1第一章巖土的工程性質(zhì)課件

第一章巖土的工程性質(zhì)

第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)第二節(jié)巖體的工程性質(zhì)第三節(jié)土的工程性質(zhì)第四節(jié)巖石的可鉆性第一章巖土的工程性質(zhì)第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)二、巖石的水理性質(zhì)三、巖石的力學(xué)性質(zhì)

巖石的工程性質(zhì)是指與工程建設(shè)有關(guān)的巖石的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)巖石的工程第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)1．結(jié)構(gòu)

巖石的結(jié)構(gòu)是指組成巖石的礦物成分、粒度、形狀和礦物顆粒之間的連結(jié)方式。巖石的結(jié)構(gòu)不同，它的堅(jiān)固程度也就不同。組成巖石的礦物顆粒趟細(xì)，組織越致密，這種巖石就越堅(jiān)固，在進(jìn)行鉆孔和爆破時(shí)也就越難于破碎。第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)1.結(jié)構(gòu)顆粒細(xì)、致密的巖石堅(jiān)固。例如火成巖中細(xì)?；◢弾r的抗壓強(qiáng)度為2.6×108Pa，而粗粒花崗巖的抗壓強(qiáng)度只有1.2×108Pa。沉積巖的堅(jiān)固性除與礦物的成分、粒度和形狀有關(guān)外，還與膠結(jié)物的成分和顆粒間膠結(jié)的強(qiáng)弱有關(guān)。硅質(zhì)膠結(jié)最堅(jiān)固，鐵質(zhì)次之。對(duì)于變質(zhì)巖，變質(zhì)程度越高，堅(jiān)固性越強(qiáng)。一、巖石的物理性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)1.結(jié)構(gòu)巖石的結(jié)構(gòu)越致密，膠結(jié)越牢固，則巖石的堅(jiān)固性越高，對(duì)于鉆孔和鑿巖爆破越困難，而對(duì)保護(hù)孔壁和坑道維護(hù)（支護(hù)）工作越有利。2.構(gòu)造巖石的構(gòu)造是指巖石在生成時(shí)和生成后受動(dòng)力地質(zhì)作用所形成的層理、節(jié)理和裂隙等。

一、巖石的物理性質(zhì)1.結(jié)構(gòu)一、巖石的物理性質(zhì)2.構(gòu)造無(wú)論是層理、節(jié)理還是裂隙，都是巖石中連結(jié)的薄弱面。它們的存在一方面大大削弱了巖石的堅(jiān)固性，在外力作用下，巖石首先會(huì)沿著這些薄弱面破裂；另一方面又對(duì)爆破有害，降低了爆破效果，特別是炮眼布置不當(dāng)時(shí)，爆炸氣體產(chǎn)物容易沿著裂隙漏掉，巖石得不到充分的破碎，從而產(chǎn)生大塊。一、巖石的物理性質(zhì)2.構(gòu)造一、巖石的物理性質(zhì)3．松散性整體巖石被破碎后，自然堆積的體積比整體巖石的體積大，這種特性稱為巖石的松散性（又稱碎脹性）。松散狀態(tài)的巖石體積與原巖體積之比稱為巖石松散系數(shù)。在選擇裝巖運(yùn)輸設(shè)備與提升容器時(shí)必須考慮巖石的松散性。一、巖石的物理性質(zhì)表1-1巖土的松散系數(shù)巖土名稱松散系數(shù)砂、壤土1.10～1.20腐殖土1.20～1.30肥粘土、粗礫石、重壤土1.24～1.30軟泥灰?guī)r1.33～1.37粘土質(zhì)片巖、較軟的堅(jiān)實(shí)巖石1.35～1.45中等堅(jiān)實(shí)巖石1.40～1.60硬和極硬的堅(jiān)實(shí)巖石1.45～1.80一、巖石的物理性質(zhì)3．松散性表1-1巖土的松散系數(shù)巖土名稱松散系數(shù)砂、壤土1.10～一、巖石的物理性質(zhì)4.孔隙度

單位體積巖石中所含孔隙體積的百分比稱為孔隙度。孔隙度大的巖石，組織結(jié)構(gòu)不緊密，一般易于鉆進(jìn)和爆破，但孔隙度大的巖石，不僅能含水，鉆孔時(shí)沖洗液易漏失，亦能滲透氣體，要特別注意在鑿巖爆破時(shí)的涌水和瓦斯噴出的可能。一、巖石的物理性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)5.密度

巖石的密度是指不包括孔隙體積在內(nèi)的單位體積巖石的質(zhì)量。密度大的巖石，鉆進(jìn)和爆破時(shí)消耗能量大。巖石名稱花崗巖砂巖石灰?guī)r密度2.56～2.692.59～2.722.71～2.88表1-2幾種常見巖石的密度（l03kg/m3)一、巖石的物理性質(zhì)巖石名稱花崗巖砂巖石灰?guī)r密度2.56～2.一、巖石的物理性質(zhì)6.安息角顆粒間缺乏凝聚力的松散性巖石，堆放時(shí)能保持其外形，由于受顆粒自重和顆粒之間摩擦力的作用而不坍塌，此時(shí)其斜面與水平面所夾之角，稱為巖石的自然安息角。對(duì)顆粒間缺乏凝聚力的巖石（如松散巖塊和土壤）稱為安息角；而對(duì)顆粒之間具有凝聚力的巖石（如致密、堅(jiān)硬的巖石）則稱為內(nèi)摩擦角。一、巖石的物理性質(zhì)巖塊及土石名稱干的濕潤(rùn)的濕的（飽和水）安息角腐殖土403525壤土40～4535～4025～30粘土40～453515～20粗砂30～3532～4025～27中砂28～303525細(xì)砂2530～3515～20礫石35～403525～30無(wú)根泥煤402515各種碎脹堅(jiān)實(shí)巖石32～4536～4830～40表1-3巖塊及土石在不同濕度下的安息角巖塊及土石名稱干的濕潤(rùn)的濕的（飽和水）安腐殖土403525壤續(xù)表1-3巖塊及土石在不同濕度下的內(nèi)摩擦角巖塊及土石名稱干的濕潤(rùn)的濕的（飽和水）安息角粘土質(zhì)頁(yè)巖403525石灰?guī)r40～4535～4025～30砂巖40～453515～20輝綠巖、片麻巖30～3532～4025～27赤鐵礦28～303525花崗石2530～3515～20硬石英巖35～403525～30續(xù)表1-3巖塊及土石在不同濕度下的內(nèi)摩擦角巖塊及土石名稱二、巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)是指巖石對(duì)水的滲透性和巖石浸水后的軟化性、抗凍性、可溶性、膨脹性和崩解性。巖石的水理性質(zhì)一般通過(guò)室內(nèi)滲透試驗(yàn)、溶解試驗(yàn)和浸水、凍融抗壓試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)二、巖石的水理性質(zhì)第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)二、巖石的水理性質(zhì)白云巖、石灰?guī)r、石膏、巖鹽和硝石等在一定的水質(zhì)條件下是可溶的。有些粘土礦物含量高的泥巖和頁(yè)巖具有膨脹性和崩解性。

滲透系數(shù)K=V/I，V-滲透速度，m/d；I-水力梯度。軟化系數(shù)Kd=Rb/Rc，Rb-巖石飽和含水抗壓強(qiáng)度，kPa；Rc-巖石干試樣抗壓強(qiáng)度，kPa?？箖鱿禂?shù)Kf=（Rc-Rf）/Rc,Rf-巖石經(jīng)過(guò)25次凍融后的抗壓強(qiáng)度，kPa。二、巖石的水理性質(zhì)巖石名稱滲透系數(shù)（m·d-1）軟化系數(shù)抗凍系數(shù)花崗巖4.32×10-8～1.73×10-70.78～0.860.19左右粗面巖-0.59～0.81-石灰?guī)r60.48×10-7～10.37×10-40.68～0.940.02左右泥巖51.84×10-4～17.28×10-20.45～0.88-砂巖1.38×10-4～10.37×10-20.60～0.970.21左右角礫巖3.97×10-7左右--大理巖-1.0左右-片巖-0.63～0.97-表1-4幾種常見巖石的滲透系數(shù)、軟化系數(shù)和抗凍系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值巖石名稱滲透系數(shù)軟化系數(shù)抗凍系數(shù)花崗巖4.32×10-8～1三、巖石的力學(xué)性質(zhì)1.巖石的強(qiáng)度巖石強(qiáng)度的定義同固體強(qiáng)度的定義，可理解為抵抗外載整體破壞的能力。據(jù)外載的形式不同，可以有抗拉、抗壓、抗彎等幾種強(qiáng)度。巖石強(qiáng)度的大小主要取決于其內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦力。第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)三、巖石的力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)圖1-1巖石強(qiáng)度的形式圖1-1巖石強(qiáng)度的形式三、巖石的力學(xué)性質(zhì)1.巖石的強(qiáng)度

同一塊巖石其抗拉、抗彎、抗剪和抗壓強(qiáng)度的大小是不同的，抗拉強(qiáng)度最小，抗彎、抗剪強(qiáng)度次之，而抗壓強(qiáng)度最大。若巖石的抗壓強(qiáng)度為1，則其抗剪強(qiáng)度為1／6～1／11；抗彎強(qiáng)度為1／5～1／12；抗拉強(qiáng)度為1／10～1／15。利用巖石的抗拉與抗彎強(qiáng)度比較弱的特點(diǎn)，采用相應(yīng)的機(jī)械破碎方法是可以得到較好的效果的。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)1.巖石的強(qiáng)度三、巖石的力學(xué)性質(zhì)2.巖石的硬度巖石的硬度是巖石表面抵抗工具侵入的能力。目前在工程上測(cè)定硬度的方法很多，適于巖石形態(tài)變化特點(diǎn)的是以各種不同形狀的壓模（球體、圓柱體、圓錐體等）壓入巖石的方法。用巖石在破碎時(shí)所加之外力與壓模底面積的比值表示，單位為MPa。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)三、巖石的力學(xué)性質(zhì)2.巖石的硬度影響巖石硬度的因素是多方面的，與造巖礦物成份、膠結(jié)物性質(zhì)、巖石結(jié)構(gòu)等有密切關(guān)系。造巖礦物硬度大，則巖石硬度也大；硅質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的巖石硬度比鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)的巖石硬度大；結(jié)晶程度越高、顆粒越細(xì)，巖石硬度越大。按照壓入硬度值，巖石硬度可分為6類12級(jí)。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)2.巖石的硬度巖石類別軟中軟中硬巖石級(jí)別123456壓入硬度/MPa≤100100-250250-500500-10001000-15001500-2000巖石類別硬堅(jiān)硬極硬巖石級(jí)別789101112壓入硬度/MPa2000-30003000-40004000-50005000-60006000-7000>7000表1-5按壓入硬度確定的巖石分類巖石類別軟中軟中硬巖石級(jí)別123456壓入硬度≤100100三、巖石的力學(xué)性質(zhì)3.巖石的彈塑性及脆性彈性、塑性和脆性是物體受外力作用后對(duì)變形的不同表現(xiàn)。彈性是固體在卸去所加之負(fù)載后恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)的性能。當(dāng)所加之負(fù)載卸去后，固體保持其變形的性能稱之為塑性（即變形不能隨之消失）。脆性是固體在負(fù)載作用下不引起任何殘余變形的性能，也就是巖石的彈性極限與強(qiáng)度極限很接近。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)三、巖石的力學(xué)性質(zhì)3.巖石的彈塑性及脆性巖石由于是多礦物組成且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不是理想的彈性體，不符合胡克定律。多數(shù)造巖礦物塑形都不大，有的基本上無(wú)塑形。所以巖石塑形變形主要是由于礦物顆粒間沿界面產(chǎn)生的滑動(dòng)引起的，巖石內(nèi)部顆粒相對(duì)滑移能力越強(qiáng)、孔隙度和濕度越大，則巖石的塑形越強(qiáng)。根據(jù)單向壓縮時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變所反映的巖石變形特征，可把巖石分為彈脆性、彈塑形和塑形巖石三類。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)3.巖石的彈塑性及脆性三、巖石的力學(xué)性質(zhì)4.巖石的研磨性在用機(jī)械方法破碎巖石過(guò)程中，鉆頭體上的切削具（硬質(zhì)合金、金剛石、牙輪等）或鉆頭體本身及其磨料（鉆粒）將與巖石產(chǎn)生連續(xù)或間歇接觸和摩擦，從而產(chǎn)生磨損。巖石磨損鉆進(jìn)工具的能力稱為巖石的研磨性。常以工具的磨耗量來(lái)表示。巖石性質(zhì)、巖石與工具摩擦表面的溫度、相對(duì)速度及壓力等影響研磨性。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)巖體的工程性質(zhì)

巖體是地質(zhì)體的一部分，它位于一定的地質(zhì)環(huán)境之中，是在各種宏觀地質(zhì)界面（斷層、節(jié)理、破碎帶、接觸帶、片理等）分割下形成的具有一定結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體。這些地質(zhì)界面，統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)面或不連續(xù)面。被結(jié)構(gòu)面切割成的巖石塊體稱為結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的排列組合方式稱為巖體結(jié)構(gòu)。第二節(jié)巖體的工程性質(zhì)巖體是地質(zhì)體的一部分，它位于

由于巖體在其形成和存在的整個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期中，經(jīng)受過(guò)各種復(fù)雜而不均衡的地質(zhì)作用，這就使其工程性質(zhì)變得十分復(fù)雜，表現(xiàn)在：（1）不連續(xù)性：由于巖體中存在著各種結(jié)構(gòu)面，因此巖體是不連續(xù)的介質(zhì)（大塊、完整的巖體可看成連續(xù)介質(zhì)）。巖體的這種不連續(xù)性，使巖體力學(xué)性質(zhì)與其它連續(xù)介質(zhì)有很大的差別。（2）非均質(zhì)性：指巖體物理力學(xué)性質(zhì)隨空間位置不同有較大的差異。巖體的這一特性，使其試驗(yàn)結(jié)果常具有較大的離散性。由于巖體在其形成和存在的整個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期中，

（3）各向異性：指巖體性質(zhì)隨巖體結(jié)構(gòu)面的取向而有差異的性質(zhì)。這是由于巖體中結(jié)構(gòu)面的分布往往有一定的方向。因此工程力與結(jié)構(gòu)面的方位之間的關(guān)系，對(duì)巖體性質(zhì)有很大影響。（4）巖體中存在著天然應(yīng)力場(chǎng)。（5）巖體賦于一定地質(zhì)環(huán)境之中，巖體中的水、溫度、應(yīng)力場(chǎng)對(duì)巖體性質(zhì)有較大的影響。巖體強(qiáng)度就是指巖體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，它是包含有結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度的一個(gè)綜合指標(biāo)。巖體變形是巖塊（結(jié)構(gòu)體）、結(jié)構(gòu)面及充填物變形的總和。通常情況下，后兩者的變形起控制作用。（3）各向異性：指巖體性質(zhì)隨巖體結(jié)構(gòu)面的取向而有差異的一、結(jié)構(gòu)面二、結(jié)構(gòu)體三、巖體第二節(jié)巖體的工程性質(zhì)一、結(jié)構(gòu)面第二節(jié)巖體的工程性質(zhì)一、結(jié)構(gòu)面

同結(jié)構(gòu)體相比，結(jié)構(gòu)面的力學(xué)強(qiáng)度一般較低，強(qiáng)度較低的結(jié)構(gòu)面稱為軟弱結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面按成因分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面三類。原生結(jié)構(gòu)面包括沉積巖層面、沉積巖間斷面、火成巖接觸面、火成巖原生節(jié)理面、變質(zhì)巖片理面。構(gòu)造結(jié)構(gòu)面包括斷層面、構(gòu)造節(jié)理面和劈理面。次生結(jié)構(gòu)面包括風(fēng)化裂隙面和卸荷裂隙面。一、結(jié)構(gòu)面表1-6結(jié)構(gòu)面按規(guī)模的分級(jí)級(jí)別規(guī)模類別Ⅰ延伸數(shù)千米到數(shù)十千米，貫通巖體；寬數(shù)米到數(shù)十米較大的斷層Ⅱ延伸規(guī)模同所研究的巖體的規(guī)模相當(dāng)，寬數(shù)厘米到數(shù)米小斷層、層間錯(cuò)動(dòng)面Ⅲ延伸范圍較小，十幾米到幾十米，結(jié)構(gòu)面內(nèi)有泥膜或不夾泥大節(jié)理、不夾泥的小斷層、開裂的層面Ⅳ延伸范圍小，巖體結(jié)構(gòu)面未錯(cuò)動(dòng)，結(jié)構(gòu)面內(nèi)不夾泥節(jié)理、劈理、層面，次生裂隙Ⅴ結(jié)構(gòu)面很小，連續(xù)性差不連續(xù)小節(jié)理、隱節(jié)理、層面、片理表1-6結(jié)構(gòu)面按規(guī)模的分級(jí)級(jí)別規(guī)模類別Ⅰ結(jié)構(gòu)面的形態(tài)特征：（1）結(jié)構(gòu)面的閉合狀況：按結(jié)構(gòu)面張開寬度b分：

緊密閉合的，；

閉合的，；

中等張開的，；

張開的，。

結(jié)構(gòu)面的形態(tài)特征：

（2）結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)狀況結(jié)構(gòu)面中的膠結(jié)物有泥質(zhì)的、鈣質(zhì)的、鐵質(zhì)的、硅質(zhì)的以及含可溶鹽類礦物的。（3）結(jié)構(gòu)面中充填物的厚度分為薄膜，厚度小于2mm；

夾泥，厚、度小于結(jié)構(gòu)面的起伏差；

夾層，厚度略大于結(jié)構(gòu)面的起伏差；

厚層，厚度為幾十厘米至幾米。（2）結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)狀況

（4）結(jié)構(gòu)面的粗糙程度和起伏狀況結(jié)構(gòu)面按粗糙程度可分為粗糙的、平滑的和鏡面狀的。結(jié)構(gòu)面按起伏形態(tài)可分為平直的、臺(tái)狀的、波狀的和鋸齒狀的。結(jié)構(gòu)面的起伏差指其凸起和凹陷的幅度，起伏角指凸起（或凹陷）斜面與結(jié)構(gòu)面的平均傾斜面的交角。（5）結(jié)構(gòu)面的貫通狀況對(duì)于所研究的巖體來(lái)說(shuō)，完全分割整個(gè)巖體的結(jié)構(gòu)面是貫通性的，否則為非貫通性的。（4）結(jié)構(gòu)面的粗糙程度和起伏狀況

結(jié)構(gòu)面的分布特征包括所研究的巖體中結(jié)構(gòu)面的組數(shù)、分布間距和產(chǎn)狀。巖體中張開的結(jié)構(gòu)面，常是地下水的滲流通道和儲(chǔ)積場(chǎng)所；被不透水或弱透水物質(zhì)充填或膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面，常是地下水滲流的阻隔面。沿張開的結(jié)構(gòu)面，地下水流速可用下式計(jì)算：

層流：；紊流：

---單個(gè)結(jié)構(gòu)面中地下水的流速；---層流水力傳導(dǎo)系數(shù)；---紊流水力傳導(dǎo)系數(shù)；---水力梯度在結(jié)構(gòu)面上的垂直投影；δ---非線性指數(shù)，層流時(shí)=1，完全紊流時(shí)=0.5。結(jié)構(gòu)面的分布特征包括所研究的巖體中結(jié)構(gòu)面的組數(shù)、分

水力傳導(dǎo)系數(shù)可用下列公式計(jì)算：

層流：；

紊流：

b---滲流裂隙寬度；g---重力加速度；Kc---裂隙張開面積與裂隙總面積的比值；α---裂隙面的絕對(duì)粗糙度（即其凹凸高度）；D---水力直徑，按裂隙寬度的2倍計(jì)算；、---取決于裂隙相對(duì)粗糙度α/D的兩個(gè)系數(shù)，當(dāng)α/D>0.033時(shí)，d=1.9，水力傳導(dǎo)系數(shù)可用下列公式計(jì)算：

當(dāng)結(jié)構(gòu)面中充填物質(zhì)的滲透性高于其兩側(cè)巖塊的滲透性時(shí)，結(jié)構(gòu)面的水力傳導(dǎo)系數(shù)就相當(dāng)于充填物質(zhì)的滲透系數(shù)。結(jié)構(gòu)面的滲透性指標(biāo)，可以通過(guò)室內(nèi)滲透試驗(yàn)和原位注水、壓水和抽水試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。一般以結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度和抗摩擦強(qiáng)度作為結(jié)構(gòu)面的力學(xué)指標(biāo)。結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度受到多種因素的影響，諸如結(jié)構(gòu)面的張開程度、膠結(jié)物性質(zhì)、充填狀況、起伏形態(tài)、貫通性狀以及裂隙中的水壓力等因素都不同程度地影響結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度。當(dāng)結(jié)構(gòu)面中充填物質(zhì)的滲透性高于其兩側(cè)巖塊的滲透性時(shí)

結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，可按下式計(jì)算：式中：——結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，kPa；

——結(jié)構(gòu)面的內(nèi)聚力，kPa；

——作用在結(jié)構(gòu)面上的正應(yīng)力，kPa；

——結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角，o。結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，可按下式計(jì)算：表1-7結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)結(jié)構(gòu)面類型內(nèi)摩擦角

內(nèi)聚力泥化面10～200～0.5光滑面30～400.5～1.0粗糙面40～480.8～3.0層面粘土巖層面泥灰?guī)r層凝灰?guī)r層面頁(yè)巖層面20～300.5～1.0砂巖層面灰?guī)r層面30～400.5～1.0片理面滑石片巖片理面云母片巖片理面10～200～0.5一般片巖片理面20～300.5～1.0本表包括沒有脫開的內(nèi)層理面、沒有脫開的片理面以及已經(jīng)膠結(jié)的破裂面。表1-7結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)結(jié)構(gòu)面類型內(nèi)摩擦角內(nèi)聚力泥

結(jié)構(gòu)面的凸凹起伏，增大了其抗剪強(qiáng)度，具有一定起伏度的結(jié)構(gòu)面的摩擦因數(shù)可用下式計(jì)算：

式中---凸凹起伏的結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角；

---平直結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角；

---結(jié)構(gòu)面的起伏角。當(dāng)結(jié)構(gòu)面中軟弱夾層的厚度大于起伏差時(shí)，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度相當(dāng)于軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度，此時(shí)結(jié)構(gòu)面起伏差對(duì)其抗剪強(qiáng)度的影響很小。結(jié)構(gòu)面的凸凹起伏，增大了其抗剪強(qiáng)度，具有一定起伏度的

裂隙中的水壓力降低了結(jié)構(gòu)面的有效正應(yīng)力，因而降低了結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度。充水的結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，可按下式計(jì)算：

式中：u---結(jié)構(gòu)面的水壓力，kPa。---結(jié)構(gòu)面的內(nèi)聚力，kPa；---作用在結(jié)構(gòu)面上的正應(yīng)力，kPa；——結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角，o。結(jié)構(gòu)面在法向應(yīng)力作用下，可使張開的結(jié)構(gòu)面閉合，或使充填于結(jié)構(gòu)面中的物質(zhì)壓密，從而發(fā)生結(jié)構(gòu)面的壓縮變形，可用下式計(jì)算：裂隙中的水壓力降低了結(jié)構(gòu)面的有效正應(yīng)力，因而降低了結(jié)

式中：W---結(jié)構(gòu)面的壓縮量，mm。Wmax---結(jié)構(gòu)面可能發(fā)生的最大壓縮量，mm；e---自然對(duì)數(shù)的底；σ---法向應(yīng)力，kPa；E1---結(jié)構(gòu)面的法向壓縮模量，MPa。式中：W---結(jié)構(gòu)面的壓縮量，mm。W二、結(jié)構(gòu)體巖體受結(jié)構(gòu)面切割而造成的結(jié)構(gòu)體是多種多樣的，但其基本形式為棱體、楔形體、柱體、塊體、錐體等五種。此外，由于巖體的變形及破碎的結(jié)果可以形成片狀、碎塊狀、鱗片狀、碎屑狀等結(jié)構(gòu)體形式。結(jié)構(gòu)體規(guī)模的變化很大，有的是粒徑僅數(shù)毫米的巖屑，有的則是塊徑達(dá)數(shù)十米的巨大巖塊。結(jié)構(gòu)體的工程性質(zhì)（物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)）以組成結(jié)構(gòu)體的巖石的工程性質(zhì)來(lái)表示。二、結(jié)構(gòu)體1第一章巖土的工程性質(zhì)課件三、巖體巖體是指在地質(zhì)歷史過(guò)程中形成的，由巖石單元體和結(jié)構(gòu)面組成的，具有一定的結(jié)構(gòu)并賦存于一定的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水等地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體。由于結(jié)構(gòu)面的存在，巖體的強(qiáng)度既不同于巖石的強(qiáng)度，也不同于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，一般其強(qiáng)度介于巖石與結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度之間。因而對(duì)于各種工程所關(guān)心的巖體穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，起決定作用的是巖體強(qiáng)度，而不是巖石強(qiáng)度。三、巖體

巖體結(jié)構(gòu)是由結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及組合關(guān)系，或是結(jié)構(gòu)體的規(guī)模及排列形式?jīng)Q定的。巖體結(jié)構(gòu)類型反映巖體的不連續(xù)性和不均一性。類型特征亞類完整結(jié)構(gòu)巖體完整或僅有稀疏分布的Ⅳ、Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面無(wú)裂隙的（愈合型）、有裂隙的塊裂結(jié)構(gòu)I、Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面將巖石分割為巨大塊體完整塊裂、破碎塊裂碎裂結(jié)構(gòu)數(shù)組Ⅲ、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面將巖石分割為碎塊體塊狀碎裂、層狀碎裂、鑲嵌碎裂散體結(jié)構(gòu)多種結(jié)構(gòu)面密集分布，將巖石分割為碎屑、碎片塊狀散體、糜棱化散體巖體結(jié)構(gòu)是由結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及組合關(guān)系，或是結(jié)構(gòu)體的

層理和片理較發(fā)育的沉積巖和變質(zhì)巖，可以列為層狀結(jié)構(gòu)類型；從巖體的工程技術(shù)性質(zhì)來(lái)看，層狀結(jié)構(gòu)可以并入塊裂結(jié)構(gòu)或碎裂結(jié)構(gòu)。巖體的物理性質(zhì)是組成巖體的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體在質(zhì)量、孔隙性、吸水性等方面的綜合特征。因此，研究巖體的物理性質(zhì)，先要分別研究結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的物理性質(zhì)，然后再綜合評(píng)價(jià)巖體的物理性質(zhì)。層理和片理較發(fā)育的沉積巖和變質(zhì)巖，可以列為層狀結(jié)構(gòu)類

巖體的水理性質(zhì)是巖體在水溶液作用下表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，是組成巖體的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的滲透性、浸水軟化性、可溶性、脹縮性和崩解性等方面的綜合特征。對(duì)于結(jié)構(gòu)體為致密堅(jiān)硬巖石的巖體，結(jié)構(gòu)面的水理性質(zhì)對(duì)整個(gè)巖體的水理性質(zhì)具有決定作用，特別是巖體的滲透性，主要取決于結(jié)構(gòu)面的滲透性。巖體的滲透性指標(biāo)，一般通過(guò)原位注水、壓水和抽水試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。巖體的水理性質(zhì)是巖體在水溶液作用下表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，是

不同結(jié)構(gòu)類型的巖體具有不同的水文地質(zhì)特征，以巖體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，巖體的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)分為七種類型（表1-9）。巖體的力學(xué)性質(zhì)，主要由四個(gè)基本因素所決定：（1）結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)；（2）結(jié)構(gòu)體的力學(xué)性質(zhì)；（3）巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)，即結(jié)構(gòu)面的發(fā)育組合情況對(duì)巖體強(qiáng)度和變形的影響；（4）巖體的環(huán)境因素，特別是巖體中的地應(yīng)力和地下水的情況。不同的巖體力學(xué)介質(zhì)，其變形和破壞機(jī)制也有所差異。不同結(jié)構(gòu)類型的巖體具有不同的水文地質(zhì)特征，以巖體結(jié)構(gòu)含水體的巖性及其地質(zhì)特征巖體的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型完整結(jié)構(gòu)致密完整巖石不透水體碎裂結(jié)構(gòu)含水體基本連續(xù)分布碎裂統(tǒng)一含水體含水體夾在相對(duì)隔水巖石之間層狀碎裂含水體塊裂結(jié)構(gòu)含水體為充填于結(jié)構(gòu)面中透水性強(qiáng)的物質(zhì)脈狀裂隙含水體散體結(jié)構(gòu)含水體為疏松的巖體孔隙統(tǒng)一含水體含水體為夾在致密巖中的疏松巖體層狀孔隙含水體空洞結(jié)構(gòu)含水體為喀斯特化巖體管狀含水體表1-9巖體水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)含水體的巖性及其地質(zhì)特征巖體的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型完整結(jié)巖體力學(xué)介質(zhì)與結(jié)構(gòu)類型連續(xù)介質(zhì)(完整結(jié)構(gòu))不連續(xù)介質(zhì)塊裂介質(zhì)(塊裂結(jié)構(gòu))碎裂介質(zhì)(碎裂結(jié)構(gòu))散裂介質(zhì)(散體結(jié)構(gòu))變形機(jī)制主要為完整巖石的彈性變形主要為結(jié)構(gòu)面的壓縮和剪切變形結(jié)構(gòu)面的壓縮和剪切變形散體介質(zhì)的壓密破壞機(jī)制完整巖石拉裂和剪破沿I、Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面剪破滑動(dòng)沿Ⅲ、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面剪破滑動(dòng)散體介質(zhì)的剪破滑動(dòng)表1-10巖體力學(xué)介質(zhì)變形破壞機(jī)制與測(cè)試巖體力學(xué)介質(zhì)連續(xù)介質(zhì)(完整結(jié)構(gòu))不連續(xù)介質(zhì)塊裂介質(zhì)碎裂介質(zhì)散續(xù)表1-10巖體力學(xué)介質(zhì)變形破壞機(jī)制與測(cè)試巖體力學(xué)介質(zhì)與結(jié)構(gòu)類型連續(xù)介質(zhì)(完整結(jié)構(gòu))不連續(xù)介質(zhì)塊裂介質(zhì)(塊裂結(jié)構(gòu))碎裂介質(zhì)(碎裂結(jié)構(gòu))散裂介質(zhì)(散體結(jié)構(gòu))控制巖體變形、破壞的因素巖石的力學(xué)性質(zhì)貫通性的I、Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面Ⅲ、1V級(jí)結(jié)構(gòu)面散體的密實(shí)程度和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)巖體強(qiáng)度和變形指標(biāo)軟弱結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度和變形指標(biāo)結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度和變形指標(biāo)散體介質(zhì)的強(qiáng)度和變形指標(biāo)

方法以室內(nèi)巖塊試驗(yàn)為主結(jié)構(gòu)面中軟弱物質(zhì)的室內(nèi)試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)面的原位試驗(yàn)結(jié)構(gòu)面的室內(nèi)試驗(yàn)和原位試驗(yàn)以原位試驗(yàn)為主

續(xù)表1-10巖體力學(xué)介質(zhì)變形破壞機(jī)制與測(cè)試巖體力學(xué)介質(zhì)連第三節(jié)土的工程性質(zhì)一、土的分類二、土的物理性質(zhì)三、土的水理性質(zhì)四、土的力學(xué)性質(zhì)第三節(jié)土的工程性質(zhì)一、土的分類

土是由固體（礦物、巖石碎屑）、水和氣體組成的質(zhì)地較松散（同巖石相比較而言）的三相地質(zhì)集合體。固體顆粒、水和氣體之間的比例關(guān)系隨著周圍條件的變化而變化。固體顆粒的大小、成分及三相之間的比例關(guān)系，反映出土的不同性質(zhì)，如干濕、松密、輕重、軟硬等。它們對(duì)評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)，進(jìn)行土的工程分類具有重要意義。土是由固體（礦物、巖石碎屑）、水和氣體組成的質(zhì)地較松一、土的分類（1）一般性分類。包括工程中常遇到的各類土，考慮土的主要工程地質(zhì)特性進(jìn)行劃分。（2）局部性分類。根據(jù)土的某些指標(biāo)對(duì)土進(jìn)行分類。例如，按土的成因、有機(jī)質(zhì)含量、顆粒級(jí)配和塑性指數(shù)對(duì)土進(jìn)行分類（表1-11）。（3）專門性分類。根據(jù)某些工程部門的具體需要而進(jìn)行的分類。它密切結(jié)合工程類型，直接為工程設(shè)計(jì)施工服務(wù)。一、土的分類按成因分類按有機(jī)質(zhì)含量分類按塑形指數(shù)分類殘積土無(wú)機(jī)土（）粘性土坡積土有機(jī)質(zhì)土（）粉質(zhì)粘土（）洪積土泥炭質(zhì)土（）粘土（）沖積土泥炭（）淤積土冰水沉積和冰漬土風(fēng)積土表1-11土的分類注：粉土的塑性指數(shù)。按成因按有機(jī)質(zhì)含量分類按塑形指數(shù)分類殘積土無(wú)機(jī)土（續(xù)表1-11土的分類-按顆粒級(jí)配分類碎石土名稱顆粒形狀顆粒級(jí)配漂石圓、亞圓形為主粒徑大于200mm的顆粒超過(guò)全重的50%塊石棱角形為主卵石圓、亞圓形為主粒徑大于20mm的顆粒超過(guò)全重的50%碎石棱角形為主圓礫角礫圓、亞圓形為主棱角形為主粒徑大于2mm的顆粒超過(guò)全重的50%續(xù)表1-11土的分類-按顆粒級(jí)配分類碎石土名稱顆粒形狀顆續(xù)表1-11土的分類-按顆粒級(jí)配分類砂土粉土名稱顆粒級(jí)配名稱顆粒級(jí)配礫砂粒徑大于2mm的顆粒超過(guò)全重的25%～50%砂質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒含量少于土體全重的10%粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過(guò)全重的50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒超過(guò)全重的50%細(xì)砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全重的85%砂質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒含量超過(guò)土體全重的10%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全重的50%續(xù)表1-11土的分類-按顆粒級(jí)配分類砂土粉土名稱顆粒級(jí)配

有一些土具有某些特殊工程性質(zhì)，通常稱這類土為特殊土（表1-12）。有一些土具有某些特殊工程性質(zhì)，通常稱這類土為特殊土（土的名稱主要特征崩解性土在一定壓力下浸水時(shí)產(chǎn)生的崩解變形超過(guò)一定數(shù)值的土紅粘土碳酸鹽巖地區(qū)的具有明顯的失水收縮性的高塑性紅褐黃色粘土軟土孔隙比大、含水量高、壓縮性高、強(qiáng)度低的粘性土和粉土混合土粘性土、粉土和碎石土組成的顆粒級(jí)配不連續(xù)的土填土人類活動(dòng)堆填的土多年凍土含有凍結(jié)期超過(guò)3年的水體的土膨脹土在溫度和濕度變化時(shí)產(chǎn)生明顯脹縮變形的土鹽漬土可溶鹽含量較高的土污染土由于外來(lái)物質(zhì)的侵入而改變了原有性狀的士濕陷性黃土在一定力作用下受水浸濕后會(huì)發(fā)生顯著的沉積的土表1-12特殊土的種類土的名稱主要特征崩解性土在一定壓力下浸水時(shí)產(chǎn)生的二、土的物理性質(zhì)土的物理性質(zhì)指土體的成分、結(jié)構(gòu)、可塑性和擊實(shí)性等方面的特征，其指標(biāo)見表1-13。土的物理性質(zhì)指標(biāo)一般可以通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，也可以通過(guò)原位的標(biāo)準(zhǔn)貫入、動(dòng)力觸探、靜力觸探等試驗(yàn)，按土的原位試驗(yàn)結(jié)果和物理性質(zhì)指標(biāo)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來(lái)間接推算。分級(jí)實(shí)測(cè)平均錘擊數(shù)N63.5密實(shí)30-50中密10-29稍密5-9松散<3根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)灌入試驗(yàn)判定砂土密實(shí)程度二、土的物理性質(zhì)分級(jí)實(shí)測(cè)平均錘擊數(shù)N63.5密實(shí)30-50中1第一章巖土的工程性質(zhì)課件續(xù)表1-13續(xù)表1-13三、土的水理性質(zhì)土的水理性質(zhì)指土的滲透性、吸水或失水的脹縮性、浸水時(shí)的軟化性和在水中的可溶性等方面的特征。土的滲透性同土的顆粒級(jí)配、密實(shí)程度以及被封閉的氣體含量有關(guān)，土顆粒的有效粒徑越大，孔隙比越大。被封閉的氣體量越小，透系數(shù)越大。滲透水流在碎石土、砂土和粉土中多呈層流狀態(tài)，其運(yùn)動(dòng)速度服從達(dá)西定律。滲流在粘性土中因受薄膜水阻滯，其運(yùn)動(dòng)速度常偏離達(dá)西定律。

三、土的水理性質(zhì)

在土中滲流的運(yùn)動(dòng)水壓力稱為滲透力。當(dāng)向上方向的滲透力等于或大于土的浮重度時(shí)，土體可能發(fā)生滲透變形。土的滲透變形有流砂和管涌?jī)煞N形式，土的顆粒級(jí)配與滲透變形是否發(fā)生及其出現(xiàn)形式有著密切的關(guān)系。有些粘性土含有較多的強(qiáng)親水性礦物，具有吸水膨脹、失水收縮的特性。含粉土和粘土顆粒較多的土，一般具有較大的浸水軟化性。含可溶鹽的土，具有可溶性。在土中滲流的運(yùn)動(dòng)水壓力稱為滲透力。

土的滲透系數(shù)可通過(guò)室內(nèi)滲透試驗(yàn)和原位注水、抽水試驗(yàn)來(lái)測(cè)定；土的滲透變形判別指標(biāo)可通過(guò)滲透變形試驗(yàn)來(lái)測(cè)定；土的脹縮性、軟化性、可溶性可通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。四、土的力學(xué)性質(zhì)土的力學(xué)性質(zhì)指土在力的作用下變形和破壞特征，可由表1-15中的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表示。

土的滲透系數(shù)可通過(guò)室內(nèi)滲透試驗(yàn)和原位注水、抽水試驗(yàn)來(lái)1第一章巖土的工程性質(zhì)課件1第一章巖土的工程性質(zhì)課件

土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切滑動(dòng)的極限強(qiáng)度。土體的抗剪強(qiáng)度與作用在它上面的法向應(yīng)力及土的內(nèi)摩擦角有關(guān)。土的內(nèi)摩擦角與土的密實(shí)度、顆粒大小、形狀、粗糙程度等因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，土愈密實(shí)、土粒愈大、形狀愈不規(guī)則、表面愈粗糙，則值愈大。

天然砂土的內(nèi)摩擦角一般在30o（圓粒、均勻的松細(xì)砂）到45o（尖粒、不均勻的緊密粗砂）之間。對(duì)于極松散的砂土，它的內(nèi)摩擦角接近于天然坡角。土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切滑動(dòng)的極限強(qiáng)度。土體的抗

粘土類土的內(nèi)摩擦角與密實(shí)度及含水量有關(guān)，為5o～25o。粘性土的抗剪強(qiáng)度不僅包括內(nèi)摩擦阻力，還包括粘聚力。因?yàn)檎惩令w粒間具有分子粘結(jié)力，而結(jié)合水在顆粒間又起著聯(lián)結(jié)作用，這些力的總和構(gòu)成粘土的內(nèi)聚力，它能抵抗一定的拉力和剪力作用。粘性土的粘聚力一般為l0～115kPa。粘土類土的內(nèi)摩擦角與密實(shí)度及含水量有關(guān)，為5o～2第四節(jié)巖石的可鉆性一、巖石可鉆性定義和巖石可鉆性指標(biāo)二、巖石可鉆性的測(cè)定方法及其分級(jí)第四節(jié)巖石的可鉆性一、巖石可鉆性定義和巖石可鉆性指標(biāo)一、巖石可鉆性定義和巖石可鉆性指標(biāo)巖石可鉆性可理解為鉆進(jìn)過(guò)程中巖石抵抗破碎的強(qiáng)度。它表示巖石破碎的難易性。巖石的可鉆性，是巖石的各種物理機(jī)械性質(zhì)在鉆進(jìn)過(guò)程中的綜合表觀，它不僅與巖石的成分、顆粒度、顆粒間的聯(lián)系方式、巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等自然因素有關(guān)，而且還與鉆進(jìn)方法、鉆頭質(zhì)量、鉆進(jìn)規(guī)程等工藝技術(shù)因素有著密切的相互聯(lián)系。一般可用鉆速（m/h）來(lái)表示巖石的可鉆性。一、巖石可鉆性定義和巖石可鉆性指標(biāo)二、巖石可鉆性的測(cè)定方法及其分級(jí)劃定巖石可鉆性對(duì)促進(jìn)鉆探生產(chǎn)是有很大的實(shí)際意義的。因?yàn)?，在鉆探生產(chǎn)中，不但要根據(jù)巖石可鉆性等級(jí)來(lái)選擇鉆進(jìn)方法和鉆頭，制定鉆進(jìn)規(guī)程和技術(shù)措施，而且還要根據(jù)巖石可鉆進(jìn)等級(jí)來(lái)編制計(jì)劃，以優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低耗地實(shí)施鉆探生產(chǎn)。二、巖石可鉆性的測(cè)定方法及其分級(jí)1.巖石可鉆性按機(jī)械鉆速分級(jí)（即按實(shí)鉆法分級(jí)）由于影響巖石可鉆性的因素多而復(fù)雜，加之巖石可鉆性指標(biāo)的實(shí)用性要求（制定生產(chǎn)定額選擇鉆進(jìn)方法與工具等），確定巖石可鉆性的唯一可靠的辦法是采用實(shí)際鉆進(jìn)試驗(yàn)。實(shí)際鉆進(jìn)試驗(yàn)是在規(guī)定的設(shè)備工具和技術(shù)規(guī)范條件下，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)鉆，以所得的純鉆進(jìn)速度作為巖石可鉆性分級(jí)指標(biāo)。同時(shí)考慮到由于巖石的研磨性造成的鉆進(jìn)速度逐漸降低，回次鉆進(jìn)長(zhǎng)度縮短，故在分級(jí)指標(biāo)中一并列入回次長(zhǎng)度值作為輔助指標(biāo)。1.巖石可鉆性按機(jī)械鉆速分級(jí)（即按實(shí)鉆法分級(jí)）表1-16巖心鉆探巖石可鉆性12級(jí)分類表巖石巖石類別代表性巖石可鉆性回次長(zhǎng)度Ⅰ松軟疏散的次生土、壤土、矽藻土7.502.80Ⅱ較軟疏散的黃土、粘土、凍土4.002.40Ⅲ軟的風(fēng)化變質(zhì)的頁(yè)巖、千枚巖、泥灰?guī)r、褐煤、煙煤2.452.00Ⅳ較軟的頁(yè)巖、較致密泥灰?guī)r、巖鹽、火山凝灰?guī)r1.601.70Ⅴ稍硬的泥質(zhì)板巖、細(xì)粒石灰?guī)r、蛇紋巖、純橄欖巖、無(wú)煙煤1.151.50可鉆性：m/h；回次長(zhǎng)度：m表1-16巖心鉆探巖石可鉆性12級(jí)分類表巖石巖石代表性巖續(xù)表1-16巖心鉆探巖石可鉆性12級(jí)分類表巖石巖石類別代表性巖石可鉆性回次長(zhǎng)度Ⅵ中等硬度微矽化石灰?guī)r、千枚巖、石英云母片巖、輝長(zhǎng)巖0.821.30Ⅶ中等硬度矽質(zhì)石灰?guī)r、石英二長(zhǎng)巖、含長(zhǎng)石石英砂巖、角閃石斑巖、玢巖0.571.10Ⅷ硬的矽卡巖、千枚巖、微風(fēng)化的花崗巖0.380.85Ⅸ硬的高矽化的石灰?guī)r、粗粒的花崗巖、矽化凝灰?guī)r0.250.65Ⅹ堅(jiān)硬的細(xì)粒花網(wǎng)石、花崗片麻巖、堅(jiān)硬的石英結(jié)晶巖0.150.50Ⅺ堅(jiān)硬的剛玉巖、石英巖、含鐵礦的碧玉巖0.090.32Ⅻ最堅(jiān)硬的未風(fēng)化致密的石英巖、碧玉巖、燧石0.0450.16續(xù)表1-16巖心鉆探巖石可鉆性12級(jí)分類表巖石巖石代表性

巖石可鉆性按機(jī)械鉆速分級(jí)方法的主要缺點(diǎn)是：（1）隨著技術(shù)條件（設(shè)備、鉆進(jìn)方法與工具等）和技術(shù)水平（鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的最佳配合、沖洗介質(zhì)性能及工人操作水平等）的改變，各類巖石的實(shí)鉆指標(biāo)（可鉆性等級(jí)）的絕對(duì)值和相對(duì)關(guān)系都會(huì)發(fā)生變化。（2）各地各礦區(qū)的巖面都存在著差異，要找到在同深度并且其它條件相同的測(cè)試條件是較難實(shí)現(xiàn)的，因而影響其測(cè)試的科學(xué)性。（3）要組織較大的測(cè)試隊(duì)伍到各地各礦去測(cè)試，因而該測(cè)試方法費(fèi)力費(fèi)時(shí)。巖石可鉆性按機(jī)械鉆速分級(jí)方法的主要缺點(diǎn)是：（1）隨2.擺球硬度分級(jí)法擺動(dòng)的鋼球在沖擊巖石過(guò)程中，由于能量的轉(zhuǎn)換與消耗，要回彈一定的次數(shù)，每次的回彈角逐漸減小，直至為零。以回彈次數(shù)表征巖石的動(dòng)載硬度。2.擺球硬度分級(jí)法巖石硬度級(jí)別45678擺球硬度彈次<3028～3534～4240～4846～54塑性系數(shù)>0.370.33～0.390.27～0.350.27～0.320.23～0.29巖石硬度級(jí)別9101112擺球硬度彈次52～6059～6867～75>70塑性系數(shù)0.20～0.260.17～0.240.15～0.22<0.20表1-17石心鉆探巖石分級(jí)表

測(cè)試巖樣直徑40mm、長(zhǎng)度不能低于50mm，要求巖心兩端面拋光。當(dāng)測(cè)試巖樣的直徑大于或小于40mm時(shí)，則測(cè)試出來(lái)的值必須換算為標(biāo)準(zhǔn)巖樣的數(shù)值，才能查表1-17定級(jí)。巖石硬度級(jí)別45678擺球硬度彈次<3028～3534～423.壓入硬度分級(jí)法采用壓入硬度儀，在端面面積為(1±0.2)mm2的標(biāo)準(zhǔn)面積硬質(zhì)合金錐壓頭，平穩(wěn)均勻地施加壓力Py，當(dāng)壓頭下AOB錐形體巖石發(fā)生破碎，壓頭突然發(fā)生吃入、壓力表指針突然回跳時(shí)，停止加壓。記錄指針的最大壓力值，除以壓頭端面面積，就可求出壓入硬度值。3.壓入硬度分級(jí)法

壓入硬度法測(cè)量巖石硬度的方法，是模擬了牙輪鉆進(jìn)時(shí)牙齒的碎巖方式。因此，在中硬以下研磨性軟弱的油氣井中鉆進(jìn)，使用此種測(cè)巖石硬度的方法來(lái)劃定巖石可鉆性等級(jí)，有較好的相關(guān)性。但是在中硬以上具有相當(dāng)研磨性的巖層中使用，則其離散性較大。用測(cè)量巖石硬度的方法來(lái)劃分巖石可鉆性等級(jí)是由于巖石硬度局部抗阻這一點(diǎn)與地表下巖體局部抗鉆阻有其共性的一面，因此巖石硬度的大小與巖石的可鉆性有其一定的相關(guān)性。壓入硬度法測(cè)量巖石硬度的方法，是模擬了牙輪鉆進(jìn)時(shí)牙齒

但另一方面，所測(cè)巖石硬度的阻力與鉆進(jìn)時(shí)碎巖的阻力條件不盡相同，所以在生產(chǎn)使用中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不相關(guān)部分，個(gè)別的還會(huì)出現(xiàn)相反的情況。但另一方面，所測(cè)巖石硬度的阻力與鉆進(jìn)時(shí)碎巖的阻力條件4．微鉆法（用小直徑鉆頭在小型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上鉆巖）用微型環(huán)狀金剛石鉆頭模擬野外鉆進(jìn)條件，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)巖樣進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，每種巖石實(shí)鉆三塊，取平均鉆速作為可鉆性分級(jí)指標(biāo)(mm／min)。用微鉆法所得的可鉆性指標(biāo)與野外生產(chǎn)中的實(shí)際鉆速對(duì)比表明，除少數(shù)片理發(fā)育巖石外，大多數(shù)巖石的二者是相關(guān)性的。4．微鉆法（用小直徑鉆頭在小型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上鉆巖）鉆進(jìn)時(shí)采用的統(tǒng)一規(guī)范如下：鉆頭：微型孕鑲金剛石鉆頭；外徑D=20.5mm；內(nèi)徑d=8.5mm；工作層金剛石品級(jí)：JR3；粒度：80網(wǎng)目；濃度：75%。鉆進(jìn)規(guī)程：鉆壓p=4.9×l06Pa；轉(zhuǎn)速n=1500r/min（線速度1.5～2m/s）。冷卻水：Q=3L／min。鉆進(jìn)時(shí)采用的統(tǒng)一規(guī)范如下：表1-18巖心鉆探巖石分級(jí)表巖石級(jí)別34567微鉆鉆速／mm．min-l216～259135～21585～13453～8434～52巖石級(jí)別89101112微鉆鉆速／mm．min-l21～3314～209～136～8≤5表1-18巖心鉆探巖石分級(jí)表巖石級(jí)別34567微鉆鉆5．普氏系數(shù)分級(jí)法普氏系數(shù)分級(jí)法是以巖石堅(jiān)固性系數(shù)將巖石分為10級(jí)。普氏認(rèn)為巖石在坑探工程中的鑿巖、爆破、巷道支護(hù)各方面性質(zhì)是趨于一致的，是一個(gè)綜合性的概念，即難破碎的巖石，在鑿巖、爆破、巷道支護(hù)各個(gè)方面的堅(jiān)固性都高；反之，容易破碎的巖石，在各個(gè)方面堅(jiān)固性都低。巖石堅(jiān)固性系數(shù)是根據(jù)巖石的極限抗壓強(qiáng)度求得。5．普氏系數(shù)分級(jí)法式中：——普氏堅(jiān)固性系數(shù)；

——巖石的極限抗壓強(qiáng)度，Pa。級(jí)別IⅡⅢⅣV堅(jiān)固程度最堅(jiān)固非常堅(jiān)固堅(jiān)固比較堅(jiān)固中等堅(jiān)固普氏系數(shù)20～5215～188～125～63～4級(jí)別ⅥⅦⅧⅨX堅(jiān)固程度比較軟軟巖石土狀巖石松散巖石流砂層普氏系數(shù)1.54～20.8～1.OO.60.50.1～0.3表1-19按“普氏系數(shù)”巖石可鉆性分級(jí)式中：——普氏堅(jiān)固性系數(shù)；——巖石的極限抗壓強(qiáng)度，Pa。

由于這種分級(jí)法使用時(shí)比較簡(jiǎn)便，所以在生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)普遍。然而，用抗壓強(qiáng)度測(cè)定數(shù)據(jù)得出的堅(jiān)固性系數(shù)來(lái)概括巖石所有物理力學(xué)性質(zhì)和強(qiáng)度是不妥當(dāng)?shù)?。由于這種分級(jí)法使用時(shí)比較簡(jiǎn)便，所以在生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)普6．鑿碎比功法東北大學(xué)針對(duì)礦山碎巖方式設(shè)計(jì)制造了便攜式巖石鑿測(cè)器。它用4kg的重錘從1m高處沿導(dǎo)向桿自由下落，沖擊釬頭，每個(gè)試樣共鑿480次，每次轉(zhuǎn)15o。用巖石鑿測(cè)器測(cè)算出破碎巖石的體積，可求出破碎單位體積巖石所消耗的功——鑿碎比功，作為冶金礦山巖石可鉆性的分級(jí)依據(jù)，它與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有很好的相關(guān)性。6．鑿碎比功法

利用釬頭鑿入巖石的凈深來(lái)計(jì)算鑿巖比功：式中H——鑿眼凈深，cm。根據(jù)鑿碎比功大小劃分的巖石可鉆性等級(jí)見表1-20。表1—20按鑿碎比功法劃分的巖石可鉆性等級(jí)表巖石級(jí)別1234567鑿碎比功≤190200～290300～390400～490500～590600～690≥700可鉆性極易易中等中難難很難極難利用釬頭鑿入巖石的凈深來(lái)計(jì)算鑿巖比功：式中H——鑿第一章內(nèi)容到此結(jié)束！第一章內(nèi)容到此結(jié)束！第一章巖土的工程性質(zhì)

第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)

巖石的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)巖體的工程性質(zhì)

結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體、巖體第三節(jié)土的工程性質(zhì)

土的分類、物理性質(zhì)、水理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)第四節(jié)巖石的可鉆性

可鉆性定義、指標(biāo)、測(cè)定方法、分級(jí)第一章巖土的工程性質(zhì)第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)第一章巖土的工程性質(zhì)

第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)第二節(jié)巖體的工程性質(zhì)第三節(jié)土的工程性質(zhì)第四節(jié)巖石的可鉆性第一章巖土的工程性質(zhì)第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)二、巖石的水理性質(zhì)三、巖石的力學(xué)性質(zhì)

巖石的工程性質(zhì)是指與工程建設(shè)有關(guān)的巖石的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)巖石的工程第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)1．結(jié)構(gòu)

巖石的結(jié)構(gòu)是指組成巖石的礦物成分、粒度、形狀和礦物顆粒之間的連結(jié)方式。巖石的結(jié)構(gòu)不同，它的堅(jiān)固程度也就不同。組成巖石的礦物顆粒趟細(xì)，組織越致密，這種巖石就越堅(jiān)固，在進(jìn)行鉆孔和爆破時(shí)也就越難于破碎。第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)1.結(jié)構(gòu)顆粒細(xì)、致密的巖石堅(jiān)固。例如火成巖中細(xì)?；◢弾r的抗壓強(qiáng)度為2.6×108Pa，而粗粒花崗巖的抗壓強(qiáng)度只有1.2×108Pa。沉積巖的堅(jiān)固性除與礦物的成分、粒度和形狀有關(guān)外，還與膠結(jié)物的成分和顆粒間膠結(jié)的強(qiáng)弱有關(guān)。硅質(zhì)膠結(jié)最堅(jiān)固，鐵質(zhì)次之。對(duì)于變質(zhì)巖，變質(zhì)程度越高，堅(jiān)固性越強(qiáng)。一、巖石的物理性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)1.結(jié)構(gòu)巖石的結(jié)構(gòu)越致密，膠結(jié)越牢固，則巖石的堅(jiān)固性越高，對(duì)于鉆孔和鑿巖爆破越困難，而對(duì)保護(hù)孔壁和坑道維護(hù)（支護(hù)）工作越有利。2.構(gòu)造巖石的構(gòu)造是指巖石在生成時(shí)和生成后受動(dòng)力地質(zhì)作用所形成的層理、節(jié)理和裂隙等。

一、巖石的物理性質(zhì)1.結(jié)構(gòu)一、巖石的物理性質(zhì)2.構(gòu)造無(wú)論是層理、節(jié)理還是裂隙，都是巖石中連結(jié)的薄弱面。它們的存在一方面大大削弱了巖石的堅(jiān)固性，在外力作用下，巖石首先會(huì)沿著這些薄弱面破裂；另一方面又對(duì)爆破有害，降低了爆破效果，特別是炮眼布置不當(dāng)時(shí)，爆炸氣體產(chǎn)物容易沿著裂隙漏掉，巖石得不到充分的破碎，從而產(chǎn)生大塊。一、巖石的物理性質(zhì)2.構(gòu)造一、巖石的物理性質(zhì)3．松散性整體巖石被破碎后，自然堆積的體積比整體巖石的體積大，這種特性稱為巖石的松散性（又稱碎脹性）。松散狀態(tài)的巖石體積與原巖體積之比稱為巖石松散系數(shù)。在選擇裝巖運(yùn)輸設(shè)備與提升容器時(shí)必須考慮巖石的松散性。一、巖石的物理性質(zhì)表1-1巖土的松散系數(shù)巖土名稱松散系數(shù)砂、壤土1.10～1.20腐殖土1.20～1.30肥粘土、粗礫石、重壤土1.24～1.30軟泥灰?guī)r1.33～1.37粘土質(zhì)片巖、較軟的堅(jiān)實(shí)巖石1.35～1.45中等堅(jiān)實(shí)巖石1.40～1.60硬和極硬的堅(jiān)實(shí)巖石1.45～1.80一、巖石的物理性質(zhì)3．松散性表1-1巖土的松散系數(shù)巖土名稱松散系數(shù)砂、壤土1.10～一、巖石的物理性質(zhì)4.孔隙度

單位體積巖石中所含孔隙體積的百分比稱為孔隙度?？紫抖却蟮膸r石，組織結(jié)構(gòu)不緊密，一般易于鉆進(jìn)和爆破，但孔隙度大的巖石，不僅能含水，鉆孔時(shí)沖洗液易漏失，亦能滲透氣體，要特別注意在鑿巖爆破時(shí)的涌水和瓦斯噴出的可能。一、巖石的物理性質(zhì)一、巖石的物理性質(zhì)5.密度

巖石的密度是指不包括孔隙體積在內(nèi)的單位體積巖石的質(zhì)量。密度大的巖石，鉆進(jìn)和爆破時(shí)消耗能量大。巖石名稱花崗巖砂巖石灰?guī)r密度2.56～2.692.59～2.722.71～2.88表1-2幾種常見巖石的密度（l03kg/m3)一、巖石的物理性質(zhì)巖石名稱花崗巖砂巖石灰?guī)r密度2.56～2.一、巖石的物理性質(zhì)6.安息角顆粒間缺乏凝聚力的松散性巖石，堆放時(shí)能保持其外形，由于受顆粒自重和顆粒之間摩擦力的作用而不坍塌，此時(shí)其斜面與水平面所夾之角，稱為巖石的自然安息角。對(duì)顆粒間缺乏凝聚力的巖石（如松散巖塊和土壤）稱為安息角；而對(duì)顆粒之間具有凝聚力的巖石（如致密、堅(jiān)硬的巖石）則稱為內(nèi)摩擦角。一、巖石的物理性質(zhì)巖塊及土石名稱干的濕潤(rùn)的濕的（飽和水）安息角腐殖土403525壤土40～4535～4025～30粘土40～453515～20粗砂30～3532～4025～27中砂28～303525細(xì)砂2530～3515～20礫石35～403525～30無(wú)根泥煤402515各種碎脹堅(jiān)實(shí)巖石32～4536～4830～40表1-3巖塊及土石在不同濕度下的安息角巖塊及土石名稱干的濕潤(rùn)的濕的（飽和水）安腐殖土403525壤續(xù)表1-3巖塊及土石在不同濕度下的內(nèi)摩擦角巖塊及土石名稱干的濕潤(rùn)的濕的（飽和水）安息角粘土質(zhì)頁(yè)巖403525石灰?guī)r40～4535～4025～30砂巖40～453515～20輝綠巖、片麻巖30～3532～4025～27赤鐵礦28～303525花崗石2530～3515～20硬石英巖35～403525～30續(xù)表1-3巖塊及土石在不同濕度下的內(nèi)摩擦角巖塊及土石名稱二、巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)是指巖石對(duì)水的滲透性和巖石浸水后的軟化性、抗凍性、可溶性、膨脹性和崩解性。巖石的水理性質(zhì)一般通過(guò)室內(nèi)滲透試驗(yàn)、溶解試驗(yàn)和浸水、凍融抗壓試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)二、巖石的水理性質(zhì)第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)二、巖石的水理性質(zhì)白云巖、石灰?guī)r、石膏、巖鹽和硝石等在一定的水質(zhì)條件下是可溶的。有些粘土礦物含量高的泥巖和頁(yè)巖具有膨脹性和崩解性。

滲透系數(shù)K=V/I，V-滲透速度，m/d；I-水力梯度。軟化系數(shù)Kd=Rb/Rc，Rb-巖石飽和含水抗壓強(qiáng)度，kPa；Rc-巖石干試樣抗壓強(qiáng)度，kPa?？箖鱿禂?shù)Kf=（Rc-Rf）/Rc,Rf-巖石經(jīng)過(guò)25次凍融后的抗壓強(qiáng)度，kPa。二、巖石的水理性質(zhì)巖石名稱滲透系數(shù)（m·d-1）軟化系數(shù)抗凍系數(shù)花崗巖4.32×10-8～1.73×10-70.78～0.860.19左右粗面巖-0.59～0.81-石灰?guī)r60.48×10-7～10.37×10-40.68～0.940.02左右泥巖51.84×10-4～17.28×10-20.45～0.88-砂巖1.38×10-4～10.37×10-20.60～0.970.21左右角礫巖3.97×10-7左右--大理巖-1.0左右-片巖-0.63～0.97-表1-4幾種常見巖石的滲透系數(shù)、軟化系數(shù)和抗凍系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值巖石名稱滲透系數(shù)軟化系數(shù)抗凍系數(shù)花崗巖4.32×10-8～1三、巖石的力學(xué)性質(zhì)1.巖石的強(qiáng)度巖石強(qiáng)度的定義同固體強(qiáng)度的定義，可理解為抵抗外載整體破壞的能力。據(jù)外載的形式不同，可以有抗拉、抗壓、抗彎等幾種強(qiáng)度。巖石強(qiáng)度的大小主要取決于其內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦力。第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)三、巖石的力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)巖石的工程性質(zhì)圖1-1巖石強(qiáng)度的形式圖1-1巖石強(qiáng)度的形式三、巖石的力學(xué)性質(zhì)1.巖石的強(qiáng)度

同一塊巖石其抗拉、抗彎、抗剪和抗壓強(qiáng)度的大小是不同的，抗拉強(qiáng)度最小，抗彎、抗剪強(qiáng)度次之，而抗壓強(qiáng)度最大。若巖石的抗壓強(qiáng)度為1，則其抗剪強(qiáng)度為1／6～1／11；抗彎強(qiáng)度為1／5～1／12；抗拉強(qiáng)度為1／10～1／15。利用巖石的抗拉與抗彎強(qiáng)度比較弱的特點(diǎn)，采用相應(yīng)的機(jī)械破碎方法是可以得到較好的效果的。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)1.巖石的強(qiáng)度三、巖石的力學(xué)性質(zhì)2.巖石的硬度巖石的硬度是巖石表面抵抗工具侵入的能力。目前在工程上測(cè)定硬度的方法很多，適于巖石形態(tài)變化特點(diǎn)的是以各種不同形狀的壓模（球體、圓柱體、圓錐體等）壓入巖石的方法。用巖石在破碎時(shí)所加之外力與壓模底面積的比值表示，單位為MPa。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)三、巖石的力學(xué)性質(zhì)2.巖石的硬度影響巖石硬度的因素是多方面的，與造巖礦物成份、膠結(jié)物性質(zhì)、巖石結(jié)構(gòu)等有密切關(guān)系。造巖礦物硬度大，則巖石硬度也大；硅質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的巖石硬度比鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)的巖石硬度大；結(jié)晶程度越高、顆粒越細(xì)，巖石硬度越大。按照壓入硬度值，巖石硬度可分為6類12級(jí)。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)2.巖石的硬度巖石類別軟中軟中硬巖石級(jí)別123456壓入硬度/MPa≤100100-250250-500500-10001000-15001500-2000巖石類別硬堅(jiān)硬極硬巖石級(jí)別789101112壓入硬度/MPa2000-30003000-40004000-50005000-60006000-7000>7000表1-5按壓入硬度確定的巖石分類巖石類別軟中軟中硬巖石級(jí)別123456壓入硬度≤100100三、巖石的力學(xué)性質(zhì)3.巖石的彈塑性及脆性彈性、塑性和脆性是物體受外力作用后對(duì)變形的不同表現(xiàn)。彈性是固體在卸去所加之負(fù)載后恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)的性能。當(dāng)所加之負(fù)載卸去后，固體保持其變形的性能稱之為塑性（即變形不能隨之消失）。脆性是固體在負(fù)載作用下不引起任何殘余變形的性能，也就是巖石的彈性極限與強(qiáng)度極限很接近。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)三、巖石的力學(xué)性質(zhì)3.巖石的彈塑性及脆性巖石由于是多礦物組成且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不是理想的彈性體，不符合胡克定律。多數(shù)造巖礦物塑形都不大，有的基本上無(wú)塑形。所以巖石塑形變形主要是由于礦物顆粒間沿界面產(chǎn)生的滑動(dòng)引起的，巖石內(nèi)部顆粒相對(duì)滑移能力越強(qiáng)、孔隙度和濕度越大，則巖石的塑形越強(qiáng)。根據(jù)單向壓縮時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變所反映的巖石變形特征，可把巖石分為彈脆性、彈塑形和塑形巖石三類。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)3.巖石的彈塑性及脆性三、巖石的力學(xué)性質(zhì)4.巖石的研磨性在用機(jī)械方法破碎巖石過(guò)程中，鉆頭體上的切削具（硬質(zhì)合金、金剛石、牙輪等）或鉆頭體本身及其磨料（鉆粒）將與巖石產(chǎn)生連續(xù)或間歇接觸和摩擦，從而產(chǎn)生磨損。巖石磨損鉆進(jìn)工具的能力稱為巖石的研磨性。常以工具的磨耗量來(lái)表示。巖石性質(zhì)、巖石與工具摩擦表面的溫度、相對(duì)速度及壓力等影響研磨性。三、巖石的力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)巖體的工程性質(zhì)

巖體是地質(zhì)體的一部分，它位于一定的地質(zhì)環(huán)境之中，是在各種宏觀地質(zhì)界面（斷層、節(jié)理、破碎帶、接觸帶、片理等）分割下形成的具有一定結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體。這些地質(zhì)界面，統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)面或不連續(xù)面。被結(jié)構(gòu)面切割成的巖石塊體稱為結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的排列組合方式稱為巖體結(jié)構(gòu)。第二節(jié)巖體的工程性質(zhì)巖體是地質(zhì)體的一部分，它位于

由于巖體在其形成和存在的整個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期中，經(jīng)受過(guò)各種復(fù)雜而不均衡的地質(zhì)作用，這就使其工程性質(zhì)變得十分復(fù)雜，表現(xiàn)在：（1）不連續(xù)性：由于巖體中存在著各種結(jié)構(gòu)面，因此巖體是不連續(xù)的介質(zhì)（大塊、完整的巖體可看成連續(xù)介質(zhì)）。巖體的這種不連續(xù)性，使巖體力學(xué)性質(zhì)與其它連續(xù)介質(zhì)有很大的差別。（2）非均質(zhì)性：指巖體物理力學(xué)性質(zhì)隨空間位置不同有較大的差異。巖體的這一特性，使其試驗(yàn)結(jié)果常具有較大的離散性。由于巖體在其形成和存在的整個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期中，

（3）各向異性：指巖體性質(zhì)隨巖體結(jié)構(gòu)面的取向而有差異的性質(zhì)。這是由于巖體中結(jié)構(gòu)面的分布往往有一定的方向。因此工程力與結(jié)構(gòu)面的方位之間的關(guān)系，對(duì)巖體性質(zhì)有很大影響。（4）巖體中存在著天然應(yīng)力場(chǎng)。（5）巖體賦于一定地質(zhì)環(huán)境之中，巖體中的水、溫度、應(yīng)力場(chǎng)對(duì)巖體性質(zhì)有較大的影響。巖體強(qiáng)度就是指巖體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，它是包含有結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度的一個(gè)綜合指標(biāo)。巖體變形是巖塊（結(jié)構(gòu)體）、結(jié)構(gòu)面及充填物變形的總和。通常情況下，后兩者的變形起控制作用。（3）各向異性：指巖體性質(zhì)隨巖體結(jié)構(gòu)面的取向而有差異的一、結(jié)構(gòu)面二、結(jié)構(gòu)體三、巖體第二節(jié)巖體的工程性質(zhì)一、結(jié)構(gòu)面第二節(jié)巖體的工程性質(zhì)一、結(jié)構(gòu)面

同結(jié)構(gòu)體相比，結(jié)構(gòu)面的力學(xué)強(qiáng)度一般較低，強(qiáng)度較低的結(jié)構(gòu)面稱為軟弱結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面按成因分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面三類。原生結(jié)構(gòu)面包括沉積巖層面、沉積巖間斷面、火成巖接觸面、火成巖原生節(jié)理面、變質(zhì)巖片理面。構(gòu)造結(jié)構(gòu)面包括斷層面、構(gòu)造節(jié)理面和劈理面。次生結(jié)構(gòu)面包括風(fēng)化裂隙面和卸荷裂隙面。一、結(jié)構(gòu)面表1-6結(jié)構(gòu)面按規(guī)模的分級(jí)級(jí)別規(guī)模類別Ⅰ延伸數(shù)千米到數(shù)十千米，貫通巖體；寬數(shù)米到數(shù)十米較大的斷層Ⅱ延伸規(guī)模同所研究的巖體的規(guī)模相當(dāng)，寬數(shù)厘米到數(shù)米小斷層、層間錯(cuò)動(dòng)面Ⅲ延伸范圍較小，十幾米到幾十米，結(jié)構(gòu)面內(nèi)有泥膜或不夾泥大節(jié)理、不夾泥的小斷層、開裂的層面Ⅳ延伸范圍小，巖體結(jié)構(gòu)面未錯(cuò)動(dòng)，結(jié)構(gòu)面內(nèi)不夾泥節(jié)理、劈理、層面，次生裂隙Ⅴ結(jié)構(gòu)面很小，連續(xù)性差不連續(xù)小節(jié)理、隱節(jié)理、層面、片理表1-6結(jié)構(gòu)面按規(guī)模的分級(jí)級(jí)別規(guī)模類別Ⅰ結(jié)構(gòu)面的形態(tài)特征：（1）結(jié)構(gòu)面的閉合狀況：按結(jié)構(gòu)面張開寬度b分：

緊密閉合的，；

閉合的，；

中等張開的，；

張開的，。

結(jié)構(gòu)面的形態(tài)特征：

（2）結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)狀況結(jié)構(gòu)面中的膠結(jié)物有泥質(zhì)的、鈣質(zhì)的、鐵質(zhì)的、硅質(zhì)的以及含可溶鹽類礦物的。（3）結(jié)構(gòu)面中充填物的厚度分為薄膜，厚度小于2mm；

夾泥，厚、度小于結(jié)構(gòu)面的起伏差；

夾層，厚度略大于結(jié)構(gòu)面的起伏差；

厚層，厚度為幾十厘米至幾米。（2）結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)狀況

（4）結(jié)構(gòu)面的粗糙程度和起伏狀況結(jié)構(gòu)面按粗糙程度可分為粗糙的、平滑的和鏡面狀的。結(jié)構(gòu)面按起伏形態(tài)可分為平直的、臺(tái)狀的、波狀的和鋸齒狀的。結(jié)構(gòu)面的起伏差指其凸起和凹陷的幅度，起伏角指凸起（或凹陷）斜面與結(jié)構(gòu)面的平均傾斜面的交角。（5）結(jié)構(gòu)面的貫通狀況對(duì)于所研究的巖體來(lái)說(shuō)，完全分割整個(gè)巖體的結(jié)構(gòu)面是貫通性的，否則為非貫通性的。（4）結(jié)構(gòu)面的粗糙程度和起伏狀況

結(jié)構(gòu)面的分布特征包括所研究的巖體中結(jié)構(gòu)面的組數(shù)、分布間距和產(chǎn)狀。巖體中張開的結(jié)構(gòu)面，常是地下水的滲流通道和儲(chǔ)積場(chǎng)所；被不透水或弱透水物質(zhì)充填或膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面，常是地下水滲流的阻隔面。沿張開的結(jié)構(gòu)面，地下水流速可用下式計(jì)算：

層流：；紊流：

---單個(gè)結(jié)構(gòu)面中地下水的流速；---層流水力傳導(dǎo)系數(shù)；---紊流水力傳導(dǎo)系數(shù)；---水力梯度在結(jié)構(gòu)面上的垂直投影；δ---非線性指數(shù)，層流時(shí)=1，完全紊流時(shí)=0.5。結(jié)構(gòu)面的分布特征包括所研究的巖體中結(jié)構(gòu)面的組數(shù)、分

水力傳導(dǎo)系數(shù)可用下列公式計(jì)算：

層流：；

紊流：

b---滲流裂隙寬度；g---重力加速度；Kc---裂隙張開面積與裂隙總面積的比值；α---裂隙面的絕對(duì)粗糙度（即其凹凸高度）；D---水力直徑，按裂隙寬度的2倍計(jì)算；、---取決于裂隙相對(duì)粗糙度α/D的兩個(gè)系數(shù)，當(dāng)α/D>0.033時(shí)，d=1.9，水力傳導(dǎo)系數(shù)可用下列公式計(jì)算：

當(dāng)結(jié)構(gòu)面中充填物質(zhì)的滲透性高于其兩側(cè)巖塊的滲透性時(shí)，結(jié)構(gòu)面的水力傳導(dǎo)系數(shù)就相當(dāng)于充填物質(zhì)的滲透系數(shù)。結(jié)構(gòu)面的滲透性指標(biāo)，可以通過(guò)室內(nèi)滲透試驗(yàn)和原位注水、壓水和抽水試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。一般以結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度和抗摩擦強(qiáng)度作為結(jié)構(gòu)面的力學(xué)指標(biāo)。結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度受到多種因素的影響，諸如結(jié)構(gòu)面的張開程度、膠結(jié)物性質(zhì)、充填狀況、起伏形態(tài)、貫通性狀以及裂隙中的水壓力等因素都不同程度地影響結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度。當(dāng)結(jié)構(gòu)面中充填物質(zhì)的滲透性高于其兩側(cè)巖塊的滲透性時(shí)

結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，可按下式計(jì)算：式中：——結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，kPa；

——結(jié)構(gòu)面的內(nèi)聚力，kPa；

——作用在結(jié)構(gòu)面上的正應(yīng)力，kPa；

——結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角，o。結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，可按下式計(jì)算：表1-7結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)結(jié)構(gòu)面類型內(nèi)摩擦角

內(nèi)聚力泥化面10～200～0.5光滑面30～400.5～1.0粗糙面40～480.8～3.0層面粘土巖層面泥灰?guī)r層凝灰?guī)r層面頁(yè)巖層面20～300.5～1.0砂巖層面灰?guī)r層面30～400.5～1.0片理面滑石片巖片理面云母片巖片理面10～200～0.5一般片巖片理面20～300.5～1.0本表包括沒有脫開的內(nèi)層理面、沒有脫開的片理面以及已經(jīng)膠結(jié)的破裂面。表1-7結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)結(jié)構(gòu)面類型內(nèi)摩擦角內(nèi)聚力泥

結(jié)構(gòu)面的凸凹起伏，增大了其抗剪強(qiáng)度，具有一定起伏度的結(jié)構(gòu)面的摩擦因數(shù)可用下式計(jì)算：

式中---凸凹起伏的結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角；

---平直結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角；

---結(jié)構(gòu)面的起伏角。當(dāng)結(jié)構(gòu)面中軟弱夾層的厚度大于起伏差時(shí)，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度相當(dāng)于軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度，此時(shí)結(jié)構(gòu)面起伏差對(duì)其抗剪強(qiáng)度的影響很小。結(jié)構(gòu)面的凸凹起伏，增大了其抗剪強(qiáng)度，具有一定起伏度的

裂隙中的水壓力降低了結(jié)構(gòu)面的有效正應(yīng)力，因而降低了結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度。充水的結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，可按下式計(jì)算：

式中：u---結(jié)構(gòu)面的水壓力，kPa。---結(jié)構(gòu)面的內(nèi)聚力，kPa；---作用在結(jié)構(gòu)面上的正應(yīng)力，kPa；——結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角，o。結(jié)構(gòu)面在法向應(yīng)力作用下，可使張開的結(jié)構(gòu)面閉合，或使充填于結(jié)構(gòu)面中的物質(zhì)壓密，從而發(fā)生結(jié)構(gòu)面的壓縮變形，可用下式計(jì)算：裂隙中的水壓力降低了結(jié)構(gòu)面的有效正應(yīng)力，因而降低了結(jié)

式中：W---結(jié)構(gòu)面的壓縮量，mm。Wmax---結(jié)構(gòu)面可能發(fā)生的最大壓縮量，mm；e---自然對(duì)數(shù)的底；σ---法向應(yīng)力，kPa；E1---結(jié)構(gòu)面的法向壓縮模量，MPa。式中：W---結(jié)構(gòu)面的壓縮量，mm。W二、結(jié)構(gòu)體巖體受結(jié)構(gòu)面切割而造成的結(jié)構(gòu)體是多種多樣的，但其基本形式為棱體、楔形體、柱體、塊體、錐體等五種。此外，由于巖體的變形及破碎的結(jié)果可以形成片狀、碎塊狀、鱗片狀、碎屑狀等結(jié)構(gòu)體形式。結(jié)構(gòu)體規(guī)模的變化很大，有的是粒徑僅數(shù)毫米的巖屑，有的則是塊徑達(dá)數(shù)十米的巨大巖塊。結(jié)構(gòu)體的工程性質(zhì)（物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)）以組成結(jié)構(gòu)體的巖石的工程性質(zhì)來(lái)表示。二、結(jié)構(gòu)體1第一章巖土的工程性質(zhì)課件三、巖體巖體是指在地質(zhì)歷史過(guò)程中形成的，由巖石單元體和結(jié)構(gòu)面組成的，具有一定的結(jié)構(gòu)并賦存于一定的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水等地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體。由于結(jié)構(gòu)面的存在，巖體的強(qiáng)度既不同于巖石的強(qiáng)度，也不同于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，一般其強(qiáng)度介于巖石與結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度之間。因而對(duì)于各種工程所關(guān)心的巖體穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，起決定作用的是巖體強(qiáng)度，而不是巖石強(qiáng)度。三、巖體

巖體結(jié)構(gòu)是由結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及組合關(guān)系，或是結(jié)構(gòu)體的規(guī)模及排列形式?jīng)Q定的。巖體結(jié)構(gòu)類型反映巖體的不連續(xù)性和不均一性。類型特征亞類完整結(jié)構(gòu)巖體完整或僅有稀疏分布的Ⅳ、Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面無(wú)裂隙的（愈合型）、有裂隙的塊裂結(jié)構(gòu)I、Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面將巖石分割為巨大塊體完整塊裂、破碎塊裂碎裂結(jié)構(gòu)數(shù)組Ⅲ、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面將巖石分割為碎塊體塊狀碎裂、層狀碎裂、鑲嵌碎裂散體結(jié)構(gòu)多種結(jié)構(gòu)面密集分布，將巖石分割為碎屑、碎片塊狀散體、糜棱化散體巖體結(jié)構(gòu)是由結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及組合關(guān)系，或是結(jié)構(gòu)體的

層理和片理較發(fā)育的沉積巖和變質(zhì)巖，可以列為層狀結(jié)構(gòu)類型；從巖體的工程技術(shù)性質(zhì)來(lái)看，層狀結(jié)構(gòu)可以并入塊裂結(jié)構(gòu)或碎裂結(jié)構(gòu)。巖體的物理性質(zhì)是組成巖體的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體在質(zhì)量、孔隙性、吸水性等方面的綜合特征。因此，研究巖體的物理性質(zhì)，先要分別研究結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的物理性質(zhì)，然后再綜合評(píng)價(jià)巖體的物理性質(zhì)。層理和片理較發(fā)育的沉積巖和變質(zhì)巖，可以列為層狀結(jié)構(gòu)類

巖體的水理性質(zhì)是巖體在水溶液作用下表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，是組成巖體的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的滲透性、浸水軟化性、可溶性、脹縮性和崩解性等方面的綜合特征。對(duì)于結(jié)構(gòu)體為致密堅(jiān)硬巖石的巖體，結(jié)構(gòu)面的水理性質(zhì)對(duì)整個(gè)巖體的水理性質(zhì)具有決定作用，特別是巖體的滲透性，主要取決于結(jié)構(gòu)面的滲透性。巖體的滲透性指標(biāo)，一般通過(guò)原位注水、壓水和抽水試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。巖體的水理性質(zhì)是巖體在水溶液作用下表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，是

不同結(jié)構(gòu)類型的巖體具有不同的水文地質(zhì)特征，以巖體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，巖體的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)分為七種類型（表1-9）。巖體的力學(xué)性質(zhì)，主要由四個(gè)基本因素所決定：（1）結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)；（2）結(jié)構(gòu)體的力學(xué)性質(zhì)；（3）巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)，即結(jié)構(gòu)面的發(fā)育組合情況對(duì)巖體強(qiáng)度和變形的影響；（4）巖體的環(huán)境因素，特別是巖體