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岩体结构

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所属类别:岩石力学

基本信息

中文名称:岩体结构
外文名称:

岩体内部结构面和结构体的组合形式。岩体中的结构面和结构体称为岩体结构单元,不同类型的岩体结构单元在岩体内的组合和排列形式称为岩体结构。岩体的力学强度、受力后的变形、破坏机制和稳定性,主要受岩体结构的控制。

岩体结构面

岩体内部具有一定方向、一定规模、一定形态和特性的面、缝、层和带状的地质界面。它是在地质发展历史,尤其是地质构造运动中,在岩体内形成的物质分异面和不连续面。结构面可分为原生结构面、构造结构面及次生结构面3种:①原生结构面。包括沉积结构面,如层面、层理;火成结构面,如岩浆岩体边缘的流层、流线与围岩的接触面,蚀变带、冷凝原生节理和岩浆的间歇性喷溢形成的结构面等;变质结构面,如片理、板理、剥理和黑云母、绿泥石、滑石富集带等。②构造结构面。系构造应力作用形成的破裂面,如断层、节理、层间错动面和劈理等。③次生结构面。一般由原生结构面或构造结构面经风化、地下水活动、卸荷和人工爆破等外营力叠加作用演化形成。如风化裂隙、卸荷裂隙和爆破裂隙等,常充填岩屑和次生泥。

由于结构面的成因、规模和形态各异,不同的结构面甚至同一结构面的不同部位具有不同的自然特性,其物理力学性质存在着明显的差别。结构面的几何形态(曲折、起伏、粗糙、平直、光滑),结合状态(闭合、张开),充填物质(岩屑、泥质、锈膜、方解石或石英胶结)及其厚度,直接影响着结构面的结合力和强度。按结构面的性质,可分为刚性结构面和软弱结构面。前者一般胶结较好或无充填,两面间呈硬性接触;后者一般充填有泥、岩屑等软弱物质。结构面的强度通常低于结构体的强度,在一定条件下成为受力岩体首先变形和破坏的部位。结构面的产状(走向、倾向、倾角)变化、延伸范围、发育密度、组数及其结合关系,直接影响岩体受力后的力学行为。各种结构面的组合构成岩体变形的边界,控制岩体破坏方式。

岩体结构体

不同规模、产状的结构面所围限的岩石块体。结构体的物质基础是地层与岩性。由于原岩的产状、岩性的差异以及后期受构造作用、次生地质作用程度的不同,其形状、规模、强度和排列有很大差异,直接影响岩体的工程性质。常见的单元结构体形态有:棱柱体、立方体、板状体、楔形体、菱形体和角锥体等。

结构面和结构体是岩体的基本组成部分,其物理、力学性质影响着岩体的工程地质性质,是控制岩体稳定的边界条件和主要因素。进行水利工程设计时,除针对控制性结构面进行处理外,还应充分利用结构体固有的强度,使之与水工结构物形成整体工作状态。

表1 中科院地质所早期的岩体结构分类表

结构类型 亚 类代号 名称 代号 名称 岩 体 结 构 特 征Ⅰ 整体块状结构 Ⅰ1 整体结构 岩性单一,结构面不发育,岩体呈完整状态或基本完整状态Ⅰ2 块状结构 岩性单一,由强度相近的岩层共同组合,结构面将岩体剖切成岩体集合体,岩块间结合力强Ⅱ 层状结构 Ⅱ1 层状结构 岩层单一,或不同性质岩层互层或夹极薄的软弱夹层;层面、软弱夹层及层间错动呈层状分布Ⅱ2 薄层状结构 岩相、岩性变化大,组合复杂,层状以薄层为主;层理、片理发育,结合力差,岩体呈薄板状结构Ⅲ 碎裂结构 Ⅲ1 镶嵌结构 岩性单一,岩质坚硬,Ⅳ、Ⅴ级结构面密度大、组数多,岩块棱角明显,彼此镶嵌啮合Ⅲ2 镶嵌碎裂结构 岩性复杂多变,软硬相间明显,软弱破碎带相对完整Ⅲ3 碎裂结构 岩性组合繁简不一,具有明显的各向异性,结构面组数多,组合复杂,多被软弱物质充填Ⅳ 散体结构 岩性复杂,基本呈松散状,有的为岩块夹泥,有的为泥包岩块

表2 GB 50287—99的岩体结构分类表

类 型 亚 类 岩 体 结 构 特 征块状结构 整体结构 岩体完整,呈巨块状,结构面不发育,间距大于100 cm块状结构 岩体完整,呈块状,结构面轻度发育,间距一般大于100~50 cm次块状结构 岩体较完整,呈次块状,结构面中等发育,间距一般大于50~30 cm层状结构 巨厚层状结构 岩体完整,呈巨厚层状,结构面轻度发育,间距一般大于100 cm厚层状结构 岩体较完整,呈厚层状,结构面轻度发育,间距一般100~50 cm中厚层状结构 岩体较完整,呈中厚层状,结构面中等发育,间距一般50~30 cm互层状结构 岩体较完整或完整性差,呈互层状,结构面较发育或发育,间距一般30~10 cm薄层状结构 岩体完整性差,呈薄层状,结构面发育,间距一般小于10 cm碎裂结构 镶嵌碎裂结构 岩体完整性差,岩块镶嵌紧密,结构面较发育到很发育,间距一般30~10 cm碎裂结构 岩体较破碎,结构面很发育,间距一般小于10 cm散体结构 碎块状结构 岩体破碎,岩块夹岩屑或泥质物碎屑状结构 岩体破碎,岩屑或泥质物夹岩块

岩体结构类型

中国的工程地质工作者寻求通过岩体结构类型的划分来评价岩体完整程度和稳定性。在水利水电工程中,应用较普遍的分类有二:一是中国科学院地质研究所早期的分类(表1);二是GB 50287—99《水利水电工程地质勘察规范》中的分类(表2)。

许多大型水利水电工程,根据本身岩体结构的特点,制定了适用于本工程的岩体结构分类,如长江三峡水利枢纽、云南漫湾水电站、青海龙羊峡水电站和四川二滩水电站等。

  
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