▪ 因此，岩体结构是相对的，只有在确定的地 质条件和工程尺寸条件下，工程岩体结构才 是唯一确定的。
▪ 工程岩体结构不同，岩体的力学机制和工程 的稳定性分析方法是不一样的。
▪ 结构面和结构体组合形式，尤其是结构面性状， 可将岩体划分如下结构类型：
▪ ①整体块状结构，包括整体（断续）结构、块状 结构和菱块状结构；
▪ 4.3 岩体结构面及其充填特征 ▪ 结构面是具有一定方向、延展较大而厚度较
小的二维面状地质界面， ▪ 它的存在，使岩体显示构造上的不连续性和
不均质性， ▪ 岩体力学性质与结构面的特性密切相关。
▪ 4.3 岩体结构面及其充填特征 ▪ 4.3.1 结构面类型及特征 ▪ 根据结构面的形成原因，通常将其分为三种
，j．楔、锥形结构体；i．板状结构体
▪ ⑤岩体结构：由不同类型的岩体结构单元在 岩体内的各种组合、排列形式的总称。
▪ ⑥岩体力学性质：是岩体抵抗外力作用的能 力，它包括岩体稳定性特征、强度特征和变 性特征，它是由组成岩体的岩石、结构面、 和赋存条件决定的。
▪ 由于岩体结构的原因，岩体的强度随试件尺 寸增大而降低，
▪ 因此，影响岩体力学性质的基本因素有：结 构体力学性质、结构面力学性质、岩体结构 力学效应和环境因素，即：
结构体 岩石：通过结构体的力学性质来表征，在某种情况下，
它具有控制作用。
结构面：当结构体强度很高时，主要由结构面的力学性质决定。
岩体结构效应：主要表现在岩体的爬坡角效应、尺寸效应及
，全
风化
带
断层破碎 带交 叉．构造 及风化裂 碎 隙密 屑 集．结构 状 及组合错 颗 综复杂， 粒 并多充填 状 粘性 土．形成 许多大小 不一的分 离岩块
完整性 遭到极 大破 坏．稳 定性极 差．岩 体属性 接近松 散体介 质
可能发 生的岩 上工程 问题
易引起 规模较 大的岩 体失稳、 地下水 加剧岩 体失稳
表2-1 岩体结构类型
级序 Ⅰ Ⅰ1
结构类型 块裂结构
划分依据
多数软弱结构面 切割，块状 结构体
亚类 块状块裂结构 层状块裂结构
Ⅰ2 板裂结构 一组软弱结构面 块状板裂结构
切割，板状 结构体
层状板裂结构
Ⅱ Ⅱ1 完整结构 无明显结构面切 块状完整结构
割
板状完整结构
Ⅱ2 断续结构 显结构面断续切 块状断续结构
▪ 4.2.4 岩体结构的相对性及工程岩体结构的唯 一性
▪ 岩体结构分类的最终目的在于为岩石工程的 建设服务。
▪ 对于工程岩体而言，由于工程规模和尺寸的 变化，岩体结构也发生相对变化。
▪ 也就是岩体结构类型随着所考察岩体的范围 和尺寸不同而不同。
▪ 4.2.4 岩体结构的相对性及工程岩体结构的唯 一性
▪ 岩体由于温度作用产生的应力也是很可观的，这 种温度应力实际上也是地应力的一部分。
▪ 地下水的力学效应表现在两个方面,即孔隙-裂隙 水的压力作用和软化作用。
▪ 在地下水的作用下，岩体的力学强度将降低，对 于软弱岩体，这一效应尤为明显。
▪ 整体结构岩体的力学效应规律基本上与节理 化岩体相近。
▪ 以单轴抗压强度为例，
完整性破 坏较大， 整体强度 很低．并 受断裂等 软弱结构 面控制， 多呈弹塑 性介．稳 定性很差
易引起规 模较大的 岩体失稳、 地下水加 剧岩体失 稳
岩体结构类型－5
岩 体 岩体 构 地质 类 类型 型
主
要
结 构 体
结构面发 育情况
形
状
岩土工 程特征
构造
影响
剧烈
散 体 状 结 构
的 断层 破碎 带， 强风 化带
▪ 而且工程开挖方向与岩体内结构面产状间的 关系不同，其变形和破坏特征也不一样，
▪ 同时它随着环境因素（水与地应力等）的变 化而变化。
▪ 中国工程地质学家谷德振教授在20世纪50年 代就重视断裂对工程的危害，认识到岩体特性 主要取决于岩体的内在结构，可作为岩体质量 评价、岩体力学模型和力学介质类型划分、岩 体力学测试方案制定、测试成果分析和力学分 析计算的基础。
原生岩体结构特征已消失 原生岩体结构特征已消失
▪ 断层破碎带及强风化带内存在有另一种结构类型， 他们具有两个特点：
▪ （1）结构面和结构体呈无序状排列；
▪ （2）结构面既有软弱结构面也有坚硬结构面，因 此，这种岩体结构既不是Ⅰ级结构也不是Ⅱ级结构， 属于一种过度型，被称为散体结构。
▪ （3）具有这种结构的岩体，规模一般不大，常呈 夹层或带状，比较常见，是一种不可忽视的结构类 型，它经常是应力消散、地下水和气体的通道，也 是岩体失稳的关键地段。
矿山岩体力学
华北科技学院 安全工程学院
2020/3/3
1
4 岩体力学性质
▪ 4.1 概念 ▪ 宏观上讲，天然岩体是由各种结构面和分割形成岩
石块体的组合体。
▪ 与岩石相比，岩体显示出不连续性、不均质性和各 向异性等特点。
▪ 岩体的力学性质是岩石和结构面力学性质的综合反 映。除了必须研究岩石的力学性质之外，还必须研 究结构面的力学性质。
▪ ②层状结构，包括层状结构和薄层(板状)结构； ▪ ③碎裂结构，包括镶嵌结构、层状碎裂结构和碎
裂结构；
▪ ④散体结构，包括块夹泥结构和泥夹块结构等。
岩体结构类型－1
主
岩
要
体 岩体 结
构 地质 构
类 类型 体
型形ຫໍສະໝຸດ 状均质， 巨块 状岩 整 浆岩、 体 变质 巨 状 岩． 块 结 巨厚 状 构 层沉 积岩、 正变 质岩
岩体结构类型－3
岩 体 岩体 构 地质 类 类型 型
主
要
结 构 体
结构面发 育情况
形
状
岩土工 程特征
多韵 律的 薄层 层及 状 中厚 结 层状 构 沉积 岩、 副变 质岩
层
状 板 状 透 镜
有层理、 片理、节 理带有层 间错动面
体
接近均 一的各 向异性 体．其 变形及 强度特 征受层 面及岩 层组合 控．可 视为弹 塑性 体．稳 定性较 差
岩 体 构 类 型
岩体地质 类型
主要 结构 体形 状
结构面发育情况
岩土工程特征
可能发生的岩 上工程问题
块 状 结 构
厚层状机 积岩、正 变质岩、 块状岩浆 岩、变质 岩
块状 柱状
只具有少量贯穿 性较好的节理裂 隙．裂隙结构面 问距0.7～
1.5m。一般为2～ 3组．有少量分离 体
整体强度较 高．结构面互 不稳定结构体 相牵制．岩基 的局部滑动或 本稳定，接近 坍塌．深埋洞 弹性各向同性 室的岩爆 体
▪ ③结构体：由结构面彼此组合将岩体切割而 成的形态不一，大小不等和成分各异的岩石 块体。
▪ ④岩体结构单元或要素包括结构体和结构面。
即：
岩体结构单元
结构面 结构体
坚硬结构面 软弱结构面 块状结构体 板状结构体
图 结构体形状典型类型示意图(据孙广忠，1983) a，b．柱状结构体；d，e．菱形或板状结构体；c，f，g，h
割
层状断续结构
Ⅱ3 碎裂结构 坚硬结构面贯通 块状碎裂结构
切割，结构 体为块状
层状碎裂结构
过度 散体结构 软硬结构面混杂、 碎屑状散体结构
型
无序排列切 割
糜棱化散体结构
划分依据 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状
原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状
原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状
各向异性效应。
影响因素


影响岩体的承载能力，围压越大，其承载能力越高。

地应力影响岩体的变形和破坏机制，岩石由脆性破坏变为塑性破坏。
赋存环境：地下水：影影响响岩岩体体中的的变应形力、传破播坏的和法稳则定，性使。不连续变形转化为连续变形。





地温
▪ 结构面力学性质的尺寸效应体现在：结构面试块长 度增加，平均峰值摩擦角降低，试块面积增加，剪 切应力呈现出减小趋势。此外，还体现在
▪ 节理化岩体仅相当于岩块抗压强度的1/3至
1/10,
▪ 而整体结构岩体的单轴抗压强度可相当于岩 块的1/2至1/3。
▪ 4.2岩体结构的基本类型 ▪ 4.2.1岩体结构分类依据 ▪ 第一个依据是按结构面类型分类； ▪ 第二个依据是按结构面切割程度或结构体类
型分类；
▪ 第三个依据是按岩体的原生结构分类， ▪ 于是有：
▪ （1）随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度时的 位移量增大
▪ （2）试块尺寸增加，剪切破坏形式由脆性破坏向 延伸破坏转化
▪ （3）尺寸增加，峰值剪胀角减少，结构面粗糙度 减小，尺寸效应也减小。
▪ 起伏角α 为迎着受力方向结构面的仰角，又 称为爬坡角。
▪ 结构面具有爬坡角为α 的起伏时，其抗剪强 度中的摩擦角φa将增加α ，即
▪ φa=φj+α ▪ φj为平直结构面的基本摩擦角。
▪ 岩体环境因素力学效应主要是指岩体中应力 和地下水对岩体力学性质的影响。
▪ 无论是块裂介质、碎裂介质还是连续介质岩 体，其破坏机理及力学强度都随环境因素的 不同而变化(见岩体破坏)。
▪ 随着地应力的增高，其破坏机理由脆性向塑 性转化,破坏强度由低逐渐增高,岩体结构面的 力学效应由显著逐渐向消失转化。
▪ ①地质界面：是岩体中存在的各种物质分异 面和不连续面，如假整合、不整合、褶皱、 断层、层理、节理、片理等界面。
▪ ②结构面：是由不同成因、不同特征的地质 界面的统称。它在横向延展上具有面的几何 特征，常充填有一定的物质，具有一定的厚 度，它的变形机理是两盘闭合或滑移，在破 坏上，或是沿着结构面滑移，或是沿着它追 踪开裂。