一、基础稳定性与地基承载力影响
1. 降低岩体强度与完整性
节理破坏了岩体的连续性,导致其抗压、抗剪强度显著降低。例如,平地上建筑物的地基若存在节理,会降低地基承载力并增加不均匀沉降风险,需通过加固措施提升稳定性,间接增加建设成本。
2. 加剧风化与透水性
节理促使水和空气渗入岩体内部,加速化学风化和物理剥蚀,长期影响地基岩层的耐久性。节理形成的渗流通道可能引发地基渗透变形,增加地下工程排水难度。
二、边坡与隧道工程的稳定性风险
1. 诱发滑坡与崩塌
当节理倾向与边坡临空面一致时,岩体易沿节理面滑移,尤其在降雨或地震影响下,可能引发大规模滑坡。例如,重庆某隧道施工中,节理岩体导致地表沉降达3.81 mm,需通过数值模拟(如UDEC)预测变形并优化支护方案。
2. 隧道施工中的连锁反应
节理岩体中开挖隧道会扰动应力场,引发围岩松动圈扩大。离散元模拟显示,节理化岩体在动力卸荷下易形成翼型裂纹聚合,破坏范围较完整岩体扩大30%以上。节理面可能放大爆破震动效应,影响邻近既有结构(如地铁轨道)的安全。
三、施工技术与成本影响
1. 爆破与开挖效率的双刃剑
节理发育的岩体虽更易爆破和机械开挖,降低施工难度(如采石场利用节理面进步开采效率),但过度破碎可能引发超挖或塌方,增加支护成本。
2. 锚固与支护设计的挑战
节理面抗剪性能弱,需采用全长黏结型锚杆增强岩体整体性。研究表明,横向抗剪效应可使锚杆承载力提升15%~30%,但需结合节理产状优化布设角度。优势结构面学说建议优先加固活动性强、渗透性高的节理,以控制区域稳定性。
四、水文地质与资源勘探影响
1. 地下水与资源运移通道
节理是地下水和油气的主要渗透路径,对水库防渗和矿产勘查至关重要。例如,三峡坝址通过节理面分形维数分析,优化了坝基防渗设计。
2. 工程景观与地质灾害隐患
节理密集区易形成独特地貌(如石林、峡谷),具备旅游开发价格,但也需防范因风化加剧导致的落石、岩崩等次生灾害。
五、设计学说与监测技术应对策略
1. 数值模拟与参数选择
采用离散元(UDEC)、有限元(FLAC3D)等数值模型,结合节理面粗糙度(JRC)和张开度(bm)量化分析,可更精确预测节理岩体变形。例如,Hoek-Brown准则通过地质强度指标(GSI)修正,可评估大体积节理化岩体强度。
2. 动态监测与智能评价
优势结构面学说结合人工神经网络(ANN)和GIS技术,可智能识别关键节理并评估区域稳定性。施工中需监测节理面附近动力响应,如重庆连接隧道采用传感器实时跟踪轨道六号线弯矩变化,最大监测值达238 kN·m。
节理对工程建筑的影响具有显著的双重性:一方面降低岩体稳定性并增加工程风险,另一方面为资源开发和施工效率提供便利。实际工程中需结合地质勘察、数值模拟和动态监测,制定针对性设计策略,平衡安全性与经济性。