第二章 软岩和软土
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特殊性岩土的勘察PPT课件
6．不均匀性：由沉于积环境的变化，土质均匀性差。例 如三角洲相、河漫滩相软土常夹有粉土或粉砂薄层，具有 明显的微层理构造，水平向渗透性常好于垂直向渗透性。 湖泊相、沼泽相软土常在淤泥或淤泥质土层中夹有厚度不 等的泥炭或泥炭质土薄层或透镜体。作为建筑物地基易产 生不均匀沉降。
1.3软土的物理力学性质指标
特殊性岩土的勘察
主要内容
❖ 引言 ❖ 第一章 软土 ❖ 第二章 膨胀岩土 ❖ 第三章 混合土 ❖ 第四章 风化岩和残积土
引言——特殊性岩土的种类
特殊性岩土是指具有自己独特的工程特性的岩土， 如湿陷性土、膨胀土、红粘土、软土、填土、膨 胀土、冻土、盐渍土、混合土、风化岩和残积土、 污染土等。这些岩土由于对建筑物的稳定或正常 使用有特殊的影响或作用，因此，对其进行岩土 工程勘察时，就必须针对其岩土工程特性，查明 其对工程建筑的影响，作出正确评价，以保证工 程建筑物的安全稳定和正常使用。
2．泻湖相：沉积成颗粒微细、孔隙比大、强度低、分 布范围较宽阔，常形成滨海平原。在泻湖边缘，表层常 有厚约0．3～2．Om的泥炭堆积。底部含有贝壳和生物 残骸碎屑。
1.1软土的成因类型
1.1.1滨海沉积：滨海相、泻湖相、溺谷相和三角洲相 3．溺谷相：孔隙比大、结构疏松、含水量高：有的甚
于泻湖相。分布范围略窄，在其边缘表层也常有泥炭沉 积。
2．十字板剪切试验，可测定不固结不排水条件下的抗剪 强度、土的残余抗剪强度，并计算灵敏度。
3．扁铲侧胀试验，可测定软土的弹性模量、静止土压力 系数、水平基床系数，可判定土层名称和状态。 ‘
4．宜采用注水试验，测定软土的渗透系数。
1.5软土地基评价
1.5.1场地稳定性评价 在建筑场地内，如遇下列情况之一时．应评价地基的
1.3软土的物理力学性质指标
特殊性岩土的勘察
主要内容
❖ 引言 ❖ 第一章 软土 ❖ 第二章 膨胀岩土 ❖ 第三章 混合土 ❖ 第四章 风化岩和残积土
引言——特殊性岩土的种类
特殊性岩土是指具有自己独特的工程特性的岩土， 如湿陷性土、膨胀土、红粘土、软土、填土、膨 胀土、冻土、盐渍土、混合土、风化岩和残积土、 污染土等。这些岩土由于对建筑物的稳定或正常 使用有特殊的影响或作用，因此，对其进行岩土 工程勘察时，就必须针对其岩土工程特性，查明 其对工程建筑的影响，作出正确评价，以保证工 程建筑物的安全稳定和正常使用。
2．泻湖相：沉积成颗粒微细、孔隙比大、强度低、分 布范围较宽阔，常形成滨海平原。在泻湖边缘，表层常 有厚约0．3～2．Om的泥炭堆积。底部含有贝壳和生物 残骸碎屑。
1.1软土的成因类型
1.1.1滨海沉积：滨海相、泻湖相、溺谷相和三角洲相 3．溺谷相：孔隙比大、结构疏松、含水量高：有的甚
于泻湖相。分布范围略窄，在其边缘表层也常有泥炭沉 积。
2．十字板剪切试验，可测定不固结不排水条件下的抗剪 强度、土的残余抗剪强度，并计算灵敏度。
3．扁铲侧胀试验，可测定软土的弹性模量、静止土压力 系数、水平基床系数，可判定土层名称和状态。 ‘
4．宜采用注水试验，测定软土的渗透系数。
1.5软土地基评价
1.5.1场地稳定性评价 在建筑场地内，如遇下列情况之一时．应评价地基的
软岩支护 第二章
书采用一种新的进化神经网络模型。 具体方法为：根据工程逆反分析的要求，进化神经网络逆反分析的目的，就是 由预先得到的位移同参数关系的样本集，对进化神经网络进行训练，最终得到 反映位移同参数间的复杂映射关系的最佳神经网络结构及其连接权值，则此神 经网络模型就反映了位移同参数间的复杂非线性关系。具体反分析时，把现场 观测位移输人该神经网络模型，则会得到其相应的参数输出。如图2.7。
23
24
按照表2.17所列各参数的组合进行有限元正分析计算得到2个测线的模拟 计算位移值见表2.18。
25
把上述25组位移一物性参数样本代人进化神经网络算法进行训练，最终 在误差为0.0071的情况下，得到结构为2一4一4的神经网络能很好地实现上 述样本所代表的映射，并具有良好的泛化预测能力。采用该网络进行围岩参 数反分析计算，反分析结果见表2.19。
15
16
2）谢桥矿-720m水平轨道石门 围岩属于中等偏好类型，确定为Ⅱ类围岩。 通过多点位移计监测得到的深部位移结果如图2.4所示。
17
2.围岩参数反分析研究 1）反分析基本方法 从系统论的观点看，工程反分析问题实质为一个逆系统的辨识问题。其具 体阐述为，在正分析中，已知系统的输人，求其输出；而在反分析中，已知系 统的输出或部分输出，求其对应的输人。相对于正分析的运行系统，反分析所 求解的为系统的逆模型。系统逆模型的辨识可形象的如图2.5所示。
第二章 煤矿深部围岩岩性条件特征
目录
2
2.1典型矿区深部围岩地质条件特征
2.2典型矿区深部围岩物理力学性质
2.3 小结
3
2.1 典型矿区深部围岩地质条件特征
淮南矿区的煤系地层自下而上由寒武系(厚958m)、下奥陶系 （厚113m）、上石炭系(厚129m)、二叠系(厚I075m)和新生界(厚 186.54-483.55m)诸地层组成。煤系下伏地层为本溪组铝质泥岩， 上覆地层为石千峰组砂质泥岩和砂岩。深部主要地层分布及岩性 特征如图2.1所示。
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按照表2.17所列各参数的组合进行有限元正分析计算得到2个测线的模拟 计算位移值见表2.18。
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把上述25组位移一物性参数样本代人进化神经网络算法进行训练，最终 在误差为0.0071的情况下，得到结构为2一4一4的神经网络能很好地实现上 述样本所代表的映射，并具有良好的泛化预测能力。采用该网络进行围岩参 数反分析计算，反分析结果见表2.19。
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2）谢桥矿-720m水平轨道石门 围岩属于中等偏好类型，确定为Ⅱ类围岩。 通过多点位移计监测得到的深部位移结果如图2.4所示。
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2.围岩参数反分析研究 1）反分析基本方法 从系统论的观点看，工程反分析问题实质为一个逆系统的辨识问题。其具 体阐述为，在正分析中，已知系统的输人，求其输出；而在反分析中，已知系 统的输出或部分输出，求其对应的输人。相对于正分析的运行系统，反分析所 求解的为系统的逆模型。系统逆模型的辨识可形象的如图2.5所示。
第二章 煤矿深部围岩岩性条件特征
目录
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2.1典型矿区深部围岩地质条件特征
2.2典型矿区深部围岩物理力学性质
2.3 小结
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2.1 典型矿区深部围岩地质条件特征
淮南矿区的煤系地层自下而上由寒武系(厚958m)、下奥陶系 （厚113m）、上石炭系(厚129m)、二叠系(厚I075m)和新生界(厚 186.54-483.55m)诸地层组成。煤系下伏地层为本溪组铝质泥岩， 上覆地层为石千峰组砂质泥岩和砂岩。深部主要地层分布及岩性 特征如图2.1所示。
软土地区工程地质勘察
软土地区工程地质勘察第一章总则第1.0.1条为使软土地区的工程建设做到技术先进、经济合理，保证建筑物的安全和正常使用，制定本规范。
第1.0.2条本规范适用于软土地区的建筑场地和地基的工程地质勘察。
第1.0.3条软土地区的工程地质勘察，必须针对工程和软土的特点，合理布置勘察工作，正确评价建筑场地和地基的工程地质条件。
对于重要的建筑物和有特殊要求的软土地基，或对环境有影响的场地，在施工及使用过程中，宜根据工程建设的需要进行监测。
第1.0.4条软土地区工程地质勘察除执行本规范外，尚应符合国家现行的有关标准的规定。
第二章软土及其工程地质特征第2.0.1条软土的判别应符合下列要求：一、外观以灰色为主的细粒土；二、天然含水量大于或等于液限；三、天然孔隙比大于或等于1.0。
第2.0.2条软土的工程性质特点是高压缩性，低强度，高灵敏度和低透水性。
在较大的地震力作用下易出现震陷。
第2.0.3条软土层具有良好的层理，在互层中伴随有少数较密实的颗粒较粗的粉土或砂层，成为软土层中的变异土层。
第2.0.4条我国软土的主要分布区，按工程性质结合自然地质地理环境，可划分为三个地区，即沿秦岭走向向东至连云港以北的海边一线，作为Ⅰ、Ⅱ地区的界线；沿苗岭、南岭走向向东至莆田的海边一线，作为Ⅱ、Ⅲ地区的界线（附录一）。
这一分区可作为区划、规划和勘察的前期工作使用。
第三章工程地质勘察的基本要求第一节一般规定第3.1.1条勘察阶段可分为初步勘察和详细勘察，必要时应进行施工勘察。
对大型厂址、重点工程应分可行性研究勘察、初步勘察、详细勘察和施工勘察四个阶段勘察；对建筑性质和总平面位置已定的工程，也可仅进行详细勘察。
第3.1.2条建筑场地，按其工程地质的复杂程度可划分为：简单场地：地形平坦，地貌单元单一，无暗塘暗沟，互层简单，土质均一，无不良地质现象，地下水对地基基础无不良影响。
中等复杂场地：地形微起伏，地貌单元较单一，暗塘暗沟较少，交互层较复杂，土质变化较大，地基主要受力层内硬层和基岩面起伏较大，不良地质现象较发育，地下水对地基基础可能有不良影响。
软土及其工程性质
5、流变性 软土在长期荷载作用下，随时间增长发生缓慢而长期 的剪切变形，导致土的长期强度小于瞬间强度的性质。
1927年，昆士兰大学的Thomas Parnell教授 为了向学生证明某些形似固体的东西实际是 流体，把一些沥青放进漏斗。沥青每9年左 右落下一滴。首滴1938年滴下，现已滴出8 滴，下一滴可能在今年（2014年）。现在实 验由John Mainstone教授看管。
软土(Soft Clay)的概念
《软土地区工程地质勘察规范》: 1、外观以灰色为主的细粒土； 2、天然含水量大于或等于液限； 3、天然孔隙比大于或等于1.0。
《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》中判别标准：
特征指标名称
天然含水量 （%）
天然孔隙比
指标值 ≥35（或液限） ≥1.0
十字板剪切强度 （kPa）
2.具有一定的结构性
除南方湛江一带有高结构土外，软土均 具有一定的结构性。结构性的主要作用 是增大土骨架的刚度，因此结构性的力 学特性与应力水平密切相关：
⑴应力水平较低时，土会呈现较好的力学 特性；
⑵应力水平超过某临界值后，土的结构性 破坏，使力学性质明显恶化，而且这种 恶化是不可逆的，短期内很难恢复；
6、不均匀性 因沉积环境变化，常夹有厚薄不等的粘土层，使地层 在垂直和水平分布上不均匀。易产生差异沉降。
软土的基本特性 1. 具有高含水量、低密度、低强度、高压缩
性、低透水性和中等灵敏度的特点。 含水量：34%~72%， 液限：35%~60%， 孔隙比：1.0~1.9， 饱和度：大于95%， 塑性指数：13~20， 天然容重：15~19kN/m3, 抗剪强度：10~30kPa， 压缩系数：0.5~2.0MPa-1， 渗透系数：1×10-3~1×10-7㎝/s， 固结系数：（0.1~1.0）×10-3㎝2/s， 灵敏度：4~8。
1927年，昆士兰大学的Thomas Parnell教授 为了向学生证明某些形似固体的东西实际是 流体，把一些沥青放进漏斗。沥青每9年左 右落下一滴。首滴1938年滴下，现已滴出8 滴，下一滴可能在今年（2014年）。现在实 验由John Mainstone教授看管。
软土(Soft Clay)的概念
《软土地区工程地质勘察规范》: 1、外观以灰色为主的细粒土； 2、天然含水量大于或等于液限； 3、天然孔隙比大于或等于1.0。
《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》中判别标准：
特征指标名称
天然含水量 （%）
天然孔隙比
指标值 ≥35（或液限） ≥1.0
十字板剪切强度 （kPa）
2.具有一定的结构性
除南方湛江一带有高结构土外，软土均 具有一定的结构性。结构性的主要作用 是增大土骨架的刚度，因此结构性的力 学特性与应力水平密切相关：
⑴应力水平较低时，土会呈现较好的力学 特性；
⑵应力水平超过某临界值后，土的结构性 破坏，使力学性质明显恶化，而且这种 恶化是不可逆的，短期内很难恢复；
6、不均匀性 因沉积环境变化，常夹有厚薄不等的粘土层，使地层 在垂直和水平分布上不均匀。易产生差异沉降。
软土的基本特性 1. 具有高含水量、低密度、低强度、高压缩
性、低透水性和中等灵敏度的特点。 含水量：34%~72%， 液限：35%~60%， 孔隙比：1.0~1.9， 饱和度：大于95%， 塑性指数：13~20， 天然容重：15~19kN/m3, 抗剪强度：10~30kPa， 压缩系数：0.5~2.0MPa-1， 渗透系数：1×10-3~1×10-7㎝/s， 固结系数：（0.1~1.0）×10-3㎝2/s， 灵敏度：4~8。
岩土的物理性质—特殊土的特性与处治(工程岩土课件)
第十三讲 软土的特性与处治
学习内容
一 软土的特征 二 软土的处治方法
一、软土的特征
1、软土的概念 软土主要是静水或缓慢流水环境中沉积的以细颗粒为主的第四纪沉 积物。通常在软土形成过程中有生物化学作用参与。
2、软土的特征
（1）软土的颜色多为灰绿、灰黑色，手摸有滑腻感，能染指，有机质 含量高时有腥臭味。 （2）软土的颗粒成分主要为粘粒及粉粒，粘粒含量达60％一70％。 （3）软土的矿物成分，除粉粒中的石英、长石、云母、伊利石、高岭 石。此外软土中常有一定量的有机质，可高达8％一9％。 （4）软土具有典型的海绵状或蜂窝状结构，其孔隙比大，含水量高， 透水性小，压缩性大。是软土强度低的重要原因。 （5）软土具层理构造，软土和薄层粉砂、泥炭层等相互交替沉积，或 呈透镜体相间沉积，形成性质复杂的土体。
软土塌陷
• 1、强夯法 • 2、浅层换填法 • 3、砂砾垫层法 • 4、抛石挤淤法 • 5、反压护道法 • 6、深层挤密法 • 7、袋装砂井法 • 8、土工织物法 • 9、化学加固法
1、强夯法
强夯法采用10-20 t重锤，从10-40 m高处自由落下，夯实土 层，强夯法产生很大的冲击能，使软土迅速排水固结，加固深度 可达11-12m。适用于小于12m的软土层。
2、膨胀土的工程性质
（1）膨胀土多为灰白、棕黄、棕红、褐色等，颗粒成分以粘粒为主， 含量在35％-50％以上，粉粒次之，砂粒很少。粘粒的矿构成分多为蒙 脱石和伊利石，这些粘土颗粒比表面积大，有较强的表面能，呈现强亲 水性。二者吸水后强烈膨胀，失水后收缩，长期反复多次胀缩，强度衰 减，可能导致工程建筑物开裂、下沉、失稳破坏。
红色黄土 早更新期 Q1
冲积黄土
主要分布在大河的阶地上，如黄河及其支流的阶地上。阶地越高，黄土厚 度越大，具有明显层理，常夹有粉砂、粘土、砂卵石等，大河阶地下部常
学习内容
一 软土的特征 二 软土的处治方法
一、软土的特征
1、软土的概念 软土主要是静水或缓慢流水环境中沉积的以细颗粒为主的第四纪沉 积物。通常在软土形成过程中有生物化学作用参与。
2、软土的特征
（1）软土的颜色多为灰绿、灰黑色，手摸有滑腻感，能染指，有机质 含量高时有腥臭味。 （2）软土的颗粒成分主要为粘粒及粉粒，粘粒含量达60％一70％。 （3）软土的矿物成分，除粉粒中的石英、长石、云母、伊利石、高岭 石。此外软土中常有一定量的有机质，可高达8％一9％。 （4）软土具有典型的海绵状或蜂窝状结构，其孔隙比大，含水量高， 透水性小，压缩性大。是软土强度低的重要原因。 （5）软土具层理构造，软土和薄层粉砂、泥炭层等相互交替沉积，或 呈透镜体相间沉积，形成性质复杂的土体。
软土塌陷
• 1、强夯法 • 2、浅层换填法 • 3、砂砾垫层法 • 4、抛石挤淤法 • 5、反压护道法 • 6、深层挤密法 • 7、袋装砂井法 • 8、土工织物法 • 9、化学加固法
1、强夯法
强夯法采用10-20 t重锤，从10-40 m高处自由落下，夯实土 层，强夯法产生很大的冲击能，使软土迅速排水固结，加固深度 可达11-12m。适用于小于12m的软土层。
2、膨胀土的工程性质
（1）膨胀土多为灰白、棕黄、棕红、褐色等，颗粒成分以粘粒为主， 含量在35％-50％以上，粉粒次之，砂粒很少。粘粒的矿构成分多为蒙 脱石和伊利石，这些粘土颗粒比表面积大，有较强的表面能，呈现强亲 水性。二者吸水后强烈膨胀，失水后收缩，长期反复多次胀缩，强度衰 减，可能导致工程建筑物开裂、下沉、失稳破坏。
红色黄土 早更新期 Q1
冲积黄土
主要分布在大河的阶地上，如黄河及其支流的阶地上。阶地越高，黄土厚 度越大，具有明显层理，常夹有粉砂、粘土、砂卵石等，大河阶地下部常
软岩工程力学-2-3
(4)在现场施工推广研究方面，坚持技术到位、管理到位和质量到位的组织原则，在实施现场组织精干的科研技术人员指导施工，及时反馈信息，做进一步的技术研究，为后续工程提供技术参考和优化方案。
2 软岩的概念及其分类体系2.1 软岩的概念2.1.1 概述从60年代到90年代初，关于软岩的概念在国内外一直争论不休，产生的软岩定义多达几十种[1]。
1981年9月，国际岩石力学学会委托日本力学协会召开了“国际软岩学术讨论会”，1984年12月，我国煤炭部矿山压力情报中心站、《煤炭学报》编辑部、中国煤炭学会岩石力学专业委员联合发起的“煤矿矿山压力名词讨论会”，集中了国内矿山岩石力学方面的专家、学者，在昆明会议上专门讨论了松软岩层的定义。
但是，在近几年的文献[25~34]中，仍然名目繁多，定义各异，总括起来，大体上可分为描述性定义、指标化定义和工程定义，且各有其优缺点。
具体有如下3类。
2.1.1.1 描述性定义(1)原煤炭工业部矿山压力情报中心站副站长、软岩分站站长、长春煤炭研究所总工程师陆家梁提出：松软岩层系指松散、软弱的岩层，它是相对于坚硬岩层而言的。
松软岩层由于成岩的时间短、结构疏松、胶结程度差，故自身强度很低。
(2)原煤炭工业部软岩分站副站长郑雨天、王明恕、何修仁教授等认为：“软岩是软弱、破碎、松散、膨胀、流变、强风化蚀变及高应力的岩体之总称”。
(3)淮南矿业学院朱效嘉教授提出：“松软、破碎、膨胀及风化等岩层称为松软岩层，简称软岩”。
(4)原东煤公司的曾小泉高级工程师认为：“松软岩层系松散破碎、软弱、强风化和膨胀性岩层的总称”。
(5)1984年12月，在昆明市举行的“煤矿矿山压力名词讨论会”上提出的定义是：“松软岩层是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层”。
(6)松软岩层是：“低强度的岩体”。
2.1.1.2 指标化定义(1)ISRM(国际岩石力学学会1990，1993)定义：软岩是指单轴抗压强度在0.5~25MPa的一类岩石。
软岩的物理力学性质PPT课件
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第三节 软岩的力学性质
• 流动极限的衰减特性 • 流动极限，就是具有流变性材料的屈服极限。它往往随时间的延长而衰减。软岩流变的另一重要 特征是强度随时间延长而明显降低。 • 流动极限类型 • 瞬时流动极限：t＝0时的流动极限，可近似称为瞬时强度。 • 长期流动极限：t→∞时的流动极限，或称为长期强度。 • 实际指导意义 • 为了防止围岩由于强度衰减而造成的破坏区扩大以致冒落，应该及早对巷道围岩进行支护和 加固。 • 根据巷道的不同服务年限ｔ设计合理的支护强度，服务年限越长，支护强度应越大。
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第三节 软岩的力学性质
• 软岩的变形与强度特征 • 软岩的变形特征取决于结构面与结构体。软岩的强度特征与岩体的尺寸、结构及应力状态有关。
• 软岩的变形特征 • 块状结构的软岩，加载初期有压密阶段，弹性阶段短，塑性变形大，最终表现为主破裂面贯 通和滑移破坏。 • 碎裂结构的软岩，弹性阶段极短，塑性阶段较长，主要为沿软弱结构面滑移破坏，属塑性破 坏。
2
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第一节 软岩的概念
• 工程软岩
• 在工程力作用下产生显著变形的工程岩体。
• 要点
• 工程力 • 作用在工程岩体上的力的总和。
重力 构造应力 水的作用力
• 显著变形
工程扰动力 膨胀应力
• 弹塑性、粘弹塑性，连续和非连续等变形。
• 相对性
• 工程力＜＝＞岩体强度
• 内含
• 对象，仅仅围绕工程活动的局部，即围岩；
目录
第二章 软岩的物理力学性质 第一节 软岩的概念 第二节 软岩的物理性质 第三节 软岩的力学性质 第四节 软岩的工程特性
思考题
1
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第三节 软岩的力学性质
• 流动极限的衰减特性 • 流动极限，就是具有流变性材料的屈服极限。它往往随时间的延长而衰减。软岩流变的另一重要 特征是强度随时间延长而明显降低。 • 流动极限类型 • 瞬时流动极限：t＝0时的流动极限，可近似称为瞬时强度。 • 长期流动极限：t→∞时的流动极限，或称为长期强度。 • 实际指导意义 • 为了防止围岩由于强度衰减而造成的破坏区扩大以致冒落，应该及早对巷道围岩进行支护和 加固。 • 根据巷道的不同服务年限ｔ设计合理的支护强度，服务年限越长，支护强度应越大。
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第三节 软岩的力学性质
• 软岩的变形与强度特征 • 软岩的变形特征取决于结构面与结构体。软岩的强度特征与岩体的尺寸、结构及应力状态有关。
• 软岩的变形特征 • 块状结构的软岩，加载初期有压密阶段，弹性阶段短，塑性变形大，最终表现为主破裂面贯 通和滑移破坏。 • 碎裂结构的软岩，弹性阶段极短，塑性阶段较长，主要为沿软弱结构面滑移破坏，属塑性破 坏。
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第一节 软岩的概念
• 工程软岩
• 在工程力作用下产生显著变形的工程岩体。
• 要点
• 工程力 • 作用在工程岩体上的力的总和。
重力 构造应力 水的作用力
• 显著变形
工程扰动力 膨胀应力
• 弹塑性、粘弹塑性，连续和非连续等变形。
• 相对性
• 工程力＜＝＞岩体强度
• 内含
• 对象，仅仅围绕工程活动的局部，即围岩；
目录
第二章 软岩的物理力学性质 第一节 软岩的概念 第二节 软岩的物理性质 第三节 软岩的力学性质 第四节 软岩的工程特性
思考题
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第二章 软岩和软土
第二节工程建没中经常遇到的重大工程地质问题之一. 软弱夹层是水工,铁路,矿山等工程建没中经常遇到的重大工程地质问题之一. 如软弱夹层中有泥化错动面,则对坝基岩体抗滑稳定起控制作用,给大坝的安全造成 如软弱夹层中有泥化错动面,则对坝基岩体抗滑稳定起控制作用, 很大的威胁,影响到设计方案,施工工期和工程投资.我国对软弱夹层的研究始于20 很大的威胁,影响到设计方案,施工工期和工程投资.我国对软弱夹层的研究始于20 世纪50年代狮子滩水电站建设.该电站坝址岩性为上侏罗统重庆组红色地层,由砂岩, 世纪50年代狮子滩水电站建设.该电站坝址岩性为上侏罗统重庆组红色地层,由砂岩, 50年代狮子滩水电站建设 砂质页岩,砂质粘土岩及粘土岩组成.由于钻探中采用了冲洗钻进,未发现软弱层, 砂质页岩,砂质粘土岩及粘土岩组成.由于钻探中采用了冲洗钻进,未发现软弱层, 直至基础开挖时才发现砂岩裂隙及层面间有厚为0. ～ 的夹泥层; 直至基础开挖时才发现砂岩裂隙及层面间有厚为 .5～4cm的夹泥层;风化破碎带中 的夹泥层 夹层厚达10~30cm,抗剪强度甚低(塑性夹泥f=0.20,液性夹泥f=0.15),造成了 夹层厚达10~30cm,抗剪强度甚低(塑性夹泥f 20,液性夹泥f 15), 10 30cm 勘测,设计,施工上的被动,紧张局面.经查明软弱夹层的分布和力学特性后, 勘测,设计,施工上的被动,紧张局面.经查明软弱夹层的分布和力学特性后,采取 了挖除夹层回填混凝土,钢筋锚固及夹层分布地段做防渗帷幕等工程措施. 了挖除夹层回填混凝土,钢筋锚固及夹层分布地段做防渗帷幕等工程措施.据国内已 建和设计中的大坝资料统计,由于软弱夹层问题而改变设计,降低坝高, 建和设计中的大坝资料统计,由于软弱夹层问题而改变设计,降低坝高,增加工程量 或后期加固的约占总数的1 或后期加固的约占总数的1/3.国内外发生事故或失事的许多工程,大多数都和软弱 国内外发生事故或失事的许多工程, 夹层问题有关.这就需要系统地研究软弱夹层的成因类型,分布规律,基本特性和长 夹层问题有关.这就需要系统地研究软弱夹层的成因类型,分布规律, 期渗水条件下的演变趋势,并结合电算,模型试验等,以便采取有效的工程措施. 期渗水条件下的演变趋势,并结合电算,模型试验等,以便采取有效的工程措施.
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3,泥化夹层在长期渗水条件下的演化趋势
水库蓄水后,地下水的坡降, 水库蓄水后,地下水的坡降,渗流和循环条件发 生了变化,泥化夹层的受力条件更加复杂,在新的边界 生了变化,泥化夹层的受力条件更加复杂, 条件下,有的夹层可能有恶化的趋势. 条件下,有的夹层可能有恶化的趋势.研究泥化夹层在 长期高水头作用下的变化, 长期高水头作用下的变化,对工程的安全和稳定性预测 有重要意义. 有重要意义. 化学成分的变化 渗透稳定的变化 抗剪强度的变化
第二节 软弱夹层的工程地质研究
软弱夹层是水工,铁路,矿山等工程建没中经常遇到的重大工程地质问题之一. 软弱夹层是水工,铁路,矿山等工程建没中经常遇到的重大工程地质问题之一. 如软弱夹层中有泥化错动面,则对坝基岩体抗滑稳定起控制作用,给大坝的安全造成 如软弱夹层中有泥化错动面,则对坝基岩体抗滑稳定起控制作用, 很大的威胁,影响到设计方案,施工工期和工程投资.我国对软弱夹层的研究始于20 很大的威胁,影响到设计方案,施工工期和工程投资.我国对软弱夹层的研究始于20 世纪50年代狮子滩水电站建设.该电站坝址岩性为上侏罗统重庆组红色地层,由砂岩, 世纪50年代狮子滩水电站建设.该电站坝址岩性为上侏罗统重庆组红色地层,由砂岩, 50年代狮子滩水电站建设 砂质页岩,砂质粘土岩及粘土岩组成.由于钻探中采用了冲洗钻进,未发现软弱层, 砂质页岩,砂质粘土岩及粘土岩组成.由于钻探中采用了冲洗钻进,未发现软弱层, 直至基础开挖时才发现砂岩裂隙及层面间有厚为0. ～ 的夹泥层; 直至基础开挖时才发现砂岩裂隙及层面间有厚为 .5～4cm的夹泥层;风化破碎带中 的夹泥层 夹层厚达10~30cm,抗剪强度甚低(塑性夹泥f=0.20,液性夹泥f=0.15),造成了 夹层厚达10~30cm,抗剪强度甚低(塑性夹泥f 20,液性夹泥f 15), 10 30cm 勘测,设计,施工上的被动,紧张局面.经查明软弱夹层的分布和力学特性后, 勘测,设计,施工上的被动,紧张局面.经查明软弱夹层的分布和力学特性后,采取 了挖除夹层回填混凝土,钢筋锚固及夹层分布地段做防渗帷幕等工程措施. 了挖除夹层回填混凝土,钢筋锚固及夹层分布地段做防渗帷幕等工程措施.据国内已 建和设计中的大坝资料统计,由于软弱夹层问题而改变设计,降低坝高, 建和设计中的大坝资料统计,由于软弱夹层问题而改变设计,降低坝高,增加工程量 或后期加固的约占总数的1 或后期加固的约占总数的1/3.国内外发生事故或失事的许多工程,大多数都和软弱 国内外发生事故或失事的许多工程, 夹层问题有关.这就需要系统地研究软弱夹层的成因类型,分布规律,基本特性和长 夹层问题有关.这就需要系统地研究软弱夹层的成因类型,分布规律, 期渗水条件下的演变趋势,并结合电算,模型试验等,以便采取有效的工程措施. 期渗水条件下的演变趋势,并结合电算,模型试验等,以便采取有效的工程措施.
2,泥化夹层的基本特性 ,
泥化夹层:软弱夹层中的泥化部分. 泥化夹层 软弱夹层中的泥化部分. 软弱夹层中的泥化部分 ⑴泥化夹层的结构特征 通常分三种不同的构造影响带:节理带,劈理带和泥化带, 通常分三种不同的构造影响带:节理带,劈理带和泥化带, 不同构造影响带的特性各不相同. 不同构造影响带的特性各不相同. ⑵泥化夹层的矿物成分和化学成分 主要的粘土矿物:蒙脱石,伊利石和高岭石. 主要的粘土矿物:蒙脱石,伊利石和高岭石. 主要的化学成分: 主要的化学成分:sio2, Al2O3,Fe2O3 . ⑶泥化夹层的水理性质 泥化夹层的膨胀性 泥化夹层的层状分带和渗流集中 泥化夹层的亲水性 ⑷泥化夹层的物理力学性质 不同地区泥化夹层的物理力学性质与所夹矿物有关. 不同地区泥化夹层的物理力学性质与所夹矿物有关.
第二章 软岩和软土的工程地质研究
软弱夹层的工程地质研究 第三节 风化岩石的工程地质研究 第四节 构造岩的工程地质研究 第五节 软土的工程地质研究
第一节 软弱岩石的涵义
1,涵义 软弱岩石(简称软岩) 软弱岩石(简称软岩)历来是工程地质和岩体力学研究的重要课题 之一.但过去对软岩的涵义比较含糊. 之一.但过去对软岩的涵义比较含糊.一般是根据岩块的单轴抗压强度 将岩石分为三类:坚硬岩石(Rc>60MPa) 半坚硬岩石(Rc=30 60MPa)和 (Rc>60MPa), (Rc=30～ 将岩石分为三类:坚硬岩石(Rc>60MPa),半坚硬岩石(Rc=30～60MPa)和 软弱岩石(Rc<30MPa) (Rc<30MPa). 软弱岩石(Rc<30MPa).尽管对软岩的定义和范畴在这几次讨论会上没有 取得一致的意见,但一般认为软岩应包括以下三方面的岩石: 取得一致的意见,但一般认为软岩应包括以下三方面的岩石: 软岩应包括以下三方面的岩石: 软岩应包括以下三方面的岩石: (1)软质岩石 即我们通常所说的软岩,包括粘土岩,页岩, 软质岩石, (1)软质岩石,即我们通常所说的软岩,包括粘土岩,页岩,软质的 泥灰岩,凝灰岩,大部分千枚岩,片岩, 泥灰岩,凝灰岩,大部分千枚岩,片岩,膨胀岩以及各种成因类型的软 弱夹层也归在此类. 弱夹层也归在此类. (2)构造岩或断裂破碎岩 构造岩或断裂破碎岩, (2)构造岩或断裂破碎岩,指在构造运动作用下形成的断层破碎带和 岩浆岩侵入所形成的破碎带,使岩石发生机械破碎,重结晶及新生动力 岩浆岩侵入所形成的破碎带,使岩石发生机械破碎, 变质矿物,削弱了岩石的力学特性, 变质矿物,削弱了岩石的力学特性,是机械作用和热动力变质作用的产 物. (3)风化岩 因风化而削弱的岩石. 风化岩, (3)风化岩,因风化而削弱的岩石.
⑵地质构造 地质结构面:断层,层面,节理,沉积间断面,侵入 地质结构面:断层,层面,节理,沉积间断面, 岩与围岩接触面等 断层带(裂隙密集带): ):囊状风化 断层带(裂隙密集带):囊状风化 层理面:差异风化— 层理面:差异风化—崩塌等 节理,裂缝面: 节理,裂缝面:球形风化 ⑶气候 温度:温差大,冷热变化频率快有利于物理风化; 温度:温差大,冷热变化频率快有利于物理风化;温度 变化对岩石在水中的溶解度和化学反应速度, 变化对岩石在水中的溶解度和化学反应速度,水溶液浓 度都有有较大影响,从而影响化学风化的速度. 度都有有较大影响,从而影响化学风化的速度. 降雨(湿度):各种化学风化是水(CO2,O2) ):各种化学风化是水 降雨(湿度):各种化学风化是水(CO2,O2)参与下 完成的,运动的水及矿物质运移,破坏化学平衡, 完成的,运动的水及矿物质运移,破坏化学平衡,促进 反应不断进行.水的加入使风化向多样化,深度发展. 反应不断进行.水的加入使风化向多样化,深度发展.
第三节 风化岩石的工程地质研究
主要目的:为了保证工程质量的前提下,根据坝工要求, 主要目的:为了保证工程质量的前提下,根据坝工要求,合理地确定基 岩的利用高程,减少岩石工程施工的剥离量,以节省工程投资,加快施工进展. 岩的利用高程,减少岩石工程施工的剥离量,以节省工程投资,加快施工进展. 亦即坝体的建基面是否完全需要放在新鲜岩体或微风化岩体上, 亦即坝体的建基面是否完全需要放在新鲜岩体或微风化岩体上,弱风化岩体可 否利用,边坡风化岩体如何处理等,都应做出全面的工程地质评价. 否利用,边坡风化岩体如何处理等,都应做出全面的工程地质评价. 1,影响岩体风化的因素 ⑴岩石的成分与结构 化学成分 活动性强的元素: Na等 随水流失. 活动性强的元素:K,Na等,随水流失. 活动性弱的元素:Fe,Al,Si等 残留在原地. 活动性弱的元素:Fe,Al,Si等,残留在原地. 含活动元素多者易于风化.同一种元素,所组成的化合物不同, 含活动元素多者易于风化.同一种元素,所组成的化合物不同,岩石 的抗风化能力也不同 结构特点 单一矿物组成的岩石抗风化能力较强:单矿岩>复矿岩 单一矿物组成的岩石抗风化能力较强:单矿岩> 矿物成分相同:等粒结构>不等粒结构,单粒结构岩石抗风化能力较强, 矿物成分相同:等粒结构>不等粒结构,单粒结构岩石抗风化能力较强, 细粒> 细粒>粗粒 Si质胶结>Ca质胶结 质胶结>Ca质胶结> Si质胶结>Ca质胶结>泥质胶结 原因:导热性不同,胀缩性不同, 原因:导热性不同,胀缩性不同,比表面积不同
1,成因与分类
软弱夹层按成因一般可分三种类型: 软弱夹层按成因一般可分三种类型: (1)原生型.指成岩过程中, (1)原生型.指成岩过程中,在坚硬岩层间所夹的粘粒含量 原生型 胶结程度差,力学强度低的软弱岩层. 高,胶结程度差,力学强度低的软弱岩层.如火山岩喷发间歇期 沉积的凝灰岩,凝灰质页岩;变质岩中的绢云母, 沉积的凝灰岩,凝灰质页岩;变质岩中的绢云母,绿泥石富集带 等. (2)次生型 指原生软弱夹层,蚀变破碎带, 次生型. (2)次生型.指原生软弱夹层,蚀变破碎带,次生矿物充填 的节理等在风化,地下水等外营力作用下, 的节理等在风化,地下水等外营力作用下,产生泥及碎屑物质而 形成的软弱夹层,又称风化夹层.这类夹层多分布在浅表地层, 形成的软弱夹层,又称风化夹层.这类夹层多分布在浅表地层, 往往受地形,水文地质条件, 往往受地形,水文地质条件,岩性及原生软弱夹层或软弱带发育 情况所控制,常呈局部软化或泥化,粘粒含量及含水量均较高. 情况所控制,常呈局部软化或泥化,粘粒含量及含水量均较高. (3)构造型 指岩层在构造作用下形成的软弱夹层. 构造型. (3)构造型.指岩层在构造作用下形成的软弱夹层.一种是 层间错动带亦称原生构造型软弱夹层; 层间错动带亦称原生构造型软弱夹层;另一种是指构造作用形成 的断层破碎带经泥化,软化而形成的软弱夹层. 的断层破碎带经泥化,软化而形成的软弱夹层.
软弱夹层的分类:一般应先按成因, 软弱夹层的分类:一般应先按成因,再按工程 地质性状作为划分软弱夹层的根据. 地质性状作为划分软弱夹层的根据. 葛洲坝工程将弱夹层分四类: 葛洲坝工程将弱夹层分四类: ①软岩夹层 ②碎块夹层 ③碎屑夹层 ④泥化夹层 小浪底工程将软弱夹层分软岩夹层和泥化夹层, 小浪底工程将软弱夹层分软岩夹层和泥化夹层, 而将泥化夹层按粒度和厚度变化又分五型: 而将泥化夹层按粒度和厚度变化又分五型: ①全泥型 ②泥加角砾型 ③泥夹粉砂和粉砂夹泥型 ④泥膜型 ⑤角砾夹泥型