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文档简介
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1一.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2吸水率:常压条件下,岩石吸入水分的质量与枯燥岩石质量之比。饱水率:高压或真空条件下,岩石吸入水分的质量与枯燥岩石质量之比。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3软化性:指岩石在水的作用下强度降低的性质。软化系数(softeningcoefficient)为岩石在饱水形状下的极限抗压强度与风干形状下强度之比。<0.75是强软化的岩石,工程性质较差。浸透性(permeability):指岩石允许水透过的才干。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才干.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。4力学性质强度目的:抗压强度(compressivestrength):岩石单向受压时抵抗破坏的才干。抗拉强度(tensilestrength):岩石单向受拉时抵抗破坏的才干。抗剪强度(shearstrength):岩石抵抗剪切破坏的才干。5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实验6变形目的弹性模量(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。72.影响岩石工程性质的要素内部要素〔岩石的地质特征〕矿物成分构造构造外部要素水的作用风化作用83.岩石的工程性质评述岩浆岩深成侵入岩具结晶构造,晶粒粗大均匀,力学强度高。普通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,抗风化才干较差。浅成侵入岩特别是脉状岩体交叉于不同的岩石中,易蚀变风化,使其强度降低、透水性增大。喷出岩假设具有气孔构造、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。9堆积岩火山碎屑岩由细小火山灰组成,水理性质差。堆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,还能够有膨胀性。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。10蜕变岩工程性质与其原岩亲密相关。动力蜕变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。11岩石〔Rock〕:具一定构造构造的矿物集合体。岩体〔Rockmass〕:包含各种构造面的地质体。岩体的工程性质首先取决于构造面的性质,其次才是组成岩体的岩石性质。二、岩体及岩体构造12岩体构造(rockmassstructure)=构造面(structuralplane)+构造体(structuralelement)13构造面:存在于岩体中的各种地质界面。分为:14岩体中的脆弱夹层15构造面特征
形状、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16构造体类型(d)(a)(c)(f)(g)(b)(e)(h)图7—2构造体的类型(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17岩体构造类型及工程性质
整体块状构造:整体强度高。层状构造:强度和变形特性具各向异性特点。碎裂构造:岩体完好性破坏大。散体构造:工程性质差。18三、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19蠕变(creep):在一定应力下,变形随时间继续增长。松弛(relaxation):在变形坚持一定时,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20强度特性最主要是抗剪强度cm图7—12岩体抗剪强度包络线1-构造面强度线;2-岩块强度线;3-岩体强度包络线变化范围211、分类的目的〔1〕为岩石工程建立的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的根本根据。〔2〕便于施工方法的总结,交流,推行。〔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222、分类原那么〔1〕有明确的类级和适用对象。〔2〕有定量的目的。〔3〕类级普通分五级为宜。〔4〕分类方法简单明了、数字便于记忆和运用。〔5〕根据适用对象,选择思索要素。趋势:“综合特征值〞分类法233、分类的独立要素
在分类中起主导和控制造用的有如下几方
面要素:〔1〕岩石资料的质量〔强度目的〕。〔2〕岩体的完好性,构造面产状、密度、声波等。〔3〕水理形状〔软化、冲蚀、弱化〕〔4〕地应力〔5〕其它要素〔自稳时间、位移率〕其中:岩性是最重要要素前往24<岩土工程勘察规范>(GB50021-2001)根据岩块的饱和单轴抗压强度规范值Rc划分岩石的巩固程度:5153060Rc极软岩软岩较软岩较巩固岩巩固岩4、几种代表性的分类方案25<岩土工程勘察规范>(GB50021-2001)根据岩体的完好性指数划分岩石的完好程度:0.150.350.550.75完好性指数极破碎破碎较破碎较完好完好岩体紧缩波速度与岩块紧缩波速度之比的平方26<岩土工程勘察规范>(GB50021-2001)根据岩石巩固程度和岩体完好程度综合分五个岩体根本质量等级:完好程度
巩固程度完好较完好较破碎破碎极破碎巩固岩IIIIIIIVV较硬岩IIIIIIVIVV较软岩IIIIVIVVV软岩IVIVVVV极软岩VVVVV27RQD是选用巩固完好的、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)根据岩石质量目的RQDRockQualityDesignation分类:RQD分类类别RQD〔%〕岩石质量1234590~10075~9050~7525~50<25好较好较差差极差28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),那么岩芯采取率:200/250=80%RQD=157/250=63%29一、概述1、土分类以松散土为对象,以效力于工程建筑为目的的分类称为土的分类2、土分类的根本要素土颗粒组成及其特征土的塑性目的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303、普通分类:包括工程建立中常所遇到的各种土类或具有通意图义的分类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目的所提出来的分类,它亲密结合建筑类型,直接为设计或处理某一个详细问题效力。311、土的分类规范根据土颗粒组成及其特征、土的塑性目的以及土中有机质分类。〔1〕分类的普通规定土的粒组按土颗粒粒径范围进展划分二、土的工程分类方案简介3233土颗粒组成特征根据土的级配目的的不均匀系数〔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分量占土粒总重的60%。d10——有效粒径,土样中小于该粒径的土粒分量占土粒总重的10%d30——土样中小于该粒径的土粒分量占土粒总重的30%粒径值。
34液限〔liquidlimit):土由流塑形状变为可塑形状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35〔2〕普通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3637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382、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的颗粒含量超越全重的50%的土。〔2〕砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超越全重的50%的、粒径大于0.075mm的颗粒超越全重50%的土。〔3〕粉土是指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超越全重的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。可按堆积年代和塑性指数进展分类。3940特殊土是指某些具有特殊物质成分和构造、工程性质也较特殊的土。是在一定的条件下构成的,其分布有明显的区域性特征。特殊土的工程地质特性41特殊性土的种类有:沿海及内陆静水堆积的淤泥类软土南方和中南地域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、高海拔冰冷气候区的冻土各地人类工程活动的人工填土42是在静水或水流缓慢的环境中堆积,并有微生物的参与,含有较多有机质的疏松脆弱黏性土。分布:沿海地域滨海相、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):43分类:孔隙比e>1.5时,称淤泥;1.5>e>1.0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。44工程特性:含水量高,天然含水量>液限,软塑-流塑形状。透水性低,程度向浸透系数较大。紧缩性大,强度低,欠压密形状。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。4546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。普通位于山前丘陵地域或河谷高阶地上。图3-27因外墙基土收缩、根底向外改动,墙体呈程度裂痕47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,构造致密;3)外表有大量网状裂隙,裂面有腊状光泽的挤压面。48工程特性:低含水量,呈巩固-硬塑形状;孔隙比小,密度大;高塑性,含黏粒及粉粒为主;具膨胀力,自在膨胀量>40%;天然形状下紧缩性低,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。49膨胀土地基上建筑物的开裂图3-27因外墙基土收缩、根底向外改动,墙体呈程度裂痕50膨胀土地基上房屋开裂的特点为:①山墙呈“倒八字形〞,裂痕上宽下窄;②外纵墙下端呈程度裂痕,根底向外改动,墙体上部内倾;③房屋角端裂痕严重,而且常伴随着一定的程度位移和转动;④地坪多出现平行于外纵墙的通长裂痕;⑤地基反复多次胀缩,使墙体裂痕斜向交叉。51湖南某高架灌渠支墩因膨胀土地基而倾斜52红黏土(laterite):由碳酸盐类岩石在湿热气候条件下,经剧烈风化作用而构成的高塑性黏土。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。53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)在程度方向上厚度变化较大,呵斥地基不均匀性。54工程特性:高含水量、高塑性,硬塑或可塑形状。孔隙比大、低密度、孔隙饱水。紧缩性低、强度高、地基承载力高。浸水后膨胀量小,但失水后收缩猛烈。55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,根底宜尽量浅埋。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-流塑形状,强度低,紧缩性高,容易引起地基不均匀沉降。应留意查清基岩面起伏情况,并进展必要的处置。对红黏土中的土洞,应查明其部位与大小,进展填充处置。红黏土地基评价:红黏土中的网状裂隙,对土坡和根底有不良影响,基槽应防止日晒雨淋。56黄土(loessalsoil):是干旱气候条件下构成的一种特殊堆积物。分布:我国西北及华北地域,面积约63万km2。5758黄土分类:按成因分:原生黄土和次生黄土按构成年代分: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。59工程特性:塑性较弱含水较少,巩固—硬塑形状压实程度差,孔隙比高,孔隙大抗水性弱,遇水剧烈崩解,湿陷明显透水性较强,且呈各向异性强度较高,粒间衔接较强,紧缩性中等。60黄土湿陷性(collapsibility):在一定压力下受水浸润后,构造迅速破坏而产生显著沉陷的性质。湿陷系数δs:由室内浸水紧缩实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。δs≥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:开场出现明显湿陷的压力。61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62盐渍土类型:氯盐型:具剧烈的吸湿性导致土有很大的塑性和紧缩性。硫酸盐型:结晶时体积膨胀,失水枯燥时体积减少,周期性松胀变化使土的构造破坏。碳酸盐型:具明显碱性反响。潮湿时具很大的亲水性、塑性膨胀性。63冻土(frozensoil):温度≤0℃并含有冰的土层。分布:高纬度和高寒地域。类型:多年冻土和季节性冻土。64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:
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