单词 | 岩土结构 |
释义 | 【岩土结构】 拼译:structure of soils and rocks 指岩石和土的结构单元的特征及其组合关系。不同结构单元和各种不同形式的组合排列,形成不同的结构类型,具有不同的性质。研究岩土结构的意义在于揭示其工程地质性质的本质,特别是岩土结构对岩土变形和强度性质的控制性意义,为评价、预测岩土工程地质性质的变化和工程岩土体的稳定性问题提供理论依据。 土的结构 土的结构单元包括单个颗粒和由细小颗粒组成的集合体。各结构单元的大小、形状、表面特征、数量比例关系、在空间排列状况和相互接触连结关系以及其间孔隙的特征等决定着土的结构的差异,形成不同结构类型。工程地质研究中主要研究土的微结构,即借助光学显微镜和电子显微镜来揭示的结构特征。而肉眼所能观察的结构特征:如层状、块状、板状、棱柱状以及片状、核桃状等结构特征,常称为土的构造或土体结构。无疑,土的原生构造是研究土结构特征的基础。最早提出土的结构并进行研究的是美国K.Teyaghi,1925年即指出在评价土的工程性质时必须注意研究其微观结构,并提出了土的蜂窝结构、絮状结构和单粒结构的概念。1926年Goldschmidt接着提出了片架排列结构的概念。1932年A.Casagrande提出了海相粘土的结构模式,发展了K.Terjaghi蜂窝结构的概念。1936年前苏联М.М.Фипaтов也提出在研究粘性土的工程地质性质时必须研究其微结构特征。1944年И.В.Поnов也曾指出粘土存在定向性的特征。进入50年代,透射电镜开始应用并实际观察到粘土颗粒为片状体,带电的片状体由于电性不同而形成“面-面”、“面-边”、“边-边”等不同接触形式。中国陈宗基提出了粘土颗粒空间网结构模式(1957)、Lambe提出了不同电解质中的不同结构模式(1958)、Pusch提出了理想的三维边-边结构模式(1962)、VanOlphen总结了粘土悬液中颗粒的连结模式及提出了命名原则。美国J.K.Mitchell、前苏联E.М.Сepreeв等这期间也进行了很有意义的研究。60年代后期以来,扫描电镜、电子探针、X射线衍射等新技术的引用、土结构的研究有了新的突破,可以直接观察土颗粒的排列关系、孔隙特征及结构连结情况,从而形象地划分土的结构类型,并开始从定性向定量方向研究。加拿大R.N.Yong对众多结构类型进行了系统分类(1973)。英国K.Collins and A.McCow根据各种因土微结构的研究,进一步提出土结构分类的方案。美国J.K.Mitchell综合当时欧美研究成果,写入专著《土的特性原理》(1976)。前苏联E.И.Сepгeeв、В.И.Осцпов和В.H.Сокопов等在系统研究境内各种粘土结构特征基础上,提出了骨架状、蜂窝状、基质状、紊流状、层流状、磁畴状、假球状及海绵状8种结构类型(1978、1979)。同时根据结构连结力的深入研究,指出对结构连结起作用的有磁性力、偶极(库伦)力、毛细管力、分子力、离子静电力和化学(价键)力等(Осuпoв,1975)。而粘土类土和岩石中结构单元的接触类型主要有凝聚接触、过渡接触和同相接触三类,并据此对粘土类土和岩石按结构连结类型进行了分类。具体划分为远凝聚、近凝聚、过渡的、相位的、凝聚的及相位的、相位的及过渡的6类(Осцпов,1978)。这些研究,不仅使土的结构研究与力学性质联系起来,而且进入定量评价阶段。中国土的结构的研究是由陈宗基、张宗祜倡导的。张宗祜深入研究了西北黄土类土的显微结构特征,揭示了黄土湿陷性与内部结构的关系。其后高国瑞等对膨胀土,唐大雄等对红土的结构特征研究都具有代表性意义。同时相应提出了中国土结构的分类方案。当前,研究的热点是:(1)结构连结的研究 这是土结构研究的关键。土结构单元接触连结关系是决定土性质的基本因素,土粒接触类型划分中将粒间作用力与粒间距离两者结合起来考虑是正确的研究方向。(2)结构研究的系统化、标准化、定量化和应用化研究,也是土结构研究的必然发展趋势。岩体结构 岩体结构指的是岩体内结构面和结构体的性质、形状、规模大小及其组合关系所反映出的结构特征。岩体结构特征在很大程度上决定着岩体在外力作用下的变形机制和破坏方式,决定着岩体的工程地质性质,同时也对岩体内地下水的运动起着控制作用。因而岩体结构研究是工程岩土学和岩体力学的主要问题之一。研究岩结构特征,就是从结构上研究岩体的不均一性和不连续性。岩体结构这一术语是1972年谷德振教授正式提出的,并提出了岩体结构分类的初步方案,划分出:块状、镶嵌、碎裂、层状、层状碎裂及散体6类岩体结构类型。以后在1978年又补充为如下4类及8个亚类:Ⅳ散体结构并对各类和亚类结构岩体的力学介质特性变形破坏特征分别作了论述,同时为各亚类划分提出了结构面间距、特性和结构体形态、力学强度的大致界限值,成为以后岩体结构研究的基础。 大致在同一时期,欧美岩石力学学者也注意了这一问题。较有代表性的有:1974年奥地利L.M üiler根据岩体内软弱面网络的发育特征,将岩体划分为未破裂岩体、少裂隙岩体、裂隙岩体及强烈破碎岩体4类,也分别描述了其力学属性和变形、强度的有关特征值。1976年美国R.E.Gookman提出按连续性对岩体进行分类,具体划分方法是根据野外裂隙空隙度和岩块变形模量Eb与岩体变形模量EM的比值来进行划分。所划分的连续岩体、过渡性岩体、不连续岩体和松散岩体4类岩体都相应规定了划分界限值。80年代以来,国内外工程地质学家、岩石力学家对岩体结构研究有进一步发展。如王思敬补充提出断续结构、孙广忠补充提出板裂结构等新概念等。孙广忠并综合80年代研究成果,进一步划分岩体结构为如下6类12亚类:并据此按连续介质、碎裂介质、块裂介质及板裂介质进行岩体力学分析。从而使岩体结构研究与岩体力学分析直接联系起来。当前研究热点是:(1)岩体结构类型划分因素指标的定量化、标准化;(2)岩体结构研究的实际应用,如何使其与岩体力学分析、稳定性分析密切联系起来。【参考文献】:1 Mitchell J K. Fundamentals of Soil Behavior, 19762 Sergeev YM,ct al. Types of the Microstructures of Clayey Solils, 1978《 Ⅲ International Congress IAEG》section I Vol. 13 唐大雄,等.工程岩土学.北京:地质出版社,19874 高国瑞.近代土质学.东吴大学出版社,19905 Müller L.Rock Mechanianics Udine 19746 Good man R E.Methods of Geological Engineering in Discontinuous Rocks.New York,19767 中国科学院地质研究所工程地质研究室.岩体工程地质力学的基础和方法.中国科学,19728 谷德振.岩体工程地质力学基础.北京:科学出版社,19799 孙广忠.岩体结构力学.北京:科学出版社,1988(长春地质学院谭周地教授撰) |
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