文档介绍：工程地质分析原理
第一章地壳岩体结构特征的工程地质分析
岩体(rockmass):通常指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石,它处于一定的地质环境、被各种结构面所分割。
结构面:是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸(或具有一定厚度)的地质界面(或带)。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。
工程地质之所以要将岩体的结构特征作为重要研究对象,意义如下:
⑴岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位,它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。只有掌握岩体的结构特征,才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分布和应力状况。
⑵岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。岩体中的软弱结构面,常常成为决定岩体稳定性的控制面,各结构面分别为确定坝肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。
⑶靠近地表的岩体,其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的改造进程。这是由于结构面往往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位,也常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要通道,往往发展为重要的控制面。
总之,对岩体的结构特征的研究,是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据。
结构面的成因分类:原生结构面、构造结构面及浅表生结构面
结构面的工程地质分级:断层型或充填型结构面、裂隙型或非充填型结构面、断续延伸的非贯通型岩体结构面,它们分别对应于Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级结构面
岩体结构分类:
按建造特征可将岩体划分为块体状(或整体状)结构、块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。
按岩体的改变程度可划分为完整的、块裂化或板裂化,碎裂化、散体化的等四个等级。
第二章地壳岩体的天然应力状态
地壳岩体内的天然应力状态,是指未经人为扰动的,主要是在重力场和构造应力场的综合作用下,有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态,常称为天然应力或初始应力。
研究岩体天然应力状态的意义:
(1)岩体天然应力状态或地应力场是工程岩体存在的基本环境条件之一。
(2)岩体地应力场是决定各类地下建筑物稳定性的主要因素。
(3)修建大坝、大型水库和深大地下洞室等,常能在更大范围内破坏天然应力的原有平衡状态,引起一系列诸如断层复活、水库地震以及大规模岩爆等严重危害人民财产及施工人员安全的工程地质作用
天然应力的形成原因:
1、重力作用 2、地质构造运动 3、岩浆侵入
天然应力类型:
1、三向相等的静水应力式 2、竖直应力为主 3、水平应力为主
第三章岩体的变形与破坏
变形:岩体承受应力,就会在体积、形状或宏观连续性上发生某种变化(解释)。宏观连续性无明显变化者称为变形(deformation )。
破坏:如果宏观连续性发生了显著变化的称为破坏(failure)。
岩体变形破坏的基本过程与阶段划分:
(1)压密阶段:岩体中原有张开的结构面逐渐闭合,充填物被压密,压缩变形具有非线性特征,应力—应变曲线呈缓坡下凹形。
(2)弹性变形阶段:经压密后,岩体可由不连续介质转化为似连续介质,进入弹性变形阶段,过程长短主要视岩性坚硬程度而定。
(3)稳定破裂发展阶段:超过弹性极限(屈服点)以后,岩体进入塑性变形阶段,体内开始出现微破裂,且随应力差的增大而发展,当应力保持不变时,破裂也停止发展,由于微破裂出现,岩体体积压缩速率减缓,而轴向应变速率和侧向应变速率均有所提高。
(4)不稳定的破裂发展阶段,又称为累进性破坏阶段:进入本阶段以后,微破裂的发展出现了质的变化,由于破裂过程中所造成的应力集中效应显著,即使工作应力保持不变,破裂仍会不断的累进性发展,通常某些最薄弱环节首先破坏,应力重力分布的结果又引起次薄弱环节破坏,依次进行下去直至整体破坏。体积应变转为膨胀,孔隙水压力快速下降,轴应变速率和侧向应变速率加速增大。
(5)强度丧失和完全破坏阶段:岩体内部的微破裂面发展为贯通性破坏面。岩体强度迅速减弱,变形继续发展,直至岩体被分成相互脱离的块体而完全破坏。岩体破坏的基本形式:
根据岩体破坏机制可将岩体破坏划分为剪性破坏和张性破坏两类。
剪切破坏分为剪断破坏、剪切滑动破坏、塑性破坏
岩体由弹性变形阶段进入塑性变形阶段的临界应力称为岩体的屈服强度
岩体遭受最终破坏以后仍然保存有一定的强度,称为残余强度。
岩体变形破坏过程中的时间效应:
岩体变形破坏过程中的时间效应表现为两方面:其一,在应力恒定的情况下岩石变形随时间而发展,称为蠕变(creep);其二,庄变形恒定的情况下岩石内应力随时间而降低,称为松弛(relaxation)。
空隙水压力在岩体变形破坏中的作用:
地下水普遍赋存于岩体之中,它与岩体间的相互作用主要可归为两个方画:一是地下水与