《工程巖體的分類》課件

工程巖體的分類掌握巖體分類的基礎(chǔ)知識是理解和設(shè)計工程地質(zhì)問題的關(guān)鍵。從巖體的成因、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等多方面進(jìn)行分類,有助于對工程場地的判斷和預(yù)測。概述工程巖體定義工程巖體指在工程建設(shè)中遇到的各種巖石及其組成的巖體。了解工程巖體的性質(zhì)和特征是工程建設(shè)的基礎(chǔ)。工程地質(zhì)勘察通過工程地質(zhì)勘察,可以獲取工程巖體的詳細(xì)信息,為后續(xù)的工程設(shè)計和施工提供依據(jù)。分類體系建立合理的工程巖體分類體系,可以更好地描述巖體的性質(zhì)和特征,為工程應(yīng)用提供參考。巖石的基本性質(zhì)物理特性巖石具有密度、孔隙率、含水率等物理性質(zhì),這些特性對巖體的工程應(yīng)用至關(guān)重要。例如,密度高的巖石適用于建筑基礎(chǔ),而孔隙率較高的巖石更適合作為水源涵養(yǎng)區(qū)。力學(xué)特性巖石具有抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度等力學(xué)性質(zhì),反映了巖石承載力和抗變形能力。這些特性影響著巖體的穩(wěn)定性和開采難度?；瘜W(xué)特性巖石的礦物成分和化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了其耐候性、耐酸堿性等化學(xué)特性。這些特性對巖石在特殊環(huán)境中的應(yīng)用有重要影響。物理化學(xué)特性巖石還具有吸水性、導(dǎo)熱性等物理化學(xué)特性,決定了其在工程建筑、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。巖石的成因分類火成巖由來自地球內(nèi)部巖漿冷卻凝固而成的巖石,包括花崗巖、玄武巖等。沉積巖由水、風(fēng)等自然作用下的沉積物逐漸壓實而成的巖石,如砂巖、頁巖等。變質(zhì)巖由原有的火成巖或沉積巖在高溫高壓條件下改變而成的新型巖石,如大理巖、片巖等。巖石的工程性質(zhì)分類強度特性巖石抗壓、抗拉、抗剪等力學(xué)強度特性是衡量其工程性能的重要指標(biāo)。變形特性巖石的彈性模量、泊松比等變形指標(biāo)決定其在工程載荷下的穩(wěn)定性。風(fēng)化特性巖石抗風(fēng)化、風(fēng)化程度是評估其長期工程性能的關(guān)鍵因素。滲透特性巖石的孔隙度和滲透系數(shù)對地下工程的穩(wěn)定至關(guān)重要。巖石的工程地質(zhì)分類1按成因分類將巖石劃分為沉積巖、變質(zhì)巖和火成巖三大類。每種巖石都有自己獨特的工程特性。2按物理機(jī)械性質(zhì)分類根據(jù)巖石的強度、硬度、韌性等物理機(jī)械性質(zhì)進(jìn)行分類，可反映巖石的工程適用性。3按風(fēng)化程度分類通過巖石的風(fēng)化程度分為新鮮、中等風(fēng)化和強風(fēng)化等級，反映巖體的工程地質(zhì)特征。4按結(jié)構(gòu)特征分類依據(jù)巖體的節(jié)理、斷層、片理等結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分類，可評估巖體的穩(wěn)定性。沉積巖的工程地質(zhì)分類顆粒結(jié)構(gòu)分類根據(jù)顆粒大小將沉積巖分為礫石、砂、粉土和粘土等不同類型。成因分類包括化學(xué)沉積巖、機(jī)械沉積巖和生物沉積巖等不同成因類型。結(jié)構(gòu)分類根據(jù)沉積層理、層理、裂理等特征將沉積巖劃分為不同的結(jié)構(gòu)類型。工程性質(zhì)分類根據(jù)強度、變形、滲透性等工程特性將沉積巖劃分為不同的工程地質(zhì)類型。變質(zhì)巖的工程地質(zhì)分類頁理變質(zhì)巖這類變質(zhì)巖具有明顯的葉理結(jié)構(gòu),反映了在強烈的擠壓下發(fā)生重結(jié)晶形成的定向構(gòu)造。常見的有板巖和千枚巖。片理變質(zhì)巖這類變質(zhì)巖呈現(xiàn)出片狀的構(gòu)造,由于溫度和壓力的作用,礦物晶粒發(fā)生定向排列。典型代表有千枚巖和片麻巖。塊狀變質(zhì)巖這類變質(zhì)巖的構(gòu)造特征是均勻而致密的塊狀或團(tuán)粒狀,礦物分布無明顯定向性。主要有角閃巖和綠片巖?；鸪蓭r的工程地質(zhì)分類火成巖成因火成巖來自地球內(nèi)部熔融巖漿的凝固過程,根據(jù)熔巖冷卻的速度和場所不同而形成。礦物成分火成巖主要由硅酸鹽礦物組成,根據(jù)礦物成分可以進(jìn)一步分類。結(jié)構(gòu)構(gòu)造火成巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征可以反映巖漿凝固過程,如顆粒大小、分布形態(tài)等。侵入巖類侵入式火成巖冷卻緩慢,具有結(jié)晶粒子較大、塊狀結(jié)構(gòu)的特點。巖體的構(gòu)造特征巖體的構(gòu)造特征指巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點,包括巖層、節(jié)理、斷層等。這些特征反映了巖體形成和變化的歷史過程,對巖體的物理力學(xué)性質(zhì)有重要影響。了解巖體的構(gòu)造特征對于工程勘察、設(shè)計和施工非常重要。常見的巖體構(gòu)造特征有:層理、節(jié)理、斷層、片理、柱狀節(jié)理等。這些特征需要通過細(xì)致的現(xiàn)場觀察和調(diào)查來詳細(xì)記錄和分析。巖體的裂隙特征巖體內(nèi)部常會存在各種類型的裂隙,如斷層、節(jié)理、頁理等。這些裂隙的形成是受到內(nèi)外力作用的結(jié)果,會對巖體的工程性能產(chǎn)生重要影響。裂隙的特征包括方向、間距、開度、長度、連通性等,這些參數(shù)的差異會導(dǎo)致巖體的滲透性、變形性和強度等特性存在顯著差異。合理認(rèn)識和分析巖體的裂隙特征,對于準(zhǔn)確評估巖體的工程地質(zhì)條件、預(yù)測巖體行為至關(guān)重要。巖體的節(jié)理特征巖體的節(jié)理是指由于巖體內(nèi)部應(yīng)力或其他原因形成的相互垂直或傾斜的斷裂面。節(jié)理對工程巖體的力學(xué)性能和滲透特性產(chǎn)生重要影響。節(jié)理發(fā)育程度、空間分布、開度、延續(xù)性等特征可以用來描述巖體的節(jié)理狀態(tài)。節(jié)理的發(fā)育程度決定了巖體的完整性和破碎程度。節(jié)理的空間分布影響應(yīng)力狀態(tài)和滲透性。節(jié)理的開度和延續(xù)性則反映了巖體的破碎程度。巖體的斷層特征巖體中的斷層是由于地質(zhì)構(gòu)造運動導(dǎo)致的連續(xù)性破壞和位移。斷層面通常是光滑和傾斜的,并且可以觀察到斷層帶內(nèi)存在強烈的破碎和變形。斷層面上常有明顯的斜線或凹凸痕跡,反映了斷層的滑動方向和距離。斷層發(fā)育通常會導(dǎo)致巖體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯變化,表現(xiàn)為強度降低、變形增大等。斷層發(fā)育也會影響巖體的滲透性和地下水流動特征。工程建設(shè)時需要重點關(guān)注斷層的幾何特征、位移方向和斷層活動性等。頁理的巖體特征頁理是一種巖體的構(gòu)造特征,指巖石內(nèi)部存在平行的薄層或片狀構(gòu)造。這種構(gòu)造通常是由于巖石受到強烈擠壓和剪切而形成的。頁理賦予巖石一定的可折性和可劈性,使其沿薄層易于破裂和劈離。頁理的發(fā)育程度可以反映巖石遭受的變形程度,頁理越明顯說明巖石的變形程度越大。頁理的方向也可以指示變形的方向。因此,頁理特征對于判斷巖體的形成歷史和構(gòu)造演化過程非常重要。巖體的片理特征定義片理是由于強大壓力而導(dǎo)致的巖石內(nèi)部平行的薄板狀構(gòu)造。這種構(gòu)造使巖石容易沿著片理面劈開。形成原因強烈的壓力使原有的礦物顆粒發(fā)生重結(jié)晶,導(dǎo)致礦物沿特定方向排列,形成片理結(jié)構(gòu)。發(fā)育程度不同巖石類型和變質(zhì)程度的差異會導(dǎo)致片理的發(fā)育程度不同,從而影響巖體的力學(xué)性能。巖體的巖層特征巖體的巖層特征是指巖體內(nèi)部巖石層次的特點和分布情況。主要包括巖層的厚度、延續(xù)性、整連性、平整度等。這些特征直接影響到巖體的穩(wěn)定性和開采難易程度。合理評估巖體的巖層特征可以幫助工程師更好地設(shè)計和施工。如對于厚層均勻的巖體,可以采用大規(guī)模機(jī)械化開采,而對于薄層不均勻的巖體,則需要采取針對性的開采措施。巖體的脆性和韌性特征巖體的脆性巖體在受到外力作用時,容易發(fā)生斷裂和破壞,這種性質(zhì)稱為巖體的脆性。脆性巖體在受到?jīng)_擊或剪切力時會發(fā)生瞬間破壞,沒有明顯的變形過程。巖體的韌性巖體在受到外力作用時能夠產(chǎn)生明顯的變形而不發(fā)生破壞,這種性質(zhì)稱為巖體的韌性。韌性巖體會經(jīng)歷從彈性變形到塑性變形的過程,在破壞前能承受較大的應(yīng)變。巖體的強度特征30MPa平均壓縮強度大多數(shù)巖石的壓縮強度在30兆帕（MPa）左右。5MPa平均抗拉強度巖石的抗拉強度通常較低，只有壓縮強度的1/5左右。45°內(nèi)摩擦角大多數(shù)巖石的內(nèi)摩擦角在45度左右，這影響了其抗剪強度。巖體的強度特征是指巖體在受外加力作用時的承載能力。包括壓縮強度、抗拉強度、抗剪強度等方面。這些強度指標(biāo)反映了巖體的抗變形和抗破壞能力。巖體的變形特征彈性變形巖體發(fā)生可逆的形狀變化,加載卸載后能完全恢復(fù)原狀塑性變形巖體發(fā)生不可逆的永久性形狀變化,加載卸載后不能完全恢復(fù)脆性變形巖體在應(yīng)力超過強度極限時發(fā)生斷裂破壞,沒有明顯的塑性變形巖體的變形特征主要取決于應(yīng)力狀態(tài)、溫度等因素,不同類型的巖體會表現(xiàn)出不同的變形行為。工程中需要對巖體的變形特征進(jìn)行全面分析和評估,以確保結(jié)構(gòu)物的安全性。巖體的風(fēng)化特征物理風(fēng)化溫度變化、冰凍融化等造成巖體表面開裂、崩塌,導(dǎo)致顆粒剝落和整體破壞?；瘜W(xué)風(fēng)化水、空氣中的化學(xué)成分作用于巖體,引起礦物的溶解、氧化、水化等改變。生物風(fēng)化植物根系生長、微生物代謝等活動造成巖體表面剝蝕和松散。復(fù)合風(fēng)化物理、化學(xué)和生物風(fēng)化共同作用,形成復(fù)雜的風(fēng)化過程和產(chǎn)物。巖體的滲透特征滲透性巖體的孔隙率和裂隙發(fā)育程度決定了其滲透性能力。這直接影響地下水的流動和巖體的排水性能。滲透系數(shù)可通過實驗測定巖體的滲透系數(shù)，以評估其滲透性強弱。滲透系數(shù)越高，說明巖體的滲透性越強。各向異性由于巖體內(nèi)部的裂隙、層理等結(jié)構(gòu)的發(fā)育程度不同，在不同方向上的滲透性往往存在差異。風(fēng)化影響巖體的風(fēng)化程度也會對其滲透性產(chǎn)生重要影響。風(fēng)化越嚴(yán)重,巖體的滲透性通常越強。工程巖體的分類依據(jù)成因根據(jù)巖石的成因?qū)⑵鋭澐譃槌练e巖、火成巖和變質(zhì)巖三大類。礦物組成根據(jù)主要礦物成分的不同將巖石劃分為硅酸鹽巖、碳酸鹽巖等類型。結(jié)構(gòu)構(gòu)造根據(jù)巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征將其劃分為片理巖、頁理巖、塊狀巖等類型。強度特性根據(jù)巖石的強度和變形特性劃分為堅硬、中等強度和軟弱巖體。巖體的工程地質(zhì)分類方法地質(zhì)調(diào)查詳細(xì)了解巖體的地質(zhì)特征,包括成因、礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等。室內(nèi)試驗進(jìn)行巖石物理力學(xué)指標(biāo)試驗,了解巖體的強度、變形、滲透等性質(zhì)?，F(xiàn)場觀察觀察巖體的節(jié)理、斷層、頁理等結(jié)構(gòu)特征,以及風(fēng)化程度和水文地質(zhì)條件。綜合分析結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、試驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場觀察,制定巖體的工程地質(zhì)分類方案。巖體分類的應(yīng)用1工程設(shè)計與決策巖體分類為土木工程中的建筑、道路、水利等項目的設(shè)計提供了重要依據(jù)。2施工方案制定根據(jù)不同類型巖體的特征,制定最優(yōu)化的施工方案,提高施工效率和質(zhì)量。3工程風(fēng)險評估對施工現(xiàn)場巖體進(jìn)行分類可識別潛在的工程風(fēng)險,制定相應(yīng)的預(yù)防措施。4巖體改良方案針對不同類型巖體選擇合適的加固、穩(wěn)定化等工程技術(shù)進(jìn)行巖體改良。巖體分類在工程中的作用指導(dǎo)工程設(shè)計巖體分類為合理的工程設(shè)計提供依據(jù),有助于確定最適宜的施工方案和建筑材料。優(yōu)化施工方案基于巖體分類,可以針對不同類型的巖體采取相應(yīng)的施工技術(shù)和工藝,提高工程質(zhì)量。評估工程風(fēng)險對巖體進(jìn)行分類有助于預(yù)測可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害,為制定有效的防范措施提供參考。節(jié)約工程成本合理的巖體分類可以幫助選擇最經(jīng)濟(jì)高效的建筑材料和施工方式,降低工程投資。工程實踐中的案例分析1公路施工在修建公路時,對不同類型的巖體進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)分