岩土工程分类与分级

1/497岩土工程分类与分级7.1岩石和岩体的工程分类7.2土的工程分类2/49一.岩石的工程性质物理性质(physicalproperties)重度（密度）(unitweight)：岩石单位体积的重力（质量）。有干重度、湿重度和饱和重度之分。比重(相对密度)(specificgravity)：固体岩石的重力（质量）与同体积水在4ºC时重力（质量）的比值。空隙率(porosity)：岩石中空隙的体积与岩石总体积的比值。7.1岩石和岩体的工程分类3/49吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干燥岩石质量之比。饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质量与干燥岩石质量之比。饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值越大，岩石的抗冻性越差。水理性质4/49软化性：指岩石在水的作用下强度降低的性质。软化系数(softeningcoefficient)为岩石在饱水状态下的极限抗压强度与风干状态下强度之比。0.75是强软化的岩石，工程性质较差。渗透性(permeability)：指岩石允许水透过的能力。溶解性(dissolubility)：指岩石溶解于水的性质。抗冻性(frostresistance)：指岩石抵抗冰劈作用的能力.抗压强度降低率(20％～25％)的岩石是抗冻的。崩解性(disintegration)：指黏土质岩石吸水膨胀的性质。5/49力学性质强度指标：抗压强度(compressivestrength)：岩石单向受压时抵抗破坏的能力。抗拉强度(tensilestrength)：岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。抗剪强度(shearstrength)：岩石抵抗剪切破坏的能力。6/49抗剪强度可分为以下三种强度：(a)抗剪断强度：在垂直压力作用下的岩石剪切强度。(b)抗剪强度：沿着已有的破裂面发生剪切时的强度。(c)抗切强度：压应力等于零时的剪切强度。图7—1岩石的三种抗剪强度试验7/49变形指标弹性模量(modulusofelasticity)：是应力与弹性应变的比值。变形模量(modulusofdeformation)：是应力与总应变的比值。泊松比(poisson’ratio)：是横向应变与纵向应变比值。8/492.影响岩石工程性质的因素内部因素（岩石的地质特征）•矿物成分•结构•构造外部因素•水的作用•风化作用9/493.岩石的工程性质评述岩浆岩•深成侵入岩具结晶结构，晶粒粗大均匀，力学强度高。一般是良好的建筑地基和天然建筑石材。但由于多种矿物结晶组成，抗风化能力较差。•浅成侵入岩特别是脉状岩体穿插于不同的岩石中，易蚀变风化，使其强度降低、透水性增大。•喷出岩若具有气孔构造、流纹构造及发育有原生裂隙，透水性较大。多呈岩流状产出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基均一性和稳定性影响大。10/49沉积岩•火山碎屑岩由细小火山灰组成，水理性质差。•沉积碎屑岩受胶结物成分和胶结类型影响显著。•黏土岩浸水后易软化和泥化，还可能有膨胀性。对工程极为不利，但可作隔水层和防渗层。•化学岩和生物化学岩具不同程度的可溶性，易渗漏。11/49变质岩工程性质与其原岩密切相关。•动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。•片理构造使岩石具有各向异性特征。12/49岩石（Rock）:具一定结构构造的矿物集合体。岩体（Rockmass）：包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的岩石性质。二、岩体及岩体结构13/49岩体结构(rockmassstructure)=结构面(structuralplane)+结构体(structuralelement)14/49结构面：存在于岩体中的各种地质界面。分为：15/49岩体中的软弱夹层16/49结构面特征形态、平整光滑度张开度和充填程度连通性密集程度产状和组数规模17/49结构体类型(d)(a)(c)(f)(g)(b)(e)(h)图7—2结构体的类型(a)方柱（块）体；(b)菱形柱体；(c）三棱柱体；(d)楔形体；(e)锥形体;(f)板状体;(g)多角柱体;(h)菱形块体18/49岩体结构类型及工程性质整体块状结构：整体强度高。层状结构：强度和变形特性具各向异性特点。碎裂结构：岩体完整性破坏大。散体结构：工程性质差。19/49三、岩体的主要力学性质变形特性epE0变形模量弹性模量eeE图7—5应力——应变曲线图7—6岩石的弹性变形20/49蠕变(creep):在一定应力下,变形随时间持续增长。松弛(relaxation):在变形保持一定时,应力随时间逐渐减小。流变性:指在恒定条件下，应力或变形随时间而变化的特性。图7—8不同应力条件下岩体的蠕变曲线21/49强度特性最主要是抗剪强度mcm图7—12岩体抗剪强度包络线1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围22/491、分类的目的（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。（2）便于施工方法的总结,交流,推广。（3）为便于行业内技术改革和管理。四、岩石和岩体的工程分类23/492、分类原则（1）有明确的类级和适用对象。（2）有定量的指标。（3）类级一般分五级为宜。（4）分类方法简单明了、数字便于记忆和应用。（5）根据适用对象，选择考虑因素。趋势：“综合特征值”分类法24/493、分类的独立因素在分类中起主导和控制作用的有如下几方面因素：（1）岩石材料的质量（强度指标）。（2）岩体的完整性，结构面产状、密度、声波等。（3）水理状态（软化、冲蚀、弱化）（4）地应力（5）其它因素（自稳时间、位移率）其中：岩性是最重要因素返回25/49《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)根据岩块的饱和单轴抗压强度标准值Rc划分岩石的坚硬程度:5153060Rc极软岩软岩较软岩较坚硬岩坚硬岩4、几种代表性的分类方案26/49《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)根据岩体的完整性指数划分岩石的完整程度:0.150.350.550.75完整性指数极破碎破碎较破碎较完整完整岩体压缩波速度与岩块压缩波速度之比的平方27/49《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)根据岩石坚硬程度和岩体完整程度综合分五个岩体基本质量等级:完整程度坚硬程度完整较完整较破碎破碎极破碎坚硬岩IIIIIIIVV较硬岩IIIIIIVIVV较软岩IIIIVIVVV软岩IVIVVVV极软岩VVVVV28/49RQD是选用坚固完整的、其长度大于等于10cm的岩芯总长度与钻孔长度的比，百分数表示为：%10010钻孔总长LcmlRQDi《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)根据岩石质量指标RQDRockQualityDesignation分类：RQD分类类别RQD（％）岩石质量1234590～10075～9050～7525～5025好较好较差差极差29/49例某钻孔的长度为250cm，其中岩芯采取总长度为200cm,而大于10cm的岩芯总长度为157cm(图7-2)，则岩芯采取率：200/250=80%RQD=157/250=63%30一、概述1、土分类以松散土为对象，以服务于工程建筑为目的的分类称为土的分类2、土分类的基本要素•土颗粒组成及其特征•土的塑性指标•土中有机质含量•土的成因和年代•土的密实度、湿度等7.2土的工程分类31•3、普通分类：包括工程建设中常所遇到的各种土类或具有通用意义的分类•4、专门分类：以某一种特定的建筑工程为对象，按某一个或某几个单项指标所提出来的分类，它密切结合建筑类型，直接为设计或解决某一个具体问题服务。321、土的分类标准根据土颗粒组成及其特征、土的塑性指标以及土中有机质分类。（1）分类的一般规定•土的粒组按土颗粒粒径范围进行划分二、土的工程分类方案简介3334•土颗粒组成特征根据土的级配指标的不均匀系数（Cu）和曲率系数（Cv）确定•Cu=d60/d10•Cv=(d30)2/(d60d10)d60——限定粒径，土样中小于该粒径的土粒重量占土粒总重的60%。d10——有效粒径，土样中小于该粒径的土粒重量占土粒总重的10%d30——土样中小于该粒径的土粒重量占土粒总重的30%粒径值。•35液限（liquidlimit)：土由流塑状态变为可塑状态的界限含水量塑性指数（plasticityindex)：土的液限和塑限的差值。细粒土根据塑性图分类36（2）一般土的分类按不同粒组的相对含量划分为巨粒土和含巨粒土、粗粒土、细粒土。巨粒土和含巨粒土、粗粒土按其粒组、级配、所含细粒的塑性高低分为16类3738细粒土是指土样中细粒组质多于或等于总质量50%的土。按塑性图分类392、地基土的分类为专门分类，将作为建筑物土基的土分为碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等。（1）碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50%的土。（2）砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50%的、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。（3）粉土是指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50%的、塑性指数小于是10的土。（4）粘性土是指塑性指数大于10的土。可按沉积年代和塑性指数进行分类。4041/49特殊土是指某些具有特殊物质成分和结构、工程性质也较特殊的土。是在一定的条件下形成的，其分布有明显的区域性特征。特殊土的工程地质特性42/49特殊性土的种类有：沿海及内陆静水沉积的淤泥类软土南方和中南地区的膨胀土西南亚热带湿热气候条件下的红黏土西北、华北干旱气候区的黄土西北、华北干旱气候区的盐渍土高纬度、高海拔寒冷气候区的冻土各地人类工程活动的人工填土43/49是在静水或水流缓慢的环境中沉积，并有微生物的参与，含有较多有机质的疏松软弱黏性土。分布:沿海地区滨海相、泻湖相、三角洲相；内陆平原或山区的湖相和冲积洪积沼泽相。淤泥类黏土(muckysoil)：44/49分类：孔隙比e1.5时,称淤泥;1.5e1.0时,称淤泥质土;5%有机质含量10%时,称有机质土;10%有机质含量60%时,称泥炭质土;有机质含量60%时,称泥炭。45/49工程特性：1.含水量高，天然含水量液限，软塑－流塑状态。2.透水性低，水平向渗透系数较大。3.压缩性大，强度低，欠压密状态。4.显著的蠕变和触变性(高灵敏度)。蠕变(creep)：在一定荷载下，土的剪切变形随时间增长的特性。触变(thixotropy)：土受扰动后强度降低，但随时间增长强度能部分恢复的性能。46/4947/49膨胀土(expansivesoil)：是一种富含亲水性黏土矿物,且随含水量的增减体积发生显著胀缩变形的硬塑性黏土。分布：全国。云南、广西、贵州、湖北最具代表性。一般位于山前丘陵地区或河谷高阶地上。图3-27因外墙基土收缩、基础向外扭转，墙体呈水平裂缝48/49特征：1)呈黄褐、灰白、花斑等颜色；2)黏粒含量高，且为亲水性很强的蒙脱石等黏土矿物，土中可溶盐及有机质含量较低，常含铁锰或钙质结核，结构致密；3)表面有大量网状裂隙，裂面有腊状光泽的挤压面。49/49工程特性：1.低含水量，呈坚硬－硬塑状态；2.孔隙比小，密度大；3.高塑性，含黏粒及粉粒为主；4.具膨胀力,自由膨胀量40%；5.天然状态下压缩性低，承载力高，但由于干缩裂隙发育,稳定性差。浸水后或被扰动时,强度骤然降低。50/49膨胀土地基上建筑物的开裂图3-27因外墙基土收缩、基础向外扭转，墙体呈水平裂缝51/49膨胀土地基上房屋开裂的特点为：①山墙呈“倒八字形”，裂缝上宽下窄；②外纵墙下端呈水平裂缝，基础向外扭转，墙体上部内倾；③房屋角端裂缝严重，而且常伴随着一定的水平位移和转动；④地坪多出现平行于外纵墙的通长裂缝；⑤地基反复多次胀缩，使墙体裂缝斜向交叉。52/49湖南某高架灌渠支墩因膨胀土地基而倾斜53/49红黏土(laterite)：由碳酸盐类岩石在湿热气候条件下，经强烈风化作用而形成的高塑性黏土。分布:云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西。低山丘陵地带顶部和山间盆地、缓坡及坡脚地段。54/49特征：1)