第02讲 岩体的力学特性和工程地质性质

断裂构造是构成地壳的岩体受力作用发生变形，当变形达到一定程度后，使岩体的连续性和完整性遭到破坏，产生各种大小不一的断裂。它是地壳上层常见的地质构造，其分布很广，特别在一些断裂构造发育的地带，常成群分布，形成断裂带。根据岩体断裂后两侧岩块相对位移的情况，将其分为裂隙和断层两类。

1）裂隙

裂隙，也称为节理，是存在于岩体中的裂缝，是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造。一般用裂隙率（岩石中裂隙的面积与岩石总面积的百分比）表示，裂隙率越大.表示岩石中的裂隙越发育。

表1.1.4裂隙发育程度分级表

发育程度等级

基本特征

附注

裂隙不发育

裂隙1～2组，规则，构造型，间距在1m以上，多为密闭裂隙。岩体被切割成巨块状

对基础工程无影响，在不含水且无其他不良因素时，对岩体稳定性影响不大



裂隙较发育

裂隙2～3组，呈X型，较规则，以构造型为主，多数间距大于0.4m，多为密闭裂隙，少有填充物。岩体被切割成大块状

对基础工程影响不大，对其他工程可能产生相当影响



裂隙发育

裂隙3组以上，不规则，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分为张开裂隙，部分有填充物.岩体被切割成小块状

对工程建筑物可能产生很大影响



裂隙很发育

裂隙3组以上，杂乱，以风化型和构造型为主，多数间距小于0.2m，以张开裂隙为主，一般均有填充物。岩体被切割成碎石状

对工程建筑物产生严重影响







注：裂隙宽度：密闭裂隙<1mm；微张裂隙为1～3mm；张开裂隙为3～5mm；宽张裂隙>5mm。





2014年真题

1.某基岩被3组较规则的X型裂隙切割成大块状，多数为构造裂隙，间距0.5m～1.0m，裂隙多密闭少有充填物，此基岩的裂隙对基础工程（　）。

A.无影响

B.影响不大

C.影响很大

D.影响很严重



























&nbsp;&nbsp;



『正确答案』B

『答案解析』本题考查的是岩体的构成。裂隙发育程度等级为较发育的情况下，其对基础工程影响不大，对其他工程可能产生相当影响。参见教材P7。





根据裂隙的成因。将其分为构造裂隙和非构造裂隙两类。

①构造裂隙。构造裂隙是岩体受地应力作用随岩体变形而产生的裂隙。由于构造裂隙在成因上与相关构造（如褶曲、断层等〉和应力作用的方向及性质有密切联系，所以它在空间分布上具有一定的规律性。按裂隙的力学性质，可将构造裂隙分为张性裂隙和扭（剪）性裂隙。张性裂隙主要发育在背斜和向

斜的轴部，裂隙张开较宽，断裂面粗糙，一般
很少有擦痕，裂隙间距较大且分布不匀，沿走向和倾向都延伸不远；扭（剪）性裂隙，一般多是平直闭合的裂隙，分布较密、走向稳定，延伸较深、较远，裂隙面光滑，常有擦痕，一般出现在褶曲的翼部和断层附近。扭性裂隙常沿剪切面成群平行分布，形成扭裂带，将岩体切割成板状。有时两组裂隙在不同的方向上同时出现，交叉成“X”形，将岩体切割成菱形块体。

②非构造裂隙。裂隙分布零乱,没有规律性。岩体中的裂隙，在工程上除有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。其破坏了岩体的整体性，促进了岩体的风化速度，增强了岩体的透水性，进而使岩体的强度和稳定性降低。当裂隙主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致时，不论岩体的产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌等不稳定现象。在路基施工中，如果岩体存在裂隙，还会影响爆破作业的效果。因而，当裂隙有可能成为影响工程设计的重要因素时，应当对裂隙进行深入的调查研究，详细论证裂隙对工程建设的影响。

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\n 断层是岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生显著相对位移的断裂构造。

\n ①断层要素。断层一般由四个部分组成。

\n a.断层面和破碎带

\n b.断层线

\n c.断盘

\n d.断距

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②断层基本类型。根据断层两盘相对位移的情况，可分为正断层、逆断层、平推断层。

正断层是上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。它一般是受水平张应力或垂直作用力使上盘相对向下滑动而形成的，所以在构造变动中多在垂直于张应力的方向上发生，但也有沿已有的剪节理发生。

逆断层是上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。它一般是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用，使上盘沿断面向上错动而成。断层线的方

向常和岩层走向或褶皱轴的方向近于一致，和压应力作用的方向垂直。断层面从徒倾角至缓倾角都有。

平推断层是由于岩体受水平扭应力作用，使两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。由于多系受剪（扭）应力形成，因此大多数与褶皱轴斜交，与“X”节理平行或沿该节理形成，其倾角一般是近于直立的。这种断层的破碎带一般较窄，沿
断层面常有近水平的擦痕。







2010年真题：

61.下盘沿断层面相对下降，这类断层大多是（　）。

A.受到水平方向强烈张应力形成的

B.受到水平方向强烈挤压力形成的

C.断层线与褶皱轴的方向基本一致

D.断层线与拉应力作用方向基本垂直

E.断层线与压应力作用方向基本平行



























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『正确答案』BC

『答案解析』本题考查的是岩体的构成。（1）断层要素：①断层面和破碎带；②断层线；③断盘；④断距。（2）断层基本类型：①正断层是上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。②逆断层是上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。③平推断层是两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。其倾角一般是近于直立的,本题是逆断层。参见教材P8。





（二）岩体结构特征

1.结构体特征

2.岩体结构类型

岩体结构的基本类型可分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构。

（1）整体块状结构。结构面稀疏、延展性差、结构体块度大且常为硬质岩石，整体强度高，变形特征接近于各向同性的均质弹性体，变形模量、承载能力与抗滑能力均较高，抗风化能力一般也较强。因而，这类岩体具有良好的工程地质性质，往往是较理想的各类工程建筑地基、边坡岩体及地下工程围岩。

（2）层状结构。这类岩体作为边坡岩体时，结构面倾向坡外比倾向坡里的工程地质性质差得多。作为工程建筑地基时，其变形模量和承载能力一般均能满足要求。但当结构面结合力不强，有时又有层间错动面或软弱夹层存在，则其强度和变形特性均具各向异性特点，一般沿层面方向的抗剪强度明显比垂直层面方向的更低，特别是当有软弱结构面存在时，更为明显。这类岩体作为边坡岩体时，一般来说，当结构面倾向坡外时要比倾向坡里时的工程地质性质差得多。

（3）碎裂结构。层状碎裂结构和碎裂结构岩体变形模量、承载能力均不高，工程地质性质较差。

（4）散体结构。岩体节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，岩石手捏即碎，属于碎石土类，可按碎石土类考虑。









2011年真

题：

4.结构面结合力较差的层状结构工程地基岩体的工程特性是（　）。

A.沿层面方向的抗剪强度高于垂直层面方向

B.沿层面方向有错动比有软弱夹层的工程地质性质差

C.结构面倾向坡外比倾向坡里的工程地质性质好

D.沿层面方向的抗剪强度低于垂直层面方向



























&nbsp;&nbsp;



『正确答案』D

『答案解析』本题考查的是岩体结构特征。层
状结构。岩体中结构面一般风化微弱、结合力较弱，故这类岩体总体变形模量和承载能力均较高。作为工程建筑地基时，其变形模量和承载能力一般均能满足要求。但当结构面结合力不强，有时又有层间错动面或软弱夹层存在，则其强度和变形特性均具各向异性特点，一般沿层面方向的抗剪强度明显低于垂直层面方向的，当有软弱结构面存在时更甚。参见教材P9。





二、岩体的力学特性



（一）岩体的变形特征

岩体的变形通常包括结构面变形和结构体变形两个部分。岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。

（二）岩体的强度性质

由于岩体是由结构面和各种形状岩石块体组成的，所以，其强度同时受二者性质的控制。一般情况下，岩体的强度既不等于岩块岩石的强度，也不等于结构面的强度，而是二者共同影响表现出来的强度。但在某些情况下，可以用岩石或结构面的强度来代替。如当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，岩石的强度可视为岩体强度。如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制。





2011年真题：

5.工程岩体沿某一结构面产生整体滑动时，其岩体强度完全受控于（　）。

A.结构面强度

B.节理的密集性

C.母岩的岩性

D.层间错动幅度



























&nbsp;&nbsp;



『正确答案』A

『答案解析』本题考查的是岩体的力学特性。如当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，岩石强度可视为岩体强度。如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制。参见教材P10。





三、岩体的工程地质性质



（一）岩石的工程地质性质

1.岩石的物理力学性质

（1）岩石的主要物理性质

①重量

岩石的重量是岩石最基本的物理性质之一，一般用比重和重度两个指标表示。

岩石的比重是岩石固体（不包括孔隙）部分单位体积的重量，在数值上等于岩石固体颗粒的重量与同体积的水在4℃时重量的比。常见的岩石的比重一般介于2.4～3.3之间。岩石的比重决定于组成岩石的

矿物的比重及其在岩石中的相对含量。

岩石的重度也称容重，是岩石单位体积的重量，在数值上等于岩石试件的总重量（包括孔隙中的水重）与其总体积（包括孔隙体积）之比。岩石重度的大小决定于岩石中矿物的比重、岩石的孔隙性及其含水情况。岩石孔隙中完全没有水存在时的重度，称为干重度；孔隙全部被水充满时的重度，称为饱和重度。

一般来讲，组成岩石的矿物比重大，或岩石的孔隙性小，则岩石的重度就大。在相同条件
下的同一种岩石，重度大就说明岩石的结构致密、孔隙性小，岩石的强度和稳定性也较高。

②孔隙性

岩石的孔隙性用孔隙度表示，反映岩石中各种孔隙的发育程度。在数值上等于岩石中各种孔隙的总体积与岩石总体积的比，以百分数计。孔隙性对岩石的强度和稳定性产生重要的影响。岩石孔隙度的大小，主要取决于岩石的结构和构造，同时也受外力因素的影响。未受风化或构造作用的侵入岩和某些变质岩，其孔隙度一般是很小的，而砾岩、砂岩等一些沉积岩类的岩石，则经常具有较大的孔隙度。

③吸水性

岩石的吸水性一般用吸水率表示，反映岩石在一定条件下（在通常大气压下）的吸水能力。在数值上等于岩石的吸水重量与同体积干燥岩石重量的比，也可以百分数计。岩石的吸水率与岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度等因素有关。岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸润、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水作用的影响也就越显著。

④软化性

岩石的软化性是指岩石受水作用后，强度和稳定性发生变化的性质，主要取决于岩石的矿物成分、结构和构造特征。黏土矿物含量高、孔隙度大、吸水率高的岩石，与水作用容易软化而丧失其强度和稳定性。

用软化系数作为岩石软化性的指标，在数值上等于岩石饱和状态下的极限抗压强度与风干状态下极限抗压强度的比。其值越小，表示岩石的强度和稳定性受水作用的影响越大。未受风化作用的岩浆岩和某些变质岩，软化系数大都接近于1，是弱软化的岩石，其抗水、抗风化和抗冻性强。

软化系数小于0.75的岩石，是软化性较强的岩石，工程性质比较差。











⑤抗冻性

岩石孔隙中的水结冰时体积膨胀，会产生巨大的压力。岩石抵抗这种压力作用的能力，称为岩石的抗冻性。在高寒冰冻地区，抗冻性是评价岩石工程性质的一个重要指标。

岩石的抗冻性，有不同的表示方法，一般用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率表示。抗压强度降低率小于25%的岩石，认为是抗冻的；

大于25%的岩石，认为是非抗冻的。





2011年真题：

2.关于地基岩石软化性的说法，正确的是（　）。

A.软化系数>0.25,工程性质良好

B.软化系数<0.25,工程性质良好

C.软化系数<0.75,工程性质良好

D.软化系数>0.75,工程性质良好



























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『正确答案』D

『答案解析』本题考查的是岩体的工程地质性质。软化系数值越小，表示岩石的强度和稳定性受水作用的影响越大。未受风化作用的岩浆岩和某些变质岩，软化系数大
都接近于1，是弱软化的岩石，其抗水、抗风化和抗冻性强。软化系数小于0.75的岩石，是软化性较强的岩石，工程性质比较差。参见教材P11。





（2）岩石主要力学性质

①岩石的变形

岩石受力作用会产生变形，在弹性变形范围内用弹性模量和泊桑（松）比两个指标表示。弹性模量是应力与应变之比，以“帕斯卡”为单位，用符号Pa表示。相同受力条件下，岩石的弹性模量越大，变形越小。即弹性模量越大，岩石抵抗变形的能力越强。泊松比是横向应变与纵向应变的比。泊桑（松）比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越大。

岩石并不是理想的弹性体，岩石变形特性的物理量也不是一个常数。通常所提供的弹性模量和泊桑（松）比，只是在一定条件下的平均值。

②岩石的强度

岩石的强度是岩石抵抗外力破坏的能力，也以“帕斯卡”为单位，用符号Pa表示。岩石受力作用破坏，表现为压碎、拉断和剪切等，故有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等。

a.抗压强度。抗压强度是岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力，是岩石最基本最常用的力学指标。在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力。抗压强度主要与岩石的结构、构造、风化程度和含水情况等有关，也受岩石的矿物成分和生成条件的影响。

所以，岩石的抗压强度相差很大，胶结不良的砾岩和软弱页岩小于20MPa，坚硬岩浆岩大于245MPa。

b.抗拉强度。抗拉强度是岩石抵抗拉伸破坏的能力，在数值上等于岩石单向拉伸破坏时的最大张应力。岩石的抗拉强度远小于抗压强度，故当岩层受到挤压形成褶皱时，常在弯曲变形较大的部位受拉破坏，产生张性裂隙。

c.抗剪强度。抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力，在数值上等于岩石受剪破坏时的极限剪应力。在一定压应力下岩石剪断时，剪破面上的最大剪应力，称为抗剪断强度，其值一般都比较高。抗剪强度是沿岩石裂隙或软弱面等发生剪切滑动时的指标，其强度远远低于抗剪断强度。

三项强度中，岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。抗剪强度约为抗压强度的10%～40%，抗拉强度仅是抗压强度的2%～16%。岩石越坚硬，其值相差越大，软弱岩石的差别较小。岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石（岩体）稳定性的主要指标，是对岩石（岩体）的稳定性进行定量分析的依据之一。





例：某岩石的抗压强度是200MPa，其抗剪强度和抗拉强度可能约为（　）。

A.100MPa和40MPa

B.60MPa和20MPa

C.10MPa和2MPa

D.5MPa和1MPa



























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『正确答案』B

『
答案解析』本题考查的是岩体的工程地质性质。抗剪强度约为抗压强度的10%～40%，即20～80MPa；抗拉强度仅是抗压强度的2%～16%，即4～32MPa。