工程地质课件第七章岩土工程地质分级与分类

第七章岩土工程地质分级与分类本章提要岩土工程地质分级和分类是工程地质学中一个具有重要理论和实践意义的研究课题。对于工程岩土的分级，本章阐述了分级的目的、影响岩体质量的主要因素以及岩体分级的代表性方案，并详细介绍了作为国家二级通用标准的《工程岩体分级标准》。对于土的分类，介绍了具有通用意义的《土的分类标准》和具有专门意义的地基土的分类，并对我国几类主要特殊土的基本特性进行了简要的介绍。 第七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（着重特殊土性） §7～1工程岩体分级一、分级的目的工程岩体?工程岩体分级目的?工程岩体分级种类? 二、影响岩体工程性质的主要因素1.岩石强度2.岩体完整性3.风化程度(表6.2)4.水的影响 1、岩体强度和质量岩体工程性质好坏主要取决于岩石质量好坏－强度（软硬）、变形性（结构上的致密和疏松）岩石强度指标：抗压强度(compressivestrength)岩石单向受压时抵抗破坏的能力（单轴抗压强度★）。抗拉强度(tensilestrength)岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。抗剪强度(shearstrength)岩石抵抗剪切破坏的能力。 抗剪强度可分为以下三种强度：（a）抗剪断强度：在垂直压力作用下的岩石剪切强度。（b）抗剪强度：沿着已有的破裂面发生剪切时的强度。（c）抗切强度：压应力等于零时的剪切强度。 变形指标弹性模量(modulusofelasticity)：是应力与弹性应变的比值。变形模量(modulusofdeformation)：是应力与总应变的比值。泊松比(poisson’ratio)：是横向应变与纵向应变比值。 2、岩体的完整性岩体工程性质：不取决于岩体的力学性质，而取决于岩体的完整性（软弱面、软弱带及充填物质）岩体的完整性判断：可用地质、施工、试验的各种指标表达岩体完整性破坏原因：断层、节理、层面、片理等结构面或不连续面切割节理裂隙出现的频度、性质、闭合程度；灌浆的耗用量；抽水试验的渗流量；弹性波在地层中传播速度等方法地质、试验、施工等各种定性、定量指标 水使岩石的物理力学性质恶化(削弱强度)水沿岩体裂隙渗流，影响岩体稳定性3、水的影响岩体浸水饱和前后单轴干、湿抗压强度比具体指标 三、工程岩体分级的代表性方案RMR系统、RSR系统、Q系统、Z系统 各种方法从不同角度反映了岩体的结构特征、岩体所处环境特征和岩体力学特征，但其依据的原则、标准和测试方法不同，缺乏可比性、一致性，因此我国于1994年批准了《工程岩体分级标准》作为国家标准第二层次的通用标准，适用于各部门、各行业的岩石工程。 四、工程岩体分级标准（GB50218－94）1、工程岩体质量的初步分级1）岩石坚硬程度的确定主要因素：岩体坚硬程度、岩体完整程度重要因素：地下水、初始应力、工程轴线或走向线方位与主要软弱结构面产状组合关系 岩体坚硬程度定量指标：岩石单轴饱和抗压强度（Rc）实测值，无实测值时，可采用岩石点荷载强度指数Is（50）的换算值：5153060Rc 2）岩体完整程度的确定 岩体是包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质首先取决于结构面的性质，其次才是组成岩体的岩石性质。结构面：存在于岩体中的各种地质界面。分为：岩体结构=结构面+结构体 岩体中的软弱夹层结构面特征：形态、平整光滑度；张开度和充填程度；连通性；密集程度；产状和组数；规模； 结构体类型(a)方柱（块）体；(b)菱形柱体；(c）三棱柱体；(d)楔形体；(e)锥形体;(f)板状体;(g)多角柱体;(h)菱形块体岩体结构类型及工程性质整体块状结构：整体强度高。层状结构：强度和变形特性具各向异性特点。碎裂结构：岩体完整性破坏大。散体结构：工程性质差。 岩体完整程度定量指标：岩体完整性指数Kv的实测值，若无实测资料，可采用岩体体积节理数Jv确定Kv。0.150.350.550.75完整性指数 统一定量指标：岩体基本质量指标（BQ）：3）岩体基本质量分级岩体基本质量指标岩体单轴抗压强度岩完整性指数 2、工程岩体质量的详细分级考虑地下水、软弱结构面及高初始应力的影响，按岩体基本质量指标修正值[BQ]对岩体质量进行详细定级。岩体基本质量指标修正值： CHONGQINGUNIVERSITYCH7-213.《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)根据岩石坚硬程度和岩体完整程度综合分五个岩体基本质量等级:完整程度坚硬程度完整较完整较破碎破碎极破碎坚硬岩IIIIIIIVV较硬岩IIIIIIVIVV较软岩IIIIVIVVV软岩IVIVVVV极软岩VVVVV §7～2土的工程分类一、概述以松散土为对象，以服务于工程建筑为目的的分类称为土的工程分类。土是地球表面还没有固化成岩的松散堆积物，地质作用的产物，同一成因类型的土具有近似的工程性质土的成因类型见第三章第四纪沉积物，有：残积物、坡积物、洪积物、冲积物等我国土的工程分类体系国家标准《土的分类标准》行业标准《建筑地基基础设计规范》《岩土工程堪察规范》等 二、土的工程分类方案简介（略，详见土力学）三、我国主要特殊土的基本特征特殊性土是指某些具有特殊物质成分和结构、工程性质也较特殊的土，是在一定的条件下形成的，其分布有明显的区域性特征。特殊性土的种类有：沿海及内陆静水沉积的淤泥类软土南方和中南地区的膨胀土西南亚热带湿热气候条件下的红粘土西北、华北干旱气候区的黄土西北、华北干旱气候区的盐渍土高纬度、高海拔寒冷气候区的冻土各地人类工程活动的人工填土 （1）湿陷性黄土黄土在一定的压力下受水浸湿后结构迅速破坏而发生附加下沉的现象称为湿陷。浸水后发生湿陷的黄土称为湿陷性黄土。黄土在天然含水状态下具有较高的强度和较小的压缩性，但雨水浸湿后，有的即使在自身重力作用下也会发生剧烈而大量的变形，强度也随之迅速降低。第四纪干旱和半干旱气候下形成的特殊沉积物，颜色多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色，以粉土（0.05~0.005）为主，平均含量50%以上，孔隙率高达40%~50%，大孔隙—虫孔、植物根孔、潜蚀空洞等—湿陷性。 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-25陕西志丹县 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-26窟野河中下游坡面侵蚀 （2）红粘土是碳酸盐系岩石经红土化作用所形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土。红粘土的液限一般大于50％，具有表面收缩、上硬下软、裂隙发育的特征，吸水后迅速软化。红粘土的表层压缩性低、强度较高、水稳定性好，属良好的地基土层。但随着含水量的增大，土体呈软塑或流塑状态，强度明显变低，作为地基时条件较差。分布:云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西。低山丘陵地带顶部和山间盆地、缓坡及坡脚地段 一般指天然含水量大、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、淤泥质土及其它高压缩性饱和粘性土、粉土等工程性质：1）触变性2）流变性3）高压缩性4）低强度5）低透水性6）不均匀性（3）软土 （4）膨胀土是一种具有强烈的吸水膨胀和失水收缩特性的粘性土（蒙脱石含量高）。土呈黄、红褐、灰白色，粘粒含量高，天然含水量接近塑限。膨胀土通常表现为压缩性低、强度高，因此易被误认为是良好的天然地基。因外墙基土收缩、基础向外扭转，墙体呈水平裂缝分布：全国。云南、广西、贵州、湖北最具代表性。一般位于山前丘陵地区或河谷高阶地上。特征：1)呈黄褐、灰白、花斑等颜色；2)黏粒含量高，且为亲水性很强的蒙脱石等黏土矿物，土中可溶盐及有机质含量较低，常含铁锰或钙质结核，结构致密；3)表面有大量网状裂隙，裂面有腊状光泽的挤压面。 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-30工程特性：低含水量，呈坚硬－硬塑状态；孔隙比小，密度大；高塑性，含黏粒及粉粒为主；具膨胀力,自由膨胀量>40%；天然状态下压缩性低，承载力高，但由于干缩裂隙发育,稳定性差。浸水后或被扰动时,强度骤然降低。 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-31膨胀土地基上房屋开裂的特点为：①山墙呈“倒八字形”，裂缝上宽下窄；②外纵墙下端呈水平裂缝，基础向外扭转，墙体上部内倾；③房屋角端裂缝严重，而且常伴随着一定的水平位移和转动；④地坪多出现平行于外纵墙的通长裂缝；⑤地基反复多次胀缩，使墙体裂缝斜向交叉。 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-32湖南某高架灌渠支墩因膨胀土地基而倾斜 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-33膨胀土对铁路的破坏及治理 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-34膨胀土边坡的失稳 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-35膨胀土边坡治理 指含有较多（>0.5%）易溶盐类的土，具吸湿、松胀等特性形成原因：干旱半干旱地区，水蒸发量大，降雨量小，毛细作用强，盐分在地表聚集盐渍土的工程性质：不同类型有不同特点，一般有腐蚀性（5）盐渍土盐渍土类型：氯盐型：具强烈的吸湿性导致土有很大的塑性和压缩性。硫酸盐型：结晶时体积膨胀，失水干燥时体积缩小，周期性松胀变化使土的结构破坏。碳酸盐型：具明显碱性反应。潮湿时具很大的亲水性、塑性膨胀性。 （6）季节性冻土冻土是气候在负温条件下，其中含冰的各种土。季节性冻土是指该冻土在冬季冻结、而夏季融化的土层。多年冻土是指冻结状态持续在三年以上的土层。季节性冻土因其周期性的冻胀融沉，对地基的不均匀沉降和稳定性影响较大。 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-38黑龙江地区的房屋冻胀某汽车站房屋冻胀裂缝 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-39某桥冻胀成非对称罗锅形 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-40冻胀丘 CHONGQINGUNIVERSITYCH7-41冻土融化