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岩體結構是岩體內岩塊的組合排列形式。岩體結構是由結構面和結構體2個基本單元組成。整體結構岩體的力學效應規律基本上與節理化岩體相近。以單軸抗壓強度為例,節理化岩體僅相當於岩塊抗壓強度的1/3至1/10,而整體結構岩體的單軸抗壓強度可相當於岩塊的1/2至1/3。

1 岩體結構 -岩體結構

 

2 岩體結構 -正文

  岩體內岩塊的組合排列形式。岩體結構是由結構面和結構體2個基本單元組成。
  結構面 岩體內存在的不同成因、不同特性的各種地質界面的統稱。如層面、節理、斷層、裂隙等。結構面不是幾何學上的面,而往往是具有一定張開度的裂縫,或被一定物質充填,具有一定厚度的層或帶。按成因,結構面可分為:沉積或成岩過程中產生的層面、夾層、冷凝節理等原生結構面;構造作用下形成的斷層、節理等構造結構面;變質作用下所產生的片理、片麻理等變質結構面;還有在外營力作用下形成的風化裂隙、卸荷裂隙等次生結構面。按規模(主要是長度),可將結構面分為5級:(幾十至上百公里,十幾公里,幾公里,幾米至幾十米和厘米級)。它們分級或共同控制著區域、地區、山體、岩體的穩定性和岩塊的力學特性。按性質,結構面可分為硬性(剛性)結構面和軟弱結構面。硬性結構面的摩擦係數較大,多數沒有充填物。軟弱結構面的摩擦係數相對較小,延伸較長,且普遍充填粘土、泥、岩石碎塊等物質。按物質組成和微結構形態,軟弱結構面分為原生軟弱夾層、斷層和層間錯動破碎帶、軟弱泥化帶(或夾層)等 3種類型。某些充填泥質或粘土薄膜的大節理,也可構成軟弱結構面。軟弱結構面是岩體中最容易產生變形和破壞的部位。它常常成為危險的切割面、滑移面或構成有害的壓縮變形帶,導致岩體產生不允許的變形或失穩。因此,當工程岩體中存在軟弱結構面時,除了要研究它們的幾何形態、結合狀況、空間分佈和填充物質等方面外,還要特別注意對其物質組成、厚度、微觀結構、在地下水作用下工程地質性質(潛蝕、軟化)的變化趨勢、受力條件和所處的工程部位,以及它們的力學性質指標等,進行專門的試驗研究,並對其對岩體穩定性的影響作出定量的分析評價,提出工程處理措施。
  結構體 岩體受結構面切割而成的塊體或岩塊。隨著結構面的分級,相應地結構體也可分級。視研究問題的不同,所選取的結構體等級是不一的。幾級結構體綜合疊加影響居多。由於不同級別、不同性質、不同產狀以及不同發育程度的結構面的組合,結構體幾何形態、單體大小可迥然不同。岩性的變化,也均關係著岩體的完整性、堅強性,從而決定著岩體的所屬介質類型。
  岩體結構類型 按結構面和結構體組合形式,尤其是結構面性狀,可將岩體劃分如下結構類型:①整體塊狀結構,包括整體(斷續)結構、塊狀結構和菱塊狀結構;②層狀結構,包括層狀結構和薄層(板狀)結構;③碎裂結構,包括鑲嵌結構、層狀碎裂結構和碎裂結構;④散體結構,包括塊夾泥結構和泥夾塊結構等。
  岩體結構力學效應 結構對岩體力學性能的影響。岩體在力學作用和力學性質上有明顯的結構效應,結構類型不同,力學效應不一。若岩體內存在著軟弱結構面,則岩體結構力學效應主要受它控制,而且取決於它的充填度(即充填物在結構面內填充程度)、充填物成分與結構、充填物厚度以及結構面的起伏度(即結構面的起伏程度,常用起伏差即起伏最大值表示)。其中又以充填物厚度、充填度和起伏度最為重要。厚度大小與物質成分有關,一般顆粒越粗厚度越大;反之,顆粒越細,厚度越小。設充填物厚度為h,結構面起伏差為H,定義岩體結構為充填度。起伏的結構面內充填物的充填度越大,結構面抗剪強度越低。當充填度大於200%左右時,結構面強度便穩定於一定的水平上;即與軟弱充填物質的強度相當,這種關係稱之為充填度的力學效應。
  結構面起伏度用起伏差及起伏角表示。起伏差的力學效應常與充填度相聯繫。起伏角α為迎著受力方向結構面的仰角,又稱為爬坡角。結構面具有爬坡角為α的起伏時,其抗剪強度中的摩擦角φa將增加α,即

φa=φj+α

φj為平直結構面的基本摩擦角。
  多組四級結構面(如節理)發育的岩體結構類型的力學效應主要取決於結構面密度(單位尺寸上的結構面數)、結構面產狀(結構面出露的空間方位)及結構面組數 3個方面。岩體強度(變形參數也同樣)隨著岩體內含的結構面組數和結構體數增多而降低。結構面對岩體破壞影響有一定的範圍。當結構面傾角大於岩體結構或小於αmin時,結構面對岩體破壞便沒有影響。當結構面傾角介於岩體結構αmin之間時,岩體強度則隨著結構面傾角而變化,在α=30°±時,出現強度最低值。在多組結構面發育的岩體,結構面對岩體力學作用和力學性質的影響,是各組結構面力學效應的疊加。顯然,結構面組數越多,岩體力學性質越均勻化。
  整體結構岩體的力學效應規律基本上與節理化岩體相近。以單軸抗壓強度為例,節理化岩體僅相當於岩塊抗壓強度的1/3至1/10,而整體結構岩體的單軸抗壓強度可相當於岩塊的1/2至1/3。
  參考書目
 谷德振著:《岩體工程地質力學基礎》,科學出版社,北京,1979。
 孫廣忠著:《岩體力學基礎》,科學出版社,北京,1983。

 

3 岩體結構 -配圖

 

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