巖石的物理性質(zhì)及工程分類

1、９第1章巖石的物理性質(zhì)及工程分類巖石的物理性質(zhì)及工程分類學(xué)習(xí)指導(dǎo):為了正確掌握巖土體的變形和破壞規(guī)律對巖土體的穩(wěn)定性做出合乎實際的分析和評價首先需要對巖土體的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)及工程分類等有清晰的認識。本章的學(xué)習(xí)任務(wù)就是要大家掌握這方面的內(nèi)容。重點重點：要求掌握巖土的物理性質(zhì)指標(biāo)的含義；對密度、比重及含水率三個實測指標(biāo)要理解，對各指標(biāo)的計算方法及指標(biāo)之間的換算要搞清楚；掌握無粘性土及粘性土的狀態(tài)指標(biāo)及應(yīng)用；理解土的三相組成；了解巖土的工

2、程分類。1.1巖土體的特性巖土體的特性巖土體是地殼的物質(zhì)組成。巖體是地殼表層圈層，經(jīng)建造和改造而形成的具一定組分和結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體。1.1.2巖(石)體的特性巖石是由礦物的組成的，按成因巖石可劃分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。成因類型不一樣，差別也很大，因此，工程性質(zhì)極為多樣。1）巖漿巖的性質(zhì)）巖漿巖的性質(zhì)巖漿巖具有較高的力學(xué)強度，可作為各種建筑物良好的地基及天然建筑石料。但各類巖石的工程性質(zhì)差異很大，如：深成巖具結(jié)晶聯(lián)結(jié)，晶粒粗大均勻，孔隙率

3、小、裂隙較不發(fā)育，巖塊大、整體穩(wěn)定性好，但值得注意的是這類巖石往往由多種礦物結(jié)晶組成，抗風(fēng)化能力較差，特別是含鐵鎂質(zhì)較多的基性巖，則更易風(fēng)化破碎，故應(yīng)注意對其風(fēng)化程度和深度的調(diào)查研究。淺成巖中細晶質(zhì)和隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖石透水性小、抗風(fēng)化性能較深成巖強，但斑狀結(jié)構(gòu)巖石的透水性和力學(xué)強度變化較大，特別是脈巖類，巖體小，且穿插于不同的巖石中，易蝕變風(fēng)化，使強度降低、透水性增大。噴出巖常具有氣孔構(gòu)造、流紋構(gòu)造和原生裂隙，透水性較大。此外，噴出巖多呈

4、巖流狀產(chǎn)出，巖體厚度小，巖相變化大，對地基的均一性和整體穩(wěn)定性影響較大。2）沉積巖的性質(zhì)）沉積巖的性質(zhì)碎屑巖的工程地質(zhì)性質(zhì)一般較好，但其膠結(jié)物的成分和膠結(jié)類型影響顯著，如硅質(zhì)基底式膠結(jié)的巖石比泥質(zhì)接觸式膠結(jié)的巖石強度高、孔隙率小、透水性低等。此外，碎屑的成分、粒度、級配對工程性質(zhì)也有一定的影響，如石英質(zhì)的砂巖和礫巖比長石質(zhì)的砂巖為好。粘土巖和頁巖的性質(zhì)相近，抗壓強度和抗剪強度低，受力后變形量大，浸水后易軟化和泥化。若含蒙脫石成分，還具有

5、較大的膨脹性。這兩種巖石對水工建筑物地基和建筑場地邊坡的穩(wěn)定都極為不利，但其透水性小，可作為隔水層和防滲層?；瘜W(xué)巖和生物化學(xué)巖抗水性弱，常具不同程度的可溶性。硅質(zhì)成分化學(xué)巖的強度較高，但性脆易裂，整體性差。碳酸鹽類巖石如石灰?guī)r、白云巖等具中等強度，一般能滿足水工設(shè)計要求，但存在于其中的各種不同形態(tài)的喀斯特，往往成為集中滲漏的通道。易溶的石膏、巖鹽等化學(xué)巖，往往以夾層或透鏡體存在于其他沉積巖中，質(zhì)軟，浸水易溶解，常常導(dǎo)致地基和邊坡的失穩(wěn)。

6、１１塊體密度（或巖石密度）是指巖石單位體積內(nèi)的質(zhì)量，按巖石試件的含水狀態(tài)，又有干密度（ρd）、飽和密度（ρsat）、和天然密度（ρ）之分，在未指明含水狀態(tài)時一般是指巖石的天然密度。各自的定義如下：ρd=（116）Vmsρsat=（117）Vmsat（118）Vm??式中：ms、msat、m分別為巖石試件的干質(zhì)量、飽和質(zhì)量和天然質(zhì)量；V為試件的體積。巖石的塊體密度除與礦物組成有關(guān)外，還與巖石的空隙性及含水狀態(tài)密切相關(guān)。致密而裂隙不發(fā)育的巖

7、石，塊體密度與顆粒密度很接近，隨著空隙、裂隙的增加，塊體密度相應(yīng)減小。巖石的塊體密度可采用規(guī)則試件的量積法及不規(guī)則試件的蠟封法測定。2）巖石的空隙性）巖石的空隙性巖石是有較多缺陷的礦物材料，在礦物間往往留有空隙。同時，由于巖石又經(jīng)受過多種地質(zhì)營力作用，往往發(fā)育有不同成因的結(jié)構(gòu)面，如原生裂隙、風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙等。所以，巖石的空隙性比土復(fù)雜的多，即除了空隙外，還有裂隙存在。另外，巖石中的空隙有些部分往往是互不連通的，而且與大氣也不相通。因

8、此，巖石中的空隙有開型空隙和閉空隙之分，開型空隙按其開啟程度又有大、小開型空隙之分。與此相對應(yīng)，可把巖石的空隙率分為總空隙率（n）、總開空隙率（n0）、大開空隙率（nb）、小開空隙率（na）和閉空隙率(nc)幾種，各自的定義如下：n=100%=(1)100%（119）VVVsd??n0=100%（120）VVV0nb=100%（121）VVVbna=100%=n0nb（122）VVVanc=100%=nn0（123）VVVc式中：VV、

9、VVo、VVb、Vva、Vvc分別為巖石中空隙的總體積、總開空隙體積、大開空隙體積、小開空隙體積及閉空隙體積；其它符號意義同前。一般提到的巖石空隙率系指總空隙率，其大小受巖石的成因、時代、后期改造及其埋深的影響，其變化范圍很大。常見巖石的空隙率見表12，由表可知，新鮮結(jié)晶巖類的n一般小于3%，沉積巖的n較高，為1%～10%，而一些膠結(jié)不良的砂礫巖，其n可達10%～20%，甚至更大。巖石的空隙性對巖塊及巖體的水理、熱學(xué)性質(zhì)影響很大。一般說