1、1/497 岩土工程分类与分级岩土工程分类与分级 7.1岩石和岩体的工程分类7.2土的工程分类2/49一.岩石的工程性质 物理性质(physical properties)重度重度（密度）(unit weight)：岩石单位体积的重力（质量）。有干重度、湿重度和饱和重度之分。比重比重(相对密度)(specific gravity)：固体岩石的重力（质量）与同体积水在4C时重力（质量）的比值。空隙率空隙率(porosity)：岩石中空隙的体积与岩石总体积的比值。7.1岩石和岩体的工程分类3/49吸水率：吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干燥岩石质量之比。饱水率：饱水率：高压或真空条件下，岩
2、石吸入水分的质量与干燥岩石质量之比。饱水系数：饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值越大，岩石的抗冻性越差。水理性质4/49软化性：软化性：指岩石在水的作用下强度降低的性质。软化系数(softening coefficient)为岩石在饱水状态下的极限抗压强度与风干状态下强度之比。0.75是强软化的岩石，工程性质较差。渗透性渗透性(permeability)：指岩石允许水透过的能力。溶解性溶解性(dissolubility)：指岩石溶解于水的性质。抗冻性抗冻性(frost resistance)：指岩石抵抗冰劈作用的能力.抗压强度降低率(2025)的岩石是抗冻的。崩解性崩解性(disint
3、egration)：指黏土质岩石吸水膨胀的性质。5/49 力学性质 强度指标：强度指标：抗压强度抗压强度(compressive strength)：岩石单向受压时抵抗破坏的能力。抗拉强度抗拉强度(tensile strength)：岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。抗剪强度抗剪强度(shear strength)：岩石抵抗剪切破坏的能力。6/49抗剪强度可分为以下三种强度：抗剪强度可分为以下三种强度：(a)抗剪断强度：抗剪断强度：在垂直压力作用下的岩石剪切强度。(b)抗剪强度：抗剪强度：沿着已有的破裂面发生剪切时的强度。(c)抗切强度：抗切强度：压应力等于零时的剪切强度。图 71 岩石的三种抗剪
4、强度试验7/49 变形指标弹性模量弹性模量(modulus of elasticity)：是应力与弹性应变的比值。变形模量变形模量(modulus of deformation)：是应力与总应变的比值。泊松比泊松比(poissonratio)：是横向应变与纵向应变比值。8/492.影响岩石工程性质的因素 内部因素（岩石的地质特征）矿物成分 结构 构造 外部因素 水的作用 风化作用9/493.岩石的工程性质评述 岩浆岩 深成侵入岩具结晶结构，晶粒粗大均匀，力学强度高。一般是良好的建筑地基和天然建筑石材。但由于多种矿物结晶组成，抗风化能力较差。浅成侵入岩特别是脉状岩体穿插于不同的岩石中，易蚀变风化
5、，使其强度降低、透水性增大。喷出岩若具有气孔构造、流纹构造及发育有原生裂隙，透水性较大。多呈岩流状产出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基均一性和稳定性影响大。10/49 沉积岩 火山碎屑岩由细小火山灰组成，水理性质差。沉积碎屑岩受胶结物成分和胶结类型影响显著。黏土岩浸水后易软化和泥化，还可能有膨胀性。对 工程极为不利，但可作隔水层和防渗层。化学岩和生物化学岩具不同程度的可溶性，易渗漏。11/49 变质岩 工程性质与其原岩密切相关。动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。片理构造使岩石具有各向异性特征。12/49 岩石（Rock）:具一定结构构造的矿物集合体。岩体（Rock mass）：包含各种结构面
6、的地质体。岩体的工程性质首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的岩石性质。二、岩体及岩体结构13/49 岩体结构(rock mass structure)=结构面(structural plane)+结构体(structural element)14/49结构面：存在于岩体中的各种地质界面。分为：15/49岩体中的软弱夹层16/49结构面特征 形态、平整光滑度 张开度和充填程度 连通性 密集程度 产状和组数 规模 17/49结构体类型 (d)(a)(c)(f)(g)(b)(e)(h)图 72 结构体的类型(a)方柱（块）体；(b)菱形柱体；(c）三棱柱体；(d)楔形体；(e)锥形体;(f)板
7、状体;(g)多角柱体;(h)菱形块体18/49岩体结构类型及工程性质 整体块状结构：整体强度高。层状结构：强度和变形特性具各向异性特点。碎裂结构：岩体完整性破坏大。散体结构：工程性质差。19/49三、岩体的主要力学性质变形特性变形特性epE0变形模量弹性模量eeE图 75 应力应变曲线图 76 岩石的弹性变形20/49蠕变蠕变(creep):在一定应力下,变形随时间持续增长。松弛松弛(relaxation):在变形保持一定时,应力随时间逐渐减小。流变性流变性:指在恒定条件下，应力或变形随时间而变化的特性。图 78 不同应力条件下岩体的蠕变曲线21/49强度特性强度特性最主要是抗剪强度mcm 图
8、 712 岩体抗剪强度包络线1结构面强度线；2岩块强度线；3岩体强度包络线变化范围 22/491 1、分类的目的、分类的目的（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。（2）便于施工方法的总结,交流,推广。（3）为便于行业内技术改革和管理。四、岩石和岩体的工程分类23/492 2、分类原则、分类原则（1）有明确的类级和适用对象。（2）有定量的指标。（3）类级一般分五级为宜。（4）分类方法简单明了、数字便于记忆和应用。（5）根据适用对象，选择考虑因素。趋势：趋势：“综合特征值”分类法 24/49 3 3、分类的独立因素、分类的独立因素 在分类中起主导和控制作用的有如下几方
9、 面因素：（1）岩石材料的质量（强度指标）。（2）岩体的完整性，结构面产状、密度、声波等。（3）水理状态（软化、冲蚀、弱化）（4）地应力（5）其它因素（自稳时间、位移率）其中：其中：岩性是最重要因素 返回返回25/49岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范(GB500212001)根据岩块的饱和单轴抗压强度标准值Rc划分岩石的坚硬程度:5153060Rc极软岩软岩较软岩较坚硬岩坚硬岩4 4、几种代表性的分类方案、几种代表性的分类方案26/49岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范(GB500212001)根据岩体的完整性指数划分岩石的完整程度:0.150.350.550.75完整性指数极破碎破碎较破碎较完
10、整完整岩体压缩波速度与岩块压缩波速度之比的平方 27/49岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范(GB500212001)根据岩石坚硬程度和岩体完整程度综合分五个岩体基本质量等级:完整程度 坚硬程度完整较完整较破碎破碎极破碎坚硬岩IIIIIIIVV较硬岩IIIIIIVIVV较软岩IIIIVIVVV软岩IVIVVVV极软岩VVVVV28/49RQD是选用坚固完整的、其是选用坚固完整的、其长度大于等于长度大于等于10cm的岩芯总的岩芯总长度与钻孔长度的比，百分长度与钻孔长度的比，百分数表示为：数表示为：%10010钻孔总长LcmlRQDi岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范(GB500212001)根据岩石
11、质量指标RQDRock Quality Designation分类：RQD分类类别RQD（）岩石质量12345901007590507525501.5时,称淤泥;1.5e1.0 时,称淤泥质土;5%有机质含量10%时,称有机质土;10%有机质含量60%时,称泥炭。45/49工程特性：工程特性：1.含水量高，天然含水量液限，软塑流塑状态。2.透水性低，水平向渗透系数较大。3.压缩性大，强度低，欠压密状态。4.显著的蠕变和触变性(高灵敏度)。蠕变蠕变(creep)：在一定荷载下，土的剪切变形随时间增长的特性。触变触变(thixotropy)：土受扰动后强度降低，但随时间增长强度能部分恢复的性能。4
12、6/4947/49 膨胀土膨胀土(expansive soil)：是一种富含亲水性黏土矿物,且随含水量的增减体积发生显著胀缩变形的硬塑性黏土。分布：分布：全国。云南、广西、贵州、湖北最具代表性。一般位于山前丘陵地区或河谷高阶地上。图 3-27 因外墙基土收缩、基础向外扭转，墙体呈水平裂缝48/49特征：特征：1)呈黄褐、灰白、花斑等颜色；2)黏粒含量高，且为亲水性很强的蒙脱石等黏 土矿物，土中可溶盐及有机质含量较低，常 含铁锰或钙质结核，结构致密；3)表面有大量网状裂隙，裂面有腊状光泽的挤 压面。49/49工程特性：工程特性：1.低含水量，呈坚硬硬塑状态；2.孔隙比小，密度大；3.高塑性，含黏
13、粒及粉粒为主；4.具膨胀力,自由膨胀量40%；5.天然状态下压缩性低，承载力高，但由于干缩裂隙发育,稳定性差。浸水后或被扰动时,强度骤然降低。50/49 膨胀土地基上建筑物的开裂图 3-27 因外墙基土收缩、基础向外扭转，墙体呈水平裂缝51/49膨胀土地基上房屋开裂的特点为：山墙呈“倒八字形”，裂缝上宽下窄；外纵墙下端呈水平裂缝，基础向外扭转，墙体上部内倾；房屋角端裂缝严重，而且常伴随着一定的水平位移和转动；地坪多出现平行于外纵墙的通长裂缝；地基反复多次胀缩，使墙体裂缝斜向交叉。52/49湖南某高架灌渠支墩因膨胀土地基而倾斜53/49 红黏土红黏土(laterite)：由碳酸盐类岩石在湿热气候
14、条件下，经强烈风化作用而形成的高塑性黏土。分布分布:云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西。低山丘陵地带顶部和山间盆地、缓坡及坡脚地段。54/49特征：特征：1)呈褐红色,富含铁铝氧化物，黏粒含量很高，具有高度分散性，颗粒细而均匀，黏土矿物以高岭石为主；2)土层中常有石芽、溶洞或土洞分布其间；3)地表裂隙发育；4)沿深度含水量增大，土质由硬变软；5)在水平方向上厚度变化较大，造成地基不均匀性。55/49工程特性：工程特性：1.高含水量、高塑性，硬塑或可塑状态。2.孔隙比大、低密度、孔隙饱水。3.压缩性低、强度高、地基承载力高。4.浸水后膨胀量小，但失水后收缩剧烈。56/49 红黏土的表层表
15、层，为良好地基。可充分利用其作为天然地基持力层，基础宜尽量浅埋。红黏土的底层底层，接近下卧基岩面附近，尤其在基岩面低洼处，因地下水积聚，常呈软塑流塑状态，强度低，压缩性高，容易引起地基不均匀沉降。应注意查清基岩面起伏状况，并进行必要的处理。对红黏土中的土洞土洞，应查明其部位与大小，进行填充处理。红黏土地基评价：红黏土中的网状裂隙网状裂隙，对土坡和基础有不良影响，基槽应防止日晒雨淋。57/49黄土黄土(loessal soil)：是干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。分布分布:我国西北及华北地区,面积约63万km2。58/4959/49黄土分类：按成因分：原生黄土和次生黄土按形成年代分：老黄土和
16、新黄土按湿陷性分：湿陷性黄土和非湿陷性黄土特征：以粉粒为主，富含碳酸钙，肉眼可见大孔隙，垂直节理发育，常呈现直立的天然边坡。60/49工程特性：1.塑性较弱2.含水较少，坚硬硬塑状态3.压实程度差，孔隙比高，孔隙大4.抗水性弱，遇水强烈崩解，湿陷明显5.透水性较强，且呈各向异性6.强度较高，粒间连接较强，压缩性中等。61/49黄土湿陷性(collapsibility)：在一定压力下受水浸润后,结构迅速破坏而产生显著沉陷的性质。湿陷系数s：由室内浸水压缩试验测得的黄土样在某种规定压力下的湿陷量与土样原始高度的比值。s0.015为湿陷性黄土。湿陷类型：自重湿陷与非自重湿陷。实测或计算自重湿陷量7
17、cm 时,为自重湿陷性黄土场地。湿陷起始压力:开始出现明显湿陷的压力。62/49盐渍土盐渍土(saline soil):土中易溶盐含量0.3%。分布分布:滨海型、冲积平原型、内陆型63/49盐渍土类型：1.氯盐型：氯盐型：具强烈的吸湿性导致土有很大的塑性和压缩性。2.硫酸盐型硫酸盐型：结晶时体积膨胀，失水干燥时体积缩小，周期性松胀变化使土的结构破坏。3.碳酸盐型碳酸盐型：具明显碱性反应。潮湿时具很大的亲水性、塑性膨胀性。64/49冻土冻土(frozen soil)：温度0并含有冰的土层。分布:高纬度和高寒地区。类型:多年冻土和季节性冻土。65/49 冻胀性：土在冻结时，由于水分结冰膨胀，土的体
18、积随之增大，地基隆起、开裂和变形。融沉性：冻土在溶化后，体积缩小，地基沉降，强度降低，还伴随下部未冻结土层中的水分向冻结土层迁移，使溶化后土质更差。66/49黑龙江地区的房屋冻胀图 3-32 嫩林线小杨汽车站房屋冻胀裂缝67/49图 3-33 某桥冻胀成非对称罗锅形68/49人工填土人工填土(filling):指由于人类工程活动而形成的土。1)素填土素填土:主要由碎石、砂土或黏性土组成。其工程性质取决于密实度和均匀性。2)杂填土杂填土:建筑垃圾土、工业废料土、生活垃圾土。后一种不宜作为建筑物地基。3)冲填土冲填土:系由水力冲填泥沙形成的沉积土。含水量大,透水性弱,排水固结差,一般呈软塑-流塑状
19、态。69/49复习思考题1.什么是岩石饱水系数？2.说明岩石软化系数的物理意义。3.岩石的抗剪强度可分为哪几种？4.说明影响岩石工程性质的因素有哪些？5何谓岩体？试说明岩体与岩石的区别。6什么叫结构面？结构面的主要特征有哪些？7按成因，结构面可划分为哪几种类型？研究结构面有何 工程意义？8.什么叫结构体？常见的结构体的形状有哪几种？9何谓岩体结构？岩体结构有哪些主要类型？它们的特征 如何？研究岩体结构有何工程意义？70/4910.岩体的变形有何特点？何谓岩体的流变性？11.岩体的强度受什么控制？岩体的剪切破坏有几种情况？12.岩石和岩体按岩土工程勘察规范有几种分类方 法？如何进行分类？13.淤泥类土有何特性？什么是蠕变性？什么是触变性？14.膨胀土有何特性？15.红黏土是怎样形成的？具有何种特性？71/4916.湿陷性黄土的主要工程性质是什么？如何判别黄土是否具有湿陷性？17.冻土分哪些种类？具有何种特性？18.人工填土分为几种类型？哪些不适于作为建筑物的天然地基？
