7 岩体结构及其稳定性
rock mass structure & stability
一、概念
1、岩体(rock mass)：包含岩石(rock)和结构弱面 (weak structural plane)。 （1）特点：
①不连续——受构造切割、孔隙等影响； ②非均质——各类矿物、岩石组合； ③各向异性——构造、非均质造成。 （2）与岩石的区别：
①范围大；
②强度、稳定性低。
2、岩体稳定：指在一定时间内、一定条件（自然、人为）下岩体不产生破坏性剪切滑移、塑性变形和张裂破坏。
1 3、岩体稳定性分析：包括——
⑴结构分析 ⑵力学分析 ⑶类比分析
一般需将三种分析方法进行相互补充、验证，作出综合评价。
二、岩体结构
㈠概念
岩体结构是指岩体中①结构面(structural plane)和②结构体(structural block)的组合特征，即结构面的发育程度、组合形式；结构体的大小、几何形式和排列。
①结构面——岩体中各种地质界面，如：层面、裂隙面、断层面、不整合面等。岩体多沿结构面发生破坏。
②结构体——由结构面切割而成的单个块体。
2 ㈡结构面： 1、成因类型：
⑴沉积结构面——沉积、成岩过程中形成，包括层理、层面、软弱夹层(weak intercalated layer)和不整合面等。
其中软弱夹层对岩体稳定性影响比较大，容易造成滑坡等工程事故。软弱夹层的产状与岩层产状一致。其成因分为：
①在陆相沉积间断的不整合面处形成软弱夹层；
②在火山喷发间歇期形成的风化软弱夹层；
③原生夹层。
其中①、②两种软弱夹层通常含泥质物质，松散。形成良好的地下水通道，夹层的水稳定性差，易软化、泥化，强度和稳定性差。
⑵火成（或岩浆）结构面——在岩浆活动中形成，包括：
3 ①侵入接触面——与围岩胶结不良，有变质物质。
②冷凝裂隙——张性裂隙面，粗糙。 ⑶变质结构面——变质作用形成。包括： ① 片理——沿片理面片状矿物富集，岩体强度↓
②片岩软弱夹层——薄层云母片岩、绿泥石片岩等，片理发育、岩性软弱、矿物易风化。
对边坡、地下工程稳定造成影响。 ⑷构造结构面——构造作用形成，规模大，对岩体稳定性影响很大。 包括： ① 节理
② 断层 产状受构造应力场控制。 ③ 层间错动面——与岩层一致，破碎，含泥质。
⑸次生结构面——岩体受卸荷、风化、地下水等次生作用形成。次生结构面易造成边
4 坡岩体破坏。 次生结构面包括：
① 卸荷裂隙——岩体受河流切割、开挖等形成临空面，应力释放等作用引起，张裂。
② 风化裂隙——表层风化带，裂隙产状无规律，短小密集。
③ 风化夹层——沿原结构面发育形成，延深比风化裂隙大，产状受原结构面控制。风化夹层多呈松散、破碎状，含泥质，水稳定性差。如断层风化、岩脉风化、夹层风化等。 ④ 泥化夹层——地下水作用，使原软弱夹层（粘土岩、泥灰岩、页岩等）泥化，产状与岩层一致。
⑤ 次生夹泥层——地下水作用产生次生夹泥，沿原结构面（层面、裂隙、断层）形成，受原结构面控制，结构面强度低。
5 2、结构面的主要特征（应特别注意） ⑴结构面的发展历史：
构造、次生作用影响比较大。
如：软弱夹层受构造错动→层间破碎夹层，其性质↓；层间错动面上次生泥化→其性质↓↓
⑵结构面的物质组成：
含有松散、粘土类矿物，其抗剪强度低，对
岩体稳定性影响大。
⑶结构面的延展性： 结构面延展长、规模大，则对其稳定性影响大。 ⑷结构面的张开程度、充填胶结情况：
张节理为次生充填物、地下水活动提供条件，其抗剪强度低，对斜坡、隧道围岩稳定性影响大。
粘土、滑腻性矿物（如滑石、云母、绿泥石等）充填物，其抗剪强度很低，但若胶结，则其抗剪强度有提高。
⑸结构面的密集程度：
结构面的密集程度高，则其稳定性低。 ⑹结构面的平整、光滑程度：
结构面越平整、光滑，则其稳定性越低。
6 结构面的类型及其特征见表7－5。
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（二）结构体 1、结构体形式：
由结构面切割产生的单元体的几何形状。常
见有柱状、块状、板状、楔状、锥状等，见图7-5。其中柱状、块状结构体的稳定性比板状结构体的稳定性高；菱状结构体的稳定性比楔状结构体的稳定性高。
2、岩体结构类型(如图7-6所示)
岩体结构分为整体结构、块状结构、层状结构、碎裂结构及散体结构五种类型。其中工程性质比较差的有碎裂结构、层状碎裂结构及散体结构。散体结构最差。详见表7-7。
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划分岩体结构的目的：定性评价岩体稳定性。
▲各类岩体结构对土木工程稳定性的影响：
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1、层状结构：岩体呈层状分布，类似轴对称
各向异性体，岩体稳定性受岩层产状影响很大:
(1)当岩层倾向与边坡倾向一致或相近时，容易产生滑坡失稳；
(2)当岩层倾角较大是，边坡或开挖面易产生崩塌；
（3）水平岩层的地基抵抗水平滑移能力降低； （4）隧道等开挖面的岩层弯张破坏、软弱岩层的塑性变形等对工程稳定影响大；（如金川） （5）层理、片理、节理比较发育，路基及边坡发生破坏事故多。
（6）受强烈褶皱等构造影响的层状碎裂结构，其岩体整体性差，强度低，稳定性更差。作为地基需处理，作为边坡需缓坡或支护，隧道施工中则需紧跟支撑以防止坍塌。
2、散体结构：岩体呈碎屑、颗粒状散体介质，
稳定性最差，存在大规模岩体失稳、崩塌等安全隐患，在各种工程中必须采取措施进行处理。
其它类型岩体结构影响：（自学）
10 岩体结构类型及其特征表7-7
完整状态 结构类型 结构面间完整性系数 距（cm） 50～100 0.35～0.75 ＜50 ＜0.35 ＜50 ＜0.35 地下水 作用特征 甚微 含、导水不明显 显著,软、泥化，渗流 1块状结构 2镶嵌结构 3碎裂结构 30～50薄0.30～0.60薄4层状结构 软、泥化显著 层＜30 层＜0.40 5层状碎裂结构 ＜50 ＜0.40 较层状更甚 软、泥化显著，膨6散体结构 ＜0.20 胀、崩解
用岩体完整性系数K表示岩体完整程度，即
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K=Vm／Vr
Vm——纵波在岩体中的传播速度； Vr——纵波在岩石中的传播速度。
按照岩体完整性系数K划分的岩体完整性如下表
所示：
岩体完整性划分表
岩体完整性 岩体完整性系数K 完整 比较完整
＞0.90 0.75～0.90 11 中等完整 较差 破碎 0.45～0.75 0.20～0.45 ＜0.20 二、岩体稳定性的结构分析 岩体稳定性的常用分析方法有： （1）结构分析
（2）力学分析——岩体工程中介绍 （3）对比分析
一般需将三种方法相互结合，验证、补充，作出综合评价。 1、结构分析的实质：
对岩体结构要素（结构面、结构体）进行分析，明确岩体滑移的边界条件（切割面、滑移面、临空面）是否具备，对岩体稳定性作出判断。
2、结构分析的步骤：
⑴调查、统计、研究结构面的类型、产状、特征； ⑵分析结构面及其空间组合关系、结构体的形式——常用图解法——赤平极射投影法。需了解的赤
12 平极射投影法内容：
① 赤平极射投影的实质。
② 物体的几何要素（点、线、面）的投影。 ③ 结构面走向、倾斜、倾角的投影表示。 ④ 赤平极射投影的作图方法。 ⑤ 判断岩体结构的稳定性。
⑶评价岩体稳定性。
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