软岩和软土的工程地研究

二、风化壳的结构 1．风化夹层或夹层状风化 2．球状风化 3．风化程度不同的带在垂直剖面
上发生突变（缺失或重复） 4．风化囊和风化槽
三、岩体风化程度的工程地质研究
岩体按风化程度分带： 1.全风化带 2.强风化带 3.弱风化带 4.微风化带 5.未风化带
岩体风化程度划分方法
（一）定性分析方法 这种分析方法从风化岩的地质特征和工程性质出发，用
一、软弱夹层的成因与分类
1、原生型 坚硬岩层中所夹 粘粒含量多 胶结差 力学强度低 2、构造型 层间错动面 构造破碎带 3、次生型 软弱夹层 蚀变破碎带 次生充填节理
软弱夹层研究内容： 成因类型 产状 规模 分布 范围 数量 空间变化 原生型软弱夹层特点： 成层条件好，层次多、有韵律、分布广、延伸远、产状稳
2.渗流
各带的渗透系数相差大：
A.泥化带: 10-5—10-9cm/s 为不透水 B.劈理带: 10-3—10-5cm/s 为透水 C.节理带: 大于10-3cm/s 为良好透水
工程上主要是做好夹层上下接触部位的 防渗和排水设施
(四)泥化夹层物理力学性质
三、泥弱夹层在长期渗水条件下的演变趋势
水库蓄水后， 地下水的坡降、 渗径和循环条件
④ 如在工程运行期间泥化夹层的结构不被破坏，坝基采取了有效的防渗措施， 则泥化夹层的工程地质性质不会发生恶化。
四、泥弱夹层在特定条件下的抗剪强度
泥化夹层的抗剪强度是控制岩体抗滑稳定性的重要因素。 在水库运行期间，泥化夹层还处于长期受力和反复受力的 状态，其抗剪强度的变化，泥化夹层的流变特征和长期强度 是人们所关注的问题。
1．泥化夹层的流变特征、长期强度
2．反复荷载作用下的强度
反复荷载作用下
3．动力强度
强度降低 反复强度 ≈ 残余强度
五、软弱夹层的抗剪强度的取值问题
现场快剪屈服强度 残余强度
更合理方法
分析泥化夹层
① 矿物成分 ② 几何形态 ③ 结构 ④ 泥化带厚度 ⑤ 夹层性状随空间
时间的变化规律
第3节 风化岩石的工程地质研究
次要化学成分：
CaO, MgO, K2O, Na2O
泥化后 ：氧化钙含量比母岩偏低；氧化铝和氧化铁偏高
(三)泥化夹层水理性质
1.膨胀性
粘土成分
微结构面 发育程度
膨胀量 决定 膨胀力
1.伊利石+高岭石+ 微结构面不发育
膨胀量 <1%
2.蒙脱石+微结构 面不发育
膨胀量达8%
3.钠蒙脱石>钙蒙脱石
4.夹层扰动后，膨胀量膨胀力增加
（3）生物风化作用
生物物理风化作用 生物化学风化作用
2、影响岩体风化的因素
(1)岩性
岩石的矿物成分和化学成分影响着风化速度、程度和风化产 物的类型、特性。
a）化学成分 ：岩石的化学成分对风化的影响也是显著的。
基性岩石比酸性岩石易风化。
b）矿物成分：矿物的生成条件与地表的风化条件相差越大，
则矿物抗风化稳定性越低，反之越高。
风化岩体的勘探掘进技术特征， 随风化程度有明显的差异。
第4节 构造岩的工程地质研究
一、构造岩的分类及其特征
1、 断层泥
在断层破碎带中常可见到厚度不等的泥状物质， 脱水干燥后呈硬块状，它们是糜棱岩、碎裂岩 或岩粉等经浸水风化而成。大多由亲水性较强 的粘土矿物及石英等组成。断层泥压缩变形大， 强度低，常给工程带来很大的危害。
① 粘土岩夹层节理带，在原有结构不被扰动时，长期渗水作用，不会产生泥 化、软化
② 劈理带具有“潜在泥化”特性，遇水后会产生泥化，抗剪强度明显降低； 但泥化后的性状不会差于现存的泥化物；
③ 泥化错动带的性状（包括抗剪强度）受渗压水的化学类型、交换阳离子的 成分、碳酸盐的溶蚀和游离氧化物的溶解、胶溶等因素的影响，在漫长的 地质历史时期，泥化物的性状已处于相对稳定之中，在水文地质条件不发 生急剧变化时，泥化带的性状仍保持现有状态；
夹层可能会有恶化 演变趋势研究
工程的安全 稳定性预测
1．化学成分的变化
泥化夹层在长期渗水的作用下，主要的物理化学作用 1）盐类的溶解 2）阳离子交换 3）游离氧化物的溶解 4) 胶溶和氧化还原反应
2．渗透稳定的变化 容易发生渗透变形和渗透破坏的部位--泥化错动面附近、裂
隙发育的劈理带。
泥化带与劈理带或岩石界面裂隙逐渐扩张
有些细小颗粒被带出，透水性逐渐增大 化学反应而降低夹层的抗渗性能
渗透稳定性趋向恶化
夹层就会产生渗透破坏
岩体裂隙发育，贯通性强，宽度稍大， 透水性良好，而且渗径较短
3．抗剪强度的变化
长期渗水的作用下 以劈理带泥状、 软化物比较明显
总的趋势是降低
劈理带裂隙、 微裂隙异常发育
对水的作用敏感， 发生吸附效应
定与岩层产状一致。
构造型软弱夹层特点： 厚度偏大， 可通过几种岩 ，倾角变化大，有时可相交。
次生型软弱夹层特点：
产状不稳定，厚度变化大，成层条件不好，分布于风化 卸载带地下水循环带内， 向下逐渐变薄、消失。
工程实践中的软弱夹层多属综合作用的结果，无统一标准
葛洲坝工程4类： （1）软岩夹层
坚硬岩石中的薄层软岩。
3.力学强度、干密度明显降低。
泥化带
1.错动面附近，粘土岩泥化夹层则仅见劈理带和泥化带泥化错动带受构造 影响强烈，原岩结构彻底改造。在较大剪切位移部位可形成颗粒和微集 合定向排列区和收到牵引影响的非定向区。
2.泥化光面（泥化带表面）平直或舒缓波状，粘粒含量高，分散度大，表 面电荷密度增大，物理化学活性加强，结构连接弱。
(4)地貌 在坡度较陡的微地貌单元上，
风化作用强烈，但风化产物不容 易保存，风化壳厚度薄。
在坡度较缓的微地貌单元上， 风化产物容易保存，风化壳厚度 较厚。
(5)地下水 地下水的化学成分及其循环条件，
对风化速度和程度的影响也很大。地 下水可以促使岩石溶滤、水化、水解， 地下水循环良好的地区，往往形成较 厚的风化壳。
3.含水量高、干密度小、强度低，易于屈服的弹粘结构分散系具有一定的 特殊工程性质。
(二)泥化夹层矿物成分和化学成分 1.矿物成分 鉴定方法：电子显微镜，x射线衍射，差热分析
蒙脱石、高岭石、伊利石
泥化夹层矿物成分影响因素：母岩性质+后期改造
2.化学成分： 主要化学成分：
SiO2, Al2O3, Fe2O3,
第2节 软弱夹层的工程地质研究
软弱夹层 含义：
坚
硬 夹有强度低、
的 泥质或炭质含量高、
层 状 岩
遇水易软化、 延伸较广和厚度较薄的软弱岩层
层
定量表达 定义：
强度和变形模量均低于上下硬岩层的 1／5—1／50。 一般软弱夹层的强度和变形参数如下：
摩擦系数<0．5 饱和抗压强度 ≤10MPa 变形模量 ≤1000MPa
最稳定的矿物：石英 玉髓 石榴子石 磁铁矿 较稳定的矿物：白云母 正长石 微斜长石
酸性斜长石 较不稳定的矿物：角闪石 辉石 白云石
方解石 绿泥石 黑云母 橄榄石 黄铁矿 最不稳定的矿物：石膏 岩盐
C）岩石的结构 D）岩石的构造
风化过程阶段划分： ①破碎阶段； ②富钙质阶段； ③酸性硅铝化阶段； ④铝化土阶段
(2)．地质构造
断层破碎带 裂隙密集带 层间错动带
岩体的完整性差，容易风 化形成较深的风化囊和风 化槽。
(3)气候 气温、雨量和湿度对岩体的风化有很大的影响。
a.寒冷气候带 岩屑型风化壳 或机械风化壳
b.干旱气候带：
硅铝碳酸盐型风化壳
C.温湿气候带： 硅铝黏土型风化壳
（高岭土型风化壳）
d.湿热气候带： 砖红土型风化壳
第二章 软岩和软土的工程地质研究
第1节、软弱岩石的含义 第2节、软弱夹层的工程地质研究 第3节、风化岩石的工程地质研究 第4节、构造岩石的工程地质研究 第5节、软土的工程地质研究
第1节 软弱岩石的涵义
（ 岩 成性 因类 别 ）
1 软质岩石（软岩） 2构造、破碎岩类 3风化岩
粘土岩、页岩 软质泥灰岩、凝灰岩 大部分千枚岩、片岩 膨胀岩、软弱夹层等
4.断层角砾岩
主要是由>2mm被搓碎的棱角状碎块及岩粉等
经胶结形成，角砾仍保持原岩的矿物成分和结构。
5. 压碎岩
主要由<2mm的原岩碎粒并杂以岩粉经胶结形成。能 用放大镜分辨原岩成分。
6.碎块岩
第5节 软土的工程地质研究
一、粘性土的类型和软土的定义
1.粘性土的类型 (1)老粘性土； (2)一般粘性土； (3)新近沉积粘性土 2.软土的定义
(3)软土的工程地质性质
波速度测定值提出。
4．用点荷载试验研究岩石的风化程度
5．矿物风化指数 1965年伦布提出。用表征岩石中矿
物风化变异的指标分析岩体的风化程度。
6．根据岩体的纵波波速和波速衰 减速度划分风化带
7．对于花岗岩类岩体可用标准贯入 试验击数划分残积土和全、强风花带。 8．风化程度指标
1970年由俄罗斯学者提出。 9．岩心采取率
a）热胀冷缩 (热力风化） b）冰劈作用（冻融作用） c)水溶液中盐类物质的集聚结晶膨胀
（2）化学风化作用
在氧、水溶液等因素作用下，岩石 中的矿物成分发生化学变化，改变或 破坏岩石的性状并可形成次生矿物的 作用过程。
a. 氧化作用 (oxidation） b. 溶解作用（solution） c. 水化作用（hydration） d.水解作用（hydrolysis） e.软化和泥化作用
1.风化作用的类型
（1）物理风化作用
岩石是不良的导热体，不同的矿物热膨胀系数也不同，所 以当温度发生变化时。岩石的表面与内部，产生应力，致使发 生裂隙，并可逐渐松散破碎。
渗入岩石孔隙、裂隙中的水，使裂隙扩大延长，在冰融季 节反复交替进行，最后可导致岩石崩裂、破碎。另外，水溶液 中盐类物质的集聚结晶、植物根系的生长也可产生类似的情况。
风化作用（weathering）
分布在地表或地表附近的岩石，经受太阳辐射、大气、 水溶液及生物等因素的侵袭，逐渐破碎、松散或矿物成分 发生化学变化，甚至生成新的矿物的现象。
岩石风化后物理力学性质发生显著变化，力学强度明显降低。 各种工程建筑所遇到的岩石，绝大数是经受过不同风化程度的 岩石。 一、风化作用的类型和影响因素
断层破碎带，侵入破碎带 等机械热动变质产物
节理裂隙发育的
物 低强度 承载力低，富含泥质抗剪强度低，岩体易滑动
理 力
变形模量小
易产生较大沉降、不均匀变形
学 特
水理性质差
易软化崩解、膨胀收缩、管涌、潜蚀
征 流变效应明显 长期强度低：某些地下洞室因岩体强度
随时间而降低，影响其长期稳定性
水利水电工程地质勘察将岩石强度分为四级
经验判断，以定性分析为主。 （二）定性—定量综合分析法
1．岩石风化程度系数 1978年水利电力部成都勘测设计院提出。按岩石风化程 度系数进行分类。 2．裂缝系数和坚固度 1962年日本学者工藤提出。用声波法测定同一岩石的室 内外动弹模量来计算,对岩体风化程度进行分级。
3．岩石风化系数 1966年保加利亚学者伊利耶夫根据室内大量岩石的超声
2、 糜棱岩
由被碾碎成均匀细小的粉末碎屑胶结 而成，以<o.05mm的颗粒为主，只有 在显微镜下才能看出颗粒的成分和结 构特征，外观致密，类似硅质岩。矿 物有重结晶、重组合现象。除含有石 英、长石等原岩矿物外，常含有一些 变质矿物。风化后常呈岩粉或泥状。
3.片状岩
母岩多为软弱岩层经过强烈的挤压与剪 切错动，形成劈理和片粒,再结晶的矿物及细 小的碎屑常成定向排列而构成片状岩。
节理带 1.受构造影响轻微（保持原岩结构特征） 2.颗粒和微集合体物理化学活动性弱阳离子交换较
少表面积和表面电荷密度都较小，具有较弱的亲水性。 3.力学强度高，干密度较大。
劈理带
1.原岩结构受构造影响严重破坏，劈理发育并有波状揉皱。 2.颗粒和集合体多呈松散紊乱排列，剪切位移较大处可定向排列，分
散 度和阳离子交换能力有所提高物理化学活性有所增强。
二、特殊土的类型（淤泥 类土、黄土、膨胀土和红 粘土）及工程特征
1.淤泥类土的类型及工程特征
(1)成因类型
a.分布于沿海的软土 ① 泻湖相沉积； ② 溺谷相沉积 ③ 滨海相沉积； ④ 三角洲相沉积
b.分布于内陆平原区和山区的软土 ① 湖相沉积； ② 河漫滩相与废河道相沉积； ③ 坡积洪积相沉积
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(2)成分和结构
（2）碎块夹层 80％以上粒径大于2mm的粗碎屑组，粘粒含量少于10％。
（3）碎屑夹层
粒径为0．5～2mm的细碎屑约占30％。
（4）泥化夹层
粘粒含量高(一般>30％)、强度低、变形大。
二、泥化夹层的基本特性
研究的原因：是软弱夹层中力性质最差的，强度 最低的关键部位，稳定性起控制作用。
(一)泥化夹层的结构特征 构造影响带：节理带，劈理带，泥化带