岩土工程分类与分级

1 49 7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4 C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 49 2 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 49 3 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 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 变形模量 弹性模量 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 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 49 1 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 49 2 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 49 3 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 5 15 30 60 Rc 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 15 0 35 0 55 0 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 28 49 RQD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 岩土工程勘察规范 GB50021 2001 根据岩石质量指标RQDRockQualityDesignation分类 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 32 1 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 33 34 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 d10Cv 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 37 38 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 39 2 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 40 41 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e 1 5时 称淤泥 1 5 e 1 0时 称淤泥质土 5 60 时 称泥炭 45 49 工程特性 含水量高 天然含水量 液限 软塑 流塑状态 透水性低 水平向渗透系数较大 压缩性大 强度低 欠压密状态 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 49 47 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 低含水量 呈坚硬 硬塑状态 孔隙比小 密度大 高塑性 含黏粒及粉粒为主 具膨胀力 自由膨胀量 40 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 山墙呈 倒八字形 裂缝上宽下窄 外纵墙下端呈水平裂缝 基础向外扭转 墙体上部内倾 房屋角端裂缝严重 而且常伴随着一定的水平位移和转动 地坪多出现平行于外纵墙的通长裂缝 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 呈褐红色 富含铁铝氧化物 黏粒含量很高 具有高度分散性 颗粒细而均匀 黏土矿物以高岭石为主 2 土层中常有石芽 溶洞或土洞分布其间 3 地表裂隙发育 4 沿深度含水量增大 土质由硬变软 5 在水平方向上厚度变化较大 造成地基不均匀性 55 49 工程特性 高含水量 高塑性 硬塑或可塑状态 孔隙比大 低密度 孔隙饱水 压缩性低 强度高 地基承载力高 浸水后膨胀量小 但失水后收缩剧烈 56 49 红黏土的表层 为良好地基 可充分利用其作为天然地基持力层 基础宜尽量浅埋 红黏土的底层 接近下卧基岩面附近 尤其在基岩面低洼处 因地下水积聚 常呈软塑 流塑状态 强度低 压缩性高 容易引起地基不均匀沉降 应注意查清基岩面起伏状况 并进行必要的处理 对红黏土中的土洞 应查明其部位与大小 进行填充处理 红黏土地基评价 红黏土中的网状裂隙 对土坡和基础有不良影响 基槽应防止日晒雨淋 57 49 黄土 loessalsoil 是干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物 分布 我国西北及华北地区 面积约63万km2 58 49 59 49 黄土分类 按成因分 原生黄土和次生黄土按形成年代分 老黄土和新黄土按湿陷性分 湿陷性黄土和非湿陷性黄土 特征 以粉粒为主 富含碳酸钙 肉眼可见大孔隙 垂直节理发育 常呈现直立的天然边坡 60 49 工程特性 塑性较弱含水较少 坚硬 硬塑状态压实程度差 孔隙比高 孔隙大抗水性弱 遇水强烈崩解 湿陷明显透水性较强 且呈各向异性强度较高 粒间连接较强 压缩性中等 61 49 黄土湿陷性 collapsibility 在一定压力下受水浸润后 结构迅速破坏而产生显著沉陷的性质 湿陷系数 s 由室内浸水压缩试验测得的黄土样在某种规定压力下的湿陷量与土样原始高度的比值 s 0 015为湿陷性黄土 湿陷类型 自重湿陷与非自重湿陷 实测或计算自重湿陷量 7cm时 为自重湿陷性黄土场地 湿陷起始压力 开始出现明显湿陷的压力 62 49 盐渍土 salinesoil 土中易溶盐含量 0 3 分布 滨海型 冲积平原型 内陆型 63 49 盐渍土类型 氯盐型 具强烈的吸湿性导致土有很大的塑性和压缩性 硫酸盐型 结晶时体积膨胀 失水干燥时体积缩小 周期性松胀变化使土的结构破坏 碳酸盐型 具明显碱性反应 潮湿时具很大的亲水性 塑性膨胀性 64 49 冻土 frozensoil 温度 0 并含有冰的土层 分布 高纬度和高寒地区 类型 多年冻土和季节性冻土 65 49 冻胀性 土在冻结时 由于水分结冰膨胀 土的体积随之增大 地基隆起 开裂和变形 融沉性 冻土在溶化后 体积缩小 地基沉降 强度降低 还伴随下部未冻结土层中的水分向冻结土层迁移 使溶化后土质更差 66 49