第4讲 第一章 工程地质二新版.docx

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第4讲第一章工程地质二新版

第二节地质岩性

一、岩石矿物特性

构成岩石的矿物，称为造岩矿物。

物理性质是鉴别矿物的主要依据。

1、颜色。

根据成色原因，可分为自色、他色和假色。

（教材分类为“白色”，不科学，印错了）

自色是矿物本身固有的成分、结构所决定的颜色，具有鉴定意义。

例如：

孔雀石Cu2（CO3）（OH）2由二价铜Cu2+呈现的孔雀色，均为色素离子引起的颜色。

他色是由于混入物引起的颜色；如无色透明的水晶里，含铁质时呈玫瑰色。

假色则是由于某种物理光学过程所致

2、光泽。

光泽是矿物表面的反光能力

用类比方法常分为四个等级金属光泽、半金属光泽、金刚光泽及玻璃光泽。

由于矿物表面不平、内部裂纹等，可形成某种独特的光泽，如丝绢光泽、油脂光泽、蜡状光泽、珍珠光泽、土状光泽等。

矿物遭受风化后，光泽强度就会有不同程度的降低，如玻璃光泽变为油脂光泽等。

3、硬度。

硬度是矿物抵抗外力刻划、压入或研磨等机械作用的能力。

鉴定矿物常用一些矿物互相刻划来测定其相对硬度，一般分为10个标准等级

表1．2．1矿物硬度表

硬度

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

矿物

滑石

石膏

方解石

萤石

磷灰石

长石

石英

黄玉

刚玉

金刚石

在实际工作中常用可刻划物品来大致测定矿物的相对硬度，如指甲约为2～2．5度，玻璃约为5．5～6度，钢刀约为6-7度。

例题：

组成地壳的岩石，都是在一定的地质条件下，由一种或几种矿物自然组合而成的矿物集合体。

以下物理性质（）是鉴别矿物的主要依据。

A．颜色

B．光泽

C．硬度

D．重度

E．孔隙比

答案：

A.B.C

分析：

鉴别矿物的物理性质是颜色、光泽、硬度。

例题：

石英的硬度是（）度

A．6

B．7

C．8

D．9

答案：

.B.

分析：

矿物硬度表

硬度

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

矿物

滑石

石膏

方解石

萤石

磷灰石

长石

石英

黄玉

刚玉

金刚石

二、岩石物理力学性质

（一）岩石的主要物理性质

l。

重量

岩石的比重

是岩石固体（不包括孔隙）部分单位体积的重量

王双增讲解

在数值上等于岩石固体颗粒的重量与同体积的水在4~C时重量的比。

岩石的比重决定于组成岩石的矿物的比重。

岩石的重度

也称

容重

岩石的重度是岩石单位体积的重量，

重度=岩石试件的总重量（包括孔隙中的水重）/总体积（包括孔隙体积）。

岩石重度的大小决定于岩石中矿核的比重、岩石的孔隙性及其含水情况。

干重度

岩石孔隙中完全没有水存在时的重度

饱和重度

孔隙全部被水充满时的重度，

一般来讲，组成岩石的矿物比重大，或岩石的孔隙性小，则岩石的重度就大。

在相同条件下的同一种岩石，重度大就说明岩石的结构致密、孔隙性小，岩石的强度和稳定性较高。

例题：

岩石重度大就说明岩石的（）

A．结构致密

B．稳定性较高

C．岩石的强度较高

D．孔隙性小

E．孔隙性大

答案：

A.B.C.D

分析：

岩石的重度=岩石试件的总重量（包括孔隙中的水重）/总体积（包括孔隙体积）。

一般来讲，组成岩石的矿物比重大，或岩石的孔隙性小，则岩石的重度就大。

在相同条件下的同一种岩石，重度大就说明岩石的结构致密、孔隙性小，岩石的强度和稳定性较高。

2．孔隙性

岩石的空隙性用空隙度表示，反映岩石中各种空隙的发育程度。

空隙度（%）=岩石中各种空隙的总体积/岩石的总体积

空隙性对岩石的强度和稳定性产生重要影响。

岩石空隙度的大小，主要取决于岩石的结构和构造，同时也受外力因素的影响。

未受风化和构造作用侵入岩和某些变质岩，其空隙度一般是很小的，而砾岩、砂岩等一些沉积类的岩石，则经常具有较大的空隙度。

例题：

（）经常具有较大的空隙度

A．侵入岩

B．变质岩

C．砾岩

D．砂岩

E．沉积类的岩石

答案：

.C.D.E.

分析：

未受风化和构造作用侵入岩和某些变质岩，其空隙度一般是很小的，而砾岩、砂岩等一些沉积类的岩石，则经常具有较大的空隙度。

3、吸水性

岩石的吸水性一般用吸水率表示

吸水率=岩石的吸水重量/同体积干燥岩石重量

岩石的吸水率与岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度有关。

岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸润、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水作用的影响也就越大。

例题：

关于岩石的吸水性正确的有（）

A．吸水率=岩石的吸水重量/同体积干燥岩石重量

B．吸水率=岩石的吸水重量/同体积自然状态岩石重量

C．岩石的吸水率与岩石孔隙张开程度有关。

D．岩石的吸水率与岩石孔隙度的大小有关。

E．岩石的吸水率大，岩石强度受水作用的影响也就越大

答案：

A.C.D.E.

分析：

岩石的吸水性一般用吸水率表示。

吸水率=岩石的吸水重量/同体积干燥岩石重量。

岩石的吸水率与岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度有关。

岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸润、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水作用的影响也就越大。

4．软化性

用软化系数作为岩石软化性的指标

软化系数=岩石饱和状态下的极限抗压强度/风干状态下极限抗压强度

软化系数越小，表示岩石的强度和稳定性受水作用的影响越大

未受风化作用的岩浆岩和某些变质岩，软化系数大都接近于1，是弱软化的岩石，其抗水、抗风化和抗冻性强。

软化系数小于0．75的岩石，是软化性较强的岩石，工程性质比较差。

5．抗冻性

一般用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率表示。

岩石抵抗孔隙中的水结冰时体积膨胀的能力。

抗压强度降低率小于25％的岩石，认为是抗冻的；大于25％的岩石，认为是非抗冻的。

在高寒冰冻地区，抗冻性是评价岩石工程性质的一个重要指标。

例题：

岩石的主要物理性质有（）

A．孔隙性

B．耐水性

C．吸水性

D．软化性

E．抗冻性

答案：

A.C.D.E.

分析：

岩石的主要物理性质有：

重量（一般用比重和重度两个指标表示），孔隙性．吸水性．软化性．抗冻性

（二）岩石主要力学性质

1．岩石的变形

岩石在弹性变形范围内用弹性模量和泊松比两个指标表示

弹性模量是应力与应变之比。

以“帕斯卡”为单位。

岩石的弹性模量越大，变形越小。

即弹性模量越大，岩石抵抗变形的能力越强。

泊松比是横向应变与纵向应变的比。

泊松比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越大。

通常所提供的弹性模量和泊松比，只是在一定条件下的平均值。

例题：

关于岩石的变形说法正确的有（）

A．岩石在弹性变形范围内用弹性模量和泊松比两个指标表示。

B．岩石的弹性模量越大，变形越大。

C．岩石弹性模量越大，岩石抵抗变形的能力越强。

D．泊松比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越小。

E．泊松比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越大。

答案：

A.C.E.

分析：

岩石在弹性变形范围内用弹性模量和泊松比两个指标表示。

岩石的弹性模量越大，变形越小。

岩石弹性模量越大，岩石抵抗变形的能力越强。

泊松比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越大。

2．岩石的强度

（1）抗压强度。

在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力。

岩石的抗压强度相差很大。

（2）抗拉强度。

在数值上等于岩石单向拉伸破坏时的最大张应力。

岩石的抗拉强度远小于抗压强度，故当岩层受到挤压形成褶皱时，常在弯曲变形较大的部位受拉破坏，产生张性裂隙。

（3）抗剪强度。

抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力，在数值上等于岩石受剪破坏时的极限剪应力。

在一定压应力下岩石剪断时，剪破面上的最大剪应力，称为抗剪断强度，其值一般都比较高。

抗剪强度是沿岩石裂隙或软弱面等发生剪切滑动时的指标，其强度远远低于抗剪断强度。

三项强度中，岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。

岩石越坚硬，其值相差越大，软弱岩石的差别较小。

抗剪强度约为抗压强度的10％～40％，抗拉强度仅是抗压强度的2％～16％。

岩石越坚硬，其值相差越大，软弱岩石的差别较小。

岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石（岩体）稳定性的主要指标，是对岩石（岩体）的稳定性进行定量分析的依据之一。

2009考题3．某岩石的抗压强度约为200MPa，则其抗剪强度和抗拉强度可能约为（B）。

A．100MPa和40MPa

B．60MPa和20MPa

C．10MPa和2MPa

D．5MPa和1MPa

分析：

抗压强度，抗拉强度，抗剪强度三项强度中，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％，抗拉强度仅是抗压强度的2％～16％。

岩石越坚硬，其值相差越大。

岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石（岩体）稳定性的主要指标，是对岩石（岩体）的稳定性进行定量分析的依据之一。

抗剪强度约为抗压强度的10％～40％，为：

20MPa—80MPa；抗拉强度仅是抗压强度200的2％～16％，4MPa---32MPa。

符合条件的只有B。

三、岩石成因类型及其特征

组成地壳的岩石按成因可分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩（水成岩）和变质岩三大类。

从各类岩石在地壳表面的分布面积看，沉积岩约占陆地面积的75％，变质岩和岩浆岩占25％；按质量百分比计算，岩浆岩占89％，沉积岩占地壳质量的5％，变质岩占6％。

1．岩浆岩

岩浆岩又称火成岩，是岩浆通过地壳运动，沿地壳薄弱地带上升冷却凝结后形成的岩石。

分为：

侵入岩和喷出岩。

（1）侵入岩

侵入岩是岩浆侵入到周围岩层（简称围岩）中形成的岩浆岩。

根据形成深度，侵入岩又分为深成岩（形成深度大于5km）和浅成岩（形成深度小于5km）。

①深成岩常形成岩基等大型侵入体，岩性一般较单一，以中、粗粒结构为主，致密坚硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性强，故其常被选为理想的建筑基础，如花岗岩、正长岩、闪长岩、辉长岩;

②浅成岩多以岩床、岩墙、岩脉等状态产出，有时相互穿插。

颗粒细小，岩石强度高，不易风化，但这些小型侵入体与围岩的接触部位，岩性不均一，节理裂隙发育，岩石破碎，风化蚀变严重，透水性增大，如花岗斑岩、闪长玢岩、辉绿岩、脉岩。

（2）喷出岩

喷出岩是指喷出地表形成的岩浆岩，一般呈原生孔隙和节理发育，产状不规则，厚度变化大，岩性很不均一，比侵入岩强度低，透水性强，抗风能力差，如流纹岩、粗面岩、安山岩、玄武岩、火山碎屑岩。

例题：

（）常被选为理想的建筑基础

A．深成岩

B．浅成岩

C．岩床

D．喷出岩

答案：

A.

分析：

深成岩常形成岩基等大型侵入体，岩性一般较单一，以中、粗粒结构为主，致密坚硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性强，故其常被选为理想的建筑基础;浅成岩多以岩床、岩墙、岩脉等状态产出，浅成岩岩性不均一，节理裂隙发育，岩石破碎，风化蚀变严重，透水性增大。

喷出岩岩性很不均一，比侵入岩强度低，透水性强，抗风能力差。

2．沉积岩

沉积岩是在地壳表层常温常压条件下，由．风化产物、有机物质和某些火山作用产生的物质，经风化、搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层状岩石。

结构形式

沉积岩主要有碎屑结构（碎屑物质被胶结物粘结起来而形成的结构）、泥质结构（由粒径小于0．005mm的黏土颗粒组成的结构）、晶粒结构（由岩石颗粒在水溶液中结晶或呈胶体形态凝结沉淀而成的结构）、生物结构（由生物遗体组成的结构）。

沉积岩的构造

常见的构造有层理构造、层面构造、结核（与周围沉积岩不同的、规模不大的团块体）、生物成因构造（如生物礁体、叠层构造、虫迹、虫孔等）。

根据沉积岩的组成成分、结构、构造和形成条件，可分为碎屑岩（如砾岩、砂岩、粉砂岩）、黏土岩（如泥岩、页岩）、化学岩及生物化学岩类（如石灰岩、白云岩、泥灰岩）等。

3．变质岩

变质岩是地壳中原有的岩浆岩或沉积岩，由于地壳运动和岩浆活动等造成物理化学环境的改变，使原来岩石的成分、结构和构造发生一系列变化所形成的新的岩石。

变质岩的结构

变质岩的结构主要有：

变余结构（重结晶或变质结晶作用不完全使原岩结构特征保留）、

变晶结构（岩石发生重结晶或变质结晶所形成的结构）、

碎裂结构（岩石受定向压力作用发生破裂，形成碎块甚至粉末状后又被胶结在一起的结构）。

变质岩的构造

变质岩的构造主要有板状构造（平行、较密集而平坦的破裂面分裂岩石成板状体）、千枚状构造（岩石呈薄板状）、片状构造（含大量呈平行定向排列的片状矿物）、片麻状构造（粒状变晶矿物间夹鳞片状、柱状变晶矿物并呈大致平行的断续带状分布）、块状构造（矿物均匀分布、结构均一、无定向排列，如大理岩、石英岩）等。

四、土的工程性质

土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。

土是由颗粒（固相）、水溶液（液相）和气（气相）所组成的三相体系。

组成土的固体颗粒矿物有原生矿物、不溶于水的次生矿物、可溶盐类、易分解的矿物以及有机质。

l.土的孔隙比和含水量

（1）土的孔隙比

土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比，反映天然土层的密实程度，孔隙比小于0．6的是密实的低压缩性土，大于1.0的土是疏松的高压缩性土。

（2）土的含水量

土的饱和度（Sr）=土中被水充满的孔隙体积/孔隙总体积。

饱和度Sr越大，表明土孔隙中充水愈多。

Sr<50％是稍湿状态，Sr在50％～80％之间是很湿状态，Sr>80％是饱水状态。

（3）土的分类

碎石土和砂土为无黏性土，紧密状态是判定其工程性质的重要指标。

颗粒小于粉砂的是黏性土，

黏性土的工程性质受含水量的影响特别大。

当含水量很小时，黏性土比较坚硬，处于固体状态，具有较大的力学强度。

随着土中含水量的增大，土逐渐变软，甚至呈现流塑或流动状态。

黏性土这种因含水量变化而表现出的各种不同物理状态，称为土的稠度。

黏性土能在一定的含水量范围．内呈现出可塑性，这是黏性土区别于砂土和碎石土的特性，故黏性土也可称为塑性土。

随着含水量的变化，黏性土由一种稠度状态转变为另一种状态，对应于转变点的含水量称为界限含水量，也称为稠度界限，是黏性的重要特性指标，黏性土的界限含水量，有缩限、塑限和液限。

缩限：

半固态黏性土随水分蒸发体积逐渐缩小，直到体积不再缩小时的界限含水量叫缩限

塑限，体积不再随水分蒸发而缩小的状态为固态。

半固态黏性土随含水量增加转到可塑状态的界限含水量叫塑限，也称塑性下限。

液限：

由可塑状态转到流塑、流动状态的界限含水量叫液限。

塑性指数=（液限-塑限），它表示黏性土处在可塑状态的含水量变化范围。

塑性指数愈大，可塑性就愈强。

液限指数=（黏性土的天然含水量-塑限）/塑性指数。

液限指数愈大，土质愈软。

例题：

关于土的塑性指数不正确的有（）

A．塑性指数愈大，可塑性就愈强。

B．塑性指数表示黏性土处在可塑状态的含水量变化范围

C．黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑限之比称为塑性指数

D．液限和塑限的差值称为塑性指数，

答案：

C

分析：

液限和塑限的差值称为塑性指数，它表示黏性土处在可塑状态的含水量变化范围。

塑性指数愈大，可塑性就愈强。

黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，称为液限指数。

液限指数愈大，土质愈软。

2．土的力学性质

土的力学性质主要是压缩性和抗剪强度。

（1）土的压缩性

土的压缩性是土在压力作用下体积缩小的特性。

在荷载作用下，透水性大的饱和无黏性土，其压缩过程在短时间内就可以结束。

然而，黏性土的透水性低，其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多，

（2）土的抗剪强度

土对剪切破坏的极限抗力称为土的抗剪强度。

3．特殊土的工程性质

（1）土的分类

根据土中有机质含量为无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭；

根据土的颗粒级配和塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和黏性土；

根据土的地质成因分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖泊沉积物、海洋沉积物、冰积土和冰水沉积土、风积土。

（2）特殊土的工程性质

（1）淤泥及淤泥质土

具有高含水量、高孔隙性、低渗透性、高压缩性、低抗剪强度、较显著的触变性和蠕变性等特性。

（2）湿陷性黄土。

在天然含水量时一般呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强度和低的或中等偏低的压缩性，但遇水浸湿后，强度迅速降低，有的即使在其自重作用下也会发生剧烈而大量的沉陷。

湿陷性黄土受水浸湿后，在其自重压力下发生湿陷的，称为自重湿陷性黄土。

易造成沉陷等问题。

而在其自重压力与附加压力共同作用下才发生湿陷的，称为非自重湿陷性黄土。

性质好。

（3）红黏土。

天然含水量高、密度小、塑性高，通常呈现较高的强度和较低的压缩性，不具有湿陷性。

因塑性很高，所以尽管天然含水量高，一般仍处于坚硬或硬可塑状态，甚至饱水的红黏土也是坚硬状态的。

（4）膨胀土。

含有大量的强亲水性黏土矿物成分，具有显著的吸水膨胀和失水收缩，且胀缩变形往复可逆。

在天然条件下一般处于硬塑或坚硬状态，强度较高，压缩性较低，易被误认为是工程性能较好的土，但一旦地表水浸入或地下水位上升使含水量剧烈增大，或土的原状结构被扰动时，土体会骤然强度降低、压缩性增高。

膨胀土多分布于Ⅱ级以上的河谷阶地或山前丘陵地区，个别处于I级阶地。

（5）填土。

由于人类活动而堆填的土。

一般密实度较差，但若堆积时间较长，由于土的自重压密作用，也能达到一定密实度。

如：

堆填时间超过10年的黏性土、超过5年的粉土、超过2年的砂土，均具有一定的密实度和强度，可以作为一般建筑物的天然地基。

①素填土

素填土是由碎石、砂土、粉土或黏性土等一种或几种材料组成的填土。

素填土地基具有不均匀性，防止建筑物不均匀沉降是填土地基的关键；

②杂填土

杂填土是含有大量杂物的填土。

以生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为主要成分的杂填土，一般不宜作为建筑物地基。

主要以建筑垃圾或一般工业废料组成的杂填土，采用适当的措施进行处理后可作为一般建筑物地基。

在利用杂填土作为地基时，应注意其不均匀性、工程性质随堆填时间而变化、含腐殖质及水化物等问题；

③冲填土

冲填土是由水力冲填泥砂形成的沉积土，如在整理和疏浚江河航道时，送至江河两岸形成的填土。

冲填土的含水量大，透水性较弱，排水固结差，一般呈软塑或流塑状态，比同类自然沉积饱和土的强度低、压缩性高。

例题：

以下说法正确的有（）

A．自重湿陷性黄土易造成沉陷等问题。

B．红黏土通常呈现较高的强度和较低的压缩性，不具有湿陷性

C．膨胀土在天然条件下一般处于硬塑或坚硬状态，强度较高，压缩性较低。

D．素填土地基具有不均匀性

E．冲填土比同类自然沉积饱和土的压缩性低。

答案：

A.B.C.D.

2009考题4．某竣工验收合格的引水渠工程，初期通水后两岸坡体出现了很长的纵向裂缝，并局部地面下沉，该地区土质可能为（D）。

A．红黏土

B．软岩

C．砂土

D．湿陷性黄土

分析：

湿陷性黄土：

在天然含水量时一般呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强度和低的或中等偏低的压缩性，但遇水浸湿后，强度迅速降低，有的即使在其自重作用下也会发生剧烈而大量的沉陷。

湿陷性黄土受水浸湿后，在其自重压力下发生湿陷的，称为自重湿陷性黄土。

易造成沉陷等问题。

而在其自重压力与附加压力共同作用下才发生湿陷的，称为非自重湿陷性黄土。

性质好。