第四章 岩石及特殊土的工程性质第一节 岩石的物理性质一、密度和重度：密度：单位体积的质量（ρ）。
（g/cm 3）⎪⎩⎪⎨⎧饱和密度干密度／天然密度Ms/V V M重度：单位体积的重量（γ）。
（N/cm 3） 2m /s 1kg 1N ⋅=⋅=g ργ二、颗粒密度和比重（相对密度）颗粒密度：单位体积固位颗粒的质量（s ρ）。
（g/cm 3）VM ss =ρ比重（相对密度）：单位体积固体颗粒的重力与4℃时同体积水的重力之比（d s ）。
w s s d ρρ=三、孔隙度和孔隙比：孔隙度：孔隙体积与岩石总体积之比（n ）。
%100⨯=V V n n孔隙比：孔隙体积与岩石中固体颗粒体积之比（e ）。
sn V V e =第二节 岩石的水理性质一、吸水性：指岩石吸收水的性能。
其吸水程度用吸水率表示。
吸水率：（常压条件下）吸入水量与干燥岩石质量之比。
%10011⨯=sw G G w饱水率：（150个大气压下或真空）吸入水量与干燥岩石质量之比。
%10022⨯=sw G G W饱水系数：岩石吸水率与饱水率之比。
21W W K w =（9.0~5.0=w K ）二、透水性：指岩石能透过水的能力。
用渗透系数K 表示。
（m/s ）达西层流定律：F I K Fdl dh K Q ⋅⋅=⋅⋅= 渗透系数：IV FI Q K =⋅=三、软化性：指岩石浸水后强度降低的性质。
用软化系数K R 表示。
软化系数：干燥单轴抗压强度。
饱和单轴抗压强度。
→→=R R K c R一般软化系数75.0＜R K 的岩石具软化性。
四、抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的能力。
强度损失率：冻融前的强度冻融前后强度差=l R 不抗冻的岩石 R L ＞25％重量损失率：冻融前的重量冻融前后重量差=L G G L ＞2％ K W ＞0.7五、可溶性：指岩石被水溶解的性能。
六、膨胀性：指岩石吸水后体积增大的性能。
七、崩解性：岩石（干燥）泡水后，因内部结构破坏而崩解的性能。
第三节 岩石的力学性质一、变形：岩石受力后发生形状改变的现象。
主要变形模量和泊松比表示。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧===50505001εσεσεσεσ＝割线模量塑性模量弹性模量变形模量、变形：E E E E s s t T2、泊松比：指横向应变⊥ε与纵向应变11ε之比。
hh d d U ∆=∆==⊥⊥1111εεεε二、强度：指岩石受力破坏时承受的最大应力。
1、抗压强度：（烘干、垂直结构面受压、单轴）AP R =⎪⎩⎪⎨⎧⨯⨯⨯33105555cm cmφ试样尺寸：2、抗拉强度：（一般用劈裂法）22a PR t π=3、抗剪强度⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====+=岩石粘聚力岩石内摩擦角C AP AP c tg ϕθτθσϕστ/cos /sin4、点荷载强度：2DP I s =第四节 风化作用一、定义：地表及地下一定深度的岩石，在自然因素作用下，发生机械破碎和成分改变的过程。
二、风化作用类型：1、物理风化：指岩石在自然因素作用下以机械破碎为主，无明显成分改变的过程。
（1）热胀冷缩作用：主要发生在昼夜温差变化大的地区。
（2）冰劈作用：主要发生在雪线附近。
（水结冰时，体积增加1／11，对两壁岩石产生96Mpa 的压力） （3）盐类结晶作用：主要发生在强烈蒸发的干旱地区。
（明矾结晶，体积膨胀50％，压力达40kg/cm 2）2、化学风化：指岩石在自然因素作用下以化学成分改变为主，无明显机械破碎的过程。
（1）溶解作用：-++→→++32232232)(HCO C HCO Ca CO O H CaCO a（2）水化作用：)5.1(22424倍体积增大O H CaSO O H CaSO ⋅→+ （3）氧化作用：4223222283211154SO H O H O Fe O H O FS +⋅→++（4）碳酸化作用：45222232223)(432OH O Si Al O H SiO CO K O H O KAISi +⋅+→+ 3、生物风化：指由生物活动过程引起的岩石风化。
（1）生物物理风化：根劈作用 （2）生物化学风化：有机酸侵蚀 （三）影响风化的内部因素：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧），越易风化。
：气孔、层理、片理等构造：构造越复杂（如易风化。
结晶程度：结晶越好越状矿物易风化。
颗粒形态：针、柱、片化。
易风化；斑状结构易风颗粒大小：颗粒越粗越结构：物易风化。
色矿物）易风化；复矿成分：热敏感矿物（暗易风化。
目前环境差异越大，越成因：岩石形成环境与、岩石性质：1⎩⎨⎧。
岩石越破碎，越易风化。
数和密度），越易风化节理越复杂（指节理组、地质构造：2⎩⎨⎧→→化学风化为主温暖潮湿物理风化为主寒冷干燥、气候：3⎩⎨⎧→→化学风化为主平缓：物理风化为主陡峻：、地形：4（四）岩石风化程度分级： 1、分级依据：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧差，风化程度越高。
岩体结构：岩体结构越低，风化越严重。
岩石相比，力学强度越岩石力学性质：与新鲜隙越多，风化越严重。
岩石破碎程度：风化裂矿等），风化越严重。
多（如次生粘土、褐铁矿物成分：次生矿物越化越严重。
相比，颜色越暗淡，风矿物颜色：与新鲜岩石2、分级：（共五级）未风化 微风化 弱风化 强风化 全风化⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧→工程加固。
排除地下水。
清除强风化和全风化层喷浆护坡和封闭基坑。
堵塞裂隙。
灌浆（五）风化防治措施：第五节 岩石、土的工程分类一、按岩石坚硬程度划分：坚硬岩 较坚硬岩 较软岩 软岩 极软岩 Rc ：＞60MPa 60-30MPa 30-15MPa 15-5MPa <5MPa 二、岩土按施工工程分级：（铁路部门）三、土的分类（一）土的颗粒分组及按颗粒级配分类⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=-=-=mmmm mmmm mm mm005.0075.0005.02075.0202200202001＜粘粒：粉砂：砂：圆砾、角砾：－＝卵石、碎石：＞漂石、块石：）：、颗粒分组又叫（粒组φφφφφφ2、按颗粒级配（不同粒级的含量）分类⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧≤≤⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧1717101050075.050075.085075.05025.0505.050252502502050200＞粘土：＜粉质粘土：粘土：％，塑性指数的颗粒＜＞粉土：％的颗粒＞＞粉砂：％的颗粒＞＞细砂：％的颗粒＞＞中砂：％的颗粒＞＞粗砂：％－的颗粒占＞砾砂：砂类土：％的颗粒＞＞圆砾土、角砾土：％的颗粒＞＞卵石土、碎石土：％的颗粒＞＞漂石土、块石土：碎石类土P P P I I I mm mm mm mm mm mm mm mm mm φφφφφφφφφ备注：液限：土从流动状态变为可塑状态的界限含水量。
W L塑限：土从可塑状态变为半固体状态的界限含水量。
（目前用搓条法确定塑限）。
W P塑性指数：是液限和塑限的差值。
表示土处在可塑状态的含水量变化范围。
⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧风积土瘀积土冲积土洪积土坡积和崩积土残积土（二）土的成因分类：（三）特殊土分类1、定义：指按区域性分布的，具有某种特殊性质的土。
⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧填土盐渍土红粘土冻土软土膨胀土黄土、分类：2第六节 特殊土的工程性质特殊土：主要按区域分布，具有某种特殊性质的土。
一、黄土：1、定义：在干旱气候条件下形成的一种淡黄色或褐黄色的特殊土。
2、成因和分布：沙漠下风处，即秦岭以北11个省市，面积64万km 2。
主要在甘肃中部和东部、宁夏南部、陕西北部、山西北部，共41.2万km 2，厚100－200m 。
3、特征：（1）颗粒粒度：以粉砂为主，占60~70％，其次为粘土。
（2）易溶盐含量高，碳酸盐类占10~30％，其次为氯化物和硫化物。
（3）质地均一，结构松散，孔隙大，孔隙度为33~64％。
（4）垂直节理发育。
（5）具湿陷性。
4、分类：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧冲积黄土洪积黄土坡积黄土残积黄土（黄土状土）次生黄土（流水改造）原生黄生（风成））按成因分类（1⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧万年）（午城黄土万年）（离石黄土万年）（马兰黄土万年）（全新世黄土）按形成年代分类（300 10010121234Q Q Q Q⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧1234 Q 3Q Q Q 、非湿陷性黄土非自重湿陷性黄土自重湿陷性黄土、湿陷性黄土）按失陷性分类（5、主要工程地质问题（1）黄土的湿陷性：地表局部汇水→溶解潜蚀→碟形洼地（2）黄土陷穴：地下水潜蚀→地下洞穴→塌陷（形成于地下水水力梯度大的地方）。
6. 湿陷性黄土的土质改良(1) 重锤表层夯实：一般采用2.5～3.0t的重锤，落距4.0～4.5m，可消除地下1.2～1.75m黄土层的湿陷性。
(2) 强夯：一般采用8～40t的重锤（最重达200t），落距10～20（最大达40m)的高度自由下落，击实土层。
(3) 土垫层：先将处理范围内的黄土挖出，然后用素土或灰土在最佳含水量下回填夯实。
可消除地表下1～3m的黄土层的湿陷性。
(4) 挤密桩：先在土内成孔，然后在孔中分层填入素土或灰土并夯实。
在成孔和填土夯实过程中，桩周的土被挤压密实，从而消除湿陷性。
(5) 化学灌浆加固：通过注浆管，将化学浆液注入土层中，使溶液本身起化学反应，或溶液与土体起化学反应，生成凝胶物质或结晶物质，将土胶结成整体，从而消除湿陷性。
二、膨胀土1、定义：由强亲水粘土矿物组成的，具有膨胀结构，以及强胀缩性，多裂隙性，强度衰减性的高塑性粘土。
2、成因和分布：风化的粘土矿物被流水带到东南部河流中下游沉积。
当为蒙脱石、伊犁石时为膨胀土。
主要分布在太行山——秦岭——四川盆地西缘——云南下关这一线的东南边。
3、特征：（1）颗粒粒度：以粘土矿物为主，占35~50％以上，其次为粉砂。
（2）矿物成分：以蒙脱石、伊犁石为主。
⎪⎩⎪⎨⎧水分子联接，联接力弱，可进矿物晶格间为形成结合水膜子粘土矿物表面吸附水分分子结构单元，孔隙中进水片状矿物叠置成各类型）具膨胀结构：（－2,3O⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧％以上收缩：失水收缩率达％以上量为干燥状况下，吸水膨胀％以上量为天然状况下，吸水膨胀膨胀）强烈胀缩性：（50402344、主要工程地质问题（1）边坡膨胀和滑塌→吸水后粘聚力为O ，内摩擦角只有几度。
（2）基床翻浆冒泥。
（3）地基不均匀沉降。
膨胀土防治⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧→→⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧胶结土壤形成吸收周围水分子形成灌石灰水换填土地基土质改良远）距建筑物直隔水层，合理绿化（防止水流失：水平和垂地表隔水层沟天沟、侧沟、吊沟、盲防止水进入防水保湿、地基防治32)(151CaCO OH Ca m⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧墙支挡措施：抗滑桩、挡拱形护坡骨架护坡：片石护坡、坡面加固：植被防护地表防护：排水沟、边坡防治23．加大基础埋深，增大基础侧面摩擦力，或增加附加压力克服土的膨胀。
