工程地质学第五章+岩石的工程地质性质资料
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工程地质学--第五章-岩石的工程地质性质ppt(1)
堆积土滑坡、堆填土滑坡、黄土滑坡、粘土滑坡、破 碎岩石滑坡和岩石滑坡等
4、其它分类 按滑体厚度分为：浅层滑坡、中层滑坡、深层滑坡。
按滑坡体的体积大小分为：小型滑坡、中型滑坡、大 型滑坡和特大型滑坡四类。
按滑坡时代分为：始滑坡、古滑坡、老滑坡和新滑 坡．
三、滑坡的发育过程
滑坡发育的三个过程：
蠕动变形阶段：边坡内部剪应力增加，岩 土强度降低，张拉、剪切、鼓张裂隙出现 并发育
四、岩石风化分布规律
风化带 岩石由表及里、由地表向下风化作用的影响逐渐
减弱以至消失。----地壳岩石发生变化的地带。 在风化剖面上，由上而下分四个带：
全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带
风化壳
五、影响风化的因素 (1)岩石性质：矿物成分、结构、构造
1)稳定性:氧化物＞硅酸盐＞碳酸盐和硫化物 2)非晶质、等粒、细粒结构比成分相同的结晶质、
1）物理风化
剥离作用、冰劈作用、
结晶胀裂作用、释荷作 用、根劈作用
2）化学风化
溶解作用、水解作用、
水化作用、碳酸化作用、 氧化作用等
3）生物风化——生物的物理风化、生 物的化学风化
花
岗
岩球 状 风 化
风化速度不同
桂林灰岩石林
张家界砂岩石林
三、岩石风化程度及分类
工程上，按风化程度将岩体分为： 全风化、强风化、弱(中）风化、微风化 和 未风化五种。
堆积阶地分为：上阶地； （c）上迭阶地；（d）内迭阶地；（e）嵌入阶地
三、河岸掏蚀破坏的预测和防治
位置：凹岸河段为掏蚀和冲刷地段。 防治措施：
1）护岸：抛石、挡墙、绿化等 2）改变水流方向、流速、流量：
导流建筑—丁坝、横墙；松散物质堆积带；增 长凹岸岸边浅滩。
4、其它分类 按滑体厚度分为：浅层滑坡、中层滑坡、深层滑坡。
按滑坡体的体积大小分为：小型滑坡、中型滑坡、大 型滑坡和特大型滑坡四类。
按滑坡时代分为：始滑坡、古滑坡、老滑坡和新滑 坡．
三、滑坡的发育过程
滑坡发育的三个过程：
蠕动变形阶段：边坡内部剪应力增加，岩 土强度降低，张拉、剪切、鼓张裂隙出现 并发育
四、岩石风化分布规律
风化带 岩石由表及里、由地表向下风化作用的影响逐渐
减弱以至消失。----地壳岩石发生变化的地带。 在风化剖面上，由上而下分四个带：
全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带
风化壳
五、影响风化的因素 (1)岩石性质：矿物成分、结构、构造
1)稳定性:氧化物＞硅酸盐＞碳酸盐和硫化物 2)非晶质、等粒、细粒结构比成分相同的结晶质、
1）物理风化
剥离作用、冰劈作用、
结晶胀裂作用、释荷作 用、根劈作用
2）化学风化
溶解作用、水解作用、
水化作用、碳酸化作用、 氧化作用等
3）生物风化——生物的物理风化、生 物的化学风化
花
岗
岩球 状 风 化
风化速度不同
桂林灰岩石林
张家界砂岩石林
三、岩石风化程度及分类
工程上，按风化程度将岩体分为： 全风化、强风化、弱(中）风化、微风化 和 未风化五种。
堆积阶地分为：上阶地； （c）上迭阶地；（d）内迭阶地；（e）嵌入阶地
三、河岸掏蚀破坏的预测和防治
位置：凹岸河段为掏蚀和冲刷地段。 防治措施：
1）护岸：抛石、挡墙、绿化等 2）改变水流方向、流速、流量：
导流建筑—丁坝、横墙；松散物质堆积带；增 长凹岸岸边浅滩。
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。
岩石的工程地质性质
1、岩石矿物成分 2、岩石结构、构造（矿物颗粒间的连结、颗粒大 小与形状、空隙性等） 3、岩石含水状态 4、实验条件：如试件形状、大小、高径比、加荷 速率
(2)岩石的抗拉强度——岩石单向受拉时，能承受的最 大拉应力。 用于岩体稳定性评价
①直接拉伸试验
②劈裂法
t
2Pt
d l
③岩点石荷载的试抗验拉强度远低于其抗压强度
1/10
P64表5-6
(3)岩石的剪切强度——岩石受剪力作用时抵抗剪切破坏 的最大剪应力。岩体稳定性计算必需的参数:C和φ
①抗剪断强度
泊松比μ 工程上，常采用应力—应变曲线上抗压强度50%的应变点
的横向应变与轴向应变之比。
二、单向受力条件下的岩石强度
根据外力的性质
岩石的抗压强度 岩石的抗拉强度 岩石 剪断破坏
为什么岩石破坏的类型只有拉断和剪断 两种，而没有“压坏”的说法？
答： 岩石的破坏实质上是由于岩石内部的某个(些)面
．． ．．
非稳定裂隙扩展至岩石结构破坏阶段：
微裂隙迅速增加和不断扩展，形成局部拉裂或剪裂 面。体积变形由压缩变为膨胀，最终导致岩石结构完全 破坏，但仍具有整体性。
．．
上界应力称为峰值强度（单轴抗压强度）
微裂隙聚结与扩展阶段：
裂隙扩展成分叉状，并相互联合形成宏 观断裂面，应力随应变增加而降低。
． ．
弹性极限（比例极限） 屈服极限 峰值强度（单轴抗压强度） 残余强度
微裂隙及孔隙闭合阶段 A
可恢复弹性变形阶段 B
部分弹性变形至微裂隙 扩展阶段 C 非稳定裂隙扩展至岩石结 构破坏阶段 D 微裂隙聚结与扩展阶段 E
沿破断面滑移阶段 F
微裂隙及孔隙闭合阶段： 裂隙及孔隙逐渐被压密。非线性变形，曲线上凹
(2)岩石的抗拉强度——岩石单向受拉时，能承受的最 大拉应力。 用于岩体稳定性评价
①直接拉伸试验
②劈裂法
t
2Pt
d l
③岩点石荷载的试抗验拉强度远低于其抗压强度
1/10
P64表5-6
(3)岩石的剪切强度——岩石受剪力作用时抵抗剪切破坏 的最大剪应力。岩体稳定性计算必需的参数:C和φ
①抗剪断强度
泊松比μ 工程上，常采用应力—应变曲线上抗压强度50%的应变点
的横向应变与轴向应变之比。
二、单向受力条件下的岩石强度
根据外力的性质
岩石的抗压强度 岩石的抗拉强度 岩石 剪断破坏
为什么岩石破坏的类型只有拉断和剪断 两种，而没有“压坏”的说法？
答： 岩石的破坏实质上是由于岩石内部的某个(些)面
．． ．．
非稳定裂隙扩展至岩石结构破坏阶段：
微裂隙迅速增加和不断扩展，形成局部拉裂或剪裂 面。体积变形由压缩变为膨胀，最终导致岩石结构完全 破坏，但仍具有整体性。
．．
上界应力称为峰值强度（单轴抗压强度）
微裂隙聚结与扩展阶段：
裂隙扩展成分叉状，并相互联合形成宏 观断裂面，应力随应变增加而降低。
． ．
弹性极限（比例极限） 屈服极限 峰值强度（单轴抗压强度） 残余强度
微裂隙及孔隙闭合阶段 A
可恢复弹性变形阶段 B
部分弹性变形至微裂隙 扩展阶段 C 非稳定裂隙扩展至岩石结 构破坏阶段 D 微裂隙聚结与扩展阶段 E
沿破断面滑移阶段 F
微裂隙及孔隙闭合阶段： 裂隙及孔隙逐渐被压密。非线性变形，曲线上凹
岩石及其工程地质性质
岩石及其工程地质性质主要内容：地球的内部构造、矿物的主要物理性质。
三大类岩石的成因、矿物组成、结构、构造等特征及分类。
岩石的主要物理、力学性质指标、风化岩石的特征。
要求：了解地球的内部构造，了解鉴别矿物的主要依据即矿物的主要物理性质及简单的化学性质等。
了解三大类岩石的成因、成分、结构、构造特征并理解它们的含意以及它们与岩石的工程性质的关系。
了解三大类岩石的亚类分类及常见岩石的主要特征。
了解工程中常用的岩石的物理力学性质指标及含义。
理解岩石风化分带的工程意义。
大地工程自调查、规划设计以至于施工的过程当中均涉及地质学有关的背景知识。
本次讲座系以阐述正确的地质学观念为主，以期给予听讲者于大地工程与地质学上的应用能相辅相成。
主讲人谢敬义先生长期担任台湾电力公司高级专业工程地质师、大学兼任教授及项目地质顾问，各种工程地质与灾变处理实务经验丰硕，相信能为此次讲座带来一趟深入且精彩的地质之旅。
本讲题内容分为三部份。
第一部份先以地质学的发展过程，将希腊、罗马时代开始的古典地质思维历经中世纪、二十世纪以来的传统地质学概念，以迄于目前盛行的板块构造学说之由来等，透过类似历史故事的方式引发工程师的兴趣。
第二部份则以上述地质学发展的架构说明地质学应用时的整体理念，以及与大地工程密切相关的地形学、构造地质学、地层学、矿物与岩石学上等应用的正确观念，并将以台湾的地形与地质特性为主轴，说明其与大地工程上的关系。
最后则以谢先生个人所经历的工程地质案例综合讨论基础工程、坡地工程、大坝工程、隧道工程上实务之工程地质问题及解决对策。
可以给工程师宏观的想法及视野，精采可期。
工程地质摘要：工程地质学科目前正在经历着前所未有的挑战，工程地质专业处境尴尬，工程地质勘察的市场竞争也有真假之别，工程地质分析与研究的深度和广度严重不足，工程地质新技术新方法的应用尚有较大差距，工程地质在工程建设中留下的隐患具有长期性和隐伏性。
工程地质面临的困境，向工程建设敲响了警钟，也向地质师们提出了更大的难题。
5工程地质岩石的工程地质性质解析PPT课件
2020年9月28日
3
《岩土工程勘查规范》GB50021-2001（2009年版），按岩 石的饱和单轴极限抗压强度把岩石划分为坚硬岩、中硬岩、 较软岩、软岩和极软岩。
硬质岩石: 岩浆岩，硅质、钙质、铁质胶结的碎屑岩， 石灰岩，片麻岩，大理岩，石英岩。
软质岩石: 泥质岩（页岩、粘土岩），泥质胶结的碎屑 岩，板岩，千枚岩，片岩，火山凝灰岩。
2020年9月28日
20
五、三大岩类的Leabharlann 程地质性质(1) 岩浆岩的工程地质性质
绝大部分岩浆岩，力学强度高，透水性弱，抗水性强 （不软化，不溶解）。但同沉积岩相比抗风化能力较弱。 不同产状的岩浆岩略有差异： 深成岩浆岩： 矿物颗粒间结晶联结，力学强度高； 孔隙率小，透水性弱、抗水性强；岩体大、整体稳定性 好；良好的建筑地基和天然建筑石材。总体抗化学风化 能力较差。
2020年9月28日
14
石林（石灰岩溶蚀地貌）
图片来自
2020年9月28日
15
2020年9月28日
石灰岩溶蚀地貌 (Malham Cove, UK)
16
图片来自
2020年9月28日
石灰岩溶洞（图片来自）
17
石 灰 岩 溶 蚀 地 貌
象 鼻 山
---
2020年9月28日
18
四、岩石的抗风化能力 抗化学风化的能力，主要取决于其成分。
2020年9月28日
13
(3) 溶解性：决定于岩石的矿物成分 可溶解矿物： 岩盐 NaCl、KCl、石膏CaSO4·2H2O 、方解石。 方解石具微弱的溶解性，但石灰岩是地表分布最广的岩石。 在长时间的地质历史中，形成普遍的溶蚀。
➢石灰岩地区的溶隙溶洞，为地下水流动提供通道； ➢基岩存在Karst溶洞，常导致工程地质和环境地质问题。
工程地质-岩石及岩体的工程地质性质
•
膨胀试验仪器
岩石的主要物理性质指标
2、岩石的主要力学性质指标
• • • • • • • • （1）岩石的变形性质 岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。 1）弹性变形 岩石在外力作用下发生变形，当外力撤去后又恢复其原 有的形状及体积的变形称为弹性变形。 2）塑性变形 岩石在超过其屈服极限外力作用下发生变形，当外力撤 去后不能完全恢复其原有的形状及体积的变形称为塑性 变形。 3）黏性变形 岩石在外力作用下变形不能在瞬间完成，并且应变速率 d/dt是应力的函数，即，应力随着应变速率d/dt的增 大而增大，当外力撤去后不能恢复其原有形状及体积的 变形称为黏性变形。
• （4）岩石的含水率
• 岩石的含水率（w，%）是试件在105～110℃下烘干至 恒量时所失去的水的质量（m0-ms,g）与试件干质量（ms， 岩石在一定的条件下吸收水分的能力称为岩石的吸水 性。表征岩石吸水性的指标有吸水率、饱和吸水率和 饱水系数。 • 岩石吸水率（wa，%）是试件在大气压力和室温条件下 吸入水的质量（ m0-ms,g ）与试件固体质量（ms，g） 的比值，以百分数表示；--与孔隙度大小、孔隙张开 程度有关；吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸 湿、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水影响显著。 • 岩石饱和吸水率（wsa，%）是试件在强制状态下的最 大吸水量（mpms，g）与试件固体质量（ms，g）的比 值，以百分数表示。 • 岩石饱水系数kw是指岩石吸水率与饱水率的比值，以 百分数表示。 • 一般岩石的饱水系数 kw 介于0.5～0.8之间。饱水 系数对于判别岩石的抗冻性具有重要意义。
岩石的力学性质指标
MTS815.03伺服试验系统图
试件及传感器图
拉伸破坏后的试件
单轴压缩试验破坏后的部分岩石试件
工程地质学--第五章 岩石的工程地质性质剖析
• 岩石与土之间的差别，主要表现在：
（1）岩石矿物颗粒间具有牢固的连结。（岩石区别于土并赋予岩石 以优良工程地质性质的主要原因）
岩石——结晶连结、胶结连结
土 ——水胶连结、水 连 结
（2）岩石具有强度高、不易变形以及整体性和抗水性好，其中存在 着结构面（带）。如断层、节理等，使岩体受到不同程度切割。 土体中一般没有这种结构面切割。
2020/10/5
中国地质大学工程学院
5
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
2020/10/5
中国地质大学工程学院
6
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
•岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三 相组成的。
•物理性质：物理性质是指岩石由于三相组成 的相对比例关系不同所表现的物理状态。
•水理性质：岩石在水溶液作用下表现出来的 性质，称为水理性质
2020/10/5
中国地质大学工程学院
9
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
岩 石 空 隙 率
隙比
• 总空隙率(n)
n Vv 100% (1 d ) 100%
V
s
•
总开空隙率(no)
n0
Vv0 V
100%
•
大开空隙率(nb)
nb
Vvb V
100%
•
小开空隙率(na)
na
Vva V
2、岩石块体密度(ρ)：指岩块质量与其体积之比值，即岩块单位体积 的质量。 ρ=m/V
岩石块体密度除与矿物成分有关外，还与岩石的空隙性及含水状态密 切有关。致密而裂隙不发育的岩石，块体密度与颗粒密度接近； 随空隙、裂隙的增加，块体密度相应减少。
注意：（1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ)（2）ρs与ρ的单位 （g/cm3, kN/m3） （3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法）
《岩石工程地质性质》课件
岩石工程地质性质PPT课 件
欢迎大家来到《岩石工程地质性质》的PPT课件。本课程将带领我们深入了 解地质工程的概念以及岩石工程地质的重要性。
地质工程的概述
什么是岩石工程地质？
岩石工程地质是将地质学原理与工程实际应用相结合的一个领域。
岩石工程地质的重要性
岩石工程地质不仅涉及到工程工地上地质情况的评估，也涉及到基础建设和环境保护方面。
岩石建筑的实例
华山玉泉寺悬空寺院等众多廊桥、铁路、道路、电站、水坝和各种建筑工程都离不开岩石 工程地质。
岩石的形成与性质
1
岩石的分类与特性
火成岩、沉积岩和变质岩
三种。
3
岩石的形成过程
岩石的形成是由于地壳和地球深部过 程的相互作用。从地球的构造与作用 来看，岩石发展可分为火成岩、沉积 岩和变质岩。
总结
通过本课程的学习，我们了解到岩石工程地质在工程建设中的重要性，随着社会的发展，其应用会 越来越广泛。相信这就是我们今后的研究方向和任务所在。
岩石的性质
岩石通常具有比较高强度、稳定性和 较差的透水性，而且在长时间的使用 以及日常的环境长期作用下可能发生 变化。
岩石工程地质勘探
勘探方法与技术
可用钻探法、地震法、电法、重力法、磁法及 高分辨率测振法等勘探技术来获取地下岩石体 力学特性等信息。
勘探数据的分析与应用
研究岩石物理性质，并进行样品分析和回归分 析，对勘探数据进行研究和分析，将数据用于 后期的岩石评价和建筑设计。
分享岩石工程地质在具体工程中的应用及其遇 到的挑战。
• 山体隧道出现塌方的处理方法。 • 海上桥梁钻探勘探过程中的应对方法。
学习与讨论案例中的
通过学习和讨论案例，提高参与者对岩石工程 地质的理解和应用能力。
欢迎大家来到《岩石工程地质性质》的PPT课件。本课程将带领我们深入了 解地质工程的概念以及岩石工程地质的重要性。
地质工程的概述
什么是岩石工程地质？
岩石工程地质是将地质学原理与工程实际应用相结合的一个领域。
岩石工程地质的重要性
岩石工程地质不仅涉及到工程工地上地质情况的评估，也涉及到基础建设和环境保护方面。
岩石建筑的实例
华山玉泉寺悬空寺院等众多廊桥、铁路、道路、电站、水坝和各种建筑工程都离不开岩石 工程地质。
岩石的形成与性质
1
岩石的分类与特性
火成岩、沉积岩和变质岩
三种。
3
岩石的形成过程
岩石的形成是由于地壳和地球深部过 程的相互作用。从地球的构造与作用 来看，岩石发展可分为火成岩、沉积 岩和变质岩。
总结
通过本课程的学习，我们了解到岩石工程地质在工程建设中的重要性，随着社会的发展，其应用会 越来越广泛。相信这就是我们今后的研究方向和任务所在。
岩石的性质
岩石通常具有比较高强度、稳定性和 较差的透水性，而且在长时间的使用 以及日常的环境长期作用下可能发生 变化。
岩石工程地质勘探
勘探方法与技术
可用钻探法、地震法、电法、重力法、磁法及 高分辨率测振法等勘探技术来获取地下岩石体 力学特性等信息。
勘探数据的分析与应用
研究岩石物理性质，并进行样品分析和回归分 析，对勘探数据进行研究和分析，将数据用于 后期的岩石评价和建筑设计。
分享岩石工程地质在具体工程中的应用及其遇 到的挑战。
• 山体隧道出现塌方的处理方法。 • 海上桥梁钻探勘探过程中的应对方法。
学习与讨论案例中的
通过学习和讨论案例，提高参与者对岩石工程 地质的理解和应用能力。
5工程地质岩石的工程地质性质
花岗岩
正长岩 流纹岩 闪长岩 安山岩 玄武岩 辉绿岩 砾岩 石英砂岩
100-200
80-250 120-250 100-160 120-250 120-250 160-200 40-200 70-150
砂质页岩
泥质岩 石灰岩 片麻岩 石英岩 大理岩 云母片岩 千枚岩 板岩
30-60
10-40 60-120 70-180 200-360 70-140 30-70 16-40 20-70
硬质岩石: 岩浆岩，硅质、钙质、铁质胶结的碎屑岩， 石灰岩，片麻岩，大理岩，石英岩。 软质岩石: 泥质岩（页岩、粘土岩），泥质胶结的碎屑 岩，板岩，千枚岩，片岩，火山凝灰岩。
上述软质岩类如果含有硅质成分，强度将显著提高。
常见岩石的饱和抗压强度范围
岩石名称 极限抗压强度 (MPa) 岩石名称 极限抗压强度 (MPa)
化学岩的工程地质性质 石灰岩 力学强度大多较高，抗水性弱(具溶解性)，地下 水的溶蚀形成喀斯特(Karst)空洞。是地下水的集中渗流 通道，地基中的不稳定区。 白云岩 力学强度较高，具有微弱的溶蚀性。 硅质岩 强度高，抗水性好，抗风化能力强。 沉积岩中分布最广的是石灰岩，其次是泥质岩（页岩和 粘土岩）和砂岩。
二、岩石的力学性质：单轴抗压强度
矿物成分： 硬度大的：石英、长石、角闪石、辉石、硬度中等的：方解石、白云石
硬度小的：云母、绿泥石、高岭石、滑石
《岩土工程勘查规范》GB50021-2001（2009年版），按岩 石的饱和单轴极限抗压强度把岩石划分为坚硬岩、中硬岩、 较软岩、软岩和极软岩。 坚硬程度 饱和单轴抗压强度 fr (MPa） 坚硬岩 较硬岩 较软岩 软岩 极软岩 >60 60-30 30-15 15-5 <5
岩石和岩体的工程地质性质
应力称为岩石的单轴抗压强度或极限抗压强度，简称抗压 强度（σc ,单位Pa）。
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1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
影响岩石抗压强度的因素： （1）岩石矿物成分、颗粒大小、胶结程度及层理、片理等 ； （2）岩石风化及裂隙发育程度； （3）岩石的含水量； （4）试验条件，如加荷速率、试样尺寸等等。
w1
Ww1 Ws
100 %
吸水率主要取决于岩石内部较大的开型空隙发育程度。
•岩浆岩和变质岩吸水率一般在0.1~1.0%之间；
•沉积岩的吸水率一般在0.2~8.2%之间，甚至可达10%以
Байду номын сангаас
上。
11
1.岩石的工程地质性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 可溶性 膨胀性
饱水率(w2) ：岩石试样在高压（一般为150个大气压）下或真 空下吸入水的重量(Ww2)与岩石干重量（Ws）之比，以百分数 表示。
沉 砾岩 砂岩 页岩 粘土岩 石灰岩 白云岩 积 岩 10~150 20~250 5~100 2~15 40~250 80~250
变 板岩 片岩 片麻岩 石英岩 大理岩 质 岩 60~200 10~100 50~200 150~350 150~250
30
1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
➢ 岩石抵抗冻融破坏的性能。 ➢岩石强度损失率(Rl)和岩石重量损失率(Wl) 。
试验方法：饱和岩石在一定的负温下（一般-25℃）连续 冻融10~25次。
Rl
冻融前岩石饱和抗压强度 冻融后岩石饱和抗压强度 冻融前岩石饱和抗压强度
100%
Wl
冻融前干试样重量 冻融后干试样重量 冻融前干试样重量
28
1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
影响岩石抗压强度的因素： （1）岩石矿物成分、颗粒大小、胶结程度及层理、片理等 ； （2）岩石风化及裂隙发育程度； （3）岩石的含水量； （4）试验条件，如加荷速率、试样尺寸等等。
w1
Ww1 Ws
100 %
吸水率主要取决于岩石内部较大的开型空隙发育程度。
•岩浆岩和变质岩吸水率一般在0.1~1.0%之间；
•沉积岩的吸水率一般在0.2~8.2%之间，甚至可达10%以
Байду номын сангаас
上。
11
1.岩石的工程地质性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 可溶性 膨胀性
饱水率(w2) ：岩石试样在高压（一般为150个大气压）下或真 空下吸入水的重量(Ww2)与岩石干重量（Ws）之比，以百分数 表示。
沉 砾岩 砂岩 页岩 粘土岩 石灰岩 白云岩 积 岩 10~150 20~250 5~100 2~15 40~250 80~250
变 板岩 片岩 片麻岩 石英岩 大理岩 质 岩 60~200 10~100 50~200 150~350 150~250
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1.岩石的工程地质性质
抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 点荷载强度
➢ 岩石抵抗冻融破坏的性能。 ➢岩石强度损失率(Rl)和岩石重量损失率(Wl) 。
试验方法：饱和岩石在一定的负温下（一般-25℃）连续 冻融10~25次。
Rl
冻融前岩石饱和抗压强度 冻融后岩石饱和抗压强度 冻融前岩石饱和抗压强度
100%
Wl
冻融前干试样重量 冻融后干试样重量 冻融前干试样重量
岩石的工程地质性质
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。 崩解性(disintegration)：指粘土质岩石吸水膨胀的 性质。 抗冻性(frost resistance)：指岩石抵抗冰劈作用的
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
•粘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。
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。
3.1 岩石的物理力学性质 一 .岩石工程性质的常用指标
物理性质(physical properties)
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(相对密度)(specific gravity)：固体岩石的重力（
质量）与同体积水在4º c时重力（质量）的比值。
3.5.2岩体的工程地质性质
岩体是指包括各种地质界面的单一或多种岩石 构成的地质体，它被各种结构面所切割，由大 小不同、形状不一的岩块所组合而成。岩体是 指某一地点一种或多种岩石中的各种结构面、 结构体的总体。
1.岩体结构分析
结构面包括各种破裂面、物质分异面、软弱夹 层等，按地质成因可分为原生的、构造、次生 原生结构面是成岩时形成的，分为沉积的、火 成的和变质的 构造结构面是在构造应力作用下，于岩体中形 成的断裂面、错动面、破碎带的总称 次生结构面是在风化、卸荷、地下水等作用下 形成的风化裂隙、破碎带、泥化夹层、夹泥层
工程地质学第五章岩石的工程地质性质
变质岩
总结词
变质岩是由其他岩石在高温、高压等地质作用下形成的岩石，其工程地质性质主要受矿物成分、结构和构造等因 素的影响。
详细描述
变质岩的矿物成分较为复杂，包括石英、长石、云母等。其结构多为结晶结构或变晶结构，构造则表现为片状构 造或块状构造。由于变质岩的矿物成分和结构构造特点，其工程地质性质表现为较高的强度和较低的变形性。
影响因素
岩石的孔隙率和连通性、水的物 理性质等。
热学性质
比热容ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
岩石吸收或释放热量时温度的 变化量。
导热系数
岩石的热传导能力。
热膨胀系数
岩石受热膨胀的程度。
影响因素
岩石的矿物成分、结构、温度 等。
02
岩石的力学性质
弹性
弹性
是指岩石在受到外力作用时，能够恢复到原始状态的性质。弹性 常数包括弹性模量、泊松比等，是岩石工程地质性质的重要参数 。
脆性
是指岩石在受到外力作用时，会发生 突然断裂的性质。脆性常数包括脆性 系数、断裂韧性等，对于评估岩石的 稳定性具有重要意义。
韧性
是指岩石在受到外力作用时，能够抵 抗断裂的性质。韧性常数包括韧性指 数、抗剪强度等，也是岩石工程地质 性质的重要参数。
强度性质
强度性质
是指岩石能够承受的最大外力作用，是评估岩石稳定性和安 全性的重要指标。强度常数包括单轴抗压强度、抗拉强度和 抗剪强度等。
05
岩石与工程稳定性
岩石与边坡稳定性
01
02
03
边坡稳定性分析
评估边坡在各种工况下的 稳定性，包括自然条件和 人为工程活动的影响。
岩石力学性质
研究岩石的强度、变形和 破裂特性，以及其在不同 应力状态下的响应。
岩石的工程地质性质1
三沉积岩及其特征地球表面或浅层原有岩石经过风化剥蚀搬运和沉积等外力地质作用而在地壳表面低处形成松散沉积物并在压力和生物及物理的一种新岩石它是地壳表层分布最广的一种岩石虽然其只占地壳总量的约5但其出露面积却占地表的约75
第二章 岩石及其工程地质性质
②矿物集合体形态：非晶质矿物集合体没有规则的形
态，而晶质矿物很少以单体形态出现，所以，晶质矿物 常按集合体的形态来识别。
2. 颜色与条痕
矿物的颜色是矿物在光照下引起光学效应 的结果，不同矿物或同种矿物都会表现出不同 的颜色。 自色：矿物本身固有的颜色。它取决于矿物内 部性质，特别是所含色素离子的类别。例如， 赤铁矿之所以呈砖红色是因为它含Fe3+。 他色：由于矿物混入某些杂质而引起的，与矿 物本身性质无关。 假色：由于矿物的内部结晶面或表面的氧化膜 对光的内部反射、折射、内散射和干涉所引起。 其中，由结晶面所引起的假色称为晕色；由氧 化膜所引起的假色称为锖色。
内容提要：
一、矿物及其特征 二、岩浆岩及其特征 三、沉积岩及其特征 四、变质岩及其特征 五、岩石的工程地质性质
岩土体作为地基或建筑结构本身或部分，其工 程地质性质将直接影响工程的设计、施工和投 资以及稳定安全性，也是地质学尤其是工程地 质学研究的重要对象。 岩石是地质作用形成矿物的集合体。 ①一种岩石可由一种矿物或多种不同矿物集合 而成，前者称为单矿岩，后者称为复矿岩。 ②一种岩石也可由一种或多种矿物的集合体 （称为矿屑），或者由一种或多种岩石的集合 体（称为岩屑）再集合而成，称为碎屑岩，如 火山碎屑岩。 按岩石形成原因，可分为岩浆岩、沉积岩和变 质岩三大类。 为了充分认识岩石及其工程地质性质，必须首 先从认识矿物开始。
（二）矿物的主要物理性质
矿物的物理性质主要决定于其化学成分和内部结构与构 造。 矿物的物理性质是鉴别矿物的重要依据。 矿物的物理性质多种多样。
第二章 岩石及其工程地质性质
②矿物集合体形态：非晶质矿物集合体没有规则的形
态，而晶质矿物很少以单体形态出现，所以，晶质矿物 常按集合体的形态来识别。
2. 颜色与条痕
矿物的颜色是矿物在光照下引起光学效应 的结果，不同矿物或同种矿物都会表现出不同 的颜色。 自色：矿物本身固有的颜色。它取决于矿物内 部性质，特别是所含色素离子的类别。例如， 赤铁矿之所以呈砖红色是因为它含Fe3+。 他色：由于矿物混入某些杂质而引起的，与矿 物本身性质无关。 假色：由于矿物的内部结晶面或表面的氧化膜 对光的内部反射、折射、内散射和干涉所引起。 其中，由结晶面所引起的假色称为晕色；由氧 化膜所引起的假色称为锖色。
内容提要：
一、矿物及其特征 二、岩浆岩及其特征 三、沉积岩及其特征 四、变质岩及其特征 五、岩石的工程地质性质
岩土体作为地基或建筑结构本身或部分，其工 程地质性质将直接影响工程的设计、施工和投 资以及稳定安全性，也是地质学尤其是工程地 质学研究的重要对象。 岩石是地质作用形成矿物的集合体。 ①一种岩石可由一种矿物或多种不同矿物集合 而成，前者称为单矿岩，后者称为复矿岩。 ②一种岩石也可由一种或多种矿物的集合体 （称为矿屑），或者由一种或多种岩石的集合 体（称为岩屑）再集合而成，称为碎屑岩，如 火山碎屑岩。 按岩石形成原因，可分为岩浆岩、沉积岩和变 质岩三大类。 为了充分认识岩石及其工程地质性质，必须首 先从认识矿物开始。
（二）矿物的主要物理性质
矿物的物理性质主要决定于其化学成分和内部结构与构 造。 矿物的物理性质是鉴别矿物的重要依据。 矿物的物理性质多种多样。
工程地质学基础 第五章 岩、土体工程性质.
1.影响岩石工程性质的内部因素
岩石是具有一定结构和构造特征的矿物集合体，因此矿物成 份、结构、构造就是影响岩石工程性质的内部因素。
A. 矿物成份对岩石工程性质的影响
比重：辉长岩（辉石和角闪石）〉花岗岩（石英和正长石的） 强度和抗风化的能力：石英岩（石英）〉大理岩（方解石）。 注意： a.含有高强度矿物的岩石，其强度不一定就高。 如果强度较高的矿物在岩石中互不接触，则应力的传递必然 会受中间低强度矿物的影响，岩石不一定就能显示出高的强度。 b. 应该特别注意那些可能降低岩石强度的矿物成份。 花岗岩中的黑云母，石灰岩、砂岩中粘土类矿物
碳酸化作用 ：水中CO2从矿物中夺走盐基，破坏了原有岩 石中的矿物，生成新的碳酸盐。 2 KAlSi308 ( 正 长 石 ) 十 C02+3H2O K2C03 ( 碳 酸 钾 ) +4Si02.H20 (胶体二氧化硅) +A12Si205(0H)4 (高岭土) 这就使花岗岩破坏成为石英及高岭土颗粒，残留原地，其余 成分流失。
A.地质构造对岩石工程性质的影响
层理、裂隙和各种成因的孔隙，使岩石连续性与整体性 受到一定程度的影响，从而使岩石的强度和透水性在不同的 方向上发生明显的差异。一般来说，垂直层面的抗压强度大 于平行层面的抗压强度，平行层面的透水性大于垂直层面的 透水性。 层理、节理和破碎带使岩石破碎并且扩大了岩石与空气、 水的接触面积，大大促进了岩石风化作用。在褶曲轴部和断 层破碎带及其附近裂隙密集发育的岩石中，都是非常有利于 进行风化作用的部位，如背斜褶皱的转折端附近很容易风化 变形
生物风化作用： 生物活动（包括各种动植物及人类的活动）而
引起的岩石的破坏作用 。可以分为生物物理风化作用和生物化 学风化作用两种基本形式。 生物物理风化作用 ：由于生物产生的机械力造成的岩石破碎。例
第5章 岩石的工程地质性质
岩石的空隙
(裂隙、孔隙)
闭空隙 大开空隙
开空隙
小开空隙
n Vv 100% (1 d ) 100% V s
总空隙率(n)
岩 总开空隙率(no) n0 Vv 0 100% V 石 V n 100 % 空 大开空隙率(nb) V 隙 小开空隙率(na) n V 100% n n V 率 Vvc 闭空隙率(nc) nc V 100% n n0
1、颗粒密度(ρ s) ρ s= ms/Vs • 2、块体密度(ρ ) ρ =m/V • 注意： （1）ρ s与ρ 的区别 (ρ s>ρ ) （2）ρ s与ρ 的单位 （g/cm3 kN/m3） （3）测试方法（ρ s---比重瓶法；ρ --量积法）
•
二、岩石的空隙性
• 岩石的空隙性系指岩石孔隙性和裂隙性 的统称。用空隙率表示(为岩石中空隙体 积与岩石总体积之比)。 • 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。
土的主要工程地质特征
• 多孔性和散体性：土由三相组成，
具多孔性和散体性，这是与其它 连续固体介质相区别的最主要特 征。
• 土具多样性
由于成土母岩不同和风化作用的历史不 同，在自然界中，土的种类繁多、分布 复杂、性质各异。 甚至在同一地区或同一地点，地基中可 能埋藏着多种土层。 同一土层的性质也因其所处环境不同而 有所差异。
vb b va a 0
b
空隙比 e VV s 1
Vs
d
工程意义： 是岩石物理性质 的一个重要指标。 对岩块和岩体的 水理、热学性质及 力学性质影响很大。 空隙率愈大→岩 石中的孔隙和裂隙 愈多→岩石的力学 性质越差(岩石的强 度愈小、塑性变形 越大），渗透性愈 大，抗风化能力愈 差等。
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• 岩石与土之间的差别，主要表现在：
（1）岩石矿物颗粒间具有牢固的连结。（岩石区别于土并赋予岩石 以优良工程地质性质的主要原因）
岩石——结晶连结、胶结连结
土 ——水胶连结、水 连 结
（2）岩石中存在着结构面（带）。如断层、节理等，使岩体受到不 同程度切割。土体中一般没有这种结构面切割。
岩体——结构面切割——岩块力学性质各向异性
工程地质学Engneering Geology
第五章 岩石的工程地质性质
中国地质大学（武汉）工程学院
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
第五章 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 第二节 岩石的物理、水理性质 第三节 岩石的力学性质
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
(裂隙、孔隙) 闭空隙
• 岩石孔隙性和裂隙性的统称，用空隙率表示。岩石空隙率是岩石 中空隙体积与岩石总体积之比，以百分数表示。
• 岩石的空隙有的与大气相通称开空隙，有的与大气 不相通称闭空 隙。开空隙按开启程度有大、小之分，故把岩石的空隙率分为总 空隙率、总开空隙率、大开空隙率、小开空隙率和闭空隙率。其 计算公式如下：
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
岩 石 空 隙 率
隙比
• 总空隙率(n)
n Vv 100% (1 d ) 100%
V
s
•
总开空隙率(no)
n0
Vv0 V
100%
•
大开空隙率(nb)
nb
Vvb V
100%
•
小开空隙率(na)
na
Vva V
100% n0
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
四、岩石的软化性
• 岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性。用软 化系数表示。
• 软化系数(KR)为岩石试件的饱和抗压强度(σcw)与干抗
压强度(σc)的比值。 KR
cw c
• 岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，大开空隙较 多，岩石的软化性较强，软化系数较小。
nb
• 闭空隙率(nc)
e VV s 1 Vs d
nc
Vvc V
100% n n0
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
三、岩石的吸水性
定义：岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为 岩石的吸水性。常用吸水率、饱和吸水率和饱水系数等 指标表示。
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
一、岩石的密度
• 是指单位体积内岩石的质量。岩石密度可分为岩石颗粒密度和岩 石块体密度。
1、岩石颗粒密度(ρs)： 是指岩石固体相部分的质量于体积的比值。 ρs= ms/Vs
它不包括空隙，故其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量。 2、岩石块体密度(ρ)：指岩块质量与其体积之比值，即岩块单位体积
1.吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸 入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示
Wa
mw1 mw2
100%
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nb
VVb V
100%
dWa w
dWa
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2.饱和吸水率
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
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:
• 岩石与土之间，即存在多方面的共性和联系，又有明显不同:岩石 在力学性能、抗水性、完整性等都比土好的多。但也有些岩石与 土很难区别，如粘土岩、泥灰岩、凝灰岩等。总的来说，岩石的 建筑条件比土体要优越的多，土体中出现的问题，对岩体就显得 十分微弱或不存在了。
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工程地质学概论:第五章 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
• 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、重结晶等成岩 作用形成岩石。
• 岩石经风化作用，形成土。
• 坚硬岩石——软弱岩石——半成岩石——坚硬土层——软弱土层
• 岩石——风化作用——土 —— 成岩作用——岩石
土体——没有结构面——土体可以看作各向同性
（3）岩体中具有较高的地应力。（岩体在长期地质历史过程中，遭 受地质构造作用的结果）
岩体——自重应力、构造应力——物理力学性质复杂
土体——自重应力
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
第二节 岩石的物理、水理性质
➢岩石:矿物、岩屑的集合体。 ➢结构面:指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有 一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 ➢岩块:指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最 小岩石单元体。 ➢岩体:指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络 组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态 和地下水等地质环境中的地质体。
的质量。 ρ=m/V • 注意： （1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ) （2）ρs与ρ的单位 （g/cm3, kN/m3） （3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法）
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二、岩石的空隙性
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
岩石的空隙
大开空隙 开空隙
小开空隙
Wp
mw2 ms
100%
n0
VV 0 V
100%
dW p w
dWp
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
3.饱水系数
• 岩数石。的它吸反水映率了(岩W石a)与中饱大和、吸小水开率空(隙Wp的)之相比对，比称例为关饱系水。系
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
•岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三 相组成的。
•物理性质：物理性质是指岩石由于三相组成 的相对比例关系不同所表现的物理状态。
•水理性质：岩石在水溶液作用下表现出来的 性质，称为水理性质