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1、第节 常见岩石工程性质评述及岩石的工程分类,一、岩石的工程性质 二、岩石工程性质评述 三、岩石的工程分类,一、岩石的工程性质,物理性质,重量性质 孔隙性质,吸水性 透水性 软化性 抗冻性,强度性质 变形性质,水理性质,力学性质,岩石的的工程性质包括物理性质、水理性质及力学性质，其中力学性质最要，物理性质与水理性质对力学性质有较大的影响。,密度（）和重度（） r、rsat、rd （、 sat、d ）等 颗粒密度（s）和比重（ds） ds=s /w 孔隙比（e）与孔隙度（n） 裂隙率（KT）,1.物理性质,、s，n、e，岩石的工程性质,296-4,孔隙度多用于松散土、石，而裂隙率多用于结晶连接的坚
2、硬岩石。,2.水理性质,吸水性 岩石在浸水过程中具有的吸水性能 透水性 岩石容许水透过的能力 软化性 岩石浸水后强度降低的性能 抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的性能 可溶性 岩石被水溶解的性能 膨胀性 岩石吸水后体积增大引起岩石结构破坏的性能 崩解性 岩石被水浸泡，内部结构遭到完全破坏呈碎块状崩开散落的性能,3.力学性质,强度性质 岩石在外力作用下发生破坏时所能承受的最大应力 变形性质,（1）强度性质,干燥试样抗压强度 饱和试样抗压强度 冻融试样抗压强度,t =sn tgj+c,抗 压 强 度 (R) 抗 拉 强 度 (Rt) 抗 剪 强 度() 点荷载强度（Is） 回 弹 强 度（N）,296-8
3、,变形性质,OA段：裂隙压密阶段 AB段：弹性变形阶段 BC段：塑性变形、裂隙扩展阶段,变形模量 E0=s/e 弹性模量 E50=s50/eD 泊松比 n= e 横/e纵,岩石变形性质的指标,二、常见岩石工程性质评述 岩石的成因、产状、结构、构造、矿物成分、节理发育程度及风化程度这七项地质特性就成为评述其工程性质的基础。 （一）岩浆岩工程性质评价 岩浆岩，一般把它视为均质、各向同性介质，往往认为岩浆岩地区工程地质条件比较简单，但不同岩浆岩，因其成分、结构构造不同，工程性质是有差别。特别一些古老的岩浆岩，往往属多期火成岩体，其岩石组合复杂，岩性、岩相变化大，火山岩类则更为特殊，决不能简单视之。,
4、矿物成分的影响: 矿物种类影响：一般硬度大的粒状和柱状矿物含量愈高，则其强度越高，如石英、长石、角闪石、辉石和橄榄石等矿物。硬度低，解理非常发育的矿物含量越高，则岩石强度越低，如云母特别是黑云母 。 矿物化学稳定性影响：石英、白云母的化学稳定性高，特别是石英的抗风化能力特强，而长石，特别是黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等，在地表条件下，极易发生化学分解，形成次生的粘土矿物。因此，暗色矿物含量高的岩浆岩，其工程性质要差一些。,结构影响: 结晶程度影响：结晶矿物的晶粒依靠直接接触的力牢固的联结一起，结合力强，孔隙小，孔隙度低，稳定性好，强度一般较高。 颗粒大小影响：等粒结构比不等粒结构强度高，如细粒
5、花岗岩抗压强度为260 MPa，粗粒花岗岩仅为120 MPa，等粒花岗岩抗拉强度为18 MPa，斑状花岗岩则为4 MPa。,构造影响: 构造的不均匀性和裂隙发育降低岩石强度。 喷出岩流纹构造、杏仁状构造等，使岩石呈现非均质和各向异性。一些强度低、易风化的矿物多沿一定方向富集，成条带状分布，或局部聚集。 气孔构造，各种裂隙等，均使岩石的连续性和整体性受到影响。在外力作用下，裂隙成为岩石破坏突破口。同时，岩石裂隙和孔隙的发育，增大了岩石孔隙度，促进风化作用进行，为水的进入提供了通道，被水饱和的岩石，其粒间的联结力遭到削弱，其强度会大大降低。,岩浆岩产状影响： 侵入岩矿物结晶好，颗粒之间联接牢固，多
6、呈块状构造。因此，侵入岩抗水性强、力学强度及弹性模量高，具有较好的工程性质。但侵入岩矿物成分、结构构造不同，其工程性质有较大的差别。 喷出岩具有隐晶质结构、致密块状构造的粗面岩、安山岩、玄武岩等，工程性质良好，其强度甚至稍大于花岗岩，但当这类岩石具有明显的流纹、气孔构造或含有原生节理时，工程性质变差，孔隙度增加，抗水性降低，力学强度及弹性模量减小。,（二）常见沉积岩的工程性质评述 矿物成分影响： 石英：砂岩的弹性与强度随石英含量增加而增大，如石英砂岩和硬砂岩，工程性质就很好。 云母：含云母较多的砂岩就易风化。 碳酸盐类：方解石等可溶性矿物，在水流作用下易形成岩溶，使得涌水、渗漏、塌陷等，成为碳
7、酸盐岩中主要工程地质问题。如果碳酸盐岩中的杂质，如泥质、硅质等含量高，则溶解速度大大下降，致使岩溶不发育。石灰岩的弹性和强度随硅质混合物含量的增加而提高。,化学上不稳定矿物：如黄铁矿，及易溶于水的盐类如石膏、石盐、钾盐、芒硝等，有易分解性与溶解性。岩盐溶解后往往循层形成规模较大的层间褶皱扭曲破碎带，其工程地质条件往往很差，常会因承载力不够而发生塌陷。 在破碎带及其影响范围内，地下水中的氯离子（l-）和硫酸根离子(SO42-)含量往往很高，有极强的腐蚀性，渗入混凝土中后，由于盐类的结晶与腐蚀，导致混凝土逐渐疏松呈豆腐渣状，经年，甚至年后，就可使混凝土结构遭到彻底破坏，无水石膏在这种条件下，还会产
8、生体积膨胀，导致岩体变形破坏。,粘土矿物含量及种类：例如石灰岩和砂岩，当粘土矿物含量20%时，就会直接影响岩石的强度和稳定性。 由高岭石、蒙脱石、伊利石、拜来石等粘土矿物构成的膨胀土、硅藻土、铝钒土等粘土岩，其工程性质，包括与水相互作用表现的一些性质（如塑性、胀缩性、崩解性）、岩石的体积变化、强度和应力应变性能、岩石的渗透性等，在很大程度上都取决于粘土矿物成分。比较而言，高岭石的工程性质较伊利石、拜来石等粘土矿物要好，而蒙脱石、斑脱石的工程性质最差。,结构影响 碎屑结构受胶结物成分及胶结类型影响。 胶结物成分：按硅质、钙质、铁质、石膏质、泥质的顺序，强度依次降低。硅质胶结强度最高，稳定性也很好
9、；钙质胶结不耐酸，铁质胶结强度也较高，但易风化，而泥质胶结强度最低，稳定性也最差。下表我国西南某地砂岩的胶结物成分与强度的关系。应当注意，当碎屑岩为因凝灰质胶结时工程性质一般都较差。,胶结方式：基底式胶结，颗粒之间不直接接触，完全被胶结物包围，胶结紧密，强度较高，受胶结物成分控制；孔隙式胶结，其工程性质与碎屑颗粒成分、形状及胶结物成分有关，变化很大；接触式胶结_其胶结程度最差，孔隙度大，透水性强，强度低。 结晶结构其性质与岩浆岩类相似。最常见的石灰岩和白云岩，一般情况下工程性质良好。它们具有足够高的强度和弹性模量，有一定的韧性，不象多数岩浆岩那样硬脆，是较好的建筑材料和道碴材料。溶蚀和石膏夹层
10、降低其工程性质。,生物结构：常见的煤层及与之共生的煤系地层，工程性质较差，要注意地下工程中常常遇到的瓦斯问题和煤层突出问题。 沉积构造的影响 所有沉积岩都有个共同的显著特征层状构造，特别是中薄层沉积岩及层理发育的沉积岩，层状及层理对沉积岩工程性质的影响主要表现为各向异性。因此，沉积岩的产状及其工程建筑物位置的相互关系对建筑物的稳定性影响很大。,层理与层面构造及岩相变化：如缝合线构造、泥裂、波纹、交错层理及层间角砾岩块等，使得岩层层面参差不齐，上下相邻岩层相互咬合很牢，利于碎屑岩层的稳定。 垂直层理方向，薄层泥灰岩和或页岩等软弱夹层，或岩性软硬相间，往往导致层间滑动及层间扭曲，并伴有渗水，对岩体
11、稳定不利，顺层滑坡多与此有关。在水平方向上，岩性岩相变化非常复杂，岩层厚度常因相变尖来而形成透镜体、扁豆体，构成船形滑移体。岩体在垂直方向和水平方向不均匀性和各向异性，在适宜的构造和地貌条件下可产生各种各样的工程地质问题。,实例-葛洲坝水利工程:坝区地层为下白垩统陆相红色碎屑岩，为砂岩、砾岩和粉砂岩，夹粘土岩、粉砂质粘土岩薄层或透镜体，有的泥化形成了泥化带。砂岩有时夹有炭质条带，相变大，泥化夹层倾角11左右，单层厚数cm，摩擦系数0.17.20，成分伊利石为主，次为蒙脱石、高岭石、绿泥石等. 这些软弱夹层构成了葛洲坝主要工程地质问题，对地基承载力、变形和稳定产生了严重影响。如地基开挖时，软弱夹
12、层为滑动面，上部岩体向临空面发生了不同程度的水平位移，最大位移达十多cm。有的还由于拱曲剪切破坏，滑动面上下岩层出现了劈理带和节理带.,（三）常见变质岩的工程性质评述 1片理构造：片岩、千枚岩及板岩片理构造发育，工程性质各向异性。千枚岩、滑石片岩、绿泥石片岩、石墨片岩等岩石强度低，抗水性很差，特别是沿片理或节理面，抗剪、抗拉强度低，遇水易滑动，沿片理、节理面容易剥落。 片麻岩片理构造发育，当石英、正长石含量较多时，工程性质比上述岩石要好。但片麻岩年代久远的岩石，构造运动影响而破碎和风化程度。 2块状构造：石英岩和大理岩，结晶连接、矿物成分稳定或比较稳定的单矿物岩石。强度高，抗风化能力强，有良好的工程性质。,三、岩石的工程分类 根据不同的目的、用采用不同的指标，可对岩石进行不同的分类。例如，为了解和研究岩石的基本地质特征，可采用岩石成因分类。 工程建筑所用的岩石工程分类，主要是根据工程开挖和评价岩体稳定性以及设计支撑系统的需要，采用各种性质为指标进行分类。 铁路:按照土、岩石开挖的难易程度，规定了土、石的工程分级；为了评价岩石强度特性，采用以饱和单轴极限抗压强度为指标的岩石强度分类。,岩石按强度分类,土、石的工程分类,