[科普中國]-裂隙

在巖石中由于地質(zhì)作用的影響而產(chǎn)生的裂縫。由于地殼運(yùn)動而引起的裂隙，稱為“構(gòu)造裂隙”；由于風(fēng)化作用而引起的裂隙，稱為“風(fēng)化裂隙”（屬“次生裂隙”）；在火成巖冷凝過程中及沉積物固化成巖石的過程中產(chǎn)生的裂隙，稱為“成巖裂隙”。根據(jù)一個(gè)地區(qū)發(fā)育的多組構(gòu)造裂隙的力學(xué)性質(zhì)、組合型式可分析局部區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場。研究巖石的裂隙對尋找礦產(chǎn)及水文地質(zhì)、工程地質(zhì)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1

定義巖石受力后斷開并沿?cái)嗔衙鏌o顯著位移的斷裂構(gòu)造。它包括巖石節(jié)理在內(nèi)，常將其與節(jié)理看成同義詞。按其成因分為原生和次生裂隙兩類。前者是在成巖過程中形成，后者則是巖石成巖后遭受外力所成。按力的來源又分為非構(gòu)造和構(gòu)造兩類裂隙。前者由外力地質(zhì)作用而成，如風(fēng)化、滑坡、坍塌等裂隙，它們常局限于地表，規(guī)模不大且分布不規(guī)則。后者則由構(gòu)造作用形成，分布極廣而有規(guī)律，延伸較長且深，可切穿不同巖層。裂隙對工程建設(shè)影響較大，特別是對隧道及地下工程的穩(wěn)定性影響更大。2

成因裂隙按成因可分為風(fēng)化裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙，裂隙的性質(zhì)及其發(fā)育規(guī)律與裂隙成因有密切關(guān)系。

成巖裂隙成巖裂隙是巖石在成巖過程中受內(nèi)部應(yīng)力作用而產(chǎn)生的原生構(gòu)造，沉積巖固結(jié)脫水、巖漿巖冷凝收縮等均產(chǎn)生成巖裂隙，沉積巖及深成巖漿巖的成巖裂隙多為閉合的，含水意義不大。

風(fēng)化裂隙地表巖石在溫度變化和水、空氣、生物等風(fēng)化營力作用下形成風(fēng)化裂隙，常在成巖、構(gòu)造裂隙的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)育，形成密集均勻、無明顯方向性、連通良好的裂隙網(wǎng)絡(luò)。風(fēng)化營力決定著風(fēng)化裂隙呈殼狀包裹于地表，一般厚度為幾米到幾十米，未風(fēng)化的母巖構(gòu)成隔水底板，一般為潛水含水系統(tǒng)，局部可為承壓水。

構(gòu)造裂隙構(gòu)造裂隙是地殼運(yùn)動過程中巖石在構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，是所有裂隙成因類型中最常見、分布范圍最廣、與各種水文工程地質(zhì)問題關(guān)系最為密切的類型，為裂隙水研究的主要對象。構(gòu)造裂隙水具有強(qiáng)烈的非均勻性、各向異性、隨機(jī)性等。構(gòu)造裂隙的張開寬度、延伸長度、密度及導(dǎo)水性等在很大程度上受巖石性質(zhì)（如巖性、單層厚度、相鄰巖石的組合等）的影響。3

研究意義目前大量地下洞室、礦山、邊坡以及相關(guān)工程在進(jìn)行開挖、支護(hù)等活動時(shí)，節(jié)理將會發(fā)生擴(kuò)展演化，降低圍巖的穩(wěn)定性。為有效地限制裂隙巖體的漸進(jìn)破壞，需要對多裂隙巖體三維裂紋擴(kuò)展機(jī)理進(jìn)行研究，并建立相應(yīng)的分析方法，將成果應(yīng)用到地下洞室、邊坡等大型巖體工程的穩(wěn)定性評價(jià)中，不僅具有突出的理論意義，而且具有重大的實(shí)用價(jià)值和社會效益。一方面，巖體的變形破壞過程實(shí)質(zhì)就是裂隙在工程擾動條件下的萌生、擴(kuò)展、相互作用和貫通的過程。另一方面，巖體中賦存的復(fù)雜裂隙形式改變了巖體受力狀態(tài)，進(jìn)一步影響了工程巖體的破壞形式及失穩(wěn)過程。因此，開展巖體裂隙形式對強(qiáng)度特征及破壞模式影響規(guī)律及影響機(jī)制的研究有較強(qiáng)的實(shí)際意義。4因此，研究多裂隙巖體的破裂機(jī)理和強(qiáng)度特性將對水電工程地質(zhì)學(xué)學(xué)科及巖體工程穩(wěn)定學(xué)科有十分重要的理論意義和實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。5

國內(nèi)外研究概況巖體中裂隙分布看似雜亂無序，形式各異，實(shí)際存在一定規(guī)律。對于原生裂隙，沉積作用使得裂隙一般表現(xiàn)為層狀平行形式。對于構(gòu)造裂隙，裂隙根據(jù)其力學(xué)形成機(jī)制可以劃分為雁形和共軛交叉兩種基本形式。

目前國內(nèi)外學(xué)者對裂隙形式影響巖體力學(xué)行為的試驗(yàn)研究一般可分為兩類：一類是有序裂隙試樣的壓縮破壞試驗(yàn)，楊圣奇等對紅砂巖裂隙試樣在單軸壓縮條件下的擴(kuò)展過程以及裂隙傾角對強(qiáng)度及變形參數(shù)的影響規(guī)律進(jìn)行了研究。蘇海健等研究了單軸壓縮條件下含縱向裂隙砂巖試樣的強(qiáng)度、變形及破壞形態(tài)。趙延林等開展了單軸壓縮下類巖石材料有序多裂紋體破斷試驗(yàn)，研究了不同裂隙傾角和裂隙密度對峰值強(qiáng)度和貫通模式的影響。蒲成志等通過對預(yù)制多裂隙試樣的單軸壓縮試驗(yàn)，研究了裂隙分布密度對試件斷裂破壞強(qiáng)度的影響。靳瑾等基于混凝土材料預(yù)制裂紋試件單軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果，研究了裂隙參數(shù)（裂隙傾角和巖橋傾角）對試件破壞模式和單軸抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。Wong等基于含多條平行預(yù)置裂隙類巖石材料的單軸壓縮試驗(yàn)，研究了多裂隙的萌生、擴(kuò)展和貫通機(jī)制。陳新等研究了單軸壓縮條件下節(jié)理傾角和連通率對巖體強(qiáng)度、變形特征的影響。蔣昱州等根據(jù)非貫通預(yù)制裂紋大理巖的單軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果，對裂紋間距、裂紋長度、裂紋數(shù)目、裂紋傾角等因素與試驗(yàn)巖樣抗壓強(qiáng)度之間的相互關(guān)系進(jìn)行了分析研究。另一類是交叉裂隙試樣的壓縮破壞試驗(yàn)，目前研究和試驗(yàn)較少，劉東燕等基于石膏模型試驗(yàn)討論了X型斷續(xù)節(jié)理的壓剪強(qiáng)度特性及破壞機(jī)制。劉欣宇等研究了交叉充填節(jié)理對類巖石強(qiáng)度特征和變形特性的影響。張波等系統(tǒng)地研究了主、次裂隙之間角度變化情況下對含交叉裂隙節(jié)理試樣的破壞模式及力學(xué)性能的影響，并進(jìn)一步基于有限元計(jì)算程序Abaqus對含交叉裂隙節(jié)理巖體試件進(jìn)行了應(yīng)力場及應(yīng)力強(qiáng)度因子分析，研究了含交叉裂隙節(jié)理巖體試件的破壞機(jī)制。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

郝慶菊 - 副教授 - 西南大學(xué)