岩石和岩体

yan shi he yan ti

岩石和岩体

rock and rock mass

岩石是由单体矿物或碎屑在一定的地质作用下，按一定的规律组合成具有某种联结作用的集合体，是岩体的组成部分。岩石按成因可分为沉积岩、变质岩和岩浆岩，常见的类型见表1[常见的岩石类型]。

在岩土工程界，常按工程性质将岩石分为极坚硬的、坚硬的、中等坚硬的和软弱的四种类型。在工程地质中，把工程作用范围内具有一定的岩石成分、结构特征及赋存于某种地质环境中的地质体称为岩体。岩体是在内部的联结力较弱的层理、片理和节理、断层等切割下，具有明显的不连续性。这是岩体的重要特点，使岩体强度远远低于岩石强度，岩体变形远远大于岩石本身，岩体的渗透性远远大于岩石的渗透性。

岩体结构　直到20世纪50年代，节理面、断层面等这些不连续面对岩体工程性质的重要影响才日益受到重视。60年代初，奥地利L.米勒和中国谷德振等分别提出了岩体结构的概念。谷德振将岩体内存在的弱联结的层面、片理面、节理面、断层面、层间错动面及各种不整合面等不连续面称为结构面，按成因分为三种类型。①原生的：沉积岩内的层面、不整合面；岩浆岩内流纹理面、原生节理面、与围岩接触面；变质岩内的片理面和片麻理面等。②构造作用形成的：断层面、层间错动面、节理面、劈理面等。③次生的：风化裂隙面、卸荷裂隙面等。结构面将岩体切割成大小不等、形状各异的岩块称为结构体。结构面和结构体在岩体内排列组合的形式称为岩体结构。一定地区内存在的岩体在结构上具有一定的特征。L.米勒根据节理切割程度，将岩体按其结构特征分为：完整岩体、局部破碎化岩体、碎裂岩体、强烈碎裂岩体。谷德振根据结构面对岩体切割特征和程度划分为：整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。

结构面长度和充填物厚度是结构面规模的基本标志。结构面的规模不同，对岩体力学作用影响大不一样。当岩体内有断层面或层间错动面存在时，在外力作用下岩体运动的主要方式为结构体沿结构面滑动；当岩体内存在的结构面为不连续的节理时,岩体内产生应力集中,强度降低，但其力学作用仍具有连续介质特征。据此，在对岩体进行工程地质勘察研究时，可把结构面划分为若干级序（表2 [结构面级序划分依据及其特性]）。此级序划分是研究结构面和岩体结构地质规律及其工程地质特性的主要基础和方法。

结构面的力学性质　与结构面的起伏状况和充填状况密切有关。结构面内未充填软弱物质时，结构面壁愈粗糙，起伏度愈大，强度愈高，称为硬性结构面。结构面内充填软弱物质时，强度显著降低，称为软弱结构面。结构面内夹的软弱物质较厚时，构成一种独立的工程地质作用单元，称为软弱夹层，这是在工程地质勘察中应该特别重视的不良工程地质因素之一。

环境因素对岩体的工程地质作用亦有重要影响。在工程地质勘察中，需对工程岩体的环境因素──地应力、、地温及大气物理等进行研究。其中地应力具有特殊的作用，它可以提高岩体强度，使岩体力学介质特征转化，使岩体结构的力学效应减弱和消失。

把岩体作为工程研究对象时，应在岩体成分、结构特征及其赋存条件分析的基础上，进行岩体工程性质测试和岩体稳定性分析工作。岩体工程地质的研究与评价多半还局限在定性阶段，正在向定量方向发展。

参考书目

孙广忠：《岩体力学基础》,科学出版社,北京，1983。

孙广忠2100433B

现场岩体的变形主要受岩体中包含的各种地质界面即结构面的控制，另外岩体中的应力也对变形有重要影响。当岩体承载时，变形的大部分表现为结构面的闭合和沿结构面的滑动，坚硬岩块本身的变形仅占次要地位。因此岩体的应力－应变关系曲线也远较岩块复杂。据研究，在现场加载条件下，典型的岩体应力-变形曲线（即σ-W曲线）如图2所示。图中I线为应力和变形呈线性关系;Ⅱ线表明加载的前一阶段为裂隙闭合阶段，后一阶段可视为线性关系；Ⅲ线说明在压力作用下，岩体逐渐屈服；Ⅳ线与Ⅱ线相似；Ⅴ线与Ⅲ线相似；Ⅵ线表示在较小的应力作用下，岩体出现负变形，是其中封闭应力释放的结果。

岩体的卸载变形主要表现在开挖地下洞室时围岩的回弹和松动。在岩体中挖洞时，由于原来岩体的受力状态发生变化，巷道周围的岩体即围岩会产生回弹区（围岩应力释放所涉及的范围）和松动区（围岩松动所涉及的范围）（图3）。当其他条件相同时，地下工程的侧墙往往会形成塑性楔体，首先向内变形或破坏，进而危及整个围岩的稳定性。岩体在卸载作用下的变形规律目前仍研究得不够深透。对于地下工程，常在现场布置仪器观测围岩变形与时间的关系。