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岩石力学课件---5.岩体综合调查及分类

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第 五 章岩体综合调查及岩体分类§ 5体综合调查方法调查方法:钻孔取心调查和沿暴露面调查一、钻孔取心调查钻取岩心,计算节理密度、间距、岩心采取率或岩石质量指标等,必要时,用点荷载测岩石强度。1、钻孔取心要求( 1)钻孔布置:结合工程要求,按一定网格布置钻孔;钻孔方位尽量与几组结构面斜交,或结合暴露面调查考虑钻孔方位,以便综合分析调查资料。( 2)钻具要求:采用金刚石钻头、双管或三管钻具、岩心定向装置。( 3)岩心采集和保存§ 5体综合调查方法一、钻孔取心调查2、 岩心调查记录§ 5体综合调查方法一、钻孔取心调查2、 岩心调查记录钻孔岩心柱状图:按钻孔穿过岩层的岩性和节理绘成柱状。柱状图应包括:A、岩性界线和岩性符号B、矿化及矿物符号C、矿脉及岩脉D、节理、破碎带或断层岩心描述:包括节理蚀变程度、节理面粗糙度、节理面充填及胶结情况,断层及破碎带内的构造岩类型及厚度等。§ 5体综合调查方法二、沿暴露面调查沿暴露面调查在露天边坡和地下坑道壁面进行,内容包括:A、岩体构造:结构面组数、密度、产状、连续性、起伏度和粗糙度等进行统计和分布规律研究。B、地下水:地下水赋存情况、涌水、流水、浸水点的位置及分布特征。C、岩体和不连续面风化情况D、节理岩块的强度和壁面回弹值等§ 5体综合调查方法二、沿暴露面调查(-)结构面成因类型1、层理面:沉积成岩过程中形成的结构面。2、不整合面:老岩层的风化剥蚀面和新岩层的底面,是不连续面。3、断层:构造运动中形成的断裂面。按力学属性可分为:张性断层、压性断层、张扭性及压扭性断层。根据构造岩和断面上的擦痕鉴别。4、节理:是岩体中未发生相对错动的断裂面,有张节理和剪节理,根据节理面形态粗糙度、张开度等特征进行判断。5、劈理:是指岩层中大致平行、密集、微细的构造节理,其间距一般为几个 若大于几 烈挤压地段出现,常与褶皱、断层同时形成相伴产出,褶皱变形或断层错动过程中产生的密集剪切破裂面。§ 5体综合调查方法二、沿暴露面调查(二)不连续面张开度或厚度不连续面张开度或厚度指不连续面两侧壁的垂直距离。(三) 不连续面的粗糙度(四)不连续面的渗水性:流水、渗水、潮湿、干燥(五)岩体和不连续面风化蚀变程度可用三种方法确定:1、肉眼鉴定充填物和两壁岩石风化蚀变程度。2、用回弹仪测定不连续面两壁岩石的回弹值,将其与同种新鲜岩面的回弹值进行比较分级。3、在不连续面壁取岩块作点荷载试验,与同种新鲜岩块的点荷载强度值进行比较分级。§ 5体综合调查方法二、沿暴露面调查具体做法是: 沿暴露面布置一条测线,测线基点设在调查区边缘,沿测线拉一皮尺,逐条量测每条结构面距基点的距离(基距)、产状、持续性、粗糙度、充填、胶结情况、张开度、风化或蚀变程度、渗水情况等。沿边坡调查时,测出不连续面迹线长度(持续性即延展长度)。 沿地下坑道调查时,沿坑道壁布置测线,根据不连续面在坑道内的出露情况,将持续性分为 3类:( 1)不连续面迹线穿越顶底板;( 2)不连续面迹线穿越顶板或底板;( 3)不连续面迹线在壁面上出现。§ 5体综合调查方法二、沿暴露面调查§ 5体综合调查方法二、沿暴露面调查§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析通过赤平极射投影作结构面极点等密图,发现优势结构面组。优势结构面组即为产状相近的结构面的总合。赤平极射投影方法 : ( 1)基本原理赤平极射投影是表示 物体的几何要素(点、线、面)空间方位和角度关系的平面投影 , 并不涉及面积的大小、线段的绝对长度和点与点之间的绝对距离。§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 1)基本原理赤平极射投影的作图包括两个步骤:a、作球面投影 利用一个球体作为投影工具(叫投影球),如图所示。 将物体的几何要素从投影球中心投影到球面上去,得到球面投影,如图中结构面 b、化球面投影为赤平投影 由图中 简称极点 )向球面投影发出射线,如 为极射)。它们与投影球的赤道平面 (亦称赤平面 )、 M、 E, S, W, ,西,北。§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 2)投影方法设有一个结构面,走向是南北,倾向东,倾角 α。首先通过 作倾向东的一个圆,如球体中的 表示这个结构面,它在球体中与赤平面,就是它的倾角。这个结构面与上半球面的交线是 由极点 赤平面相交一个圆弧此圆弧即为结构面 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 2)投影方法①、通过球心的平面,由于产状不同有以下三种不同的投影特征:a.直立平面的投影就是赤平面上大圆的一条直径,如图所示中的 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 2)投影方法①、通过球心的平面,由于产状不同有以下三种不同的投影特征:b.水平面的赤平投影就是赤平面上的大圆周,如图所示,该大圆称为基圆。§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 2)投影方法①、通过球心的平面,由于产状不同有以下三种不同的投影特征:c.倾斜平面的赤平投影则是在基圆内的一个大圆弧。还有一部分圆弧在基圆外。包括这部分的称全空间赤平投影。如图所示,A‘般所指的赤平投影就是在基圆以内的部分,称为 空间半赤平投影 。§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 2)投影方法②、空间任意一个不通过球心的平面,其球面投影必为直径小于基圆直径的小圆,如图所示。§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 2)投影方法③、通过球心的直线,在赤平面上的投影是一个点,如图所示。直线 ’点。§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 3)投影网 (吴尔夫等角投影网,简称吴氏经纬网 )§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 4)利用投影网做投影的步骤和方法例 1:已知一个结构面走向北东 400,倾向南东,倾角 600,用吴氏网作其赤平投影。( a)将绘图透明纸放在投影网上,按投影网大小划圆,在圆周上同样标出 E,S,W, 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 4)利用投影网做投影的步骤和方法( b)根据结构面的走向方位,依投影网上的刻度,在图纸圆周上取北东 400和南西 400的 a,如图 (a)所示。( c)如图 (b)所示,转动透明纸,使 a、 、 据上述投影原理可知,结构面倾向南东时,投影圆弧凹向南东,故投影线落在投影网的左半部。根据结构面的倾角 600,描下投影网上相同角度的经线 圆弧即为所求结构面的赤平极射投影。§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 4)利用投影网做投影的步骤和方法例 2: 已知一直线的产状为 1500 ∠ 400 ,求作该直线的赤平极射投影。作图步骤如下:① 将绘图透明纸放在投影网上,按投影网大小划圆,在圆周上同样标出 E,S,W, 找到 1500的方位点 A,过 点,从 00 角距得到 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 4)利用投影网做投影的步骤和方法例 3:作平面法线的赤平投影,已知任意一个过球心的平面,可以作与它相垂直的法线的投影。设已知平面的产状为2200 ∠ 500,作图步骤如下:① 将绘图透明纸放在投影网上,按投影网大小划圆,在圆周上同样标出 E,S,W, 找到 2200的方位点 A,在 圆心0向 00得到 00角距关系。§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 4)利用投影网做投影的步骤和方法结构面的极点图:空间平面的法线投影为一个点,即极点,因此可用极点代表一个结构面。在赤平投影图上,用极点代表一个平面,平面的倾角为从圆心至极点的角距,如图。§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 4)利用投影网做投影的步骤和方法施氏子午纬度圈网 :子午线用于表示平面或直线的倾向,纬度圈用于表示平面或直线的倾角。平面(用法线代表)和直线在子午纬度圈网上的投影都是一个点。§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 4)利用投影网做投影的步骤和方法用施氏子午纬度圈网作结构面的极点图:空间平面的法线投影为一个点,即极点,因此可用极点代表一个结构面。例如:三个结构面,其产状为 35/60、 50/40、 70/30,其极点为图中的 A、 B、 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 4)利用投影网做投影的步骤和方法用施氏子午纬度圈网作结构面的极点图:§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 4)利用投影网做投影的步骤和方法极点计数图丹尼斯计算网: 型网§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律1、优势结构面组分析( 4)利用投影网做投影的步骤和方法极点等密线图( 极点等密图)计数图中数字相等的点的连线即为极点等密线图。§ 5体综合调查方法三、结构面的空间分布规律2、 优势结构面组分析及其应用在实际工程中,结合各组结构面的产状和数量,权衡各优势结构面组对工程稳定性的影响,在可能的情况下,选择最适宜的巷道走向,有利于坑道的温度和减少支护和维护费用。§ 5体综合调查方法四、 结构面间距的统计规律(一)结构面间距的概念真间距 :两条结构面之间的垂直距离。视间距 :沿测线两相邻结构面之间的距离。(二)优势结构面组的间距统计分析1976)对英国的许多沉积岩调查分析发现,对于给定的不连续面间距 x, 其频率(单位长度内不连续面的条数),可由函数 f(x) 确定:其中: λ≈1/x’,是很多不连续面的平均频率, x’是平均间距。 )(§ 5体综合调查方法四、 结构面间距的统计规律(二)优势结构面组的间距统计分析1976)提出可采用下列公式估算岩石质量指标 λ值在 6~ 16/用下列线性关系得到的岩石质量指标与实测的岩石质量指标非常接近:) 0 0    R Q D§ 5工程岩体分类分类的目的 :为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。按分类目的,可分为 综合性和专题性两种 ;按其所涉及的因素多少,可分为 单因素分类法和多因素分类法 两种。§ 5工程岩体分类一、工程岩体分类的参考影响因素1、岩石的质量。主要表现在岩石的强度和变形性质方面。2、岩体的完整性。岩体完整性取决于不连续面的组数和密度。可用结构面频率、间距、岩心采取率、岩石质量指标 些定量指标是表征岩体工程性质的重要参数。3、结构面条件。包括结构面产状、粗糙度和充填情况。岩体的工程性质主要取决于结构面的性质和分布状态以及其间的充填物性质。§ 5工程岩体分类一、工程岩体分类的参考影响因素4、岩体及结构面的风化程度。风化程度越高,岩体越破碎,强度越低 。5、地下水的影响。渗流,软化,膨胀,崩解,静、动水压力等。6、地应力。地应力难于测定,它对工程的影响程度也难于确定,因此,其影响一般在综合因素中反映。7、某些综合因素§ 5工程岩体分类二、几种有代表性的工程岩体分类方法1、普氏分类法以岩石试件的单轴抗压强度作为分类依据,根据普氏坚固性系数 f 将岩石分为十级。 f 值越大,岩体越稳定。式中: 岩石单轴抗压强度, f ≥20 为 1级,最坚固; f ≤0级,最软弱。优点 :形式简单,使用方便。缺点 :未考虑岩体的完整性、岩体结构特征对稳定性影响,故不能准确评价岩体的稳定性。10§ 5工程岩体分类二、几种有代表性的工程岩体分类方法2、岩石单轴抗压强度分类我国工程界按岩石单轴抗压强度将岩体分为四类:类别 岩石单轴抗压强度σc(固性Ⅰ 250~160 特坚固Ⅱ 160~100 坚固Ⅲ 100~40 次坚固Ⅳ >200 154~8 100~200 122~4 50~100 71~2 25 ~ 50 4不采用 10 ~ 25 2不采用 3 ~ 10 1不采用 3 1~3 开度 >5伸超过数米0§ 5工程岩体分类二、几种有代表性的工程岩体分类方法7、节理岩体地质力学分类( 5)取决于地下水状态的岩体评分值 0L/理水压力与最大主应力的比值总的状态 评分值无 0 干燥 2025 1225~ 125 中等压力水6125 严重地下水问题0§ 5工程岩体分类二、几种有代表性的工程岩体分类方法7、节理岩体地质力学分类( 6)节理方向对 6方向对工程的影响评价隧道 地基 边坡很有利 0 0 0有利 - 2 - 2 - 5较好 - 5 - 7 - 25不利 - 10 - 15 - 50很不利 - 12 - 25§ 5工程岩体分类二、几种有代表性的工程岩体分类方法7、节理岩体地质力学分类( 7)节理走向与倾角对隧道掘进的影响节理走向垂直于隧道轴线 节理走向平行于隧道轴线 倾角00~ 200顺倾向掘进 逆倾向掘进倾角450~ 900 200~ 450 450~ 900 200~ 450 450~ 900 200~ 450不考虑走向很有利 有利 一般 不利 很不利 一般 一般§ 5工程岩体分类二、几种有代表性的工程岩体分类方法7、节理岩体地质力学分类( 7)节理走向与倾角对隧道掘进的影响考虑不支护隧道的自稳时间。该分类法已得到比较广泛的应用。分类号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ平均自稳时间150年101年500400 300~400 200~300 100~200 450 350~450 250~350 150~250 60 60~30 30~15 15~5 5 900 时,应以 00 代入上式计算 以 值 5 0390 § 5工程岩体分类三、我国工程岩体分级标准 (、工程岩体分级的基本方法( 2)岩体基本质量分级B、按 体基本质量定性特征 岩体基本质量指标 ( 坚硬岩,岩体完整; >550Ⅱ 坚硬岩,岩体较完整;较坚硬岩,岩体完整;550~451 Ⅲ 坚硬岩,岩体较破碎;较坚硬岩或软硬岩互层,岩体较完整;较软岩,岩体完整;450~351 Ⅳ 坚硬岩,岩体破碎;较坚硬岩,岩体较破碎~破碎;较软岩或软硬岩互层,且以软岩为主,岩体较完整~较破碎;软岩,岩体完整~较完整;350~251 Ⅴ 较软岩,岩体破碎;软岩,岩体较破碎~破碎;全部极软岩及全部极破碎岩;60 >33 5工程岩体分类三、我国工程岩体分级标准 (、工程岩体分类标准的应用岩体结构面抗剪强度参数基本质量级别 两侧岩体的坚硬程度及结构面的结合程度 内摩擦角 Φ(0) 粘结力 C( 坚硬、结合好 >37 > 坚硬-较坚硬、结合般;软弱岩,结合好37~29 坚硬-较坚硬、结合差;较软弱岩,结合一般29~19 较坚硬-较软岩、结合差 — 很差;软弱岩、结合差软质岩的泥化面19~13 较坚硬及全部软质岩、结合很差;软质岩泥化层本身5m,一般无自稳能力,数日至数月内可发生松动变形、小塌方,可发展为中至大塌方。跨度 6m,或塌方体积 >100钻孔取心调查 沿暴露面调查 结构面的空间分布调查 赤平极射投影 、面; 施氏子午纬度圈网 54321 类别 岩体描述 岩体评分值 很好 81~100 Ⅱ 好 61~80 Ⅲ 较好 41~60 Ⅳ 较差 21~40 Ⅴ 很差 0~20 类法:由岩石强度 ( 、节理间距 (、节理条件 (地下水 (和节理方向对工程的影响的修正参数( 6种指标组成,岩体工程分类方法分类法:挪威巴顿( 人于 1974年根据隧道工程的调查,提出一个用 6个参数表达的岩体质量指标 Q,作为岩体质量分类的依据。式中: 岩体质量指标; 节理组数; 节理粗糙系数; 节理蚀变系数; 节理水折减系数; 应力折减系数 。 (1)岩体的完整性; (2)结构面的形态、充填物特征及次生变化程度; (3)表示水与其他应力存在时对岩体质量的影响。S Q 我国工程岩体分级标准 ( 5 0390 [1+3) 式中: 地下水影响修正系数; 主要软弱结构面产状影响修正系数; 初始应力状态修正系数。基本质量级别 自稳能力Ⅰ 跨度 5m,一般无自稳能力,数日至数月内可发生松动变形、小塌方,可发展为中至大塌方。跨度 <5m,可稳定数日至 1个月Ⅴ 无自稳能力
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