第二讲 岩土体的工程性质
岩土工程技术导论 第二讲 基础理论2_1工程地质学
第二讲 岩土工程技术导论 基础理论 1 工程地质学
主要内容 1.1 基本概念 1.2 岩石与土 1.3 地质构造 1.4 地下水 1.5 不良地质灾害 1.6 工程地质勘察
第二讲 岩土工程技术导论 基础理论 1 工程地质学
1.1 基本概念
q地质学－是关于地球的科学，研究对象主要是固体
地球的上层。
体的总体。
第二讲 岩土工程技术导论 基础理论 1 工程地质学
第二讲 岩土工程技术导论 基础理论 1 工程地质学
第二讲 岩土工程技术导论 基础理论 1 工程地质学
第二讲 岩土工程技术导论 基础理论 1 工程地质学
1 工程地质学
主要内容
P 1.1 基本概念 P 1.2 岩石与土
1.3 地质构造 1.4 地下水 1.5 不良地质灾害 1.6 工程地质勘察
祖母绿
黄水晶
孔雀石
蓝宝石
水晶
海蓝宝石
第二讲 岩土工程技术导论 基础理论 1 工程地质学
猫眼石
羊脂玉
玛瑙
翡翠
绿松石
第二讲 岩土工程技术导论 基础理论 1 工程地质学
q岩体=岩石＋软弱结构面
Ø指包括各种地质界面，如层面、层理、节理、断层、 软弱夹层等结构面的单一或多种岩石构成的地质体。
Ø被各种结构面所切割，由大小不同、形状不一的岩块 （即结构体）所组合而成。 Ø是指某一地点一种或多种岩石中的各种结构面、结构
第二讲 岩土工程技术导论 基础理论 1 工程地质学
C．变质作用：指构造运动与岩浆作用过程中，原 有岩石受温度、压力和化学性质活 泼的流体作用，在固体状态下发生 物质成分和特征的改变，转变成新 的岩石，即变质岩的形成过程。
D．地震：接近地球表面岩层中构造运动以弹性波 形式释放应变能而引起地壳的快速颤动 和震动。
隧道工程第二章-围岩分级
可采用定性划分和定量指标两种方法确定。
隧道工程
36
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素 1 岩石坚硬程度 将岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类按岩性、 物理力学参数、耐风化能力划分为硬质岩和软质 岩两大类。然后根据单轴饱和极限抗压强度再分 为5级，即极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极 软岩。
隧道工程
16
岩体的基本工程性质
（三）力学性质
试件尺寸(cm):15×15×30
3 裂隙岩体的强度性质 试件强度(MPa):32.8~34.6
表中数值为试件的强度 与岩石试件强度的比值
结构面强度：c=0.11MPa;φ=38
隧道工程
17
围岩分级概述
围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分 布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产 生影响的那部分岩体（这里所指的岩体是土体与 岩体的总称）。 依据各种围岩的物理性质之间存在的内在联
隧道工程
26
围岩的分级方法
（二）以岩石强度或岩石的物性指标为代表 的分级方法 1 以岩石强度为基础的分级方法
该方法单纯以岩石的强度为分级依据。该方法认
为：坑道开挖后，它的稳定性主要取决于岩石的
强度。岩石愈坚硬，坑道愈稳定；反之岩石愈松
软，坑道的稳定性就愈差。该法不全面！
隧道工程
27
围岩的分级方法
节理较发育、节理发育、节理很发育4级。 按照岩体风化程度的不同将围岩分为：风化轻 微、较重、严重、极严重4级。
隧道工程
40
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素
围岩完整程度
指标1：结构面发育程度 指标2：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别，见下表：
《岩体力学》第六章岩体的力学性质
图6.1 岩体的压力--变形曲线第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质包括岩体的变形性质、强度性质、动力学性质和水力学性质等方面。
岩体在外力作用下的力学属性表现出非均质性、非连续、各向异性和非弹性。
岩体的力学性质取决于两个方面： 1）受力条件；2）岩体的地质特征及其赋存环境条件。
其中地质特征包括岩石材料性质、结构面的发育情况及性质（影响岩体的力学性质不同于岩块的本质原因）；赋存环境条件包括天然应力和地下水。
第一节 岩体的变形性质一、 岩体变形试验及其变形参数确定变形参数包括变形模量和弹性模量。
按静力法得到静E ，动力法得到动E 。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧法波地震声波法动力法轴压缩试验法双单水压洞室法钻孔变形法扁千斤顶法狭缝法承压板法静力法按原理和方法分原位岩体变形试验)()()( )(1．承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 各级压力P －W （岩体变形值）曲线 按布西涅斯克公式计算岩体的变形模量E m （Mpa ）和弹性模量E me （Mpa ）。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=e m mem m W W PD E W W PD E )1()1(22μμ式中：P —承压板单位面积上的压力（Mpa ）； D —承压板的直径或边长（cm ）；W，W e—为相应P下的总变形和弹性变形；ω—与承压板形状、刚度有关系数，圆形板ω=0.785，方形板ω=0.886。
μm—岩体的泊松比。
★定义：岩体变形模量（E m）：岩体在无侧限受压条件下的应力与总应变之比值。
岩体弹性模量（E me）：岩体在无侧限受压条件下的应力与弹性应变之比值。
图6.2 钻孔变形试验装置示意图②可以在地下水位以下笔图6.3 狭缝法试验装置如图6.3所示。
二、岩体变形参数估算现场原位试验费用昂贵，周期长，一般只在重要的或大型工程中进行，因此，岩体变形参数的很多情况下必须进行估算。
两种方法：① 现场地质调查→建立适当的岩体地质力学模型→室内小试件试验资料→进行估算； ② 岩体质量评价和大量试验资料→建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系→进行估算。
第3讲第一章第一节岩体的特征(二)
〔二〕岩体结构特征1．结构体特征结构面可将岩体切割成不同形状和大小的结构体。
根据其外形特征可大致归纳为柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种根本形态。
当岩体发生强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞片状等结构体。
结构体的形状与岩层产状之间有一定的关系，如平缓产状的层状岩体中，常将岩体切割成方块体、三角形柱体等。
在陡立的岩层地区，往往形成块体、锥形体和各种柱体。
2．岩体结构类型二、岩体的力学特性【2022】5.建筑物结构设计对岩石地基主要关心的是〔〕A．岩体的弹性模量B．岩体的结构C．岩石的抗拉强度D．岩石的抗剪强度答案：A分析：就大多数岩体而言，一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值。
因此，设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。
岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。
由于岩体中发育有各种结构面，所以岩体的弹塑性变形较岩石更为显著。
【2022】4结构面结合力较差的工程地基岩体的工程特性是〔D〕。
A.沿层面方向的抗剪强度高于垂直层面方向B.沿层面方向有错动比有软弱夹层的工程地质性质差C.结构面倾向坡外比倾向坡里的工程地质性质好D.沿层面方向的抗剪强度低于垂直层面方向【2022】5工程岩体沿某一结构面产生整体滑动时，其岩体强度完全受控于〔A〕。
A.结构面强度B.节理的密集性C.母岩的岩性D.层间错动幅度二、岩体的工程地质性质(一)岩石的工程地质性质1、岩石的物理力学性质【2022】2关于地基岩石软化性的说法，正确的选项是〔C 〕。
A.软化系数>0.25，工程性质良好B.软化系数<0.25，工程性质良好C.软化系数<0.75工程性质良好D.软化系数>0.75工程性质良好(2)岩石主要力学性质2．岩石的分级鉴于土和岩石的物理力学性质和开挖施工的难度，由松软至坚实共分为16级，分别以I-XⅥ表示，其中I～Ⅳ的4级为土，V～XⅥ的12级为岩石。
土分为一、二、三、四类，岩石分为松石、次坚石、普坚石、特坚石四类。
工程地质基础—地下水
孔隙
岩石中的各种空隙 1.分选良好，排列疏松 的砂；2.分选良好，排 列紧密的砂
3.分选不良的，含泥、 砂的砾石；4.经过部分 胶结的砂岩
5.具有结构性孔隙的 粘土
6.经过压密的粘土
7.具有裂隙的岩石
8.具有溶隙及溶穴的可 溶岩
影响孔隙度大小的因素主要有：
颗粒排列方式 分选程度 胶结充填程度 结构及次生孔隙 分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大； 反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。
3.地貌条件：在不同的地貌部位对地下水的形成关系密切。 一般在平原、山前区易于储存地下水，形成良好的含水层； 在山区一般很难储存大量的地下水。
4.人为因素：大量抽取地下水，会引起地下水位大幅下降； 修建水库，可促使地下水位上升。
(2)水循环的类型 根据水分循环的路径和规模，可分为两种：
◆大循环——海陆之间的水分交换过程，也称为海 陆间循环。 ◆小循环——水仅在海洋或陆地内完成的循环过程。
潜水与地表水补给的关系
(a) 潜水补给河流 (b)河流补给潜水
(c)单侧补给
潜水与地表水之间的关系
练习题一
1.某地区潜水等水位线图见下图。试确定
①河水与潜水之间的补排关系；
②A、B两点间的平均水力坡降
（A、B两点距离近似为60m）
③若在C点处凿井，多深可见
潜水面？
承压水
充满两个隔水层之间的含水层中的重力水。 含水层分区：补给区、承压区、排泄区、自流区、隔水顶板、隔水底板
H2S ： 一般存在于深部地下水中，在微生物作用下由硫 酸盐还原而形成。局部浅层地下水含有较多的H2S，并呈酸 性，对混凝土具有侵蚀性。
CO2 ：主要来源于土壤中有机质氧化产生的CO2，还有大 气中的CO2。深层地下水的CO2含量较高。含CO2较高的地下 水具有侵蚀性，能腐蚀混凝土。
岩土工程概论(1土的工程性质学生用)
sat d '
sat d '
课程
物理性质指标间的换算
常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过 换算可以求出其余的六个。
e 1+e 1
Air Water Soil
Vv V Vs
Vv e Vs
体积
课程
物理性质指标间的换算 （一）孔隙比与孔隙率的关系
以上三种结构中，以密实的单粒结构工程性质最好。
课程
三、土的构造
土 的 不 均 匀 性
土的成层性-层理特征-层理构造 土的裂隙性-裂隙构造
分散构造-厚度大的粗粒土-性质相近、分布均匀
课程
四、土的物理性质
可分为两类： 一类是必须通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比 重，称为直接指标或土的基本物理指标； 另一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱 和度等，称为间接指标。
sat
'
ms w Vv V ms Vs w V
sat sat g
S r 1.0 S r 1.0 S r 0.0
' 'g
d d g
干密度
ms d V
V 1 e
V Gs w (1 w)
Vv e
W m g g V V
式中：W——土的重量，单位为kN；
g——重力加速度。
课程
（二）土粒比重Gs 土粒比重定义为土粒的质量（或重量）与同体积4℃时纯水的质量 （或重量）之比（无因次），其表达式为：
Gs
或
Vs w 4℃
ms
＝
w 4℃
s
ms
土力学-2 土的性质及工程分类
级配良好
二、土的液相 土中水处于不同位臵和温度条件下，可具有不同的物 理状态——固态、液态、气态。液态水是土中孔隙水的主 要存在状态，因其受土粒表面双电层影响程度的不同可分 为结合水、毛细水、重力水。后两者也称为非结合水（自 由水）。
水 的 类 型 结 合 水 非 结 合 水 毛 细 水 重 力 水 主要作用力 物理化学力 表面张力和重力 重 力
测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量， 然后放在烘箱中，在100℃～105℃常温下烘干，称得干 土质量，按前式可算得。
二、间接换算得物理性质指标
（一）土的孔隙比e 定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表 示，其表达式为：
（二）土的孔隙率n
Vv e Vs
定义：土中孔隙Biblioteka 体积与土的总体积之比，或单位体 积内孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：
Vv n 100 % V
（三）土的饱和度Sr 定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表 示，其表达式为：
Vw S r 100% Vv
描述土体中孔隙被水充满的程度。干土为0；湿土为100%。
（四）干密度ρd与干重度γd 土的干密度：单位体积内土粒的质量，表达式：
ms d V
Vv e n V 1 e
或
孔隙
e 1+e
土粒
1
n e 1 n
三相示意图
（二）干密度与湿密度和含水量的关系 设土体的体积V为1，则ρd = ms /V，土体内土粒的质 量ms为ρd，由w= mw / ms水的质量mw为w ρd。
m d w d d (1 w) V 1
三、土中气 与大气相通 压缩性高；
土中的气体
第4章+岩土体的工程地质特性(4)
2、土粒粒组
砂
3、土的颗粒级配
工程上常用土粒的不均匀系数来定量判断土的级配好坏。 不均匀系数Cu可表示如下：（颗粒级配累积曲线上找点计算）
Cu
d 60 d10
式中：d60称为限定粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒 相对累积含量为60％时，该粒径即为d60； d10称为有效粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相 对累积含量为10％时，该粒径即为d10。 一般Cu<5的土为均粒土，属级配不良土；Cu>10的为级配良好 的土；Cu＝5~10的为级配一般的土。
4.2.3.土的各重度指标 土的各重度指标为土的各相应密度指标 与重力加速度的乘积。即： γ′=ρ′g 浮重度(也称土的有效重度) γd=ρdg 干重度 γ=ρg 天然重度 γsat=ρsatg， 饱和重度 单位都为kN/m3。工程实用上取重力加速度 g=l0m/s2，水的重度取10kN/m3。
（2）碎石土密实度的野外鉴定
(4)粉土的密实度应根据孔隙比e划分为：稍密、中密
和密实，
其湿度应根据含水量ω(%)分为：稍湿、湿、很湿，并
应分别符合表1-12及1-13的规定。
(5)粘性土为塑性指数IP＞10的土，可按表1-14规定分为粘土 和粉质粘土，其状可按3-15分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及 流塑。
(6)淤泥在静水或缓慢流水环境中沉积，并经生物化 学作用形成，是天然含水量大于液限、天然孔隙比 e≥1.5的粘性土。但1.0≤e＜1.5的土应为淤泥质土。
(7)人工填土据其组成的成因，分为素填土、杂填土 及冲填土。 素填土为由碎石土、砂土、粉土及粘性土等组成的 填土； 杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂 物的填土； 冲填土为水力冲填泥沙形成的填土。
岩土体的一些性质
�
工程建设四大程序: 工程建设四大程序: 勘察 设计 勘察主要内容包括: 勘察主要内容包括: (1)工程地质测绘与调查 (2)勘探 掘探,钻探,触探, 掘探,钻探,触探,物探 (3)测试 室内试验及原位测试 (4)长期观测 建筑物的沉降变化 滑坡变形发展 地下水位动态变化 施工 检测
其中2 10为作业题 为作业题) 思考题 (其中2-3,2-5,2-7,2-10为作业题) 土体可分为哪几大粒组?砂土又可细分为几类? 2-1 土体可分为哪几大粒组?砂土又可细分为几类? 粘土又可细分为几类? 粘土又可细分为几类? 粘性土及无粘性土的分类标准各是什么? 2-2 粘性土及无粘性土的分类标准各是什么?为什 么? 岩体的弹性模量和变形模量间的区别是什么? 2-3 岩体的弹性模量和变形模量间的区别是什么? 什么是土体的压缩模量? 2-4 什么是土体的压缩模量? 粘性土及无粘性土的主要特征各是什么? 2-5 粘性土及无粘性土的主要特征各是什么? 2-6 试验室内用岩块试件测得的岩石强度为什么不 能视为现场岩体强度? 能视为现场岩体强度? 工程岩体按结构可分为哪几类? 2-7 工程岩体按结构可分为哪几类?各相应有怎样 的完整程度? 的完整程度? 2-8 影响土体工程性质的因素有哪些? 影响土体工程性质的因素有哪些? 岩土体有哪些重要的力学指标? 2-9 岩土体有哪些重要的力学指标? 岩土工程勘察主要包括哪些内容? 2-10 岩土工程勘察主要包括哪些内容?
粉土
粘性土
2.4 土体工程性质的影响因素
(1)粒度组成 (2)密实度 (3)粘性土的稠度 (4)粘性土的结构性 应力历史, (5)应力历史,环境及应力路径
2.5 工程岩体分类
岩体三要素:岩体结构,岩性, 岩体三要素:岩体结构,岩性,地应力 结构类型分 2.5.1 按结构类型分 2.5.2 按完整程度分 完整程度分 5大类 5大类
第2章 土的性质及工程分类-2
标准灌入试验装置
1.标准灌入试验：击锤 63.5kg，落距 76cm，贯入深度30cm；适用于砂土、饱和砂土 2.轻型触探试验：击锤 10 kg，落距 50cm，贯入深度30cm；适用于粘土、粉土、素填土
3.重型触探试验：击锤 63.5 kg，落距 76cm，贯入深度10cm；适用于碎石土和卵石土
标准贯入击数
定义: 63.5kg重锤，760mm落距下落，将标准 贯入器击入土中，累计深度达300mm时需要的锤 击数,记做N63.5。 提示: 反映了贯入的难易程度，从而反映了贯 入阻力的大小。 而贯入阻力主要取决于土的密实度，因而采用 该参数可有效地衡量现场土层中无粘性土的密 实度。 特点：依据统一的试验规程，采用标准贯入试 验设备，测定的参数值具有可比性，因而广泛 应用于工程勘探。 标准：见铁道规范，建筑地基基础设计规范。
【解答】 砂土在天然状态下的孔隙比
e
1
砂土最小孔隙比
d max
m s1 1.62g / cm3 V
砂土最大孔隙比
d min
emax
emin
d max
d s w
1 0.67
ms 2 1.45 g / cm 3 V d s w 1 0.86
水力梯度，即沿渗流方向 单位距离的水头损失
二、达西定律适用范围与起始水力坡降
达西定律
讨论：
砂土的渗透速度与水 力梯度呈线性关系
v ki
v v=ki O
密实的粘土，需要克 服结合水的粘滞阻力 后才能发生渗透;同 时渗透系数与水力坡 降的规律还偏离达西 定律而呈非线性关系
砂土
v
i 虚直线简化
岩土层工程性质特征
各层岩土工程性质在勘察深度范围内场地地基土主要由第四系人工填土层、第四系冲积层、残积层和基岩风化带组成。
各土层评价如下：（1）1-1层素填土，呈松散~稍密状，以回填的粘性土、混砂为主，含碎石少许，工程性质较差，承载力较低，基坑开挖时易坍塌，应采用放坡开挖或先支护再开挖。
未经处理，在上部较大荷载长期作用及地下水位大幅下降的情况下易产生沉降及不均匀沉降。
（2）2-1层粉质粘土，可塑状为主，标贯击数N在5～16击之间，工程性质一般，不宜作建筑物浅基础持力层。
（3）2-2层砾砂，稍密~中密状，局部松散，标贯击数N在8～19击之间，工程性质一般，具中等压缩性，由于其具有强透水性，富水量大，基坑开挖前应采取止水帷幕止水并排水措施，不能作为桩基础桩端持力层，且桩基成孔施工中应注意涌水和塌壁现象。
（4）2-3层粉质粘土，可塑状、局部软塑状，标贯击数N在4～7击之间，工程性质一般，不能作为建筑物浅基础持力层，地面荷载较大时，易发生不均匀沉降，基坑开挖及桩基成孔施工易发生塌孔或缩孔现象。
（5）2-4层砾砂，中密状，标贯击数N在15～23击之间，工程性质较好，具中等压缩性，由于其具有强透水性，富水量大，基坑开挖前应采取止水帷幕止水并排水措施，不能作为桩基础桩端持力层，且桩基成孔施工中应注意涌水和塌壁现象。
（6）3层粉质粘土，可塑～硬塑状，厚度变化大，具中等～高压缩性，标贯击数N在10～20击之间，工程性质一般，承载力尚可，全场均有分布，可作为建筑物天然基础持力层，但应考虑基础处于不同层位的土体变形沉降问题。
（7）4-1层全风化黑云母花岗岩，全场地分布，顶面埋深14.30～19.70m，相对起伏较大，力学性能相对较好，作桩端持力层时承载力偏低；（8）4-2层强风化黑云母花岗岩，全场地分布，顶面埋深16.50～26.50 m，相对起伏较大，力学性能相对较好，可根据设计要求选作预应力管桩基础持力层；（9）4-3层中风化黑云母花岗岩工程性质良好，承载力较高，顶面埋深18.20～36.00 m，埋藏较深，为拟建建筑物桩基础良好的持力层。
岩土工程性质
第四章岩土体工程性质一、名词解释(6)1．岩石风化作用p74岩石形成后，地表附近的完整岩石，会在温度、水溶液、气体及生物等自然因素作用下，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，这个过程称为岩石风化作用。
2．物理风化作用p74岩石在自然因素作用下发生机械破碎，而无明显成分改变的风化作用称物理风化作用，又称机械风化作用。
3．化学风化作用p74岩石在自然因素作用下发生化学成分改变，从而导致岩石破坏为化学风化作用。
4．生物风化作用p75岩石风化过程有生物活动的参与称生物风化，如岩石裂隙中生长的树，随着树的生长，根系发育延伸，岩石被劈裂，即属生物物理风化；岩石表面生长的地衣分泌有机酸腐蚀岩石，使其分解，即属生物化学风化。
5．风化程度p76岩石风化后工程性质改变的程度。
6．饱和重度p77天然状态下，单位体积岩石土中包括固体颗粒、一定的水和孔（裂）隙三部分，若水把所有孔隙充满，则为岩土的饱和重度。
7．岩石吸水率p79在常压条件下，岩石浸入水中充分吸水，被吸收的水质量与干燥岩石质量之比为吸水率。
8．液性指数p82黏性土的天然含水率和塑限的差值与塑性指数之比。
9．弹性模量p85岩石的弹性模量是变形曲线弹性段（直线段）的斜率。
10．岩体p86岩体通常是指由各种岩石块体和不连续面组合而成的“结构物”。
11．结构面P87岩体被不连续界面分割，这些不连续界面被称为岩体的结构面。
二、单选(22)1．冰劈作用是（）。
p74A．物理风化 B．生物风化 C．化学风化 D．差异风化2．因强烈蒸发使地下水浓缩结晶，导致岩石裂缝被结晶力扩大，叫做（）。
P74 A．热胀冷缩作用B．盐类结晶作用 C．冰劈作用 D．碳酸化作用3．黄铁矿在空气或水中生成褐铁矿，在化学风化中应属于（）。
P75 A．溶解作用 B．水化作用C．氧化作用 D．碳酸化作用4．硬石膏转变成石膏体积增大倍，使岩石破坏，在化学风化中应属于（）。
P75 A．溶解作用B．水化作用 C．氧化作用 D．碳酸化作用5．生物物理风化的主要类型是（）。
工程地质学_第6章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类
2、结构体特征及性质
(1)特征 可用其规模、形态及其产状进行描述 a.按不同级别结构面对岩岩体的切割，可将结构体划分为 4级。 Ⅰ级结构体——地质体或称断块体 Ⅱ级结构体——岩块 Ⅲ级结构体——块体 Ⅳ级结构体——山体
b.基本形状有柱状、块状、板状、楔形、锥形、菱形等。一般 来说其稳定程度，板状结构体比柱状、块状的差。而楔状的比 菱形及锥状的差. c.产状一般用结构体表面上最大结构面的长轴方向表示，平卧 的板状结构体比竖直的板状结构体对岩体稳定性的影响要大— 些.
变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路 堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对 工程及地下洞体稳定也有影响
对岩体稳定影响很大．在上述许 多岩体破坏过程中．大都有构造结 构面的配合作用．此外常造成边坡 及地下工程的塌方、冒顶
在天然及人工边坡上造成危害， 有时对坝基，坝肩及浅埋隧洞等工 程亦有影响，但一般在施工中予以 清基处理
侧壁的起伏程度
结构面粗糙
结构面的粗糙度可用粗糙度系数(JRC)表示: 它可以
增加结构面的摩擦角．进而提高了岩体的强度。据结构面 的粗糙程度可将粗糙度系数（JRC）分为10级。在实际工作 中，可用剖面仪测出所研究结构面的粗糙剖面、然后与标 准剖面进行比较，即可求得结构面的粗糙度系数(JRC).
e. 结构面的张开度
层状结构 （Ⅱ1）
与围岩接触面可具 接触面延伸较 熔合及破坏两种不 远，比较稳定而 同的特征。原生节 原生节理往往短 理一般为张裂面， 小密集 较粗糙不平 结构面光滑平 片理短小，分布 直．片理在岩层深 变质 1.片理 产状与岩层或 极密．片岩软弱 部往往闭合成隐蔽 构造方向一致 夹层延展较远， 结构面，片岩、软 结构面 2.片岩软 弱夹层 具固定层次 弱夹层、岩片状矿 物．呈鳞片状 张性断裂不平整， 1.节理（X型节理， 张性断裂较短小, 常具次生充填．呈 张节理） 产状与构造线 剪切断裂延展较 锯齿状，剪切断裂 2.断层（正断层，逆 呈一定关系， 远，压性断裂规 较平直．具羽状裂 构造结构面 断层，走滑断层） 层间带动与岩 模巨大．但有时 晾，压性断层具多 3.层间错动带 层一致 为横断层切割成 种构造岩，成带状 4.羽状裂隙劈理 不连续状 分布，往往含断层 泥、糜棱岩 1.卸荷裂隙 2.风化裂隙 次生结构面 3.风化夹层 4.泥化夹层 5.次生夹泥 分布上往往呈不 连续状，透镜 受地形及原结 一般为泥质物充 体，延展性差， 构面控制 填，水理性质很差 且主要在地表风 化带内发育
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4章 土工程性质 2
（2）次生 SiO2（胶态、准胶态 SiO2 ）
（3）倍半氧化物（如游离态的 Al2O3 和 Fe2O3）
不溶于水的次生矿物常呈胶态或准胶态，具有很高的表面能、亲水性及一系列特殊
性质，对土的工程地质性质影响十分显著。
粘土矿物——晶体结构
粘土矿物 是指具有片状或链状结晶格架的铝硅酸盐。
现已查明，粘土矿物的晶体结构主要由两个基本结构单元——硅氧四面体和氢氧化
思考题
（1）土中四类矿物成分对土的工程地质性质有何影响？ （2）无粘性土和粘性在矿物组成、结构、构造上有何不同？
粗粒 土变形稳定需要很短时间 与大气相连通的气体 与大气相隔离的气体
1. 土的结构 ——指土颗粒本身的特点和颗粒问相互关系的综合特征。 （1）土颗粒本身的特点：土颗粒大小、形状和摩圆度及表面性质（粗糙度）等。 （2）土颗粒之间的相互关系特点：粒间排列及其连结性质。
土的结构类型
蜂窝状结构 ——由较粗粘粒和粉粒的单个颗粒之间以面一点、边一点或边一边受异性电引力和分子
完善。 缺点：天然孔隙比难以获取，且 emax,emin
的测定受人为的影响较大。
Dr
emax e emax emin
松散
稍密
中密
密实
0.2
0.33
0.67
幻灯片 32 （2） 粘性土的软硬程度
固态 半固态 可塑态 流塑、流动态 界限含水量: 缩限 ws 塑限 wp 液限 wL
粘性土的状态可用液性指数来判别。
（1）碎石土～粒径大于 2mm 的颗粒超过全重 50%土。
（2）砂土～粒径大于 2mm 的颗粒不超过全重 50%，且粒径
大于 0.075mm 的颗粒超过全重 50%的土。
（3）粉土～粒径大于 0.075mm 的颗粒不超过全重 50%，且 IP 小于等于 10 的土。可细分为砂质粉土和粘质粉
工程地质课后试题1-8标准答案
工程地质课后试题1-8标准答案1、为了正确评价建筑场区的工程地质条件，提供建筑物设计、施工和使用所需的地质资料，需要进行工程地质勘察。
因此，答案是“对”。
2、土体结构是指土壤中结构面的形态、性质、产状、规模和组合关系，包括层面、不整合面、断层面、层间错动、节理面等。
因此，答案是“对”。
3、地基稳定性问题是工业与民用建筑工程中常见的主要工程地质问题，包括强度和变形两个方面。
因此，答案是“对”。
4、地应力是指存在于地壳中未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。
因此，答案是“对”。
5、岩土工程性质的研究包括岩体和土体的工程地质性质及其形成变化规律、各项参数的测试技术和方法、岩土体的类型和分布规律，以及对其不良性质进行改善等。
因此，答案是“对”。
6、工程地质学在经济建设和国防建设中应用广泛。
因此，答案是“对”。
7、工程地质学是地质学的一个分支，研究与工程有关的地质条件和问题，属于应用地质学的范畴，是一门实用性很强的学科，解决地质条件与工程活动之间的矛盾。
因此，答案是“对”。
8、工程地质工作的基本任务是查明工程地质条件，中心任务是分析与评价工程地质问题，对可能遇到或引起的各种工程地质问题作出预测和确切评价，从地质方面保证工程建设的技术可行性、经济合理性和安全可靠性。
因此，答案是“对”。
9、工程地质评价是指综合考虑对工程建筑的利用和改造有影响的地质因素，对工程活动的地质环境进行评价。
因此，答案是“错”。
1、正确答案是“代”，不属于地层年代单位。
2、正确答案是“地幔是莫霍面以下固体地球的表层部分，平均厚度约为33km”，地幔不在莫霍面以上。
3、正确答案是“岩浆岩的产状是反映岩体空间位置与围岩的相互关系及其形态特征”，岩浆岩的产状不包括围岩。
4、正确答案是“沉积作用”，属于外力作用。
5、正确答案是“沉积岩是地壳表面分布最广泛的一种层状岩石”，不是最少的一种。
6、正确答案是“大气圈”，属于地球的外圈。
土的物理性质及工程分类
第1章土的物理性质及工程分类1.1 土的形成岩土体是地壳的物质组成。
岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。
它赋存于一定的地质环境之中，并随着地质环境的演化和地质作用的持续，仍在不断的变化着。
土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。
由于岩土材料组成的复杂性，其性质在许多方面不同于其它材料，具有其特有的多变性及复杂性。
以下就岩土的特性分别简述之。
1.2 土的组成1.1.1 土的结构与特性土是一种松散的颗粒堆积物。
它是由固体颗粒、液体和气体三部份组成。
土的固体颗粒一般由矿物质组成，有时含有胶结物和有机物，这一部分构成土的骨架。
土的液体部分是指水和溶解于水中的矿物质。
空气和其它气体构成土的气体部分。
土骨架间的孔隙相互连通，被液体和气体充满。
土的三相组成决定了土的物理力学性质。
1）土的固体颗粒土骨架对土的物理力学性质起决定性的作用。
分析研究土的状态，就要研究固体颗粒的状态指标，即粒径的大小及其级配、固体颗粒的矿物成分、固体颗粒的形状。
（1）固体颗粒的大小与粒径级配土中固体颗粒的大小及其含量，决定了土的物理力学性质。
颗粒的大小通常用粒径表示。
实际工程中常按粒径大小分组，粒径在某一范围之内的分为一组，称为粒组。
粒组不同其性质也不同。
常用的粒组有：砾石粒、砂粒、粉粒、粘粒、胶粒。
以砾石和砂粒为主要组成成分的土称为粗粒土。
以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒土。
土的工程分类见本章第三节。
各粒组的具体划分和粒径范围见表1-1。
土中各粒组的相对含量称土的粒径级配。
土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比，一般用百分比表示。
土的粒径级配直接影响土的性质，如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。
要确定各粒组的相对含量，需要将各粒组分离开，再分别称重。
这就是工程中常用的颗粒分析方法，实验室常用的有筛分法和密度计法。
筛分法适用粒径大于0.075mm的土。
利用一套孔径大小不同的标准筛子，将称过质量的干土过筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、岩土体的结构特征
岩土体的结构是指组成岩土体的内
部组合情况。
土的结构是指组成土的土粒大小、
形状、表面特征，土粒间的连结关 系和土粒的排列情况。
岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的
大小、形状、排列方式及微结构面
结构面组合关系的分析可用赤平投影、立体投影和三 角几何计算法等进行。
（2）岩体的结构类型
岩体结 构类型 岩体地质类型 主要 结构 形状 结构面发育情况 岩土工程特征 可能发生的岩土 工程问题 整体状 结构 块状 结构
均质，巨块状岩浆岩、 巨块 变质岩，巨厚层沉积 状 岩、正变质岩
厚层状沉积岩、正变 质岩、块状岩浆岩、 变质岩 多韵律的薄层及中厚 层状沉积岩、副变质 岩 块状 柱状 层状 板状 透镜 体
结构面产状
结构面的连续性
结构面的连续性反映结构面的贯通程
度。
线连续性系数：指沿结构面延伸方
向，结构面各段长度之和 (Σ a ) 与测线 a K 长度的比值。 a b
1
结构面密度
结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上 交切结构面的条数(条/m)。 间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻 结构面的平均距离。
工程地质评价
国内外较大的坝基滑动及滑坡很多 由此类结构面所造成的，如奥斯汀、 圣·弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏， 瓦依昂水库附近的巨大滑坡 一般不造成大规模的岩体破坏，但 有时与构造断裂配合，也可形成岩 体的滑移，如有的坝肩局部滑移 在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等 路堑边坡常见塌方。片岩夹层有时 对工程及地下洞体稳定也有影响 对岩体稳定影响很大，在上述许多 岩体破坏过程中，大都有构造结构 面的配合作用。此外常造成边坡及 地下工程的塌方、冒顶
整体状结构
块状结构
层状结构
碎裂状结构
散体状结构
（3）岩体结构控制论
具有一定结构的岩体，往往具有与之相对应的 力学属性。 工程实践表明，岩体的应力传播、变形破坏以 及岩体力学介质属性无不受控于岩体结构。岩 体结构对工程岩体控制作用主要表现在三方面： 即岩体的应力传播特征、岩体的变形与破坏特 征及工程岩体的稳定性。
以原生构造节理为主，多呈闭合型， 裂隙结构面间距大于1 5m，一般 整体性强度高，岩体稳定， 不超过1～2组，无危险结构面组成 可视为均质弹性各向同性体 的落石掉块 只具有少量贯穿性较好的节理裂隙， 整体强度较高，结构面互相 裂隙结构面间距0.7～1.5m。一般 牵制，岩体基本稳定，接近 为2～3组，有少量分离体 弹性各向同性体 有层理、片理、节理，常有层间错 动面 断层、断层破碎带、片理、层理及 层间结构面较发育，裂隙结构面间 距0.25~0.5m，一般在3组以上，由 许多分离体形成 断层破碎带交叉，构造及风化裂隙 密集，结构面及组合错综复杂，并 多充填粘性土，形成许多大小不一 的分离岩块 接近均一的各向异性体，其 变形及强度特征受层面及岩 层组合控制，可视为弹塑性 体，稳定性较差 完整性破坏较大，整体强度 很低，并受断裂等软弱结构 面控制，多呈弹塑性介质， 稳定性很差 完整性遭到极大破坏，稳定 性极差，岩体属性接近松散 体介质
岩体变形破坏方式
块状及层状结构岩体 块体滑移 薄层状结构岩体 弯曲倾倒 碎裂结构岩体 剪切破坏及塑性变形 松散及破碎结构岩体 塑性变形
c b a
d
四、岩土体的物理和水理性质
产状与构造线 呈一定关系， 层间错动与岩 层一致
受地形及原结 构面控制
一般为泥质物充填，水理性质 很差
在天然及人工边坡上造成危害，有 时对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程 亦有影响，但一般在施工中予以清 基处理
力学成因类型
张性结构面：由拉应力形成，
如羽毛状张裂面、纵张及横张破 裂面、岩浆岩中的冷凝节理等 特点：张开度大、连续性差、形 态不规则、面粗糙，起伏度大及 破碎带较宽,易被充填,常含水丰 富，导水性强
主
要
特
征
产状
一般与岩层产 状一致，为层 间结构面 岩脉受构造结 构面控制，而 原生节理受岩 体接触面控制 产状与岩层或 构造方向一致
分布
海相岩层中此类结 构面分布稳定，陆 相岩层中呈交错状， 易尖灭 接触面延伸较远， 比较稳定，而原生 节理往往短小密集
性质
层面、软弱夹层等结构面较为 平整；不整合面及沉积间断面 多由碎屑泥质物构成，且不平 整 与围岩接触面可具熔合及破碎 两种不同的特征，原生节理一 般为张裂面，较粗糙不平
不稳定结构体的 局部滑动或坍塌， 深埋洞室的岩爆
层状 结构
碎裂状 结构
构造影响严重的破碎 岩层 构造影响剧烈的断层 破碎带，强风化带， 全风化带
块状
散体状 结构
碎屑 状颗 粒状
不稳定结构体可 能产生滑塌，特 别是岩层的弯张 破坏及软弱岩层 的塑性变形 易引起规模较大 的岩体失稳，地 下水加剧岩体失 稳 易引起规模较大 的岩体失稳，地 下水加剧岩体失 稳
结构体：岩体中被结构面切割围限的岩
石块体。
（1）结构面的特征
地质成因类型
成 因 类 型
原生结构面 构造结构面
次生结构面
力学成因类型
张性结构面
剪性结构面
结构面类型及其特征
成因 类型
沉积 结构 面 岩浆 岩结 构面 变质 结构 面
地质类型
1层理层面 2软弱夹层 3不整合面,假整合面 4沉积间断面 1侵入体与围岩接触 面 2岩脉岩墙接触面 3原生冷凝节理 1片理 2片岩软弱夹层
结构面的张开度
结构面的张开度是指结构面两壁面
间的垂直距离。
结构面两壁面不紧密接触，使结构
面实际接触面积减少，导致结构面
ge 2 粘聚力降低和渗透性增大。 Kf 12v
如在层流条件下，平直而两壁平行
的单个结构面的渗透系数(K )可表达
结构面的形态
结构面的形态可以用
侧壁的起伏形态及粗 糙度来反映。 结构面侧壁的起伏形 态分为：平直的、波 2h i arctg( ) 状的、锯齿状的、台 L 阶状的和不规则状的。
岩体：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。
岩块：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。 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。
结构面规模
Ⅰ级
指大断层或区域性断层。控制 工程建设地区的地壳稳定性，直接 影响工程岩体稳定性；
指延伸长而宽度不大的区域性 地质界面。 指长度数十米至数百米的断层、 区域性节理、延伸较好的层面及层 间错动等。
Ⅱ级 Ⅲ级
Ⅳ级
指延伸较差的节理、层面、次 生裂隙、小断层及较发育的片理、劈 理面等。是构成岩块的边界面，破坏 岩体的完整性，影响岩体的物理力学
2、土的结构类型
（1）巨粒土与粗粒土的结构类型
粗粒土的结构主要为单粒结构。
根据颗粒间的排列接触关系可分为松散结构
和密实结构。
（2）细粒土的结构类型
细粒土颗粒细小，细粒土一般为团聚结
构（海绵状结构或蜂窝状结构）。 细粒土的团聚结构按土粒均ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ与否可分 为均粒和非均粒两种类型。
3、岩体的结构类型
粘土矿物
粘土矿物中分布较广且对土性质影响较大的是蒙脱石、 高岭石和伊利石(或水云母)三种。
高岭石晶层之间连结牢固，水不能自由渗入，故其 亲水性差，可塑性低，胀缩性弱； 蒙脱石则反之，晶胞之间连结微弱，活动自由，亲 水性强，胀缩性亦强； 伊利石（水云母）的性质介于二者之间。
岩体地质成因
小于全部质量的50%。
粒径>2mm的质量超过50%的称为碎
石土；
粒径＞2mm的质量小于50％而大于
2、岩土体中的水
矿物成分水 岩土体中 的水 结晶水 强结合水 结合水 弱结合水
空隙水
毛细水 自由水 重力水
受颗粒表面电场
作用力吸引而包 围在颗粒周围， 不传递静水压力 不能任意流动的 水，称为结合水。 反离子层 从水分子的角度 结合水 讲，双电层的外 强结合水（固定层）：性质接近与固体，具 层就是结合水层。
土的粒组划分方案
粒 组 统 称 巨 粒 粒组名称 分 主 要 特 征 析 方 法 d>200 直 透水性很大，压缩 接 性极小，颗粒间无 60<d≤200 测 粘结，无毛细性。 定 20<d≤60 2<d≤20 0.5<d≤2 筛 透水性大，压缩性 小，无粘性，有一 定毛细性。 分 粒径d范围 （mm）
原 生 结 构 面
片理短小，分布极 密，片岩软弱夹层 延展较远，具固定 层次
张性断裂较短小， 剪切断裂延展较远， 压性断裂规模巨大， 但有时为横断层切 割成不连续状 分布上往往呈不连 续状，透镜状，延 展性差，且主要在 地表风化带内发育
结构面光滑平直，片理在岩层 深部往往闭合成隐蔽结构面， 片岩软弱夹层具片状矿物，呈 鳞片状
粗糙度系数JRC(joint
roughness coefficient)
结构面的组合关系
结构面的组合关系控制着可能滑移岩体的几何边界条 件、形态、规模、滑动方向及滑移破坏类型，它是工 程岩体稳定性预测与评价的基础。 任何坚硬岩体的块体滑移破坏，都必须具备一定的几 何边界条件。因此，在研究岩体稳定性时，必须研究 结构面之间及其与临空面之间的组合关系，确定可能 失稳块体的形态、规模和可能滑移方向等。
漂石（块 石）粒 卵石（碎 石）粒 粗 砾 粗砾 粒 粒 细砾 砂 粗砂