岩块和岩体的地质特征.docx

岩块和岩体的地质特征.docx

《岩块和岩体的地质特征.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩块和岩体的地质特征.docx（48页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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

岩体力学研究的对象是在各种地质作用下形成的天然岩体。

这些岩体，尤其是与人类工程活动密切相关的地壳表层岩体，其物理力学性质和力学属性，在很大程度上受形成和改造岩体的各种地质作用过程所控制，往往表现出非均匀、非连续、各向异性和多相性特征。

因此，在岩体力学研究中，应将岩体地质特征的研究工作置于相当重要的地位。

岩块和岩体均为岩石物质和岩石材料。

传统的工程地质方法往往是按岩石的成因，取小块试件在室内进行矿物成分、结构构造及物理力学性质的测定，以评价其对工程建筑的适宜性。

大量的工程实践表明，用岩块性质来代表原位工程岩体的性质是不合适的。

因此，自20世纪60年代起，国内外工程地质和岩体力学工作者都注意到岩体与岩块在性质上有本质的区别，其根本原因之一是岩体中存在有各种各样的结构面及不同于自重应力的天然应力场和地下水。

因而，从岩体力学观点出发提出了岩块、结构面和岩体等基本概念。

本章将重点讨论岩块、结构面和岩体的地质特征，影响岩块与岩体物理力学性质的主要地质因素以及岩体工程分类等问题。

第二节岩块

一、岩块的物质组成

岩块（rock或rockblock）是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体。

这一定义里的显著一词是个比较模糊的说法,一般来说，能明显地将岩石切割开来的分界面叫显著结构面，而包含在岩石块体内结合比较牢固的面如微层面、微裂隙等都属于不显著的结构面。

在国内外，有些学者把岩块称为结构体（structuralelement）、岩石材料（rock　material）及完整岩石（intactrock）等等。

岩石是由具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体组成的。

因此，新鲜岩块的力学性质主要取决于组成岩块的矿物成分及其相对含量。

一般来说，含硬度大的粒柱状矿物（如石英、长石、角闪石、辉石等）愈多时，岩块强度愈高；含硬度小的片状矿物（如云母、绿泥石、蒙脱石和高岭石等）愈多时，则岩块强度愈低。

自然界中的造岩矿物有：

含氧盐、氧化物及氢氧化物、卤化物、硫化物和自然元素五大类。

其中以含氧盐中的硅酸盐、碳酸盐及氧化物类矿物最常见，构成了几乎99.9％的地壳岩石。

而其他矿物的工程地质意义不大。

常见的硅酸盐类矿物有长石、辉石、角闪石、橄榄石及云母和粘土矿物等。

这类矿物除云母和粘土矿物外，硬度大，呈粒、柱状晶形。

因此，含这类矿物多的岩石如花岗岩、闪长岩及玄武岩等，强度高，抗变形性能好。

但该类矿物多生成于高温环境，与地表自然环境相差较大，在各种风化营力的作用下，易风化成高岭石、水云母等。

尤以橄榄石、基性斜长石等抗风化能力最差，长石、角闪石次之。

粘土矿物属层状硅酸盐类矿物，主要有高岭石、水云母及蒙脱石三类，具薄片状或鳞片状构造，硬度小。

因此含这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，特别是含蒙脱石多的膨胀岩，其物理力学性质更差。

碳酸盐类矿物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。

CaCO3含量越高，如纯灰岩、白云岩等强度高、抗变形和抗风化性能都比较好。

泥质含量高的，如泥质灰岩、泥灰岩等，力学性质较差。

但随岩石中硅质含量的增高，岩石性质将不断变好。

另外，碳酸盐类岩体中，常发育各种岩溶现象，使岩体性质趋于复杂化。

氧化物类矿物以石英最常见，是地壳岩石的主要造岩矿物。

呈等轴晶系、硬度大，化学性质稳定。

因此，一般随石英含量增加，岩块的强度和抗变形性能都明显增强。

岩块的矿物组成与岩石的成因及类型密切相关。

岩浆岩多以硬度大的粒柱状硅酸盐、石英等矿物为主，所以其岩块物理力学性质一般都很好。

沉积岩中的粗碎屑岩如砂砾岩等，其碎屑多为硬度大的粒柱状矿物，岩块的力学性质除与碎屑成分有关外，在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，矿物成分多以片状的粘土矿物为主，其岩块力学性质很差。

变质岩的矿物组成与母岩类型及变质程度有关。

浅变质的副变质岩如千枚岩、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，多以粒柱状矿物（如长石、石英、角闪石等）为主，因而其岩块力学性质好。

二、岩块的结构与构造

岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形状和排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。

岩块的结构特征，尤其是矿物颗粒间连结及微结构面的发育特征对岩块的力学性质影响很大。

矿物颗粒间具有牢固的连结是岩石区别于土并赋予岩石以优良工程地质性质的主要原因。

岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结两类。

结晶连结是矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩均具这种连结。

它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触，故一般强度较高。

但是不同的结晶结构对岩块性质的影响不同。

一般来说，等粒结构的岩块强度比非等粒结构的高，且抗风化能力强。

在等粒结构中，细粒结构岩块强度比粗粒结构的高。

在斑状结构中，具细粒基质的岩块强度比玻璃质基质的高。

总之，结晶愈细愈均匀，非晶质成分愈少，岩块强度愈高，如某粗粒花岗岩的抗压强度（σc）为120MPa，而其成分相同的细粒花岗岩σc可达250MPa。



胶结连结是矿物颗粒通过胶结物连结在一起，如碎屑岩等具这种连结方式。

胶结连结的岩块强度取决于胶结物成分及胶结类型。

一般来说，硅质胶结的岩块强度最高；铁质、钙质胶结的次之；泥质胶结的岩块强度最低，且抗水性差。

如某地具不同胶结物的砂岩抗压强度为：

硅质胶结的σc＝207.5MPa；铁质胶结的σc＝105.9MPa；钙质胶结的σc＝84.2MPa；泥质胶结的σc＝55.6MPa。

从胶结类型来看，常以基底式胶结的岩块强度最高，孔隙式胶结的次之，接触式胶结的最低。

微结构面是指存在于矿物颗粒内部或颗粒间的软弱面或缺陷，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。

它们的存在不仅降低了岩块的强度，还往往导致岩块力学性质具有明显的各向异性。

岩块的构造是指矿物集合体之间及其与其他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等等。

这些都可使岩块物理力学性质复杂化。

由上述可知岩块的结构构造不同，其力学性质及其各向异性和不连续性程度也不同。

因此，在研究岩块的力学性质时也要注意其各向异性和不连续性。

但是相对岩体而言，岩体的各向异性和不连续性更为显著，因此，在岩体力学研究中，通常又把岩块近似地视为均质、各向同性的连续介质。



三、岩块的风化程度

众所周知，风化作用可以改变岩石的矿物组成和结构构造，进而改变岩块的物理力学性质。

一般来说，随风化程度的加深，岩块的空隙率和变形随之增大，强度降低，渗透性加大。



不同的岩石对风化作用的反应是不同的。

如花岗岩类岩石，常先发生破裂，而后被渗入的雨水形成的碳酸所分解。

碳酸与长石、云母、角闪石等矿物作用，析出Fe，Mg，K，Na等可溶盐以及游离SiO2，并被地下水带走，而岩屑、粘土物质和石英颗粒等残留在原地。

基性岩浆岩的风化过程，与中酸性岩浆岩类似，只是其风化残留物多为粘土；石灰岩的风化残留物为富含杂质的粘土；砂砾岩的风化，常仅发生解体破碎，等等。

因此，研究岩体风化时，应考虑到岩石的风化程度及风化产物的类型。

岩块的风化程度可通过定性指标和某些定量指标来表述。

定性指标主要有：

颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。

定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。

风化空隙率指标（Iw）是汉罗尔（Hamral，1961）提出的。

Iw是快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比。

借此可近似地反映风化岩块空隙率的大小。

国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021-94中提出用风化岩块的纵波速度（vcp）、波速比（kv）和风化系数（kf）等指标来评价岩块的风化程度，其中kv、kf的定义为：

（2-1）

（2-2）

式中：

vcp，vrp分别为风化岩块和新鲜岩块的纵波速度（m／s）；σ′cw，σcw分别为风化岩块和新鲜岩块的饱和单轴抗压强度（MPa）。

按岩块的vcp,kv和kf将硬质岩石的风化分级划分如表2-1。

表2-1硬质岩石按波速指标的风化分级表（据岩土工程勘察规范，1995）

第三节结构面

结构面（structuraLplane）是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，厚度相对较小的地质界面或带。

它包括物质分异面和不连续面，如层面、不整合面、节理面、断层、片理面等。

国内外一些文献中又称为不连续面（discontinuities）或节理（joint）。

在结构面中，那些规模较大、强度低、易变形的结构面又称为软弱结构面。

结构面对工程岩体的完整性、渗透性、物理力学性质及应力传递等都有显著的影响，是造成岩体非均质、非连续、各向异性和非线弹性的本质原因之一。

因此，全面深入细致地研究结构面的特征是岩体力学中的一个重要课题。

一、结构面的成因类型

（一）地质成因类型

根据地质成因的不同，可将结构面划分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三类，各类结构面的主要特征如表2-2。

表2-2岩体结构面的类型及其特征（据张咸恭，1979）

成因

类型

地质类型

主要特征

工程地质评价

产状

分布

性质

原生结构面

沉积结构面

1层理层面

2软弱夹层

3不整合面、假整合面

4沉积间断面

一般与岩层产状一致，为层间结构面

海相岩层中此类结构面分布稳定，陆相岩层中呈交错状，易尖灭

层面、软弱夹层等结构面较为平整；不整合面及沉积间断面多由碎屑泥质物构成，且不平整

国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此类结构面所造成的，如奥斯汀、圣·弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水库附近的巨大滑坡岩浆结构面侵入体与围岩接触面

岩浆岩结构面

1侵入体与围岩接触面

2岩脉岩墙接触面

3原生冷凝节理

岩脉受构造结构面控制，而原生节理受岩体接触面控制

接触面延伸较远，比较稳定，而原生节理往往短小密集

与围岩接触面可具熔合及破碎两种不同的特征，原生节理一般为张裂面，较粗糙不平

一般不造成大规模的岩体破坏，但有时与构造断裂配合，也可形成岩体的滑移，如有的坝肩局部滑移

变质结构面

1片理

2片岩软弱夹层

产状与岩层或构造方向一致

片理短小，分布极密，片岩软弱夹层延展较远，具固定层次

结构面光滑平直，片理在岩层深部往往闭合成隐蔽结构面，片岩软弱夹层具片状矿物，呈鳞片状

在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路堑边坡常见塌方。

片岩夹层有时对工程及地下洞体稳定也有影响

构造结构面

1节理（X型节理、张节理）2断层（冲断层、捩断层、横断层）

3层间错动

4羽状裂隙、劈理

产状与构造线呈一定关系，层间错动与岩层一致

张性断裂较短小，剪切断裂延展较远，压性断裂规模巨大，但有时为横断层切割成不连续状

张性断裂不平整，常具次生充填，呈锯齿状，剪

切断裂较平直，具羽状裂隙，压性断层具多种构造岩，成带状分布，往往含断

层泥、糜棱岩

对岩体稳定影响很大，在上述许多岩体破坏过程中，大都有构造结构面的配合作用。

此外常造成边坡及地下工程的塌方、冒顶

次生结构面

1卸荷裂隙

2风化裂隙

3风化夹层

4泥化夹层

5次生夹泥层

受地形及原结构面控制

分布上往往呈不连续状，透镜状，延展性差，且主要在地表风化带内

发育

一般为泥质物充填，水理性质很差

在天然及人工边坡上造成危害，有时对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦

有影响，但一般在施工中予以清基处理

1.原生结构面

这类结构面是岩体在成岩过程中形成的结构面，其特征与岩体成因密切相关，因此又可分为沉积结构面、岩浆结构面和变质结构面三类。

沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，包括层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。

沉积结构面的特征与沉积岩的成层性有关，一般延伸性较强，常贯穿整个岩体，产状随岩层产状而变化。

如在海相沉积岩中分布稳定而清晰；在陆相岩层中常呈透镜状。



岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等。



变质结构面可分为残留结构面和重结晶结构面。

残留结构面主要是沉积岩经变质后，在层面上绢云母、绿泥石等鳞片状矿物富集并呈定向排列而形成的结构面，如千枚岩的千枚理面和板岩的板理面等。

重结晶结构面主要有片理面和片麻理面等，它是岩石发生深度变质和重结晶作用下，片状矿物和柱状矿物富集并呈定向排列形成的结构面，它改变了原岩的面貌，对岩体的物理力学性质常起控制性作用。

原生结构面中，除部分经风化卸荷作用裂开者外，多具有不同程度的连结力和较高的强度。

2.构造结构面

这类结构面是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。

构造结构面除被胶结者外，绝大部分都是脱开的。

规模大者如断层、层间错动等，多数有厚度不等、性质各异的充填物，并发育有由构造岩组成的构造破碎带，具多期活动特征。

在地下水的作用下，有的已泥化或者已变成软弱夹层。

因此这部分构造结构面（带）的工程地质性质很差，其强度接近于岩体的残余强度，常导致工程岩体的滑动破坏。

规模小者如节理、劈理等，多数短小而密集，一般无充填或只具薄层充填，主要影响岩体的完整性和力学性质。



3.次生结构面

这类结构面是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。

卸荷裂隙面是因表部被剥蚀卸荷造成应力释放和调整而产生的，产状与临空面近于平行，并具张性特征。

如河谷岸坡内的顺坡向裂隙及谷底的近水平裂隙等，其发育深度一般达基岩面以下5～10m，局部可达数十米，甚至更大。

谷底的卸荷裂隙对水工建筑物危害很大，应特别注意。

风化裂隙一般仅限于地表风化带内，常沿原生结构面和构造结构面叠加发育，使其性质进一步恶化。

新生成的风化裂隙，延伸短，方向紊乱，连续性差。

泥化夹层是原生软弱夹层在构造及地下水共同作用下形成的；次生夹泥层则是地下水携带的细颗粒物质及溶解物沉淀在裂隙中形成的。

它们的性质一般都很差，属软弱结构面。



（二）力学成因类型

从大量的野外观察、试验资料及莫尔强度理论分析可知，在较低围限应力（相对岩体强度而言）下，岩体的破坏方式有剪切破坏和拉张破坏两种基本类型。

因此，相应地按破裂面的力学成因可分为剪性结构面和张性结构面两类。

张性结构面是由拉应力形成的，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等。

羽毛状张裂面是剪性断裂在形成过程中派生力偶所形成的，它的张开度在邻近主干断裂一端较大，且沿延伸方向迅速变窄，乃至尖灭。

纵张破裂面常发生在背斜轴部，走向与背斜轴近于平行，呈上宽下窄。

横张破裂面走向与褶皱轴近于垂直，它的形成机理与单向压缩条件下沿轴向发展的劈裂相似。

一般来说，张性结构面具有张开度大、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，易被充填。

因此，张性结构面常含水丰富，导水性强等。

剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。

剪性结构面的特点是连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等现象发育。

二、结构面的规模与分级

结构面的规模大小不仅影响岩体的力学性质，而且影响工程岩体力学作用及其稳定性。

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5级。

Ⅰ级指大断层或区域性断层，一般延伸约数公里至数十公里以上，破碎带宽约数米至数十米乃至几百米以上。

有些区域性大断层往往具有现代活动性，给工程建设带来很大的危害，直接关系着建设地区的地壳稳定性，影响山体稳定性及岩体稳定性。

所以，一般的工程应尽量避开，如不能避开时，也应认真进行研究，采取适当的处理措施。

Ⅱ级指延伸长而宽度不大的区域性地质界面，如较大的断层、层间错动、不整合面及原生软弱夹层等。

其规模贯穿整个工程岩体，长度一般数百米至数千米，破碎带宽数十厘米至数米。

常控制工程区的山体稳定性或岩体稳定性，影响工程布局，具体建筑物应避开或采取必要的处理措施。

Ⅲ级指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。

宽度一般数厘米至1m左右。

它主要影响或控制工程岩体，如地下洞室围岩及边坡岩体的稳定性等等。

Ⅳ级指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等。

长度一般数十厘米至20～30m，小者仅数厘米至十几厘米，宽度为零至数厘米不等。

是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。

该级结构面数量多，分布具随机性，主要影响岩体的完整性和力学性质，是岩体分类及岩体结构研究的基础，也是结构面统计分析和模拟的对象。

Ⅴ级又称微结构面。

指隐节理、微层面、微裂隙及不发育的片理、劈理等，其规模小，连续性差，常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质。

上述5级结构面中，Ⅰ、Ⅱ级结构面又称为软弱结构面，Ⅲ级结构面多数也为软弱结构面，Ⅳ、Ⅴ级结构面为硬性结构面。

不同级别的结构面，对岩体力学性质的影响及在工程岩体稳定性中所起的作用不同。

如Ⅰ级结构面控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体（如滑坡、崩塌等）的边界面，直接威胁工程的安全稳定性；Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，是岩体结构研究的重点，也是难点，因为相对于工程岩体来说Ⅲ级以上结构面分布数量少，甚至没有，且规律性强，容易搞清楚，而Ⅳ级结构面数量多且具随机性，其分布规律不太容易搞清楚，需用统计方法进行研究；Ⅴ级结构面控制岩块的力学性质，等等。

但各级结构面是互相制约、互相影响，并非孤立的。

这些特点在实际工作中应予注意。

三、结构面特征及其对岩体性质的影响

图2-1结构面产状对破坏机理的影响示意图

结构面对岩体力学性质的影响是不言而喻的，但其影响程度则主要取决于结构面的发育情况。

如岩性完全相同的两种岩体，由于结构面的空间方位、连续性、密度、形态、张开度及其组合关系等的不同，在外力作用下，这两种岩体将呈现出完全不同的力学反应。

因此研究结构面特征及其力学效应是十分必要的。

下面主要就Ⅳ级结构面进行讨论。



（一）产状

结构面的产状常用走向、倾向和倾角表示。

结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。

如图2-1所示，当结构面与最大主平面的夹角β为锐角时，岩体将沿结构面滑移破坏（图2-1（a））；当β＝0°时，表现为横切结构面产生剪断岩体破坏（图2-1（b））；当β＝90°时，则表现为平行结构面的劈裂拉张破坏（图2-1（c））。

随破坏方式不同，岩体强度也发生变化。

据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度σ1与结构面倾角β间的关系为：

（2-3）

图2-2结构面的线连续性系数计算图

式中：

Cj，φj分别为结构面的粘聚力和摩擦角。

由（2-3）式可知：

当围压σ3不变时，岩体强度（σ1－σ3）随结构面倾角β变化而变化。

（二）连续性

结构面的连续性反映结构面的贯通程度，常用线连续性系数、迹长和面连续性系数表示。

线连续性系数（K1）是指沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和（Σa）与测线长度的比值（图2-2），即：

（2-4）

式中：

Σa，Σb分别为结构面及完整岩石长度之和。

K1变化在0～1之间，K1值愈大说明结构面的连续性愈好，当K1＝1时，结构面完全贯通。

另外，国际岩石力学学会（1978）主张用结构面的迹长来描述和评价结构面的连续性，并制订了相应的分级标准（表2-3）。

结构面的连续性对岩体的变形、变形破坏机理、强度及渗透性都有很大的影响。

（三）密度

结构面的密度反映结构面发育的密集程度，常用线密度、间距等指标表示。

线密度（Kd）是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数（条／m）；间距（d）则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离；两者互为倒数关系，即

（2-5）

按以上定义，则要求测线沿结构面法线方向布置，但在实际结构面量测中，由于露头条件的限制，往往达不到这一要求。

如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角为α，结构面的倾角为β时，则Kd可用下式计算：

（2-6）

式中：

L为测线长度，一般应为20～50m；K‘d为测线方向某组结构面的线密度，n为结构面条数。

当岩体中包含有多组结构面时，可用叠加方法求得水平测线方向上的结构面线密度。

结构面的密度控制着岩体的完整性和岩块的块度。

一般来说，结构面发育愈密集，岩体的完整性愈差，岩块的块度愈小，进而导致岩体的力学性质变差，渗透性增强。

普里斯特等人（Priest等，1976）提出用线密度（Kd）来估算岩体质量指标RQD（rockqualitydesignation）为：



（2-7）

为了统一描述结构面密度的术语，ISRM规定了分级标准如表2-4。

表2-3结构面连续性分级表表2-4结构面间距分级表

（四）张开度

结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。

结构面两壁面一般不是紧密接触的，而是呈点接触或局部接触，接触点大部分位于起伏或锯齿状的凸起点。

这种情况下，由于结构面实际接触面积减少，必然导致其粘聚力降低。

当结构面张开且被外来物质充填时，则其强度将主要由充填物决定。

另外，结构面的张开度对岩体的渗透性有很大的影响。

如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的渗透系数（Kf）可表达为：

（2-8）

式中：

e为结构面张开度（mm），它的描述术语和分级标准如表2-5所示；υ为水的运动粘滞系数（cm2／s）；g为重力加速度。

表2-5结构面张开度分级表

根据大量的野外实测统计表明，Ⅳ级及部分Ⅲ级结构面的产状、迹长、间距及张开度等几何特征参数，服从于某种随机分布规律，而非定值。

表26列出了结构面几何要素常见的概率分布规律，同时还给出了这些分布函数的表达式，供使用时参考。

这些分布规律对结构面网络及连通网络模拟、研究结构面的空间分布、岩体质量评价及岩体力学性质参数确定等都是很有用的。

表2-6结构面几何要素经验概率分布形式表

图2-4结构面的起伏角计算图

图2-5标准粗糙程度剖面及其JRC值

（据Barton，1977）

图2-3结构面的起伏形态示意图

平直的；b.台阶状的；c.锯齿状的；d.波状的；e.不规则状的

（五）形态

结构面的形态对岩体的力学性质及水力学性质存在明显的影响，结构面的形态可以从侧壁的起伏形态及粗糙度两方面进行研究。

据统计，结构面侧壁的起伏形态可分为：

平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的几种（图2-3）。

而侧壁的起伏程度可用起伏角（i）表示如下（图2-4）：



（2-9）

式中：

h为平均起伏差；L为平均基线长度。



结构面的粗糙度可用粗糙度系JRC（jointroughnesscoefficient）表示，随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。

据巴顿（Barton，1977）的研究可将结构面的粗糙度系数划分为如图2-5的10级。

在实际工作中，可用结构面纵剖面仪测出所研究结构面的粗糙剖面，然后与图2-5所示的标准剖面进行对比，即可求得结构面的粗糙度系数JRC。

（六）充填胶结特征

结构面经胶结后，总的来说，力学性质有所改善。

改善的程度因胶结物成分不同而异。

以铁硅质胶结的强度最高，往往与岩石强度差别不大，甚至超过岩石强度，这类结构面一般不予研究。

而泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。

未胶结具一定张开度的结构面往往被外来物质所充填，其力学性质取决于充填物成分、厚度、含水性及壁