岩土体的工程性质详解
岩土工程特点及勘探技术
岩土工程特点及勘探技术岩土工程是研究和应用土壤力学、基岩力学、工程地质等学科原理，以及有关工程材料和结构力学等学科知识，进行地质和土壤勘察、设计和施工等阶段的一门工程学科。
岩土工程的特点主要包括以下几个方面：1. 岩土工程具有大地工程性质。
岩土工程常常与地质环境紧密相关，需要对地层进行勘测和分析，了解地下情况对工程的影响。
岩土工程旨在解决工程在地下和地面的相互作用问题，并考虑地震、风、水、温度等外力对工程的影响。
2. 岩土工程涉及多学科知识。
岩土工程要求掌握土壤力学、基岩力学、工程地质、结构力学等多个学科的理论和知识，并将其应用于实际工程中。
岩土工程师需要综合运用不同学科的知识，解决工程问题。
3. 岩土工程具有不确定性。
由于地下情况的复杂性和难以完全掌握，岩土工程存在着一定的不确定性。
在岩土工程设计和施工过程中，需要对不确定因素进行评估和控制，采取合理的工程措施。
4. 岩土工程具有应用性强。
岩土工程将理论与实践结合起来，旨在解决实际工程中的问题。
岩土工程师需要根据具体工程要求，选择合适的岩土工程技术和方法，并进行实际施工。
在岩土工程勘察中，勘探技术起着非常重要的作用，它可以提供岩土体的几何特征、物理性质和力学性质等必要信息，为岩土工程设计和施工提供依据。
常用的岩土工程勘探技术包括以下几种：1. 地层钻探：地层钻探是获取地下岩土体信息的常用方法。
通过钻孔，可以获取与工程有关的地下岩土体的几何及物理特性，包括岩土体的厚度、颗粒组成、含水率、强度等。
2. 岩土物理勘探：岩土物理勘探主要包括直接电阻率法、地震波法和重力法等。
这些方法通过测量岩土体的电阻率、地震波传播速度和重力场等物理量，来确定岩土体的性质及分布。
3. 地质勘探：地质勘探主要包括地质地貌观察、野外地质测量和地质探槽等。
地质勘探主要用于获取地质构造、地层信息和岩土体的断裂、褶皱等情况，对工程设计和施工有很大的指导意义。
4. 岩土动力勘探：岩土动力勘探主要利用地震波获取地下岩土体的动力参数。
岩土体工程地质划分
一、岩体工程地质类型及特征依据岩石成因，研究区岩体可划分为岩浆岩、沉积岩二大工程地质类型。
1．岩浆岩区内岩浆岩仅发育有侵入岩，包括变质侵入岩。
变质侵入岩也可划为变质岩类副变质岩，由于研究区内变质岩类型单一，面积小，只在侵入岩类中加以叙述其特征。
依据侵入岩工程地质结构特征、岩性组合、岩石强度，分为坚硬块状闪长玢岩、正长斑岩、花岗岩、闪长岩岩性综合体和坚硬—较坚硬片状闪长岩类岩性综合体。
（1）坚硬块状闪长玢岩、正长斑岩、花岗岩、闪长岩岩性综合体：岩性组合为元古代二长花岗岩、正长花岗岩、黑云花岗闪长岩及中生代燕山期石英正长斑岩、角闪闪长玢岩岩脉。
岩石坚硬性脆，工程地质结构类型为块状结构。
岩石饱和单轴抗压强度大于60Mpa，抗风化能力强。
在裸露区风化残积土厚0—1m，隐伏区残积土厚1—3m，标贯击数14—30击，地基承载力标准值240—280kpa；全风化带厚0—2m，标贯击数40.9击，地基承载力标准值350—500kpa；强风化带厚0—4m，标贯击数60.2击，地基承载力标准值500—2000kpa。
该岩性综合体具低压缩性，是良好的天然地基。
（2）坚硬—较坚硬片状闪长岩类岩性综合体：为晚太古代阜平期片麻状中粒黑云角闪英云闪长岩。
是经过区域变质作用的片状、片麻状变质侵入岩。
片理产状45°—65°。
岩石饱和单轴抗压强度30—60Mpa，属坚硬—较坚硬；工程地质结构类型为片状结构。
岩体全风化带厚0—5m，标贯击数35击。
地基承载力标准值300—400kpa；强风化带厚5—10m，标贯击数54击，地基承载力标准值400—1500kpa。
岩体塑性变形较大，具中低压缩性，边坡稳定性差，易引起风化、流失、边坡失稳等工程地质问题。
2．沉积岩沉积岩可划分为碳酸盐岩、碳酸盐岩夹碎屑岩、碎屑岩、碎屑岩夹碳酸盐岩四种工程地质岩组。
（1）碳酸盐岩岩组依据岩组工程地质结构特征，岩性组合，岩石强度分为坚硬中厚层状碳酸盐岩岩性综合体；坚硬—较坚硬中厚层状碳酸盐岩岩性综合体；坚硬中薄层状碳酸盐岩岩性综合体；坚硬—较坚硬薄层状碳酸盐岩岩性综合体。
8 工程岩土学_岩土体的工程地质分类
工程岩土学 第八章 岩土体工程地质分类
§1 土的工程地质分类
(3)根据有机质含量(按灼失量试验确定)可将士分为: 无机土(＜5％)、有机质土(5-l0％)、炭质土(l0-60％)、泥炭(＞60％) (4)按颗粒级配和塑性指数可将士分为碎石土、砂土、粉土和粘性土 碎石上：粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量50％。根据颗粒级配和颗粒 形状，按表6-1分为僳石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。 砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量的50％,且粒径大于0.075mm 的颗粒含量超过总质量50％的土。根据颗粒级配，按表6—2分为砾砂、粗砂、 中砂、细砂和粉砂。 粉土：粒径大子0.075mm的颗粒含量不超过总质量的50％，且塑性指数少 于或等于10的土。 粘性土：塑性指数大于10，又分为粉质粘土(10＜Ip＜17)和粘土(Ip＞17) 此外，具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的 土称为特殊性土，单独分出，包括湿陷性土、红粘土、软土、填土、多年冻土 13 、膨胀土、盐渍土、污染土
3
工程岩土学 第八章 岩土体工程地质分类
§1 土的工程地质分类 二、土的工程地质分类的一般原则和形式
国内外各种土的工程地质分类的方案很多，但都是按一定的原则，在充 分认识土的不同特殊性的基础上归纳其共性，将客观存在的各种土划分为若干 不同的类或组；不同类型的土有各自的地质特点，工程持性存在一定的差异。 同时，要考虑到分类指标能反映土的特性，且测定方法简便。
（2学时）
1. 土的工程性质分类 2. 岩石的工程性质分类 ☆ ☆
2
工程岩土学 第八章 岩土体工程地质分类
§1 土的工程地质分类 一、土的工程地质分类的基本类型
土的工程地质分类，按其具体内容和适用范围，可以概括地分为三种基 本类型： 1．一般性分类。对包括工程建筑户常遇到的各类土，考虑土的主要工 程地质特性进行划分。这是一种比较全面的综合性分类，有着重大的理论和 实践意义。最常见的土分类就是这种分类，又称通用分类。 2．局部性分类。仅根据一个或较少的几个专门指标，粒度成分的分类 ，按塑性指数的分类及按压缩性分类等。明确具体，是一般性分类的补充和 发展。或仅对部分土进行分类，例如按这种分类应用范围较窄。 3．专门性分类。根据某些工程部门的具体需要而进行的分类。它密切 结合工程建筑类型，直接为工程设计施工服务。如水利水电、地质、工业与 民用建筑、交通等部门都有相应的土的分类，并以规范形式颁布，在本部门 统一执行。专门性分类是一般性分类在实际运用中的补充和发展。
岩土体工程地质特征
1. 岩土类型：岩土体工程地质特征首先包括对地质体的分类和描述，例如土壤、岩石、砂 、粘土等。不同的岩土类型具有不同的物理和力学性质，对工程设计和施工具有重要影响。
2. 岩土层位：地质特征还包括对地下岩土层位的描述，包括不同层位的厚度、分布、性质 等。岩土层位的差异会导致地下水位、土壤质地、岩石强度等方面的变化，对工程设计和地 基处理起着重要作用。
岩土体工程地质特征
3. 岩土物理性质：岩土体工程地质特征还包括对岩土物理性质的描述，如颗粒大小、密度 、含水量、孔隙度等。这些性质直接影响土体的强度、渗透性、可压缩性等工程性质。
4. 岩土工程性质：地质特征还包括对岩土工程性质的描述，如土壤的可塑性、岩石的强度 、土体的稳定性等。这些性质对于工程设计、地基处理和施工方法的选择具有重要意义。
5. 地下水位和地下水条件：地质特征还需要考虑地下水位和地下水条件对工程的影响。地 下水位的高低、渗透性和水位变化等因素会对土体稳定性、地下水排泄和基坑降水等工程问 题产生影响。
岩土体工程地质特征
6. 地质构造和断裂带：地质特征还包括对地质构造和断裂带的描述。地质构造和断裂带对 岩土体的稳定性和变形特性有重要影响，需要在工程设计和施工过程中予以考虑。
土力学与岩土工程
土力学与岩土工程LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】岩土工程与土力学1，岩土工程的定义岩土工程又称土力工程学，大地工程学。
主要研究泥土构成物质的工程特性。
是欧美国家于20世纪60年代在土木实践中建立起来的一种新的技术体制。
岩土工程是以求解岩体与土体工程问题，包括地基与基础。
过程与地下工程问题，作为自己的研究对象，岩土工程师会研究从工地采集的泥土样本和岩石样本中的数据，然后计算工程上的建筑所需的格构。
同时，我们知道地上，地下和水中的各类工程统称土木工程。
土木工程中涉及岩石，土，地下，水中的部分称岩石工程。
2，岩土工程的内容《岩土工程基本术语标准》定义为：“土木工程中涉及岩石和土的利用、处理和改良的科学技术。
”中国大百科全书定义为：“土木工程的一个分支，以工程地质学、岩石力学、土力学与基础工程为理论基础，涉及岩石和土的利用、整治和改造的一门技术科学。
”也有专家定义为：“土木工程的一个分支，研究岩土体（包括其中的水）作为支承体、荷载、介质或材料，必要时对其改良或治理的一门工程技术。
”以上表述方法虽不完全一致，但主要方面是相似或相同的。
第一、岩土工程是土木工程的一个分支；第二、研究对象是岩石和土，包括岩土中的水；第三、是一门技术科学或工程技术。
岩土工程的实践性很强，从工程实践角度，包括下列范围：（1）岩土作为支承体房屋建筑、道路、桥梁、堆场、大型设备等等，都建造在岩土上，岩土作为地基，作为支承体，研究的主要问题是承载力和变形问题。
（2）岩土作为荷载或自承体边坡工程、基坑工程、露天矿等地面开挖，隧道、地下洞室等地下开挖，面临的是另一类稳定和变形问题。
这时，岩土体担任的角色,既可能是荷载，也可能是自承体。
同时，地下水的控制常常具有举足轻重的影响。
（3）岩土作为材料填方工程，特别是大面积高填方、填海造陆，要用大量岩土作为材料；围堰、水坝、路堤等也用岩土为材料。
岩土体工程地质类型及特征
一、岩土体工程地质类型及特征岩土体工程地质类型的划分根据岩土体形成条件、结构、岩性、力学特性及工程地质特征的差别，可分为松散松软堆积层岩类、碳酸盐岩类及碎屑岩类3个岩体类型6个工程地质岩组。
（一）土体工程地质类型及物理力学特征此岩类的划分根据其结构特征、力学性质及工程特性分为中偏高压缩粘性土类岩组和低压缩碎石土类岩组2个工程地质岩组。
1、中偏高压缩粘性土类岩组（1）残坡积土（Q el+dl）残坡积层主要分布于沿线丘陵沟谷坡脚一带，多为紫红色、棕红色粉砂质粘土或浅黄色、灰黄色砂土、亚粘土、粉土夹（含）碎石，沿线厚度不一。
残坡积亚粘土天然含水量W18.8～24.00%，天然孔隙比e0.600～0.697，塑性指数Ip 8.4～12.6，液性指数I L 0.46～0.60为软塑状，凝聚力C26.6～45.1Kpa，内摩擦角φ10.1～18.7度，压缩系数a0.25～0.40为中～偏高压缩土类。
残坡积层的主要工程地质问题是湿陷变形、压缩沉降变形、蠕滑变形。
（2）冲洪积土（Q4al+pl）冲洪积层主要分布于河床、河滩上，为灰色、浅灰色亚粘土、粘土及褐灰色细、粉砂土及砂砾卵石层，厚度不一。
亚粘土天然含水量W21.7～26.50%，天然孔隙比e0.619～0.838，塑性指数Ip 8.4～14.6，液性指数I L 0.46～0.87为可塑状，凝聚力C12.9～32.2Kpa，内摩擦角φ7.0～10.3度，压缩系数a0.31～0.47为中～偏高压缩土类。
粘土天然含水量W28.8～34.30%，天然孔隙比e0.838～0.978，塑性指数Ip 20.0～21.3，液性指数I L 0.54～0.77为软塑状，凝聚力C22.6～54.7Kpa，内摩擦角φ10.0～10.3度，压缩系数a0.24～0.605为中～高压缩土类。
冲洪积层的主要工程地质问题是湿陷变形、压缩沉降变形、蠕滑变形。
2、低压缩碎石土类岩组崩坡积土（Q4col+dl）崩坡积层主要分布于斜坡边缘、高陡斜坡的坡脚处，碎块石成份与地层岩性有关，为黄灰、红褐色亚粘土夹块石、碎石。
第4章+岩土体的工程地质特性(4)
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。
岩土体的一些性质
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工程建设四大程序: 工程建设四大程序: 勘察 设计 勘察主要内容包括: 勘察主要内容包括: (1)工程地质测绘与调查 (2)勘探 掘探,钻探,触探, 掘探,钻探,触探,物探 (3)测试 室内试验及原位测试 (4)长期观测 建筑物的沉降变化 滑坡变形发展 地下水位动态变化 施工 检测
其中2 10为作业题 为作业题) 思考题 (其中2-3,2-5,2-7,2-10为作业题) 土体可分为哪几大粒组?砂土又可细分为几类? 2-1 土体可分为哪几大粒组?砂土又可细分为几类? 粘土又可细分为几类? 粘土又可细分为几类? 粘性土及无粘性土的分类标准各是什么? 2-2 粘性土及无粘性土的分类标准各是什么?为什 么? 岩体的弹性模量和变形模量间的区别是什么? 2-3 岩体的弹性模量和变形模量间的区别是什么? 什么是土体的压缩模量? 2-4 什么是土体的压缩模量? 粘性土及无粘性土的主要特征各是什么? 2-5 粘性土及无粘性土的主要特征各是什么? 2-6 试验室内用岩块试件测得的岩石强度为什么不 能视为现场岩体强度? 能视为现场岩体强度? 工程岩体按结构可分为哪几类? 2-7 工程岩体按结构可分为哪几类?各相应有怎样 的完整程度? 的完整程度? 2-8 影响土体工程性质的因素有哪些? 影响土体工程性质的因素有哪些? 岩土体有哪些重要的力学指标? 2-9 岩土体有哪些重要的力学指标? 岩土工程勘察主要包括哪些内容? 2-10 岩土工程勘察主要包括哪些内容?
粉土
粘性土
2.4 土体工程性质的影响因素
(1)粒度组成 (2)密实度 (3)粘性土的稠度 (4)粘性土的结构性 应力历史, (5)应力历史,环境及应力路径
2.5 工程岩体分类
岩体三要素:岩体结构,岩性, 岩体三要素:岩体结构,岩性,地应力 结构类型分 2.5.1 按结构类型分 2.5.2 按完整程度分 完整程度分 5大类 5大类
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砂砾层组 包括砾石层和砂层，含水丰富、承裁力高、冻土力学性质好。冻结法施工 土层稳定。
流砂层组 包括部分细砂层、粉砂层和塑性指数小于3~5的亚砂土。当此类土中含有 较多的亲水粘土胶体颗粒时，在不大的水力坡度作用下即产生悬浮和流动，称为真 流砂层，在较大的水力坡度和水流速度时，冲动了细小颗粒而产生流动者称假流砂 层。
3 岩体与土体差别：
a. 结构形式 岩石--存在断层、节理、裂隙等结构面; 土一般是连续;
b. 连结形式 岩石--结晶连结、胶结连结--硬连结; 土--无连结、水连结或水胶连结等;
c. 力学性质 岩石比土具有强度高、不易变形及整体性和抗水性好，但 缺陷是存在断层、节理等构造面;
d. 地应力 岩体--有较高地应力; 土体--只有自重应力存在次生结构面 （见下表） (2)特征 a.结构面的产状 结构面的产状与最大主应力作用线方向之间 的关系控制着岩体的破坏机理，进而控制着岩体 的强度。
如上图： β-结构面与最大主应力的夹角
二、工程地质性质
1 土体： 不是各土层性质的叠加而是相互影响，主要
考虑薄弱环节
2 岩体： 结构起控制作用
第二节 工程地质岩组
岩土工程地质类型划分--联合国教科文组织 （UNESCO）和国际工程地质协会（IAEG） 1、划分: 工程地质单元 工程地质类型（ET）、岩石类型（LT）、岩 石综合体（LC)、工程地质岩组(LS) a. ET--精度高，物理状态和岩性均匀. b. LT--包含不同ET,其成分、结构和构造是 均匀的,但物理状态不均匀,存在一定范围. c. LC--一组发育在特定古地理和地质构造 条件下的成因相关的LT组成,空间分布均一,物理 状态不同. d. LS--在相似的古地理构造条件下形成,具 有共同的岩性性质和一般的均匀性.
(1)岩组划分。岩组是指岩石的工程地质组合，每一岩组 都有一定的岩石组合特征及相似的工程地质特征，其中最 重要的是力学性质相似和水理性质相似。岩组是反映岩体 性质的基本单元，在编绘工程地质图件时应当用岩组表示。 在煤田勘探阶段，将岩体划分为以下七个岩组：
石灰岩岩组 包括石灰岩、白云质灰岩、白云岩等碳酸盐
砂页岩岩组 一般是指那些砂岩和页岩互层产出的岩 体，其分层厚度小于20m，水稳性中等，其稳定性 介于砂岩岩组和泥岩岩组中间。
岩浆岩组 煤系中常见有岩浆岩的侵入，包括微晶闪 长岩、细晶岩、煌斑岩等，水稳性好，单抽抗压强度 往往大于80MPa，稳定性好。
构造破碎岩组 指构造变动强烈地段的岩体。例如断 层破碎带、扭曲紧闭的背斜和向斜轴部附近的岩体， 往往水稳性差，强度低，稳定性差。
淤泥层组 即淤泥状土层，含水量高(40％~91％)，有机质多（5％~9％），透水 性差，具高压缩性，抗剪强度很低(4＝2°~5°，c＝0~0.02MPa)。
黄土层组 以粉粒为主，黄色，塑性指数8~14，含水量低(10％~25％)，孔隙率高 (45％~55％)；有些黄土具湿陷性，给工程建筑带来不利影响。
第二章岩土体的工程性质
第一节 岩土体的物质组成与性质
一、岩土体的物质组成
1 岩土体：是非均质、各向异性、厚度不等，具有 一定次序并含有一定结构的多层岩土层，且存在 于一定的地下水、温度及应力场环境中的地质体。
2 岩体与土体共性： a.都为矿物集合体; b.有固相、液相和气相组成的多相体系; c.相互转化：土---成岩作用---岩石; 岩石--风化作用---土;
人工堆积层组 指人工填土，力学性质较差，一般厚度很小。
划分层组一般是在土层结构比较复杂时才应用。通过把复杂的土层简化为几个层 组，可使人们对每个层段的宏观工程地质性质有个清晰、明确的了解。如果土层结 构简单，也可不划分层组。
第三节 岩体结构及其工程性质
一、基本概念 1 结构面:指发育于岩体中，具有一定方向和延伸 性,有一定厚度的各种地质界面,如断层、节理、 层理及不整合面等.由于这种界面中断了岩体的连 续性，故又称不连续面。
风化岩组 指强烈风化带的岩层，水稳性差，强度低， 稳定性差。
(2)层组划分。层组是指工程地质性质相近的松散土层的组合。松散土层的工程地质 性质，一般与其粒度组成和含水量有着密切关系，根据煤矿工程的特点，可将松散 土层划分为以下九个层组：
粘土层组 包括粘土、亚粘土、含砂粘土等，不具湿陷性，自由膨胀率小于20％。
类岩石，这类岩石水稳性极好，单轴抗压强度一般大于 60MPa，为地下工程中较理想的岩体。
砂岩岩组 包括砾岩和砂岩类岩石，水稳定性好，单轴抗 压强度大于30MPa，分层厚度多大于20m，是稳定性较好 的岩体。
泥岩岩组 包括泥岩、页岩，以及遇水泥化的砂岩粉 砂岩等，水稳性差，单轴抗压强度小于20MPa，是 稳定性很差的岩体。
2 结构体:结构面在空间的分布和组合可将岩体切 割成形状、大小不同的块体,称结构体.
3 岩体:通常把在地质历史过程中形成的,具有一 定的岩石成分和一定结构,并赋存于一定的地质环 境中（地应力、地下不、地温）的地质体。
4 岩体结构:结构面和结构体的排列与组合形成。 包括结构面和结构体两个要素。
二、岩体结构特征 1 结构面的特征及性质 (1)类型
2、目的: 研究对比和量化计算
3、原则: A）精度有高到低 B)必须以实际资料为前提
4、依据:
A)地层形成时代及顺序 B)岩石成因类型、岩性及岩相变化 C)岩石的物质组成及组织结构 D)成层条件及厚度变化 E)岩层的原生结构面标志 F)岩石的物理力学性质
岩土体类型及其工程地质性质 煤矿中任何建筑工程(包括 地表和地下)都脱离不开岩体和土体。对工程建筑物的稳定 性来说，岩体和土体的工程地质性质常常具有决定性作用。 任何工程建筑的工程地质条件，总少不了岩体和土体这个 基本因素，所以在煤矿工程地质工作中也总是从查明岩土 体类型和工程地质性质着手进行工作的。