坡－2有利很不利不利一般很有利方位对工程的影响评价－12－10－50隧道（7）节理走向与倾角对隧道掘进的影响节理走向平行于隧道轴线倾角00～200很不利450～900不利200～450有利200～450一般200～450一般不考虑走向逆倾向掘进顺倾向掘进很有利倾角450～900节理走向垂直于隧道轴线一般450～900根据总分确定岩体分级21-40较差Ⅳ0-20很差Ⅴ41-60较好Ⅲ61-80好Ⅱ81-100很好Ⅰ岩体评分值RMR岩体描述类别7、巴顿岩体质量（Q）分类挪威巴顿（Barton）等人于1974年根据隧道工程的调查，提出一个用6个参数表达的岩体质量指标Q，作为岩体质量分类的依据。式中：RQD-岩石质量指标；Jn-节理组数评分；Jr-节理面粗糙度评分；Jw-按裂隙水条件评分；Ja-节理蚀变程度评分；SRF-按地应力影响评分（应力折减系数）。Q反映了岩体质量的三个方面：为岩体的完整性；表示结构面的形态、充填物特征及次生变化程度；表示水与其他应力存在时对岩体质量的影响。（1）节理组数影响（Jn)（2）节理粗糙度影响（Jr)（3）节理蚀变程度影响（Ja)（4）裂隙水影响（Ja)1.气候因素温度温差大、冷热变化频率快有利于物理风化；温度变化对岩石在水中的溶解度和化学反应速度、水溶液浓度都有有较大影响，从而影响化学风化的速度。降雨（湿度）各种化学风化是水（CO2）参与下完成的，运动的水及矿物质运移，破坏化学平衡，促进反应不断进行。水的加入使风化向多样化、深度发展。2.岩性因素矿物成分：抗风化能力氧化物>硅酸盐>碳酸盐和硫化物常见造岩矿物易溶解性顺序：食盐、石膏、方解石、橄榄石、辉石、角闪石、滑石、蛇纹石、绿帘石、正长石、黑云母、白云母、石英（最稳定的造岩矿物）。岩浆岩：酸性岩>中性岩>基性岩>超基性岩（花岗岩）（闪长岩、安山岩）（玄武岩）（橄榄岩）变质岩：浅变质岩>中等变质岩>深变质岩沉积岩：抗风化能力大于岩浆岩、变质岩。风化厚度不大，但如粘土岩、页岩等风化速度很快。地形不同影响气候及水文地质条件、光照、温差条件，沟谷侧向入侵作用，残积物滞留条件。高度海拔高地区：以物理风化为主；海拔低地区：化学风化速度较快坡度陡坡地段：风化速度较大，风化壳较薄缓坡地段：风化速度较慢，风化壳较厚地壳运动强烈上升期：风化速度快，风化壳厚度不大稳定期：风化彻底，风化壳厚度大人类活动人工开挖基坑、边坡、隧洞、砍伐森林等3.地形因素颜色风化岩石在外观上表现出颜色的差异破碎程度：风化程度越深，原岩破碎程度愈大从深部完整新鲜岩石至地表：岩块→块石→碎石→砂粒→粉粘粒总体上：上部以粉粘粒为主，夹砂粒、碎石下部以块石、碎石为主，裂缝中夹粉粘粒、砂粒矿物成分变化：不同风化带、矿物组合特点不同剧风化带：除石英外，大部分矿物已经变异，形成稳定的矿物，如粘土矿物弱、微风化带：矿物变异主要发生在块石裂缝周围，形成薄膜水理性质及物理力学性质的变化由上至下：孔隙性、压缩性由大变小吸水性由强→弱；波速由小→大；强度由低→高全风化带：疏松、半疏松碎、块石占95%。纵波速度500-2000m/s，渗透系数0.1-2.6m/d，结构松散，强度低。强风化带：疏松、半疏松岩石夹半坚硬岩石，疏松占30-70%，纵波速度2000-3000m/s，渗透系数0.1-4m/d，抗压强度<20MPa弱风化带：上部坚硬块石夹半疏松碎屑，碎屑含<20%，30-70%结构面发育碎屑等几十公分。RQD50-90%，纵波速度3000-5000m/s微风化带：坚硬岩石，沿裂面风化，约1mm厚风化皮，RQD90-95%，纵波速度5000-6000m/s。主要矿物蚀变趋势：斜长石：水解作用及脱钙作用黑云母：水化脱钾、氧化→水云母化辉石、角闪石：水解→绿泥石→蒙脱石白云母：→伊利石→蒙脱石→高岭土石英：→硅酸→石髓→次生石英一般：石英、高岭土、氧化铁、铝土矿通常是最终产物的组合。化学成分活动性强的元素：K、Na等，随水流失。活动性弱的元素：Fe、Al、Si等，残留在原地。含活动元素多者易于风化。同一种元素，所组成的化合物不同，岩石的抗风化能力也不同结构特点单一矿物组成的岩石抗风化能力较强：单矿岩>复矿岩矿物成分相同：等粒结构>不等粒结构，单粒结构岩石抗风化能力较强，细粒>粗粒Si质胶结>Ca质胶结>泥质胶结原因：导热性不同、胀缩性不同、比表面积不同。总之：在整个风化剖面上，风化程度不同的岩石表现出不同的物理、矿物组合特征。从地表至深部新鲜基岩，风化是逐渐过渡的。风化岩的垂直分带一分带的意义及可能性地基：选择基础埋深位置边坡：选择稳定的边坡高度和坡度不同深度岩石与风化营力接触时间和程度不同；矿物风化具有阶段性钾长石→绢云母→水云母→高岭石；黑云母→蛭石→蒙脱石→高岭石分带的方法工程的初勘阶段：以定性分带为主工程的详勘阶段：以定量分带为主地质分析法—定性分析方法：通过岩石颜色、破碎程度、矿物成分的变化指标定量法(1)声波测试法：岩石风化后，声波速度变慢全风化带纵波速1000-2000强风化带纵波速2000-3000弱风化带纵波速3000-5000微风化带纵波速5000-6000Kn=n1/n2—孔隙率系数Kω=ω1/ω2—吸水率系数KR=R1/R2—强度系数（单轴抗压强度）按风化系数Ky大小较小分带(2)风化系数法锤击发声清脆，须爆破开挖纵波声速值高，声速曲线摆动较小与原岩相差无几岩体完整性较好，风化裂隙少见仅沿裂隙面有矿物轻微变异，并有铁质，钙质薄膜仅沿裂隙表面略有改变微风化带锤击发声不够清脆，须爆破开挖纵波声速值较高，声速曲线摆动较大力学性质较原岩低，单轴抗压强度为原岩的1/3－2/3岩体一般较好，原岩结构构造清晰，风化裂隙尚发育，时夹少量岩屑沿裂隙面矿物变异明显，有次生矿物出现岩体表面及裂隙表面大部分变色，断口颜色仍较新鲜弱风化带锤击声哑，用锹镐开挖，偶须爆破纵波声速值较低，声速曲线摆动大物理力学性质不大均一，强度较低，岩块单轴抗压强度小于原岩的1/3，风化较深的岩块手可压碎岩体强烈破碎，呈岩块、岩屑、时夹粘性土除石英外大部分矿物均已变异，仅岩快中心变异较轻,次生矿物广泛出现大部分变色，岩快中心部分尚较新鲜强风化带锤击声哑，锹镐可挖动纵波声速值低，声速曲线摆动小强度很低，浸水能崩解，压缩性能增大，手指可捏碎呈土状，或粘性土夹碎屑，结构已彻底改变，有时外观保持原岩状态除石英外，其余矿物多已变异，形成绿泥石、绢云母、蛭石、滑石、石膏、盐类及粘土矿物等次生矿物原岩完全变色，常呈黄褐、棕红、红色剧风化带其它特点声速特性物理力学性质岩体破碎特点矿物颜色岩石颜色风化分带岩石风化壳分带及各带基本特征分带的标志风化结果及工程意义岩体结构构造发生变化岩体完整性遭受破坏，结构性丧失，空隙性增大，破碎成块石、碎石或土体。岩石的矿物成分和化学成分发生变化可溶矿物溶解流失，耐风化矿物残留下来，形成稳定性好的次生矿物：如绿泥石、绢云母、高岭石、蒙脱石等。岩体的工程地质性质发生变化如：力学强度的降低压缩性变增大（由基岩→粘土）；渗透性增强；次生矿物的抗水性降低、亲水性增强，易崩解、膨胀、软化。总体上：恶化了岩石的工程性质。在工程选址、岩土体稳定、地基处理、灾害防治、工程造价等方面都有重要意义。基础建基面处置、确定矿坑边坡角、洞室围岩支护、基坑开挖层支护、抗滑工程设置等都要考虑到风化问题。风化结果及工程意义指导思想通过人工措施，使风化营力与岩石隔离，使岩石免遭继续风化，或减缓风化营力的作用强度，减缓岩石风化速度。预防对象：粘土岩类预防手段表面铺盖（粘土、水泥、沥青材料）化学材料充填（在岩石裂隙中充填化学材料，形成保护膜）植被岩石风化防治措施防治措施风化厚度较小，施工条件简单时，全部挖除。风化厚度较大，数十米以上时，处理措施视具体条件而定。一般工业民用建筑物，可选择足够强度的风化层作地基，设置合理的基础埋置深度重大工程，需挖除对工程构成危险的风化岩石。对于囊状或夹层风化带，可采用局部挖除或铺盖跨越。