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岩石岩体的工程地质特性

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岩体的工程地质特性

岩体的工程地质特性

影响岩体稳定的因素有 地形地貌条件 岩性 地质构造 岩体的结构特征 地应力 地下水 建筑物的规模、类型和施工方法等
在多数情况下岩体结构特征可成为控制性因素。
第一节 岩体的结构特征 一、结构面的成因类型 根据成因，结构面分为原生的和次生的两大类。 （一）原生结构面 原生结构面是在岩石成岩过程中形成的，分为以
o
图5-7 不同应力条件下岩体的蠕变曲线
第三节 岩体的天然应力状态
岩体在天然状态下所存在的内在应力称为天然应力或初始应 力，在地质学中，通常又称它为地应力。
一、天然应力的组成图
自重应力 构造应力 变异应力（特殊情况下考虑）
1．自重应力
假定岩体为均匀连续介质基础上计算岩ห้องสมุดไป่ตู้的自重应力
重力场在岩体内任一点上形成相当于上覆岩层重量的垂直应
二、结构面的特征
一般从方位、间距、延续性、粗糙度、侧壁强度、 张开度、充填物、渗流、节理组数、块体大小十 个方面进行研究。
（1）方位：即结构面的产状，表示方法与岩层 产状相同。
（2）间距：指一组结构面的平均间距。 （3）延续性：它是表征结构面延伸长度和展布 范围的指标。
（4）粗糙度：结构面的粗糙程度可用粗糙系数 （JRC）表示。
（5）结构面侧壁强度：它可以反映结构面经受风化的 程度，可用施密特回弹仪或点荷载仪测定结构面侧 壁的强度。
（6）张开度：指结构面两壁间的垂直距离。 我国通常将张开度分成下述四级：
闭合的小于0.2mm； 微张的为0.2～1.0mm； 张开的为1.0～5.0mm； 宽张的大于5.0mm。 （7）充填物：常见的充填物有砂、粘土、角砾、岩屑 及硅质、钙质、石膏质沉淀物。 （8）渗流：
（9）节理组数： （10）块体大小与形状： 软弱夹层是指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥质

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。

岩石的工程地质性质

岩石的工程地质性质
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

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。
29/35
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

工程地质-岩石及岩体的工程地质性质幻灯片课件

工程地质-岩石及岩体的工程地质性质幻灯片课件
岩石受水作用后，强度和稳定性发生变化的性 质称为岩石的软化性。软化学性主要决定于岩 石的矿物成分、结构和构造特征。黏土矿物含 量高、孔隙度大 、吸水率高的岩石，与水作 用容易软化而丧失其强度和稳定性。
• 软化性指标是软化系数(softening coefficient)： 在数值上，等于岩石在饱和状态下的极限抗压 强度和在风干状态下的极限抗压强度的比，用 小数表示。其值越小，表示岩石在水作用下的 强度和稳定性越差。软化系数小于0.75的岩石， 认为是软化性强的岩石，工程性质比较差。
• 1）第一变形阶段为图中OA段曲线，属于微裂隙压密阶段， 岩石中微裂隙在压力作用下逐渐被压密，岩石的应力—应 变曲线呈上凹形。
• 2）第二变形阶段为图中AB段曲线，属于弹性变形阶段， 岩石中微裂隙进一步闭合及压密，孔隙被压缩，因而岩石 的应力—应变曲线为曲型的直线形式。曲线上B点所对应
的应力e为弹性极限强度或比例极限。
膨胀试验仪器
岩石的主要物理性质指标
2、岩石的主要力学性质指标
• （1）岩石的变形性质 • 岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。 • 1）弹性变形 • 岩石在外力作用下发生变形，当外力撤去后又恢复其原
有的形状及体积的变形称为弹性变形。
• 2）塑性变形 • 岩石在超过其屈服极限外力作用下发生变形，当外力撤
包括孔隙)部分单位体积的重量。在数值上，等于岩石固体颗 粒的重量与同体积的水在4℃时重量的比。其大小，决定于岩
石中矿物的比重及其在岩石中的相对含量。
• （2）重度(容重, unit weight）：指岩石单位体积的重
量，在数值上等于岩石试件的总重量(包括孔隙中的水重)与 其总体积(包括孔隙体积)之比。其大小，决定于岩石中矿物 的比重，岩石的孔隙性及其含水情况。

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。

第4章+岩土体的工程地质特性(4)

第4章+岩土体的工程地质特性(4)
高含水、高压 缩、低强度。
2、土粒粒组
砂
3、土的颗粒级配
工程上常用土粒的不均匀系数来定量判断土的级配好坏。 不均匀系数Cu可表示如下：（颗粒级配累积曲线上找点计算）
Cu
d 60 d10
式中：d60称为限定粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒 相对累积含量为60％时，该粒径即为d60； d10称为有效粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相 对累积含量为10％时，该粒径即为d10。 一般Cu<5的土为均粒土，属级配不良土；Cu>10的为级配良好 的土；Cu＝5~10的为级配一般的土。
4.2.3.土的各重度指标 土的各重度指标为土的各相应密度指标 与重力加速度的乘积。即： γ′=ρ′g 浮重度(也称土的有效重度) γd=ρdg 干重度 γ=ρg 天然重度 γsat=ρsatg， 饱和重度 单位都为kN/m3。工程实用上取重力加速度 g=l0m/s2，水的重度取10kN/m3。
（2）碎石土密实度的野外鉴定

(4)粉土的密实度应根据孔隙比e划分为：稍密、中密
和密实，
其湿度应根据含水量ω(%)分为：稍湿、湿、很湿，并
应分别符合表1-12及1-13的规定。

(5)粘性土为塑性指数IP＞10的土，可按表1-14规定分为粘土 和粉质粘土，其状可按3-15分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及 流塑。

(6)淤泥在静水或缓慢流水环境中沉积，并经生物化 学作用形成，是天然含水量大于液限、天然孔隙比 e≥1.5的粘性土。但1.0≤e＜1.5的土应为淤泥质土。
(7)人工填土据其组成的成因，分为素填土、杂填土 及冲填土。 素填土为由碎石土、砂土、粉土及粘性土等组成的 填土； 杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂 物的填土； 冲填土为水力冲填泥沙形成的填土。

岩体的组成及工程地质特征

岩体的组成及工程地质特征

岩体的组成及工程地质特征一、岩体的概念岩体：可能由一种或多种岩石组合，且在形成现实岩体的过程中经受了构造变动、风化作用、卸荷作用等各种内力和外力地质作用的破坏及改造。

工程岩体的分类为：地基岩体、边坡岩体、地下工程围岩。

二、岩体的结构岩体是由岩块或土构成的，岩体的性质取决于岩石或土和结构面的性质。

岩体的结构面结构面的特征是影响结构面强度及其他性能的重要因素。

结构面的产状由走向、倾向和倾角三个要素。

岩体的地质构造（1）地质构造的几种类型（1）不利情况 （2）最不利情况（3）有利情况（岩层走向与边坡垂直） （4）有利情况（岩层倾向与边坡相反）（2）断裂构造①裂隙发育程度分级及对工程的影响①裂隙的分类③断层的组成及类型三、岩体结构特征1.岩体结构类型四、岩体的力学特性（一）岩体的变形特征岩体的变形通常包括结构面变形和结构体变形两个部分。

设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。

岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。

不同岩体具有不同的流变特性。

一般有蠕变和松弛两种表现形式。

试验和工程实践表明，岩石和岩体均具有流变性。

特别是软弱岩石、软弱夹层、碎裂及散体结构岩体，其变形的时间效应明显，蠕变特征显著。

（二）岩体的强度性质由于岩体是由结构面和各种形状岩石块体组成的，所以，其强度同时受二者性质的控制。

如当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，岩石的强度可视为岩体强度。

如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制。

四、岩体的工程地质性质结构面的工程地质性质对岩体影响较大的结构面的物理力学性质，主要是结构面的产状、延续性和抗剪强度。

延伸长度为5-10m的平直结构面，对地下工程围岩的稳定就有很大的影响，对边坡的稳定影响一般不大。

结构面的规模是结构面影响工程建设的重要性质。

结构面的规模分为I-V级：①级指大断层或区域性断层，控制工程建设地区的稳定性，直接影响工程岩体稳定性。

Ⅱ、Ⅱ级结构面往往是对工程岩体力学和对岩体破坏方式有控制意义的边界条件，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性。

岩石与岩体

岩石与岩体

首先取决于岩体的结构类型与特征， 其次才是组成岩体的岩石的性质。
其意义在于结构面的特征决定岩体
的性质。
不同结构类型岩体的工程地质性质：
整体块状结构： 强度高 各向同性 抗风化能力强
层状结构岩体： 强度较高 各向异性 层间滑动
碎裂结构岩体： 完整性差 强度低
散体结构岩体：
碎石土类 各向同性 强度最差
岩石的抗压强度最高，抗剪强度
居中，抗拉强度最小。抗剪强度约为
抗压强度的10％～40％；抗拉强度仅 为抗压强度的2％～16％。岩石越坚硬， 其值相差越大。 抗压和抗剪强度是评价岩石（岩
体）稳定性的指标。
（三）影响岩石工程性质的因素 1. 矿物成分: 应注意矿物对岩石强度影响 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：
结构体：被结构面切割成的块体。
形状：柱状、块状、板状、楔状、锥状等 等 原因：与岩层的产状有关。 结构体大小可用体积裂隙数Jv来表示，指 岩体单位体积通过的总裂隙数。 Jv =1/S1+1/S2+1/S3+… …+1/Sn=∑1/Si Si ：岩体内第i组结构面的间距 1/Si：该组结构面的裂隙数（裂隙数/m）
4.软化性 岩石吸水后，其强度和稳定性发生变化的性 质。 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。 5. 抗冻性 岩石抵抗冻胀压力作用的能力。一般用强度 降低率来表示。
（二）岩石的力学性质
变形特性：弹性模量 泊淞比
弹性模量E：应力和应变之比。 泊淞比：横向应变与纵向应变之比。 强度特性：岩石抵抗外力破坏的能力。 抗压强度Rc：抵抗压碎破坏的能力 抗拉强度Rt ：约为0.02~0.16Rc 抗剪强度[]：约为0.1~0.4 Rc

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。

3第一章 岩石的工程地质性质

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

第九章_岩体的工程地质特征

第九章_岩体的工程地质特征

节理间距与完整性的关系
分级 间距( ) 间距(m) 描述 完整性 Ⅰ >2 不发育 完整 Ⅱ 0.5～2 ～ 较发育 块状 Ⅲ 0.1～0.5 ～ 发育 碎裂 Ⅳ < 0.1 极发育 破碎
结构面的贯通性
岩 体 的 面 连 续 性
二,结构面的特征
(5)结构面侧壁强度:它可以反映结构面经受风化 (5)结构面侧壁强度: 结构面侧壁强度 的程度, 的程度,可用施密特回弹仪或点荷载仪测定节理壁 的强度. 的强度. (6)张开度 指结构面两壁间的垂直距离. 张开度: (6)张开度:指结构面两壁间的垂直距离.结构面 的张开度通常不大,一般小于1mm 1mm. 的张开度通常不大,一般小于1mm. (7)充填物 结构面内常见的充填物有砂,粘土, 充填物: (7)充填物:结构面内常见的充填物有砂,粘土, 角砾,岩屑及硅质,钙质,石膏质沉淀物, 角砾,岩屑及硅质,钙质,石膏质沉淀物,结构面 经胶结后强度会提高, 经胶结后强度会提高,其中以铁或硅质胶结者强度 最高,泥质及易溶盐类胶结者强度低,抗水性差. 最高,泥质及易溶盐类胶结者强度低,抗水性差. 未胶结的充填物强度低,充填物厚度不同时, 未胶结的充填物强度低,充填物厚度不同时,结构 面的变形与强度也不同 与强度也不同. 面的变形与强度也不同.
四,岩体结构类型
《港口工程地质勘察规范》 港口工程地质勘察规范》
近似各向同性连续介质) 整体状结构(近似各向同性连续介质) 近似各向同性连续介质 岩软弱夹层滑动) 块状结构(岩软弱夹层滑动) 顺层滑动,层间张裂及岩层弯曲折断) 层状结构(顺层滑动,层间张裂及岩层弯曲折断)
碎裂状结构(沿结构面的滑移和张裂,结构体的剪切, 沿结构面的滑移和张裂,结构体的剪切,
9.1
岩体的结构特征

工程地质学_第6章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类

工程地质学_第6章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类

2、结构体特征及性质
(1)特征 可用其规模、形态及其产状进行描述 a.按不同级别结构面对岩岩体的切割，可将结构体划分为 4级。 Ⅰ级结构体——地质体或称断块体 Ⅱ级结构体——岩块 Ⅲ级结构体——块体 Ⅳ级结构体——山体
b.基本形状有柱状、块状、板状、楔形、锥形、菱形等。一般 来说其稳定程度，板状结构体比柱状、块状的差。而楔状的比 菱形及锥状的差. c.产状一般用结构体表面上最大结构面的长轴方向表示，平卧 的板状结构体比竖直的板状结构体对岩体稳定性的影响要大— 些.
变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路 堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对 工程及地下洞体稳定也有影响
对岩体稳定影响很大．在上述许 多岩体破坏过程中．大都有构造结 构面的配合作用．此外常造成边坡 及地下工程的塌方、冒顶
在天然及人工边坡上造成危害， 有时对坝基，坝肩及浅埋隧洞等工 程亦有影响，但一般在施工中予以 清基处理
侧壁的起伏程度
结构面粗糙
结构面的粗糙度可用粗糙度系数(JRC)表示: 它可以
增加结构面的摩擦角．进而提高了岩体的强度。据结构面 的粗糙程度可将粗糙度系数（JRC）分为10级。在实际工作 中，可用剖面仪测出所研究结构面的粗糙剖面、然后与标 准剖面进行比较，即可求得结构面的粗糙度系数(JRC).
e. 结构面的张开度
层状结构 （Ⅱ1）
与围岩接触面可具 接触面延伸较 熔合及破坏两种不 远，比较稳定而 同的特征。原生节 原生节理往往短 理一般为张裂面， 小密集 较粗糙不平 结构面光滑平 片理短小，分布 直．片理在岩层深 变质 1.片理 产状与岩层或 极密．片岩软弱 部往往闭合成隐蔽 构造方向一致 夹层延展较远， 结构面，片岩、软 结构面 2.片岩软 弱夹层 具固定层次 弱夹层、岩片状矿 物．呈鳞片状 张性断裂不平整， 1.节理（X型节理， 张性断裂较短小, 常具次生充填．呈 张节理） 产状与构造线 剪切断裂延展较 锯齿状，剪切断裂 2.断层（正断层，逆 呈一定关系， 远，压性断裂规 较平直．具羽状裂 构造结构面 断层，走滑断层） 层间带动与岩 模巨大．但有时 晾，压性断层具多 3.层间错动带 层一致 为横断层切割成 种构造岩，成带状 4.羽状裂隙劈理 不连续状 分布，往往含断层 泥、糜棱岩 1.卸荷裂隙 2.风化裂隙 次生结构面 3.风化夹层 4.泥化夹层 5.次生夹泥 分布上往往呈不 连续状，透镜 受地形及原结 一般为泥质物充 体，延展性差， 构面控制 填，水理性质很差 且主要在地表风 化带内发育

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

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

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02讲 岩体的力学特性和工程地质性质

第02讲 岩体的力学特性和工程地质性质

A.受到水平方向强烈张应力形成的
B.受到水平方向强烈挤压力形成的
C.断层线与褶皱轴的方向基本一致
D.断层线与拉应力作用方向基本垂直
E.断层线与压应力作用方向基本平行
&nbsp;&nbsp;
『正确答案』BC
『答案解析』本题考查的是岩体的构成。（1）断层要素：①断层面和破碎带；②断层线；③断盘；④断距。（2）断层基本类型：①正断层是上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。②逆断层是上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。③平推断层是两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。其倾角一般是近于直立的,本题是逆断层。参见教材P8。
二、岩体的力学特性
（一）岩体的变形特征
岩体的变形通常包括结构面变形和结构体变形两个部分。岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。
（二）岩体的强度性质
由于岩体是由结构面和各种形状岩石块体组成的，所以，其强度同时受二者性质的控制。一般情况下，岩体的强度既不等于岩块岩石的强度，也不等于结构面的强度，而是二者共同影响表现出来的强度。但在某些情况下，可以用岩石或结构面的强度来代替。如当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，岩石的强度可视为岩体强度。如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制。
（3）碎裂结构。层状碎裂结构和碎裂结构岩体变形模量、承载能力均不高，工程地质性质较差。
（4）散体结构。岩体节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，岩石手捏即碎，属于碎石土类，可按碎石土类考虑。
2011年真题：
4.结构面结合力较差的层状结构工程地基岩体的工程特性是（ ）。
A.沿层面方向的抗剪强度高于垂直层面方向
表1.1.4裂隙发育程度分级表

8-岩石岩体

8-岩石岩体

§8-2 岩体的结构特征
• 四、软弱结构面
• 泥化夹层是含泥质的软弱夹层经一系列地质作用演化而成的。
• 泥化夹层特性：
– 1、结构→泥质散状结构或泥质定向结构； – 2、粘粒含量很高； – 3、含水率接近或超过塑限，密度比原岩小； – 4、常具一定胀缩性； – 5、力学性质比原岩差，强度低，压缩性高； – 6、易产生渗透变形
微结构面－－ 是指存在于矿物颗粒内部或颗粒间的弱面 或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂隙、 微层面及片理面、片麻理面等。
§8-1 岩石的物质组成和结构构造特征
• 二、岩石的结构与构造特征
岩石的构造是指矿物集合体之间及其与其它组分之间的排列 组合方式。 如岩浆岩中的流线、流面构造，沉积岩中的微层理构 造，变质岩中的片状构造及其定向构造等。这些构造都可 使岩石物理力学性质复杂化。
• 若卸荷应力高于弹性极限点，则曲线回不到原点，产生弹 性变形及塑性变形。
• 反复加卸荷，每次加荷曲线与卸荷曲线都不重合，形成回 滞环，再加荷曲线沿单调加荷曲线上升，其形状与连续加 荷情况基本一致，称为岩石记忆。
• 疲劳强度－－当应力在弹性极限以上的某一较高应力下反 复加荷卸荷时，将导致变形进一步增加，直至破坏。破坏 时的应力低于峰值强度，称为疲劳强度。
• 在外力作用下，岩石首先变形（弹性、残余），达到或超 过某一极限值时，岩石便产生破坏。
• 强度－－岩石抵抗外力破坏的能力。
岩石的破坏形式 拉破坏 剪破坏
流动破坏
岩石强度依受力状态 和破坏形式： 单轴抗压强度 单轴抗拉强度 抗剪强度 三轴压缩强度
第一节 岩石的变形特性
• 一、单轴压缩条件下的岩石变形性质
软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其它夹泥层等。 它们实际上是岩体中具有一定厚度的软弱带(层)，与两侧岩 体相比，具有高压缩性和低强度等特征，在产状上多属缓倾 角结构面。因此，软弱结构面在工程岩体稳定性中具有很重 要的意义，往往控制着岩体的变形破坏机理和稳定性。其中， 最常见的危害较大的软弱结构面是泥化夹层。
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黄铁矿
第二节
岩
岩浆岩
石
岩浆岩
沉积岩
变质岩

岩浆岩: 岩浆岩是由岩浆冷凝形成的岩石。
岩脉
夏 威 夷 火 山 熔 岩 流
熔岩流
岩熔流冷凝成岩
玄武岩熔岩流
柱状玄武岩
柱状玄武岩
稀性岩浆冷凝成的玄武岩
云南腾冲火山锥
火山弹

岩浆岩的矿物成分
浅色矿物：石英、正长石、斜长石及白云母等。 深色矿物：黑云母、角闪石、辉石及橄榄石等；
雄黄（ Realagar）
榍石 （Sphene）
尖晶石（Spinel）
钼钨钙（ Powellite）
淡红银矿（ Proustite）
含金石英脉
闪锌矿 （Sphalerite）
蓝晶石 （Kyanite）
晶质铀矿 （Uraninite）
石墨 （Graphite）
红锌矿 （Zincite）
磷硼锰石 （ Seamanite ）
铜（ Native Copper）
自然硫（Sulfur)
橄榄石（ Olivine） 黄玉 （Topaz ）
自然锑 （ Native Antimony）
黄铁矿（Pyrite ）
菱锰矿（ Rhodochrosite）
石盐（ Salt）
斜锆石 （Caldasite ）
电气石（ Tourmalin） 锆石（Zircon）
石英族 — 玛瑙（Agate）
石英族 — 蛋白石（Opal）
石英族 — 水晶 (Crystal )

条痕：矿物在毛 瓷板上刻划留下 的线条称为条痕 ，即矿物粉末的 颜色。

光泽：矿物表面呈现的光亮程度，称为光泽。
金属光泽
玻璃光泽
珍珠光泽
光泽
半金属光泽
丝绢光泽
非金属光泽
油脂光泽
蜡状光泽 土状光泽
粗粒花岗岩
中粒花岗岩
细粒花岗岩
花岗斑岩
流纹岩
闪长岩
闪长玢岩
安山岩
辉绿岩
拉斑状玄武岩
气孔状玄武岩
杏仁状玄武岩
珍珠岩（半晶质）
黑耀岩（非晶质火山玻璃）
橄榄岩
辉岩
正 长 石 与 斜 长 石 的 两 组 中 等 解 理
橄榄石的无解理

断口：矿物受打击后，不具方向性的不规则破裂 面，称为断口。常见的有：贝壳状、参差状、锯 齿状、裂片状等。
石英
正长石
斜长石
方解石
白云石
白云母
石膏
高岭石
滑石
橄榄石
辉石
角闪石
黑云母
绿泥石
蛇纹石
石榴子石
矿物
具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物，称为 矿物。其中构成岩石的矿物，称为造岩矿物。
造岩矿物绝大部分是结晶质。组成矿物的元素 质点在矿物内部按一定的规律排列，形成稳定的结 晶格子构造，生成具有一定几何外形的晶体。
石英晶体
非晶体
菱面体方解石
钻石
矿物的物理性质
按 矿 物 结 晶 程 度
斑状结构
岩浆岩构造
指矿物在岩石中的空间排列和充填方式。
块状构造
流纹状构造 气孔状构造
杏仁状构造
矿物分布各向均 一。
岩石中拉扁气 孔、不同色带 的平行排列。
岩石中含有的 原状气孔。
岩石中原状气孔 被后期物质充填。
块状结构
流纹状构造
气孔状构造
杏仁状构造
火山泥球状构造
第一章 岩
石
教 学 内 容
造岩矿物 岩浆岩 沉积岩 变质岩 岩石的工程地质性质
地球的圈层结构

内圈（固体圈）

地核 地幔 地壳

外圈



生物圈 水圈 大气圈
第一节 造岩矿物

岩石
在地质作用下产生的，由一种或多种矿物或岩石碎屑以一 定的规律组成的自然集合体，称为岩石。
岩浆岩结构 是指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒大小、 晶体形状及其相互结合的情况。
全晶质结构
半晶质结构
非晶质结构
全晶质结构
非晶质结构 （玻璃质结构）
粗粒结构
中粒结构
细粒结构
微粒结构
隐晶质结构
斑状结构
显晶质结构 隐晶质结构 全晶质结构 粗粒结构 等粒结构 中粒结构 细粒结构 微粒结构 不等粒结构 半晶质结构 非晶质结构 斑状结构 玻璃质结构 似斑状结构
珍珠光泽
蜡 状 光 泽

透明度：矿物透射光的程度。
透明
透明度
半透明
不透明

硬度：矿物抵抗外力刻划、研磨的能力。硬度对比 的标准，从软到硬依次由下列10种矿物组成，称为 摩氏硬度。

解理： 矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑 平面的性质，称为解理。裂开的光滑平面称为解 理面。
方解石的完全解理
颜色 条痕 光泽 硬度 解理 透明度
断口

颜色：矿物的颜色，是矿物对可见光波的吸 收作用产生的。
自色：矿物吸收某一波长的光波后，其余光波的 混合色。矿物自身的颜色，颜色比较固定。 它色：矿物中混入了某些杂质所引起的，与矿物 本身的性质无关。 假色：矿物中的裂隙或表面的氧化薄膜对光的折 射、散射引起的。
八面体金刚石
钻石原石 （Diamond）
琢磨过的钻石
祖母绿矿石 （ Emerald ）
祖母绿原石
琢磨过的祖母绿
红宝石矿石
蓝宝石原石
红宝石
蓝宝石
自然金(Gold)
萤石（ Fluorite）
石榴子石 （et）
方铅矿（ Galena）
赤铁矿（Hematite）
翡翠（Jade）
孔雀石（ Malachite） 蓝色者为蓝铜矿