1、第一章工程地质第一节 岩体特征知识点一、岩体的结构掌握:考点一、岩体的结构岩石的主要矿物物理性质是鉴别矿物的主要依据。颜色矿物最明显、最直观的物理性质自色(具有鉴定意义)、他色。光泽金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽。硬度10 个标准等级(滑石金刚石)岩石成因类型及其特征岩浆岩(火成岩) 侵入岩 深成岩深度大于 5km致密坚硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性强，故其常被选为理想的建筑基础花岗岩、正长岩、闪长岩、辉长岩 浅成岩深度小于 5km颗粒细小，岩石强度高，不易风化，岩性不均一，节理裂隙发育，岩石破碎，风化蚀变严重，透水性增大花岗斑岩、闪长玢岩、辉绿岩、脉岩。 喷出岩产状不规则，厚度变化
2、大，岩性很不均一，比侵入岩强度低，透水性强，抗风能力差流纹岩、粗面岩、安山岩、玄武岩、火山碎屑岩。沉积岩(水成岩)经风化、搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层状岩石。如碎屑岩(如砾岩、砂岩、粉砂岩)、黏土岩(如泥岩、页岩)、化学岩及生物化学岩类(如石灰岩、白云岩、泥灰岩)等。变质岩原有的岩浆岩或沉积岩，由于地壳运动和岩浆活动等造成物理化学环境的改变，使原来岩石的成分、结构和构造发生一系列变化所形成的新的岩石。如大理岩、石英岩等。土 xz颗粒(固相)、水溶液(液相)、气(气相)单粒结构碎石(卵石)、砾石类土和砂土等无黏性土的基本结构形式，其对土的工程性质影响主要在于其松密程度。集合体结构黏
3、性土所特有。黏性土组成颗粒细小，表面能大，颗粒带电，沉积过程中粒间引力大于重力，并形成结合水膜连接，使之在水中不能以单个颗粒沉积下来，而是凝聚成较复杂的集合体进行沉积。土的分类 有机含量无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭 颗粒级配和塑性指数碎石土：粒径大于 2mm 的颗粒含量超过全重 50%的土砂 土：粒径大于 2mm 的颗粒含量不超过全重 50%，且粒径大于 0.075mm 的颗粒含量超过全重 50%的土;粉 土：粒径大于 0.075 的颗粒不超过全重 50%，且塑性指数小于或等于 10的土。黏性土：塑性指数大于 10 的土。黏性土分为粉质黏土和黏土;考点二、地质构造1.水平构造、单斜构造岩层
4、产状的三个要素走向、倾向、倾角2.褶皱构造波状弯曲而未丧失其连续性的构造，它是岩层产生的塑性变形。绝大多数褶皱是在水平挤压力作用下形成的，但也有少数是在垂直力或力偶作用下形成的。褶皱在层状岩层中最明显，在块状岩体中则很难见到。深路堑、高边坡当路线垂直岩层走向或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时，对路基边坡的稳定性是有利的。不利的情况是路线走向与岩层的走向平行，边坡与岩层的倾向一致，尤其是隧道工程在褶曲构造的轴部，岩层倾向发生显著变化，应力作用最集中，容易遇到工程地质问题。例如，由于岩层破碎而产生的岩体稳定问题和向斜轴部地下水的问题。一般选线从褶曲的翼部通过是比较有利的。岩体中的裂隙，
5、在工程上除有利于开挖外破坏整体性，促进风化速度，增强透水性，进而使岩体的强度和稳定性降低。裂隙主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致时，路堑边坡都容易发生崩塌等不稳定现象。在路基施工中，如果岩体存在裂隙，还会影响爆破作业的效果。断层断层要素断层面和破碎带、断层线、断盘、断距断层类型正断层、逆断层、平推断层。断层对工程建设的影响 公路工程路线布局，应尽量避开大的断层破碎带。 当隧道轴线与断层走向平行时，应尽量避免与断层破碎带接触。考点三、岩体结构特征1.整体块状结构结构面稀疏、延展性差、结构体块度大且常为硬质岩石，整体强度高，变形特征接近于各向同性的均质弹性体，变形模量、承载能力与抗滑能力均
6、较高，抗风化能力一般也较强。较理想的各类工程建筑地基、边坡岩体及洞室围岩。2.层状结构。作为工程建筑地基时，其变形模量和承载能力一般均满足要求。但当结构面结合力不强，有时又有层间错动面或软弱夹层存在，则其强度和变形特性均具有各向异性特点一般沿层面方向的抗剪强度明显比垂直层面方向的更低作为边坡岩体时，结构面倾向坡外比倾向坡里的工程地质性质差得多。3.碎裂结构。层状碎裂结构和碎裂结构岩体变形模量、承载能力均不高，工程地质性质较差。4.散体结构。岩体节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，岩石手捏即碎，属于碎石土类，可按碎石土类考虑。考点四、岩体力学特征1.岩体的变形特征结构面变形、结构体变形。一般建筑物的
7、荷载远达不到岩体的极限强度值。设计人员所关心的主要是岩体的变形特性岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。岩体的流变特征岩石和岩体均具有流变性。有些工程建筑的失事，往往不是因为荷载过高，而是在应力较低的情况下岩体产生了蠕变。2.岩体的强度特征一般情况下，岩体的强度既不等于岩块岩石的强度，也不等于结构面的强度，而是二者共同影响表现出来的强度。如当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，可以岩石的强度代替岩体强度;如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制。考点五、土的工程性质土的饱和度土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，饱和度 Sr 越大，表明土孔隙中充水愈多。Sr80
8、%是饱水状态。土的孔隙比土中孔隙体积与土粒体积之比，反映天然土层的密实程度，一般孔隙比小于 0.6 的是密实的低压缩性土，大于 1.0 的土是疏松的高压缩性土。无黏性土碎石土和砂土紧密状态是判定其工程性质的重要指标。黏性土颗粒小于粉砂的工程性质受含水量的影响特别大。含水量稠度黏性土因含水量变化而表现出的各种不同物理状态黏性土的界限含水量缩限、塑限和液限。塑性指数液限和塑限的差值表示黏性土处在可塑状态的含水量变化范围。塑性指数愈大，可塑性就愈强液限指数黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比液限指数愈大，土质愈软。特殊土的工程性质软土(淤泥及淤泥质土)具有高含水量、高孔隙性、低渗透性、高压缩
9、性、低抗剪强度、较显著的触变性和蠕变性等特性。湿陷性黄土在天然含水量时一般呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强度和低的或中等偏低的压缩性，但遇水浸湿后，强度迅速降低，有的即使在其自重作用下也会发生剧烈的沉陷(自重湿陷性黄土)。红黏土通常呈现较高的强度和较低的压缩性，不具有湿陷性。由于塑性很高，所以尽管天然含水量高，一般仍处于坚硬或硬可塑状态，甚至饱水的红黏土也是坚硬状态的膨胀土含有大量的强亲水性黏土矿物成分，具有显著的吸水膨胀和失水收缩，且胀缩变形往复可逆。填土分为素填土、杂填土、冲填土。 素填土堆填时间超过 10 年的黏性土、超过 5 年的粉土、超过 2 年的砂土，均具有一定的密实度和强度，可以作
10、为一般建筑物的天然地基。素填土地基具有不均匀性，防止建筑物不均匀沉降是填土地基的关键; 杂填土 生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为主要成分的杂填土，一般不宜作为建筑物地基。 以建筑垃圾或一般工业废料组成的杂填土，采用适当的措施进行处理后可作为一般建筑物地基。 在利用杂填土作为地基时，应注意其不均匀性、工程性质随堆填时间而变化、含腐殖质及水化物等问题 冲填土由水力冲填泥砂形成的沉积土。冲填土的含水量大，透水性较弱，排水固结差，一般呈软塑或流塑状态，比同类自然沉积饱和土的强度低、压缩性高。考点六、结构面的工程地质性质 xz级：控制工程建设地区的稳定性，直接影响工程岩体稳定性。级：延伸长而宽度不大的
11、区域性地质界面。级：长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。级：主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质。级：制岩块的力学性质。、级结构面往往是对工程岩体力学和对岩体破坏方式有控制意义的边界条件。考点七、地震的震级和烈度1.地震震源震源深部岩石破裂产生地壳震动的发源地。震中震源在地面上的垂直投影地震波首先传达到震中，震中区受破坏最大，距震中越远破坏程度越小。2.地震震级依据所释放出来的能量多少来划分震级的。释放出来的能量越多，震级就越大。中国科学院微震、轻震、强震、烈震和大灾震。国际李希特古登堡震级(以距震中 100km 的标准地震仪所记录的最大振幅的 m 的对数表
12、示。如记录的最大振幅是 10mm，即 10000m，取其对数等于 4，则为 4 级地震)。3.地震烈度基本烈度一个地区的最大地震烈度建筑场地烈度(小区域烈度)建筑场地内因地质条件、地貌地形条件和水文地质条件的不同而引起的相对基本烈度有所降低或提高的烈度(一般降低或提高半度至一度)设计烈度抗震设计所采用的烈度，是根据建筑物的重要性、永久性、抗震性以及工程的经济性等条件对基本烈度的调整。4.震级与烈度的关系一次地震只有一个震级，但震中周围地区的破坏程度，随距震中距离的加大而逐渐减小，形成多个不同的地震烈度区，它们由大到小依次分布。但因地质条件的差异，也可能出现偏大或偏小的烈度异常区。第二节知识点一
13、、地下水掌握:地下水1.地下水类型及特征1)包气带水的特征主要受气候控制，季节性明显，变化大对农业有很大意义，对工程意义不大。2)潜水的特征在大多数的情况下潜水的分布区与补给区是一致的，某些气象水文要素的变化能很快影响潜水的变化，潜水的水质也易于受到污染。一般地面坡度越大，潜水面的坡度也越大，但潜水面坡度经常小于当地的地面坡度。3)承压水的特征适宜形成承压水的向斜构造盆地(自流盆地)、单斜构造自流斜地。当地形和构造一致时，即为正地形，下部含水层压力高，若有裂隙穿越上下含水层，下部含水层的水通过裂隙补给上部含水层反之，含水层通过一定的通道补给下部的含水层，这是因为下部含水层的补给与排泄区常位于较
14、低的位置。4)裂隙水的特征裂隙水运动复杂，水量变化较大;不论是层状构造裂隙水还是脉状构造裂隙水，其渗透性常显示各向异性。5)岩溶水的特征在岩溶地区进行工程建设，特别是地下工程，必须弄清岩溶的发育与分布规律，因为岩溶的发育可能使工程地质条件恶化。2.地下水对岩体的作用地下水对土体和岩体的软化地下水位下降引起软土地基沉降。动水压力产生流砂和潜蚀。地下水的浮托作用。承压水对基坑的作用。M(W/)HK (K=1.52.0)地下水对钢筋混凝土的腐蚀。3.地下水对边坡稳定的影响地下水会使岩石软化或溶蚀，导致上覆岩体塌陷，进而发生崩塌或滑坡。地下水产生静水压力或动水压力，促使岩体下滑或崩倒。地下水增加了岩体
15、重量，可使下滑力增大。在寒冷地区，渗入裂隙中的水结冰，产生膨胀压力，促使岩体破坏倾倒。地下水产生浮托力，使岩体有效重量减轻，稳定性下降。第三节常见工程地质问题及处理方法知识点一、特殊地基掌握:特殊地基1.松散、软弱土层。对不满足承载力要求的松散土层，如砂和砂砾石地层等，可挖除，也可采用固结灌浆、预制桩或灌注桩、地下连续墙或沉井等加固;对不满足抗渗要求的，可灌水泥浆或水泥黏土浆，或地下连续墙防渗;对于影响边坡稳定的，可喷射混凝土或用土钉支护。对不满足承载力的软弱土层，如淤泥及淤泥质土，浅层的挖除，深层的可以采用振冲等方法用砂、砂砾、碎石或块石等置换。2.风化、破碎岩层。风化一般在地基表层，可以挖
16、除。破碎岩层有的较浅，可以挖除。有的埋藏较深，如断层破碎带，可以用水泥浆灌浆加固或防渗;风化、破碎处于边坡影响稳定的，可根据情况采用喷混凝土或挂网喷混凝土罩面，必要时配合注浆和锚杆加固。对结构面不利交汇切割和岩体软弱破碎的地下工程围岩，地下工程开挖后，要及时采用支撑、支护和衬砌。3.断层、泥化软弱夹层。对充填胶结差，影响承载力或抗渗要求的断层，浅埋的尽可能清除回填，深埋的注水泥浆处理;浅埋的泥化夹层可能影响承载能力，尽可能清除回填，深埋的一般不影响承载能力。断层、泥化软弱夹层可能是基础或边坡的滑动控制面，对于不便清除回填的，根据埋深和厚度，可采用锚杆、预应力锚索、抗滑桩等进行抗滑处理。当地下水
17、发育影响到边坡或地下工程围岩稳定时，要及时采用洞、井、沟等措施导水、排水，降低地下水位。4.岩溶与土洞。当建筑工程不可能避开时，可挖除洞内软弱充填物后回填石料或混凝土。不方便挖填的，可采用长梁式、桁架式基础或大平板等方案跨越洞顶，也可对岩溶进行裂隙钻孔注浆，对土洞进行顶板打孔充砂、砂砾，或做桩基处理。边坡岩体稳定性1.影响边坡稳定因素内在因素组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩体结构、地应力等，它们常常起着主要的控制作用;外在因素地表水和地下水的作用、地震、风化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷载等。深切峡谷地区，陡峭的岸坡是容易发生边坡变形和破坏的地形条件。一般来说，坡度越陡，坡高越大，对稳定越不
18、利。崩塌现象均发生在坡度大于 60的斜坡上。2.地层岩性侵入岩、沉积岩以及片麻岩、石英岩等构成的边坡，一般稳定程度是较高的。只有在节理发育、有软弱结构面穿插且边坡高陡时，才易发生崩塌或滑坡现象。喷出岩边坡，如玄武岩、凝灰岩、火山角砾岩、安山岩等，其原生的节理，尤其是柱状节理发育时，易形成直立边坡并易发生崩塌。含有黏土质页岩、泥岩、煤层、泥灰岩、石膏等夹层的沉积岩边坡，最易发生顺层滑动，或因下部蠕滑而造成上部岩体的崩塌千枚岩、板岩及片岩，岩性较软弱且易风化，在产状陡立的地段，临近斜坡表部容易出现蠕动变形现象。当受节理切割遭风化后，常出现顺层(或片理)滑坡。具有垂直节理且疏松透水性强的黄土，浸水后
19、易崩解湿陷。当受水浸泡或作为水库岸边时，极易发生崩塌或塌滑现象。崩塌堆积、坡积及残积层地区，其下伏基岩面常常是一个倾向河谷的斜坡面。当有地下水在此受阻，并有黏土质成分沿其分布时，极易形成滑动面，从而使上部松散堆积物形成滑坡。3.地质构造与岩体结构褶皱、断裂发育地区，常是岩层倾角大，甚至陡立，断层、节理纵横切割，构成岩体中的切割面和滑动面，形成有利于崩塌、滑动的条件，并直接控制着边坡破坏的形成和规模。4.不稳定边坡防治措施防渗和排水整治滑坡的一种重要手段，只要布置得当、合理，均能取得较好效果。削坡要注意滑动面的位置，否则不仅效果不显著，甚至更会促使岩体不稳。支挡建筑主要是在不稳定岩体的下部修建挡
20、墙或支撑墙(或墩)，也是一种应用广泛而有效的方法。材料用混凝土、钢筋混凝土或砌石。支挡建筑物的基础要砌置在滑动面以下。若在挡墙后增加排水措施，效果更好。锚固措施锚杆(或锚索)预应力锚索或锚杆锚固不稳定岩体的方法，适用于加固岩体边坡和不稳定岩块混凝土锚固桩。锚固桩(或称抗滑桩)适用于浅层或中厚层的滑坡体滑动。知识点三、地下工程围岩的稳定性熟悉:地下工程围岩的稳定性1.地下工程位置选择的影响因素除取决于工程目的要求外，还需要考虑区域稳定、山体稳定及地形、岩性、地质构造、地下水、地应力等因素的影响。地形条件在地形上要求山体完整，地下工程周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度。如选择隧洞位置时，隧洞进
21、出口地段的边坡应下陡上缓，无滑坡、崩塌等现象存在。岩性条件岩浆岩、厚层坚硬的沉积岩及 变质岩，围岩的稳定性好，适于修建大型的地下工程。凝灰岩、黏土岩、页岩、胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩，稳定性差，不宜建大型地下工程。松散及破碎的岩石稳定性极差，选址时应尽量避开。地质构造条件褶皱的影响 背斜核部，岩层呈上拱形，有利于洞顶的稳定。 向斜核部岩层呈倒拱形，易于塌落。 向斜核部往往是承压水储存的场所，不宜修建地下工程。从理论而言，背斜核部较向斜核部优越，但实际上.原则上应避开褶皱核部，若必须在褶皱岩层.地段修建地下工程，可以将地下工程放在褶皱的两侧。断裂的影响应避免地下工程轴线沿断层带布置。地下
22、工程轴线垂直或近于垂直断裂带，所需穿越的不稳定地段较短，但也可能产生塌方。在选址时应尽量避开大断层。岩层产状的影响。在水平岩层中布置地下工程时，应尽量使地下工程位于均质厚层的坚硬岩层中。若地下工程必须切穿软硬不同的岩层组合时，应将坚硬岩层作为顶板，避免将软弱岩层或软弱夹层置于顶部，后者易于造成顶板悬垂或坍塌。软弱岩层位于地下工程两侧或底部也不利，容易引起边墙或底板鼓胀变形或被挤出。软弱岩层位于地下工程两侧或底部也不利，容易引起边墙或底板鼓胀变形或被挤出。在倾斜岩层中，一般也是不利的。在倾斜岩层中最好将地下工程选在均一完整坚硬的岩石中。地下水在选址时最好选在地下水位以上的干燥岩体内，或地下水量不大、无高压含水层的岩体内。地应力初始应力状态是决定围岩应力重分布的主要因素。2.提高围岩稳定性的措施支护与衬砌、喷锚支护两大类。各类围岩的具体处理方法：坚硬的整体围岩喷混凝土的作用主要防止围岩表面风化，消除开挖后表面的凹凸不平及防止个别岩块掉落，其喷层厚度一般 3-5cm。地下工程围岩中出现拉应力区时，应采用锚杆。块状围岩只要及时有效地防止个别“危石”掉落，就能保证围岩整体的稳定性。一般而言，对于此类围岩，喷混凝土支护即可，但对于边墙部分岩块可能沿某一结构面出现滑动时，应该用锚杆加固。
