矿大工程地质学基础.第二章岩土体的工程地质性质(资源)
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第二章岩石与岩体的工程地质性质-课件
地基的变形、强度和稳定问题。 ➢铁路、道路工程常遇到的有路基边坡、隧洞
围岩和桥墩桥台的稳定问题、道路的冻胀 问题； ➢地下建筑工程常遇到的是围岩稳定、涌水
及影响建筑施工的高地应力、高地热和 有害气体问题、岩爆问题；
➢海港工程常遇到的是码头地基、岸坡的稳 定、海浪侵蚀及回淤问题；
➢矿山工程常遇到的是露天矿边帮及地下巷 道的稳定及涌水、采矿引起地面塌陷问 题；
精品jing
第二章岩石与岩体的工程地质性质
一、 工程地质的相关概念
1.地质学
是对地球的起源、物质组成、 内部构造、外部特征、各层圈之间 的相互作用和演变历史进行研究的学科。
2.工程地质学
研究与工程建筑活动有关的地质问题的学科，就是 研究在工程建筑设计、施工和运营的实施过程中合理地处 理与正确地使用自然地质条件和改造不良地质条件等地质 问题。
（4）环境工程地质的研究：
合理开发和保护地质环境。
工程地质通过考察来为工程建设服务， 因此勘察工作首当其冲有以下主要任务：
1、查明工程建筑所在地区的工程地质条件， 并对可能存在的工程地质问题进行定性和定量的评 价；
2、根据工程地质条件选择优良的建筑场地，并 对建筑物类型、规模和施工方法提出合理建议.保 证其正常施工；
工程地质问题。
工程地质学的学科、研究内容和研究方法
学
工程地质学
科
工 程 岩 土 学
工
程
学
动 力
地
质
区工 域程 工地 程质 地勘 质察 学
研究内容 工程岩土学是研究岩体和土体的工程地质 性质及其形成和变化规律以及改善这些性质 的科学。
工程动力地质学或称为工程地质问题 分析，主要研究各种工程地质问题产生的地 质条件、力学机制和发展演化规律；结合工 程规划、设计、施工的要求进行正确评价， 并提出防治措施。
围岩和桥墩桥台的稳定问题、道路的冻胀 问题； ➢地下建筑工程常遇到的是围岩稳定、涌水
及影响建筑施工的高地应力、高地热和 有害气体问题、岩爆问题；
➢海港工程常遇到的是码头地基、岸坡的稳 定、海浪侵蚀及回淤问题；
➢矿山工程常遇到的是露天矿边帮及地下巷 道的稳定及涌水、采矿引起地面塌陷问 题；
精品jing
第二章岩石与岩体的工程地质性质
一、 工程地质的相关概念
1.地质学
是对地球的起源、物质组成、 内部构造、外部特征、各层圈之间 的相互作用和演变历史进行研究的学科。
2.工程地质学
研究与工程建筑活动有关的地质问题的学科，就是 研究在工程建筑设计、施工和运营的实施过程中合理地处 理与正确地使用自然地质条件和改造不良地质条件等地质 问题。
（4）环境工程地质的研究：
合理开发和保护地质环境。
工程地质通过考察来为工程建设服务， 因此勘察工作首当其冲有以下主要任务：
1、查明工程建筑所在地区的工程地质条件， 并对可能存在的工程地质问题进行定性和定量的评 价；
2、根据工程地质条件选择优良的建筑场地，并 对建筑物类型、规模和施工方法提出合理建议.保 证其正常施工；
工程地质问题。
工程地质学的学科、研究内容和研究方法
学
工程地质学
科
工 程 岩 土 学
工
程
学
动 力
地
质
区工 域程 工地 程质 地勘 质察 学
研究内容 工程岩土学是研究岩体和土体的工程地质 性质及其形成和变化规律以及改善这些性质 的科学。
工程动力地质学或称为工程地质问题 分析，主要研究各种工程地质问题产生的地 质条件、力学机制和发展演化规律；结合工 程规划、设计、施工的要求进行正确评价， 并提出防治措施。
岩体的工程地质性质
1.整体块状结构岩体的工程地质性质 2.层状结构岩体的工程地质性质 3.碎裂结构岩体的工程地质性质 4.散体结构岩体的工程地质性质
岩体是在漫长的地质历史中形成与演变过来 的地质体，它被许许多多不同方向、不同规模的 断层面、节理面、裂隙面、层面、不整合面、接 触面等各种地质界面切割为形状不一、大小不等 的各种各样的块体。所以，岩体是指一定工程范 围内，一种或多种岩石中的各种结构面、结构体 的总体。因此，岩体不能以单块岩石为代表，单 块岩石强度较高，但被结构面切割破碎时，其构 成的岩体的强度却较小。所以岩体中结构面的发 育程度，性质及连通程度等，对岩体的工程地质 性质都有很大的影响。
岩体内结构面连通性
结构面的张开度和填充情况
结构面的张开度是指结构面的两壁隔开的距离。 以张开度的大小区分，主要分为：闭合的，微张开 的，张开的，宽张的。 闭合的结构面的力学性质取决于结构面两壁的 岩石性质和结构面粗糙程度。微张的结构面的剪切 强度比张开的结构面大。张开的和宽张的结构面， 其抗剪强度取决于填充物的成分和厚度。填充物为 黏土时比为砂质时强度低；为砂质时比砾质低。
块状结构岩体
层状结构岩体
碎裂结构岩体
散体结构岩体
谢~谢！
结构面的密度
它反映了节理的发育程度和岩体的完整性， 通常以线密度（条/m）或结构面的间距来表示. 节理发育程度分级
分级 节理间距（m） 节理发育程度 岩体完整性 Ⅰ ＞2 不发育 Ⅱ 0.5～2 较发育 Ⅲ 0.1～0.5 发育 Ⅳ ＜0.1 极发育
完整
块状
碎裂
破碎
结构面的连通性（贯通性、延展性） 在一定空间范围内的岩体中，结构面的走向、 倾向方向的连通程度。如图所示：
2.结构体类型 结构体是指岩体中被各类各级结构面切 割并包围的岩石块体及岩石集合体。根据其 外形特征结构体分为柱状、块状、板状、楔 形、菱形和锥形等六种基本形态。
岩体是在漫长的地质历史中形成与演变过来 的地质体，它被许许多多不同方向、不同规模的 断层面、节理面、裂隙面、层面、不整合面、接 触面等各种地质界面切割为形状不一、大小不等 的各种各样的块体。所以，岩体是指一定工程范 围内，一种或多种岩石中的各种结构面、结构体 的总体。因此，岩体不能以单块岩石为代表，单 块岩石强度较高，但被结构面切割破碎时，其构 成的岩体的强度却较小。所以岩体中结构面的发 育程度，性质及连通程度等，对岩体的工程地质 性质都有很大的影响。
岩体内结构面连通性
结构面的张开度和填充情况
结构面的张开度是指结构面的两壁隔开的距离。 以张开度的大小区分，主要分为：闭合的，微张开 的，张开的，宽张的。 闭合的结构面的力学性质取决于结构面两壁的 岩石性质和结构面粗糙程度。微张的结构面的剪切 强度比张开的结构面大。张开的和宽张的结构面， 其抗剪强度取决于填充物的成分和厚度。填充物为 黏土时比为砂质时强度低；为砂质时比砾质低。
块状结构岩体
层状结构岩体
碎裂结构岩体
散体结构岩体
谢~谢！
结构面的密度
它反映了节理的发育程度和岩体的完整性， 通常以线密度（条/m）或结构面的间距来表示. 节理发育程度分级
分级 节理间距（m） 节理发育程度 岩体完整性 Ⅰ ＞2 不发育 Ⅱ 0.5～2 较发育 Ⅲ 0.1～0.5 发育 Ⅳ ＜0.1 极发育
完整
块状
碎裂
破碎
结构面的连通性（贯通性、延展性） 在一定空间范围内的岩体中，结构面的走向、 倾向方向的连通程度。如图所示：
2.结构体类型 结构体是指岩体中被各类各级结构面切 割并包围的岩石块体及岩石集合体。根据其 外形特征结构体分为柱状、块状、板状、楔 形、菱形和锥形等六种基本形态。
岩土体工程地质特性
Ip 7 Ip 4
第7页/共59页
关于有机质土
• 《土的工程分类标准》将有机质含量 小于10%且不小于5%土称为有机质 土（小于5%时土的性质与无机土差 别不大） • 对于有机质含量大于等于10%的土， 其性质将大大不同于一般细粒土，称 为有机土，本标准不再分类
第8页/共59页
《岩土工程勘察规范》的分类
第21页/共59页
土的主要物理水理性质指标
•渗透系数（k）是指当土中水渗流呈 层流状态时，其流速与作用水力梯 度成正比关系的比例系数，单位为 cm/s或m/d。（达西定律） •是水文地质中重要的指标之一，通 常由现场试验或室内试验获得。
第22页/共59页
土的主要力学性质指标
• 压缩系数（a） • 抗剪强度（τ） • 灵敏度（St） • 无侧限抗压强度（qu）
第11页/共59页
粘性土分类
名称 粉质粘土
粘土
塑性指数Ip 10< Ip≤17
Ip>17
第12页/共59页
土的三角坐标分类
（《堤防工程地质勘察规程》SL188—2005对细粒土的分类 方法）
• 采用高100mm的等腰三角形，三角形的三个边分别代表一个粒组， • 常用砂粒组、粉粒组和粘粒组 • 逆时针由0至100%划分为10等分 • 颗粒分析成果表示在图中—命名
• 饱水系数：自由吸水率（ωa）与饱和吸水率（ωs） 之比。
第35页/共59页
岩石的主要物理水理性质指标
• 岩石的吸水率和饱水系数是表征岩石水理性质的重 要指标。岩石吸水率的多少，取决于岩石所含空隙 的数量、大小及其张开程度。
• 根据饱水系数的大小可以判断岩石的抗冻性能，饱 水系数大，说明常压下吸水后余留的空隙少，抗冻 性能差。
第7页/共59页
关于有机质土
• 《土的工程分类标准》将有机质含量 小于10%且不小于5%土称为有机质 土（小于5%时土的性质与无机土差 别不大） • 对于有机质含量大于等于10%的土， 其性质将大大不同于一般细粒土，称 为有机土，本标准不再分类
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《岩土工程勘察规范》的分类
第21页/共59页
土的主要物理水理性质指标
•渗透系数（k）是指当土中水渗流呈 层流状态时，其流速与作用水力梯 度成正比关系的比例系数，单位为 cm/s或m/d。（达西定律） •是水文地质中重要的指标之一，通 常由现场试验或室内试验获得。
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土的主要力学性质指标
• 压缩系数（a） • 抗剪强度（τ） • 灵敏度（St） • 无侧限抗压强度（qu）
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粘性土分类
名称 粉质粘土
粘土
塑性指数Ip 10< Ip≤17
Ip>17
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土的三角坐标分类
（《堤防工程地质勘察规程》SL188—2005对细粒土的分类 方法）
• 采用高100mm的等腰三角形，三角形的三个边分别代表一个粒组， • 常用砂粒组、粉粒组和粘粒组 • 逆时针由0至100%划分为10等分 • 颗粒分析成果表示在图中—命名
• 饱水系数：自由吸水率（ωa）与饱和吸水率（ωs） 之比。
第35页/共59页
岩石的主要物理水理性质指标
• 岩石的吸水率和饱水系数是表征岩石水理性质的重 要指标。岩石吸水率的多少，取决于岩石所含空隙 的数量、大小及其张开程度。
• 根据饱水系数的大小可以判断岩石的抗冻性能，饱 水系数大，说明常压下吸水后余留的空隙少，抗冻 性能差。
工程地质第二章
蛇纹石：Mg6[Si4O10](OH)8 ，细鳞片 状、显微鳞片状以及致密块状集合体； 黄绿色；块状者具油脂光泽，纤维状 者为丝绢光泽；硬度2.5~3.5；相对密 度2.83。
绿泥石
蛇纹石
27
第二章：岩石的成因类型及其工程地质特征
石榴子石：Mg3Al2(SiO4)3，常形成等 轴状单晶体；集合体成粒状和块状； 浅黄白、深褐到黑色；玻璃光泽；硬 度6~7.5；无解理；断口油脂光泽，为 贝壳状或参差状；相对密度4左右。
17
第二章：岩石的成因类型及其工程地质特征
常见造矿物的硬度为2～6.5左右，6.5以上的只有石英、 橄榄石、石榴子等少数几种。
野外常用指甲（2～2.5）、铁刀刃（3 ～ 5.5）、玻璃 （5～5.5）、钢刀刃（6～6.5）鉴别矿物的硬度。
18
第二章：岩石的成因类型及其工程地质特征
四、解理和断口 解理：矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的
斜长石：NaAlSi3O8，Ca、Al2Si2O8； 单晶体为板状或板条状；常为白色或 灰白色；玻璃光泽；硬度6~6.52；两 组中等解理，近于正交；相对密度 2.61～2.75；
25
第二章：岩石的成因类型及其工程地质特征
正长石：KA1Si3O8，单晶体常为 柱状或板柱状；常为肉红色，有 时具有较浅的色调；玻璃光泽； 硬度6；有两组相互正交的解理； 相对密度2.54~2.57。
滑 石：Mg3[Si4O10](OH)2，单晶体为片 状，通常为鳞片状、放射状、纤维状、 块状等集合体；无色或白色；解理面 为珍珠光泽；硬度1；相对密度为 2.58~2.55。
石榴子石
滑石
28
第二章：岩石的成因类型及其工程地质特征
高岭石：A14[Si4O10](OH)2，土状或块 状集合体；白色，常因含杂质而呈其 它色调；土状者光泽，块状者具蜡状 光泽；硬度2；相对密度2.61~2.68； 具可塑性。
绿泥石
蛇纹石
27
第二章：岩石的成因类型及其工程地质特征
石榴子石：Mg3Al2(SiO4)3，常形成等 轴状单晶体；集合体成粒状和块状； 浅黄白、深褐到黑色；玻璃光泽；硬 度6~7.5；无解理；断口油脂光泽，为 贝壳状或参差状；相对密度4左右。
17
第二章：岩石的成因类型及其工程地质特征
常见造矿物的硬度为2～6.5左右，6.5以上的只有石英、 橄榄石、石榴子等少数几种。
野外常用指甲（2～2.5）、铁刀刃（3 ～ 5.5）、玻璃 （5～5.5）、钢刀刃（6～6.5）鉴别矿物的硬度。
18
第二章：岩石的成因类型及其工程地质特征
四、解理和断口 解理：矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的
斜长石：NaAlSi3O8，Ca、Al2Si2O8； 单晶体为板状或板条状；常为白色或 灰白色；玻璃光泽；硬度6~6.52；两 组中等解理，近于正交；相对密度 2.61～2.75；
25
第二章：岩石的成因类型及其工程地质特征
正长石：KA1Si3O8，单晶体常为 柱状或板柱状；常为肉红色，有 时具有较浅的色调；玻璃光泽； 硬度6；有两组相互正交的解理； 相对密度2.54~2.57。
滑 石：Mg3[Si4O10](OH)2，单晶体为片 状，通常为鳞片状、放射状、纤维状、 块状等集合体；无色或白色；解理面 为珍珠光泽；硬度1；相对密度为 2.58~2.55。
石榴子石
滑石
28
第二章：岩石的成因类型及其工程地质特征
高岭石：A14[Si4O10](OH)2，土状或块 状集合体；白色，常因含杂质而呈其 它色调；土状者光泽，块状者具蜡状 光泽；硬度2；相对密度2.61~2.68； 具可塑性。
岩土体工程地质特征
综上所述，岩土体工程地质特征包括岩土类型、岩土层位、岩土物理性质、岩土工程性质 、地下水位和地下水条件，以及地质构造和断裂带等方面的描述和分析。这些特征对于岩土 工程的设计、施工和风险评估具有工程地质特征是指在岩土工程中，对于地质环境和地质条件的描述和分析。以下是 一些常见的岩土体工程地质特征：
1. 岩土类型：岩土体工程地质特征首先包括对地质体的分类和描述，例如土壤、岩石、砂 、粘土等。不同的岩土类型具有不同的物理和力学性质，对工程设计和施工具有重要影响。
2. 岩土层位：地质特征还包括对地下岩土层位的描述，包括不同层位的厚度、分布、性质 等。岩土层位的差异会导致地下水位、土壤质地、岩石强度等方面的变化，对工程设计和地 基处理起着重要作用。
岩土体工程地质特征
3. 岩土物理性质：岩土体工程地质特征还包括对岩土物理性质的描述，如颗粒大小、密度 、含水量、孔隙度等。这些性质直接影响土体的强度、渗透性、可压缩性等工程性质。
4. 岩土工程性质：地质特征还包括对岩土工程性质的描述，如土壤的可塑性、岩石的强度 、土体的稳定性等。这些性质对于工程设计、地基处理和施工方法的选择具有重要意义。
5. 地下水位和地下水条件：地质特征还需要考虑地下水位和地下水条件对工程的影响。地 下水位的高低、渗透性和水位变化等因素会对土体稳定性、地下水排泄和基坑降水等工程问 题产生影响。
岩土体工程地质特征
6. 地质构造和断裂带：地质特征还包括对地质构造和断裂带的描述。地质构造和断裂带对 岩土体的稳定性和变形特性有重要影响，需要在工程设计和施工过程中予以考虑。
1. 岩土类型：岩土体工程地质特征首先包括对地质体的分类和描述，例如土壤、岩石、砂 、粘土等。不同的岩土类型具有不同的物理和力学性质，对工程设计和施工具有重要影响。
2. 岩土层位：地质特征还包括对地下岩土层位的描述，包括不同层位的厚度、分布、性质 等。岩土层位的差异会导致地下水位、土壤质地、岩石强度等方面的变化，对工程设计和地 基处理起着重要作用。
岩土体工程地质特征
3. 岩土物理性质：岩土体工程地质特征还包括对岩土物理性质的描述，如颗粒大小、密度 、含水量、孔隙度等。这些性质直接影响土体的强度、渗透性、可压缩性等工程性质。
4. 岩土工程性质：地质特征还包括对岩土工程性质的描述，如土壤的可塑性、岩石的强度 、土体的稳定性等。这些性质对于工程设计、地基处理和施工方法的选择具有重要意义。
5. 地下水位和地下水条件：地质特征还需要考虑地下水位和地下水条件对工程的影响。地 下水位的高低、渗透性和水位变化等因素会对土体稳定性、地下水排泄和基坑降水等工程问 题产生影响。
岩土体工程地质特征
6. 地质构造和断裂带：地质特征还包括对地质构造和断裂带的描述。地质构造和断裂带对 岩土体的稳定性和变形特性有重要影响，需要在工程设计和施工过程中予以考虑。
工程地质第2章岩石及工程地质性质.
（5）矿物的硬度
矿物的硬度：是矿物抵抗外力刻划的能力。
野外工作中我们常用指甲和小刀来判断矿物的硬度，并将其分为
三级：软矿物（指甲能刻划）；中等硬度矿物（硬度介于指甲与
小刀之间）；硬矿物（小刀不能刻划）。
摩氏硬度只反
在矿的同的鉴 物 硬别的度矿矿相，物对 并代物的 密 将表硬 度 矿，度，物称矿的为时，物硬摩是学度氏用中分硬常为两度种用计十矿。摩级物氏，对硬分刻度别映度是的用计度矿的矿方十来的物顺物法种测相等序绝来硬量对级，对硬不硬确度矿定不物
二、岩浆岩的构造
——指岩石中不同矿物集合体之间 的排列方式及其在空间填充方式所表 现出来的特点。
常见构造
常见于岩石
块状构造
各类侵入岩
流纹构造
气孔构造 杏仁构造 枕状构造
酸性喷出岩（流纹岩）
基性喷出岩（玄武岩）
海底基性喷出岩（玄武 岩）
• 闪长岩：中性深成侵入岩， 主要由斜长石和普通角 闪石组成，可有少量黑 云母。颜色较深，为深 灰色及灰绿色。全晶质 粒状结构。闪长岩与花 岗岩的差别是其石英含 量少而暗色矿物含量高， 所以颜色深。
非晶质结构：又称玻璃质结 构，岩石全部由熔岩冷凝的 玻璃质组成；非晶质结构为 部分喷出岩具有的结构。
似斑状结构与斑状结构同为 颗粒较大的“斑晶”分布于 颗粒较小的“基质”上，但 斑状结构的基质为隐晶质或 玻璃质；而似斑状结构的基 质为显晶质，是比斑晶颗粒 小的晶体。
和斑状结构不同，似斑 状结构斑晶和基质是同时形 成的，只是一种物质过剩而 形成斑晶，另一种物质较少 形成基质。
形态特征。
1－火山锥；2－熔岩流；3 －熔岩被；4－岩基；5－岩株; 6－岩墙；7－岩床；
8－岩盘；9－岩盆；10－ 捕虏体
31工程地质学第二章矿物岩石及其工程地质特征PPT课件
第二章 矿物、岩石及其工程地质特征
2.1 概述 矿物是自然产出且内部质点（原子、离 子）排列有序的均匀固体。 岩石（rock）---- 固态矿物或矿物的 混合物按照一定的方式结合而成。是构 成地壳和上地幔的物质基础。 岩石按成因分成岩浆岩（火成岩）、沉积 岩和变质岩三大类。
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
4
矿物的形态
5
6
长期以来，人们根据物理性质来识别矿物，如颜 色﹑光泽﹑硬度﹑解理﹑比重和磁性等都是矿物 肉眼鉴定的重要标志。
颜色：矿物的颜色多种多样。呈色的原因，一类 是白色光通过矿物时，内部发生电子跃迁过程而 引起对不同色光的选择性吸收所致；另一类则是 物理光学过程所致。
7
不同颜色的绿柱石
苦橄玢岩 金伯利岩
玄武岩
安山岩
流纹岩
苦橄玢岩
辉绿岩
闪长玢岩
花岗斑岩
橄榄岩
辉长岩
闪长岩
花 岗34岩
按照岩浆岩的产状划分： 喷出岩extrusive rock----
岩浆喷出地表后冷凝形成的岩石 侵入岩intrusive rocks----
未喷出地表，在地下深处冷凝固结的岩石
35
岩浆岩的基本特怔
岩浆岩是由岩浆直接冷凝形成的岩石，因此， 具有反映岩浆冷凝环境和形成过程所留下的特 征和痕迹，与沉积岩和变质岩有明显的区别。
14
发光性: 一些矿物受外来能量激发能发出可见光。 加热﹑摩擦以及阴极射线﹑紫外线﹑X 射线的照 射都是激发矿物发光的因素。激发停止，发光即 停止的称为萤光；激发停止发光仍可持续一段时 间的称为燐光。矿物发光性可用于矿物鉴定﹑找 矿和选矿。
2.1 概述 矿物是自然产出且内部质点（原子、离 子）排列有序的均匀固体。 岩石（rock）---- 固态矿物或矿物的 混合物按照一定的方式结合而成。是构 成地壳和上地幔的物质基础。 岩石按成因分成岩浆岩（火成岩）、沉积 岩和变质岩三大类。
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
4
矿物的形态
5
6
长期以来，人们根据物理性质来识别矿物，如颜 色﹑光泽﹑硬度﹑解理﹑比重和磁性等都是矿物 肉眼鉴定的重要标志。
颜色：矿物的颜色多种多样。呈色的原因，一类 是白色光通过矿物时，内部发生电子跃迁过程而 引起对不同色光的选择性吸收所致；另一类则是 物理光学过程所致。
7
不同颜色的绿柱石
苦橄玢岩 金伯利岩
玄武岩
安山岩
流纹岩
苦橄玢岩
辉绿岩
闪长玢岩
花岗斑岩
橄榄岩
辉长岩
闪长岩
花 岗34岩
按照岩浆岩的产状划分： 喷出岩extrusive rock----
岩浆喷出地表后冷凝形成的岩石 侵入岩intrusive rocks----
未喷出地表，在地下深处冷凝固结的岩石
35
岩浆岩的基本特怔
岩浆岩是由岩浆直接冷凝形成的岩石，因此， 具有反映岩浆冷凝环境和形成过程所留下的特 征和痕迹，与沉积岩和变质岩有明显的区别。
14
发光性: 一些矿物受外来能量激发能发出可见光。 加热﹑摩擦以及阴极射线﹑紫外线﹑X 射线的照 射都是激发矿物发光的因素。激发停止，发光即 停止的称为萤光；激发停止发光仍可持续一段时 间的称为燐光。矿物发光性可用于矿物鉴定﹑找 矿和选矿。
第二章_第三四节 岩石工程地质性质1
第三节 岩石的工程地质性质
3.1 岩石工程地质性质的常用指标 3.1.3 岩石的力学性质
定义：岩石在外力作用下表现出来的性 质，称为岩石的力学性质。主要有：
1.变形特性 2.破坏方式 3.强度
岩石的变形：
弹性变形 塑性变形
岩石的强度：
抗压强度
抗拉强度 抗剪强度
定义：岩石在水作用下表现出来的性质， 称为水理性质。主要有：
1.透水性 2.溶解性 3.软化性 4.抗冻性
岩石的透水性：
在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的性质，称 为透水性。地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩石 的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，地下水可以在 岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称为岩石的透水性。岩石 的透水性大小不仅与岩石的孔隙度大小有关，而且还与孔隙大小 及其贯通程度有关。 衡量岩石透水性的指标为渗透系数 (K) 。一般来说，完整密实的 岩石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数一般是在钻孔中进行 抽水或压水试验而测定的。 一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一样，也服从 于线性渗流规律——达西定律，即
m w1 Wa 100% mw2
VVb dWa nb 100% dWa V w
2.饱和吸水率
岩石的饱和吸水率 (Wp) 是指岩石试件在高压 ( 一般压力为 15MPa) 或真空条件下吸入水的质量 (mw2) 与岩样干质量 (ms)之比，用百分数表示，即 m w2 Wp 1 0 0% ms
岩石的抗冻性：
岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，是评价岩石 抗风化稳定性的重要指标。
工程地质 第2章 岩土类型及其工程地质性质2.1-2.2
若沉积岩形成后，火成岩体穿插在沉积岩 中，则沉积岩的时代比火成岩老。 火成岩形成后，经风化剥蚀上部又为沉积 岩所覆盖，则沉积岩比火成岩新。
火成岩与 火成岩接触
火成岩体相互穿插时。被穿插的岩体时代较老。
整合接触
顺序堆积，地层上新下老。
沉积岩与沉积 岩接触
由于地壳升降 运动影响，中间有沉积间断，缺失部分时代地层，但上下两套岩 平行不整合接触 层产状一致。
2.2.1矿物的形态
矿物的形态 是矿物的单体及集合体的形状。 单体形态 （固态 结晶矿物） 指单个矿物晶体的结晶外形
角闪石 一向延长型
云母 两向延长型
岩盐 三向延长型
2.2.1矿物的形态
矿物集合体形态 同种矿物聚集在一起成群产出所构成的组合形态
2.2.1矿物的形态
矿物集合体形态 同种矿物聚集在一起成群产出所构成的组合形态
我国地史概况
太古界——华北（片岩、片麻岩） 元古界——华北及长江 流域（沉积－砂 岩灰岩白云岩等） 古生界——海相沉积－灰岩白云岩碎屑岩 中生界——我国大部分为陆地 新生界——第三系主为陆相红色碎屑岩
2.2 矿物
地壳←岩石（岩石-土）←矿物←化学元素
构成地壳物质的基本单元就是化学元素。 矿物：在各种地质作用中所形成的天然单质元素或化合物
• 贝壳状：石英 • 土状：高岭土、铝钒土 • 参差、锯齿状：黄铁矿、自然铜
土状
贝壳状
锯齿状
参差状
2.2.2矿物的物理性质
硬度 矿物抵抗外力刻划等机械作用的能力 • 刻划硬度 • 压入硬度 • 研磨硬度
摩氏硬度:
• 1822年德国矿物学家摩 氏（Friedrich Mohs） 提出用10种矿物来衡量 矿物的硬度
工程地质 第2章 岩土类型及其工程地质性质2.3.5-2.4.5
工程地质第2章岩土类型及其工程地质性质（2.3.5-2.4.5）1岩石的工程地质性质指标岩石的工程地质性质指标吸水率：一个大气压力下和室温条件下自由吸入水48h的质量(m0)与岩石烘干试件质量(ms)之比值饱和吸水率：岩石试件在高压或真空条件下吸入水的质量（mp）和岩样干质量（ms）之比岩石的工程地质性质指标2.3.5 岩石的工程地质性质软化性：岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性岩石的工程地质性质指标变形：岩石在外力或其它物理因素作用下发生形状或体积的变化岩石的工程地质性质指标岩石在单向拉伸时抵抗拉断破坏的能力岩石的工程地质性质指标☐影响岩石的工程地质性质的因素 矿物成分(密度、硬度）•比如：石英岩强度高于大理岩。
高于石英7方解石3☐影响岩石的工程地质性质的因素 结构（结晶联结、胶接物联结）竹叶状灰岩竹叶状灰岩砂岩泥岩差异风化岩石崩解☐岩石的工程分类工程中岩石的描述包括：地质年代、地质名称、风化程度、颜色、主要矿物、结构、构造和岩石质量指标。
地质分类：根据是岩石地质成因，矿物成份、结构构造和风化程度，可以用地质名称加风化程度表达，如强风化花岗岩、微风化砂岩等。
工程分类：主要根据岩石的工程性状，使工程师建立起明确的工程特性概念。
本章涉及的岩石工程分类主要根据岩石的坚硬程度和风化程度进行划分。
岩体的工程分类在第三章。
岩石的工程分类—坚硬程度的分类•按岩石抗压强度大于30MPa与小于30MPa划分为硬质岩与软质岩，☐风化岩的定义风化作用：地表及地面以下一定深度的岩石，在气温变化、水溶液、气体及生物等各种营力的作用下，逐渐产生裂隙、发生机械破碎和矿物成分的改变，丧失完整性的过程。
风化岩：在风化壳中，尚保留原岩结构和构造的风化岩石残积土：岩石经风化作用后，形成松散的岩屑和土层，残留在原地的堆积物。
34-151.风化作用类型物理风化岩石在自然因素作用下，发生机械破碎，而无明显的成分改变。
工程地质第二章
岩石的颗粒密度常用比重瓶法测定。常见岩石的颗粒密度 值见表5—1。
二、岩石的空隙性
岩石的空隙性指岩石孔隙性和裂隙性的统称， 用空隙率表示。岩石的空隙率是岩石中空隙体积与 岩石总体积之比，以百分率表示。 岩石中的空隙有的与大气相通，称为开空隙； 有的与大气不相通，称为闭空隙。开空隙又有大小 之分。 因此，可将岩石的空隙率分为总空隙率、总开 空隙率、大开空隙率、小开空隙率及闭空隙率5种。 设V为岩石体积；Vr为空隙总体积；Vro 为总开空隙 体积；Vrb为大开空隙体积；Vrl为小开空隙体积；Vrc 为闭空隙体积。
Rd=σcd2/σcd1×100％
质量损失率(Km)是指冻融前后岩样干质量之差 (ms1-ms2)与冻融前干质量(ms1)之比，以百分率表示，
即 Km＝(ms1一ms2)／ms1×100％
实验时，要求先将试件浸水饱和，然后在-20℃温 度下冷冻，冻后融化，融后再冻．如此反复冻融25次 或更多。冻融次数可根据工程地区的气候条件决定。 岩石的抗冻性，主要取决于岩石中大开空隙的发 育情况、亲水性和可溶性矿物的含量及矿物颗粒间的 连结力。
第二章 岩石的工程地质性质
第一节 岩石与土工程地质性质的差别
1.岩石和土都是矿物的集合体，是自然地质作用的产物，并在地 质作用下相互转化。土在一定温度和压力下，经过压密、脱水、胶结及 重结晶等成岩作用形成岩石；岩石经风化作用，又可变成土。 2.岩石与土之间，既存在多方面的共性和密切联系，又有明显的不 同。一般来说，岩石的力学性能、抗水性以及完整性等都比土好得多。 也有些岩石与土很难区别，如某些固结程度较差的粘土岩、泥灰岩、凝 灰岩等，颗粒间的连结弱、强度低、抗变形性能差，其工程地质性质与 土接近，可作为岩石与土的过渡类型。 一般情况下，岩石的建筑条件比起土体来要优越得多，许多土体中 出现的问题，对岩石来说则显得十分微弱或不存在了。 岩石与土之间的差别，主要原因是：
岩体的工程地质性质
Xe
a1
a2 an A
岩体按切割度分类： Xe＝0.1～0.2 完整岩体； Xe＝0.2～0.4弱节理化岩体； Xe＝0.4～0.6中等节理化岩体； Xe＝0.6～0.8强节理化岩体； Xe＝0.8～1.0完全节理化岩体； 岩体被某组结构面切割的程度Xr为：
Xr K Xe
式中：K为岩体的裂隙度； Xe 为沿某一平面的切割度。
（2）切割度Xe——指岩体被节理分割的程度。
假设岩体仅有一个结构面，可沿结构面在岩体中取一个贯
通性的假想平直断面，则结构面面积a与该断面面积A之比， 即为该岩体的切割度。
a Xe A
可见,当: 0<Xe<1, 岩体部分切割； Xe＝1, 岩体被整个切割； Xe＝0, 即岩体为完整连续体。
如果岩体沿某断面上同时存在着面积为a1、a2…an的n个结 构面时，则岩体沿该断面的切割度为
路、总参、建设部，个人方面有王思敬、陶振宇、杨子文。 c. 评价岩体强度 ✓ 利用结构面网络模拟、蒙特卡洛法等
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
4.3 结构面特征及力学性质
结构面的发育程度、规模大小、组合形式等是决定结构体 的形状、方位和大小，控制岩体稳定性的重要因素。尤以结 构面的规模是最重要的控制因素。按结构面发育程度和规模 可以划分为如下五级：
构面的成因类型
➢ 原生结构面：岩石成岩过程中形成的结构面。 ✓ 沉积结构面：层理、层面、沉积不整合面、沉积软弱夹层。 ✓ 火成结构面：岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面。 ✓ 变质结构面：包括残余的变余结构面和变成的重结晶结构面。 ➢ 次生结构面 ✓ 内动力成因型结构面（构造结构面）：受构造应力作用。 ✓ 外动力成因型结构面（表生结构面）：如卸荷裂隙（长江链子
工程地质知识：岩土的概述及其工程的特性.doc
工程地质知识：岩土的概述及其工程的特性
1、岩石的分类和工程性质
岩石在自然界很常见，是一种具有物理化学结构的矿物天然集合体，经过的科学的研究发现，又少部分的岩石不是自然产生，而是由垃圾玻璃或者古生物的遗骸生成。
岩石属于上地幔的一部分，同时也是地壳的组成部分，从目前科学界的分析总结来看，岩石主要可以分为岩浆岩、沉积岩、变质岩。
岩石工程有其特定的工程性质，即岩石物理学性质。
岩石的物理性质主要有比重指标、重度指标、孔隙性、吸水性等。
在力学性质上看，岩石具有变形特性和强度特性。
2、土的分类和工程性质
土的分类和岩石分类不同，土的分类可以看成是三相体系的种类，一般来说，土是由固体矿物颗粒（固相）、孔隙中水及其溶解物质（液相）和气体（气相）这三种物质成分组成。
在土的工程分类上，我们可以根据其地质成因来分类，主要有残积土、坡积土、洪积土、湖激土、海激土等种类。
对于土的工程性质，我们也可以从其物理性质上来分析，其中土的颗粒比重、重度、含水量是三个比较常见的性质，而饱和度、孔隙比和孔隙率也是另外一个层次的重要物理性质。
在工程特性上，渗透性、压缩性、抗剪强度、触变性和蠕变性、塑限性是目前研究界普遍认可的土工程主要拥有的工程特性。
岩土体的工程地质特性
1. 土粒相对密度
土粒相对密度是指土粒的质量与一个标准大气压下即 101.325kPa同体积4℃的纯水质量之比(为一无量纲量)，即
ds
ms
Vs w1
s w1
(4.3)
式中，ds为土粒相对密度；ρs为土粒密度(g/cm3或t/m3)； ρw1为纯水在一个大气压下4℃时的密度(1g/cm3或1 t/m3)。
般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。
单粒结构 蜂窝结构
特点 特点
较大颗粒因自重下落沉积而成。粒径较粗，粒间 为点接触。密实状态的是良好地基；疏松状态的 压缩性大，不适合直接作为地基。
靠粉粒间引力联结而成。单个孔隙体积大于土粒 本身尺寸，孔隙的体Hale Waihona Puke 也较大。絮状结构特点
针、片状粘粒在较浓电解质溶液中凝聚沉积而成。 孔隙体积比蜂窝结构更大，土体一般十分松软。
分子引力和水与空气界面的表面张力共同作用构成的毛细作
用而与土颗粒结合，位于结合水与重力水之间的过渡类型的
水。主要存在于砂土中。毛细水还对建筑物地下结构的防潮、
地基土的浸湿、冻胀等有重要影响 。
整理课件
4.1.3土中的气体
土中的气体主要为空气和水气，对土 体的工程地质性质影响较小，它能影响土 体的强度和变形。
含量愈大；愈靠近土粒表面，水分子排列得愈整
齐，水的活动性也愈小。因而常将结合水分为强
结合水和弱结合水两种。
整理课件
结合水分子定向排列示意图
强结合水：受颗粒电场力吸引，紧紧吸附于颗 粒周围的结合水称为强结合水，也称吸着水。厚度 小，没有溶解力，不能传递静水压力（固相），受 外力作用时与土颗粒一起移动，具有很大的粘滞性、 弹性和抗剪强度。粘性土中仅含有强结合水时呈坚 硬状态；砂土仅含有强结合水时呈散粒状态。
岩土体的工程性质详解
把剪力-应变曲线上某点的切线斜率定 义为结构面的剪切刚度(Ks)．它是反映结 构面剪切变形性质的主要参数。
(2)岩体变形参数的确定及变形曲线类型 a.承压板法 试验一般在平巷中进行。利用巷道顶板作反
力，以油压千斤顶施加压力．通过刚性承压板将 压力传至底部平直光滑的岩面上．用百分表测量 岩体变形值。按下式计算．即
结构面的成因分类： 原生结构面、构造结构面及次生结构面 （见下表） (2)特征 a.结构面的产状 结构面的产状与最大主应力作用线方向之间 的关系控制着岩体的破坏机理，进而控制着岩体 的强度。
如上图： β-结构面与最大主应力的夹角
(a) β为锐角,岩体将沿结构面产生滑动破坏 (b) β为直角,表现为切过结构面，产生剪断、 岩体破坏 (c) β为0度, 平行结构而的劈裂拉张破坏
e. 结构面的张开度 结构面两壁之间，一般不是最紧密接
触，而是点接触或局部接触. 结构面的张开度是指结构面两壁间的
平均距离．常以毫米为单位.
f.结构面的充填胶结特征 结构面经胶结后，力学性质有所改善。
改善的程度因胶结物成分不同而异，铁硅 质胶结的强度最高，泥质及易溶盐类胶结 的结构面强度最低，且抗水性差.
类岩石，这类岩石水稳性极好，单轴抗压强度一般大于 60MPa，为地下工程中较理想的岩体。
砂岩岩组 包括砾岩和砂岩类岩石，水稳定性好，单轴抗 压强度大于30MPa，分层厚度多大于20m，是稳定性较好 的岩体。
泥岩岩组 包括泥岩、页岩，以及遇水泥化的砂岩粉 砂岩等，水稳性差，单轴抗压强度小于20MPa，是 稳定性很差的岩体。
b.特征: (a)由原岩的超固结胶结式结构．变成了泥质
散体结构或泥质定向结构； (b)粘粒含量较原岩增多并达一定含量； (c)含水量接近或超过塑限．密度比原岩小； (d)常具一定的膨胀性； (e)力学强度比原岩大为降低．压缩性较大； (f)由于结构松散，因而抗冲刷能力低. 在渗
(2)岩体变形参数的确定及变形曲线类型 a.承压板法 试验一般在平巷中进行。利用巷道顶板作反
力，以油压千斤顶施加压力．通过刚性承压板将 压力传至底部平直光滑的岩面上．用百分表测量 岩体变形值。按下式计算．即
结构面的成因分类： 原生结构面、构造结构面及次生结构面 （见下表） (2)特征 a.结构面的产状 结构面的产状与最大主应力作用线方向之间 的关系控制着岩体的破坏机理，进而控制着岩体 的强度。
如上图： β-结构面与最大主应力的夹角
(a) β为锐角,岩体将沿结构面产生滑动破坏 (b) β为直角,表现为切过结构面，产生剪断、 岩体破坏 (c) β为0度, 平行结构而的劈裂拉张破坏
e. 结构面的张开度 结构面两壁之间，一般不是最紧密接
触，而是点接触或局部接触. 结构面的张开度是指结构面两壁间的
平均距离．常以毫米为单位.
f.结构面的充填胶结特征 结构面经胶结后，力学性质有所改善。
改善的程度因胶结物成分不同而异，铁硅 质胶结的强度最高，泥质及易溶盐类胶结 的结构面强度最低，且抗水性差.
类岩石，这类岩石水稳性极好，单轴抗压强度一般大于 60MPa，为地下工程中较理想的岩体。
砂岩岩组 包括砾岩和砂岩类岩石，水稳定性好，单轴抗 压强度大于30MPa，分层厚度多大于20m，是稳定性较好 的岩体。
泥岩岩组 包括泥岩、页岩，以及遇水泥化的砂岩粉 砂岩等，水稳性差，单轴抗压强度小于20MPa，是 稳定性很差的岩体。
b.特征: (a)由原岩的超固结胶结式结构．变成了泥质
散体结构或泥质定向结构； (b)粘粒含量较原岩增多并达一定含量； (c)含水量接近或超过塑限．密度比原岩小； (d)常具一定的膨胀性； (e)力学强度比原岩大为降低．压缩性较大； (f)由于结构松散，因而抗冲刷能力低. 在渗
第章岩石及其工程地质性质
第2章岩石及其工程地质性质【教学基本要求】1．? 了解地球的内圈层构造，知道地球的外圈层。
2．? 了解地质作用。
3．理解矿物（晶体）的形态，矿物的颜色、透明度、光泽、硬度、解理及断口等物理性质，理解主要硅酸盐、碳酸盐物造岩矿物的室内鉴定特征。
4．理解岩浆岩、沉积岩、变质岩的成因、矿物成分、结构、构造、分类及代表性岩石的特征。
了解岩浆岩的产状。
5．理解岩石的物理性质、水理性质及其力学性质指标，掌握岩石的坚硬程度分类。
【学习重点】1、地质作用的类型及其对地壳改造的作用。
2、常见造岩矿物的主要形态及其主要的物理性质。
3、岩浆岩、沉积岩、变质岩的主要矿物成分及其结构、构造。
4、岩石工程地质性质指标的基本概念及其意义。
【内容提要和学习指导】2.1 地球的总体特性地球是一个不标准的旋转椭球体，赤道半径(a)6378.14km，两极半径(b)6356.779km，地球的扁平率（）为，赤稍微凸出，极区稍微扁平，赤道与极地半径相差22km。
1、地球的圈层构造地球具有一定的圈层构造，以地表为界分为外圈和内圈，外圈包括大气圈、水圈和生物圈；内圈通常分为地壳、地核。
地壳是莫霍面以上固体地球的表层部分，平均厚度约为33km，大陆地壳厚度较大，大洋地壳厚度较；地幔是莫霍面以登堡面以上部分，厚度约2900km，是地球的主体部分，主要由固态物质组成；地核是地球内古登堡面以下至地心的部分，3500km。
2、地质作用在自然界中所发生的一切可以改变固体地球的物质组成、构造和地表形态的作用称为地质作用。
根据地质作用的动力地质作用可分为内动力地质作用和外动力地质作用两大类。
由地球内部能如地球的旋转能、重力能、放射性元素蜕变的热生的地质应力所引起的地质作用即内动力地质作用，主要在地下深处进行，并可波及地表。
内动力地质作用包括：地壳运震作用、岩浆作用和变质作用。
岩浆岩、变质岩等便是内动力地质作用的产物。
由地球范围以外的能源，如太阳得辐射能的引力能等为主要能源在地表或地表附近进行的地质作用，称为外动力地质作用。
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10
一、土的颗粒特征
2、土粒粒组的划分
由于土粒的形状是不规则的，很难直接测量颗粒的 大小。间接的测量方法为筛分法（>0.075mm） 和沉降分析法（<0.075mm）。 粒组的划分，不同国家和行业部门规定不同。 我国的规范标准中 《土的工程分类标准》（GB/T 50145-2007）、 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）、《
中国矿业大学
工程地质学基础
第二章
岩土体的工程性质
第二章
岩土体的工程性质
主要内容: 一、岩土体的物质组成与性质 二、土的物质组成与性质 三、岩体结构及其工程性质 四、风化岩体的工程地质性质
工程地质学基础
2
第一节
一、岩土体的物质组成
矿物 + 颗粒联结
岩土体的物质组成与性质
1 岩土体：是非均质、各向异性、厚度不等，具有一定次序并含有一定结构
岩石—— 存在断层、节 理、裂隙等结构面; 土 —— 一般是连续; b. 连结形式 岩石--结晶连结、胶结连结--硬连结; 土--无连结、水连结或水胶连结等; c. 力学性质 岩石比土具有强度高、不易变形及整体性和抗水性好，但缺陷是存在断层、节 理等构造面; d. 地应力 岩体--有较高地应力; 土体—自重应力状态;
工程地质学基础
6
第一节
2.目的:
3.原则:
岩土体的物质组成与性质
研究对比和量化计算
A)精度有高到低 B)必须以实际资料为前提
4 依据:
A)地层形成时代及顺序
B)岩石成因类型、岩性及岩相变化 C)岩石的物质组成及组织结构
D)成层条件及厚度变化
E)岩层的原生结构面标志 F)岩石的物理力学性质
工程地质学基础
的多层岩土层，且存在于一定的地下水、温度及应力场环境中的地质体
。 2 岩体与土体共性： a.都为矿物集合体; b.有固相、液相和气相组成的多相体系; c.相互转化：土---成岩作用---岩石；岩石--风化作用---土;
工程地质学基础
3
第一节
3 岩体与土体差别： a. 结构形式
岩土体的物质组成与性质
工程地质学基础
4
第一节
岩土体的物质组成与性质
二、工程地质性质
1 土体： 不是各土层性质的叠加而是相互影响 淤泥、砂土液化、欠固结、特殊土 2 岩体： 结构起控制作用
工程地质学基础
5
第一节
三、 工程地质岩组
岩土体的物质组成与性质
岩土工程地质类型划分--联合国教科文组织（UNESCO）和国际工程地质 协会（IAEG） 1 划分: 工程地质单元 工程地质类型（ET）、岩石类型（LT）、岩石综合体（LC)、工程地质岩组 (LS) a. ET--精度高，物理状态和岩性均匀. b. LT--包含不同ET其成分、结构和构造是均匀的,但物理状态不均匀,存在 一定范围. c. LC--一组发育在特定古地理和地质构造条件下的成因相关的LT组成,空间 分布均一,物理状态不同. d. LS--在相似的古地理构造条件下形成,具有共同的岩性性质和一般的均匀 性.
有机质:腐殖质、泥炭
物、次生SI02、 R2O3
16
工程地质学基础
二、土的矿物成分
1、矿物成分与粒度成分的关系
工程地质学基础
17
二、土的矿物成分
3、粘土矿物的结晶结构及基本特征 蒙脱石组（M-Montmorillonite） 高岭石组（K-Kaolinite） 伊利石组（I-Illite）
工程地质学基础
13
粒度成分累计曲线
土样A
土样B 120
80 60 40 20 0
工程地质学基础 0.001
0.01
0.1
1
10
100
质量累计百分含量/%
100
14
颗粒直径/mm
工程地质学基础
15
二、土的矿物成分
原生矿物：石英、长石、云母等
无机矿物
次生矿物
可溶的：岩盐、
石膏、方解 石等
不可溶的：粘土矿
24
工程地质学基础
Illite
工程地质学基础
25
三、土中的液体和气体
1、土的液相
土的液相指存在于土孔隙中的水。通常认为这个水 是中性的，其实为电解质溶液。 按照水土相互作用程度的强弱：结合水和自由水 结合水，土颗粒表面的水膜中，不服从静水力学规 律，冰点低于零度。分为强结合水和弱结合水。 强结合水，靠近土颗粒表面；弱结合水，距离颗粒 表面较远，可以迁移，不传递静水压力 自由水，包括毛细水和重力水。毛细水受重力和表 面张力的作用，上升到一定高度，形成毛细水带； 重力水在土中渗流，对土颗粒有浮力。
ms
Vs
volume
质量 mass
土的三相图 Three phase diagram
工程地质学基础
40
2、 土的含水性及其指标
1） 土的含水量 （water content）
ma(0)
mw m ms
A W S
Va
Vw Vv
V Vs
体积 volume
41
mw 100% m s 土中水的质量 100% 土中颗粒的质量 w
36
1、土的质量和重量
1）土粒的比重 （specific gravity）
ma(0) mw
m
A W S
体积
Va
Vw Vv
V
Vs
volume
Gs
ms Vs w4C
ms
土粒质量与同体积 4°C水的质量之比 [无量纲]
工程地质学基础
质量 mass
土的三相图 Three phase diagram
一、土的颗粒特征
1、粒度、粒组和颗粒形状 粒度：天然土是由大小不同的颗粒组成的， 土颗粒的大小通常以其平均直径表示，称为 粒径，又称为粒度。 粒组：天然土的粒径一般是连续变化的，为 了描述的方便，工程上把大小相近的土粒合 并为组，称为粒组。 颗粒形状：椭球状、针片状、棱角状。。。。
工程地质学基础
工程地质学基础
建筑地基基础设计规范》，（GB50007-2002）
11
一、土的颗粒特征
工程地质学基础
12
一、土的颗粒特征
3、土粒组成的表示方法
1）颗粒级配概念 土的颗粒大小及其组成情况，通常用土中各 个不同粒组的相对含量（各粒组干土质量的 百分比）来表示，称为土的颗粒级配。 2)特征粒径及应用
Volumes（体积）
ma(0) mw m ms
土粒质量 ms
总质量 m= mw + ms 或以重量计：W=mg 以体积计： 空气体积 Va
A W S
体积
Va Vw Vv V Vs
volume
水体积 Vw
土粒体积 Vs 总体积 V=Vv +Vs 孔隙体积 Vv
工程地质学基础
质量 mass
土的三相图 Three phase diagram
工程地质学基础
26
三、土中的液体和气体
工程地质学基础
27
三、土中的液体和气体
2、土的气相 土的气相为土未被水占据孔隙中的气体，与 大气连通或不连通。与大气连通的气体在受 挤压后排出，与大气不连通的气体在土压密 过程中可溶于水。含有气体的土称为非饱和 土。
工程地质学基础
28
四、土的结构构造
土的成分 定义：土的结构是指土粒
Gs、（ ）、w、e、n、Sr、 d（d） 三个基本实测指标： Gs、（ ）、w 四个基本导出指标： e、n、Sr、 d（d）
工程地质学基础
46
土颗粒的比重试验
工程地质学基础
47
测量原理
瓶+水+土
瓶+水
土排开水的体积 ← 土排开水的质量= 两瓶水的质量差
Gs
工程地质学基础
质量 mass
工程地质学基础
2） 土的饱和度 （degree of saturation, saturation ratio）
ma(0) mw
m Vw Sr 100% V V ms 土中水的体积 100% 土中孔隙体积
质量 mass
A W S
体积
Va Vw
Vv
V
Vs
volume
土的饱和度反映土中孔隙的充水程度
工程地质学基础
30
四、土的结构构造
蜂窝状结构是以粉粒为主的土的结构。
工程地质学基础
31
四、土的结构构造
定义：絮状结构是粘土颗粒特有的结构特征 特点： 压缩性大、强度低、透水性弱、力扰动会显著降低其强度。
工程地质学基础
32
四、土的结构构造
土的构造 层状构造 分散构造 裂隙构造
工程地质学基础
33
五、土的物理性质
土的物理性质是表征土的物理状态的一系列性质 如:重量、含水性、孔隙性等
土的物理性质指标是评价和判断土的工程性质的重 要依据。
工程地质学基础
34
A W
S
Soil as a three-phase material
工程地质学基础
35
以质量计： 空气质量 ma 0 水质量 mw
Masses（质量）
Montmorillonite
工程地质学基础
21
高岭石晶层构造示意图（K-Kaolinite TO-T-O-T-O- ）
晶间氢建连接、 膨胀性小、压缩 性小
22
工程地质学基础
Kaolinite
工程地质学基础
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K+
K+
K+
K+
性质介于蒙脱石 和高岭石之间