07岩土工程地质分级与分类.ppt

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1、1,第7章 岩土工程地质分级与分类,7.1 工程岩体分级 7.2 土的工程分类,2,7.1 工程岩体分级,6,1.分级的目的 岩体工程分级的目的，是对作为工程建筑物地基或围岩的岩体，进行试验分级，得出相应的设计计算指标或参数，以便使工程建设达到经济、合理、安全的目的。 根据用途不同，岩体工程分级有通用和专用两种分级。 分级的目的不同，其要求也不一样。 总之，岩体工程分级是为一定的具体工程服务的，是为某种目的编制的，其内容和要求须视工程类型、不同设计阶段和所要解决的问题而定。,7,2.影响岩体工程性质的主要因素 影响岩体工程性质的因素主要有：岩石强度、岩体完整性、风化程度、水的影响等。 （1）岩

2、石强度和质量 岩石质量的好坏主要表现在它的强度(软、硬)和变形性(结构上的致密、疏松)方面。,8,（2）岩体的完整性 岩体被断层、节理、裂隙、层面、岩脉等所切割，导致岩体完整性遭到破坏和削弱。岩体的完整性可以用节理裂隙出现的频度、性质、闭合程度等来表达；还可以根据钻孔钻进时的岩心获得率；弹性波在地层中的传播速度等途径去定量地反映岩体的完整性。总之，岩体的完整性可用地质、试验和施工等各种定性、定量指标参数来表达。,（3）风化程度,10,（4）水的影响,11,3.工程岩体分级的代表性方案 本世纪70年代以来，国内外提出了许多工程岩体的分级方法，其中影响较大的有RMR系统、RSR系统、Q系统和Z系统

3、。 1986年国家计委批准编制了工程岩体分级标准，于1994年经国家建设部批准为强制性国家标准，适用于各部门、各行业的岩石工程。,14,3.工程岩体分级的代表性方案 本世纪70年代以来，国内外提出了许多工程岩体的分级方法，其中影响较大的有RMR系统、RSR系统、Q系统和Z系统。 1986年国家计委批准编制了工程岩体分级标准，于1994年经国家建设部批准为强制性国家标准，适用于各部门、各行业的岩石工程。 4.工程岩体分级标准(GB 5021894) 工程岩体分级标准提出了对工程岩体进行初步定级和详细定级的两类定级方法。 （1）工程岩体质量的初步分级 工程岩体质量初步分级是通过对岩体坚硬程度和岩体

4、完整程度两项指标进行定性和定量分析基础上确定的。,15,岩石坚硬程度的确定 i)定性划分,16,ii)定量划分 采用岩石单轴饱和抗压强度(Rc)的实测值进行定量划分。当无条件取得实测值时，也可采用实测的岩石点荷载强度指数Is(50)的换算值，并按下式换算：,岩石点荷载强度指数测量装置,17,岩石点荷载强度指数测量装置,18,岩体完整程度的确定 i)定性划分,19,ii)定量划分 岩体完整程度的定量指标采用岩体完整性指数(Kv)的实测值。当无条件取得Kv实测值时，也可采用岩体体积节理数(Jv)按表7.6确定。岩体完整性指数与定性划分的岩体完整程度的对应关系按表7.7确定。,20,21,岩土工程勘

5、探规范（GB50021-2001） （比前规范后出版）中，岩体基本质量初步定级如下：,22,（2）工程岩体质量的详细分级 当遇有地下水、岩体稳定性受软弱结构面影响且由一组起控制作用或存在表7.9所列的高初始应力现象时，应用岩体基本质量指标修正值，按表7.8对岩体质量进行详细定级。岩体基本质量指标修正值的计算式如下：,K1、K2、K3 值分别按下表确定。无表中所列情况时，修正系数取0。BQ出现负值时，应按特殊情况处理。,23,工程岩体基本级别一旦确定以后，可按下表 选用岩体的物理力学参数以及按下页表选用岩体 结构面抗剪断峰值强度参数。,26,7.2 土的工程分类 1.概述 土的工程分类分普通分类

6、和专门分类两种。 普通分类原则上应包括工程建设中常所遇到的各种土类。普通分类适用于各类工程建设，适用性广，一般多用于分析、对比和综合研究各类土的形成和变化规律，同时也是制订专门分类和高等学校进行教学的基础。 专门分类是以某一种特定的建筑工程为对象，按某一个或某几个单项指标所提出来的分类，它密切结合建筑类型，直接为某设计或解决某一具体问题服务。 2.土的工程分类目的 （1） 大致判断土的基本工程性质； （2）当土不能满足工程要求时，可根据土的种类，确定相应的 改良和处理方法。 3.土的两大工程分类体系 （1） 建筑工程系统的分类体系：以原状土作为研究对象 （2）工程材料系统的分类体系：以扰动土作

7、为研究对象,划分原则与标准,按堆积年代划分,按地质成因划分,按有机质含量划分,老堆积土；一般堆积土；新近堆积土,按分布区域或特殊性质划分,按颗粒级配和塑性指数划分,残积土；坡积土；洪积土；冲积土；湖积土；海积土；冰水沉积土和风积土等,无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭,湿陷性土、红粘土、软土（包括淤泥和淤泥质土）、混合土、填土、多年冻土、膨胀土、盐渍土、污染土,碎石土、砂土、粉土和粘性土,29,4.土的工程分类方案简介 （1）土的分类标准(GBJ 14590) 该标准是工程用土的通用分类。分类中考虑了土颗粒组成及其特征、土的塑性指标(液限、塑限和塑性指数)以及土中有机质的存在情况等三方面的指标。

8、 分类的一般规定 i)土的粒组划分,30,ii)粒度成分的累计曲线 土颗粒组成特征应根据土的级配指标的不均匀系数(Cu)和曲率系数(Cc)确定： d60限定粒径：土样中小于该粒径的土粒重量占土粒总重量的 60%； d10有效粒径：土样中小于该粒径的土粒重量占土粒总重量的 10%； d30：土样中小于该粒径的土粒重量占土粒总重量的30%。 Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把Cu5的土视为级配不良的土； Cu10的土视为级配良好的土。 对于砾类土或砂类土，同时满足Cu5和Cc=13时，定名为良好级配砂或良好级配砾。,33,A线方程式为：Ipo=0 66(WL一20)，B线为WLo=42,34,一

9、般土的分类 工程用土分为一般土和特殊土两大类。 一般土按其不同粒组的相对含量划分为巨粒土和含巨粒土、粗粒土、细粒土。 i)巨粒土和含巨粒土、粗粒土按粒组、级配、所含细粒的塑性高低分为16类。,GBJ145-90巨粒土和含巨粒土的分类,35,GBJ145-90 砾类土的分类,36,GBJ145-90 砂类土的分类,37,ii)细粒土是指土样中细粒组质量多于或等于总质量50的土。其中，粗粒组质量占总质量的2550者称含粗粒的细粒土；含部分有机质者称有机质土。 细粒土、含粗粒的细粒土和有机质土均据塑性图所确定的类别进行分类：,当粗粒中砾粒占优时，称含砾细粒土，应在相应的细粒土代号后缀以符号G；当粗粒

10、中砂粒占优时，称含砂细粒土，应在相应的细粒土代号后缀以符号S；对于有机质土，则在各相应土类代号后缀以符号O。,38,（2）地基土的分类标准(GBJ 14590) 该分类属专门分类，它将作为建筑物地基的土分为碎石土、砂土、粉土，粘性土和人工填土等。 碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50的土。,39,砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50的土。,40,粉土是指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50、塑性指数小于或等于10的土。,GB50021-94 粉土分类,粘性土是指塑性指数大于10的土 。 i)按沉积年代分类 a、老粘土：第

11、四纪晚更新世及其以前沉积的粘性土。 b、一般粘性土：第四纪全新世沉积的粘性土。 c、新近沉积的粘性土：文化期以来新近沉积的粘性土。 ii)按塑性指数分类，见右表：,42,5.我国主要特殊土的基本特性,43,5.我国主要特殊土的基本特性 （1）黄土 黄土的成因和分布 黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。颜色多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色。黄土按成因分为原生黄土和次生黄土。原生黄土经过流水冲刷、搬运和重新沉积而形成的为次生黄土 。 黄土的成分和结构 i）黄土的颗粒组成 黄土以粉土(0.0750.005)为主，平均含量达50以上。这一粒级又可分为细砂、粉土和粘粒。 ii）黄土的矿物成

12、分 粗矿物一般为次棱角状到棱角状，表面比较新鲜，较少受到风化；细粒矿物以伊利石、蒙脱石为主。 ）黄土的化学成分 黄土的化学成分与黄土的矿物成分和风化有关。主要有Si02、A1203、CaO，其次为Fe2O3、MgO和K20，此外尚含微量分散元素。 黄土中的易溶盐类以碳酸盐为主，氯化物和硫酸盐次之。 iv）黄土的结构特征 黄土孔隙率高达4050，除粒间小孔外，黄土中还发育各种特有的大孔隙，如虫孔、植物根孔、裂隙、封闭空洞和巨大的潜蚀空洞等，使黄土具有特殊的工程地质性质湿陷性。一般地层越老，孔隙率越低；坡积、残积黄土的孔隙率比冲积黄土高。,44,v）黄土的密度：黄土密度为1.51.8g/cm3之间

13、干密度为1.31.6g/cm3，若干密度1.5g/cm3 ，则具有湿陷性。 黄土的基本工程地质特征 i）压缩性 湿陷性黄土的压缩系数一般介于0.11.0MPa1之间。 ii）抗剪强度 当黄土的含水量低于塑限，水分变化对强度的影响最大，随着含水量的增加，土的内摩擦角和内聚力都降低较多；但当含水量大于塑限时，含水量对抗剪强度的影响减小；而超过饱和含水量时，抗剪强度的变化就不大。 土的含水量相同时，则土的干重度越大，其抗剪强度也越高。 iii）黄土的湿陷性 黄土在一定压力下受水浸湿后，结构迅速破坏，发生显著沉陷的性能。 黄土的湿陷性分自重湿陷和非自重湿陷。,48,（2）红粘土 红粘土的定义与形成条件

14、 碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土称为红粘土。其液限一般大于50，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育。经再搬运后仍保留红粘土基本特征，液限大于45小于50的土称为次生红粘土。 红粘土的分布规律 红粘土主要为残积、坡积类型，也有洪积类型，其分布多在山区或丘陵地带。分布在盆地或洼地时，其厚度变化大体是边缘薄，向中间逐渐增厚；分布在基岩面或风化面上时，则取决于基岩起伏和风化层深度。 红粘土的成分特点 红粘土的粒度成分中，小于0.005mm的粘粒含量为6080，其中小于0.002mm的胶粒占4070，使红粘土具有高分散性。粘土矿物具有稳定的结晶格架，细粒组结成稳固的

15、团粒结构，土体近于两相系且土中水多为结合水，所有这些都是决定红粘土具有良好力学性能的基本因素。,49,51,（3）软土 软土的成因和分布 软土一般是指天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。如淤泥、淤泥质土以及其它高压缩性饱和粘性土、粉土等。 当天然孔隙比大于1.5时称为淤泥；天然孔隙比小于1.5而大于1.0时，称为淤泥质土；当土的烧失量大于5时，称有机质土；大于60时，称泥炭。 软土的成因类型(p104) i）滨海沉积 ii）湖泊沉积 ）河滩沉积 iv）沼泽沉积 软土的分布 软土在我国沿海分布广泛，内陆平原和山区也有分布。,52,软土的工程性质（p105) i）触变性

16、ii）流变性 ）高压缩性 iv）低强度 v）低透水性。 vi）不均匀性 软土中地质问题的防治 i）对于表面有密实土层（软土影壳层）时，应作为天然地基的持力层，注意“轻基浅埋” ii）减少建筑物作用于地基的压力 ）铺设砂垫层 iv）遇有局部软土和暗埋的塘、沟谷洞时，应查明其范围，然后根据实际情况，采用基础深埋、换土垫层、短桩等措施处理 v）施工时，应注意对软土基坑的保护，减少扰动。 vi）若建筑物附近有大面积软土堆积或软土离建筑物太近，可采用桩基。,53,（4）膨胀土 膨胀土的成因和分类 膨胀土是一种对环境变化，特别是对于湿热变化非常敏感的土。其反映是发生膨胀和收缩，产生膨胀压力。影响土的膨胀性

17、的主要矿物是蒙脱石。 膨胀土的工程地质特性 膨胀土具网纹开裂，有蜡状光泽的挤压面，类似劈理。土层表层常出现纵横交错的裂隙和龟裂现象，使土体的完整性破坏，强度降低。 膨胀土天然含水量较小，多为17一36，一般为20左右。所以，膨胀土常处于硬塑或坚硬状态。膨胀土强度较高，压缩性中等偏低，故常被误认为是较好的天然地基。当含水量增加和结构扰动后，力学性质减弱明显。研究表明，浸湿且结构破坏的重塑土，其抗剪强度可比原状土降低1/3-2/3，其中内聚力降低明显，内摩擦角降低较少；压缩性增大，压缩系数可增大1/4-1/2。,57,（5）冻土 冻土的分类 冻土是指温度等于或低于摄氏零度、且含有冰的各类土。根据其

18、冻结时间可分为： i)季节性冻土 季节性冻土是受季节性的影响，冬季冻结，夏季全部融化，呈周期性冻结、融化的土。因其周期性的冻结、融化，对地基的稳定性影响较大。 ii)多年冻土 多年冻土是冻结状态持续多年(一般是3年以上)不融的冻土，多年冻土常存在于地面下的一定深度，其上部接近地表部分，往往亦受季节性影响，冬冻夏融，此冬冻夏融的部分常称为季节融冻层。因此，多年冻土地区常伴有季节性冻结现象。,58,冻土的力学性质 i)冻土的融化压缩：土融化过程中在无外荷作用的情况下，所产生的沉降称为融化下沉(简称融陷)。 ii)冻胀量：土的冻胀是土冻结过程中土体积增大的现象。 ）法向和切向冻胀力：地基土冻结时，随

19、着土体的冻胀，作用于基础底面上的抬起力，称为基础底面的法向冻胀力，简称法向冻胀力。平行向上作用于基础侧表面的抬起力，称为基础侧面的切向冻胀力，简称切向冻胀力。 iv）冻结力：冻土与基础表面通过冰晶胶结在一起，这种胶结力称为基础与冻土间的冻结强度，简称冻结力。 v）冻土的抗剪强度:冻土的抗剪强度是指冻土在外力作用下，抵抗剪切滑动的极限强度。冻土的抗剪强度不仅与外压力有关，而且与土温及荷载作用有密切关系。,59,冻土的工程性质（p106) i)季节性冻土的工程性质：作为建筑物地基，在冻结状态下，具有较高的强度和较低的压缩性，但融化后承载力大大下降，压缩性急剧升高，使地基产生融陷，冻结过程又产生冻胀

20、，使地基承受巨大压力。一般土的颗粒越粗，含水量越小，冻土的冻胀和融陷越小，反之亦反。 ii)多年冻土的工程性质 A.不融陷土 B.弱融陷土 C.中融陷土 D.强融陷土 E.极融陷土,62,（6）盐渍土 盐渍土的成因与分类 盐渍土系指含有较多(大于0.5)易溶盐类的土。这类土常具有吸湿、松胀等特性。 盐渍土主要形成于干旱、半干旱地区，分布一般在地势比较低而且地下水位较高的地段。 盐渍土的厚度不大，一般为1.54.0m。其厚度与地下水埋深、土的毛细作用上升高度以及蒸发作用影响深度(蒸发强度)有关。 在盐渍土地区，经常发生盐类被淋溶和盐类聚集的周期性的过程。 盐渍土按分布区域可分为滨海盐渍土、内陆盐

21、渍土和冲积平原盐渍土，按所含盐类的性质可分为氯盐类盐渍土、硫酸盐类盐渍土和碳酸盐类盐渍土。 盐渍土的工程性质 i)氯盐类盐渍土 a、对可塑性的影响 氯盐含量越高，液限、塑限及塑性指数越低，可塑性越低。 b、对土密度的影响 土中含有氯盐时，一般使土的天然孔隙比降低，土的密度、干重度提高，这是因为氯盐晶粒充填了颗粒间空隙的缘故。 c、吸湿性 土中氯盐的存在，能使细粒分散部分起脱水作用，使土的最佳含水量降低，土体长期保持在最佳含水量附近状态，因此土体容易压实，有利施工。 d、侵蚀性 氯(亚氯)盐渍土具有一定的腐蚀性，当氯盐含量大于4时，对混凝土会产生不良的影响。对钢铁、木材、砖等建筑材料也具有不同程

22、度的腐蚀性。,63,ii)硫酸盐类盐渍土 a、含盐量对力学强度的影响 力学强度随总含盐量的增加而减小，其原因是由于硫酸盐渍土具有松胀性和膨胀性。 b、松胀性 硫酸(亚硫酸)盐渍土中Na2S04的含量较多，Na2S04在32.40以上时为无水晶体，体积较小，当温度降至32.40以下时，吸收10个分子的结晶水成为Na2SO410H2O晶体，使体积变大，如此不断循环作用，从而使土体变松。松胀现象是由于盐渍土昼夜温差大而引起的，一般出现在地表下不太深的地方，大约为0.3m左右。 c、腐蚀性 硫酸盐渍土，具有较强的腐蚀性，当硫酸盐含量超过1时，对混凝土产生有害影响，对其它建筑材料，也有不同程度的腐蚀作用。 )碳酸盐类盐渍土 由于碳酸盐渍土中存在大量的吸附性钠离子，遇水时即发生强烈的膨胀作用，使土的透水性减弱，密度减小，导致地基稳定性及强度降低，边坡坍滑等。 碳酸盐的膨胀作用与硫酸盐的膨胀作用性质是不相同的。 前者是由于吸附性钠离子与土中的胶体颗粒互相作用，在颗粒周围形成结合水膜，使土颗粒间的连结力减弱，土体体积增大；后者则是由于Na2S04吸收结晶水结晶而引起的。当碳酸盐类盐渍土中Na2CO3的含量超过0.5时，即有明显的膨胀量，密度也随之降低。其液塑限随含盐量增高而增高。碳酸盐类盐渍土中的Na2CO3、NaHCO3能加强土的亲水性，使沥青乳化，对各种建筑材料也具有不同程度的腐蚀性。,