工程地質(zhì)巖土體性質(zhì)

工程地質(zhì)巖土體性質(zhì)第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一二、土的工程分類（《土的分類標準》）一般土巨粒土和含巨粒土：≥60mm顆粒含量>50%巨粒土混合巨粒土巨?；旌贤链至Ｍ粒?0~0.075mm顆粒質(zhì)量>50%礫類土：60~2mm顆粒質(zhì)量≥50%砂類土：60~2mm顆粒質(zhì)量≤50%細粒土：0.075~0.005顆粒含量≥50%細粒土含粗粒的細粒土有機土漂石：>200mm的巨粒>50%卵石：60~200mm的巨粒>50%礫：細粒含量<5%含細粒土礫：細粒含量5%~15%細粒土質(zhì)礫：細粒含量15%~50砂：細粒含量<5%含細粒土砂：細粒含量5%~15%細粒土質(zhì)砂：細粒含量15%~50第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一特殊土黃土（0.05~0.005mm):午城黃土：形成于早更新世，只在某些塬區(qū)出現(xiàn)，如山西午城、陜北洛川離石黃土：形成于中更新世，含有若干紅色條帶，即褐色型古土壤層，又稱紅色黃土，厚度很大，分布很廣，覆蓋在巖石山地之間的各種地形上，構成塬、梁、峁的物質(zhì)主體。馬蘭黃土：形成于晚更新世，顏色灰黃，質(zhì)地松軟，厚度不大，卻罩蓋在所有塬、梁、峁上面，并散布在一些石質(zhì)山地的坡麓、甚至山頂上。膨脹土:巖土體中含有大量的親水性粘土礦物成分，在環(huán)境濕度變化影響下可產(chǎn)生強烈的漲縮變形。紅粘土:碳酸鹽巖系的巖石經(jīng)紅土化作用（氣候變化大，年降雨量大于蒸發(fā)量，氣候潮濕，物理、化學風化強烈）形成的高塑性粘土，其ωL＞50。經(jīng)搬運后仍保留紅粘土的基本特征，ωL＞45的土為次生紅粘土。主要為殘坡積，所以多分布在山區(qū)、丘陵地帶，區(qū)域性強。人工填土：據(jù)組成和成因分：素填土：由碎石土、砂土、粉土、粘性土組成的填土；雜填土：含有建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的填土；沖填土：由水力沖填泥砂（或粉煤灰）形成的填土。第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一土的名稱：壤土(水電工程)~亞粘土(公路、鐵路、港口工程)~粉質(zhì)粘土(巖土工程)；砂壤土(水電工程)~亞砂土、輕亞粘土(公路、鐵路、港口工程)~粉土(巖土工程)；亞砂土（公路、鐵路、港口工程）~砂質(zhì)粉土（巖土工程）；輕亞粘土（公路、鐵路、港口工程）~粘質(zhì)粉土（巖土工程）第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一區(qū)分巖石、巖塊：巖石是地殼中由地質(zhì)作用所形成的固態(tài)物質(zhì)。由一種或多種礦物或巖屑組成的天然集合體，具有一定的結構、構造和變化規(guī)律。巖體則是有結構面和結構體組合而成，即包含不同的巖石材料和和各種不連續(xù)結構面。是多裂隙的非均質(zhì)各向異性不連續(xù)介質(zhì)。結構面及其組合形式是決定巖體性質(zhì)的主要因素。根據(jù)荷載特征可分為地基巖體、邊坡巖體和地下洞室圍巖。第二節(jié)巖石及巖體工程地質(zhì)特征第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一一、巖體結構特征1、結構面成因類型（見下表）：原生結構面：指巖體在成巖過程中形成的結構面。原生結構面還可以進一步分為沉積、火成和變質(zhì)結構面。如沉積巖的層理面、火成巖的原生節(jié)理、變質(zhì)巖的片理、片麻理等。構造結構面：在構造應力作用下巖體中形成的各種結構面。如斷裂構造，規(guī)模較大，性質(zhì)較差，是最不利的軟弱結構面之一。層間錯動形成的軟弱破碎帶或泥化夾層等也是性質(zhì)十分惡劣的構造結構面。次生結構面：是巖體受風化、卸荷及地下水等作用所形成的結構面。如風化裂隙、卸荷裂隙等等。第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一成因類型地質(zhì)類型原生結構面沉積結構面1.層理、層面；2.原生軟弱夾層；3.不整合面、假整合面火成結構面1．侵入巖與圍巖接觸面；2．巖脈、巖墻與圍巖接觸面；3．原生節(jié)理；4．多旋回的噴溢面及流層變質(zhì)結構面1．片理、板理、片麻理、千枚理等；2．片巖軟弱夾層；構造結構面1．斷層、裂隙；2．層間錯動面或層間擠壓破碎帶；3．劈理、隱蔽裂隙次生結構面1．卸荷裂隙；2．風化裂隙；3．風化夾層；4．層間錯動的泥化夾層；5．裂面次生填泥第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2、巖體結構類型據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》巖體結構類型主要結構體形狀結構面發(fā)育情況可能的巖土工程問題整體狀結構巨塊狀原生或構造節(jié)理為主，間距>1.5m，無掉塊局部滑動、坍塌、巖爆塊狀結構塊狀少量貫穿性好的節(jié)理，間距0.7~1.5m，少量分離體局部滑動、坍塌、巖爆層狀結構層狀板狀透鏡體層理、節(jié)理、片理、常具層間錯動面坍塌、巖層彎張破壞，軟巖塑性變形碎裂狀結構碎塊狀斷層及其破碎帶、片理、層理、層間結構面較發(fā)育，間距0.25~0.5m，多分離體大規(guī)模巖體失穩(wěn)，地下水惡化散體狀結構碎屑狀顆粒狀斷層破碎帶交叉，裂隙密集，結構面組合復雜，多充填粘性土，形成大小不一的分離體大規(guī)模巖體失穩(wěn)，地下水惡化第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一二、軟弱夾層及泥化夾層軟弱夾層及泥化夾層是巖體結構面中性質(zhì)較差，對巖體變形和穩(wěn)定性影響較大的結構面。軟弱夾層是指堅硬巖層之間所夾的力學強度低、泥炭質(zhì)含量高、遇水易軟化、厚度較薄、延伸較遠的軟弱巖層。軟弱夾層被泥化的部分為泥化夾層。泥化夾層一般發(fā)育在層間錯面及斷層面附近。是一種非常軟弱的結構面。實踐證明，軟弱夾層、泥化夾層是控制巖體穩(wěn)定極端重要的因素，國內(nèi)外很多工程失事皆與此有關。第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一泥化夾層的特征：軟弱夾層經(jīng)過一系列地質(zhì)作用變成塑泥的過程稱為泥化泥化的標志是其粘粒含量增加，天然含水量大于或等于塑限。泥化夾層具有濕度高、密度小、強度低、變形大等特點。第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一泥化夾層的形成過程比較復雜，最常見的層間錯動泥化夾層的形成條件為：1．物質(zhì)基礎：泥化夾層的粘土礦物與母巖的礦物組成具有明顯的一致性。形成的物質(zhì)基礎是粘土礦物含量較高的軟弱夾層。如葛洲壩工程的泥化夾層以蒙脫石為主，小浪底的粘土礦物以伊利石為主。2．構造作用：軟硬相間的地層組合，在構造應力作用下易產(chǎn)生層間錯動，錯動面上的巖石被輾磨成細?；蚍勰?，遇水產(chǎn)生泥化。因此層間錯動構造作用是泥化夾層形成的控制性條件。3．地下水的作用：巖體內(nèi)地下水的作用，使層間錯動帶內(nèi)被輾磨錯碎的細粒物質(zhì)進一步泥化形成泥化夾層。泥化夾層與其母巖軟夾層相比較，其主要特征是粘粒含量明顯增多，結構松散，密度變小，含水量接近或超過塑限，力學強度極為軟弱。為了比較合理的確定泥化夾層的抗剪指標，通常根據(jù)泥化夾層中碎屑物質(zhì)含量對其進行結構分類。如全泥型、泥夾碎屑型、碎屑夾泥型等等，然后確定不同結構類型的抗剪參數(shù)。再綜合確定滑動面上的參數(shù)指標。第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一三巖體工程分級1、單指標分類法(1)巖石質(zhì)量指標（RQD）：采用外徑為75mm的雙層巖芯管金剛石鉆進，提取直徑為54mm的巖芯，剔除破碎巖芯，取長度大于10cm的巖芯的累計長度與鉆進回次進尺之百分比即為RQD值。分5級：(2)巖體彈性波速Vp（m/s)三峽壩址風化巖體聲波速度分帶全風化巖體1000~2000強風化巖體2000~3000弱風化巖體3000~4000微風化巖體4000~5000等級一二三四五巖體性質(zhì)非常好好較好不好非常不好RQD(%)90~10075~9050~7525~50<25第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一巖體的完整性指數(shù)Kv分級：Ⅰ>0.9Ⅱ0.75~0.9Ⅲ0.45~0.75Ⅳ0.2~0.45Ⅴ<0.22、多指標分類法巖體基本質(zhì)量指標（BQ，Rockmassbasicquality)：

BQ=90+3Rc+250KvBQ：巖體所固有的、影響工程巖體穩(wěn)定的最基本屬性，由巖石堅硬程度和巖體完整程度所決定。第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一BQ的分級因素及其確定方法（1）分級因素①巖石堅硬程度以飽和單軸抗壓強度Rc表示。②巖體完整程度以巖體完整性指數(shù)Kv表示。Kv=(Vpm/Vpr)2巖石堅硬程度分級硬質(zhì)巖軟質(zhì)巖堅硬巖較堅硬巖較軟巖軟巖極軟巖Rc(MPa)＞6060~3030~1515~5＜5完整性完整較完整較破碎破碎極破碎Kv＞0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15＜0.15Jv＜33~1010~2020~35＞35Jv為巖體體積節(jié)理數(shù)（條/m3），按巖組統(tǒng)計，面積≮2m×5m，Si、Ca、Fe質(zhì)膠結的不統(tǒng)計。第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一(2)BQ的確定方法

BQ=90+3Rc+250Kv限制條件：①當Ｒc

＞90Kv+30時，Ｒc取90Kv+30②當

Kv

＞0.04Ｒc+0.4時,Kv取0.04Ｒc+0.4(3)BQ的修正［BQ］＝BQ-100(k1+k2+k3)k1：考慮地下水影響的修正系數(shù)，取0~1.0;k2：考慮軟弱結構面產(chǎn)狀影響的修正系數(shù)，取0~0.6;k3：考慮地應力狀態(tài)影響的修正系數(shù)，取0.5~1.5第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一(4)巖體基本質(zhì)量分級級別ⅠⅡⅢⅣⅤBQ＞550550~451450~351350~251≤250定性特征堅硬巖，

巖體完整堅硬巖，巖體較完整；較堅硬巖，巖體完整堅硬巖，巖體較破碎；較堅硬巖或軟硬互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整堅硬巖，巖體破碎；較堅硬巖，巖體較破碎~破碎；較軟巖或軟硬互層，巖體較破碎~破碎；軟巖，巖體較完整~較完整較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎~破碎；全部極軟巖和全部極破碎巖第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)巖體中的地應力1、初始地應力來源及組成地應力來源：成巖作用、放射性元素衰變、地殼運動等組成：自重應力：σｖ＝γ·Ｈ；σh＝λ

σｖ構造應力：具方向性地應力測試方法：鉆孔地應力解除法、水壓致裂法和聲發(fā)射法等2、地應力分布