第二章岩块和岩体的地质特征.docx

1、第二章岩块和岩体的地质特征第二章 岩块和岩体的地质特征第一节 概 述岩体与岩块本质的区别：岩体中存在有各种各样的结构面；不同于自重应力（场）的天然应力场和地下水。第二节 岩 块一、岩块的物质组成 （substance compositio）n）及完1 岩块 （ rock or rock block ） 指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元。 国内外，有些学者又称为结构体（ structural element ）、岩石材料（ rock material 整岩石（ intact rock ）等等。2 岩石（ rock ）具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体。3岩块的力

2、学性质一般取决于组成 岩块的矿物成分 及其相对含量 。 造岩矿物五大类：含氧盐、氧化物及氢氧化物、卤化物、硫化物、自然元素。 其中，含氧盐中的硅酸盐、碳酸盐及氧化物类矿物最常见，构成 99.9%的岩石。（ 1）硅酸盐类矿物：长石、辉石、角闪石、橄榄石及云母和粘土矿物等。1长石、辉石、角闪石和橄榄石，硬度大，呈粒、柱状晶形，如含此类矿物多的岩石：花岗 岩、闪长岩及玄武岩等，强度高，抗变形性能好。多生成于高温环境，易风化成高岭石、水云母 等，无以橄榄石的基性斜长石等抗风化能力最差，长石、角闪石次之。2粘土矿物：属层状硅酸盐类矿物，主要有高岭石、水云母（伊利石）和蒙脱石三类，具薄 片状或鳞片状构造，

3、硬度小。含此类矿物多的岩石如粘土岩、粘土质岩，物理力学性质差，并具 有不同程度的胀缩性。是石灰岩和白云岩类的主要造岩矿物。 岩石的物理力学性质取决于岩石中 CaCO3 及酸不溶物的 含量。CaCO含量f,如纯灰岩、白云岩等强度高，抗变形和抗风化性能比较好；泥质含量f,如泥质灰岩、泥灰岩等，力学性质较差；硅质含量f，岩石性质将娈好。碳酸盐类岩体中，常发育岩溶现象。（ 3）氧化物类矿物 以石英最常见,是地壳岩石的主要造岩矿物。硬度大，化学性质稳定。石英f,岩块的强度和抗变形性能明显增强。4岩块的矿物组成与岩石的成因及类型密切相关（ 1）岩浆岩 ：多以硬度大的粒柱状硅酸盐、石英等矿物为主,物理力学性

4、质一般很好。（ 2）沉积岩 ：粗碎屑岩如砂砾岩等,力学性质很大程度上取决于胶结物成分及其类型；细碎 屑岩如页岩、泥岩等,多以片状的粘土矿物为主,力学性质一般很差。（ 3）变质岩 ：与母岩类型及变质程度有关。 浅变质岩如千枚岩、板岩等,多含片状矿物（如绢云母、绿泥石及粘土矿物等） ,岩块力学性质较差。深变质岩如片麻岩、混合岩、石英岩等,多以粒状矿物（如长石、石英、角闪石等）为主, 力学性质好。二、岩块的结构与构造（ structure and construc）t1岩块的结构（岩石结构） 指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系,包括颗粒的大小、形状、排列、结构连结特 点及岩石中的微结构面（即内

5、部缺陷） 。二者对岩块（石）的工程性质影响最大。（ 1）岩石中结构连结的类型有两种：1结晶连结 （crystal connect） 如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩。2胶结连结 （cementing connect） 如沉积碎屑岩、部分粘土岩,其强度主要取决于胶结物及胶结类型。从胶结物来看，硅质胶结的岩石（块）强度最高，铁质、钙质胶结次之，泥质胶结强度最低, 且抗水性差。从胶结类型来看，基底式胶结（a）强度最高，孔隙式胶结（c）次之，接触式胶结（b）最低,见图2.1 o (c)1为胶结物质2为颗粒3为未充填之孔隙图2.1碎屑岩胶结类型（2）微结构面指存在于矿物颗粒内部或颗粒之间的软弱面或缺陷

6、（空隙） ，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂隙、微层面及片理面、片麻理面等。降低岩块的强度，导致岩块力学性质的明显各向异性。2 岩块的构造指矿物集合体之间及其与其它组分之间的排列组合方式。如岩浆岩中的流线、流面构造，沉积岩中的微层状构造，变质岩中的片状构造及其定向构造三、岩块的风化程度 （weathering exten）风化程度f,岩块的空隙率和变形随之增大，强度降低，渗透性加大。女口：花岗岩类岩石t破裂t雨水中的 H2CO分解t H2CO与长石、云母、角闪石等矿物作用t Fe、Mg K、Na等可溶盐析出与游离 SiO2被地下水带走t岩屑、粘土物质和石英颗粒留于原地。1定性指标：颜色、

7、矿物蚀变（ablation）程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。2定量指标：（1）风化空隙率指标（Iw） （ Hamral, 1961）:快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比。（2）波速指标（据岩土工程勘察规范 GB50021-2001）（附表A.0.3 ,岩石按风化程度分类）其中：VCp、乂分别为风化岩块和新鲜岩块的纵波速度（ m/s）；二cw、二cw分别为风化岩块和新鲜岩块的饱和单轴抗压强度（ Mpa）。第三节结构面结构面（structural plane）:指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长 度、厚度相对较小的宏观地质界面或带。不连续面（discont

8、inuities ）或节理（joint ）”一、 结构面的成因类型（1） 地质成因类型原生结构面：岩体在成岩过程中形成的。（包括沉积结构面如层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面；岩浆结构面；变质结构面）构造结构面：断层、节理、劈理和层间错动面等。次生结构面：如卸荷、风化裂隙和次生夹泥和泥化夹层等。（2） 力学成因类型剪性结构面：剪应力引起，如逆断层、平移断层以及多数正断层。连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等现象发育。张性结构面：拉应力引起。如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等。张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏度大及破碎带较宽等特征。 其构造岩多为角砾岩，

9、易被充填。含水丰富，导水性强。二、 结构面的规模及分级5级,（1） 按结构面延伸长度、切割深度、破碎带宽度及其力学效应，可将结构面分为如下见表21 : i级结构面（2） 从工程地质测绘观点来看，可分为两大类： 实测结构面f级结构面结构面分级 6060 台r 3030 目r 515 罗r 5fr哥二、岩体的工程分类1.岩体质量分级（工程岩体分级标准 GB50218-94）采用二级分级法：先按BQ初步分级；然后针对工程岩体特点，考虑天然应力、地下水和结 构面的影响，再按修正后的 BQ 分级。% 岩体基本质量（rock mass basic guality ） （BQ :岩体所固有的影响工程岩体稳定

10、性的最基本属性。它是由岩石坚硬程度和岩体完整程度所决 定的。由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定。两种方法：定性划分和定量指标。定量指标法：1岩石坚硬程度t岩石单轴饱和抗压强度（ R）,为实测值。当无条件实测时，也可用实测的岩石点荷载强度指数I s（5。）换算：尺=22.82I爲）点荷载强度指数I s（5o）（ Point Load Strength Index ）:直径50mm圆柱形试件径向加压时的点荷载强度。2岩体完整程度t岩体完整性系数（ Kv）,为实测值。当无条件取实测时值，可用指岩体体积节理数（Jv）,按表查出。岩体基本质量指标（BQ ：BQ=90+JU250KV式中，当 R 9

11、0KV+30 时，取 R=90KV+30;当 Kv 0.04R+0.4 时，取 K/=0.04R+0.4 ;其中 K/= ( VPn/Mr)VPm岩体弹性纵波速度（km/s）;W岩石弹性纵波速度（km/s ）。工程岩体（也叫围岩）的稳定性，除与岩体基本质量的好坏有关外，还受地下水、主要软弱 结构面、天然应力的影响。结合工程特点，考虑各影响因素来修正岩体基本质量指标：BQ =BQ-100 （ ki+k2+k3）式中：ki为地下水影响修正系数；k2为主要软弱面产状影响修正系数；k3为天然应力影响修正系数。2.岩体地质力学分类（ RMR分类）（Rock Mass Rati ng ）由南非科学和工业研

12、究委员会 （Cou ncil for Scie ntific and In dustrial Research ）提出的CSIR分类指标值RMR包括岩石强度、RQD值（岩石质量指标定义为“大于 10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数”）、节理间距、节理条件及地下水 5种指标。3.巴顿岩体质量（Q）分类1974年，挪威岩土工程研究所（ Norwegian Geotechnical Institute ）的巴顿（Barton ）等人提出的“ NGI ”岩体的隧道开挖质量分类法。其分类指标值 Q:RQD Jr JwQ =-J n Ja SRF式中：RQD （rock quality des

13、ig nation ）为岩石质量指标，由笛尔 1964年提出的；RQD =10cm以上（含10cm）岩芯累计长度疋100%钻孔长度Jn为节理组数；Jr为节理粗糙系数；Ja为节理蚀变系数；Jww为节理水折减系数；SRF为应力折减系数。其中RQD/ Jn岩体的完整性；Jr/ Ja结构面（节理）的形态，充填物特征及其次生变化程度；Jw/SRF水与其它应力存在时对岩体质量的影响。4洞室围岩分类国标锚杆喷射混凝土支护技术规范 ( GB50086-2001)该规范考虑了岩体结构、 结构面发育特征、 岩石强度及岩体声学性质等指标， 将岩体划分为 5 类，给出了毛洞自稳性的工程地质评价。三、岩体工程分类的发展趋势1采用多因素综合指标的岩体分类(岩体结构、结构面特征、岩块强度、岩石类型、地下水、风化程度、天然应力状态等) 2向定性和定量相结合的方向发展；3岩体工程分类与地质勘探结合起来；4新理论、新方法在岩体分类中的应用； 5强调工程岩体分类与岩体力学参数估算的定量关系的建立，与工程岩体处理方法、施工方 法相结合。