1、任务四 -岩体的稳定性评价,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学2. 影响岩体稳定性的因素（二）岩体稳定性评价的方法,一、概述,(1)岩体稳定性:岩体在工程施工期间和运营期间发生的 - 变形和破坏特性。岩体失稳:在工程施工和运营期间，岩体发生了不能容许的变形和破坏。稳定的：岩体未发生不能容许的变形和破坏。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学,(1)岩体稳定性: 各类工程有不同的结构特点和用途， 对岩体的稳定性有不同的要求。拱桥基础对地基岩体变形要求十分严格；简支梁桥基础容许一定数量的地基岩体均匀压缩变形。水库边坡上
2、容许发生一些规模不大的滑坡与崩塌；铁路路堑边坡不容许发生这样的边坡岩体滑动与崩塌。不同的地下工程对地下洞室围岩稳定性有不同要求。 如：铁路隧道 地下电站厂房 地下储油库等。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学,(2)岩体稳定性评价： 研究工程岩体发生失稳的条件 及变形破坏的规律， 为人类利用和改造岩体服务。岩体稳定问题一直是工程地质学研究的最主要任务。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学,(2)岩体稳定性评价：,评价方法：,传统的工程
3、地质学定性分析,岩 石 力 学 定 量 分 析,相互结合,目前已形成以研究岩体稳定性为主要任务的新学科 岩体工程地质力学,(3)岩体工程地质力学主要观点如下：认为岩体稳定性问题是一个岩体结构问题。岩体结构是在长期地质历史中，经过岩石建造、构造变形和次生蜕变形成的一种地质结构，因此，必须在地质力学背景研究的基础上认识岩体结构。应力状态的作用是通过岩体结构的力学效应表现出来的。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学,(3)岩体工程地质力学主要观点如下：作好岩体稳定性评价，必须引进数学力学分析方法和物理力学测试技术。在分析岩体结构时要考虑应力状态和荷载的作用，
4、力学分析时注意应力分布受岩体结构的影响，使分析方法与之相适应。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学,(3)岩体工程地质力学主要观点如下：岩体工程地质力学的理论和方法已经引起国内外工程地质界的重视并应用于工程实践中，特别在地下工程围岩稳定性评价和边坡稳定性评价方面。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学,岩体的稳定性主要取决于岩体结构特征及其它众多因素：影响因素归纳为四个方面：岩体所在位置周围地质环境的稳定性；岩体本身的特征和岩体中地下水的作用；岩体中初始应力状态及所受的工程荷载；工程施工及运营管理的水平等。,（）
5、岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,2. 影响岩体稳定性的因素,岩体所在位置周围地质环境的稳定性对该环境内的岩体稳定性有宏观控制作用。地质环境的稳定性包括：区域稳定性山体稳定性地面稳定性,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,2. 影响岩体稳定性的因素,岩体所在位置周围地质环境的稳定性对该环境内的岩体稳定性有宏观控制作用。区域稳定性主要指该地区地壳的构造活动性，特别是新构造运动的强烈程度和由构造断裂引起的地震活动性。有的地区断裂活动比较微弱，地震少而烈度低，地壳稳定性较好，从区域稳定性来评价应属稳定地区。而新构造运动强烈，表现为地壳的上升或下降，近期沉积物的褶皱与断裂，甚至发生强烈地震的地区
6、，则地壳处于不稳定状态，危害比一般的构造活动更大。地震活动性是区域稳定性评价的主要内容。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,2. 影响岩体稳定性的因素,岩体所在位置周围地质环境的稳定性对该环境内的岩体稳定性有宏观控制作用。山体稳定性对工程岩体的稳定住有直接的接响。如某段铁路线穿过某处山体以长隧道通过，仅就隧道围岩岩体的稳定性而言可能是非常良好的，但整个山体是否沿软弱面向河侧滑动。若山体失稳则造成该工程报废。此外组成山体的岩石的强弱、构造破碎和风化破坏程度、地下水等均是评价山体稳定性的重要因素。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,2. 影响岩体稳定性的因素,岩体所在位置周围地质环境的
7、稳定性对该环境内的岩体稳定性有宏观控制作用。地面稳定性问题，地表大面积下沉、开裂及陷落等。地面失稳常常是由于人类地下采掘活动例如采矿、抽水等活动造成的。在地面失稳地区进行工程建设必须弄清地面失稳对工程岩体稳定性的影响。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,2. 影响岩体稳定性的因素,岩体所在位置周围地质环境的稳定性对该环境内的岩体稳定性有宏观控制作用。总之，在工程建设中，首先要解决岩体地质环境稳定性问题，力求在选址阶段对区域、山体、地面的稳定性有正确的认识，避免把一些重大工程置于不稳定的地质环境之中。然后再去解决工程岩体本身的稳定性问题。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,2. 影响
8、岩体稳定性的因素,岩体本身的特征和岩体中地下水的作用是决定岩体是否稳定的内在因素，是岩体稳定性评价最重要的根据。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,2. 影响岩体稳定性的因素,岩体中初始应力状态及所受工程荷载是岩体稳定的主要外部因素，是进行岩体稳定性评价的重要边界条件。岩体常常因工程活动使岩体承受了新的工程荷载，改变了岩体中初始应力状态，在这种情况下岩体能否继续保持稳定，是各种岩体稳定性评价方法要解决的基本问题。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,2. 影响岩体稳定性的因素,岩体稳定性与工程施工及运营管理水平有密切关系。随意地改变设计、不合理的施工顺序和施工方法、支护工作不及时、缺
9、乏科学的管理等都可能导致岩体失稳。,（）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素,2. 影响岩体稳定性的因素,岩体稳定性评价方法的研究发展很快，但这些方法尚需完善；各种方法各有其优缺点和应用条件。因此。应当尽可能采取多种方法结合使用，互相检验和补充。当前应用比较广泛的是：1.地质分析法2.力学计算法3.试验研究方法,（二）岩体稳定性评价的方法,1地质分析法：是传统的工程地质的研究方法，仍应作为岩体稳定性评价的基本方法，用这种方法取得的定性分析成果和经验数据，成为进一步定量分析岩体稳定性的基础和指导性资料。具体有： （1）工程地质比拟法（2）一般的地质分析法（3）地质力学配套分析法,1地质分析法：,1
10、地质分析法： （1）工程地质比拟法：工程地质学最常用的方法。它是根据对天然岩体的稳定性及已建工程岩体的稳定性进行大量的统计研究，对待建工程岩体的各种相应条件进行对比，从而确定待建工程岩体稳定性的方法。,1地质分析法：,1地质分析法： （1）工程地质比拟法：通常在大量统计基础上，根据部门的需要制订出一系列数据表，为不同地质条件下岩体稳定提供参考使用的参数数据，例如边坡的坡度、高度、地下洞室的形状、衬砌厚度和支护要求；地基容许承载力等。由于待建工程岩体的地质条件又很难与表中规定的条件完全相同，所以，表列数据只能作为重要的参考资料。只有在没有条件进行任何其它方法的定量评价时才不得不采用。,1地质分析
11、法：,1地质分析法： （2）一般的地质分析法：从现场工程地质勘测着手，对测绘和勘探以及必要的试验和观测资料进行工程地质分析，从而判断岩体的稳定性。其优点是对影响岩体稳定性的各种因素，特别是工程地质条件各方面因素，考虑得比较全面；据以分析问题的各种资料都是实地勘测所得，比较符合现场岩体实际情况。但定性分析多而定量分析少。,1地质分析法：,1地质分析法： （3）地质力学配套分析：在岩体稳定性评价中日益得到发展。分析的基本内容可包括三个方面：一是根据破裂结构面的力学性质评价结构面的工程性质，例如从结构面抗剪强度来看，张性结构面较大，压性结构面其次，扭性结构面较小；变形模量则是压性面大于扭性面，扭性面
12、大于张性面；透水性是张性面最大，扭性面居中，压性面最小。二是应用构造体系的理论确定结构面构造组合、结构体的型式等岩体结构特征。三是根据构造配套恢复区域构造应力场，为了解岩体的天然应力状态指明方向。,1地质分析法：,2力学计算法：一般采用图解分析与结构受力计算相结合的方法，也可以单独采用计算方法。力学计算法是当前发展较快，使用比较广泛的一种方法，也是进行岩体稳定性定量评价的主要方法。虽然这种方法尚不成熟，用于岩体稳定分析还缺乏严密、系统的理论，但却代表着岩体稳定性评价方法的一个重要发展方向。当前较常使用的方法是两种:用赤平极射投影图解及极限平衡理论计算可能失稳方向上的安全系数。利用有限单元法进行
13、岩体稳定性评价。,2力学计算法：,3. 试验研究方法包括模型试验法和模拟试验法。常用的有相似材料模型试验和光弹模型模拟试验。在相似理论的基础上用人工制造的模型和受力条件去模仿实际的工程岩体原型及实际的受力条件，通过室内模型模拟试验观察人工模型的稳定性来评价实际岩体的稳定性。,3. 试验研究方法,3. 试验研究方法要求模型的制作和试验过程尽可能与实际岩体的各种地质条件和受力状态接近。比较直观，能够解决目前的理论分析中尚不能解决的问题。目前限于试验条件的要求，试验研究远不如前述两种方法普及，主要在重大工程的岩体稳定性评价中应用。,3. 试验研究方法,二、铁路部门应用的某些经验数据,（一）地基承载力
14、：,（二）隧道围岩分类：,以工程地质比拟法为基础，在总结了大量工程实践中的经验后、铁路部门在自己的工程技术规范中提出了评价岩质桥基和隧道围岩的方法，对岩质边坡设计也提出了一些经验数据。,岩石地基承载力，应考虑构造因素和地下水长期软化对承载力降低的影响，一般情况下可比照表510及511确定。对于风化层应根据风化程度的情况，比照碎石类土和砂类土情况予以确定。,二、铁路部门应用的某些经验数据,（一）地基承载力：,岩 石 名 称,节理发育程度,节 理 间 距 cm,。 MPa,注:对于复杂的岩层（如溶洞、断层、软弱夹层、易溶岩石等）则应 个别研究确定。裂隙张开或有泥质充填应取低值,（一）地基承载力：,
15、铁路建筑物岩石地基承载力,岩 石 类 别,fk MPa,注:对于微风化的硬质岩石,其容许承载力如取4.0 Mpa 时 ，应另行研究确定。,风 化 程 度,工业和民用建筑岩石地基容许承载力,（一）地基承载力：,隧道围岩系指隧道（或坑道）周围一定范围内，对隧道或坑道稳定性能产生影响的岩（土）体。,二、铁路部门应用的某些经验数据,（二）隧道围岩分类：,结构体的形状示意图,结构体常见的形状:柱状、板状、楔形、菱形形状不同，稳定性不同。,2 岩体的结构类型,岩石坚硬程度划分表,岩体完整程度划分表,地下水影响修正系数(K1)表,主要软弱结构面产状影响修正系数(K2)表,天然应力影响修正系数(K3)表,节理
16、岩体强度分析,在实际工程中遇到的绝大多数岩体，其强度主要由结构面(不连续面)所决定。这些结构面有大到如断层和小到如裂隙细微裂隙的各种各样分布。小的裂隙和细微裂隙可在研究岩块强度性质中加以考虑。宽度大于20米的结构面应当加以单独考虑。其余的结构面则在研究岩体强度中考虑。把成组出现的有规律的裂隙称为节理，其相应的岩体称为节理岩体。,节理岩体强度分析,图7-26 工程中存在的结构面示意图（S-结构面；M-节理） (a)岩石坝基； (b)岩质边坡； (c)隧洞,节理岩体强度分析,节理或其它结构面的强度指标都可以通过室内外的抗剪试验求得。得出节理面的内摩擦角以及凝聚力。求出节理面的强度指标后，就可根据节理面的产状来分析岩体的稳定性。在均质岩体内岩体破坏面与主应力面总是成一定的关系。当拉断时，破裂面就是主应力面。,结构面粗糙度对强度的影响,绝大多数岩体的结构面既不光滑也不是平面，它是相当粗糙的 ，i称为结构面的粗糙角结构面的粗糙角变化范围很大，i =040岩体结构面上的粗糙角所起的作用一般是随着结构面上的正应力的大小而改变的,结构面粗糙度对强度的影响,如果结构面内有水压力，那么由于这种水压力使有效正应力降低，结构面强度也相应降低。 由有效应力定律导得造成结构面开始破坏的水压力，还可用来预估在靠近活动断层地区修建水库时诱发地震的可能性 。,
