岩质坡体结构面的性质杂谈
zsd_7964612046
2022年10月17日 13:31:39
来自于岩土工程
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岩体由岩块和结构面构成,而力学性质相对软弱的结构面对岩体的性质往往具有控制性作用,是坡体结构的关键指标。从岩土工程三要素的强度、渗透和变形方面来说,岩体的强度往往受控于结构面的强度和性质,岩体的应力场往往受到结构面部位集中应力场的影响,岩质坡体的失稳往往沿结构面发生滑移,坡体中的地下水往往沿结构面发生渗流等。 对于坡体的稳定性而言,坡体中的结构面与主压应力平行时,结构面受压张应力作用,在结构面的端点区形成拉应力与剪应力集中现象,可能造成结构面的贯通度与张开度发展,不利于坡体的稳定;坡体中的结构面与主压应力垂直时,结构面受压应力作用“压密”,有利于坡体的稳定;坡体中结构面与主压应力斜交、外倾时,结构面在压剪作用下可能发生剪切滑移,是不利于坡体稳定的;坡体中多组结构面交汇或结构面拐点部位,在主压应力的作用下,将在交汇点出现应力集中现象,这极可能造成在结构面交汇点处率先发生变形或破坏。

岩体由岩块和结构面构成,而力学性质相对软弱的结构面对岩体的性质往往具有控制性作用,是坡体结构的关键指标。从岩土工程三要素的强度、渗透和变形方面来说,岩体的强度往往受控于结构面的强度和性质,岩体的应力场往往受到结构面部位集中应力场的影响,岩质坡体的失稳往往沿结构面发生滑移,坡体中的地下水往往沿结构面发生渗流等。

对于坡体的稳定性而言,坡体中的结构面与主压应力平行时,结构面受压张应力作用,在结构面的端点区形成拉应力与剪应力集中现象,可能造成结构面的贯通度与张开度发展,不利于坡体的稳定;坡体中的结构面与主压应力垂直时,结构面受压应力作用“压密”,有利于坡体的稳定;坡体中结构面与主压应力斜交、外倾时,结构面在压剪作用下可能发生剪切滑移,是不利于坡体稳定的;坡体中多组结构面交汇或结构面拐点部位,在主压应力的作用下,将在交汇点出现应力集中现象,这极可能造成在结构面交汇点处率先发生变形或破坏。

图片

图1 坡体结构面周边应力集中示意图

由于岩体的结构面抗拉强度很小,故工程实践中往往对其予以忽略;而岩体结构面的抗压强度由于具有岩土体的压密特性,因此,只要不发生坡体失稳,其对坡体的稳定性影响是较小的。因此,对坡体稳定性具有关键影响的是结构面的抗剪强度。

岩体结构面的抗剪强度与结构面的形态、贯通度、充填物的性质、剪切次数、法向应力和两侧岩壁的性质等密切相关。如:

1、结构面越粗糙,结构面受力时的剪胀、剪断等效应越明显,因此,结构面的抗剪强度就越高;

2、结构面的贯通度越低,岩体变形时需剪切强度较高的岩块占比就越大。反之,结构面贯通度越好,岩体变形时所受到的阻力就越小。且剪切强度往往受到明显的尺寸效应,即剪切强度随结构面的规模增大而呈现降低的趋势;

3、结构面在地质历史上受到构造作用越强烈,次数越多,则结构面抗剪强度越低。因为,在多次构造作用下,往往会造成矿物或颗粒定向,这如同土工试验中的重复剪强度往往低于单剪是一个道理的。

4、结构面两侧所受到法向应力越大,结构面产生的摩阻力越大,即结构面的抗剪强度越大。

对于无充填物结构面抗剪强度,可由巴顿公式中得到阐述:

τ=σtan[JRClg(JCS/σ+φu)]

5、充填物填充的厚度越薄,结构面两侧的岩壁强度对抗剪强度的影响越大。充填物的厚度越大,结构面的抗剪强度越取决于充填物的性质,甚至达到一定厚度后,则完全取决于充填物的性质。

充填物中粘粒含量越高,含水量越高,结构面抗剪强度越低,且峰值与残余强度的变幅较小。反之,充填物中的粗颗粒占比越大,含水量越小,则结构面的抗剪强度会出现提升,且峰值与残余强度的变幅较大。

需要说明的是,对于无充填的剪切结构面往往平直、光滑,有时会有轻微的蚀变作用、两侧岩壁往往会出现擦痕、镜面、矿物富集、阶步等地质现象。这种由构造作用形成的结构面,在工程实践中一定要与滑坡滑面特征进行区别,防止将构造作用下的结构面当作是滑坡的滑面。

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知识点:岩质坡体结构面

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