第七章 巖土工程地質(zhì)分級與分類

第七章巖土工程地質(zhì)分級與分類本章提要

巖土工程地質(zhì)分級和分類是工程地質(zhì)學(xué)中一個具有重要理論和實踐意義的研究課題。對于工程巖土的分級，本章闡述了分級的目的、影響巖體質(zhì)量的主要因素以及巖體分級的代表性方案，并詳細(xì)介紹了作為國家二級通用標(biāo)準(zhǔn)的《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》。對于土的分類，介紹了具有通用意義的《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》和具有專門意義的地基土的分類，并對我國幾類主要特殊土的基本特性進(jìn)行了簡要的介紹。第七章巖土工程地質(zhì)分級與分類§7～1工程巖體分級§7～2土的工程分類（著重特殊土性）§7～1工程巖體分級

一、分級的目的

工程巖體?工程巖體分級目的?工程巖體分級種類?二、影響巖體工程性質(zhì)的主要因素1.巖石強(qiáng)度2.巖體完整性3.風(fēng)化程度(表6.2)4.水的影響1、巖體強(qiáng)度和質(zhì)量巖體工程性質(zhì)好壞主要取決于巖石質(zhì)量好壞－強(qiáng)度（軟硬）、變形性（結(jié)構(gòu)上的致密和疏松）巖石強(qiáng)度指標(biāo)：

抗壓強(qiáng)度(compressivestrength)

巖石單向受壓時抵抗破壞的能力（單軸抗壓強(qiáng)度★）。

抗拉強(qiáng)度(tensilestrength)

巖石單向受拉時抵抗破壞的能力。

抗剪強(qiáng)度(shearstrength)

巖石抵抗剪切破壞的能力。抗剪強(qiáng)度可分為以下三種強(qiáng)度：（a）抗剪斷強(qiáng)度：在垂直壓力作用下的巖石剪切強(qiáng)度。（b）抗剪強(qiáng)度：沿著已有的破裂面發(fā)生剪切時的強(qiáng)度。（c）抗切強(qiáng)度：壓應(yīng)力等于零時的剪切強(qiáng)度。變形指標(biāo)彈性模量(modulusofelasticity)：是應(yīng)力與彈性應(yīng)變的比值。變形模量(modulusofdeformation)：是應(yīng)力與總應(yīng)變的比值。泊松比(poisson’ratio)：是橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變比值。2、巖體的完整性巖體工程性質(zhì)：不取決于巖體的力學(xué)性質(zhì)，而取決于巖體的完整性（軟弱面、軟弱帶及充填物質(zhì)）巖體的完整性判斷：可用地質(zhì)、施工、試驗的各種指標(biāo)表達(dá)巖體完整性破壞原因：斷層、節(jié)理、層面、片理等結(jié)構(gòu)面或不連續(xù)面切割節(jié)理裂隙出現(xiàn)的頻度、性質(zhì)、閉合程度；灌漿的耗用量；抽水試驗的滲流量；彈性波在地層中傳播速度等方法地質(zhì)、試驗、施工等各種定性、定量指標(biāo)水使巖石的物理力學(xué)性質(zhì)惡化(削弱強(qiáng)度)水沿巖體裂隙滲流，影響巖體穩(wěn)定性3、水的影響巖體浸水飽和前后單軸干、濕抗壓強(qiáng)度比具體指標(biāo)三、工程巖體分級的代表性方案RMR系統(tǒng)、RSR系統(tǒng)、Q系統(tǒng)、Z系統(tǒng)各種方法從不同角度反映了巖體的結(jié)構(gòu)特征、巖體所處環(huán)境特征和巖體力學(xué)特征，但其依據(jù)的原則、標(biāo)準(zhǔn)和測試方法不同，缺乏可比性、一致性，因此我國于1994年批準(zhǔn)了《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》作為國家標(biāo)準(zhǔn)第二層次的通用標(biāo)準(zhǔn)，適用于各部門、各行業(yè)的巖石工程。四、工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50218－94）1、工程巖體質(zhì)量的初步分級1）巖石堅硬程度的確定主要因素：巖體堅硬程度、巖體完整程度重要因素：地下水、初始應(yīng)力、工程軸線或走向線方位與主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀組合關(guān)系巖體堅硬程度定量指標(biāo)：巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度（Rc）實測值，無實測值時，可采用巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)Is（50）的換算值：5153060Rc2）巖體完整程度的確定巖體是包含各種結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)體。巖體的工程性質(zhì)首先取決于結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)，其次才是組成巖體的巖石性質(zhì)。結(jié)構(gòu)面：存在于巖體中的各種地質(zhì)界面。分為：

巖體結(jié)構(gòu)

=結(jié)構(gòu)面+結(jié)構(gòu)體巖體中的軟弱夾層結(jié)構(gòu)面特征：形態(tài)、平整光滑度；張開度和充填程度；連通性；密集程度；產(chǎn)狀和組數(shù)；規(guī)模；結(jié)構(gòu)體類型

(a)方柱（塊）體；(b)菱形柱體；(c）三棱柱體；(d)楔形體；(e)錐形體;(f)板狀體;(g)多角柱體;(h)菱形塊體巖體結(jié)構(gòu)類型及工程性質(zhì)

整體塊狀結(jié)構(gòu)：整體強(qiáng)度高。層狀結(jié)構(gòu)：強(qiáng)度和變形特性具各向異性特點(diǎn)。碎裂結(jié)構(gòu)：巖體完整性破壞大。散體結(jié)構(gòu)：工程性質(zhì)差。巖體完整程度定量指標(biāo)：巖體完整性指數(shù)Kv的實測值，若無實測資料，可采用巖體體積節(jié)理數(shù)Jv確定Kv

。0.150.350.550.75完整性指數(shù)統(tǒng)一定量指標(biāo)：巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）：3）巖體基本質(zhì)量分級巖體基本質(zhì)量指標(biāo)巖體單軸抗壓強(qiáng)度巖完整性指數(shù)2、工程巖體質(zhì)量的詳細(xì)分級考慮地下水、軟弱結(jié)構(gòu)面及高初始應(yīng)力的影響，按巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]對巖體質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)定級。巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值：CHONGQINGUNIVERSITYCH7-

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3.《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021－2001)

根據(jù)巖石堅硬程度和巖體完整程度綜合分五個巖體基本質(zhì)量等級:

完整程度

堅硬程度完整較完整較破碎破碎極破碎堅硬巖IIIIIIIVV較硬巖IIIIIIVIVV較軟巖IIIIVIVVV軟巖IVIVVVV極軟巖VVVVV§7～2土的工程分類

一、概述以松散土為對象，以服務(wù)于工程建筑為目的的分類稱為土的工程分類。土是地球表面還沒有固化成巖的松散堆積物，地質(zhì)作用的產(chǎn)物，同一成因類型的土具有近似的工程性質(zhì)土的成因類型見第三章第四紀(jì)沉積物，有：殘積物、坡積物、洪積物、沖積物等我國土的工程分類體系國家標(biāo)準(zhǔn)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》《巖土工程堪察規(guī)范》等二、土的工程分類方案簡介（略，詳見土力學(xué)）三、我國主要特殊土的基本特征特殊性土是指某些具有特殊物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)、工程性質(zhì)也較特殊的土，是在一定的條件下形成的，其分布有明顯的區(qū)域性特征。特殊性土的種類有：沿海及內(nèi)陸靜水沉積的淤泥類軟土南方和中南地區(qū)的膨脹土西南亞熱帶濕熱氣候條件下的紅粘土西北、華北干旱氣候區(qū)的黃土西北、華北干旱氣候區(qū)的鹽漬土高緯度、高海拔寒冷氣候區(qū)的凍土各地人類工程活動的人工填土（1）濕陷性黃土黃土在一定的壓力下受水浸濕后結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生附加下沉的現(xiàn)象稱為濕陷。浸水后發(fā)生濕陷的黃土稱為濕陷性黃土。黃土在天然含水狀態(tài)下具有較高的強(qiáng)度和較小的壓縮性，但雨水浸濕后，有的即使在自身重力作用下也會發(fā)生劇烈而大量的變形，強(qiáng)度也隨之迅速降低。第四紀(jì)干旱和半干旱氣候下形成的特殊沉積物，顏色多呈黃色、淡灰黃色或褐黃色，以粉土（0.05~0.005）為主，平均含量50%以上，孔隙率高達(dá)40%~50%，大孔隙—蟲孔、植物根孔、潛蝕空洞等—濕陷性。CHONGQINGUNIVERSITYCH7-

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陜西志丹縣CHONGQINGUNIVERSITYCH7-

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窟野河中下游坡面侵蝕（2）紅粘土是碳酸鹽系巖石經(jīng)紅土化作用所形成的棕紅、褐黃等色的高塑性粘土。紅粘土的液限一般大于50％，具有表面收縮、上硬下軟、裂隙發(fā)育的特征，吸水后迅速軟化。紅粘土的表層壓縮性低、強(qiáng)度較高、水穩(wěn)定性好，屬良好的地基土層。但隨著含水量的增大，土體呈軟塑或流塑狀態(tài)，強(qiáng)度明顯變低，作為地基時條件較差。分布:

云貴高原、四川東部、廣西、粵北及鄂西、湘西。低山丘陵地帶頂部和山間盆地、緩坡及坡腳地段一般指天然含水量大、壓縮性高、承載力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的粘性土如淤泥、淤泥質(zhì)土及其它高壓縮性飽和粘性土、粉土等工程性質(zhì)：1）觸變性2）流變性

3）高壓縮性4）低強(qiáng)度

5）低透水性6）不均勻性（3）軟土（4）膨脹土是一種具有強(qiáng)烈的吸水膨脹和失水收縮特性的粘性土（蒙脫石含量高）。土呈黃、紅褐、灰白色，粘粒含量高，天然含水量接近塑限。膨脹土通常表現(xiàn)為壓縮性低、強(qiáng)度高，因此易被誤認(rèn)為是良好的天然地基。因外墻基土收縮、基礎(chǔ)向外扭轉(zhuǎn)，墻體呈水平裂縫分布：全國。云南、廣西、貴州、湖北最具代表性。一般位于山前丘陵地區(qū)或河谷高階地上。特征：

1)呈黃褐、灰白、花斑等顏色；

2)黏粒含量高，且為親水性很強(qiáng)的蒙脫石等黏土礦物，土中可溶鹽及有機(jī)質(zhì)含量較低，常含鐵錳或鈣質(zhì)結(jié)核，結(jié)構(gòu)致密；

3)表面有大量網(wǎng)狀裂隙，裂面有臘狀光澤的擠壓面。CHONGQINGUNIVERSITYCH7-

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工程特性：低含水量，呈堅硬－硬塑狀態(tài)；孔隙比小，密度大；高塑性，含黏粒及粉粒為主；具膨脹力,自由膨脹量>40%；天然狀態(tài)下壓縮性低，承載力高，但由于干縮裂隙發(fā)育,穩(wěn)定性差。浸水后或被擾動時,強(qiáng)度驟然降低。

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膨脹土地基上房屋開裂的特點(diǎn)為：①山墻呈“倒八字形”，裂縫上寬下窄；②外縱墻下端呈水平裂縫，基礎(chǔ)向外扭轉(zhuǎn)，墻體上部內(nèi)傾；③房屋角端裂縫嚴(yán)重，而且常伴隨著一定的水平位移和轉(zhuǎn)動；④地坪多出現(xiàn)平行于外縱墻的通長裂縫；⑤地基反復(fù)多次脹縮，使墻體裂縫斜向交叉。

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湖南某高架灌渠支墩因膨脹土地基而傾斜CHONGQINGUNIVERSITYCH7-

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膨脹土對鐵路的破壞及治理CHONGQINGUNIVERSITYCH7-

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膨脹土邊坡的失穩(wěn)CHONGQINGUNIVERSITYCH7-

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膨脹土邊坡治理指含有較多（>0.5%）易溶鹽類的土，具吸濕、松脹等特性形成原因：干旱半干旱地區(qū)，水蒸發(fā)量大，降雨量小，毛細(xì)作用強(qiáng)，鹽分在地表聚集鹽漬土的工程性質(zhì)：不同類型有不同特點(diǎn)，一般有腐蝕性（5）鹽漬土鹽漬土類型：氯鹽型：具強(qiáng)烈的吸濕性導(dǎo)致土有很大的塑性和壓縮性。硫酸鹽型：結(jié)晶時體積膨脹，失水干燥時體積縮小，周期性松脹變化使土的結(jié)構(gòu)破壞。碳酸鹽型：具明顯堿性反應(yīng)。潮濕時具很大的親水性、塑性膨脹性。（6）季節(jié)性凍土凍土是氣候在負(fù)溫條件下，其中含冰的各種土。季節(jié)性凍土是指該凍土在冬季凍結(jié)、而