巖土工程分類與分級

1、17 巖土工程分類與分級巖土工程分類與分級 7.1巖石和巖體的工程分類7.2土的工程分類2一.巖石的工程性質(zhì) 物理性質(zhì)(physical properties) 重度重度（密度）(unit weight)：巖石單位體積的重力（質(zhì)量）。 有干重度、濕重度和飽和重度之分。 比重比重(相對密度)(specific gravity)：固體巖石的重力（質(zhì)量） 與同體積水在4C時重力（質(zhì)量）的比值。 空隙率空隙率( porosity)：巖石中空隙的體積與巖石總體積的比值。7.1巖石和巖體的工程分類3吸水率：吸水率：常壓條件下，巖石吸入水分的質(zhì)量與干燥巖石質(zhì)量之比。飽水率：飽水率：高壓或真空條件下，巖石吸入

2、水分的質(zhì)量與干燥巖石質(zhì)量之比。飽水系數(shù)：飽水系數(shù)：巖石的吸水率與飽水率的比值。其值越大，巖石的抗凍性越差。 水理性質(zhì)4軟化性：軟化性：指巖石在水的作用下強度降低的性質(zhì)。軟化系數(shù)(softening coefficient)為巖石在飽水狀態(tài)下的極限抗壓強度與風(fēng)干狀態(tài)下強度之比。0.75是強軟化的巖石，工程性質(zhì)較差。滲透性滲透性(permeability)：指巖石允許水透過的能力。溶解性溶解性(dissolubility)：指巖石溶解于水的性質(zhì)。抗凍性抗凍性(frost resistance)：指巖石抵抗冰劈作用的能力.抗壓強度降低率(2025)的巖石是抗凍的。崩解性崩解性(disintegrat

3、ion)：指黏土質(zhì)巖石吸水膨脹的性質(zhì)。5 力學(xué)性質(zhì) 強度指標(biāo)：強度指標(biāo)： 抗壓強度抗壓強度(compressive strength)： 巖石單向受壓時抵抗破壞的能力。 抗拉強度抗拉強度(tensile strength)： 巖石單向受拉時抵抗破壞的能力。 抗剪強度抗剪強度(shear strength)： 巖石抵抗剪切破壞的能力。6抗剪強度可分為以下三種強度：抗剪強度可分為以下三種強度：( a ) 抗剪斷強度：抗剪斷強度：在垂直壓力作用下的巖石剪切強度。( b ) 抗剪強度：抗剪強度：沿著已有的破裂面發(fā)生剪切時的強度。( c ) 抗切強度：抗切強度：壓應(yīng)力等于零時的剪切強度。圖 71 巖石的

4、三種抗剪強度試驗7 變形指標(biāo)v彈性模量彈性模量(modulus of elasticity)：v 是應(yīng)力與彈性應(yīng)變的比值。變形模量變形模量(modulus of deformation)： 是應(yīng)力與總應(yīng)變的比值。泊松比泊松比(poissonratio)： 是橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變比值。82.影響巖石工程性質(zhì)的因素 內(nèi)部因素（巖石的地質(zhì)特征） 礦物成分 結(jié)構(gòu) 構(gòu)造 外部因素 水的作用 風(fēng)化作用93.巖石的工程性質(zhì)評述 巖漿巖 深成侵入巖具結(jié)晶結(jié)構(gòu)，晶粒粗大均勻，力學(xué)強度高。一般是良好的建筑地基和天然建筑石材。但由于多種礦物結(jié)晶組成，抗風(fēng)化能力較差。 淺成侵入巖特別是脈狀巖體穿插于不同的巖石中，易蝕變

5、風(fēng)化，使其強度降低、透水性增大。 噴出巖若具有氣孔構(gòu)造、流紋構(gòu)造及發(fā)育有原生裂隙，透水性較大。多呈巖流狀產(chǎn)出，巖體厚度小，巖相變化大，對地基均一性和穩(wěn)定性影響大。10 沉積巖 火山碎屑巖由細(xì)小火山灰組成，水理性質(zhì)差。 沉積碎屑巖受膠結(jié)物成分和膠結(jié)類型影響顯著。 黏土巖浸水后易軟化和泥化，還可能有膨脹性。對 工程極為不利，但可作隔水層和防滲層。 化學(xué)巖和生物化學(xué)巖具不同程度的可溶性，易滲漏。11 變質(zhì)巖 工程性質(zhì)與其原巖密切相關(guān)。 動力變質(zhì)巖的力學(xué)強度和抗水性均較差。 片理構(gòu)造使巖石具有各向異性特征。12 巖石（Rock）: 具一定結(jié)構(gòu)構(gòu)造的礦物集合體。 巖體（Rock mass）： 包含各種結(jié)

6、構(gòu)面的地質(zhì)體。巖體的工程性質(zhì)首先取決于結(jié)構(gòu)面的性質(zhì),其次才是組成巖體的巖石性質(zhì)。二、 巖體及巖體結(jié)構(gòu)13 巖體結(jié)構(gòu)(rock mass structure) = 結(jié)構(gòu)面 (structural plane) +結(jié)構(gòu)體(structural element)14 結(jié)構(gòu)面： 存在于巖體中的各種地質(zhì)界面。分為： 15巖體中的軟弱夾層16結(jié)構(gòu)面特征 形態(tài)、平整光滑度 張開度和充填程度 連通性 密集程度 產(chǎn)狀和組數(shù) 規(guī)模 17結(jié)構(gòu)體類型 (d)(a)(c)(f)(g)(b)(e)(h) 圖 72 結(jié)構(gòu)體的類型(a)方柱（塊）體； (b)菱形柱體；(c）三棱柱體 ；(d)楔形體；(e)錐形體;(f)板狀體

7、;(g)多角柱體;(h)菱形塊體18巖體結(jié)構(gòu)類型及工程性質(zhì) 整體塊狀結(jié)構(gòu)：整體強度高。 層狀結(jié)構(gòu)：強度和變形特性具各向異性特點。 碎裂結(jié)構(gòu)：巖體完整性破壞大。 散體結(jié)構(gòu)：工程性質(zhì)差。19三、 巖體的主要力學(xué)性質(zhì)變形特性變形特性epE0變形模量彈性模量eeE圖 75 應(yīng)力應(yīng)變曲線圖 76 巖石的彈性變形20蠕變?nèi)渥?creep): 在一定應(yīng)力下,變形隨時間持續(xù)增長。松弛松弛(relaxation): 在變形保持一定時,應(yīng)力隨時間逐漸減小。 流變性流變性: : 指在恒定條件下，應(yīng)力或變形隨時間而變化的特性。圖 78 不同應(yīng)力條件下巖體的蠕變曲線21強度特性強度特性最主要是抗剪強度mcm 圖 712

8、 巖體抗剪強度包絡(luò)線1結(jié)構(gòu)面強度線；2巖塊強度線；3巖體強度包絡(luò)線變化范圍 221 1、分類的目的、分類的目的（1）為巖石工程建設(shè)的勘察、設(shè)計、施工和編制定額提供必要的基本依據(jù)。（2）便于施工方法的總結(jié),交流,推廣。（3）為便于行業(yè)內(nèi)技術(shù)改革和管理。四、巖石和巖體的工程分類232 2、分類原則、分類原則 （1）有明確的類級和適用對象。（2）有定量的指標(biāo)。（3）類級一般分五級為宜。（4）分類方法簡單明了、數(shù)字便于記憶和應(yīng)用。（5）根據(jù)適用對象，選擇考慮因素。趨勢：趨勢：“綜合特征值”分類法 24 3 3、分類的獨立因素、分類的獨立因素 在分類中起主導(dǎo)和控制作用的有如下幾方 面因素： （1）巖石材

9、料的質(zhì)量（強度指標(biāo)）。（2）巖體的完整性，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、密度、聲波等。（3）水理狀態(tài)（軟化、沖蝕、弱化）（4）地應(yīng)力（5）其它因素（自穩(wěn)時間、位移率） 其中：其中：巖性是最重要因素 返回返回25l巖土工程勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范(GB500212001)根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值Rc劃分巖石的堅硬程度: 5153060Rc極軟巖軟巖較軟巖較堅硬巖堅硬巖4 4、幾種代表性的分類方案、幾種代表性的分類方案26l巖土工程勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范(GB500212001)根據(jù)巖體的完整性指數(shù)劃分巖石的完整程度: 0.150.350.550.75完整性指數(shù)極破碎破碎較破碎較完整完整巖體壓縮波速度與巖

10、塊壓縮波速度之比的平方 27l巖土工程勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范(GB500212001)根據(jù)巖石堅硬程度和巖體完整程度綜合分五個巖體基本質(zhì)量等級 : 完整程度 堅硬程度完整較完整較破碎破碎極破碎堅硬巖IIIIIIIVV較硬巖IIIIIIVIVV較軟巖IIIIVIVVV軟巖IVIVVVV極軟巖VVVVV28RQD是選用堅固完整的、其是選用堅固完整的、其長度大于等于長度大于等于10cm的巖芯總的巖芯總長度與鉆孔長度的比，百分長度與鉆孔長度的比，百分?jǐn)?shù)表示為：數(shù)表示為：%10010鉆孔總長LcmlRQDil巖土工程勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范(GB500212001)根據(jù)巖石質(zhì)量指標(biāo)RQDRock Qu

11、ality Designation分類： RQD分類類別RQD（）巖石質(zhì)量12345901007590507525501.5時,稱淤泥; 1.5e1.0 時,稱淤泥質(zhì)土; 5%有機質(zhì)含量10%時,稱有機質(zhì)土; 10%有機質(zhì)含量60%時,稱泥炭。45工程特性：工程特性：含水量高，天然含水量液限，軟塑流塑狀態(tài)。透水性低，水平向滲透系數(shù)較大。壓縮性大，強度低，欠壓密狀態(tài)。顯著的蠕變和觸變性(高靈敏度)。 蠕變?nèi)渥?creep)：在一定荷載下，土的剪切變形隨時間增長的特性。1. 觸變觸變(thixotropy)：土受擾動后強度降低，但隨時間增長強度能部分恢復(fù)的性能。4647 膨脹土膨脹土(expans

12、ive soil)： 是一種富含親水性黏土礦物,且隨含水量的增減體積發(fā)生顯著脹縮變形的硬塑性黏土。 分布：分布： 全國。云南、廣西、貴州、湖北最具代表性。一般位于山前丘陵地區(qū)或河谷高階地上。 圖 3-27 因外墻基土收縮、基礎(chǔ)向外扭轉(zhuǎn)，墻體呈水平裂縫48特征：特征： 1) 呈黃褐、灰白、花斑等顏色； 2) 黏粒含量高，且為親水性很強的蒙脫石等黏 土礦物，土中可溶鹽及有機質(zhì)含量較低，常 含鐵錳或鈣質(zhì)結(jié)核，結(jié)構(gòu)致密； 3) 表面有大量網(wǎng)狀裂隙，裂面有臘狀光澤的擠 壓面。49工程特性：工程特性：低含水量，呈堅硬硬塑狀態(tài)；孔隙比小，密度大；高塑性，含黏粒及粉粒為主；具膨脹力,自由膨脹量40%；天然狀態(tài)

13、下壓縮性低，承載力高，但由于干縮裂隙發(fā)育,穩(wěn)定性差。浸水后或被擾動時,強度驟然降低。50 膨脹土地基上建筑物的開裂圖 3-27 因外墻基土收縮、基礎(chǔ)向外扭轉(zhuǎn)，墻體呈水平裂縫51膨脹土地基上房屋開裂的特點為：山墻呈“倒八字形”，裂縫上寬下窄；外縱墻下端呈水平裂縫，基礎(chǔ)向外扭轉(zhuǎn)，墻體上部內(nèi)傾； 房屋角端裂縫嚴(yán)重，而且常伴隨著一定的水平位移和轉(zhuǎn)動；地坪多出現(xiàn)平行于外縱墻的通長裂縫 ；地基反復(fù)多次脹縮，使墻體裂縫斜向交叉。 52湖南某高架灌渠支墩因膨脹土地基而傾斜53 紅黏土紅黏土(laterite)： 由碳酸鹽類巖石在濕熱氣候條件下，經(jīng)強烈風(fēng)化作用而形成的高塑性黏土。 分布分布: : 云貴高原、四川

14、東部、廣西、粵北及鄂西、湘西。低山丘陵地帶頂部和山間盆地、緩坡及坡腳地段。 54特征：特征：1) 呈褐紅色,富含鐵鋁氧化物，黏粒含量很高，具有高度分散性，顆粒細(xì)而均勻，黏土礦物以高嶺石為主；2) 土層中常有石芽、溶洞或土洞分布其間；3) 地表裂隙發(fā)育；4) 沿深度含水量增大，土質(zhì)由硬變軟；5) 在水平方向上厚度變化較大，造成地基不均勻性。 55工程特性：工程特性：高含水量、高塑性，硬塑或可塑狀態(tài)?？紫侗却?、低密度、孔隙飽水。壓縮性低、強度高、地基承載力高。浸水后膨脹量小，但失水后收縮劇烈。56 紅黏土的表層表層，為良好地基?？沙浞掷闷渥鳛樘烊坏鼗至樱A(chǔ)宜盡量淺埋。 紅黏土的底層底層，接

15、近下臥基巖面附近，尤其在基巖面低洼處，因地下水積聚，常呈軟塑流塑狀態(tài)，強度低，壓縮性高，容易引起地基不均勻沉降。應(yīng)注意查清基巖面起伏狀況，并進行必要的處理。 對紅黏土中的土洞土洞，應(yīng)查明其部位與大小，進行填充處理。紅黏土地基評價： 紅黏土中的網(wǎng)狀裂隙網(wǎng)狀裂隙，對土坡和基礎(chǔ)有不良影響，基槽應(yīng)防止日曬雨淋。57黃土黃土(loessal soil)： 是干旱氣候條件下形成的一種特殊沉積物。分布分布: 我國西北及華北地區(qū),面積約63萬km2。5859黃土分類：按成因分：原生黃土和次生黃土按形成年代分：老黃土和新黃土按濕陷性分：濕陷性黃土和非濕陷性黃土特征： 以粉粒為主，富含碳酸鈣，肉眼可見大孔隙，垂直

16、節(jié)理發(fā)育，常呈現(xiàn)直立的天然邊坡。60工程特性：塑性較弱含水較少，堅硬硬塑狀態(tài)壓實程度差，孔隙比高，孔隙大抗水性弱，遇水強烈崩解，濕陷明顯透水性較強，且呈各向異性1. 強度較高，粒間連接較強，壓縮性中等。61黃土濕陷性(collapsibility)： 在一定壓力下受水浸潤后,結(jié)構(gòu)迅速破壞而產(chǎn)生顯著沉陷的性質(zhì)。濕陷系數(shù)s ： 由室內(nèi)浸水壓縮試驗測得的黃土樣在某種規(guī)定壓力下的濕陷量與土樣原始高度的比值。s0.015為濕陷性黃土。濕陷類型：自重濕陷與非自重濕陷。實測或計算自重濕陷量7 cm 時,為自重濕陷性黃土場地。濕陷起始壓力:開始出現(xiàn)明顯濕陷的壓力。62鹽漬土鹽漬土(saline soil):

17、土中易溶鹽含量0.3% 。分布分布: : 濱海型、沖積平原型、內(nèi)陸型63鹽漬土類型：氯鹽型：氯鹽型：具強烈的吸濕性導(dǎo)致土有很大的塑性和壓縮性。硫酸鹽型硫酸鹽型：結(jié)晶時體積膨脹，失水干燥時體積縮小，周期性松脹變化使土的結(jié)構(gòu)破壞。1. 碳酸鹽型碳酸鹽型：具明顯堿性反應(yīng)。潮濕時具很大的親水性、塑性膨脹性。64凍土凍土(frozen soil)： 溫度0并含有冰的土層。 分布: 高緯度和高寒地區(qū)。 類型: 多年凍土和季節(jié)性凍土。65 凍脹性： 土在凍結(jié)時，由于水分結(jié)冰膨脹，土的體積隨之增大，地基隆起、開裂和變形。 融沉性： 凍土在溶化后，體積縮小，地基沉降，強度降低，還伴隨下部未凍結(jié)土層中的水分向凍結(jié)

18、土層遷移，使溶化后土質(zhì)更差。66黑龍江地區(qū)的房屋凍脹圖 3-32 嫩林線小楊汽車站房屋凍脹裂縫67圖 3-33 某橋凍脹成非對稱羅鍋形68人工填土人工填土(filling): 指由于人類工程活動而形成的土。1) 素填土素填土:主要由碎石、砂土或黏性土組成。其工程性質(zhì)取決于密實度和均勻性。2) 雜填土雜填土:建筑垃圾土、工業(yè)廢料土、生活垃圾土。后一種不宜作為建筑物地基。3) 沖填土沖填土:系由水力沖填泥沙形成的沉積土。含水量大,透水性弱,排水固結(jié)差,一般呈軟塑-流塑狀態(tài)。69復(fù)習(xí)思考題1. 什么是巖石飽水系數(shù)？2. 說明巖石軟化系數(shù)的物理意義。3. 巖石的抗剪強度可分為哪幾種？4. 說明影響巖石工程性質(zhì)的因素有哪些？5何謂巖體？試說明巖體與巖石的區(qū)別。6什么叫結(jié)構(gòu)面？結(jié)構(gòu)面的主要特征有哪些？7按成因，結(jié)構(gòu)面可劃分為哪幾種類型？研究結(jié)構(gòu)面有何 工程意義？8 .什么叫結(jié)構(gòu)體？常見的