工程地質(zhì)巖土體性質(zhì)

工程地質(zhì)巖土體性質(zhì)第一頁，共十八頁，2022年，8月28日二、土的工程分類（《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》）一般土巨粒土和含巨粒土：≥60mm顆粒含量>50%巨粒土混合巨粒土巨粒混合土粗粒土：60~0.075mm顆粒質(zhì)量>50%礫類土：60~2mm顆粒質(zhì)量≥50%砂類土：60~2mm顆粒質(zhì)量≤50%細(xì)粒土：0.075~0.005顆粒含量≥50%細(xì)粒土含粗粒的細(xì)粒土有機(jī)土漂石：>200mm的巨粒>50%卵石：60~200mm的巨粒>50%礫：細(xì)粒含量<5%含細(xì)粒土礫：細(xì)粒含量5%~15%細(xì)粒土質(zhì)礫：細(xì)粒含量15%~50砂：細(xì)粒含量<5%含細(xì)粒土砂：細(xì)粒含量5%~15%細(xì)粒土質(zhì)砂：細(xì)粒含量15%~50第二頁，共十八頁，2022年，8月28日特殊土黃土（0.05~0.005mm):午城黃土：形成于早更新世，只在某些塬區(qū)出現(xiàn)，如山西午城、陜北洛川離石黃土：形成于中更新世，含有若干紅色條帶，即褐色型古土壤層，又稱紅色黃土，厚度很大，分布很廣，覆蓋在巖石山地之間的各種地形上，構(gòu)成塬、梁、峁的物質(zhì)主體。馬蘭黃土：形成于晚更新世，顏色灰黃，質(zhì)地松軟，厚度不大，卻罩蓋在所有塬、梁、峁上面，并散布在一些石質(zhì)山地的坡麓、甚至山頂上。膨脹土:巖土體中含有大量的親水性粘土礦物成分，在環(huán)境濕度變化影響下可產(chǎn)生強(qiáng)烈的漲縮變形。紅粘土:碳酸鹽巖系的巖石經(jīng)紅土化作用（氣候變化大，年降雨量大于蒸發(fā)量，氣候潮濕，物理、化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)烈）形成的高塑性粘土，其ωL＞50。經(jīng)搬運(yùn)后仍保留紅粘土的基本特征，ωL＞45的土為次生紅粘土。主要為殘坡積，所以多分布在山區(qū)、丘陵地帶，區(qū)域性強(qiáng)。人工填土：據(jù)組成和成因分：素填土：由碎石土、砂土、粉土、粘性土組成的填土；雜填土：含有建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的填土；沖填土：由水力沖填泥砂（或粉煤灰）形成的填土。第三頁，共十八頁，2022年，8月28日土的名稱：壤土(水電工程)~亞粘土(公路、鐵路、港口工程)~粉質(zhì)粘土(巖土工程)；砂壤土(水電工程)~亞砂土、輕亞粘土(公路、鐵路、港口工程)~粉土(巖土工程)；亞砂土（公路、鐵路、港口工程）~砂質(zhì)粉土（巖土工程）；輕亞粘土（公路、鐵路、港口工程）~粘質(zhì)粉土（巖土工程）第四頁，共十八頁，2022年，8月28日區(qū)分巖石、巖塊：巖石是地殼中由地質(zhì)作用所形成的固態(tài)物質(zhì)。由一種或多種礦物或巖屑組成的天然集合體，具有一定的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和變化規(guī)律。巖體則是有結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合而成，即包含不同的巖石材料和和各種不連續(xù)結(jié)構(gòu)面。是多裂隙的非均質(zhì)各向異性不連續(xù)介質(zhì)。結(jié)構(gòu)面及其組合形式是決定巖體性質(zhì)的主要因素。根據(jù)荷載特征可分為地基巖體、邊坡巖體和地下洞室圍巖。第二節(jié)巖石及巖體工程地質(zhì)特征第五頁，共十八頁，2022年，8月28日一、巖體結(jié)構(gòu)特征1、結(jié)構(gòu)面成因類型（見下表）：原生結(jié)構(gòu)面：指巖體在成巖過程中形成的結(jié)構(gòu)面。原生結(jié)構(gòu)面還可以進(jìn)一步分為沉積、火成和變質(zhì)結(jié)構(gòu)面。如沉積巖的層理面、火成巖的原生節(jié)理、變質(zhì)巖的片理、片麻理等。構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：在構(gòu)造應(yīng)力作用下巖體中形成的各種結(jié)構(gòu)面。如斷裂構(gòu)造，規(guī)模較大，性質(zhì)較差，是最不利的軟弱結(jié)構(gòu)面之一。層間錯(cuò)動(dòng)形成的軟弱破碎帶或泥化夾層等也是性質(zhì)十分惡劣的構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。次生結(jié)構(gòu)面：是巖體受風(fēng)化、卸荷及地下水等作用所形成的結(jié)構(gòu)面。如風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙等等。第六頁，共十八頁，2022年，8月28日成因類型地質(zhì)類型原生結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面1.層理、層面；2.原生軟弱夾層；3.不整合面、假整合面火成結(jié)構(gòu)面1．侵入巖與圍巖接觸面；2．巖脈、巖墻與圍巖接觸面；3．原生節(jié)理；4．多旋回的噴溢面及流層變質(zhì)結(jié)構(gòu)面1．片理、板理、片麻理、千枚理等；2．片巖軟弱夾層；構(gòu)造結(jié)構(gòu)面1．?dāng)鄬?、裂隙?．層間錯(cuò)動(dòng)面或?qū)娱g擠壓破碎帶；3．劈理、隱蔽裂隙次生結(jié)構(gòu)面1．卸荷裂隙；2．風(fēng)化裂隙；3．風(fēng)化夾層；4．層間錯(cuò)動(dòng)的泥化夾層；5．裂面次生填泥第七頁，共十八頁，2022年，8月28日2、巖體結(jié)構(gòu)類型據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》巖體結(jié)構(gòu)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況可能的巖土工程問題整體狀結(jié)構(gòu)巨塊狀原生或構(gòu)造節(jié)理為主，間距>1.5m，無掉塊局部滑動(dòng)、坍塌、巖爆塊狀結(jié)構(gòu)塊狀少量貫穿性好的節(jié)理，間距0.7~1.5m，少量分離體局部滑動(dòng)、坍塌、巖爆層狀結(jié)構(gòu)層狀板狀透鏡體層理、節(jié)理、片理、常具層間錯(cuò)動(dòng)面坍塌、巖層彎張破壞，軟巖塑性變形碎裂狀結(jié)構(gòu)碎塊狀斷層及其破碎帶、片理、層理、層間結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，間距0.25~0.5m，多分離體大規(guī)模巖體失穩(wěn)，地下水惡化散體狀結(jié)構(gòu)碎屑狀顆粒狀斷層破碎帶交叉，裂隙密集，結(jié)構(gòu)面組合復(fù)雜，多充填粘性土，形成大小不一的分離體大規(guī)模巖體失穩(wěn)，地下水惡化第八頁，共十八頁，2022年，8月28日二、軟弱夾層及泥化夾層軟弱夾層及泥化夾層是巖體結(jié)構(gòu)面中性質(zhì)較差，對(duì)巖體變形和穩(wěn)定性影響較大的結(jié)構(gòu)面。軟弱夾層是指堅(jiān)硬巖層之間所夾的力學(xué)強(qiáng)度低、泥炭質(zhì)含量高、遇水易軟化、厚度較薄、延伸較遠(yuǎn)的軟弱巖層。軟弱夾層被泥化的部分為泥化夾層。泥化夾層一般發(fā)育在層間錯(cuò)面及斷層面附近。是一種非常軟弱的結(jié)構(gòu)面。實(shí)踐證明，軟弱夾層、泥化夾層是控制巖體穩(wěn)定極端重要的因素，國(guó)內(nèi)外很多工程失事皆與此有關(guān)。第九頁，共十八頁，2022年，8月28日泥化夾層的特征：軟弱夾層經(jīng)過一系列地質(zhì)作用變成塑泥的過程稱為泥化泥化的標(biāo)志是其粘粒含量增加，天然含水量大于或等于塑限。泥化夾層具有濕度高、密度小、強(qiáng)度低、變形大等特點(diǎn)。第十頁，共十八頁，2022年，8月28日泥化夾層的形成過程比較復(fù)雜，最常見的層間錯(cuò)動(dòng)泥化夾層的形成條件為：1．物質(zhì)基礎(chǔ)：泥化夾層的粘土礦物與母巖的礦物組成具有明顯的一致性。形成的物質(zhì)基礎(chǔ)是粘土礦物含量較高的軟弱夾層。如葛洲壩工程的泥化夾層以蒙脫石為主，小浪底的粘土礦物以伊利石為主。2．構(gòu)造作用：軟硬相間的地層組合，在構(gòu)造應(yīng)力作用下易產(chǎn)生層間錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)面上的巖石被輾磨成細(xì)?；蚍勰睿鏊a(chǎn)生泥化。因此層間錯(cuò)動(dòng)構(gòu)造作用是泥化夾層形成的控制性條件。3．地下水的作用：巖體內(nèi)地下水的作用，使層間錯(cuò)動(dòng)帶內(nèi)被輾磨錯(cuò)碎的細(xì)粒物質(zhì)進(jìn)一步泥化形成泥化夾層。泥化夾層與其母巖軟夾層相比較，其主要特征是粘粒含量明顯增多，結(jié)構(gòu)松散，密度變小，含水量接近或超過塑限，力學(xué)強(qiáng)度極為軟弱。為了比較合理的確定泥化夾層的抗剪指標(biāo)，通常根據(jù)泥化夾層中碎屑物質(zhì)含量對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類。如全泥型、泥夾碎屑型、碎屑夾泥型等等，然后確定不同結(jié)構(gòu)類型的抗剪參數(shù)。再綜合確定滑動(dòng)面上的參數(shù)指標(biāo)。第十一頁，共十八頁，2022年，8月28日三巖體工程分級(jí)1、單指標(biāo)分類法(1)巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）：采用外徑為75mm的雙層巖芯管金剛石鉆進(jìn)，提取直徑為54mm的巖芯，剔除破碎巖芯，取長(zhǎng)度大于10cm的巖芯的累計(jì)長(zhǎng)度與鉆進(jìn)回次進(jìn)尺之百分比即為RQD值。分5級(jí)：(2)巖體彈性波速Vp（m/s)三峽壩址風(fēng)化巖體聲波速度分帶全風(fēng)化巖體1000~2000強(qiáng)風(fēng)化巖體2000~3000弱風(fēng)化巖體3000~4000微風(fēng)化巖體4000~5000等級(jí)一二三四五巖體性質(zhì)非常好好較好不好非常不好RQD(%)90~10075~9050~7525~50<25第十二頁，共十八頁，2022年，8月28日巖體的完整性指數(shù)Kv分級(jí)：Ⅰ>0.9Ⅱ0.75~0.9Ⅲ0.45~0.75Ⅳ0.2~0.45Ⅴ<0.22、多指標(biāo)分類法巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ，Rockmassbasicquality)：

BQ=90+3Rc+250KvBQ：巖體所固有的、影響工程巖體穩(wěn)定的最基本屬性，由巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度所決定。第十三頁，共十八頁，2022年，8月28日BQ的分級(jí)因素及其確定方法（1）分級(jí)因素①巖石堅(jiān)硬程度以飽和單軸抗壓強(qiáng)度Rc表示。②巖體完整程度以巖體完整性指數(shù)Kv表示。Kv=(Vpm/Vpr)2巖石堅(jiān)硬程度分級(jí)硬質(zhì)巖軟質(zhì)巖堅(jiān)硬巖較堅(jiān)硬巖較軟巖軟巖極軟巖Rc(MPa)＞6060~3030~1515~5＜5完整性完整較完整較破碎破碎極破碎Kv＞0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15＜0.15Jv＜33~1010~2020~35＞35Jv為巖體體積節(jié)理數(shù)（條/m3），按巖組統(tǒng)計(jì)，面積≮2m×5m，Si、Ca、Fe質(zhì)膠結(jié)的不統(tǒng)計(jì)。第十四頁，共十八頁，2022年，8月28日(2)BQ的確定方法

BQ=90+3Rc+250Kv限制條件：①當(dāng)Ｒc

＞90Kv+30時(shí)，Ｒc取90Kv+30②當(dāng)

Kv

＞0.04Ｒc+0.4時(shí),Kv取0.04Ｒc+0.4(3)BQ的修正［BQ］＝BQ-100(k1+k2+k3)k1：考慮地下水影響的修正系數(shù)，取0~1.0;k2：考慮軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響的修正系數(shù)，取0~0.6;k3：考慮地應(yīng)力狀態(tài)影響的修正系數(shù)，取0.5~1.5第十五頁，共十八頁，2022年，8月28日(4)巖體基本質(zhì)量分級(jí)級(jí)別ⅠⅡⅢⅣⅤBQ＞550550~451450~351350~251≤250定性特征堅(jiān)硬巖，

巖體完整堅(jiān)硬巖，巖體較完整；較堅(jiān)硬巖，巖體完整堅(jiān)硬巖，巖體較破碎；較堅(jiān)硬巖或軟硬互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整堅(jiān)硬巖，巖體破碎；較堅(jiān)硬巖，巖體較破碎~破碎；較軟巖或軟硬互層，巖體較破碎~破碎；軟巖，巖體較完整~較完整較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎~破碎；全部極軟巖和全部極破碎巖第十六頁，共十八頁，2022年，8月28日第三節(jié)巖體中的地應(yīng)力1、初始地應(yīng)力來源及組成地應(yīng)力來源：成巖作用、放射性元素衰變、地殼運(yùn)動(dòng)等組成：自重應(yīng)力：σｖ＝γ·Ｈ；σh＝λ

σｖ構(gòu)造應(yīng)力：具方向性地應(yīng)力測(cè)試方法：鉆孔地應(yīng)力解除法、水壓致裂法和聲發(fā)射法等2、地