巖土工程地質(zhì)分級與分類課件

1、1第7章 巖土工程地質(zhì)分級與分類7.1 工程巖體分級7.2 土的工程分類 27.1 工程巖體分級61.分級的目的 巖體工程分級的目的，是對作為工程建筑物地基或圍巖的巖體，進(jìn)行試驗(yàn)分級，得出相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)或參數(shù)，以便使工程建設(shè)達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理、安全的目的。 根據(jù)用途不同，巖體工程分級有通用和專用兩種分級。 分級的目的不同，其要求也不一樣。 總之，巖體工程分級是為一定的具體工程服務(wù)的，是為某種目的編制的，其內(nèi)容和要求須視工程類型、不同設(shè)計(jì)階段和所要解決的問題而定。72.影響巖體工程性質(zhì)的主要因素 影響巖體工程性質(zhì)的因素主要有：巖石強(qiáng)度、巖體完整性、風(fēng)化程度、水的影響等。 （1）巖石強(qiáng)度和質(zhì)量 巖

2、石質(zhì)量的好壞主要表現(xiàn)在它的強(qiáng)度(軟、硬)和變形性(結(jié)構(gòu)上的致密、疏松)方面。8（2）巖體的完整性 巖體被斷層、節(jié)理、裂隙、層面、巖脈等所切割，導(dǎo)致巖體完整性遭到破壞和削弱。巖體的完整性可以用節(jié)理裂隙出現(xiàn)的頻度、性質(zhì)、閉合程度等來表達(dá)；還可以根據(jù)鉆孔鉆進(jìn)時(shí)的巖心獲得率；彈性波在地層中的傳播速度等途徑去定量地反映巖體的完整性?？傊瑤r體的完整性可用地質(zhì)、試驗(yàn)和施工等各種定性、定量指標(biāo)參數(shù)來表達(dá)。 （3）風(fēng)化程度10（4）水的影響 113.工程巖體分級的代表性方案 本世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外提出了許多工程巖體的分級方法，其中影響較大的有RMR系統(tǒng)、RSR系統(tǒng)、Q系統(tǒng)和Z系統(tǒng)。1986年國家計(jì)委批準(zhǔn)編

3、制了工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)，于1994年經(jīng)國家建設(shè)部批準(zhǔn)為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，適用于各部門、各行業(yè)的巖石工程。 143.工程巖體分級的代表性方案 本世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外提出了許多工程巖體的分級方法，其中影響較大的有RMR系統(tǒng)、RSR系統(tǒng)、Q系統(tǒng)和Z系統(tǒng)。1986年國家計(jì)委批準(zhǔn)編制了工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)，于1994年經(jīng)國家建設(shè)部批準(zhǔn)為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，適用于各部門、各行業(yè)的巖石工程。4.工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(GB 5021894) 工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)提出了對工程巖體進(jìn)行初步定級和詳細(xì)定級的兩類定級方法。（1）工程巖體質(zhì)量的初步分級 工程巖體質(zhì)量初步分級是通過對巖體堅(jiān)硬程度和巖體完整程度兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行定性和定量分析基

4、礎(chǔ)上確定的。 15 巖石堅(jiān)硬程度的確定 i)定性劃分 16 ii)定量劃分 采用巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度(Rc)的實(shí)測值進(jìn)行定量劃分。當(dāng)無條件取得實(shí)測值時(shí)，也可采用實(shí)測的巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)Is(50)的換算值，并按下式換算： 巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)測量裝置17巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)測量裝置18巖體完整程度的確定 i)定性劃分 19 ii)定量劃分巖體完整程度的定量指標(biāo)采用巖體完整性指數(shù)(Kv)的實(shí)測值。當(dāng)無條件取得Kv實(shí)測值時(shí)，也可采用巖體體積節(jié)理數(shù)(Jv)按表7.6確定。巖體完整性指數(shù)與定性劃分的巖體完整程度的對應(yīng)關(guān)系按表7.7確定。 2021巖土工程勘探規(guī)范（GB50021-2001） （比前規(guī)范后出

5、版）中，巖體基本質(zhì)量初步定級如下：22（2）工程巖體質(zhì)量的詳細(xì)分級 當(dāng)遇有地下水、巖體穩(wěn)定性受軟弱結(jié)構(gòu)面影響且由一組起控制作用或存在表7.9所列的高初始應(yīng)力現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)用巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值，按表7.8對巖體質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)定級。巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值的計(jì)算式如下： K1、K2、K3 值分別按下表確定。無表中所列情況時(shí)，修正系數(shù)取0。BQ出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，應(yīng)按特殊情況處理。23 工程巖體基本級別一旦確定以后，可按下表選用巖體的物理力學(xué)參數(shù)以及按下頁表選用巖體結(jié)構(gòu)面抗剪斷峰值強(qiáng)度參數(shù)。267.2 土的工程分類1.概述土的工程分類分普通分類和專門分類兩種。 普通分類原則上應(yīng)包括工程建設(shè)中常所遇到的各種土類。

6、普通分類適用于各類工程建設(shè)，適用性廣，一般多用于分析、對比和綜合研究各類土的形成和變化規(guī)律，同時(shí)也是制訂專門分類和高等學(xué)校進(jìn)行教學(xué)的基礎(chǔ)。專門分類是以某一種特定的建筑工程為對象，按某一個(gè)或某幾個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)所提出來的分類，它密切結(jié)合建筑類型，直接為某設(shè)計(jì)或解決某一具體問題服務(wù)。 2.土的工程分類目的 （1） 大致判斷土的基本工程性質(zhì)；（2）當(dāng)土不能滿足工程要求時(shí)，可根據(jù)土的種類，確定相應(yīng)的 改良和處理方法。3.土的兩大工程分類體系（1） 建筑工程系統(tǒng)的分類體系：以原狀土作為研究對象（2）工程材料系統(tǒng)的分類體系：以擾動(dòng)土作為研究對象劃分原則與標(biāo)準(zhǔn)按堆積年代劃分按地質(zhì)成因劃分按有機(jī)質(zhì)含量劃分 老堆積土

7、；一般堆積土；新近堆積土按分布區(qū)域或特殊性質(zhì)劃分按顆粒級配和塑性指數(shù)劃分殘積土；坡積土；洪積土；沖積土；湖積土；海積土；冰水沉積土和風(fēng)積土等無機(jī)土、有機(jī)質(zhì)土、泥炭質(zhì)土和泥炭濕陷性土、紅粘土、軟土（包括淤泥和淤泥質(zhì)土）、混合土、填土、多年凍土、膨脹土、鹽漬土、污染土碎石土、砂土、粉土和粘性土294.土的工程分類方案簡介 （1）土的分類標(biāo)準(zhǔn)(GBJ 14590) 該標(biāo)準(zhǔn)是工程用土的通用分類。分類中考慮了土顆粒組成及其特征、土的塑性指標(biāo)(液限、塑限和塑性指數(shù))以及土中有機(jī)質(zhì)的存在情況等三方面的指標(biāo)。 分類的一般規(guī)定 i)土的粒組劃分 30ii)粒度成分的累計(jì)曲線 土顆粒組成特征應(yīng)根據(jù)土的級配指標(biāo)的不

8、均勻系數(shù)(Cu)和曲率系數(shù)(Cc)確定：d60限定粒徑：土樣中小于該粒徑的土粒重量占土?？傊亓康?60%；d10有效粒徑：土樣中小于該粒徑的土粒重量占土?？傊亓康?10%；d30：土樣中小于該粒徑的土粒重量占土?？傊亓康?0%。 Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu5的土視為級配不良的土； Cu10的土視為級配良好的土。 對于礫類土或砂類土，同時(shí)滿足Cu5和Cc=13時(shí)，定名為良好級配砂或良好級配礫。33A線方程式為：Ipo=0 66(WL一20)，B線為WLo=42 34一般土的分類 工程用土分為一般土和特殊土兩大類。 一般土按其不同粒組的相對含量劃分為巨粒土和含巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土。

9、i)巨粒土和含巨粒土、粗粒土按粒組、級配、所含細(xì)粒的塑性高低分為16類。GBJ145-90巨粒土和含巨粒土的分類土類粒組含量土的名稱土的代號(hào)巨粒土巨粒含量75%漂石粒50%漂石B漂石粒50%卵石Cb50%巨粒含量卵石漂石混合土SIB漂石粒卵石卵石混合土SICb35GBJ145-90 礫類土的分類土 類粒 組 含 量土代號(hào)土名稱礫細(xì)粒含量5%Cu5且Cc=1GW級配良好礫不同時(shí)滿足上述標(biāo)準(zhǔn)GP級配不良礫含細(xì)粒土礫細(xì)粒含量 5%15%GF含細(xì)粒土礫細(xì)粒土質(zhì)礫細(xì)粒含量15%50%細(xì)粒為粘土GC粘土質(zhì)礫細(xì)粒為粉土GM粉土質(zhì)礫36GBJ145-90 砂類土的分類土類粒組含量土代號(hào)土名稱砂細(xì)粒含量5%Cu

10、5且Cc=1SW級配良好砂不同時(shí)滿足上述標(biāo)準(zhǔn)SP級配不良砂含細(xì)粒土砂細(xì)粒含量5%15%SF含細(xì)粒土砂細(xì)粒土質(zhì)砂細(xì)粒含量15%50%細(xì)粒為粘土SC粘土質(zhì)砂細(xì)粒為粉土SM粉土質(zhì)砂37ii)細(xì)粒土是指土樣中細(xì)粒組質(zhì)量多于或等于總質(zhì)量50的土。其中，粗粒組質(zhì)量占總質(zhì)量的2550者稱含粗粒的細(xì)粒土；含部分有機(jī)質(zhì)者稱有機(jī)質(zhì)土。 細(xì)粒土、含粗粒的細(xì)粒土和有機(jī)質(zhì)土均據(jù)塑性圖所確定的類別進(jìn)行分類： 當(dāng)粗粒中礫粒占優(yōu)時(shí)，稱含礫細(xì)粒土，應(yīng)在相應(yīng)的細(xì)粒土代號(hào)后綴以符號(hào)G；當(dāng)粗粒中砂粒占優(yōu)時(shí)，稱含砂細(xì)粒土，應(yīng)在相應(yīng)的細(xì)粒土代號(hào)后綴以符號(hào)S；對于有機(jī)質(zhì)土，則在各相應(yīng)土類代號(hào)后綴以符號(hào)O。38（2）地基土的分類標(biāo)準(zhǔn)(GBJ

11、 14590) 該分類屬專門分類，它將作為建筑物地基的土分為碎石土、砂土、粉土，粘性土和人工填土等。碎石土是指粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50的土。土的名稱漂石塊石卵石碎石圓礫角礫顆粒形狀圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主顆粒級配粒徑大于200mm的顆粒含量超過全重50粒徑大于20mm的顆粒含量超過全重50粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50碎石土的分類39砂土是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50、粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50的土。土的名稱礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂顆粒級配粒徑大于2mm的顆粒含量占全重2550粒徑大于0.5mm的顆粒

12、含量超過全重50粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過全重50粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重85粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50砂土的分類40粉土是指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重的50、塑性指數(shù)小于或等于10的土。GB50021-94 粉土分類土的名稱顆粒級配砂質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒含量小于或等于土總質(zhì)量的10%粘質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒含量超過土總質(zhì)量的10%粘性土是指塑性指數(shù)大于10的土 。 i)按沉積年代分類 a、老粘土：第四紀(jì)晚更新世及其以前沉積的粘性土。 b、一般粘性土：第四紀(jì)全新世沉積的粘性土。 c、新近沉積的粘性土：文化期以來

13、新近沉積的粘性土。ii)按塑性指數(shù)分類，見右表：土的名稱粘土粉質(zhì)粘土塑性指數(shù)IP1710IP17425.我國主要特殊土的基本特性 435.我國主要特殊土的基本特性 （1）黃土 黃土的成因和分布 黃土是第四紀(jì)干旱和半干旱氣候條件下形成的一種特殊沉積物。顏色多呈黃色、淡灰黃色或褐黃色。黃土按成因分為原生黃土和次生黃土。原生黃土經(jīng)過流水沖刷、搬運(yùn)和重新沉積而形成的為次生黃土 。 黃土的成分和結(jié)構(gòu) i）黃土的顆粒組成黃土以粉土(0.0750.005)為主，平均含量達(dá)50以上。這一粒級又可分為細(xì)砂、粉土和粘粒。 ii）黃土的礦物成分粗礦物一般為次棱角狀到棱角狀，表面比較新鮮，較少受到風(fēng)化；細(xì)粒礦物以伊利

14、石、蒙脫石為主。 ）黃土的化學(xué)成分黃土的化學(xué)成分與黃土的礦物成分和風(fēng)化有關(guān)。主要有Si02、A1203、CaO，其次為Fe2O3、MgO和K20，此外尚含微量分散元素。黃土中的易溶鹽類以碳酸鹽為主，氯化物和硫酸鹽次之。 iv）黃土的結(jié)構(gòu)特征黃土孔隙率高達(dá)4050，除粒間小孔外，黃土中還發(fā)育各種特有的大孔隙，如蟲孔、植物根孔、裂隙、封閉空洞和巨大的潛蝕空洞等，使黃土具有特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)濕陷性。一般地層越老，孔隙率越低；坡積、殘積黃土的孔隙率比沖積黃土高。44v）黃土的密度：黃土密度為1.51.8g/cm3之間干密度為1.31.6g/cm3，若干密度1.5g/cm3 ，則具有濕陷性。黃土的基本工

15、程地質(zhì)特征 i）壓縮性濕陷性黃土的壓縮系數(shù)一般介于0.11.0MPa1之間。 ii）抗剪強(qiáng)度當(dāng)黃土的含水量低于塑限，水分變化對強(qiáng)度的影響最大，隨著含水量的增加，土的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力都降低較多；但當(dāng)含水量大于塑限時(shí)，含水量對抗剪強(qiáng)度的影響減小；而超過飽和含水量時(shí)，抗剪強(qiáng)度的變化就不大。土的含水量相同時(shí)，則土的干重度越大，其抗剪強(qiáng)度也越高。 iii）黃土的濕陷性 黃土在一定壓力下受水浸濕后，結(jié)構(gòu)迅速破壞，發(fā)生顯著沉陷的性能。 黃土的濕陷性分自重濕陷和非自重濕陷。48（2）紅粘土 紅粘土的定義與形成條件 碳酸鹽巖系出露區(qū)的巖石，經(jīng)紅土化作用形成的棕紅、褐黃等色的高塑性粘土稱為紅粘土。其液限一般大于5

16、0，上硬下軟，具明顯的收縮性，裂隙發(fā)育。經(jīng)再搬運(yùn)后仍保留紅粘土基本特征，液限大于45小于50的土稱為次生紅粘土。 紅粘土的分布規(guī)律 紅粘土主要為殘積、坡積類型，也有洪積類型，其分布多在山區(qū)或丘陵地帶。分布在盆地或洼地時(shí)，其厚度變化大體是邊緣薄，向中間逐漸增厚；分布在基巖面或風(fēng)化面上時(shí)，則取決于基巖起伏和風(fēng)化層深度。 紅粘土的成分特點(diǎn) 紅粘土的粒度成分中，小于0.005mm的粘粒含量為6080，其中小于0.002mm的膠粒占4070，使紅粘土具有高分散性。粘土礦物具有穩(wěn)定的結(jié)晶格架，細(xì)粒組結(jié)成穩(wěn)固的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，土體近于兩相系且土中水多為結(jié)合水，所有這些都是決定紅粘土具有良好力學(xué)性能的基本因素。49

17、51（3）軟土 軟土的成因和分布軟土一般是指天然含水量大、壓縮性高、承載力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的粘性土。如淤泥、淤泥質(zhì)土以及其它高壓縮性飽和粘性土、粉土等。當(dāng)天然孔隙比大于1.5時(shí)稱為淤泥；天然孔隙比小于1.5而大于1.0時(shí)，稱為淤泥質(zhì)土；當(dāng)土的燒失量大于5時(shí)，稱有機(jī)質(zhì)土；大于60時(shí)，稱泥炭。 軟土的成因類型(p104) i）濱海沉積ii）湖泊沉積）河灘沉積iv）沼澤沉積 軟土的分布 軟土在我國沿海分布廣泛，內(nèi)陸平原和山區(qū)也有分布。 52 軟土的工程性質(zhì)（p105)i）觸變性 ii）流變性 ）高壓縮性 iv）低強(qiáng)度v）低透水性。 vi）不均勻性 軟土中地質(zhì)問題的防治i）對于表面有密實(shí)土層（軟

18、土影殼層）時(shí)，應(yīng)作為天然地基的持力層，注意“輕基淺埋” ii）減少建筑物作用于地基的壓力 ）鋪設(shè)砂墊層 iv）遇有局部軟土和暗埋的塘、溝谷洞時(shí)，應(yīng)查明其范圍，然后根據(jù)實(shí)際情況，采用基礎(chǔ)深埋、換土墊層、短樁等措施處理v）施工時(shí)，應(yīng)注意對軟土基坑的保護(hù)，減少擾動(dòng)。 vi）若建筑物附近有大面積軟土堆積或軟土離建筑物太近，可采用樁基。53（4）膨脹土 膨脹土的成因和分類膨脹土是一種對環(huán)境變化，特別是對于濕熱變化非常敏感的土。其反映是發(fā)生膨脹和收縮，產(chǎn)生膨脹壓力。影響土的膨脹性的主要礦物是蒙脫石。 膨脹土的工程地質(zhì)特性膨脹土具網(wǎng)紋開裂，有蠟狀光澤的擠壓面，類似劈理。土層表層常出現(xiàn)縱橫交錯(cuò)的裂隙和龜裂現(xiàn)象

19、，使土體的完整性破壞，強(qiáng)度降低。膨脹土天然含水量較小，多為17一36，一般為20左右。所以，膨脹土常處于硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)。膨脹土強(qiáng)度較高，壓縮性中等偏低，故常被誤認(rèn)為是較好的天然地基。當(dāng)含水量增加和結(jié)構(gòu)擾動(dòng)后，力學(xué)性質(zhì)減弱明顯。研究表明，浸濕且結(jié)構(gòu)破壞的重塑土，其抗剪強(qiáng)度可比原狀土降低1/3-2/3，其中內(nèi)聚力降低明顯，內(nèi)摩擦角降低較少；壓縮性增大，壓縮系數(shù)可增大1/4-1/2。 57（5）凍土 凍土的分類凍土是指溫度等于或低于攝氏零度、且含有冰的各類土。根據(jù)其凍結(jié)時(shí)間可分為：i)季節(jié)性凍土季節(jié)性凍土是受季節(jié)性的影響，冬季凍結(jié)，夏季全部融化，呈周期性凍結(jié)、融化的土。因其周期性的凍結(jié)、融化，對地基

20、的穩(wěn)定性影響較大。 ii)多年凍土多年凍土是凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)多年(一般是3年以上)不融的凍土，多年凍土常存在于地面下的一定深度，其上部接近地表部分，往往亦受季節(jié)性影響，冬凍夏融，此冬凍夏融的部分常稱為季節(jié)融凍層。因此，多年凍土地區(qū)常伴有季節(jié)性凍結(jié)現(xiàn)象。 58凍土的力學(xué)性質(zhì) i)凍土的融化壓縮：土融化過程中在無外荷作用的情況下，所產(chǎn)生的沉降稱為融化下沉(簡稱融陷)。 ii)凍脹量：土的凍脹是土凍結(jié)過程中土體積增大的現(xiàn)象。 ）法向和切向凍脹力：地基土凍結(jié)時(shí)，隨著土體的凍脹，作用于基礎(chǔ)底面上的抬起力，稱為基礎(chǔ)底面的法向凍脹力，簡稱法向凍脹力。平行向上作用于基礎(chǔ)側(cè)表面的抬起力，稱為基礎(chǔ)側(cè)面的切向凍脹力，簡

21、稱切向凍脹力。 iv）凍結(jié)力：凍土與基礎(chǔ)表面通過冰晶膠結(jié)在一起，這種膠結(jié)力稱為基礎(chǔ)與凍土間的凍結(jié)強(qiáng)度，簡稱凍結(jié)力。 v）凍土的抗剪強(qiáng)度:凍土的抗剪強(qiáng)度是指凍土在外力作用下，抵抗剪切滑動(dòng)的極限強(qiáng)度。凍土的抗剪強(qiáng)度不僅與外壓力有關(guān)，而且與土溫及荷載作用有密切關(guān)系。59凍土的工程性質(zhì)（p106) i)季節(jié)性凍土的工程性質(zhì)：作為建筑物地基，在凍結(jié)狀態(tài)下，具有較高的強(qiáng)度和較低的壓縮性，但融化后承載力大大下降，壓縮性急劇升高，使地基產(chǎn)生融陷，凍結(jié)過程又產(chǎn)生凍脹，使地基承受巨大壓力。一般土的顆粒越粗，含水量越小，凍土的凍脹和融陷越小，反之亦反。 ii)多年凍土的工程性質(zhì) A.不融陷土 B.弱融陷土 C.中融

22、陷土 D.強(qiáng)融陷土 E.極融陷土 62（6）鹽漬土 鹽漬土的成因與分類 鹽漬土系指含有較多(大于0.5)易溶鹽類的土。這類土常具有吸濕、松脹等特性。鹽漬土主要形成于干旱、半干旱地區(qū)，分布一般在地勢比較低而且地下水位較高的地段。鹽漬土的厚度不大，一般為1.54.0m。其厚度與地下水埋深、土的毛細(xì)作用上升高度以及蒸發(fā)作用影響深度(蒸發(fā)強(qiáng)度)有關(guān)。在鹽漬土地區(qū)，經(jīng)常發(fā)生鹽類被淋溶和鹽類聚集的周期性的過程。鹽漬土按分布區(qū)域可分為濱海鹽漬土、內(nèi)陸鹽漬土和沖積平原鹽漬土，按所含鹽類的性質(zhì)可分為氯鹽類鹽漬土、硫酸鹽類鹽漬土和碳酸鹽類鹽漬土。 鹽漬土的工程性質(zhì)i)氯鹽類鹽漬土a、對可塑性的影響 氯鹽含量越高，液限、塑限及塑性指數(shù)越低，可塑性越低。b、對土密度的影響 土中含有氯鹽時(shí)，一般使土的天然孔隙比降低，土的密度、干重度提高，這是因?yàn)槁塞}晶