工程地质课件模板新.ppt

岩体的结构特性31岩体稳定性分析32岩质边坡稳定性分析33第六章岩体结构与稳定性分析工程地质 6.1岩体的结构特性6.1.0基本概念岩体的概念:指在漫长的地质历史过程中形成的，具有一定的结构和构造，并与工程建筑有关的天然地质体。工程地质 岩体与岩石的区别：①岩石一般指较均质的岩块，而岩体常是由多种岩石组成；②岩石的工程性质只针对由岩块测出的各种指标而言。岩体的工程性质首先取决于结构面的性质；③岩体的变形与破坏主要受结构面的控制；④岩体中存在天然地应力。工程地质 6.1.1岩体结构1.岩体结构概念岩体包括结构面和结构体。结构面和结构体的组合特征就叫岩体结构。结构面是指岩体中各种不同成因、不同特征的地质界面。结构体是被结构面切割后形成的各种岩石块体。工程地质 观察:指出下图6-1中岩体的结构体和结构面图6-1工程地质 2.岩体结构的类型：块状结构镶嵌结构碎裂结构层状结构层状碎裂结构散体结构工程地质 6.1.2结构面1.结构面的成因类型:结构面包括：岩层层面、裂隙面、断层面、不整合面等。按成因可以分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三大类。工程地质 工程地质①原生结构面:系成岩阶段形成的结构面。包括以下三类：沉积结构面：层理面；沉积间断面；原生软弱夹层面。 火成结构面：流线；流层;原生节理面；侵入体和围岩的接触面；间歇喷溢形成的弱面。变质结构面：片理；片岩软弱夹层。工程地质 包括卸荷裂隙、风化裂隙、风化夹层、泥化夹层、次生夹泥层。工程地质②次生结构面:岩体形成后，受风化、卸荷及地下水作用在岩体中形成的结构面。 ③构造结构面:构造应力作用下于岩体中形成的破裂面。包括节理(X型节理、张节理)、断层（正断层、逆断层、平推断层）、层间错动、羽状裂隙劈理。工程地质 2.结构面特征的研究结构面的特征是指结构面的规模、形态、物质组成、密集程度、延展性、张开度和充填特征。工程地质 3.软弱夹层定义：在上下坚硬岩层中夹有力学强度低、厚度薄、延伸远、泥质炭质含量高遇水易软化的软弱岩层。作用：是控制岩体稳定的极端重要的因素。分类：按成因分为原生、次生、构造软弱夹层。工程地质 原生软弱夹层：沉积软弱夹层、岩浆软弱夹层、变质软弱夹层。次生软弱夹层：风化夹层、泥化夹层。构造软弱夹层：层间软弱破碎带。软弱夹层工程地质 4.泥化夹层定义：地下水对泥质软弱夹层的作用主要表现在泥化和软化两个方面。软化是指泥岩夹层在水的作用下失去干粘土坚硬的状态而成为软粘土状态。泥化是使软弱夹层的含水量增大到大于塑限的程度，抗剪强度变得很低。工程地质 泥化标志：①含水量大于塑限。②缩系数0.5~1.0MPa-1,为高压缩性。③f=0.17-0.25，c=50kPa。工程地质 泥化夹层的形成条件：①母岩中含粘土矿物多；②构造作用，在岩层分界面上形成连续的主滑面；软弱岩石本身则产生变形、破碎，产生节理带鳞片状劈理带，形成细颗粒。工程地质 ③地下水的作用：岩石吸水→结合水膜→连接力减弱→含水量增加→处于塑态甚至接近流态→产生泥化工程地质 层间剪切带示意图图6-2（1）节理带（2）劈理带（3）泥化错动带工程地质 6.1.3结构体结构体特征可用结构体形状、块度及产状描述。结构体与结构面的依存性表现在三个方面：（1）结构体形状与结构面组数密切相关。（2）结构体块度或尺寸与结构面间距密切相关。（3）结构体级序与结构面级序具有相关性。工程地质 结构体的研究包括以下几方面的内容①结构体的形式岩体受结构面切割而产生的单元块体的几何形状称结构体的形式。②结构体块度结构面密度越小，结构体块度越大。③结构体的产状用最大结构面的走向表示。与临空面和作用力有关。工程地质 作业1.何谓岩体结构，它包括哪些要素？2.何谓软弱夹层、泥化夹层？泥化夹层的形成条件是什么？3.结构面的特征研究应该从哪些方面着手？工程地质 6.2岩体稳定性分析6.2.1岩体稳定性的分析方法岩体稳定性分析一般有地质分析、块体力学分析、有限元分析和模型试验等。工程地质 1.赤平极射投影的原理及作图方法①赤平极射投影的原理点的投影是点，线段的投影是线段，面的投影是圆弧。工程地质 如图ABCD为一过球心的倾斜结构面，与赤道平面的夹角为α。自S极仰视ABC面，则其在赤道平面上的投影为一圆弧AMC。赤平极射投影的原理说明6-3赤平极射投影原理示意图工程地质 若将赤道平面从球中拿出来，如下图：AC表示走向，MO表示倾向，FM的长短表示倾角大小。图6-4工程地质 2.赤平极射投影的作图方法认识吴氏网图6-5工程地质 赤平投影作图例：已知两结构面的产状为：J1:300，SE∠400;J2:3400,NE∠600。作此两结构面的赤平极射投影图,并求交线的倾向和倾角。工程地质 NSWECAKDBMFOP1.画基圆，标出方向和角度。2.投影J1走向，AC为走向线3.投影倾角，K点为投影点4.用同样的方法投影J25.交点为M，MO方向为交线倾向，PM为交线倾角。工程地质 课堂练习例：已知两结构面的产状为：J1:300，SE∠400;J2:3400,NE∠600。作此两结构面的赤平极射投影图，并求交线的倾向和倾角。工程地质 2.岩体结构稳定性分析利用赤平极射投影分析的主要任务：初步判断岩体结构的稳定性和稳定倾角；对于可能滑动的边坡，提供滑动的方向。工程地质 ①一组结构面边坡稳定性分析当岩层（结构面）的走向与边坡的走向一致时可直接用赤平投影来判断（图6-6）结构面投影位于边坡投影异侧时，边坡稳定；Ｊ1结构面投影位于边坡投影同侧内侧时，边坡基本稳定；Ｊ２结构面投影位于边坡投影同侧外侧时，边坡不稳。Ｊ３工程地质 一组结构面时赤平投影图6-6工程地质 当岩层的走向与边坡的走向斜交时若边坡稳定性发生破坏，从岩体结构的观点来看,须同时具备两个条件：第一，滑动面ADK；第二，垂直于结构面的切割面DEK，如图所示。DEK是推断的。不稳定体ADEK。削坡，即可得到稳定坡角。方法如下：图6-７工程地质 例：结构面走向2800，倾向SW，倾角500，与边坡斜交。边坡走向3100，倾向SW。求稳定坡角。解：（1）根据结构面的产状，绘制结构面的赤平投影A-A（图6-8）工程地质 （2）切割面因为垂直于滑动面，故走向为100（1900）倾角900。据此绘制其赤平投影B-B。交A-A于M点。（3）根据边坡走向和倾向，再通过M点做边坡投影DMD。（4）根据边坡投影DMD，利用吴氏网可求得坡面倾角为540此角即为稳定坡角图6-８工程地质 特殊情况一：结构面走向与边坡走向成直交时，稳定坡角最大，为900。（图6-9）图6-９工程地质 特殊情况二：结构面走向与边坡走向平行时，稳定坡角最小，结构面倾角即为稳定坡角。图6-10）图6-10工程地质 一般情况：结构面走向与边坡走向斜交时，稳定坡角由结构面倾角α变到900。工程地质 ②二组结构面边坡稳定性分析a)最稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧对侧。图6-11a工程地质 b)稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧内侧。图6-11b工程地质 c)较稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧外侧。图6-11c工程地质 d)较不稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧之间，但结构面离坡面较远，在坡面没有出露点图6-11d工程地质 e)不稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧之间，且结构面在坡面没有出露点。图6-11e工程地质 要分析其最不利的交点。稳定性分析时要分析倾角最大但又小于坡角的点来分析；推断稳定坡角时要选择倾角最小的点来分析。③三组及多组结构面边坡稳定性分析工程地质 ④结构体滑移方向的分析图6-12aa)两结构面交线位于两结构面倾向线之间。滑移方向为交线OC方向。工程地质 图6-12bb)两结构面交线位于两结构面倾向线之外。J1结构面的倾线方向为滑动方向。J2为切割面。工程地质 图6-12cc)交线与一组结构面的倾向线重合，则重合线就是滑动方向。J2为切割面。工程地质 作业1.已知某边坡产状为2100，倾向SE。边坡内发育有一断层，产状为2400，SE∠600试求稳定坡角。2.已知某一顺层高陡边坡，发育有一断层，产状为15002400∠300。岩层产状为：1200，2100∠500。试分析其稳定性。工程地质 工程地质6.3岩质边坡稳定性分析6.3.0概述边坡包括天然边坡和人工开挖边坡。一个完整的边坡稳定性分析应包括三个主要方面的内容，也即三个步骤： ①工程地质分析判断边坡变形破坏形式，并分析稳定坡角。②力学计算选用合适的参数进行稳定性计算。③综合分析将力学计算与地质分析结果结合起来。研究工程地质因素随时间的变化关系。以此达到边坡预报的目的。 工程地质6.3.1岩质边坡应力分布特征1.边坡形成后应力状态的变化①主应力迹线发生偏转。愈接近临空面大主应力愈平行于临空面小主应力愈与之正交。图6-13 工程地质 工程地质②坡脚附近最大主应力（临空面切向应力）显著增高。越接近坡面越高。最小主应力（径向应力）显著降低。于表面处降为零，甚至出现拉应力。图6-14a 工程地质③在坡面和坡顶交界处产生拉应力区。图6-14b 工程地质④剪应力迹线由直线变为近似圆弧线。弧的凹面朝向临空面方向。⑤坡面处径向应力等于零，故为单向应力状态。向坡内逐渐过渡到两向应力状态，甚至三向应力状态。 工程地质2.影响应力分布的主要因素①原始应力状态的影响②坡形的影响③岩体变形特征和结构特征的影响。图6-15。 工程地质图6-15a、ba)图σ1平行软弱结构面b)图σ1垂直软弱结构面 工程地质图6-15c、dc)图σ1斜交软弱结构面d)软弱结构面交汇处 工程地质1.边坡变形①松弛张裂：一系列与坡面近于平行的的陡倾张开裂隙，使边坡岩体向临空方向张开。这种过程和现象称为松弛张裂。6.3.2边坡的变形与破坏 工程地质松弛张裂主要有下列几种情况：回弹裂隙：侧向应力减弱所致。坡面、坡顶拉应力去裂隙：坡顶坡面拉应力集中区，抗拉强度弱的岩体或以及与斜坡近于平行的软弱结构面张裂所致。 工程地质坡脚应力集中带的张裂隙：当此处的应力超过岩体的强度或软弱面的强度时则岩体产生拉裂。影响：边坡的松弛张裂，一方面使边坡岩体降低；另一方面使各种外力营力更容易渗入。它是边坡变形破坏的开始。 工程地质②蠕动松动或的边坡岩体，在重力的作用下较长期的缓慢的变形称为蠕动。蠕动分为表层蠕动和深层蠕动。 工程地质表层蠕动：边坡上部的岩体在重力的作用下，发生向临空方向的缓慢变形，构成一个剪变带，其位移由坡面向坡内逐渐降低直至消失。从上到下发生“点头哈腰”现象。 工程地质深层蠕动：分为软弱基座蠕动和坡体蠕动软弱基座蠕动时，当上覆岩体具有一定柔性时，软弱层会出现揉曲；脆性层出现张性裂隙整体较脆时会产生不均匀沉陷。图6-17。 工程地质 工程地质 工程地质坡体蠕动：岩体沿缓倾角的软弱结构面，向临空面方向缓慢移动的现象。形成的基本条件是有缓倾角的软弱结构面并有其他陡倾的裂隙。如图6-19a、b、c。 工程地质图6-19a1-层面2-羽裂图6-19a为切角滑动 工程地质图6-19b1-层面2-羽裂图6-19b为次级界面开始形成 工程地质图6-19c1-层面2-羽裂图6-19c为滑面形成 工程地质2.边坡破坏岩质边坡破坏类型有平面破坏、楔形破坏、圆弧破坏、倾倒破坏。 工程地质1.地貌条件：高陡边坡不稳定。2.岩石的性质：含粘土矿物成分的岩石边坡容易发生滑坡；脆性岩石容易发生崩塌。6.3.3影响边坡稳定性因素 工程地质3.岩体结构与地质构造：此为关键性的控制因素。4.地下水的作用：大多数岩质边坡的变形与破坏与地下水有关。5.其他因素：地震、爆破、风化工程活动。 工程地质课堂思考？地下水对边坡稳定有何影响？ 工程地质1.工程地质分析法2.极限平衡理论评价方法①基本假定:滑坡体是刚性体；都遵循库仑—摩尔定律及由此引申的准则；力相等时，土体处于极限平衡状态。6.3.4边坡稳定性评价方法 工程地质②稳定性分析步骤边坡可能破坏模式分析；边坡可能失稳体的受力条件分析；确定计算参数；稳定性判别标准。 作业1.影响边坡应力分布的因素有哪些？2.影响边坡稳定的因素有哪些？工程地质