岩土分类与承载力

岩土分类及地基承载力张修杰2009年6月主要内容岩土分类14地基土承载力确定3岩土工程性质2岩土野外鉴定及描述培训预期效果通过讲解和分析，以期达到：1、熟悉岩土分类；2、掌握岩土野外鉴定及描述；3、了解岩土工程性质；4、掌握如何确定地基承载力。1.1岩石分类岩土分类11.2土分类岩土是指岩石和土，这是两个不同的概念，是自然产物。岩土分类是岩土工程勘察的基础，其目的在于把不同的岩土分别安排到具有相近性质的组合中去，使人们有可能依据同类岩土的已知性质去评价其性能或为岩土工程师提供一个比较确切的描述方法。岩石：自然界中在地质作用下，由一种或多种矿物或岩屑组成的集合体。简单的讲即矿物的天然集合体称为岩石。土：岩石风化的颗粒在原地残留或经过不同的搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。土的含义.doc岩土分类1自然界有各种各样的岩石，它们都是地质作用的产物，根据不同的需要，有不同的分类。在工程上一般按成因和工程性质进行分类。1.1.1岩石按成因分类：岩石按成因分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩（水成岩）与变质岩三大类。1.1岩石分类岩浆岩：在地壳上分布面积约占7％。沉积岩：在地壳上分布面积约占75％。变质岩：在地壳上分布面积约占18％。由岩浆冷却形成的岩石称为岩浆岩。在地表深处（一般指地表以下3km）形成的称为深成岩；在地表附近冷凝而成的称为浅成岩；喷出地表的岩浆冷凝而成的则称为喷出岩。岩浆岩岩浆岩物质成分主要是硅酸盐矿物，还有一部分金属硫化物、氧化物及挥发性物质。按sio2含量分为：酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩四种。按矿物成分分为：硅铝矿物和铁镁矿物。裂隙式喷发：熔岩被岩流中心式喷发：火山锥熔喷出岩岩墙，岩脉岩床，浅成岩：岩盘（盆），深成岩：岩基，岩株侵入岩岩浆岩的产状指岩浆岩生成的空间位置和形状、大小。岩基俘虏体岩盘岩墙岩株火山颈岩流岩床按矿物结晶程度分：全晶质是深成侵入岩结构特征半晶质是浅成侵入岩结构特征非晶质是喷出岩结构特征按晶粒大小分：伟晶、粗晶、中晶、细晶、微晶按晶粒相对大小分：等粒、不等粒（斑状）岩浆岩的结构指组成岩石的矿物结晶程度、晶粒大小、形状及组合关系。可反映岩浆冷凝时的物理环境。岩浆岩的构造指矿物在岩石中的排列和充填方式。有流纹状构造、气孔和杏仁状构造、块状构造等。沉积岩是原始的岩石，被各种地质作用破坏为颗粒大小不同的的破碎物质，再经流水、风力等各种营力搬运到地表低洼地带，经过胶结、压密、硬结等成岩过程沉积形成的。沉积岩经过地壳运动后，大多形成倾斜岩层，其岩层产状要素为走向、倾向和倾角。沉积岩1、压固脱水作用——在上覆沉积物形成的静压力作用下，使松散沉积物紧密结合失去水分的作用。a-压固作用；b-胶结作用；c-重结晶作用；d-新矿物生长沉积岩的形成压固脱水作用的强度与压力大小及作用时间的长短成正比，常可形成某些特征性产物。形成新的矿物：蛋白质－玉髓，石膏－硬石膏。压固脱水作用是泥质沉积物成岩过程中的主要作用。2、胶结作用——指胶结物质把碎屑沉积物粘结起来变为坚固岩石的作用。常见的胶结作用主要是碎屑沉积物的成岩作用。碎屑岩的胶结物硅质－强度高铁质－易氧化钙质－易溶解泥质－易软化胶结类型•基底式胶结（a）•孔隙式胶结（b）•接触式胶结（c）3、重结晶作用——沉积物中的矿物成分因压溶和固体扩散等作用，使物质中的质点重新排列组合的作用。能够使小的颗粒变成大的晶粒，也可使非晶质沉积物变为晶质体。如：压固脱水重结晶蛋白石（非晶质）玉髓（隐晶质）石英（显晶质）在碳酸盐沉积物中，重结晶作用最为普遍。4、微生物及有机质的作用原生沉积物中一般含有大量的微生物，有喜氧的、有厌氧的，因而常改变溶液的酸碱度和氧化还原环境，使溶液中某些物质沉淀或结晶形成岩石。沉积岩的物质组成和结构物质成分:岩石碎屑、粘土矿物、化学沉积矿物、有机质及生物残骸。结构：碎屑结构、泥质结构、结晶结构、生物结构。沉积岩的构造指组成部分的空间分布及其相互间的排列关系。最主要的构造为层理构造，另外还有波痕、结核等。层面—指层与层之间的界面，在层面上有时会看到波痕、雨痕、泥裂等现象。a.波痕——在尚未固结的沉积层面上，由于流水、风或波浪的作用形成的波状起伏的表面，经成岩作用后被保存下来。b.泥裂——是未固结的沉积物露出水面干涸时，经脱水收缩干裂而形成的裂缝。结核——指在成分、颜色、结构等方面与周围沉积岩具有明显区别的矿物集合体。有球形、椭球形、透明状以及不规则状等。砂岩中的波痕沉积岩中的波痕化石——是在自然作用下，保存在沉积岩中的古代生物遗体、遗骸及遗迹、遗物的总称。走向及走向线：倾斜岩层的层面与水平面相交的直线称为走向线。走向线的方位角称为走向。倾向：在层面上沿着岩层倾斜的方向向下引出垂直走向线的一条直线的方向。倾角：岩层层面与任一水平面相交所夹的最大锐角，称为倾斜岩层的倾角。沉积岩的产状变质岩的定义由原先存在的岩石(岩浆岩、沉积岩或早期变质岩)，在温度、压力、应力发生改变以及物质组分加入或带出的情况下，发生矿物成分、结构构造改变而形成的岩石即为变质岩。这种改造过程称为变质作用。温度：主要有来自地球内部的热能（地热、岩浆热、岩石断裂产生的高温等），不同区域，不同深度，热能也不同。温度升高增加了岩石内部质点的活动性，因而使岩石产生物理化学变化。变质岩1.重结晶作用——使晶粒细小的岩石变成晶粒粗大的岩石。石灰岩→大理岩；泥岩→角岩；石英砂岩→石英岩。2.形成新的矿物——使岩石内部物质重新组合，非晶质变为结晶质，形成新的矿物。脱水吸热蛋白石石英高岭石红柱石+石英+水压力1.静压力——由上覆岩层的重力引起的。静压力使岩石的体积缩小，密度加大，变的致密坚硬，并形成新的矿物。如：压力增大往往伴随着温度升高，因此在温度、压力的共同作用下，也会产生重结晶并形成新的矿物。如：泥岩板岩、千枚岩、片岩钙长石橄榄石石榴子石CaAl2SiO8+(Mg*Fe)2SiO4Ca(Mg*Fe)2Al2(SiO4)22.定向压力（侧压力、动压力、应力）由构造运动或岩浆活动引起的挤压力，使岩石中矿物垂直于压力方向排列，产生片理构造片麻状构造等。同时还能形成新的矿物：石英、云母、绿泥石、石墨等。•变质岩的结构•变余结构：变质程度较，重结晶和变质结晶不完全，保留有原岩的结构。如：变余泥质结构（板岩）、变余斑状结构等。•变晶结构：原岩在固态下发生重结晶、变质结晶作用，形成的结晶质结构。如：粒状变晶结构（石英岩、大理岩）、鳞片变晶结构（千枚岩、云母片岩）等。•碎裂结构：原岩在低温高压下发生破碎，形成碎块甚至粉末状后又被胶结在一起的结构。如：糜棱岩。变质岩的构造可分为板状构造（板岩）、千枚状构造（千枚岩）、片状构造（片岩）、片麻状构造（片麻岩）等。板岩千枚岩片岩片麻岩变质作用类型根据变质作用的因素及变质岩形成条件，可将变质作用类型分为接触变质作用（泥岩变为角岩、灰岩变为大理岩）、区域变质作用（片麻岩、千枚岩）、动力变质作用（角砾岩、糜棱岩）、交代变质作用（矽卡岩）。1.1.2岩石按工程性质分类从岩土工程观点出发，岩石按工程性质分类是具有实用价值的。工程部门根据岩石的不同用途，分类的标准也不尽统一，但大多都是以岩石的单轴极限抗压强度、风化程度和破碎程度等进行划分。1、岩石按强度分类，划分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩。表1-1岩石坚硬程度分类岩石类别饱和单轴极限抗压强度（MPa）代表性岩石坚硬岩＞60花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、石英岩、硅质砾岩较硬岩30-60石灰岩、大理岩、钙质砂岩、板岩等较软岩15-30中风化坚硬岩、凝灰岩、千枚岩、泥灰岩等软岩5~15泥质砂岩、钙质页岩、泥岩等极软岩＜5各种半成岩、全风化各种岩石2、岩石按风化程度，划分为未风化、微风化、中风化、强风化和全风化五类。表1-2岩石风化程度表风化程度风化系数野外特征未风化微风化Kf＞0.8岩质新鲜，表面稍有风化迹象中风化0.4＜Kf≤0.81.结构未破坏，构造层理清晰。2.岩体被节理裂隙分割成块碎状（20~40cm），裂隙中填充少量风化物。3.矿物成分基本未变化，仅沿节理面出现次生矿物。4.锤击声脆，石块不易击碎，不能用镐挖掘，用岩芯钻方可钻进。强风化0.2≤Kf≤0.41.结构已部分破坏，构造层理不甚清晰。2.岩体节理裂隙分割成块碎状（2~20cm）。3.矿物成分已显著变化。4.锤击声哑，碎石可用手折断，用镐可以挖掘，手摇钻不易钻进。全风化Kf＜0.21.结构已全部破坏，仅外观保持原岩状态。2.岩体被风化裂隙分割成散体状。3.除石英外其他矿物均变质成次生矿物。4.碎石可用手捏碎，手摇钻可钻进。3、按岩石在水中的软化系数，划分为不软化的岩石和软化的岩石表1-3岩石在水中的软化系数岩石名称软化系数（KR）不软化的岩石KR＞0.75软化的岩石KR＜0.754按岩石完整性指数分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎五种。表1-4岩石完整程度划分表完整程度等级完整较完整较破碎破碎极破碎完整性指数0.750.75-0.550.55-0.350.35-0.150.15破碎程度大块状：岩块大于40cm碎块状：岩块20-40cm碎石状：岩块2-20cm土的分类比较复杂，国际上各国有各自的分类，我国各行业也有各种不同的分类，为了尽量统一分类标准，我国还专门成立了土分类国家标准编制组，在博采各行业分类之长的基础上，于1990年颁布了国家标准。虽然各行业仍在使用自己的分类标准，但整体上都在不同程度上向国标靠拢，下面以交通部部颁标准为例对土的分类进行说明。1.2土分类地表岩石破坏搬运沉积土的形成土(soil)是岩石在风化作用后经搬运作用或在原地或在异地各种环境下形成的堆积物。土的含义.doc1.2.1土按堆积年代分类土按堆积年代分类可以分为老黏性土、一般黏性土和新近堆积的黏性土。1.老黏性土老黏性土是指第四纪晚更新世(Q3)及其以前堆积的土。它是一种堆积年代久、工程性质较好的土，一般具有较高强度和较低压缩性。2.一般黏性土一般黏性土是指第四纪全新世(Q4文化期以前)堆积的黏性土。其分布面积广，工程性质变化很大，是经常遇见的岩土工程勘察对象。3.新近堆积的黏性土新近堆积的黏性土是指文化期以来堆积的黏性土，一般为欠固结，强度低。1.2.2土按地质成因分类按土的地质成因分为：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土、风积土等。其中冲积土又分为山区河流冲积，平原河谷冲积和三角洲冲积；淤积土又分为湖泊淤积和沼泽淤积、泻湖淤积等。1.2.3按颗粒级配或塑性指数分类按颗粒级配或塑性指数将土分为碎石土、砂土、粉土、粘性土和特殊土。1.碎石土粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50％的土。根据颗粒级配和颗粒形状碎石土又可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。名称颗粒形状粒组含量漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒含量超过总质量50%块石棱角状为主卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒含量超过总质量50%碎石棱角状为主圆砾圆形及亚圆形为主粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量50%角砾棱角状为主2.砂土粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50％，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量的50％的土。根据颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。名称粒组含量砾砂粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量25%-50%粗砂粒径大于0.5mm的颗粒含量超过总质量50%中砂粒径大于0.25mm的颗粒含量超过总质量50%细砂粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量85%粉砂粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量50%3.粉土粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量50％，且塑性指数小于或等于10的土。必要时，可根据颗粒级配分为砂质粉土(粒径小于0.005mm的颗粒质量不超过总质量10％)和黏土粉土(粒径小于0.005mm颗粒质量等于或超过总质量10％)。4.黏性土塑性指数Ip大于10的土。根据塑性指数分为粉质黏土(10Ip≤17)和黏土(Ip17)。2.1岩石的野外