理论教育 任务二岩体结构特性:工程地质分析

任务二岩体结构特性:工程地质分析

时间:2023-10-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:岩体结构是由结构面和结构体两个要素组合形成的,它决定了岩体的工程地质特性及其在外力作用下的变形破坏机理,所以必须对岩体的结构进行研究。为了概括地反映岩体结构面和结构体的成因、特征及其排列组合关系,将岩体的结构划分为四大类八个亚类。

任务二岩体结构特性:工程地质分析

岩体结构是由结构面和结构体两个要素组合形成的,它决定了岩体的工程地质特性及其在外力作用下的变形破坏机理,所以必须对岩体的结构进行研究。

一、结构面的成因类型

结构面是指发育于岩体中,具有一定方向和延伸性以及一定厚度的各种地质界面,如断层、节理、层理及不整合面等。由于结构面是在建造和改造过程中形成的,其空间性状和界面特征与其成因和演变历史关系密切,因而其基本分类可按成因分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三大类,其主要特征见表6.3。

表6.3 岩体结构面的类型及其特征

注:据张咸恭,1979年。

1. 原生结构面

原生结构面是在岩体成岩过程中形成的,其特征与岩体成因关系密切,可分为3类:

沉积结构面 是沉积岩在沉积、成岩过程中形成的结构面,如层理面、软弱夹层、沉积间断面及不整合面等。其共性是延伸性强,常贯穿整个岩体,产状随岩层变化。沉积结构面对工程岩体稳定性往往威胁较大。

岩浆结构面 在岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面,包括与围岩的接触面和原生节理、流面、流线等。

变质结构面 包括残留结构面和重结晶结构面。残留结构面主要是在浅变质沉积岩层面上有绢云母绿泥石等鳞片状矿物富集、定向排列后形成的层理面。重结晶结构面是在深变质和重结晶作用下的变质岩中,片、柱状矿物富集并定向排列后形成的结构面,如片理、片麻理等,对岩体特性起到控制作用。

2. 构造结构面

构造结构面是在构造运动过程中形成的破裂面,包括断层、节理、劈理及层间错动面等,绝大多数未胶结。其中断层、层间错动等规模较大,对岩体破坏较大,而规模较小的节理、劈理等对岩体完整性及力学性质也有一定影响。

3. 次生结构面

岩体形成后,在外营力作用下产生的结构面,如卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层及泥化夹层等称为次生结构面。次生结构面对边坡、水工建筑物、岩体强度等有时会产生很大影响,造成很大危害。

岩体中结构面的存在,对岩体的力学性质会产生一定影响,其中结构面的产状、密度、连续性、形态、张开度、充填物胶结特征等的影响性较重要,在实际工作中必须予以考虑,以保证工程质量。此外,结构面对岩体力学性质的影响程度及在工程岩体稳定性中所起的作用,还取决于它的规模(见表6.4)。

表6.4 结构面分级及其特征

注:据孙广忠,1988。

除结构面外,岩体结构的另一个要素结构体为被结构面切割成的岩石块体,它可以用规模、形态、产状来描述。因为结构体是由结构面切割成的,不同级别的结构面切割成四级结构体,其中Ⅳ级结构面切割的Ⅳ级结构体最小,称为岩块。结构体的规模不同,在工程稳定中起的作用也不同。结构体的形状极复杂,而在岩体稳定性评价中很重要,形状不同,稳定程度不同。一般的,板状结构比柱状、块状的差,而楔状的比菱形及锥形的差,但还需要结合其产状及工程作用力的关系做具体分析。结构体的产状一般用结构体表面上最大的结构面的长轴方向表示。它对岩体稳定性的影响需结合其产状及工程作用力来分析。

二、软弱夹层及泥化夹层

1. 软弱夹层

软弱夹层是指岩体中那些性质软弱,有一定厚度的软弱结构面或软弱带,成因上有原生沉积的、火山碎屑的、沉积变质的、层间错动和断裂破碎的、次生充填的及地下水泥化的等。与周围岩体相比,软弱夹层具有高压缩性和低强度的特征,所以对岩体的工程稳定性具有重要的意义,在水工建筑中往往是工程地质研究的主要对象。

大量研究表明,软弱夹层的力学强度与充填物的物质组成、结构特征、充填程度及厚度等因素密切相关。(www.daowen.com)

物质成分的影响 软弱夹层按颗粒成分可分为泥化夹层、夹层泥、碎屑夹泥层、碎屑夹层等几种类型。颗粒成分不同,对软弱结构面的抗剪强度及剪应力—剪位移曲线特征具有明显的影响。

填充物结构的影响 总的来说,目前这个问题的研究尚不足,但对软弱夹层中最重要的一种构造泥化夹层的结构特征及力学效应,却有大量的资料,后面我们将做介绍。

充填程度及厚度的影响 结构面的充填程度可用结构面内充填物质厚度d与起伏差h之比表示,d / h即称为充填度。一般情况下,充填度越小,结构面的力学强度越高;反之,随着充填度的增加,其力学强度逐渐降低。

2. 泥化夹层

泥化夹层是指岩体中软弱岩层在层间错动与地下水的长期物理化学作用下所形成的结构疏松、颗粒多呈定向排列、粒间连接微弱的特殊软弱层,多发生在上下相对坚硬而中间相对软弱、刚柔相间的岩层组合条件下。在构造运动作用下,泥化夹层为地下水渗流提供了通道。水的作用使破碎岩石中的颗粒分散、含水量增大,进而使岩石处于塑性状态(泥化),强度大大降低。水还使夹层中的可溶盐类溶解,引起离子交换,改变泥化夹层的物理、化学性质

泥化夹层具有以下特征:

(1)由原岩的超固结胶结式结构,变成了泥质散状结构或泥质定向结构。

(2)黏粒含量较原岩增多并达到一定含量。

(3)含水量接近或超过塑限,密度比原岩小。

(4)常具有一定膨胀性。

(5)力学强度比原岩大大降低,压缩性较大。

(6)由于结构松散,因而抗冲刷能力低,在渗透水流作用下,易产生渗透变形。

以上这些特征对工程建筑物危害很大。对于泥化夹层的研究,应侧重于其成因类型,存在形态,分布和所夹物质的成分、物理力学性质以及这些性质在条件改变时的变化趋势。

三、岩体的结构类型

由于组成岩体的岩性遭受构造运动及次生变化的不均一性,导致了岩体的结构复杂性。为了概括地反映岩体结构面和结构体的成因、特征及其排列组合关系,将岩体的结构划分为四大类八个亚类。不同结构类型的岩体,其工程地质性质不同。各类结构岩体的基本特征如表6.5所示。

表6.5 岩体结构的基本类型

整体块状结构 岩性均一,无软弱面或含 2~3 组较发育的软弱面,结构面间距大于50 cm,含有的原生结构面结合力较强。如厚层或巨厚层的碳酸盐岩、碎屑岩等沉积岩、花岗岩、闪长岩等大型岩浆岩侵入体,原生节理不发育的流纹岩、安山岩、玄武岩、凝灰角砾岩等火山岩体以及某些大理岩石英岩、片麻岩、蛇纹岩、混合岩等变质岩体可属此类型。

层状结构 含 1 组连续性好、抗剪性能较低的软弱面的岩体,一般岩性不均一。按软弱面发育密度可分为层状(软弱面间距 50~30 cm)、薄层状(间距小于 30 cm)。属此类型的岩体有:中至薄层状的碳酸盐、碎屑岩等沉积岩,有明显喷发旋回或间断的流纹岩、玄武岩、火山集块岩、凝灰岩等火山岩,石英片岩、角闪石片岩、千枚岩等变质岩及含古风化夹层的岩体等。

碎裂结构 含有多组密集结构面的岩体,岩体被分割为碎块状,以某些动力变质岩为典型。

散体结构 一般为构造破碎带或强烈的风化带中块夹泥或泥包块的松软的岩体,如泥、岩粉、碎屑、碎块等。

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