软岩工程地质特征及其边坡稳定性问题.pptx

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1、软岩工程地质特征及其边坡稳定性问题南京大学地球科学与工程学院二一七年六月所述内容均为个人见解，如有不当之处，敬请谅解！愿与学人共勉！软岩地质特征软岩物理性质软岩基本力学性质及参数问题软岩边坡破坏模式及稳定性问题目录软岩地质特征1、概念Rc(MPa)60603030151555坚硬程度硬质岩软质岩坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩Rc：岩石饱和单轴抗压强度概念与物质成分、岩石成因无直接关系软岩地质特征2、软岩标定的意义工程安全性岩体质量分级锚杆锚固段长度地基承载力计算围岩稳定性评价岩石与锚固体极限粘结强度标准值建筑边坡工程技术规范（GB50330-2013)岩石类别frbk（kPa）极软岩27036

2、0软岩360760较软岩7601200较坚硬岩12001800坚硬岩18002600软岩地质特征2、软岩标定的意义经济效益岩石类别不坚固岩石f=0.34中等坚固岩石f=48固岩石f=815极坚固岩石f=1520小计1877.202762.893983.694868.82人工费36.1848.2457.8966.33材料费30.4050.16125.40188.10机械费1810.622664.493800.404614.39机械削坡（单位：元/100m3）f=R/100（R：岩石单轴抗压强度（不一定饱和），单位：kg/cm2=0.1MPa）人工挖孔桩、钻孔灌注桩成孔：岩石孔以不坚固岩石f=0.

3、34为准，钻入中等坚固岩石f=48，机械台班及人工乘以系数1.15；钻入坚硬岩石f=815以上，另行计算另外：刻槽种植江苏省地质勘查基金项目预算标准(试行)(江苏省国土资源厅、江苏省财政厅，2012年)软岩地质特征2、软岩标定的意义指导概念设计软岩地质特征岩块：不含显著结构面的岩石块体结构面：是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带，它包括物质分异面和不连续面岩体：是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体(或称岩块)和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体3、软岩地质学特征软岩地质特征岩体=岩块+

4、结构面岩 体结构面岩块不连续面：包括节理、裂隙、孔隙、断面、孔洞、层面3、软岩地质学特征造岩矿物：硅酸盐类矿物、黏土矿物、碳酸盐类矿物、氧化物类矿物岩石：是由具有一定结构构造的矿物(含结晶和非结晶的)集合体组成的。岩块结构面软岩地质特征代表性地层：T1-2q、T2h、T3f、K2p、K2c、J1-2x、J1-2l、黄马青组（T2h）范家塘组（T3f）西横山组（J3x）3、软岩地质学特征青龙组（T1-2q）软岩地质特征3、软岩地质学特征成分决定 碎屑颗粒杂基胶接物结构决定范家塘组（T3f）：灰白色薄层泥质粉砂岩，泥质含量变化较大，岩石强度从中等到坚硬，泥质、铁质胶结，含少量钙质、炭质页岩，地层厚

5、度615cm，层面产状：32761。主要分布于山体西侧到山体中部。层状结构。软岩地质特征3、软岩地质学特征黄马青组砂岩物质成分试验结果取样地点：江宁塔山风化程度天然密度/(gcm-1)饱和单轴抗压强度c/MPa软化系数KR抗剪断强度纵波波速Vpc/MPa/全风化2.450.548.0强风化2.5150.201.048.03060中风化2.5290.301.548.33402弱风化2.61210.579.149.23979岩块基本指标软岩地质特征3、软岩地质学特征矿物成分主要矿物成分含量软岩地质特征3、软岩地质学特征岩块结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式和颗粒间连接方式及微结构面发育情况

6、等反映在岩块构成上的特征岩体结构：岩体中结构面与结构体的排列组合特征结构体：被结构面切割围限的岩石块体典型软岩（除了强风化成因外）：泥岩泥质胶结的砂岩、灰岩岩盐软岩地质特征3、软岩地质学特征岩体结构控制论岩块结构：控制岩块的力学性质岩体结构：控制岩体的力学性质软岩物理性质软岩物理性质1、岩石物理性质的概念概念：岩石的三相组成相对比例不同所表现的物理状态，由岩石的物质组成和结构决定与工程密切相关的物理性质有密度、容重和空隙率等水理性质：岩石在水溶液作用下表现出来的性质主要有吸水性、软化性、渗透性和抗冻性等软岩：吸水性强、软化性强、耐崩解和抗冻性性差地球物理性质：导电性、波动特性（机械波、电磁波）

7、、地磁软岩物理性质2、岩石空隙性Vvb为岩块吸入水的体积V 为岩块的总体积开空隙闭空隙软岩物理性质3、吸水性孔号深度/m饱和吸水率/%1次2次3次4次5次6次7次8次9次10次NZ412.5-12.81.321.181.672.211.911.84NZ413.5-13.70.560.631.491.381.271.601.311.701.631.59NZ419.5-20.01.471.161.821.982.102.262.101.862.132.10NZ428.4-29.00.250.250.280.320.180.560.320.810.770.74NZ429.2-29.60.070.30

8、0.400.440.54NZ430.5-31.00.180.290.441.030.79NZ18.1-8.91.591.552.392.79NZ112.0-12.53.73NZ116.5-17.01.100.380.930.970.793.211.142.071.931.93NZ113.0-13.51.412.302.963.292.313.623.333.23NZ121.0-21.51.951.542.142.362.55NZ131.0-31.21.78NZ133.5-34.00.710.74NZ141.0-41.30.20NZ141.3-41.50.570.570.471.29岩样饱和干-

9、湿循环吸水率试验结果*试验样品取自黄马青组砂岩软岩物理性质3、吸水性岩样自由吸水干-湿循环吸水率试验结果*试验样品取自黄马青组砂岩孔号深度/m自然吸水率/%2次4次6次8次10次12次14次16次18次20次NZ329.7-30.00.300.400.230.080.230.040.150.150.190.42NZ512.8-13.00.300.500.510.230.660.230.310.430.350.35NZ536.8-37.00.300.200.260.080.380.040.230.230.230.23NZ544.5-45.01.200.900.920.910.860.890.92

10、0.961.131.30NZ545.5-45.70.300.200.170.040.300.090.220.170.260.13软岩物理性质3、吸水性（a）吸水前（b）吸水后吸水前后岩石中空隙变化软岩物理性质3、吸水性吸水后开裂软岩物理性质4、软化性饱和单轴抗压强度干抗压强度风化程度天然密度/(gcm-1)饱和单轴抗压强度c/MPa软化系数KR抗剪断强度纵波波速Vpc/MPa/全风化2.450.548.0强风化2.5150.201.048.03060中风化2.5290.301.548.33402弱风化2.61210.579.149.23979*黄马青组砂岩泥质粉砂岩软岩物理性质岩样名称取样深度

11、（m）干燥单轴极限抗压强度（MPa）饱和单轴极限抗压强度（MPa）软化系数破坏方式123平均值123平均值花岗岩0.001.5054.2057.3061.3057.6050.8054.4058.2054.500.946压坏花岗岩0.001.5065.4067.0070.2067.5059.6064.3066.3063.400.939压坏花岗岩0.001.5078.6082.3097.5086.1070.2077.4084.8077.500.900压坏花岗岩0.001.5093.5099.1088.7093.8080.0076.4077.7078.000.832压坏花岗岩0.001.5077.2

12、095.4098.8090.5060.5079.6084.2074.800.827压坏花岗岩0.001.5089.6086.3092.0089.3074.4074.9080.7076.700.856压坏4、软化性花岗岩抗压试验岩样名称取样深度（m）自然吸水率试验（%）平均值（%）123花岗岩0.001.500.110.130.120.12花岗岩0.001.500.140.160.180.16花岗岩0.001.500.250.220.160.21花岗岩0.001.500.200.190.150.18花岗岩0.001.500.140.160.210.17花岗岩0.001.500.190.230.2

13、40.22花岗岩吸水试验软岩物理性质深度（m）岩石名称饱和抗压强度MPa干抗压强度MPa软化系数岩块波速（m/s）岩体波速（m/s）完整性系数12.0-12.5泥质粉砂岩331122020.4413.0-13.5泥质粉砂岩369422620.3713.5-14.0泥质粉砂岩15.4325720240.3916.0-16.5泥质粉砂岩35.20.44387320320.2816.5-17.0泥质粉砂岩436920000.2118.5-19.0泥质粉砂岩16.7391434010.75泥质粉砂岩6.1369621.0-21.5泥质粉砂岩420621550.2621.5-22.0泥质粉砂岩11.83

14、81020320.2822.5-23.0泥质粉砂岩31.70.37371019920.2931.0-31.5泥质粉砂岩401722930.3233.5-34.0泥质粉砂岩446424510.3037.5-38泥质粉砂岩16.90.27470730120.41泥质粉砂岩62.5466421830.225、波速黄马青组砂岩试验结果软岩基本力学性质及参数问题内容：变形特性、变形参数压缩变形、剪切变形强度特性、强度参数压缩强度、剪切强度厘清三个层次：岩块、结构面、岩体*重点：抗剪强度问题软岩基本力学性质及参数问题地层时代岩石名称天然密度饱和单轴抗压强度软化系数抗剪断强度岩体结构面抗剪断强度弹性模量泊松

15、比纵波波速天然饱和ccfcfEeg/cm3MPaMPaMPaMPaGPa（m/s）T2h泥岩2.4550.200.548.00.348.00.550.10.455,50.30粉砂质泥岩2.5290.301.048.00.648.03.30.323060粉砂岩2.61210.455.149.03.648.88.30.293396粉砂质泥岩2.52100.301.548.30.748.15.30.313402泥质粉砂岩2.51210.418.446.41.848.311.80.263572粉砂岩2.60260.579.149.26.249.114.50.263979T3f粉细砂岩2.6117.90

16、.383.848.51.948.17.90.20J1-2xn石英砂岩2.45610.7810.049.09.048.90.60.150.5130.223251砂砾岩2.50560.749.049.08.048.9130.23砂岩2.54430.706.548.85.048.58.90.243232砂岩2.48500.757.048.86.048.5120.18某边坡工程岩石试验结果软岩基本力学性质及参数问题某边坡工程岩石试验结果层号岩土名称天然重度饱和抗压强度岩石抗剪断cKN/m3MPakPa度-2中风化细砂岩24.557.7484.732.4志留系茅山组沉积层（S3m）加载速率：0.51.0

17、MPa/s软岩基本力学性质及参数问题1、变形性质（1）岩块压缩变形南京长江三桥泥岩主应力差-应变曲线软岩基本力学性质及参数问题1、变形性质连续加载（1）岩块压缩变形循环加载黄马青组泥质粉砂岩回滞环割线模量单轴抗压强度软岩基本力学性质及参数问题1、变形性质（1）岩块压缩变形变形参数确定变形模量和泊松比等变形参数。变形模量(modulusofdeformation)是指单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向应变之比。当应力-应变为直线关系时：弹性模量。软岩基本力学性质及参数问题1、变形性质（2）不能制作标准样的岩块或岩体纵波波速横波波速软岩基本力学性质及参数问题1、变形性质（3）剪切变形室内试验：针对岩

18、块现场试验：针对岩体或结构面软岩基本力学性质及参数问题1、变形性质（3）剪切变形软岩软弱夹层软岩基本力学性质及参数问题2、强度性质（1）单轴抗压强度连续加载单轴抗压强度天然：岩石钻掘工程饱和：水理性质、岩体质量评价干燥：岩石水理性质主要针对岩块软岩基本力学性质及参数问题2、强度性质（1）单轴抗压强度工程岩体分级标准（GB/T50218-2014）软岩基本力学性质及参数问题2、强度性质（2）抗剪强度针对岩块、结构面和岩体整体状结构块状结构层状结构碎裂结构散体结构软岩基本力学性质及参数问题2、强度性质（2）抗剪强度针对岩块、结构面和岩体软岩：三者之间强度差距较硬岩小接近均质各向同性体软岩基本力学性

19、质及参数问题建筑边坡工程技术规范（GB50330-2013)给出了岩体等效内摩擦角2、强度性质（2）抗剪强度岩体边坡岩体类型水利水电工程边坡设计规范（SL386-2007）:采用现场试验、室内试验、反演分析和工程地质类比确定概化为同一岩层的岩体抗剪强度指标：试验软岩基本力学性质及参数问题2、强度性质（2）抗剪强度岩体（岩体质量分级）BQ分级法工程岩体分级标准（GB/T50218-2014）5.3边坡岩体级别的确定岩体基本质量等级重度（kN/m3）抗剪断峰值强度变形模量E（GPa）泊松比v粘聚力C（MPa）26.5602.1330.2060502.11.533160.200.2526.524.5

20、50391.50.71660.250.3024.522.539270.70.261.30.300.3522.5270.20.35软岩基本力学性质及参数问题2、强度性质（2）抗剪强度岩体水利水电工程地质勘察规范（GB50487-2008）岩体分类混凝土与基岩接触面岩体岩体变形模量抗剪断抗剪抗剪断抗剪f C(MPa)ff C(MPa)fE(GPa)1.501.301.501.300.850.751.601.402.52.00.90.80201.301.101.301.100.750.651.401.202.01.50.800.7020101.100.901.100.700.650.551.200.

21、801.50.70.700.601050.900.700.700.300.550.400.800.550.70.30.600.45520.700.400.300.050.400.300.550.400.30.050.450.3520.2注：表中参数限于硬质岩，软质岩应根据软化系数进行折减软岩基本力学性质及参数问题2、强度性质（2）抗剪强度结构面脱空水利水电工程边坡设计规范（SL386-2007）:硬质结构面应取峰值强度的小值平均值；软弱夹层及软弱结构面应取屈服强度参数值强度参数c/kPa比例30.2025.5抗剪断强度屈服40.5230.1破坏63.2231.6软岩基本力学性质及参数问题类别两

22、侧岩石的坚硬程度及结构面的结合程度粘聚力C（MPa）1坚硬岩，结合好370.222坚硬较坚硬岩，结合一般；较软岩，结合好37290.220.123坚硬较坚硬岩，结合差；较软岩软岩，结合一般29190.120.084较坚硬较软岩，结合差结合很差；软岩，结合差；软质岩的泥化面19130.080.055较坚硬岩及全部软质岩，结合很差；软质岩泥化层本身13350.132结合一般35270.130.093结合差27180.090.05软弱结构面4结合很差18120.050.025结合极差（泥化层）120.02建筑边坡工程技术规范（GB50330-2013）2、强度性质（2）抗剪强度结构面软岩基本力学性质

23、及参数问题结构面抗剪断（抗剪）强度参数取值结构面类型f C(MPa)f胶结结构面0.900.700.300.200.700.55无充填结构面0.700.550.200.100.550.45软弱结构面岩块岩屑型0.550.450.100.080.450.35岩屑夹泥型0.450.350.080.050.350.28泥夹岩屑型0.350.250.050.020.280.22泥型0.250.180.010.005 0.220.18注：1表中胶结结构面、无充填结构面的抗剪强度参数限于坚硬岩，半坚硬岩、软质岩石中结构面应进行折减2胶结结构面、无充填结构面抗剪断（抗剪）强度参数应根据结构面胶结程度和粗糙程

24、度取大值或小值0.70350.55282、强度性质（2）抗剪强度结构面水利水电工程地质勘察规范（GB50487-2008）2、强度性质（2）抗剪强度软弱夹层软岩基本力学性质及参数问题2、强度性质（2）抗剪强度软弱夹层软岩基本力学性质及参数问题软岩边坡破坏模式及其稳定性问题建筑边坡工程技术规范（GB50330-2013)水利水电工程边坡设计规范（SL386-2007）边坡稳定性的初步判别宜采用极射赤平投影法、工程地质类比法进行判别准确的岩体结构调查结果很重要软岩边坡破坏模式及其稳定性问题1、岩体结构分析软岩边坡破坏模式及其稳定性问题1、岩体结构分析调查的对象：结构面（层面、节理、断层、侵入岩与围

25、岩接触面、线理、片理等等）调查内容：产状、连续性、密度、张开度、形态、充填胶结特征、是否为软弱结构面重点：产状、数量、规模选定统计窗口结构面分级：延伸长度、切割深度、破碎带宽度及其力学效应I级延伸几km，控制区域稳定性级延伸几百米，控制山体稳定性级延伸几十米，控制岩体稳定性级延伸几十cm，控制岩体的完整性和岩体力学性质规模小，包含在岩块之内，控制岩块力学性质软岩边坡破坏模式及其稳定性问题结构面优势等级粗糙度对应结构体张开度透水情况工程地质特征第一第二层面、波状粗糙、闭合湿润切割山体、岩体，影响山体、岩体稳定性。J1波状粗糙闭合湿润影响岩体稳定性和岩体力学性质。J2波状粗糙闭合湿润影响岩体稳定性

26、和岩体力学性质。J3波状粗糙闭合湿润影响岩体稳定性和岩体力学性质。微层理平直粗糙闭合影响岩块力学性质1、岩体结构分析第一组：层面，倾角1637，倾向294313第二组：节理（J1），倾角6574，倾向124163第三组：节理（J2），倾角6677，倾向6480第四组：节理（J3），倾角3070，倾向198258确定：岩体结构类型、主要控稳结构面软岩边坡破坏模式及其稳定性问题2、岩坡破坏模式分析分类依据：滑动面形状软岩边坡破坏模式及其稳定性问题2、岩坡破坏模式分析（1）平面型软岩边坡破坏模式及其稳定性问题2、岩坡破坏模式分析（1）平面型一般条件：（1）滑面走向必须与坡面平行或接近平行（约在20范

27、围内）；（2）滑面必须在边坡面出露，即滑面倾角必须小于坡面倾角，（3）滑面倾角必须大于该平面的摩擦角；（4）岩体中必须存在对于滑动阻力很小的分离面，以定出滑动的侧面边界。软岩边坡破坏模式及其稳定性问题2、岩坡破坏模式分析（2）楔型软岩边坡破坏模式及其稳定性问题2、岩坡破坏模式分析（2）楔型极点法大圆法软岩边坡破坏模式及其稳定性问题2、岩坡破坏模式分析（3）倾倒、崩塌软岩边坡破坏模式及其稳定性问题2、岩坡破坏模式分析（3）倾倒、崩塌软岩边坡破坏模式及其稳定性问题2、岩坡破坏模式分析（4）圆弧软弱岩体软岩边坡破坏模式及其稳定性问题3、稳定性分析定性分析：极射赤平投影、工程类比等定量分析：刚体极限平

28、衡法软件工具：极射赤平投影：DIPS、极限平衡计算：理正、GEO5软岩边坡破坏模式及其稳定性问题3、稳定性分析稳定性系数（Fos/Fs）=抗滑力下滑力稳定性系数：Factorofstability，简称FS安全系数：Factorofsafety，简称FS软岩边坡破坏模式及其稳定性问题3、稳定性分析安全系数工程级别与工况级防治工程级防治工程级防治工程设计校核设计校核设计校核工况工况工况工况工况工况工况工况工况工况工况工况抗滑动1.31.41.21.31.101.151.101.151.251.301.151.301.051.101.051.101.151.201.101.201.021.051.

29、021.05抗倾倒1.72.01.51.71.301.501.301.501.61.91.41.61.201.401.201.401.51.81.31.51.101.301.101.30抗剪断2.22.51.92.21.401.501.401.502.12.41.82.11.301.401.301.402.02.31.72.01.201.301.201.30注：工况-自重；工况-自重+地下水；工况-自重+暴雨+地下水；工况-自重+地震+地下水。滑坡防治工程设计安全系数推荐表滑坡防治工程设计与施工技术规范（DZ/T0219-2006）软岩边坡破坏模式及其稳定性问题3、稳定性分析边坡稳定安全系数F

30、st建筑边坡工程技术规范（GB50330-2013）软岩边坡破坏模式及其稳定性问题4、实例分析象山群（J1-2xn）砂岩软岩边坡破坏模式及其稳定性问题平面型楔型4、实例分析软岩边坡破坏模式及其稳定性问题工况正常非常备注稳定性系数1.01.0不锚固1.311.23锚杆间距2.0m平面滑动稳性工况正常非常稳定性系数2.8441.855楔型体稳定性系数计算结果稳定性系数方法BishopMorgensternJanbu剪出口1正常1.3981.3941.389非常1.1051.1030.932剪出口2正常1.7251.7861.786非常1.3761.3781.384圆弧型滑动稳定性系数计算结果4、实例分析软岩边坡破坏模式及其稳定性问题5、软岩边坡稳定性发展趋势宝华南北通软岩边坡破坏模式及其稳定性问题5、软岩边坡稳定性发展趋势软岩边坡破坏模式及其稳定性问题5、软岩边坡稳定性发展趋势泥质粉砂岩敬请各位指正！谢谢！