5工程地質(zhì)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)解析

1、第五節(jié)第五節(jié) 巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)一、礦物巖石的鑒定特征和工程地質(zhì)性質(zhì)一、礦物巖石的鑒定特征和工程地質(zhì)性質(zhì)12種造巖礦物：滑石、高嶺石、綠泥石、黑云母、白云母、方解石、白云石、角閃石、輝石、正長石、斜長石、石英。礦物的肉眼鑒定特征：顏色、形態(tài)、硬度、解理、光澤、鹽酸反應(yīng)等。三大巖類：巖漿巖12種、沉積巖10種、變質(zhì)巖8種。巖石的肉眼鑒定特征：結(jié)構(gòu)、成分、構(gòu)造。巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)主要表現(xiàn)在：1. 力學(xué)性質(zhì)2. 水理性質(zhì)(透水性和抗水性)3. 抗風(fēng)化能力 二、巖石的力學(xué)性質(zhì)：單軸抗壓強(qiáng)度二、巖石的力學(xué)性質(zhì)：單軸抗壓強(qiáng)度礦物成分：硬度大的：石英、長石、角閃石、輝石、硬度中等的：方解石

2、、白云石硬度小的：云母、綠泥石、高嶺石、滑石巖土工程勘查規(guī)范GB50021-2001（2009年版），按巖石的飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度把巖石劃分為堅(jiān)硬巖、中硬巖、較軟巖、軟巖和極軟巖。 堅(jiān)硬程度堅(jiān)硬巖 較硬巖 較軟巖 軟巖 極軟巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度fr (MPa）6060-3030-1515-55硬質(zhì)巖石: 巖漿巖，硅質(zhì)、鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的碎屑巖，石灰?guī)r，片麻巖，大理巖，石英巖。軟質(zhì)巖石: 泥質(zhì)巖（頁巖、粘土巖），泥質(zhì)膠結(jié)的碎屑巖，板巖，千枚巖，片巖，火山凝灰?guī)r。上述軟質(zhì)巖類如果含有硅質(zhì)成分，強(qiáng)度將顯著提高。常見巖石的飽和抗壓強(qiáng)度范圍巖石名稱極限抗壓強(qiáng)度(MPa)巖石名稱極限抗壓強(qiáng)度(MPa)花崗巖1

3、00-200砂質(zhì)頁巖30-60正長巖80-250泥質(zhì)巖10-40流紋巖120-250石灰?guī)r60-120閃長巖100-160片麻巖70-180安山巖120-250石英巖200-360玄武巖120-250大理巖70-140輝綠巖160-200云母片巖30-70礫巖40-200千枚巖16-40石英砂巖70-150板巖20-70三、巖石的水理性質(zhì)三、巖石的水理性質(zhì): : 透水性和抗水性透水性和抗水性( (軟化性，溶解性軟化性，溶解性) ) (1)透水性：主要決定于巖石巖體的空隙性。巖體中的縫隙，有原生原生的和次生次生的。巖體中的原生縫隙原生縫隙：巖漿巖（以玄武巖為代表）的氣孔構(gòu)造；某些碎屑沉積巖（如接

4、觸式膠結(jié)的砂巖）中的孔隙；玄武巖的原生柱狀裂隙；沉積巖的原生層間裂隙。玄武巖的原生柱狀裂隙Giants Causeway, Northern Ireland. National Park, California,USA 沉積巖的層間裂隙巖體中的次生縫隙巖體中的次生縫隙：地殼運(yùn)動(dòng)在巖體中形成的構(gòu)造裂隙構(gòu)造裂隙；外動(dòng)力地質(zhì)作用形成，風(fēng)化裂隙、溶蝕裂隙（溶洞）風(fēng)化裂隙、溶蝕裂隙（溶洞）和裂隙裂隙卸荷卸荷。構(gòu)造裂隙石灰?guī)r溶蝕裂隙卸荷裂隙(2) 軟化性：巖石浸水后強(qiáng)度會(huì)有所降低。巖石的軟化性用軟化系數(shù)描述。巖石的軟化系數(shù)Kr = 飽和單軸抗壓強(qiáng)度/干單軸抗壓強(qiáng)度軟化系數(shù)Kr 0.85石灰?guī)r、白云巖0.8

5、-0.9硅質(zhì)石英砂巖 0.9其他砂巖0.6-0.8板巖、千枚巖、片巖 0.5-0.7泥質(zhì)巖 0.4-0.6常見種類巖石的軟化系數(shù)范圍(3) 溶解性：決定于巖石的礦物成分可溶解礦物：巖鹽 NaCl、KCl、石膏CaSO42H2O 、方解石。方解石具微弱的溶解性，但石灰?guī)r是地表分布最廣的巖石。在長時(shí)間的地質(zhì)歷史中，形成普遍的溶蝕。石灰?guī)r地區(qū)的溶隙溶洞，為地下水流動(dòng)提供通道；基巖存在Karst溶洞，常導(dǎo)致工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)問題。石林（石灰?guī)r溶蝕地貌）圖片來自 http:/ (Malham Cove, UK)圖片來自 http:/ 造巖礦物 很穩(wěn)定的 石英、鋯石較穩(wěn)定的 1白云母、正長石、酸性斜長石

6、較穩(wěn)定的 2方解石、白云石 (弱溶解性，不分解)較穩(wěn)定的 3粘土礦物 (不易分解，但易軟化)很不穩(wěn)定的角閃石、輝石、黑云母、橄欖石、基性斜長石 (易被分解)沉積巖的兩種主要成分：石英和粘土礦物。石英的化學(xué)穩(wěn)定性最強(qiáng)；粘土礦物在化學(xué)風(fēng)化的條件下穩(wěn)定性也較好，但是容易受地下水的作用而軟化，易發(fā)生物理風(fēng)化。沉積巖的組成成分，為地表風(fēng)化產(chǎn)物，大部分具有較好的抗化學(xué)風(fēng)化能力。巖漿巖，大部分為不穩(wěn)定的硅酸鹽礦物。在化學(xué)風(fēng)化條件下，易于被分解破壞。五、三大巖類的工程地質(zhì)性質(zhì)五、三大巖類的工程地質(zhì)性質(zhì)(1) 巖漿巖的工程地質(zhì)性質(zhì)絕大部分巖漿巖，力學(xué)強(qiáng)度高，透水性弱，抗水性強(qiáng)（不軟化，不溶解）。但同沉積巖相比抗

7、風(fēng)化能力較弱。不同產(chǎn)狀的巖漿巖略有差異：深成巖漿巖：礦物顆粒間結(jié)晶聯(lián)結(jié)，力學(xué)強(qiáng)度高；孔隙率小，透水性弱、抗水性強(qiáng)；巖體大、整體穩(wěn)定性好；良好的建筑地基和天然建筑石材?？傮w抗化學(xué)風(fēng)化能力較差。淺成巖和噴出巖力學(xué)強(qiáng)度高，一般不透水，不軟化。具有氣孔構(gòu)造、流紋構(gòu)造及發(fā)育有原生裂隙的巖漿巖，會(huì)增加透水性。抗風(fēng)化能力較深成巖強(qiáng)。陸地出露最廣的巖漿巖依次是：花崗(閃長)巖、玄武巖、安山巖。(2) 沉積巖的工程地質(zhì)性質(zhì)碎屑巖的成分碎屑：石英，長石、巖石碎屑；膠結(jié)物：硅質(zhì)( SiO2) 、鈣質(zhì)(CaCO3)、泥質(zhì)(高嶺石等)、鐵質(zhì)(Fe2O3)。泥質(zhì)巖的成分粘土礦物高嶺石等?；瘜W(xué)巖的成分方解石、白云石、 Si

8、O2等。力學(xué)性質(zhì)、水理性質(zhì)差異很大， 除泥質(zhì)巖外，抗風(fēng)化能通常都較強(qiáng)。 碎屑巖的工程地質(zhì)性質(zhì)工程地質(zhì)性質(zhì)一般較好，但其膠結(jié)物的成分對其強(qiáng)度影響顯著：硅質(zhì)膠結(jié)者，強(qiáng)度較高、抗風(fēng)能力強(qiáng)、透水性低、抗水性好，鈣質(zhì)膠結(jié)的次之，泥質(zhì)膠結(jié)的最差。火山碎屑巖中的凝灰?guī)r，強(qiáng)度低，為軟弱巖；遇水軟化。泥質(zhì)巖的工程地質(zhì)性質(zhì)易風(fēng)化，強(qiáng)度低，在外荷載作用下變形大，遇水易軟化和泥化。泥質(zhì)巖的天然邊坡穩(wěn)定性差。透水性小，可成為天然的隔水防滲層。化學(xué)巖的工程地質(zhì)性質(zhì)石灰?guī)r 力學(xué)強(qiáng)度大多較高，抗水性弱(具溶解性)，地下水的溶蝕形成喀斯特(Karst)空洞。是地下水的集中滲流通道，地基中的不穩(wěn)定區(qū)。白云巖 力學(xué)強(qiáng)度較高，具有微弱的溶蝕性。硅質(zhì)巖 強(qiáng)度高，抗水性好，抗風(fēng)化能力強(qiáng)。沉積巖中分布最廣的是石灰?guī)r，其次是泥質(zhì)巖（頁巖和粘土巖）和砂巖。沉積巖都具有層理構(gòu)造層理構(gòu)造：巖體力學(xué)性質(zhì)，各向異性各向異性。層理面，往往是力學(xué)薄弱面力學(xué)薄弱面和透水界面透水界面。 (3) 變質(zhì)巖的工程地質(zhì)性質(zhì) 變質(zhì)巖的工程地質(zhì)性質(zhì)與其原巖密切相關(guān)。原巖為巖漿巖的變質(zhì)巖與巖漿巖相近：如，花崗片麻巖花崗巖原巖為沉積巖的變質(zhì)巖與沉積巖相近：板巖、千枚巖、片