岩石及特殊土的工程性质.doc

第四章 岩石及特殊土的工程性质第一节 岩石的物理性质一、密度和重度：密度：单位体积的质量（r）。（g/cm3）重度：单位体积的重量（）。（N/cm3） 二、颗粒密度和比重（相对密度）颗粒密度：单位体积固位颗粒的质量（）。（g/cm3） 比重（相对密度）：单位体积固体颗粒的重力与4时同体积水的重力之比（ds）。三、孔隙度和孔隙比：孔隙度：孔隙体积与岩石总体积之比（n）。孔隙比：孔隙体积与岩石中固体颗粒体积之比（e）。第二节 岩石的水理性质一、吸水性：指岩石吸取水的性能。其吸水限度用吸水率表达。吸水率：（常压条件下）吸入水量与干燥岩石质量之比。饱水率：（150个大气压下或真空）吸入水量与干燥岩石质量之比。饱水系数：岩石吸水率与饱水率之比。 （）二、透水性：指岩石能透过水的能力。用渗透系数K表达。（m/s） 达西层流定律： 渗透系数：三、软化性：指岩石浸水后强度减少的性质。用软化系数KR表达。 软化系数： 一般软化系数的岩石具软化性。四、抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的能力。强度损失率： 不抗冻的岩石 RL25重量损失率： GL2 KW0.7五、可溶性：指岩石被水溶解的性能。六、膨胀性：指岩石吸水后体积增大的性能。七、崩解性：岩石（干燥）泡水后，因内部结构破坏而崩解的性能。第三节 岩石的力学性质一、变形：岩石受力后发生形状改变的现象。重要变形模量和泊松比表达。2、泊松比：指横向应变与纵向应变之比。二、强度：指岩石受力破坏时承受的最大应力。1、抗压强度：（烘干、垂直结构面受压、单轴） 2、抗拉强度：（一般用劈裂法）3、抗剪强度4、点荷载强度：第四节 风化作用一、定义：地表及地下一定深度的岩石，在自然因素作用下，发生机械破碎和成分改变的过程。二、风化作用类型：1、物理风化：指岩石在自然因素作用下以机械破碎为主，无明显成分改变的过程。（1）热胀冷缩作用：重要发生在昼夜温差变化大的地区。（2）冰劈作用：重要发生在雪线附近。 （水结冰时，体积增长111，对两壁岩石产生96Mpa的压力）（3）盐类结晶作用：重要发生在强烈蒸发的干旱地区。 （明矾结晶，体积膨胀50，压力达40kg/cm2）2、化学风化：指岩石在自然因素作用下以化学成分改变为主，无明显机械破碎的过程。（1）溶解作用：（2）水化作用：（3）氧化作用：（4）碳酸化作用：3、生物风化：指由生物活动过程引起的岩石风化。（1）生物物理风化：根劈作用（2）生物化学风化：有机酸侵蚀（三）影响风化的内部因素：（四）岩石风化限度分级：1、分级依据：2、分级：（共五级）未风化 微风化 弱风化 强风化 全风化第五节 岩石、土的工程分类一、按岩石坚硬限度划分： 坚硬岩 较坚硬岩 较软岩 软岩 极软岩 Rc：60MPa 60-30MPa 30-15MPa 15-5MPa 5MPa二、岩土按施工工程分级：（铁路部门）VIVIVIIIIII松土普通土硬土软石次坚石坚石三、土的分类（一）土的颗粒分组及按颗粒级配分类2、按颗粒级配（不同粒级的含量）分类备注：液限：土从流动状态变为可塑状态的界线含水量。WL 塑限：土从可塑状态变为半固体状态的界线含水量。（目前用搓条法拟定塑限）。WP 塑性指数：是液限和塑限的差值。表达土处在可塑状态的含水量变化范围。（三）特殊土分类1、定义：指按区域性分布的，具有某种特殊性质的土。第六节 特殊土的工程性质特殊土：重要按区域分布，具有某种特殊性质的土。一、黄土：1、定义：在干旱气候条件下形成的一种淡黄色或褐黄色的特殊土。2、成因和分布：沙漠下风处，即秦岭以北11个省市，面积64万km2。重要在甘肃中部和东部、宁夏南部、陕西北部、山西北部，共41.2万km2，厚100200m。3、特性：（1）颗粒粒度：以粉砂为主，占6070，另一方面为粘土。（2）易溶盐含量高，碳酸盐类占1030，另一方面为氯化物和硫化物。（3）质地均一，结构松散，孔隙大，孔隙度为3364。（4）垂直节理发育。（5）具湿陷性。4、分类：5、重要工程地质问题（1）黄土的湿陷性：地表局部汇水溶解潜蚀碟形洼地（2）黄土陷穴：地下水潜蚀地下洞穴塌陷（形成于地下水水力梯度大的地方）。6. 湿陷性黄土的土质改良 (1) 重锤表层夯实：一般采用2.53.0t的重锤，落距 4.04.5m，可消除地下1.21.75m 黄土层的湿陷性。 (2) 强夯： 一般采用840t的重锤（最重达200t）， 落距1020（最大达40m)的高度自由 下落，击实土层。 (3) 土垫层：先将解决范围内的黄土挖出，然后用素土或 灰土在最佳含水量下回填夯实。可消除地表 下13m的黄土层的湿陷性。(4) 挤密桩：先在土内成孔，然后在孔中分层填入 素土或灰土并夯实。在成孔和填土夯 实过程中，桩周的土被挤压密实，从 而消除湿陷性。 (5) 化学灌浆加固：通过注浆管，将化学浆液注入 土层中，使溶液自身起化学反 应，或溶液与土体起化学反 应，生成凝胶物质或结晶物 质，将土胶结成整体，从而消 除湿陷性。二、膨胀土1、定义：由强亲水粘土矿物组成的，具有膨胀结构，以及强胀缩性，多裂隙性，强度衰减性的高塑性粘土。2、成因和分布：风化的粘土矿物被流水带到东南部河流中下游沉积。当为蒙脱石、伊犁石时为膨胀土。重要分布在太行山秦岭四川盆地西缘云南下关这一线的东南边。3、特性：（1）颗粒粒度：以粘土矿物为主，占3550以上，另一方面为粉砂。（2）矿物成分：以蒙脱石、伊犁石为主。4、重要工程地质问题（1）边坡膨胀和滑塌吸水后粘聚力为O，内摩擦角只有几度。（2）基床翻浆冒泥。（3）地基不均匀沉降。膨胀土防治3加大基础埋深，增大基础侧面摩擦力，或增长附加压力克服土的膨胀。 膨胀土的破坏一、 膨胀：边坡及洞室鼓胀。三、收缩，边坡开裂、地基沉降量大。三、软土1、定义：天然含水量大、压缩性高、承载力低，抗剪强度差的软塑流塑状粘性土。（如淤泥、淤泥质土）。2、成因和分布：河流入海口、湖沼洼地等静水或缓慢流水下沉积，并经生物化学作用而成。重要分布在长江三角洲、珠江三角洲、洞庭湖、洪泽湖、太湖、湖、滇池、牛轭湖、沼泽等地。3、特性：（1）颗粒粒度以粘土为主，可达6070，另一方面为粉砂。（2）矿物成分以伊犁石为主，有机质可达89。（3）具典型的蜂窝状结构，孔隙度在5065之间。（4）具层理性。4、重要工程地质问题（1）承载力低：一般允许承载力为0.1MPa，有时甚致低于0.04MPa。（2）压缩性高、沉降量大、固结慢。（3）触变性。（4）流变性。软土的防治1排水砂井：=0.42.0m，灌入中、粗砂。2砂垫层；3抛石挤淤和爆破排淤。5强夯：锤重1020t，升高1040m，自由下落，靠冲击力使软土迅速排水，加固深度达1112m。7换填土；8软沉井；9堆截顶压。四、冻土定义：温度低于0，并具有冰的特殊土。（一）季节性冻土1、定义：冬季冻结，夏季所有融化的特殊土。2、成因和分布：高纬度冻土。长江以北。3、重要工程地质问题冻胀融沉性。（二）数年冻土1、定义：冻结状态连续三年以上，甚致百年不化的冻土。2、成因和分布： 3、重要特性：（1）组成：岩土颗粒、水。4、重要工程地质问题 因冻胀融沉导致冻土防治3土质改良：4换填土：改为砂、砾、卵石土。5减少冰点：土中加化学物质。6旱桥五、各类特殊土的重要特性黄土湿陷性膨胀土强烈胀缩性软土承载力低，压缩性高、固结慢冻土冻胀融沉性