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岩石的工程地质性质

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岩体的工程地质性质

岩体的工程地质性质

1.整体块状结构岩体的工程地质性质 2.层状结构岩体的工程地质性质 3.碎裂结构岩体的工程地质性质 4.散体结构岩体的工程地质性质
岩体是在漫长的地质历史中形成与演变过来 的地质体，它被许许多多不同方向、不同规模的 断层面、节理面、裂隙面、层面、不整合面、接 触面等各种地质界面切割为形状不一、大小不等 的各种各样的块体。所以，岩体是指一定工程范 围内，一种或多种岩石中的各种结构面、结构体 的总体。因此，岩体不能以单块岩石为代表，单 块岩石强度较高，但被结构面切割破碎时，其构 成的岩体的强度却较小。所以岩体中结构面的发 育程度，性质及连通程度等，对岩体的工程地质 性质都有很大的影响。
岩体内结构面连通性
结构面的张开度和填充情况
结构面的张开度是指结构面的两壁隔开的距离。 以张开度的大小区分，主要分为：闭合的，微张开 的，张开的，宽张的。 闭合的结构面的力学性质取决于结构面两壁的 岩石性质和结构面粗糙程度。微张的结构面的剪切 强度比张开的结构面大。张开的和宽张的结构面， 其抗剪强度取决于填充物的成分和厚度。填充物为 黏土时比为砂质时强度低；为砂质时比砾质低。
块状结构岩体
层状结构岩体
碎裂结构岩体
散体结构岩体
谢~谢！
结构面的密度
它反映了节理的发育程度和岩体的完整性， 通常以线密度（条/m）或结构面的间距来表示. 节理发育程度分级
分级 节理间距（m） 节理发育程度 岩体完整性 Ⅰ ＞2 不发育 Ⅱ 0.5～2 较发育 Ⅲ 0.1～0.5 发育 Ⅳ ＜0.1 极发育
完整
块状
碎裂
破碎
结构面的连通性（贯通性、延展性） 在一定空间范围内的岩体中，结构面的走向、 倾向方向的连通程度。如图所示：
2.结构体类型 结构体是指岩体中被各类各级结构面切 割并包围的岩石块体及岩石集合体。根据其 外形特征结构体分为柱状、块状、板状、楔 形、菱形和锥形等六种基本形态。
岩石的工程地质性质

岩石的工程地质性质

第五节 岩石的工程地质性质
一、岩石的工程地质性质指标
物理性质 密度，孔隙率，吸水性 力学性质 强度，变形 水理性质 透水性，溶解性，软化性，抗冻性
(一)物理性质
1.密度 岩石单位体积的质量。
2.相对密度 固体岩石的质量与同体积4℃水的质量的比值。
3.岩石的孔隙率 岩石中孔隙、裂隙的体积与岩石总体积的比值。
2.变形模量 应力与总应变的比值。
3.泊松比 轴向压力作用下的模向应变和纵向应变的比值。
(三)水理性质
1.透水性 2.溶解ห้องสมุดไป่ตู้ 3.软化性 4. 抗冻性
二、影响岩石工程性质的因素
1. 矿物成分 2. 结构
岩石按结构分类：结晶联结、胶结物联结 强度上的一般规律：
结构：结晶联结＞胶结物联结 胶结物：
硅质胶结＞铁质胶结＞钙质胶结＞泥质胶结 胶结方式(图1-4)：
接触胶结＞孔隙胶结＞基底胶结
二、影响岩石工程性质的因素
3. 构造 一些强度底、易风化的矿物，多沿一定的
方向富集，或成条带状风布，或成局部的聚集体， 从而使岩石的强度在这些部位出现弱化。
4. 水的作用
5. 风化
4.吸水率 指在常压条件下岩石所吸水分质量与干燥岩石质量 的比值。
(二)力学性质
强度指标
1.抗压强度 岩石在单向压力作用下，抵抗压碎破坏的能力。
2.抗拉强度 岩石单向拉伸时，抵抗拉断破坏的能力。
3.抗剪强度 岩石抵抗剪切破坏的能力。可分为抗剪断强度、抗 剪强度和抗切强度。
(二)力学性质
变形指标
1.弹性模量 应力与弹性应变的比值。
第2章 岩石的工程地质特征

第2章 岩石的工程地质特征


2.0 概述
一、岩石与土工程地质性质的差别： 其次，岩石虽然比起土来具有强度高、不易变形以及整体性 和抗水性好的优点，但作为地下工程体（如井筒、巷道、硐室、 隧道等）、建筑物地基或建筑物环境的岩体，也具有缺陷，这 就是岩体中存在着断层、节理等结构面，使岩体受到不同程度 的切割，完整性遭到破坏，导致岩体物理、力学性质变差和严 重不均匀。当断裂破坏严重时，岩体甚至破碎分散犹如碎屑土。 这种被称为构造岩的破碎岩石，有的属于半坚硬岩石，有的已 经成为松软土。岩体中的这种结构面分割情况，在土中是见不 到的，只有在某些裂隙黏土或老黄土中才有微弱的裂隙分布。 因此岩体的结构比土体复杂。即使是坚硬完整的岩块，在其内 部也存在有微裂隙和缺陷，如节理面、微破裂面等，这就程度 不同地削弱了岩块的强度，同时也导致了岩块力学性质的各向 异性。
2.1 岩石的基本特征
三、岩石的分类
工程中的岩石分类方式较多，现就常见的几种分类方式介绍 如下。 2、按照其坚固性划分 按照岩石的坚固性划分可分为两类：硬质岩石和软质岩石。 （1）硬质岩石是指其饱和单轴极限抗压强度≥30MPa 的岩石。 常见的硬质岩石有花岗岩、石灰岩、石英岩、闪长岩、玄武岩、 石英砂岩、硅质砾岩和花岗片麻岩等。 （2）软质岩石是指其饱和单轴极限抗压强度＜30MPa的岩石。 常见的软质岩石有页岩、泥岩、绿泥石片岩和云母片岩等。 除此之外，岩石按照其风化程度可分为五类，即未风化、微 风化、弱风化、中等风化和强风化。（也有资料分三类/四类， 即微风化 /弱风化、中等风化和强风化。）
2.1 岩石的基本特征
二、岩石的结构与构造 1、岩石的结构 岩石的结构是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小和形状以 及彼此间的组合方式。 这主要决定于地质作用进行的环境，在同一大类岩石中，由 于他们生成的环境不同，就产生了种种不同的结构。 2、岩石的构造 岩石的构造是指岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石 的其他组成部分之间的排列方式以及充填方式。这反映着地质 作用的性质。 由岩浆作用生成的岩浆岩大多具有块状构造；由变质作用生 成的变质岩，多数情况下他们的组成矿物一般都依一定方向平 行排列，具有片理状构造；由外力地质作用生成的沉积岩，是 逐层沉积的，多具有层状构造。
岩石的硬度、成因及工程地质性质

岩石的硬度、成因及工程地质性质

岩石的硬度、成因及工程地质性质
一、岩石的主要矿物
构成岩石的矿物称为造岩矿物。

矿物的成分、性质及其在各种因素影响下的变化，都会对岩石造成影响。

例如，岩石中的石英含量越多，钻孔的难度就越大，钻头、钻机等消耗量也就越多。

物理性质是鉴别矿物的主要依据。

依据颜色鉴定矿物的成分和结构，依据光泽鉴定风化程度，依据硬度鉴定矿物类别。

表1矿物硬度表
二、岩石的成因类型及其特征
三、岩浆岩、沉积岩和变质岩的地质特征
四、岩石的工程地质性质
1.岩石的物理力学性质
（1）岩石的主要物理性质
（2）岩石的主要力学性质。

1.5岩石的工程地质性质

1.5岩石的工程地质性质

软化系数表示。 软化系数kd：等于岩石在饱和状态下的极限抗压强度与
在风干状态下极限抗压强度的比。用小数表示。其值越小， 表明岩石在水作用下的强度和稳定性越差。
岩石的软化性决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。 岩浆岩和变质岩的软化系数大都接近于1.0；粘土矿物含量 高、孔隙度大、吸水率高的岩石，软化系数越小，如泥灰 岩和页岩。
降低岩石的强度。在工程中应当重视岩石中这些低强度 矿物含量的增长对岩石强度的降低作用。
但也不能简单地认为，含有高强度矿物的岩石，其强度一定就 高。因为岩石受力作用后，内部应力是通过矿物颗粒的直接接 触来传递的，如果强度较高的矿物在岩石中互不接触，则应力 的传递必然会受中间低强度矿物的影响，岩石不一定就能显示 出高的强度。
180~300
岩石名称 辉绿岩
抗压强度 （MPa）
200~350
岩石名称 页岩
抗压强度 （MPa）
10~100
100~250
玄武岩
150~300
砂岩
20~200
180~300
石英岩
150~350
砾岩
10~150
100~250 100~250 80~250
大理岩 片麻岩 灰岩
100~250 50~200 20~200
岩体 = 结构面 + 结构体
岩块的强度高，岩体的强度不一定高。
结构面的发育程度、性质、充填情况以 及连通程度等，对岩体的工程性质有很 大的影响。
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1. 结构面
结构面：存在于岩体中的各种地质界面。
（1）结构面类型： 原生结构面：成岩时形成
沉积结构面：层面、层理、夹层等 火成结构面：原生节理、流纹面、接触面等等 变质结构面：片麻理、片理等等
地质学：岩石的工程性质及工程分类

地质学：岩石的工程性质及工程分类


岩石的释荷
岩 石从 地 下 深 处 变 到 地表 条 件 时 由 于 上 覆静 压 力 减 小 而 产 生张 应 力 形 成 一 系 列与 地 表 平 行 的 宏 观和 微 观 的 内 部 破 裂面 。 形 成 这 种 裂 隙构 造 的 作 用称为剥离作用。
在物理风化作用强烈的地区，其结果是在陡坡、山 麓和沟谷中产生大量的危石、碎石和岩屑，这是造成崩 坍、落石、泥石洪流的基本条件。
岩浆岩：（酸性岩＞基性岩）
变质岩：（浅变质＞深变质）
2．矿物成分
岩浆岩抗风化能力的强弱与矿 橄榄石 ↓ 基性斜长石 物从岩浆中分异出来的顺序相反。 辉石 ↓ ↓ 单矿岩的抗风化能力强于复矿 中性斜长石 角闪石 岩； ↓ ↓ 浅色矿物（如正长石）抗风化 黑云母 酸性斜长石 ↙ ↘ 能力强于暗色矿物（如：橄榄石 正长石 等）。 ↓ 同种元素在不同的矿物中抗风 化能力不同。如石灰岩中的Ca易风 化，而斜长石中的Ca相对难风化。 白云母 ↓ 石英 抗 风 化 能 力 增 强
ds=ρs /ρw
孔隙比（e）与孔隙度（n）
e n ; 1 e n e 1 n
裂隙率（KT） ρ、ρs↑，n、e↓，岩石的工程性质↑
常见岩石的比重 (2.60~2.90)
岩石名称 花岗岩 比 重 2.50~2.84 岩石名称 泥灰岩 比 重 2.70~2.80
流纹岩
凝灰岩 闪长岩 斑岩
2.65左右
回弹强度： 用回弹仪弹击岩石面获得
回弹值，再由回弹值换算成抗压强度。
3、岩石破坏形式：
脆性破坏（没有明显变形突
然破坏）

塑性破坏（破坏前变形较大 ）
二、风化作用
地表及地面以下一定深度的岩石，在气温
变化、水溶液、气体及生物等各种营力的作用 下，逐渐产生裂隙、发生机械破碎和矿物成分 的改变，丧失完整性的过程。
工程地质学-第二章 岩石的工程地质性质-1-岩石的物理性质

工程地质学-第二章 岩石的工程地质性质-1-岩石的物理性质


吸水性较大的岩石吸水后往往会产生膨胀，给井巷支护造 成很大压力。
在公路建筑材料中 Ks→1，石料抗冻性能差， Ks >0.85的 石料寒冷地区不用。
2、岩石的透水性
透水性：在一定的水压作用下，水穿透岩石的能 力。地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩石 的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的水压作用下，地下水 可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称为岩石的 透水性。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙度大小有关， 而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。
I d 2 mr / ms %
试验前的试件烘干质量 mr ； 残留在筒内的试件烘干质量 ms 。
3.岩石的膨胀性 评价膨胀性岩体工程的稳定。
1）自由膨胀率：无约
束条件下，浸水后胀变形 与原尺寸 之比 轴向自由膨胀
VH H / H （%）
H——试件高度 径向自由膨胀
VD D / D （%）
n0Leabharlann Vn0 V Ws V
Vn0 Ws

d 2 w
式中：Ws为干燥岩石重量；γd,γw干燥岩石和水的重度。
（3）岩石的饱水系数（Ks）
岩石吸水率与饱水率之比称为岩石的饱水系数，即
Ks

1 2
饱水系数反映了岩石中大开空隙和小开空隙的相对含量。 饱水系数越大，岩石中的大开空隙越多，而小开空隙越少。
Vnb Ws
Ws Vnb1 d1
V W1
w
式中：W s为干燥岩石的重量；γd,γw分别为干燥岩石和水的重度。
（2）岩石的饱水率（ω2）
岩石的饱水率指在高压（150个大气压）或真空
条件下，岩石吸入水的重量Wω2与岩石干重量Ws之比，
即：
岩体工程地质性质

岩体工程地质性质


散介质的岩体结构，一般是工程清
挖的对象。
三、岩体的工程地质质量分类
作为工程建筑的地基、围岩或是材料的岩体，因为
其岩石质量不同，岩体结构类型不同，岩体结构面类型也
有差异，再加上水的参与，风化作用的影响等等，使岩体
质量的评定因素十分复杂。但为了满足工程建设的实际需
要必须对岩体的工程地质质量进行分类。
1．岩石质量指标（R、Q、D—Rock, quality designation）分类
一、岩体结构面类型
指切割岩石的所有地质界面，如岩层面、断层面、节理面等。 依据结构面成因将其分为三种类型。 1．原生结构面：与岩石同时形成，如层面、片理，收缩裂隙。
2．次生结构面：岩石形成后叠加形成的，节理面，断层面等。
3．软弱结构面：是一类特殊的结构面，特指岩体中具有一定
厚度的结构面。它可以是原生的，也可以是次生的，工程地质 勘察中应予以特别重视。如砂岩中的泥岩夹层，花岗岩中的裂 隙风化带等。
弹塑性变形 --褶皱
弹脆性变形 --断层
（1）微裂隙压密阶段：岩石中微裂隙 在荷重下压密，此阶段δ 变化小而ε 变 化大 （2）弹性变形阶段：裂隙进一步密合， 不产生新裂隙，δ 、ε 近乎同步增加（曲 线外切线近45°），最高点称弹性极限抗
δ
屈服点
ε
压强度，亦称屈服点。
（3）裂隙发展和破坏阶段：新裂隙产生并发展，δ 增加不 多，而ε 快速增加，直至最高点，岩石发生整体破坏，此点的 δ 值称单轴极限抗压强度。 （4）峰值后阶段：岩石大变形，δ 下降至稳定。
（1）整体结构：即完整岩体，强度高、力学性质稳定。 （2）块状结构：整体强度高、
块度均匀，与完整岩体相近。 （3）镶嵌结构：块度具有显著两分性，但整体强度仍较高。
岩石的工程地质性质

岩石的工程地质性质


软化性：指岩石在水的作用下强度降低的性质。 软化系数(softening coefficient)为岩石在饱水状态下 的极限抗压强度与风干状态下强度之比。<0.75是 强软化的岩石。 崩解性(disintegration)：指粘土质岩石吸水膨胀的 性质。 抗冻性(frost resistance)：指岩石抵抗冰劈作用的
沉积岩
•火山碎屑岩由细小火山灰组成，水理性质差。
•沉积碎屑岩受胶结物成分和胶结类型影响显著
•粘土岩浸水后易软化和泥化，还可能有膨胀性
对工程极为不利，但可作隔水层和防渗层。
•化学岩和生物化学岩具不同程度的可溶性，易 渗漏。
变质岩
工程性质与其原岩密切相关。 •动力变质岩的力学强度和抗水性 均较差。 •片理构造使岩石具有各向异性特 征。
3.1 岩石的物理力学性质 一 .岩石工程性质的常用指标
物理性质(physical properties)
重度（密度）(unit weight)：岩石单位体积的重力（
质量）。有干重度、湿重度和饱和重度之分.
比重(相对密度)(specific gravity)：固体岩石的重力（
质量）与同体积水在4º c时重力（质量）的比值。
3.5.2岩体的工程地质性质

岩体是指包括各种地质界面的单一或多种岩石 构成的地质体，它被各种结构面所切割，由大 小不同、形状不一的岩块所组合而成。岩体是 指某一地点一种或多种岩石中的各种结构面、 结构体的总体。
1.岩体结构分析



结构面包括各种破裂面、物质分异面、软弱夹 层等，按地质成因可分为原生的、构造、次生 原生结构面是成岩时形成的，分为沉积的、火 成的和变质的 构造结构面是在构造应力作用下，于岩体中形 成的断裂面、错动面、破碎带的总称 次生结构面是在风化、卸荷、地下水等作用下 形成的风化裂隙、破碎带、泥化夹层、夹泥层
岩石及岩体的工程地质性质

岩石及岩体的工程地质性质

括细微的裂隙 )的发育程度，对岩石的强度和 稳定性产生重要的影响。岩石的孔隙性用孔隙 度表示。孔隙度在数值上等于岩石中各种孔隙 （包括裂隙）的总体积与岩石总体积的比。用 百分数表示。
岩石的孔隙率的大小，主要决定于 岩石的 结构构造，同时也受风化作用、岩浆作用、构 造运动和变质作用的影响。
（3）吸水性 岩石的吸水性，反映岩石在一定条件下的吸
2.岩石的主要力学性质
岩石的力学性质是指岩石抵抗外力作用的 性能。岩石在外力作用下，首先发生变形，当 外力增加到某一数值时，岩石便开始破坏。所 以在研究岩石的力学性质时，既要考虑岩石的 变形特性，也要考虑岩石的强度特性。 （1）岩石的变形
岩石典型的应力～应变曲线岩石在外力作 用下产生变形，且其变形性质分为 弹性和塑性 两种。 根据曲率的变化，可将岩石变形过程划 分为四个阶段：
岩石和岩体过去统称岩石。实际上．从工程 地质观点看，岩石是矿物的集合体，没有显著软 弱面的石质材料，岩体则是岩石的地质综合体。 岩石的工程地质性质，是岩体的基础，岩体工程 地质性质，严格受其结构面的控制。
§4.1 岩石工程地质性质
就大多数的工程地质问题来看，岩石的工程 地质性质主要决定于岩体内部裂隙系统的性质及 其分布情况，但岩石本身的性质也起着重要的作 用。岩石的工程地质性质包括 物理性质和力学性 质二个主要方面。
形由压缩转变为膨胀。应力增加，裂隙进一步扩展，岩石局部破损，且破
损范围逐渐扩大形成员通的破裂面，导致岩石“破坏”。c点对应的应力
达到最大值，称为峰值强度或单轴极限抗压强度。
(4)峰值后阶段（图中c点之后） 岩石被环后，经过较大的变形，应力下
降到一定程度开始保持常数，d点对应的应力称为残余强度。
E
由于大多数岩石的变形具有不同程度的弹 性性质，且工程实践中建筑物所能作用于岩石 的压应力远远 低于单轴极限抗压强度。因此， 可在一定程度上将岩石看作 准弹性体，用弹性 参数表征其变形特征。
岩石的工程地质性质

岩石的工程地质性质


➢ 断口：指非晶质矿物在受到外力打击作用后，破 裂面方向随机且极不平整光滑的性质。
➢ 裂开的不平整也不光滑的面称为断口面。 ➢ 根据断口的形态特征，常见如下类型：
①贝壳状断口； ②平坦状断口； ③参差状断口； ④锯齿状断口； ⑤刀片状断口； ⑥阶梯状断口。 值得注意：解理和断口
的性质此消彼长。
7. 密度和重度
3. 光泽
➢ 矿物光泽是指矿物表面对可见光的反射能力。 它的强弱取决于矿物的折射率、吸收系数和反 射率。
➢ 在矿物学中，将矿物光泽按反射率大小分为三 个等级，即金属光泽、半金属光泽和非金属光 泽。 （1）金属光泽：如同金属抛光表面上的反射光， 闪耀夺目。 （2）半金属光泽：比新鲜金属抛光面略暗一些， 如同陈旧的金属器皿表面的反射光。 （3）非金属光泽：如同非金属抛光表面上的反 射光，光泽暗淡。它可再细分为金刚光泽和玻 璃光泽。常见特殊的非金属光泽包括珍珠光泽、 油脂光泽、丝绢光泽、蜡状光泽和土状光泽等
第二章 岩石及其工程地质性质
内容提要：
一、矿物及其特征 二、岩浆岩及其特征 三、沉积岩及其特征 四、变质岩及其特征 五、岩石的工程地质性质
➢ 岩土体作为地基或建筑结构本身或部分，其工 程地质性质将直接影响工程的设计、施工和投 资以及稳定安全性，也是地质学尤其是工程地 质学研究的重要对象。
➢ 岩石是地质作用形成矿物的集合体。
4. 透明度
➢ 矿物透明度是指矿物透过可见光的能力，其大小可用 透射系数表示。
➢ 为了消除矿物厚度对透明度的影响，一般以0.03cm薄片 厚度作为参考标准。据此，矿物透明度可分为如下三个 等级：透明、半透明和不透明。
➢ 矿物颜色、条痕、光泽与透明度之间存在相互消长的关
系。
5. 硬度

3第一章 岩石的工程地质性质


一、岩石工程地质性质的常用指标
（二）岩石的水理性质
1.岩石的透水性 1.岩石的透水性 透水性：指岩石允许水通过的能力。 透水性：指岩石允许水通过的能力。
水只沿连通孔隙渗透，渗水性大小可用渗透系数表示， 水只沿连通孔隙渗透，渗水性大小可用渗透系数表示，主 要决定于岩石孔隙的大小、数量、方向及其相互连通情况。 要决定于岩石孔隙的大小、数量、方向及其相互连通情况。
一、岩石工程地质性质的常用指标
（三）岩石的力学性质
2.岩石的强度 2.岩石的强度 抗压强度： 抗压强度：岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏 的能力。 的能力。 抗拉强度： 抗拉强度：岩石在单向受拉条件下拉断时的极限 应力值。 应力值。 抗剪强度：岩石抵抗剪切破坏的能力。 抗剪强度：岩石抵抗剪切破坏的能力。
γ = ρ⋅g
一、岩石工程地质性质的常用指标
（一）岩石的物理性质
2.岩石的比重 2.岩石的比重 比重：岩石固体部分单位体积的重量， 比重：岩石固体部分单位体积的重量，即单位体积 固体颗粒的重量与4℃时同体积水的重量之比（Gs）。 4℃时同体积水的重量之比 固体颗粒的重量与4℃时同体积水的重量之比（Gs）。
ε
一、岩石工程地质性质的常用指标
（三）岩石的力学性质
1.岩石的变形特性 1.岩石的变形特性 弹性模量：单轴压缩条件下， 弹性模量：单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向 应变之比。 应变之比。 弹性模量越大，变形越小， 弹性模量越大，变形越小，说明岩石抵抗变形 的能力越高。 的能力越高。 泊松比：横向应变与轴向应变之比。 泊松比：横向应变与轴向应变之比。 泊松比越大， 泊松比越大，表明岩石受力作用后的横向变形 越大。 越大。
变形= 结构体变形+ 变形= 结构体变形+结构面变形

工程地质第7讲：岩石工程性质评价与岩石工程分类


胶结方式： 基底式胶结：受胶结物成分控制； 孔隙式胶结：与碎屑颗粒成分、形状及胶结
物成分有关，变化很大； 接触式胶结：透水性强，强度低。
结晶结构：一般情况下工程性质良好。
生物结构：常见的煤层及与之共生的煤系地层， 工程性质差。
沉积构造的影响 层理：各向异性，产状影响建筑物的稳定性。
缝合线构造、泥裂、波纹、交错层理及层间角 砾岩块等，使得岩层层面参差不齐，上下相邻 岩层相互咬合很牢，利于碎屑岩层的稳定。
结构影响: 结晶程度影响： 结晶矿物结合力强，孔隙小，孔隙度低， 稳颗定粒性大好小，影强响度：一般较高。
细粒比粗粒高：如细粒花岗岩抗压强度260 MPa，粗粒花岗岩为120 MPa。
等粒比不等粒结构强度高：如等粒花岗岩 抗拉强度为18 MPa，斑状花岗岩则为4 MPa。
构造影响: 流纹、气孔、杏仁状构造：强度较块状低
（三）常见变质岩的工程性质评述 1．片理构造： 片理构造发育，工程性质各向异性。 千枚岩、滑石片岩、绿泥石片岩、石墨片岩 等工程性质差。 片麻岩石英、正长石含量较多，工程性质较 好。 2．块状构造： 石英岩和大理岩， 有良好的工程性质。
三、岩石的工程分类 铁路:按照土、岩石开挖的难易程度，规定了《土、 石的工程分级》；为了评价岩石强度特性，采用 以饱和单轴极限抗压强度为指标的《岩石强度分 类》。
1.物理性质
密度（ρ）和重度（γ）
r、rsat、rd （γ、 γsat、γd ）等
颗粒密度（ρs）和比重（ds）
ds裂隙率（nKT）1
e
e
;
e n 1 n
ρ、ρs↑，n、e↓，岩石的工程性质↑
孔隙度多用于松散土、石，而裂隙率多 用于结晶连接的坚硬岩石。
296-4

三大代表岩石的特征及工程地质性质

三大代表岩石的特征及工程地质性质➢岩浆岩✧岩浆岩的特征1、大部分为块状的结晶岩石，部分为玻璃质的岩石；2、在不同的深度冷凝成岩；3、有它特殊的矿物和构造：霞石、白榴石等矿物及气孔－杏仁构造等，只有岩浆岩才有；4、与周周围围岩界限清楚；5、没有生物遗迹。

✧岩浆岩的工程地质性质岩浆岩的工程地质性质主要与岩浆凝固时的环境条件有关，不同成因条件，其矿物成分、结构、构造和产状差别很大，岩石颗粒间的连接力也有很大差异。

(1)侵入岩：是岩浆在地下缓慢冷凝结晶生成的，矿物结晶良好，颗粒之间连接牢固，多呈块状构造。

因此，侵入岩孔隙度低、抗水性强、力学强度及弹性模量高，具有较好的工程性质。

常见的侵入岩有花岗岩、闪长岩及辉长岩等。

从矿物上看，石英、长石、角闪石及辉石的含量越多，岩石强度越高，云母含量增加使岩石强度降低。

从结构上看，晶粒均匀细小的小的岩石强度高，粗粒结构及斑状结构岩石强度相对较低。

(2)喷出岩：是岩浆喷出地表后迅速冷凝生成的，由于地表条件复杂，使喷出岩具有很不相同的地质特征。

具有隐晶质结构、致密块状构造的粗面岩、安山岩、玄武岩等，工程性质良好，其强度甚至可大于花岗岩。

但当这类岩石具有明显的流纹、气孔构造或含有原生节理时，工程性质变差，孔隙度增加，抗水性降低，力学强度及弹性模量减小。

在具体评述岩浆岩的工程性质时，还必须充分考虑它的节理发育程度及风化程度。

➢沉积岩✧沉积岩的特征（1）具有成层状构造；（2）在地表或地表不太深的地方成岩；（3）化学矿物大量存在，并含有机质；（4）含生物化石。

✧沉积岩的工程地质性质沉积岩具有层理构造，层状及层理对沉积岩工程性质的影响主要表现为各向异性。

因此，沉积岩的产状及其与工程建筑物位置的相互关系对建筑物的稳定性影响很大。

同时由于组成岩石的物质成分不同，也具有不同的工程地质特征。

(1)碎屑岩：是碎屑颗粒被胶结构胶结在一起而形成的岩石。

它的工程性质主要取决于胶结物成分、胶结方式。

工程地质 第2章 岩土类型及其工程地质性质2.3.5-2.4.5

工程地质第2章岩土类型及其工程地质性质（2.3.5-2.4.5）1岩石的工程地质性质指标岩石的工程地质性质指标吸水率：一个大气压力下和室温条件下自由吸入水48h的质量(m0)与岩石烘干试件质量(ms)之比值饱和吸水率：岩石试件在高压或真空条件下吸入水的质量（mp）和岩样干质量（ms）之比岩石的工程地质性质指标2.3.5 岩石的工程地质性质软化性：岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性岩石的工程地质性质指标变形：岩石在外力或其它物理因素作用下发生形状或体积的变化岩石的工程地质性质指标岩石在单向拉伸时抵抗拉断破坏的能力岩石的工程地质性质指标☐影响岩石的工程地质性质的因素 矿物成分(密度、硬度）•比如：石英岩强度高于大理岩。

高于石英7方解石3☐影响岩石的工程地质性质的因素 结构（结晶联结、胶接物联结）竹叶状灰岩竹叶状灰岩砂岩泥岩差异风化岩石崩解☐岩石的工程分类工程中岩石的描述包括：地质年代、地质名称、风化程度、颜色、主要矿物、结构、构造和岩石质量指标。

地质分类：根据是岩石地质成因，矿物成份、结构构造和风化程度，可以用地质名称加风化程度表达，如强风化花岗岩、微风化砂岩等。

工程分类：主要根据岩石的工程性状，使工程师建立起明确的工程特性概念。

本章涉及的岩石工程分类主要根据岩石的坚硬程度和风化程度进行划分。

岩体的工程分类在第三章。

岩石的工程分类—坚硬程度的分类•按岩石抗压强度大于30MPa与小于30MPa划分为硬质岩与软质岩，☐风化岩的定义风化作用：地表及地面以下一定深度的岩石，在气温变化、水溶液、气体及生物等各种营力的作用下，逐渐产生裂隙、发生机械破碎和矿物成分的改变，丧失完整性的过程。

风化岩：在风化壳中，尚保留原岩结构和构造的风化岩石残积土：岩石经风化作用后，形成松散的岩屑和土层，残留在原地的堆积物。

34-151.风化作用类型物理风化岩石在自然因素作用下，发生机械破碎，而无明显的成分改变。

3岩石的工程地质性质_204807711


化学岩的工程地质性质 石灰岩 力学强度大多较高，抗水性弱(具溶解性)，地 下水的溶蚀形成喀斯特(Karst)空洞。是地下水的集中渗 流通道，地基中的不稳定区。 白云岩 力学强度较高，具有微弱的溶蚀性。 硅质岩 强度高，抗水性好，抗风化能力强。 沉积岩中分布最广的是石灰岩，其次是泥质岩（页岩和 粘土岩）和砂岩。
石林（石灰岩溶蚀地貌）
图片来自 /
石灰岩溶蚀地貌(Malham Cove, UK)
图片来自 /
石灰岩溶洞
石 灰 岩 溶 蚀 地 貌 ---
3. 岩石的抗风化能力 抗化学风化的能力，主要取决于其成分。 造岩矿物在地表风化条件下的化学稳定性 相对稳定性 很稳定的 较稳定的 1 较稳定的 2 较稳定的 3 不太稳定的 很不稳定的 造岩矿物 石英 白云母、正长石、酸性斜长石 白云石 (弱溶解性) 粘土矿物 (不易分解，但易软化) 方解石（易被溶蚀） 角闪石、辉石、黑云母、橄榄石、基性斜长 石 (易被分解)
5.岩石的风化带
风化作用使地表附近的岩石发生化学破坏和机械破碎，矿 物成份和完整性发生不同程度的改变，形成与原岩性质不 同的风化产物。 在垂直剖面上，从地表向下，岩石风化程度由深变浅，过 渡到新鲜岩石。
《岩土工程勘查规范》GB50021-2001划分出4种风化程 度的岩石：全风化、强风化、中等风化和微风化。
沉积岩的两种主要成分：石英和粘土矿物。 石英的化学稳定性最强； 粘土矿物在化学风化的条件下稳定性也较好，但是容易 受地下水的作用而软化，易发生物理风化。 沉积岩的组成成分，为地表风化产物，大部分具有较好 的抗化学风化能力。 岩浆岩，大部分为不稳定的硅酸盐矿物。在化学风化条 件下，易于被分解破坏。
4. 三大岩类的工程地质性质 (1) 岩浆岩的工程地质性质 绝大部分岩浆岩，力学强度高，透水性弱，抗水性强 （不软化，不溶解）。但同沉积岩相比抗风化能力较弱。 不同产状的岩浆岩略有差异： 深成岩浆岩： 矿物颗粒间结晶联结，力学强度高； 孔隙率小，透水性弱、抗水性强；岩体大、整体稳定性 好；良好的建筑地基和天然建筑石材。总体抗化学风化 能力较差。

第四节 岩石的工程地质性质

构面称为软弱结构面。
5.结构体
←岩体内不同产状的各种结构面将岩石 切割成的单元块体称为结构体。
二、岩石的水理性质
（3）饱水系数←岩石吸水率与饱水率的比值。
w1 Kw w2
饱水系数反映了岩石大小开型孔隙的相对数量，饱水系数越 小，岩石的抗冻性就越高。一般认为饱水系数小于0.8的岩石抗 冻性较高，一般岩石的抗冻系数在0.5~0.8之间。
2、岩石的透水性：渗透系数
←岩石允许水通过的能力，用渗透系数来表示。渗透系数的 大小主要取决于岩石孔隙的大小，其次还有数量、方向、连通性等。 v K——渗透系数（m/d） K v——渗透流速（m/d） I I——水力坡度
4、岩石的抗冻性：强度损失率、质量损失率
抗冻试验：饱水岩石在一定的低温（-25˚C）条件下，反复冻融 10~25次。试验前后饱和单轴抗压强度的损失比率（ 强度损失率 ） 和干燥试件的质量损失率（质量损失率）是衡量岩石抗冻性的直接 指标。强度损失率小于25%，质量损失率小于2%的岩石是抗冻的。 此外，吸水率小于0.5%，饱水系数大于0.75的岩石一般认为是抗冻 的。
四岩石的工程分类1按岩石强度分类岩石饱和单轴极限抗压强度2按岩石施工难易程度分类岩石的工程分级2按岩石风化程度分类岩石等级硬质岩石60mpa中硬岩石3060mpa软质岩石530mpa微风化弱风化强风化全风化地质时代相同或不同的岩石和经成岩作用构造运动以及风化地下水等次生作用而产生于岩石中的结构面组合而成的整体
ห้องสมุดไป่ตู้
γ——岩石的重度（N/cm3） W——岩石的重力（N） m——岩石的总质量（Kg）
岩石的重度常介于23.0~31.0KN/m3之间。
一、岩石的物理性质
3、岩石的孔隙性：孔隙率（孔隙度）
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1、岩石矿物成分 2、岩石结构、构造（矿物颗粒间的连结、颗粒大 小与形状、空隙性等） 3、岩石含水状态 4、实验条件：如试件形状、大小、高径比、加荷 速率
(2)岩石的抗拉强度——岩石单向受拉时，能承受的最 大拉应力。 用于岩体稳定性评价
①直接拉伸试验
②劈裂法
t

2Pt
d l
③岩点石荷载的试抗验拉强度远低于其抗压强度
1/10
P64表5-6
(3)岩石的剪切强度——岩石受剪力作用时抵抗剪切破坏 的最大剪应力。岩体稳定性计算必需的参数:C和φ
①抗剪断强度
泊松比μ 工程上，常采用应力—应变曲线上抗压强度50%的应变点
的横向应变与轴向应变之比。
二、单向受力条件下的岩石强度
根据外力的性质
岩石的抗压强度 岩石的抗拉强度 岩石 剪断破坏
为什么岩石破坏的类型只有拉断和剪断 两种，而没有“压坏”的说法？
答： 岩石的破坏实质上是由于岩石内部的某个(些)面
．． ．．
非稳定裂隙扩展至岩石结构破坏阶段：
微裂隙迅速增加和不断扩展，形成局部拉裂或剪裂 面。体积变形由压缩变为膨胀，最终导致岩石结构完全 破坏，但仍具有整体性。
．．
上界应力称为峰值强度（单轴抗压强度）
微裂隙聚结与扩展阶段：
裂隙扩展成分叉状，并相互联合形成宏 观断裂面，应力随应变增加而降低。
． ．
弹性极限（比例极限） 屈服极限 峰值强度（单轴抗压强度） 残余强度
微裂隙及孔隙闭合阶段 A
可恢复弹性变形阶段 B
部分弹性变形至微裂隙 扩展阶段 C 非稳定裂隙扩展至岩石结 构破坏阶段 D 微裂隙聚结与扩展阶段 E
沿破断面滑移阶段 F
微裂隙及孔隙闭合阶段： 裂隙及孔隙逐渐被压密。非线性变形，曲线上凹
某些岩石的饱水、干抗压强度及软化系数
万州川东制革厂泥岩、粉砂质泥岩软化
随库水位升 降变化，岩 石含水性发
生变化
岩石的透水性
岩石能被水透过的性质，常用渗透系数 来表示。其大小取决于空隙的数量、大小、 方向及连通情况，一般认为，水在岩石中 的流动符合达西定律。
渗透流速
渗透系数
水力坡度
V kI
岩石渗透系数K 用达西渗透仪(室内)测定
携带式岩、土力学性质 多功能试验仪
试验项目：
1、岩石变形试验； 2、岩石抗压强度试验； 3、岩石抗拉强度试验； 4、岩石点荷载强度试验； 5、完整岩石直剪试验； 6、岩石结构面与软弱岩石 直剪试验； 7、土直剪试验（直接测试 钻孔取心土的抗剪指标）； 8、碎石土天然或饱和状态 直剪试验。
影响岩石抗压强度的因素分析——P64-65
．．
沿破断面滑移阶段： 分离成一系列的碎块体，并在外力作用下相
互滑移，变形不断增加。
应力降至某一稳定值，称为残余强度
．
单轴压缩岩石变形—破坏的典型应力－应变曲线 （受矿物成分及结构影响）
（2)岩石的变形参数
P62表5－5
变形模量E0（轴向应力σ ／轴向应变ε L）
弹性模量；变形模量（初始模量Ei、切线模量Et、割线模量Es）
的特点，但当岩体中结构面发育时，岩体的完整性被破坏， 将导致其力学性质变差，且表现出不均匀性（非均质性、 各向异性）；
3.岩体中具有较高的地应力，地应力的存在使岩体的物
理、力学性质变得更加复杂。土体中地应力相对较小。
第二节 岩石的物理性质
一、岩石的密度 二、岩石的空隙性 三、岩石的吸水性 四、岩石的软化性
试件制备
圆柱体：φ=48~54mm 高径比：2.0~2.5
加载、测量系统
分级施加单轴压力， 测量变形（应变片）
σ ～ε
横向应变
应力
σ( )
体积应变
σ ～ε
σ ～ε
轴向应变
应变 ε
三种应力－应变曲线
（1)岩石的应力－应变（轴向应变）曲线特征
． ．．． ．． ．．
岩石典型的完整应力－应变曲线
．．．
(1)岩石的抗压强度 b — 岩石单向受压时，能承受
的最大压应力。 用于岩体工程分类、岩体稳定性评价
①岩石单向受压条件下 的应力—应变曲线上的峰
．
值强度，即单轴抗压强度
②岩石强度的点荷载试验（天 然状态、干样、饱水样）
③携带式岩、土力学性质多功能试验仪
岩石强度的点荷载试验（天然状态、干样、饱水样）
第五章 岩石的工程地质性质
物理性质
力学性质
第一节 岩石（体）与土（体）工程地质性质的差别
1. 岩石矿物颗粒之间存在致密而牢固的连结（结晶连结
和胶结连结），这是岩石区别于土并赋予岩石以优良工程 地质性质的主要原因；土的颗粒间无连接、胶结连结或是 水连结，连结力弱。
2.岩石比土具有强度高，不易变形及整体性、抗水性强
上相邻质点间的距离增大、超过了一定限度的结果。 压应力只能使相邻质点的距离缩短，不可能使其
增大。在这种情况下岩石之所以被破坏，是由于压力在 岩石内部诱发出了拉应力和剪应力。实际导致产生破坏 面的是这些拉应力或者剪应力。
因此，尽管从表观上看，岩石的破坏是在压力作 用下发生的，然而岩石的破坏类型，有时可能属于拉断， 有时则可能属于剪断，有时兼具有拉断和剪断的性质。
五、岩石的抗冻性 六、岩石的透水性 七、岩石的热学性
岩石的软化性——岩石浸水后强度降低的性质。
表征指标：
软化系数：
kR

cw cd
饱水抗压强度 干抗压强度
软化系数在水工建筑勘察中应用较广， 软化系数越小，说明岩石的软化性越强，抗冻性 和抗风化能力弱。
软化系数>0.75,为软化性弱的岩石。
岩石的软化性取决于它的矿物组成及空隙性
岩体渗透性可用钻孔压水试验测定 教材P216-217
变形 第三节 岩石的力学性质
强度
岩石的力学性质：岩石在外力作用下所表现 的性质。在外力作用下岩石首先产生变形(弹性变 形、塑性变形)，随力的不断增加，达到或超过某 一极限时，便产生破坏。
岩石破坏时的应力即为强度（抗压、抗拉、 剪切强度）。
一、单向受压条件下的岩石变形
．
可恢复弹性变形阶段： 随荷载增加，轴向变形成比例增长，并
在很大程度上是可恢复的弹性变形。 上界应力称为弹性极限
(比例极限) 其值约等于峰值强度的30-40%。
． ．
部分弹性变形至微裂隙扩展阶段： 轴向应变近似直线，体积应变明显偏离直线。
上界应力称为屈服极限
其值约等于峰值强度的80%。 此时岩石压密至最密实状态