软硬互层岩体中往往发育一种特殊的垂直节理,这种垂直节理优先产生在更硬、更脆的岩层中并垂直于岩层分层界面发育,节理间距也呈现近似等间距的规律。深入研究软硬互层岩体垂直节理的分布特征和发育机理有助于防控岩体工程灾害、评价岩体力学性质、指导地下工程开挖。本文以鄂尔多斯盆地东南部互层砂泥岩中垂直节理为研究对象,通过大规模的原位节理统计,获得垂直节理的产状、迹长、张开度等数据,并利用统计分析、理论解析等手段研究了地质环境对垂直节理发育及间距分布特征的影响,揭示了软硬互层岩层中垂直节理的发育机理,主要研究内容及成果如下:(1)探究了地质综合环境对垂直节理发育的影响,结果表明研究区软硬互层岩层中垂直节理的发育受多个地质环境因子共同影响。节理断裂方向不仅受区域构造应力控制,也受边坡走向的局部影响;节理间距则与砂岩层厚度、上、下泥岩层厚度及上覆应力有关,而边坡卸荷对节理断裂影响不显著;(2)讨论了经典的硬脆岩层厚度与节理间距关系,结果指出当硬脆岩层厚度较小时,获得的节理间距与层厚线性关系具有局限性,并不一定代表真实的节理间距与硬脆岩层厚度关系;(3)解释了研究区节理间距分布特征多样性的产生原因,提出了表征节理间距分布特征和节理发育程度的补充指标偏度(S_k)。研究证明垂直节理间距分布形态的差异性与节理发育阶段有关,不同节理发育阶段的间距分布形态不同。节理在由初期的“节理填充”向“节理饱和”状态转变时,节理间距的分布形态将由负指数分布向对数正态分布再向正态分布转变;(4)提出了一种新的节理发育饱和机制,该发育机制使得节理发育饱和时的间距层厚比S/T大于正常发育饱和时的S/T;(5)建立了垂直节理发育的概念模型,模型表明硬脆岩层与软弱层弹性能力、流变性的差异性能够为垂直节理的发育提供张应力条件。理论分析则进一步指出不同界面条件下垂直节理受不同的断裂机制控制,并有着不同的节理间距特征和影响因素。(6)考虑了界面滑移对节理间距的影响,在轴向拉伸应变增加过程中,岩层界面条件可能逐渐由不滑移向全滑移状态过渡,因此硬脆岩层内的节理可能并不是在一种界面条件下产生,而有可能受多种界面条件影响,使节理间距表现出更复杂的特征。