1第一章岩土的工程性质课件.ppt

1、第一章第一章 岩土的工程性质岩土的工程性质 第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质第三节第三节 土的工程性质土的工程性质第四节第四节 岩石的可钻性岩石的可钻性 第一节 岩石的工程性质一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质二、岩石的水理性质二、岩石的水理性质三、岩石的力学性质三、岩石的力学性质 岩石的工程性质是指与工程建设有关的岩石的物理性质、水理性质和力学性质。第一节 岩石的工程性质一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质1 1结构结构 岩石的结构是指组成岩石的矿物成分、粒岩石的结构是指组成岩石的矿物成分、粒度、形状和矿物颗粒之间的连结方式。岩石的度、形

2、状和矿物颗粒之间的连结方式。岩石的结构不同，它的坚固程度也就不同。组成岩石结构不同，它的坚固程度也就不同。组成岩石的矿物颗粒趟细，组织越致密，这种岩石就越的矿物颗粒趟细，组织越致密，这种岩石就越坚固，在进行钻孔和爆破时也就越难于破碎。坚固，在进行钻孔和爆破时也就越难于破碎。一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质 1.1.结构结构 颗粒细、致密的岩石坚固。例如火成岩中颗粒细、致密的岩石坚固。例如火成岩中细粒花岗岩的抗压强度为细粒花岗岩的抗压强度为2.62.610108 8PaPa，而粗粒，而粗粒花岗岩的抗压强度只有花岗岩的抗压强度只有1.21.210108 8PaPa。沉积岩的坚固性除与矿物的成分

3、、粒度和沉积岩的坚固性除与矿物的成分、粒度和形状有关外，还与胶结物的成分和颗粒间胶结形状有关外，还与胶结物的成分和颗粒间胶结的强弱有关。硅质胶结最坚固，铁质次之。的强弱有关。硅质胶结最坚固，铁质次之。对于变质岩，变质程度越高，坚固性越强。对于变质岩，变质程度越高，坚固性越强。一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质 1.1.结构结构 岩石的结构越致密，胶结越牢固，则岩石岩石的结构越致密，胶结越牢固，则岩石的坚固性越高，对于钻孔和凿岩爆破越困难，的坚固性越高，对于钻孔和凿岩爆破越困难，而对保护孔壁和坑道维护（支护）工作越有利。而对保护孔壁和坑道维护（支护）工作越有利。2.2.构造构造 岩石的构造是指

4、岩石在生成时和生成后受岩石的构造是指岩石在生成时和生成后受动力地质作用所形成的层理、节理和裂隙等。动力地质作用所形成的层理、节理和裂隙等。一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质 2.2.构造构造 无论是层理、节理还是裂隙，都是岩石中无论是层理、节理还是裂隙，都是岩石中连结的薄弱面。它们的存在一方面大大削弱了连结的薄弱面。它们的存在一方面大大削弱了岩石的坚固性，在外力作用下，岩石首先会沿岩石的坚固性，在外力作用下，岩石首先会沿着这些薄弱面破裂；另一方面又对爆破有害，着这些薄弱面破裂；另一方面又对爆破有害，降低了爆破效果，特别是炮眼布置不当时，爆降低了爆破效果，特别是炮眼布置不当时，爆炸气体产物容易

5、沿着裂隙漏掉，岩石得不到充炸气体产物容易沿着裂隙漏掉，岩石得不到充分的破碎，从而产生大块。分的破碎，从而产生大块。一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质 3 3松散性松散性 整体岩石被破碎后，自然堆积的体积比整整体岩石被破碎后，自然堆积的体积比整体岩石的体积大，这种特性称为岩石的松散性体岩石的体积大，这种特性称为岩石的松散性（又称碎胀性）。（又称碎胀性）。松散状态的岩石体积与原岩体积之比称为松散状态的岩石体积与原岩体积之比称为岩石岩石松散系数松散系数。在选择装岩运输设备与提升容器时必须考在选择装岩运输设备与提升容器时必须考虑岩石的松散性。虑岩石的松散性。表表1-1 1-1 岩土的松散系数岩土的松

6、散系数岩土名称岩土名称松散系数松散系数砂、壤土砂、壤土1.101.101.201.20腐殖土腐殖土1.201.201.301.30肥粘土、粗砾石、重壤土肥粘土、粗砾石、重壤土1.241.241.301.30软泥灰岩软泥灰岩1.331.331.371.37粘土质片岩、较软的坚实岩石粘土质片岩、较软的坚实岩石1.351.351.451.45中等坚实岩石中等坚实岩石1.401.401.601.60硬和极硬的坚实岩石硬和极硬的坚实岩石1.451.451.801.80一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质 3 3松散性松散性一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质4.4.孔隙度孔隙度 单位体积岩石中所含孔隙体

7、积的百分比称单位体积岩石中所含孔隙体积的百分比称为孔隙度。为孔隙度。孔隙度大的岩石，组织结构不紧密，一般孔隙度大的岩石，组织结构不紧密，一般易于钻进和爆破，但孔隙度大的岩石，不仅能易于钻进和爆破，但孔隙度大的岩石，不仅能含水，钻孔时冲洗液易漏失，亦能渗透气体，含水，钻孔时冲洗液易漏失，亦能渗透气体，要特别注意在凿岩爆破时的涌水和瓦斯喷出的要特别注意在凿岩爆破时的涌水和瓦斯喷出的可能。可能。一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质5.5.密度密度 岩石的密度是指不包括孔隙体积在内的单位岩石的密度是指不包括孔隙体积在内的单位体积岩石的质量。密度大的岩石，钻进和爆破体积岩石的质量。密度大的岩石，钻进和爆

8、破时消耗能量大。时消耗能量大。岩石名称岩石名称花岗岩花岗岩砂岩砂岩石灰岩石灰岩密度密度2.562.562.692.692.592.592.722.722.712.712.882.88表表1-2 1-2 几种常见岩石的密度（几种常见岩石的密度（l0l03 3kg/mkg/m3 3)一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质6 6.安息角安息角 颗粒间缺乏凝聚力的松散性岩石，堆放时颗粒间缺乏凝聚力的松散性岩石，堆放时能保持其外形，由于受颗粒自重和颗粒之间摩能保持其外形，由于受颗粒自重和颗粒之间摩擦力的作用而不坍塌，此时其斜面与水平面所擦力的作用而不坍塌，此时其斜面与水平面所夹之角，称为岩石的夹之角，称为

9、岩石的自然安息角自然安息角。对颗粒间缺。对颗粒间缺乏凝聚力的岩石（如松散岩块和土壤）称为乏凝聚力的岩石（如松散岩块和土壤）称为安安息角息角；而对颗粒之间具有凝聚力的岩石（如致；而对颗粒之间具有凝聚力的岩石（如致密、坚硬的岩石）则称为密、坚硬的岩石）则称为内摩擦角内摩擦角。岩块及土石名称岩块及土石名称干的干的湿润的湿润的湿的（饱和水）湿的（饱和水）安安息息角角腐殖土腐殖土404035352525壤土壤土404045453535404025253030粘土粘土40404545353515152020粗砂粗砂303035353232404025252727中砂中砂2828303035352525细砂

10、细砂25253030353515152020砾石砾石35354040353525253030无根泥煤无根泥煤404025251515各种碎胀坚实各种碎胀坚实岩石岩石323245453636484830304040表表1-3 1-3 岩块及土石在不同湿度下的安息角岩块及土石在不同湿度下的安息角续表续表1-3 1-3 岩块及土石在不同湿度下的内摩擦角岩块及土石在不同湿度下的内摩擦角岩块及土石名称岩块及土石名称干的干的湿润的湿润的湿的（饱和水）湿的（饱和水）安安息息角角粘土质页岩粘土质页岩404035352525石灰岩石灰岩404045453535404025253030砂岩砂岩4040454535

11、3515152020辉绿岩、片辉绿岩、片麻岩麻岩303035353232404025252727赤铁矿赤铁矿2828303035352525花岗石花岗石25253030353515152020硬石英岩硬石英岩35354040353525253030二、岩石的水理性质二、岩石的水理性质 岩石的水理性质是指岩石对水的渗透性岩石的水理性质是指岩石对水的渗透性和岩石浸水后的软化性、抗冻性、可溶性、和岩石浸水后的软化性、抗冻性、可溶性、膨胀性和崩解性。膨胀性和崩解性。岩石的水理性质一般通过室内渗透试验、岩石的水理性质一般通过室内渗透试验、溶解试验和浸水、冻融抗压试验来测定。溶解试验和浸水、冻融抗压试验来

12、测定。第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质二、岩石的水理性质二、岩石的水理性质 白白云岩、石灰岩、石膏、岩盐和硝石等在云岩、石灰岩、石膏、岩盐和硝石等在一定的水质条件下是可溶的。有些粘土矿物含一定的水质条件下是可溶的。有些粘土矿物含量高的泥岩和页岩具有膨胀性和崩解性。量高的泥岩和页岩具有膨胀性和崩解性。渗透系数渗透系数K=V/IK=V/I，V-V-渗透速度，渗透速度，m/dm/d；I-I-水水力梯度。力梯度。软化系数软化系数Kd=Rb/RcKd=Rb/Rc，Rb-Rb-岩石饱和含水岩石饱和含水抗压强度，抗压强度，kPakPa；Rc-Rc-岩石干试样抗压强度，岩石干试样抗压强度，kPakP

13、a。抗冻系数抗冻系数Kf=Kf=（Rc-RfRc-Rf）/Rc,Rf-/Rc,Rf-岩石经过岩石经过2525次冻次冻融后的抗压强度，融后的抗压强度，kPakPa。岩石名称渗透系数（md-1）软化系数抗冻系数花岗岩4.3210-81.7310-70.780.860.19左右粗面岩-0.590.81-石灰岩60.4810-710.3710-40.680.940.02左右泥岩51.8410-417.2810-20.450.88-砂岩1.3810-410.3710-20.600.970.21左右角砾岩3.9710-7左右-大理岩-1.0左右-片岩-0.630.97-表1-4 几种常见岩石的渗透系数、软

14、化系数和抗冻系数经验值三、岩石的力学性质三、岩石的力学性质1.1.岩石的强度岩石的强度 岩石强度的定义同固体强度的定义，可理岩石强度的定义同固体强度的定义，可理解为抵抗外载整体破坏的能力。据外载的形式解为抵抗外载整体破坏的能力。据外载的形式不同，可以有抗拉、抗压、抗弯等几种强度。不同，可以有抗拉、抗压、抗弯等几种强度。岩石强度的大小主要取决于其内聚力和内岩石强度的大小主要取决于其内聚力和内摩擦力。摩擦力。第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质图1-1 岩石强度的形式三、岩石的力学性质三、岩石的力学性质 1.1.岩石的强度岩石的强度 同一块岩石其抗拉、抗弯、抗剪和抗压强同一块岩石其抗拉、抗弯

15、、抗剪和抗压强度的大小是不同的，抗拉强度最小，抗弯、抗度的大小是不同的，抗拉强度最小，抗弯、抗剪强度次之，而抗压强度最大。若岩石的抗压剪强度次之，而抗压强度最大。若岩石的抗压强度为强度为1 1，则其抗剪强度为，则其抗剪强度为1 16 61 11111；抗弯；抗弯强度为强度为1 15 51 11212；抗拉强度为；抗拉强度为1 110101 11515。利用岩石的抗拉与抗弯强度比较弱的特点，利用岩石的抗拉与抗弯强度比较弱的特点，采用相应的机械破碎方法是可以得到较好的效采用相应的机械破碎方法是可以得到较好的效果的。果的。三、岩石的力学性质三、岩石的力学性质2.2.岩石的硬度岩石的硬度 岩石的硬度是

16、岩石表面抵抗工具侵入的能岩石的硬度是岩石表面抵抗工具侵入的能力。力。目前在工程上测定硬度的方法很多，适于目前在工程上测定硬度的方法很多，适于岩石形态变化特点的是以各种不同形状的压模岩石形态变化特点的是以各种不同形状的压模（球体、圆柱体、圆锥体等）压入岩石的方法。（球体、圆柱体、圆锥体等）压入岩石的方法。用岩石在破碎时所加之外力与压模底面积的比用岩石在破碎时所加之外力与压模底面积的比值表示，单位为值表示，单位为MPaMPa。三、岩石的力学性质三、岩石的力学性质 2.2.岩石的硬度岩石的硬度 影响岩石硬度的因素是多方面的，与造岩影响岩石硬度的因素是多方面的，与造岩矿物成份、胶结物性质、岩石结构等有

17、密切关矿物成份、胶结物性质、岩石结构等有密切关系。造岩矿物硬度大，则岩石硬度也大；硅质、系。造岩矿物硬度大，则岩石硬度也大；硅质、铁质胶结的岩石硬度比钙质、泥质胶结的岩石铁质胶结的岩石硬度比钙质、泥质胶结的岩石硬度大；结晶程度越高、颗粒越细，岩石硬度硬度大；结晶程度越高、颗粒越细，岩石硬度越大。越大。按照压入硬度值，岩石硬度可分为按照压入硬度值，岩石硬度可分为6 6类类1212级。级。岩石类别岩石类别软软中软中软中硬中硬岩石级别岩石级别1 12 23 34 45 56 6压入硬度压入硬度/MPa/MPa100100100-100-250250250-250-500500500-500-1000

18、10001000-1000-150015001500-1500-20002000岩石类别岩石类别硬硬坚硬坚硬极硬极硬岩石级别岩石级别7 78 89 9101011111212压入硬度压入硬度/MPa/MPa2000-2000-300030003000-3000-400040004000-4000-500050005000-5000-600060006000-6000-7000700070007000表1-5 按压入硬度确定的岩石分类三、岩石的力学性质三、岩石的力学性质3.3.岩石的弹塑性及脆性岩石的弹塑性及脆性 弹性、塑性和脆性是物体受外力作用后对弹性、塑性和脆性是物体受外力作用后对变形的不同

19、表现。变形的不同表现。弹性弹性是固体在卸去所加之负是固体在卸去所加之负载后恢复原来状态的性能。当所加之负载卸去载后恢复原来状态的性能。当所加之负载卸去后，固体保持其变形的性能称之为后，固体保持其变形的性能称之为塑性塑性（即变（即变形不能随之消失）。形不能随之消失）。脆性脆性是固体在负载作用下是固体在负载作用下不引起任何残余变形的性能，也就是岩石的弹不引起任何残余变形的性能，也就是岩石的弹性极限与强度极限很接近。性极限与强度极限很接近。三、岩石的力学性质三、岩石的力学性质 3.3.岩石的弹塑性及脆性岩石的弹塑性及脆性 岩石由于是多矿物组成且结构复杂，不是岩石由于是多矿物组成且结构复杂，不是理想的

20、弹性体，不符合胡克定律。多数造岩矿理想的弹性体，不符合胡克定律。多数造岩矿物塑形都不大，有的基本上无塑形。所以岩石物塑形都不大，有的基本上无塑形。所以岩石塑形变形主要是由于矿物颗粒间沿界面产生的塑形变形主要是由于矿物颗粒间沿界面产生的滑动引起的，岩石内部颗粒相对滑移能力越强、滑动引起的，岩石内部颗粒相对滑移能力越强、孔隙度和湿度越大，则岩石的塑形越强。根据孔隙度和湿度越大，则岩石的塑形越强。根据单向压缩时应力单向压缩时应力-应变所反映的岩石变形特征，应变所反映的岩石变形特征，可把岩石分为弹脆性、弹塑形和塑形岩石三类。可把岩石分为弹脆性、弹塑形和塑形岩石三类。三、岩石的力学性质三、岩石的力学性质

21、4.4.岩石的研磨性岩石的研磨性 在用机械方法破碎岩石过程中，钻头体上在用机械方法破碎岩石过程中，钻头体上的切削具（硬质合金、金刚石、牙轮等）或钻的切削具（硬质合金、金刚石、牙轮等）或钻头体本身及其磨料（钻粒）将与岩石产生连续头体本身及其磨料（钻粒）将与岩石产生连续或间歇接触和摩擦，从而产生磨损。岩石磨损或间歇接触和摩擦，从而产生磨损。岩石磨损钻进工具的能力称为岩石的研磨性。钻进工具的能力称为岩石的研磨性。常以工具常以工具的磨耗量来表示。岩石性质、岩石与工具摩擦的磨耗量来表示。岩石性质、岩石与工具摩擦表面的温度、相对速度及压力等影响研磨性。表面的温度、相对速度及压力等影响研磨性。第二节第二节

22、岩体的工程性质岩体的工程性质 岩体是地质体的一部分，它位于一定的地质岩体是地质体的一部分，它位于一定的地质环境之中，是在各种宏观地质界面（断层、节理、环境之中，是在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带、接触带、片理等）分割下形成的具有一破碎带、接触带、片理等）分割下形成的具有一定结构的地质体。这些地质界面，统称为定结构的地质体。这些地质界面，统称为结构面结构面或不连续面。被结构面切割成的岩石块体称为或不连续面。被结构面切割成的岩石块体称为结结构体构体。结构面和结构体的排列组合方式称为。结构面和结构体的排列组合方式称为岩体岩体结构结构。由于岩体在其形成和存在的整个地质历史时由于岩体在其形成和存在

23、的整个地质历史时期中，经受过各种复杂而不均衡的地质作用，这期中，经受过各种复杂而不均衡的地质作用，这就使其工程性质变得十分复杂，表现在：就使其工程性质变得十分复杂，表现在：（1 1）不连续性：由于岩体中存在着各种结构）不连续性：由于岩体中存在着各种结构面，因此岩体是不连续的介质（大块、完整的岩面，因此岩体是不连续的介质（大块、完整的岩体可看成连续介质）。岩体的这种不连续性，使体可看成连续介质）。岩体的这种不连续性，使岩体力学性质与其它连续介质有很大的差别。岩体力学性质与其它连续介质有很大的差别。（2 2）非均质性：指岩体物理力学性质随空间）非均质性：指岩体物理力学性质随空间位置不同有较大的差异

24、。岩体的这一特性，使其位置不同有较大的差异。岩体的这一特性，使其试验结果常具有较大的离散性。试验结果常具有较大的离散性。（3 3）各向异性：指岩体性质随岩体结构面的）各向异性：指岩体性质随岩体结构面的取向而有差异的性质。这是由于岩体中结构面的取向而有差异的性质。这是由于岩体中结构面的分布往往有一定的方向。因此工程力与结构面的分布往往有一定的方向。因此工程力与结构面的方位之间的关系，对岩体性质有很大影响。方位之间的关系，对岩体性质有很大影响。（4 4）岩体中存在着天然应力场。）岩体中存在着天然应力场。（5 5）岩体赋于一定地质环境之中，岩体中的）岩体赋于一定地质环境之中，岩体中的水、温度、应力场

25、对岩体性质有较大的影响。水、温度、应力场对岩体性质有较大的影响。岩体强度就是指岩体结构的强度，它是包含岩体强度就是指岩体结构的强度，它是包含有结构体强度和结构面强度的一个综合指标。岩有结构体强度和结构面强度的一个综合指标。岩体变形是岩块（结构体）、结构面及充填物变形体变形是岩块（结构体）、结构面及充填物变形的总和。通常情况下，后两者的变形起控制作用。的总和。通常情况下，后两者的变形起控制作用。一、结构面一、结构面二、结构体二、结构体三、岩体三、岩体第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质一、结构面一、结构面 同结构体相比，结构面的力学强度一般较低，同结构体相比，结构面的力学强度一般较低，强度

26、较低的结构面称为强度较低的结构面称为软弱结构面软弱结构面。结构面按成因分为结构面按成因分为原生结构面原生结构面、构造结构面构造结构面和和次生结构面次生结构面三类。三类。原生结构面包括沉积岩层面、沉积岩间断面、原生结构面包括沉积岩层面、沉积岩间断面、火成岩接触面、火成岩原生节理面、变质岩片理火成岩接触面、火成岩原生节理面、变质岩片理面。面。构造结构面包括断层面、构造节理面和劈理构造结构面包括断层面、构造节理面和劈理面。面。次生结构面包括风化裂隙面和卸荷裂隙面。次生结构面包括风化裂隙面和卸荷裂隙面。表表1-6 1-6 结构面按规模的分级结构面按规模的分级级别级别规规 模模类类 别别延伸数千米到数十

27、千米，贯延伸数千米到数十千米，贯通岩体；宽数米到数十米通岩体；宽数米到数十米较大的断层较大的断层延伸规模同所研究的岩体的延伸规模同所研究的岩体的规模相当，宽数厘米到数米规模相当，宽数厘米到数米小断层、层间错动小断层、层间错动面面延伸范围较小，十几米到几延伸范围较小，十几米到几十米，结构面内有泥膜或不十米，结构面内有泥膜或不夹泥夹泥大节理、不夹泥的大节理、不夹泥的小断层、开裂的层小断层、开裂的层面面延伸范围小，岩体结构面未延伸范围小，岩体结构面未错动，结构面内不夹泥错动，结构面内不夹泥节理、劈理、层面，节理、劈理、层面，次生裂隙次生裂隙结构面很小，连续性差结构面很小，连续性差不连续小节理、隐不连

28、续小节理、隐节理、层面、片理节理、层面、片理结构面的形态特征：结构面的形态特征：（1 1）结构面的闭合状况：）结构面的闭合状况：按结构面张开宽度按结构面张开宽度b b分：分：紧密闭合的紧密闭合的，；闭合的闭合的，；中等张开的中等张开的，；张开的张开的，。mmb1.0mmb0.11.0mmb0.50.1mmb0.5 （2 2）结构面的胶结状况）结构面的胶结状况 结构面中的胶结物有泥质的、钙质的、铁结构面中的胶结物有泥质的、钙质的、铁质的、硅质的以及含可溶盐类矿物的。质的、硅质的以及含可溶盐类矿物的。（3 3）结构面中充填物的厚度）结构面中充填物的厚度 分为分为薄膜薄膜，厚度小于，厚度小于2 mm

29、2 mm；夹泥夹泥，厚、度小于结构面的起伏差；，厚、度小于结构面的起伏差；夹层夹层，厚度略大于结构面的起伏差；，厚度略大于结构面的起伏差；厚层厚层，厚度为几十厘米至几米。，厚度为几十厘米至几米。（4 4）结构面的粗糙程度和起伏状况）结构面的粗糙程度和起伏状况 结构面按粗糙程度可分为结构面按粗糙程度可分为粗糙的粗糙的、平滑的平滑的和和镜面状的镜面状的。结构面按起伏形态可分为。结构面按起伏形态可分为平直的平直的、台状的台状的、波状的波状的和和锯齿状的锯齿状的。结构面的。结构面的起伏差起伏差指其凸起和凹陷的幅度，指其凸起和凹陷的幅度，起伏角起伏角指凸起（或凹指凸起（或凹陷）斜面与结构面的平均倾斜面的

30、交角。陷）斜面与结构面的平均倾斜面的交角。（5 5）结构面的贯通状况）结构面的贯通状况 对于所研究的岩体来说，完全分割整个岩对于所研究的岩体来说，完全分割整个岩体的结构面是贯通性的，否则为非贯通性的。体的结构面是贯通性的，否则为非贯通性的。结构面的结构面的分布特征分布特征包括所研究的岩体中结构包括所研究的岩体中结构面的面的组数组数、分布间距分布间距和和产状产状。岩体中张开的结构面，常是地下水的渗流通岩体中张开的结构面，常是地下水的渗流通道和储积场所；被不透水或弱透水物质充填或胶道和储积场所；被不透水或弱透水物质充填或胶结的结构面，常是地下水渗流的阻隔面。沿张开结的结构面，常是地下水渗流的阻隔面

31、。沿张开的结构面，地下水流速可用下式计算：的结构面，地下水流速可用下式计算：层流层流：；紊流紊流：-单个结构面中地下水的流速；单个结构面中地下水的流速；-层流水力传导系数；层流水力传导系数；-紊流水力传导系数；紊流水力传导系数；-水力梯度在结构面上的垂直投影；水力梯度在结构面上的垂直投影；-非线非线性指数，层流时性指数，层流时=1=1，完全紊流时，完全紊流时=0.5=0.5。ffIKv fgIKv vfKKgfI 水力传导系数可用下列公式计算：水力传导系数可用下列公式计算：层流层流：；紊流紊流：b-b-渗流裂隙宽度；渗流裂隙宽度；g-g-重力加速度；重力加速度；Kc-Kc-裂隙张开面积与裂隙总

32、面积的比值；裂隙张开面积与裂隙总面积的比值；-裂隙面的绝对粗糙度（即其凹凸高度）；裂隙面的绝对粗糙度（即其凹凸高度）；D-D-水水力直径，按裂隙宽度的力直径，按裂隙宽度的2 2倍计算；倍计算；、-取取决于裂隙相对粗糙度决于裂隙相对粗糙度/D/D的两个系数，当的两个系数，当/D0.033/D0.033时，时，d=1.9d=1.9，1212vgbKKCfDgbKKcg/lg42125.18.81Dc 当结构面中充填物质的渗透性高于其两侧当结构面中充填物质的渗透性高于其两侧岩块的渗透性时，结构面的水力传导系数就相当岩块的渗透性时，结构面的水力传导系数就相当于充填物质的渗透系数。于充填物质的渗透系数。

33、结构面的渗透性指标，可以通过室内渗透试结构面的渗透性指标，可以通过室内渗透试验和原位注水、压水和抽水试验来测定。验和原位注水、压水和抽水试验来测定。一般以结构面的抗剪强度和抗摩擦强度作为一般以结构面的抗剪强度和抗摩擦强度作为结构面的力学指标。结构面的抗剪强度受到多种结构面的力学指标。结构面的抗剪强度受到多种因素的影响，诸如结构面的张开程度、胶结物性因素的影响，诸如结构面的张开程度、胶结物性质、充填状况、起伏形态、贯通性状以及裂隙中质、充填状况、起伏形态、贯通性状以及裂隙中的水压力等因素都不同程度地影响结构面的抗剪的水压力等因素都不同程度地影响结构面的抗剪强度。强度。结构面的抗剪强度，可按下式计

34、算：结构面的抗剪强度，可按下式计算：式中：式中：结构面的抗剪强度，结构面的抗剪强度，kPakPa；结构面的内聚力，结构面的内聚力，kPakPa；作用在结构面上的正应力，作用在结构面上的正应力，kPakPa；结构面的内摩擦角，结构面的内摩擦角，。ctan c表表1-7 1-7 结构面抗剪强度参数结构面抗剪强度参数 结构面类型结构面类型内摩擦角内摩擦角 内聚力内聚力泥泥 化化 面面101020200 00.50.5光光 滑滑 面面303040400.50.51.01.0粗粗 糙糙 面面404048480.80.83.03.0层面层面粘土岩层面粘土岩层面 泥灰岩层泥灰岩层 凝灰岩层面凝灰岩层面 页岩

35、层面页岩层面202030300.50.51.01.0砂岩层面砂岩层面 灰岩层面灰岩层面303040400.50.51.01.0片理片理面面滑石片岩片理面滑石片岩片理面 云母云母片岩片理面片岩片理面101020200 00.50.5一般片岩片理面一般片岩片理面202030300.50.51.01.0本表包括没有脱开的内层理面、没有脱开的片理面以及已经胶结的破裂面。c 结构面的凸凹起伏，增大了其抗剪强度，具结构面的凸凹起伏，增大了其抗剪强度，具有一定起伏度的结构面的摩擦因数可用下式计算：有一定起伏度的结构面的摩擦因数可用下式计算：式中式中 -凸凹起伏的结构面的内摩擦角；凸凹起伏的结构面的内摩擦角；

36、-平直结构面的内摩擦角；平直结构面的内摩擦角；-结构面的起伏角。结构面的起伏角。当结构面中软弱夹层的厚度大于起伏差时，当结构面中软弱夹层的厚度大于起伏差时，结构面的抗剪强度相当于软弱夹层的抗剪强度，结构面的抗剪强度相当于软弱夹层的抗剪强度，此时结构面起伏差对其抗剪强度的影响很小。此时结构面起伏差对其抗剪强度的影响很小。iitantan11 裂隙中的水压力降低了结构面的有效正应力，裂隙中的水压力降低了结构面的有效正应力，因而降低了结构面的抗剪强度。充水的结构面的因而降低了结构面的抗剪强度。充水的结构面的抗剪强度，可按下式计算：抗剪强度，可按下式计算：式中：式中：u-u-结构面的水压力，结构面的水

37、压力，kPakPa。-结结构面的内聚力，构面的内聚力，kPakPa；-作用在结构面上的正作用在结构面上的正应力，应力，kPakPa；结构面的内摩擦角，结构面的内摩擦角，。结构面在法向应力作用下，可使张开的结构结构面在法向应力作用下，可使张开的结构面闭合，或使充填于结构面中的物质压密，从而面闭合，或使充填于结构面中的物质压密，从而发生结构面的压缩变形，可用下式计算：发生结构面的压缩变形，可用下式计算：tanucc 11maxEeWW 式中：式中：W-W-结构面的压缩量，结构面的压缩量，mmmm。Wmax-Wmax-结构面可能发生的最大压缩量，结构面可能发生的最大压缩量，mmmm；e-e-自然对自

38、然对数的底；数的底；-法向应力，法向应力，kPakPa；E E1 1-结构面的结构面的法向压缩模量，法向压缩模量，MPaMPa。二、结构体二、结构体 岩体受结构面切割而造成的结构体是多种岩体受结构面切割而造成的结构体是多种多样的，但其基本形式为多样的，但其基本形式为棱体棱体、楔形体楔形体、柱体柱体、块体块体、锥体锥体等五种。此外，由于岩体的变形及等五种。此外，由于岩体的变形及破碎的结果可以形成破碎的结果可以形成片状片状、碎块状碎块状、鳞片状鳞片状、碎屑状碎屑状等结构体形式。等结构体形式。结构体规模的变化很大，有的是粒径仅数结构体规模的变化很大，有的是粒径仅数毫米的岩屑，有的则是块径达数十米的巨

39、大岩毫米的岩屑，有的则是块径达数十米的巨大岩块。结构体的工程性质（物理性质、水理性质块。结构体的工程性质（物理性质、水理性质和力学性质）以组成结构体的岩石的工程性质和力学性质）以组成结构体的岩石的工程性质来表示。来表示。三、岩体三、岩体 岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体和结构面组成的，具有一定的结构并赋存单元体和结构面组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。地质体。由于结构面的存在，岩体的强度既不同于岩由于结构面的存在，岩体的强度既不同于岩石的强度，也不同于结构面的

40、强度，一般其强度石的强度，也不同于结构面的强度，一般其强度介于岩石与结构面强度之间。因而对于各种工程介于岩石与结构面强度之间。因而对于各种工程所关心的岩体稳定性来说，起决定作用的是岩体所关心的岩体稳定性来说，起决定作用的是岩体强度，而不是岩石强度。强度，而不是岩石强度。岩体结构是由结构面的发育程度及组合关岩体结构是由结构面的发育程度及组合关系，或是结构体的规模及排列形式决定的。岩系，或是结构体的规模及排列形式决定的。岩体结构类型反映岩体的不连续性和不均一性。体结构类型反映岩体的不连续性和不均一性。类型类型特特 征征亚亚 类类完整结构完整结构岩体完整或仅有稀疏分布岩体完整或仅有稀疏分布的的、级结

41、构面级结构面无裂隙的（愈合无裂隙的（愈合型）、有裂隙的型）、有裂隙的块裂结构块裂结构I I、级结构面将岩石分级结构面将岩石分割为巨大块体割为巨大块体完整块裂、破碎块完整块裂、破碎块裂裂碎裂结构碎裂结构数组数组、级结构面将岩级结构面将岩石分割为碎块体石分割为碎块体块状碎裂、层状碎块状碎裂、层状碎裂、镶嵌碎裂裂、镶嵌碎裂散体结构散体结构多种结构面密集分布，将多种结构面密集分布，将岩石分割为碎屑、碎片岩石分割为碎屑、碎片块状散体、糜棱化块状散体、糜棱化散体散体 层理和片理较发育的沉积岩和变质岩，可层理和片理较发育的沉积岩和变质岩，可以列为层状结构类型；从岩体的工程技术性质以列为层状结构类型；从岩体的

42、工程技术性质来看，层状结构可以并入块裂结构或碎裂结构。来看，层状结构可以并入块裂结构或碎裂结构。岩体的物理性质是组成岩体的结构面和结岩体的物理性质是组成岩体的结构面和结构体在质量、孔隙性、吸水性等方面的综合特构体在质量、孔隙性、吸水性等方面的综合特征。因此，研究岩体的物理性质，先要分别研征。因此，研究岩体的物理性质，先要分别研究结构面和结构体的物理性质，然后再综合评究结构面和结构体的物理性质，然后再综合评价岩体的物理性质。价岩体的物理性质。岩体的水理性质是岩体在水溶液作用下表岩体的水理性质是岩体在水溶液作用下表现出来的性质，是组成岩体的结构面和结构体现出来的性质，是组成岩体的结构面和结构体的渗

43、透性、浸水软化性、可溶性、胀缩性和崩的渗透性、浸水软化性、可溶性、胀缩性和崩解性等方面的综合特征。对于结构体为致密坚解性等方面的综合特征。对于结构体为致密坚硬岩石的岩体，结构面的水理性质对整个岩体硬岩石的岩体，结构面的水理性质对整个岩体的水理性质具有决定作用，特别是岩体的渗透的水理性质具有决定作用，特别是岩体的渗透性，主要取决于结构面的渗透性。岩体的渗透性，主要取决于结构面的渗透性。岩体的渗透性指标，一般通过原位注水、压水和抽水试验性指标，一般通过原位注水、压水和抽水试验来测定。来测定。不同结构类型的岩体具有不同的水文地质特不同结构类型的岩体具有不同的水文地质特征，以岩体结构为基础，岩体的水文

44、地质结构征，以岩体结构为基础，岩体的水文地质结构分为七种类型（表分为七种类型（表1-91-9）。）。岩体的力学性质，主要由四个基本因素所岩体的力学性质，主要由四个基本因素所决定决定：（1 1）结构面的力学性质；（结构面的力学性质；（2 2）结构体）结构体的力学性质；（的力学性质；（3 3）岩体结构的力学效应，即结）岩体结构的力学效应，即结构面的发育组合情况对岩体强度和变形的影响；构面的发育组合情况对岩体强度和变形的影响；（4 4）岩体的环境因素，特别是岩体中的地应力）岩体的环境因素，特别是岩体中的地应力和地下水的情况。和地下水的情况。不同的岩体力学介质，其变形和破坏机制不同的岩体力学介质，其变

45、形和破坏机制也有所差异。也有所差异。岩体结构岩体结构含水体的岩性及其地质含水体的岩性及其地质特征特征岩体的水文地质结岩体的水文地质结构类型构类型完整结构完整结构 致密完整岩石致密完整岩石不透水体不透水体碎裂结构碎裂结构含水体基本连续分布含水体基本连续分布碎裂统一含水体碎裂统一含水体含水体夹在相对隔水岩含水体夹在相对隔水岩石之间石之间层状碎裂含水体层状碎裂含水体块裂结构块裂结构含水体为充填于结构面含水体为充填于结构面中透水性强的物质中透水性强的物质脉状裂隙含水体脉状裂隙含水体散体结构散体结构含水体为疏松的岩体含水体为疏松的岩体孔隙统一含水体孔隙统一含水体含水体为夹在致密岩中含水体为夹在致密岩中的

46、疏松岩体的疏松岩体层状孔隙含水体层状孔隙含水体空洞结构空洞结构 含水体为喀斯特化岩体含水体为喀斯特化岩体管状含水体管状含水体表表1-9 1-9 岩体水文地质结构类型岩体水文地质结构类型岩体力岩体力学介质学介质与结构与结构类型类型连续介连续介质质(完整完整结构结构)不连续介质不连续介质块裂介质块裂介质(块裂结构块裂结构)碎裂介质碎裂介质(碎裂结构碎裂结构)散裂介质散裂介质(散体结构散体结构)变形变形机制机制主要为主要为完整岩完整岩石的弹石的弹性变形性变形主要为结构主要为结构面的压缩和面的压缩和剪切变形剪切变形结构面的压结构面的压缩和剪切变缩和剪切变形形散体介质散体介质的压密的压密破坏破坏机制机制

47、完整岩完整岩石拉裂石拉裂和剪破和剪破沿沿I I、级级结构面剪破结构面剪破滑动滑动沿沿、级级结构面剪破结构面剪破滑动滑动散体介质散体介质的剪破滑的剪破滑动动表1-10 岩体力学介质变形破坏机制与测试续表1-10 岩体力学介质变形破坏机制与测试岩体力学岩体力学介质介质与结构类与结构类型型连续介质连续介质(完整结构完整结构)不连续介质不连续介质块裂介质块裂介质(块裂结构块裂结构)碎裂介质碎裂介质(碎裂结构碎裂结构)散裂介质散裂介质(散体结构散体结构)控制岩体变形、破坏的因素岩石的力学性质贯通性的I、级结构面、1V级结构面散体的密实程度和抗剪强度指标岩体强度和变形指标软弱结构面的强度和变形指标结构面的

48、强度和变形指标散体介质的强度和变形指标 方法以室内岩块试验为主结构面中软弱物质的室内试验和结构面的原位试验结构面的室内试验和原位试验以原位试验为主 第三节第三节 土的工程性质土的工程性质一、土的分类一、土的分类二、土的物理性质二、土的物理性质三、土的水理性质三、土的水理性质四、土的力学性质四、土的力学性质 土是由固体（矿物、岩石碎屑）、水和气土是由固体（矿物、岩石碎屑）、水和气体组成的质地较松散（同岩石相比较而言）的体组成的质地较松散（同岩石相比较而言）的三相地质集合体。固体颗粒、水和气体之间的三相地质集合体。固体颗粒、水和气体之间的比例关系随着周围条件的变化而变化。固体颗比例关系随着周围条件

49、的变化而变化。固体颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系，反映粒的大小、成分及三相之间的比例关系，反映出土的不同性质，如干湿、松密、轻重、软硬出土的不同性质，如干湿、松密、轻重、软硬等。它们对评价土的工程性质，进行土的工程等。它们对评价土的工程性质，进行土的工程分类具有重要意义。分类具有重要意义。一、土的分类一、土的分类 （1 1）一般性分类。包括工程中常遇到的各）一般性分类。包括工程中常遇到的各类土，考虑土的主要工程地质特性进行划分。类土，考虑土的主要工程地质特性进行划分。（2 2）局部性分类。根据土的某些指标对土）局部性分类。根据土的某些指标对土进行分类。例如，按土的成因、有机质含量、进行分

50、类。例如，按土的成因、有机质含量、颗粒级配和塑性指数对土进行分类（表颗粒级配和塑性指数对土进行分类（表1-111-11）。）。（3 3）专门性分类。根据某些工程部门的具）专门性分类。根据某些工程部门的具体需要而进行的分类。它密切结合工程类型，体需要而进行的分类。它密切结合工程类型，直接为工程设计施工服务。直接为工程设计施工服务。按成因分类按有机质含量分类按塑形指数分类残积土无机土（）粘性土坡积土有机质土（）粉质粘土（）洪积土泥炭质土（）粘土（）冲积土泥炭（）淤积土冰水沉积和冰渍土风积土%5Q%10%5 Q%60%10 Q%60Q1710pI17pI表1-11 土的分类注：粉土的塑性指数 。10