触。每一接触面会产生压缩变形，其压缩量δ可按弹性理论中的布辛涅
斯克解求得：
mQ (1 2 ) m d 2 (1 2 )
EA
nhE
节理闭合弹性变形值δ0＝2δ，则
0
2m
d 2 (1 nhE
2)
式中：m为与荷载面积形状有关的系数； d为块体的边长；E为弹性
模量；n为接触面的个数；h2为每个接触面的面积；σ.d2 为作用于节
m ax
da cos a
,
m bx
db cos b
, m nx
dn , cos n
式中：n为取样线l内的节理组数量.
该取样线上的裂隙度K为各组节理的裂隙度Ki之和。即：
K Ka Kb Kn
Ka
1 m ax
,
Kb
1 m bx
,K n
1 m nx
,
K越大，结构面越密集。不同测线上的K值差别越大，岩体各 向异性越明显。按K的大小，可将节理分成：疏节理（K=0～1 m-1）；密节理（K=1～10 m-1）；非常密集节理（K=10～ 100 m-1）；压碎或糜棱化带（K=100～1000 m-1）；
c tg
式中：c、φ分别是结构面上的粘结力和摩擦角， φ＝ φb + β , φb是岩石平坦表面基本摩擦角，β是结 构面的爬坡角；σ是作用在结构面上的法向正应力。
一、平直结构面的抗剪强度
结构面呈平直状，没有波状起伏。
1、平直结构面的剪切变形曲线 （1）τ很小时，τ－δ呈线性，弹性状态； （2）τ很大，大到足以克服移动摩擦阻力之后，τ－δ呈非线性；
（2）构造结构面
各类岩体在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、 节理、断层、层间错动面等。
节理面在走向延展及纵深发展上，其范围都是有限的，大 者一般不过上百米，小者仅有几厘米．张节理面一般粗糙，参 差不齐，宽窄不一，延展性较差，剪节理面一般平直光滑，延 展性相对较好，节理面上常见有擦痕和各种泥质薄膜，如高岭 石、绿泥石、滑石等，因此，剪节理面尽管接触紧密，但却易 于滑动。
初始阶段的剪切变形曲线呈下凹型，随着剪切变形的发展，剪切应力逐渐 升高但无明显的峰值出现，最终达到恒定值。
§2-3 结构面的抗剪强度
结构面最重要的力学性质之一是抗剪强度。结构 面在剪切过程中的力学机制比较复杂，构成结构面 抗剪强度因素是多方面的，大量试验结果表明，结 构面抗剪强度一般可用莫尔－库伦准则表示：
（3）次生结构面
在地表条件下，由于外力(如风化、地下水、卸荷、爆破 等)的作用而形成的各种界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、风化 裂隙、风化夹层及泥化夹层等．
卸荷裂隙一般发生在岩体有临空面条件的地区，特别是在 深切河谷处，延展性不好，常在地表20～40m内发育，裂 隙面粗糙不平，常为张开型，充填物多为泥质碎屑．
D、压扭性结构面：既有压性结构面的特征，又有扭性 结构面的特征，但常以其中一种为主。
E、张扭性结构面：兼有张性和扭性结构面的双重特征。 往往成锯齿状。
三、结构面的分级
结构面的发育程度、规模大小、组合形式等是决定结构体 的形状、方位和大小，控制岩体稳定性的重要因素。尤以结 构面的规模是最重要的控制因素。按结构面发育程度和规模 可以划分为如下五级：
A、充填物成分：质粘土、砂质、角砾质等。 B、充填物厚度对结构面强度影响特别显著。按厚度可将有充填物的结构
面分为： 薄膜充填：充填物厚度多在1mm以下，多系次生蚀变矿物与风化矿物构
成，如滑石、粘土矿物等； 断续充填：充填物不连续，厚度多小于结构面的起伏差，使结构面强度
降低。 连续充填：充填物厚度一般大于起伏差，结构面强度主要受充填物强度
d 1 l Kn
式中：n为长度l内的节理数量. 当取样线垂直节理的走向时，d为节理走向 的垂直间距。按节理的垂直间距d将岩体分为： d > 180cm 整体结构； d =30～80cm 块状结构 d < 30cm 碎裂状结构； d < 6.5cm 极破碎结构
当岩体中有几组不同方向的节理时，
如图所示两组节理Ka、Kb，则沿取样 方向x上的节理平均间距max和mbx为
A( V )t
Vmc V
当A=1，t=1时，上式为：
V
V
mcVmc).
一、节理的法向变形
若A与t不为1，可由试验确定曲线方程。其方法为： （1）取完整岩石试件，测其轴向σ-△V曲线（如图（a)中的A线)。 （2）将试件沿横向切开，使切缝成一条平行于试件底面且成波状起伏 的裂缝，以模拟节理。 （3）将切缝上下两块试块重合装上—“配称切缝试件”，加载测其轴 向σ-△V曲线（如图（a)中的B线)。 （4）将切缝上下两块试块旋转某一角度装上—“非配称切缝试件”， 加载测其轴向σ-△V曲线（如图（a)中的C线)。 (5)利用曲线的差值求切缝的压缩量。
2、按结构面按受力条件可分为
A、压性结构面：由压应力挤压而成，其走向与最大主 应力方向垂直。如片理面、褶皱轴面、压性节理面 等。
B、张性结构面：在拉应力作用下产生的结构面，其走 向与最大主应力方向一致。结构面是张开的，结构 面壁粗糙。如张断裂面、张性节理面。
C、扭性结构面：由纯剪或压张应力引起的剪应力所形 成的结构面，结构面壁较光滑，开口或闭口都有可 能，往往成对出现。如x型断层面，x型节理面。
理上的压缩荷载。
一、节理的法向变形
2、节理的闭合变形 Goodman 于1974年通过试验，得出法向应力σ与结构面闭合量△V有如下 关系：
A( V )t
Vmc V
式中：ξ为原位压力，由测 量法向变形的初始条件决定； Vmc为最大可能的闭合量； A、 t是与结构面几何特征、岩石力 学性质有关的参数。
爆破裂隙是矿山工程中常见的一种次生结构面，爆破裂隙 的延展与分布视所在地区岩体特性及爆破的大小而异．一般 爆破裂隙的延展范围是有限的，且多呈一组相互平行的、弧 状的裂隙面分布．
风化裂隙及风化夹层一般是沿原生夹层和原有结构面发育， 多是短小密集，延展性差，仅限于地表一定深度．
泥化夹层是由于水的作用使夹层内的松软物质泥化而成， 其产状与岩层基本一致，泥化程度视地下水作用条件而 异．泥化夹层一般都是强度很低的，它们是导致岩体失稳破 坏的常见因素．
“配称切缝试件”——“B-A” “非配称切缝试件”——“C-A”
二、节理的切向变形
在一定的法向应力作用下，结构面在剪切作用下产生切向变形，其变形 特征用试验时施加的剪应力τ与相应的剪切位移δ的关系来描述。τ-δ曲线特 征取决于结构面的基本特征（粗糙度、起伏度、充填物性质与厚度等）。 （1）结构面粗糙无充填物（A)： 随着剪切变形发生，剪应力相对上升较快，当达到剪应力峰值后，结构面抗 剪能力出现较大的下降，并产生不规则的峰后变形或滞滑现象。 （2）平坦的结构面或结构面有充填物（B):
二、结构面的类型
1、按结构面 按成因可分为
原生结构面 构造结构面 次生结构面
沉积结构面 火成结构面 变质结构面
（1）原生结构面：在成岩过程中形成的结构
面。
A、沉积结构面是沉积岩在成岩过程中形成的各种地质界面， 包括层面、层理、沉积间断面（不整合面、假整合面），及原 生软弱夹层等。 B、火成结构面为岩浆侵入、喷溢冷凝所形成的各种结构面， 如流层、流线、火山岩流接触面、各种蚀变带、挤压破碎带以 及原生节理等。这些结构面的产状受侵入岩体与围岩接触面所 控制。 C、变质结构面为岩体在变质作用过程中所形成的结构面，如 片理、片麻理、板理及软弱夹层等。变质结构面的产状与岩层 基本一致，延展性较差，但它们一般分布密集。片理结构面是 变质结构面中最常见的，其面常常是光滑的，但形态呈波浪状. 片麻理面常呈凹凸不平状，结构面也比较粗糙，变质岩中的软 弱夹层主要是片状矿物，如黑云母、绿泥石、滑石等的富集带， 其抗剪强度低，遇水后性质就更差.
Xe
a1
a2 an A
岩体按切割度分类： Xe＝0.1～0.2 完整岩体； Xe＝0.2～0.4弱节理化岩体； Xe＝0.4～0.6中等节理化岩体； Xe＝0.6～0.8强节理化岩体； Xe＝0.8～1.0完全节理化岩体； 岩体被某组结构面切割的程度Xr为：
Xr K Xe
式中：K为岩体的裂隙度； Xe 为沿某一平面的切割度。
断层面的规模相差比较悬殊，有的深切岩石圈几十公里， 有的仅限于地壳表层或只在地表数十米．但是，相对工程而言， 断层面一般是延展性较好的结构面．断层面(或帘)的物质成分 主要是构造岩，如断层泥、糜棱岩、角砾岩、压碎岩等．层间 错动带是在层状岩体中常见的一种构造结构面，其产状一般与 岩层一致。
延展性较好，结构面中的物质，因受构造错动的影响，多 呈破碎状、鳞片状，且含泥质物。
结构面控制着岩体的强度。结构面延展情况不同，其力 学效应也不同。
(1)非贯通性结构面
(2)半贯通性结构面
(3)贯通性结构面
五、结构面的状态
4、结构面的密集程度：指岩体中各种结构面的发育程度。 衡量密集度的指标为岩体裂隙度K和切割度Xe。
（1）岩体裂隙度K——沿取样 方向单位长度上的节理数量
Kn l
（3）τ达到峰值τP后， δ突然增大，表面试件已沿结构面破坏， 此后τ迅速下降，并趋于一常量（残余强度）。
第2章 结构面的力学性质
§2-1 结构面的类型及其特征 §2-2 结构面的变形特性 §2-3 结构面的抗剪强度 §2-4 结构面的力学效应
§2-1 结构面的类型及其特征
一、结构面的概念
结构面是指岩体中存在着的各种不同成因和不同特性的 地质界面，包括物质的分界面、不连续面如节理、片理、断层、 不整合面等。 结构面具有一定的方向、延展较大、厚度小的二 维面状地质界面。
I 级结构面--区域构造起控制作用的断裂带
Ⅱ 级结构面--延展性强而宽度有限的地质界面
Ⅲ 级结构面--局部性的断裂构造
Ⅳ 级结构面--节理面