第二讲 岩土体的工程性质

图6.1 岩体的压力--变形曲线第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质包括岩体的变形性质、强度性质、动力学性质和水力学性质等方面。

岩体在外力作用下的力学属性表现出非均质性、非连续、各向异性和非弹性。

岩体的力学性质取决于两个方面： 1）受力条件；2）岩体的地质特征及其赋存环境条件。

其中地质特征包括岩石材料性质、结构面的发育情况及性质（影响岩体的力学性质不同于岩块的本质原因）；赋存环境条件包括天然应力和地下水。

第一节 岩体的变形性质一、 岩体变形试验及其变形参数确定变形参数包括变形模量和弹性模量。

按静力法得到静E ，动力法得到动E 。

⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧法波地震声波法动力法轴压缩试验法双单水压洞室法钻孔变形法扁千斤顶法狭缝法承压板法静力法按原理和方法分原位岩体变形试验)()()( )(1．承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 各级压力P －W （岩体变形值）曲线 按布西涅斯克公式计算岩体的变形模量E m （Mpa ）和弹性模量E me （Mpa ）。

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=e m mem m W W PD E W W PD E )1()1(22μμ式中：P —承压板单位面积上的压力（Mpa ）； D —承压板的直径或边长（cm ）；W，W e—为相应P下的总变形和弹性变形；ω—与承压板形状、刚度有关系数，圆形板ω=0.785，方形板ω=0.886。

μm—岩体的泊松比。

★定义：岩体变形模量（E m）：岩体在无侧限受压条件下的应力与总应变之比值。

岩体弹性模量（E me）：岩体在无侧限受压条件下的应力与弹性应变之比值。

图6.2 钻孔变形试验装置示意图②可以在地下水位以下笔图6.3 狭缝法试验装置如图6.3所示。

二、岩体变形参数估算现场原位试验费用昂贵，周期长，一般只在重要的或大型工程中进行，因此，岩体变形参数的很多情况下必须进行估算。

两种方法：① 现场地质调查→建立适当的岩体地质力学模型→室内小试件试验资料→进行估算； ② 岩体质量评价和大量试验资料→建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系→进行估算。

〔二〕岩体结构特征1．结构体特征结构面可将岩体切割成不同形状和大小的结构体。

根据其外形特征可大致归纳为柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种根本形态。

当岩体发生强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞片状等结构体。

结构体的形状与岩层产状之间有一定的关系，如平缓产状的层状岩体中，常将岩体切割成方块体、三角形柱体等。

在陡立的岩层地区，往往形成块体、锥形体和各种柱体。

2．岩体结构类型二、岩体的力学特性【2022】5.建筑物结构设计对岩石地基主要关心的是〔〕A．岩体的弹性模量B．岩体的结构C．岩石的抗拉强度D．岩石的抗剪强度答案：A分析：就大多数岩体而言，一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值。

因此，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。

由于岩体中发育有各种结构面，所以岩体的弹塑性变形较岩石更为显著。

【2022】4结构面结合力较差的工程地基岩体的工程特性是〔D〕。

A.沿层面方向的抗剪强度高于垂直层面方向B.沿层面方向有错动比有软弱夹层的工程地质性质差C.结构面倾向坡外比倾向坡里的工程地质性质好D.沿层面方向的抗剪强度低于垂直层面方向【2022】5工程岩体沿某一结构面产生整体滑动时，其岩体强度完全受控于〔A〕。

A.结构面强度B.节理的密集性C.母岩的岩性D.层间错动幅度二、岩体的工程地质性质(一)岩石的工程地质性质1、岩石的物理力学性质【2022】2关于地基岩石软化性的说法，正确的选项是〔C 〕。

A.软化系数>0.25，工程性质良好B.软化系数<0.25，工程性质良好C.软化系数<0.75工程性质良好D.软化系数>0.75工程性质良好(2)岩石主要力学性质2．岩石的分级鉴于土和岩石的物理力学性质和开挖施工的难度，由松软至坚实共分为16级，分别以I-XⅥ表示，其中I～Ⅳ的4级为土，V～XⅥ的12级为岩石。

土分为一、二、三、四类，岩石分为松石、次坚石、普坚石、特坚石四类。

各层岩土工程性质在勘察深度范围内场地地基土主要由第四系人工填土层、第四系冲积层、残积层和基岩风化带组成。

各土层评价如下：（1）1-1层素填土，呈松散~稍密状，以回填的粘性土、混砂为主，含碎石少许，工程性质较差，承载力较低，基坑开挖时易坍塌，应采用放坡开挖或先支护再开挖。

未经处理，在上部较大荷载长期作用及地下水位大幅下降的情况下易产生沉降及不均匀沉降。

（2）2-1层粉质粘土，可塑状为主，标贯击数N在5～16击之间，工程性质一般，不宜作建筑物浅基础持力层。

（3）2-2层砾砂，稍密~中密状，局部松散，标贯击数N在8～19击之间，工程性质一般，具中等压缩性，由于其具有强透水性，富水量大，基坑开挖前应采取止水帷幕止水并排水措施，不能作为桩基础桩端持力层，且桩基成孔施工中应注意涌水和塌壁现象。

（4）2-3层粉质粘土，可塑状、局部软塑状，标贯击数N在4～7击之间，工程性质一般，不能作为建筑物浅基础持力层，地面荷载较大时，易发生不均匀沉降，基坑开挖及桩基成孔施工易发生塌孔或缩孔现象。

（5）2-4层砾砂，中密状，标贯击数N在15～23击之间，工程性质较好，具中等压缩性，由于其具有强透水性，富水量大，基坑开挖前应采取止水帷幕止水并排水措施，不能作为桩基础桩端持力层，且桩基成孔施工中应注意涌水和塌壁现象。

（6）3层粉质粘土，可塑～硬塑状，厚度变化大，具中等～高压缩性，标贯击数N在10～20击之间，工程性质一般，承载力尚可，全场均有分布，可作为建筑物天然基础持力层，但应考虑基础处于不同层位的土体变形沉降问题。

（7）4-1层全风化黑云母花岗岩，全场地分布，顶面埋深14.30～19.70m，相对起伏较大，力学性能相对较好，作桩端持力层时承载力偏低；（8）4-2层强风化黑云母花岗岩，全场地分布，顶面埋深16.50～26.50 m，相对起伏较大，力学性能相对较好，可根据设计要求选作预应力管桩基础持力层；（9）4-3层中风化黑云母花岗岩工程性质良好，承载力较高，顶面埋深18.20～36.00 m，埋藏较深，为拟建建筑物桩基础良好的持力层。

第四章岩土体工程性质一、名词解释(6)1．岩石风化作用p74岩石形成后，地表附近的完整岩石，会在温度、水溶液、气体及生物等自然因素作用下，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，这个过程称为岩石风化作用。

2．物理风化作用p74岩石在自然因素作用下发生机械破碎，而无明显成分改变的风化作用称物理风化作用，又称机械风化作用。

3．化学风化作用p74岩石在自然因素作用下发生化学成分改变，从而导致岩石破坏为化学风化作用。

4．生物风化作用p75岩石风化过程有生物活动的参与称生物风化，如岩石裂隙中生长的树，随着树的生长，根系发育延伸，岩石被劈裂，即属生物物理风化；岩石表面生长的地衣分泌有机酸腐蚀岩石，使其分解，即属生物化学风化。

5．风化程度p76岩石风化后工程性质改变的程度。

6．饱和重度p77天然状态下，单位体积岩石土中包括固体颗粒、一定的水和孔（裂）隙三部分，若水把所有孔隙充满，则为岩土的饱和重度。

7．岩石吸水率p79在常压条件下，岩石浸入水中充分吸水，被吸收的水质量与干燥岩石质量之比为吸水率。

8．液性指数p82黏性土的天然含水率和塑限的差值与塑性指数之比。

9．弹性模量p85岩石的弹性模量是变形曲线弹性段（直线段）的斜率。

10．岩体p86岩体通常是指由各种岩石块体和不连续面组合而成的“结构物”。

11．结构面P87岩体被不连续界面分割，这些不连续界面被称为岩体的结构面。

二、单选(22)1．冰劈作用是（）。

p74A．物理风化 B．生物风化 C．化学风化 D．差异风化2．因强烈蒸发使地下水浓缩结晶，导致岩石裂缝被结晶力扩大，叫做（）。

P74 A．热胀冷缩作用B．盐类结晶作用 C．冰劈作用 D．碳酸化作用3．黄铁矿在空气或水中生成褐铁矿，在化学风化中应属于（）。

P75 A．溶解作用 B．水化作用C．氧化作用 D．碳酸化作用4．硬石膏转变成石膏体积增大倍，使岩石破坏，在化学风化中应属于（）。

P75 A．溶解作用B．水化作用 C．氧化作用 D．碳酸化作用5．生物物理风化的主要类型是（）。

工程地质课后试题1-8标准答案1、为了正确评价建筑场区的工程地质条件，提供建筑物设计、施工和使用所需的地质资料，需要进行工程地质勘察。

因此，答案是“对”。

2、土体结构是指土壤中结构面的形态、性质、产状、规模和组合关系，包括层面、不整合面、断层面、层间错动、节理面等。

因此，答案是“对”。

3、地基稳定性问题是工业与民用建筑工程中常见的主要工程地质问题，包括强度和变形两个方面。

因此，答案是“对”。

4、地应力是指存在于地壳中未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。

因此，答案是“对”。

5、岩土工程性质的研究包括岩体和土体的工程地质性质及其形成变化规律、各项参数的测试技术和方法、岩土体的类型和分布规律，以及对其不良性质进行改善等。

因此，答案是“对”。

6、工程地质学在经济建设和国防建设中应用广泛。

因此，答案是“对”。

7、工程地质学是地质学的一个分支，研究与工程有关的地质条件和问题，属于应用地质学的范畴，是一门实用性很强的学科，解决地质条件与工程活动之间的矛盾。

因此，答案是“对”。

8、工程地质工作的基本任务是查明工程地质条件，中心任务是分析与评价工程地质问题，对可能遇到或引起的各种工程地质问题作出预测和确切评价，从地质方面保证工程建设的技术可行性、经济合理性和安全可靠性。

因此，答案是“对”。

9、工程地质评价是指综合考虑对工程建筑的利用和改造有影响的地质因素，对工程活动的地质环境进行评价。

因此，答案是“错”。

1、正确答案是“代”，不属于地层年代单位。

2、正确答案是“地幔是莫霍面以下固体地球的表层部分，平均厚度约为33km”，地幔不在莫霍面以上。

3、正确答案是“岩浆岩的产状是反映岩体空间位置与围岩的相互关系及其形态特征”，岩浆岩的产状不包括围岩。

4、正确答案是“沉积作用”，属于外力作用。

5、正确答案是“沉积岩是地壳表面分布最广泛的一种层状岩石”，不是最少的一种。

6、正确答案是“大气圈”，属于地球的外圈。

第1章土的物理性质及工程分类1.1 土的形成岩土体是地壳的物质组成。

岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。

它赋存于一定的地质环境之中，并随着地质环境的演化和地质作用的持续，仍在不断的变化着。

土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。

由于岩土材料组成的复杂性，其性质在许多方面不同于其它材料，具有其特有的多变性及复杂性。

以下就岩土的特性分别简述之。

1.2 土的组成1.1.1 土的结构与特性土是一种松散的颗粒堆积物。

它是由固体颗粒、液体和气体三部份组成。

土的固体颗粒一般由矿物质组成，有时含有胶结物和有机物，这一部分构成土的骨架。

土的液体部分是指水和溶解于水中的矿物质。

空气和其它气体构成土的气体部分。

土骨架间的孔隙相互连通，被液体和气体充满。

土的三相组成决定了土的物理力学性质。

1）土的固体颗粒土骨架对土的物理力学性质起决定性的作用。

分析研究土的状态，就要研究固体颗粒的状态指标，即粒径的大小及其级配、固体颗粒的矿物成分、固体颗粒的形状。

（1）固体颗粒的大小与粒径级配土中固体颗粒的大小及其含量，决定了土的物理力学性质。

颗粒的大小通常用粒径表示。

实际工程中常按粒径大小分组，粒径在某一范围之内的分为一组，称为粒组。

粒组不同其性质也不同。

常用的粒组有：砾石粒、砂粒、粉粒、粘粒、胶粒。

以砾石和砂粒为主要组成成分的土称为粗粒土。

以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒土。

土的工程分类见本章第三节。

各粒组的具体划分和粒径范围见表1-1。

土中各粒组的相对含量称土的粒径级配。

土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比，一般用百分比表示。

土的粒径级配直接影响土的性质，如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。

要确定各粒组的相对含量，需要将各粒组分离开，再分别称重。

这就是工程中常用的颗粒分析方法，实验室常用的有筛分法和密度计法。

筛分法适用粒径大于0.075mm的土。

利用一套孔径大小不同的标准筛子，将称过质量的干土过筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。