5工程地质岩石的工程地质性质解析PPT课件
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岩石的工程地质性质
第五节 岩石的工程地质性质
一、岩石的工程地质性质指标
物理性质 密度，孔隙率，吸水性 力学性质 强度，变形 水理性质 透水性，溶解性，软化性，抗冻性
(一)物理性质
1.密度 岩石单位体积的质量。
2.相对密度 固体岩石的质量与同体积4℃水的质量的比值。
3.岩石的孔隙率 岩石中孔隙、裂隙的体积与岩石总体积的比值。
2.变形模量 应力与总应变的比值。
3.泊松比 轴向压力作用下的模向应变和纵向应变的比值。
(三)水理性质
1.透水性 2.溶解ห้องสมุดไป่ตู้ 3.软化性 4. 抗冻性
二、影响岩石工程性质的因素
1. 矿物成分 2. 结构
岩石按结构分类：结晶联结、胶结物联结 强度上的一般规律：
结构：结晶联结＞胶结物联结 胶结物：
硅质胶结＞铁质胶结＞钙质胶结＞泥质胶结 胶结方式(图1-4)：
接触胶结＞孔隙胶结＞基底胶结
二、影响岩石工程性质的因素
3. 构造 一些强度底、易风化的矿物，多沿一定的
方向富集，或成条带状风布，或成局部的聚集体， 从而使岩石的强度在这些部位出现弱化。
4. 水的作用
5. 风化
4.吸水率 指在常压条件下岩石所吸水分质量与干燥岩石质量 的比值。
(二)力学性质
强度指标
1.抗压强度 岩石在单向压力作用下，抵抗压碎破坏的能力。
2.抗拉强度 岩石单向拉伸时，抵抗拉断破坏的能力。
3.抗剪强度 岩石抵抗剪切破坏的能力。可分为抗剪断强度、抗 剪强度和抗切强度。
(二)力学性质
变形指标
1.弹性模量 应力与弹性应变的比值。
一、岩石的工程地质性质指标
物理性质 密度，孔隙率，吸水性 力学性质 强度，变形 水理性质 透水性，溶解性，软化性，抗冻性
(一)物理性质
1.密度 岩石单位体积的质量。
2.相对密度 固体岩石的质量与同体积4℃水的质量的比值。
3.岩石的孔隙率 岩石中孔隙、裂隙的体积与岩石总体积的比值。
2.变形模量 应力与总应变的比值。
3.泊松比 轴向压力作用下的模向应变和纵向应变的比值。
(三)水理性质
1.透水性 2.溶解ห้องสมุดไป่ตู้ 3.软化性 4. 抗冻性
二、影响岩石工程性质的因素
1. 矿物成分 2. 结构
岩石按结构分类：结晶联结、胶结物联结 强度上的一般规律：
结构：结晶联结＞胶结物联结 胶结物：
硅质胶结＞铁质胶结＞钙质胶结＞泥质胶结 胶结方式(图1-4)：
接触胶结＞孔隙胶结＞基底胶结
二、影响岩石工程性质的因素
3. 构造 一些强度底、易风化的矿物，多沿一定的
方向富集，或成条带状风布，或成局部的聚集体， 从而使岩石的强度在这些部位出现弱化。
4. 水的作用
5. 风化
4.吸水率 指在常压条件下岩石所吸水分质量与干燥岩石质量 的比值。
(二)力学性质
强度指标
1.抗压强度 岩石在单向压力作用下，抵抗压碎破坏的能力。
2.抗拉强度 岩石单向拉伸时，抵抗拉断破坏的能力。
3.抗剪强度 岩石抵抗剪切破坏的能力。可分为抗剪断强度、抗 剪强度和抗切强度。
(二)力学性质
变形指标
1.弹性模量 应力与弹性应变的比值。
2024版《工程地质》PPT课件
0102工程地质是研究工程建设与地质环境相互作用及其影响规律的学科。
为工程建设提供地质依据，预测和防治工程地质问题，保障工程建设的顺利进行。
定义任务工程地质定义与任务研究区域地质构造、地壳稳定性及地震活动对工程的影响。
地质构造与地壳稳定性研究地下水的分布、运动规律及其对工程的影响。
水文地质条件研究岩土体的物理力学性质、分类及工程特性。
岩土体性质与分类研究滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象的成因、发育规律及防治措施。
不良地质现象工程地质研究内容为土木工程建设提供地质依据，确保工程建设的安全性和经济性。
与土木工程关系为水利工程建设提供水文地质资料，预测水库渗漏、溃坝等工程地质问题。
与水利工程关系为交通线路选线、桥隧位置选择等提供地质依据，保障交通工程建设的顺利进行。
与交通工程关系预测和评估工程建设对环境的影响，提出相应的防治措施。
与环境工程关系工程地质与相关领域关系01岩浆岩由岩浆冷凝形成，包括深成岩、浅成岩和喷出岩，具有结晶质结构和块状构造。
02沉积岩由风化产物、生物遗骸和火山物质等在地表或水下沉积形成，具有层理构造和化石。
03变质岩由已形成的岩石在高温高压下发生变质作用形成，具有片理构造和变质矿物。
残积土由岩石风化后残留在原地的碎屑物质组成，结构松散，力学性质较差。
坡积土由山坡上的碎屑物质在重力作用下堆积形成，具有分选性和层理构造。
洪积土由洪水携带的碎屑物质堆积形成，具有分选性和交错层理。
冲积土由河流携带的碎屑物质堆积形成，具有层理构造和较好的力学性质。
01020304表示岩石和土体的质量和体积之间的关系，影响工程建设的荷载计算。
密度与重度描述岩石和土体中孔隙的发育程度和连通性，影响工程建设的排水设计和地基稳定性。
孔隙性与渗透性表示岩石和土体在压力作用下体积减小的性质，影响工程建设的沉降计算和地基稳定性。
压缩性与变形性描述岩石和土体抵抗剪切和压缩破坏的能力，影响工程建设的边坡稳定性和地基承载力。
抗剪强度与抗压强度岩石与土体物理力学性质03岩层在地质作用下形成的波状弯曲现象，分为背斜和向斜两种基本形态。
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
2024年度《工程地质学》ppt课件
《工程地质学》ppt课 件
2024/3/23
1
目录
• 工程地质学概述 • 岩石与土的物理性质 • 地质构造与工程稳定性 • 水文地质条件与工程问题 • 不良地质现象及防治措施 • 工程地质勘察方法与技术
2024/3/23
2
01
工程地质学概述
2024/3/23
3
工程地质学定义与发展
2024/3/23
土洞是发育在可溶岩的上覆土层中， 具有空洞的穴状空间。土洞的形成是 地表水和地下水在土体中潜蚀和冲刷 的结果。
软土
软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉 积的天然含水量高、孔隙比大、压缩 性高、抗剪强度低的细粒土。具有天 然含水量高、天然孔隙比大、压缩性 高、抗剪强度低、固结系数小、固结 时间长、灵敏度高、扰动性大、透水 性差、土层层状分布复杂、各层之间 物理力学性质相差较大等特点。
15
地下水类型及特征
潜水
埋藏在地表以下第一个 稳定隔水层以上的重力 水，具有自由水面，无
压水。
2024/3/23
承压水
埋藏并充满两个稳定隔 水层之间的重力水，具 有承压性质，有压水。
裂隙水
赋存于基岩裂隙中的地 下水，其运动复杂，水 量变化大，与大气降水
关系密切。
16
岩溶水
赋存于可溶性岩石的溶 蚀裂隙和溶洞中的地下 水，水量丰富，运动复
地球物理勘探技术
利用物探方法，如重力、磁法、电法、地震等，间接推断地下岩 土层的性质、结构和构造。
25
工程地质原位测试技术
载荷试验
在岩土层上施加荷载，观测其变形和破坏过程，确定岩土层的承载 力和变形模量等参数。
旁压试验
利用旁压仪对岩土层施加侧向压力，观测其变形和破坏情况，了解 岩土层的侧向承载力和变形特性。
2024/3/23
1
目录
• 工程地质学概述 • 岩石与土的物理性质 • 地质构造与工程稳定性 • 水文地质条件与工程问题 • 不良地质现象及防治措施 • 工程地质勘察方法与技术
2024/3/23
2
01
工程地质学概述
2024/3/23
3
工程地质学定义与发展
2024/3/23
土洞是发育在可溶岩的上覆土层中， 具有空洞的穴状空间。土洞的形成是 地表水和地下水在土体中潜蚀和冲刷 的结果。
软土
软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉 积的天然含水量高、孔隙比大、压缩 性高、抗剪强度低的细粒土。具有天 然含水量高、天然孔隙比大、压缩性 高、抗剪强度低、固结系数小、固结 时间长、灵敏度高、扰动性大、透水 性差、土层层状分布复杂、各层之间 物理力学性质相差较大等特点。
15
地下水类型及特征
潜水
埋藏在地表以下第一个 稳定隔水层以上的重力 水，具有自由水面，无
压水。
2024/3/23
承压水
埋藏并充满两个稳定隔 水层之间的重力水，具 有承压性质，有压水。
裂隙水
赋存于基岩裂隙中的地 下水，其运动复杂，水 量变化大，与大气降水
关系密切。
16
岩溶水
赋存于可溶性岩石的溶 蚀裂隙和溶洞中的地下 水，水量丰富，运动复
地球物理勘探技术
利用物探方法，如重力、磁法、电法、地震等，间接推断地下岩 土层的性质、结构和构造。
25
工程地质原位测试技术
载荷试验
在岩土层上施加荷载，观测其变形和破坏过程，确定岩土层的承载 力和变形模量等参数。
旁压试验
利用旁压仪对岩土层施加侧向压力，观测其变形和破坏情况，了解 岩土层的侧向承载力和变形特性。
工程地质学第1章 岩石及其工程地质性质PPT
• 〔5〕岩石的抗冻性
• 岩石空隙中有水存在时，水一结冰，体积 膨胀，就产生巨大的膨胀力，使岩石的构 造和联结受到破坏，假设岩石经反复循环 冻融，那么会导致其强度降低。岩石抵抗 冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性。
• 一些常见岩石的物理性质的主要指标，见 表1.3。
• 〔1〕岩石的变形特性
应力-应变曲线
• 1.2 岩石的类型及其特征
• 〔1〕岩浆岩的矿物成分 • 〔2〕岩浆岩的构造与构造 • ①岩浆岩的构造 • 按结晶程度，岩浆岩的构造可分为： • a.全晶质构造〔crystalline〕 • b.非晶质构造〔glassy〕 • c.半晶质构造〔subcrystalline〕
• 按矿物颗粒大小，岩浆岩的构造可分为： • a．等粒构造〔equigranular〕
• 〔1〕变质岩的矿物成分 • 〔2〕变质岩的构造与构造 • ①变质岩的构造 • a.变晶构造〔crystalloblastic〕 • b.变余构造〔palimpsest〕 • ②变质岩的构造 • a.板状构造〔platy〕 • b.千枚状构造〔phyllitic〕 • c.片状构造〔schistose〕 • d.片麻状构造〔gneissic〕
• 可将岩石变形过程划分为4个阶段： • ①微裂隙压密阶段（图中的Oa段）
• ab段〕
• bc段〕
• c点以后〕
• 〔2〕岩石的强度
• 岩石抵抗外力破坏的能力，称为岩石的强 度〔strength〕。岩石的强度单位用Pa表示。 岩石的强度和应变形式有很大关系。岩石 受力作用破坏，有压碎、拉断和剪断等形 式，所以其强度可分为抗压强度、抗拉强 度和抗剪强度等。
• ①珍珠光泽 • ②丝绢光泽
• ③油脂光泽 • ④蜡状光泽 • ⑤土状光泽 • 〔4〕矿物的解理与断口 • 矿物受力后沿一定方向规那么裂开的性质称
• 岩石空隙中有水存在时，水一结冰，体积 膨胀，就产生巨大的膨胀力，使岩石的构 造和联结受到破坏，假设岩石经反复循环 冻融，那么会导致其强度降低。岩石抵抗 冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性。
• 一些常见岩石的物理性质的主要指标，见 表1.3。
• 〔1〕岩石的变形特性
应力-应变曲线
• 1.2 岩石的类型及其特征
• 〔1〕岩浆岩的矿物成分 • 〔2〕岩浆岩的构造与构造 • ①岩浆岩的构造 • 按结晶程度，岩浆岩的构造可分为： • a.全晶质构造〔crystalline〕 • b.非晶质构造〔glassy〕 • c.半晶质构造〔subcrystalline〕
• 按矿物颗粒大小，岩浆岩的构造可分为： • a．等粒构造〔equigranular〕
• 〔1〕变质岩的矿物成分 • 〔2〕变质岩的构造与构造 • ①变质岩的构造 • a.变晶构造〔crystalloblastic〕 • b.变余构造〔palimpsest〕 • ②变质岩的构造 • a.板状构造〔platy〕 • b.千枚状构造〔phyllitic〕 • c.片状构造〔schistose〕 • d.片麻状构造〔gneissic〕
• 可将岩石变形过程划分为4个阶段： • ①微裂隙压密阶段（图中的Oa段）
• ab段〕
• bc段〕
• c点以后〕
• 〔2〕岩石的强度
• 岩石抵抗外力破坏的能力，称为岩石的强 度〔strength〕。岩石的强度单位用Pa表示。 岩石的强度和应变形式有很大关系。岩石 受力作用破坏，有压碎、拉断和剪断等形 式，所以其强度可分为抗压强度、抗拉强 度和抗剪强度等。
• ①珍珠光泽 • ②丝绢光泽
• ③油脂光泽 • ④蜡状光泽 • ⑤土状光泽 • 〔4〕矿物的解理与断口 • 矿物受力后沿一定方向规那么裂开的性质称
1.5岩石的工程地质性质
软化系数表示。 软化系数kd：等于岩石在饱和状态下的极限抗压强度与
在风干状态下极限抗压强度的比。用小数表示。其值越小， 表明岩石在水作用下的强度和稳定性越差。
岩石的软化性决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。 岩浆岩和变质岩的软化系数大都接近于1.0；粘土矿物含量 高、孔隙度大、吸水率高的岩石，软化系数越小，如泥灰 岩和页岩。
降低岩石的强度。在工程中应当重视岩石中这些低强度 矿物含量的增长对岩石强度的降低作用。
但也不能简单地认为，含有高强度矿物的岩石，其强度一定就 高。因为岩石受力作用后，内部应力是通过矿物颗粒的直接接 触来传递的，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。
180~300
岩石名称 辉绿岩
抗压强度 （MPa）
200~350
岩石名称 页岩
抗压强度 （MPa）
10~100
100~250
玄武岩
150~300
砂岩
20~200
180~300
石英岩
150~350
砾岩
10~150
100~250 100~250 80~250
大理岩 片麻岩 灰岩
100~250 50~200 20~200
岩体 = 结构面 + 结构体
岩块的强度高，岩体的强度不一定高。
结构面的发育程度、性质、充填情况以 及连通程度等，对岩体的工程性质有很 大的影响。
29/35
1. 结构面
结构面：存在于岩体中的各种地质界面。
（1）结构面类型： 原生结构面：成岩时形成
沉积结构面：层面、层理、夹层等 火成结构面：原生节理、流纹面、接触面等等 变质结构面：片麻理、片理等等
在风干状态下极限抗压强度的比。用小数表示。其值越小， 表明岩石在水作用下的强度和稳定性越差。
岩石的软化性决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。 岩浆岩和变质岩的软化系数大都接近于1.0；粘土矿物含量 高、孔隙度大、吸水率高的岩石，软化系数越小，如泥灰 岩和页岩。
降低岩石的强度。在工程中应当重视岩石中这些低强度 矿物含量的增长对岩石强度的降低作用。
但也不能简单地认为，含有高强度矿物的岩石，其强度一定就 高。因为岩石受力作用后，内部应力是通过矿物颗粒的直接接 触来传递的，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。
180~300
岩石名称 辉绿岩
抗压强度 （MPa）
200~350
岩石名称 页岩
抗压强度 （MPa）
10~100
100~250
玄武岩
150~300
砂岩
20~200
180~300
石英岩
150~350
砾岩
10~150
100~250 100~250 80~250
大理岩 片麻岩 灰岩
100~250 50~200 20~200
岩体 = 结构面 + 结构体
岩块的强度高，岩体的强度不一定高。
结构面的发育程度、性质、充填情况以 及连通程度等，对岩体的工程性质有很 大的影响。
29/35
1. 结构面
结构面：存在于岩体中的各种地质界面。
（1）结构面类型： 原生结构面：成岩时形成
沉积结构面：层面、层理、夹层等 火成结构面：原生节理、流纹面、接触面等等 变质结构面：片麻理、片理等等
工程地质-岩石及岩体的工程地质性质幻灯片课件
岩石受水作用后，强度和稳定性发生变化的性 质称为岩石的软化性。软化学性主要决定于岩 石的矿物成分、结构和构造特征。黏土矿物含 量高、孔隙度大 、吸水率高的岩石，与水作 用容易软化而丧失其强度和稳定性。
• 软化性指标是软化系数(softening coefficient)： 在数值上，等于岩石在饱和状态下的极限抗压 强度和在风干状态下的极限抗压强度的比，用 小数表示。其值越小，表示岩石在水作用下的 强度和稳定性越差。软化系数小于0.75的岩石， 认为是软化性强的岩石，工程性质比较差。
• 1）第一变形阶段为图中OA段曲线，属于微裂隙压密阶段， 岩石中微裂隙在压力作用下逐渐被压密，岩石的应力—应 变曲线呈上凹形。
• 2）第二变形阶段为图中AB段曲线，属于弹性变形阶段， 岩石中微裂隙进一步闭合及压密，孔隙被压缩，因而岩石 的应力—应变曲线为曲型的直线形式。曲线上B点所对应
的应力e为弹性极限强度或比例极限。
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
包括孔隙)部分单位体积的重量。在数值上，等于岩石固体颗 粒的重量与同体积的水在4℃时重量的比。其大小，决定于岩
石中矿物的比重及其在岩石中的相对含量。
• （2）重度(容重, unit weight）：指岩石单位体积的重
量，在数值上等于岩石试件的总重量(包括孔隙中的水重)与 其总体积(包括孔隙体积)之比。其大小，决定于岩石中矿物 的比重，岩石的孔隙性及其含水情况。
• 软化性指标是软化系数(softening coefficient)： 在数值上，等于岩石在饱和状态下的极限抗压 强度和在风干状态下的极限抗压强度的比，用 小数表示。其值越小，表示岩石在水作用下的 强度和稳定性越差。软化系数小于0.75的岩石， 认为是软化性强的岩石，工程性质比较差。
• 1）第一变形阶段为图中OA段曲线，属于微裂隙压密阶段， 岩石中微裂隙在压力作用下逐渐被压密，岩石的应力—应 变曲线呈上凹形。
• 2）第二变形阶段为图中AB段曲线，属于弹性变形阶段， 岩石中微裂隙进一步闭合及压密，孔隙被压缩，因而岩石 的应力—应变曲线为曲型的直线形式。曲线上B点所对应
的应力e为弹性极限强度或比例极限。
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
包括孔隙)部分单位体积的重量。在数值上，等于岩石固体颗 粒的重量与同体积的水在4℃时重量的比。其大小，决定于岩
石中矿物的比重及其在岩石中的相对含量。
• （2）重度(容重, unit weight）：指岩石单位体积的重
量，在数值上等于岩石试件的总重量(包括孔隙中的水重)与 其总体积(包括孔隙体积)之比。其大小，决定于岩石中矿物 的比重，岩石的孔隙性及其含水情况。
工程地质ppt课件
第一章 工程地质
1
土的生成
由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震 等引起的物理力使岩体崩解、碎裂的过程
量
物理风化
搬运沉积
大小、 形状和 成分都 不相同 的松散 颗粒集 合体
岩石
土
化学风化
生物风化
量质
岩体与空气、水和各种水溶液相互作用使岩 石成分发生变化，形成粘粒和可溶盐的过程
由动物、植物和人类活动对岩体的破坏 称生物风化。
管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发 展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏
17
管涌现象的防治 （１）改变水力条件，降低水力梯度，如打板桩。（同流土）
（２）改变几何条件，在渗流逸出部位铺设反滤层是防止管涌 破坏的有效措施。
水位
回填中粗砂 砂垫层
加筋土工布
抛石棱体
设置反滤层，既可通畅水流，又起到保护土体、防止细粒流失而 产生渗透变形的作用。反滤层可由粒径不等的无粘性土组成，也 可由土工布代替，上图为某河堤基础加筋土工布反滤层
2
1.1 概述
地表的工程地质条件的优劣，直接影响建筑 物的地基与基础高计方案的类型，施工工期 的长短和工程投资的大小。
建筑场地的形成： （1）内力地质作用 （2）外力地质作用
3
地质年代： 太古代、元古代、古生代、中生代、新生代
（第四纪沉积层）
4
1.2 矿物与岩石
矿物的种类：原生、次生 矿物的主要物理性质：形态、颜色、光泽、
18
虑地下水历年最高水位。
11
1.5.4 地下水的运动 法国学者达西于1856年通过砂土 的渗透实验，发现地下水的运动 规律相互平行而不混流。
达西定律：在层流条件下，土中水渗流速度与能量（水头）损失之间的关系
1
土的生成
由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震 等引起的物理力使岩体崩解、碎裂的过程
量
物理风化
搬运沉积
大小、 形状和 成分都 不相同 的松散 颗粒集 合体
岩石
土
化学风化
生物风化
量质
岩体与空气、水和各种水溶液相互作用使岩 石成分发生变化，形成粘粒和可溶盐的过程
由动物、植物和人类活动对岩体的破坏 称生物风化。
管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发 展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏
17
管涌现象的防治 （１）改变水力条件，降低水力梯度，如打板桩。（同流土）
（２）改变几何条件，在渗流逸出部位铺设反滤层是防止管涌 破坏的有效措施。
水位
回填中粗砂 砂垫层
加筋土工布
抛石棱体
设置反滤层，既可通畅水流，又起到保护土体、防止细粒流失而 产生渗透变形的作用。反滤层可由粒径不等的无粘性土组成，也 可由土工布代替，上图为某河堤基础加筋土工布反滤层
2
1.1 概述
地表的工程地质条件的优劣，直接影响建筑 物的地基与基础高计方案的类型，施工工期 的长短和工程投资的大小。
建筑场地的形成： （1）内力地质作用 （2）外力地质作用
3
地质年代： 太古代、元古代、古生代、中生代、新生代
（第四纪沉积层）
4
1.2 矿物与岩石
矿物的种类：原生、次生 矿物的主要物理性质：形态、颜色、光泽、
18
虑地下水历年最高水位。
11
1.5.4 地下水的运动 法国学者达西于1856年通过砂土 的渗透实验，发现地下水的运动 规律相互平行而不混流。
达西定律：在层流条件下，土中水渗流速度与能量（水头）损失之间的关系
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
岩石及岩体的工程地质性质
括细微的裂隙 )的发育程度，对岩石的强度和 稳定性产生重要的影响。岩石的孔隙性用孔隙 度表示。孔隙度在数值上等于岩石中各种孔隙 （包括裂隙）的总体积与岩石总体积的比。用 百分数表示。
岩石的孔隙率的大小，主要决定于 岩石的 结构构造，同时也受风化作用、岩浆作用、构 造运动和变质作用的影响。
（3）吸水性 岩石的吸水性，反映岩石在一定条件下的吸
2.岩石的主要力学性质
岩石的力学性质是指岩石抵抗外力作用的 性能。岩石在外力作用下，首先发生变形，当 外力增加到某一数值时，岩石便开始破坏。所 以在研究岩石的力学性质时，既要考虑岩石的 变形特性，也要考虑岩石的强度特性。 （1）岩石的变形
岩石典型的应力～应变曲线岩石在外力作 用下产生变形，且其变形性质分为 弹性和塑性 两种。 根据曲率的变化，可将岩石变形过程划 分为四个阶段：
岩石和岩体过去统称岩石。实际上．从工程 地质观点看，岩石是矿物的集合体，没有显著软 弱面的石质材料，岩体则是岩石的地质综合体。 岩石的工程地质性质，是岩体的基础，岩体工程 地质性质，严格受其结构面的控制。
§4.1 岩石工程地质性质
就大多数的工程地质问题来看，岩石的工程 地质性质主要决定于岩体内部裂隙系统的性质及 其分布情况，但岩石本身的性质也起着重要的作 用。岩石的工程地质性质包括 物理性质和力学性 质二个主要方面。
形由压缩转变为膨胀。应力增加，裂隙进一步扩展，岩石局部破损，且破
损范围逐渐扩大形成员通的破裂面，导致岩石“破坏”。c点对应的应力
达到最大值，称为峰值强度或单轴极限抗压强度。
(4)峰值后阶段（图中c点之后） 岩石被环后，经过较大的变形，应力下
降到一定程度开始保持常数，d点对应的应力称为残余强度。
E
由于大多数岩石的变形具有不同程度的弹 性性质，且工程实践中建筑物所能作用于岩石 的压应力远远 低于单轴极限抗压强度。因此， 可在一定程度上将岩石看作 准弹性体，用弹性 参数表征其变形特征。
岩石的孔隙率的大小，主要决定于 岩石的 结构构造，同时也受风化作用、岩浆作用、构 造运动和变质作用的影响。
（3）吸水性 岩石的吸水性，反映岩石在一定条件下的吸
2.岩石的主要力学性质
岩石的力学性质是指岩石抵抗外力作用的 性能。岩石在外力作用下，首先发生变形，当 外力增加到某一数值时，岩石便开始破坏。所 以在研究岩石的力学性质时，既要考虑岩石的 变形特性，也要考虑岩石的强度特性。 （1）岩石的变形
岩石典型的应力～应变曲线岩石在外力作 用下产生变形，且其变形性质分为 弹性和塑性 两种。 根据曲率的变化，可将岩石变形过程划 分为四个阶段：
岩石和岩体过去统称岩石。实际上．从工程 地质观点看，岩石是矿物的集合体，没有显著软 弱面的石质材料，岩体则是岩石的地质综合体。 岩石的工程地质性质，是岩体的基础，岩体工程 地质性质，严格受其结构面的控制。
§4.1 岩石工程地质性质
就大多数的工程地质问题来看，岩石的工程 地质性质主要决定于岩体内部裂隙系统的性质及 其分布情况，但岩石本身的性质也起着重要的作 用。岩石的工程地质性质包括 物理性质和力学性 质二个主要方面。
形由压缩转变为膨胀。应力增加，裂隙进一步扩展，岩石局部破损，且破
损范围逐渐扩大形成员通的破裂面，导致岩石“破坏”。c点对应的应力
达到最大值，称为峰值强度或单轴极限抗压强度。
(4)峰值后阶段（图中c点之后） 岩石被环后，经过较大的变形，应力下
降到一定程度开始保持常数，d点对应的应力称为残余强度。
E
由于大多数岩石的变形具有不同程度的弹 性性质，且工程实践中建筑物所能作用于岩石 的压应力远远 低于单轴极限抗压强度。因此， 可在一定程度上将岩石看作 准弹性体，用弹性 参数表征其变形特征。
岩石的工程地质性质
➢ 断口：指非晶质矿物在受到外力打击作用后，破 裂面方向随机且极不平整光滑的性质。
➢ 裂开的不平整也不光滑的面称为断口面。 ➢ 根据断口的形态特征，常见如下类型：
①贝壳状断口； ②平坦状断口； ③参差状断口； ④锯齿状断口； ⑤刀片状断口； ⑥阶梯状断口。 值得注意：解理和断口
的性质此消彼长。
7. 密度和重度
3. 光泽
➢ 矿物光泽是指矿物表面对可见光的反射能力。 它的强弱取决于矿物的折射率、吸收系数和反 射率。
➢ 在矿物学中，将矿物光泽按反射率大小分为三 个等级，即金属光泽、半金属光泽和非金属光 泽。 （1）金属光泽：如同金属抛光表面上的反射光， 闪耀夺目。 （2）半金属光泽：比新鲜金属抛光面略暗一些， 如同陈旧的金属器皿表面的反射光。 （3）非金属光泽：如同非金属抛光表面上的反 射光，光泽暗淡。它可再细分为金刚光泽和玻 璃光泽。常见特殊的非金属光泽包括珍珠光泽、 油脂光泽、丝绢光泽、蜡状光泽和土状光泽等
第二章 岩石及其工程地质性质
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。
4. 透明度
➢ 矿物透明度是指矿物透过可见光的能力，其大小可用 透射系数表示。
➢ 为了消除矿物厚度对透明度的影响，一般以0.03cm薄片 厚度作为参考标准。据此，矿物透明度可分为如下三个 等级：透明、半透明和不透明。
➢ 矿物颜色、条痕、光泽与透明度之间存在相互消长的关
系。
5. 硬度
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解主要硅酸盐、碳酸盐、氧化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，地球平率（）为，赤道附近稍微凸出，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；通常分为地壳、地幔和地核。
地壳是莫霍面以上固体地球的表层部分，平均厚度约为33km，大陆厚度较大，大洋地壳厚度较；地幔是莫霍面以下、古登堡面以上部分，厚度约2900km，是地球的部分，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，厚度为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根据地质作用的动力来源，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。
由地球内如地球的旋转能、重力能、放射性元素蜕变的热能等产生的地质应力所引起的地质作用即内动力作用，主要在地下深处进行，并可波及地表。
内动力地质作用包括：地壳运动、地震作用、岩浆和变质作用。
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，如太阳得能、日月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。
(2024年)《工程地质学》全册配套完整教学课件pptx
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岩石和土体物理力学性质
密度与重度
表示岩石和土体的质量分布特 征，影响工程荷载计算。
2024/3/26
孔隙率与孔隙比
反映岩石和土体的密实程度， 影响工程稳定性和渗透性。
含水量与饱和度
表示岩石和土体中水的含量及 状态，影响工程强度和稳定性 。
压缩性与抗剪强度
反映岩石和土体在受力作用下 的变形和破坏特性，是工程设
工程地质学定义
研究工程建设与地质环境相互作用关 系的科学。
研究对象
研究工程建设中遇到的各种地质问题 ，如地基稳定性、边坡稳定性、地下 洞室稳定性等。
4
工程地质学发展历史及现状
发展历史
工程地质学起源于19世纪末，随着 工程建设规模的扩大和地质环境问题 的日益突出，逐渐发展成为一门独立 的学科。
现状
目前，工程地质学已经成为土木工程 、水利工程、交通工程等工程建设领 域的重要基础学科，为保障工程建设 的安全和经济性发挥着重要作用。
工程地质勘探
包括工程地球物理勘探、钻探和坑探工程等内容
2024/3/26
实验室或现场试验
获得工程地质设计和施工参数，定量评价工程地质条件和工程地质问 题的手段
长期观测
用专门的观测仪器对建筑区不良的地质因素进行长时期的重复测量的 工作
25
工程地质评价原则和方法探讨
区域稳定性评价
场地内岩土体的稳定性，区域环境稳 定性，区域地壳稳定性
生物措施
对于规模较大、危害严重的不良地质现象，可以采取 搬迁避让的措施来保障人民生命财产安全。
避让措施
通过植树造林、种草等生物措施来保持水土，改善生 态环境，减少水土流失和滑坡、泥石流等灾害的发生 。
2024/3/26
岩石和土体物理力学性质
密度与重度
表示岩石和土体的质量分布特 征，影响工程荷载计算。
2024/3/26
孔隙率与孔隙比
反映岩石和土体的密实程度， 影响工程稳定性和渗透性。
含水量与饱和度
表示岩石和土体中水的含量及 状态，影响工程强度和稳定性 。
压缩性与抗剪强度
反映岩石和土体在受力作用下 的变形和破坏特性，是工程设
工程地质学定义
研究工程建设与地质环境相互作用关 系的科学。
研究对象
研究工程建设中遇到的各种地质问题 ，如地基稳定性、边坡稳定性、地下 洞室稳定性等。
4
工程地质学发展历史及现状
发展历史
工程地质学起源于19世纪末，随着 工程建设规模的扩大和地质环境问题 的日益突出，逐渐发展成为一门独立 的学科。
现状
目前，工程地质学已经成为土木工程 、水利工程、交通工程等工程建设领 域的重要基础学科，为保障工程建设 的安全和经济性发挥着重要作用。
工程地质勘探
包括工程地球物理勘探、钻探和坑探工程等内容
2024/3/26
实验室或现场试验
获得工程地质设计和施工参数，定量评价工程地质条件和工程地质问 题的手段
长期观测
用专门的观测仪器对建筑区不良的地质因素进行长时期的重复测量的 工作
25
工程地质评价原则和方法探讨
区域稳定性评价
场地内岩土体的稳定性，区域环境稳 定性，区域地壳稳定性
生物措施
对于规模较大、危害严重的不良地质现象，可以采取 搬迁避让的措施来保障人民生命财产安全。
避让措施
通过植树造林、种草等生物措施来保持水土，改善生 态环境，减少水土流失和滑坡、泥石流等灾害的发生 。
2024/3/26
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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
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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
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石林（石灰岩溶蚀地貌）
图片来自
2020年9月28日
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2020年9月28日
石灰岩溶蚀地貌 (Malham Cove, UK)
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图片来自
2020年9月28日
石灰岩溶洞（图片来自）
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石 灰 岩 溶 蚀 地 貌
象 鼻 山
---
2020年9月28日
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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
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(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。
造岩矿物在地表风化条件下的化学稳定性
2020年9月28日
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沉积岩的两种主要成分：石英和粘土矿物。
石英的化学稳定性最强； 粘土矿物在化学风化的条件下稳定性也较好，但是容易受 地下水的作用而软化，易发生物理风化。 沉积岩的组成成分，为地表风化产物，大部分具有较好的 抗化学风化能力。
岩浆岩，大部分为不稳定的硅酸盐矿物。在化学风化条件 下，易于被分解破坏。
2020年9月28日
6
玄武岩的原生柱状裂隙
Giant's Causeway, Northern Ireland.
National Park, California,USA
2020年9月28日
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沉 积 岩 的
层 间 裂 隙
2020年9月28日
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岩体中的次生缝隙：
✓地壳运动在岩体中形成的构造裂隙；
软化系数Kr < 0.75者，属于软化岩石。
岩石的软化性，决定于岩石的矿物成分。 亲水矿物：粘土矿物（高岭石等）、绿泥石、滑石、云母。 易于遇水软化的岩石：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，等。 几乎所有的软质岩石都是易于软化的。
2020年9月28日
12
常见种类岩石的软化系数范围
岩石的肉眼鉴定特征：结构、成分、构造。
岩石的工程地质性质主要表现在：
1. 力学性质 2. 水理性质(透水性和抗水性) 3. 抗风化能力
2020年9月28日
2
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
泥质岩的成分 粘土矿物高岭石等。
化学岩的成分 方解石、白云石、 SiO2等。
力学性质、水理性质差异很大， 除泥质岩外，抗风化能通常都较强。
2020年9月28日
23
碎屑岩的工程地质性质
工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分对其强度影响 显著： 硅质胶结者，强度较高、抗风能力强、透水性低、抗水性 好，钙质胶结的次之，泥质胶结的最差。 火山碎屑岩中的凝灰岩，强度低，为软弱岩；遇水软化。
2020年9月28日
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浅成岩和喷出岩
力学强度高，一般不透水，不软化。具有气孔构造、流纹 构造及发育有原生裂隙的岩浆岩，会增加透水性。抗风化 能力较深成岩强。
陆地出露最广的岩浆岩依次是：花岗(闪长)岩、玄武岩、 安山岩。
2020年9月28日
22
(2) 沉积岩的工程地质性质
碎屑岩的成分 碎屑：石英，长石、岩石碎屑； 胶结物：硅质( SiO2) 、钙质(CaCO3)、泥质(高岭石等)、 铁质(Fe2O3)。
✓外动力地质作用形成，风化裂隙、溶蚀裂隙（溶洞）和 裂隙卸荷。
构造裂隙
2020年9月28日
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石灰20岩20年溶9月蚀28日裂隙
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卸 荷 裂 隙
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(2) 软化性：岩石浸水后强度会有所降低。岩石的软化性用 软化系数描述。
岩石的软化系数Kr = 饱和单轴抗压强度/干单轴抗压强度
第五节 岩石的工程地质性质
2020年9月28日
1
一、矿物岩石的鉴定特征和工程地质性质
12种造岩矿物：滑石、高岭石、绿泥石、黑云母、白云母、 方解石、白云石、角闪石、辉石、正长石、斜长石、石英。
矿物的肉眼鉴定特征：颜色、形态、硬度、解理、光泽、 盐酸反应等。
三大岩类：岩浆岩12种、沉积岩10种、变质岩8种。
上述软质岩类如果含有硅质成分，强度将显著提高。
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常见岩石的饱和抗压强度范围
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三、岩石的水理性质: 透水性和抗水性(软化性，溶解性)
(1)透水性：主要决定于岩石岩体的空隙性。 岩体中的缝隙，有原生的和次生的。
岩体中的原生缝隙： ✓岩浆岩（以玄武岩为代表）的气孔构造； ✓某些碎屑沉积岩（如接触式胶结的砂岩）中的孔隙； ✓玄武岩的原生柱状裂隙； ✓沉积岩的原生层间裂隙。
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。
2020年9月28日
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沉积岩都具有层理构造： 岩体力学性质，各向异性。 层理面，往往是力学薄弱面和透水界面。
泥质岩的工程地质性质
易风化，强度低，在外荷载作用下变形大，遇水易软化和 泥化。泥质岩的天然边坡稳定性差。
透水性小，可成为天然的隔水防渗层。
2020年9月28日
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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。