岩体的工程特性
一、考情分析
二、配套课程免费学
课程 | 考点笔记 | 时长 |
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三、“岩体的工程特性”课堂笔记+真题练习
考点一、造岩矿物
造岩矿物明显影响岩石性质，对鉴定岩石类型起重要作用。矿物的物理性质主要有以下几个方面。
（1）形态。
（2）颜色。是矿物最明显、最直观的物理性质。根据成因可分为自色、他色和假色。
（3）条痕。
（4）光泽。矿物表面对光线的反射能力称为光泽。
（5）解理。
（6）断口。
（7）硬度。常用摩氏硬度计来表示矿物的相对硬度。
（8）其他。如磁性（磁铁）、弹性（云母）、滑感（滑石）、咸味（岩盐）、比重（重晶石）、臭味（硫黄）。
考点二、岩石的基本类型【2019/2020】
1、岩浆岩（火成岩）【口诀：武岗山辉长绿，纹脉粗】
侵入岩 | 深成岩（地表3km以下）：花岗岩、正长岩、闪长岩、辉长岩等； 浅成岩（地表3km以内）：花岗斑岩、闪长玢岩、辉绿岩、脉岩等。 |
喷出岩 | 流纹岩、粗面岩、安山岩、玄武岩、火山碎屑岩。 |
2、沉积岩
地质作用过程 | 风化破坏阶段、搬运作用阶段、沉积作用阶段、成岩作用阶段。 |
结构类型 | 碎屑结构、泥质结构、结晶状结构、生物结构。 |
分类 | 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：如石灰岩、白云岩、泥灰岩等。 |
3、变质岩
概念 | 地壳中原已形成的岩石（火成岩、沉积岩、早成变质岩）由于地壳运动和岩浆活动等所造成的物理、化学条件变化，使原来岩石成分、结构、构造发生一系列改变而形成的新岩石。 |
引起岩石变质作用的因素 | 温度、压力、化学活动性流体。 |
结构 | 变余结构、变晶结构、碎裂结构。 |
常见变质岩 | 大理岩、石英岩、片麻岩等。【口诀：大石片】 |
4、三大岩类的属性比较
属性 | 岩浆岩 | 沉积岩 | 变质岩 |
成因 | 岩浆冷却凝固形成 | 风化、生物及火山作用产物经搬运、沉积而成 | 已成岩石在高温、高压及化学活动物质的作用下变质而成 |
产状 | 岩基、岩株、岩盘、岩床、熔岩被、熔岩流等 | 层状产出 | 多随变质前的岩石产状 |
矿物成分 | 直接由岩浆生产的原生矿物：石英、长石、角闪石、辉石、橄榄石、云母等 | 除石英、长石外，富含黏土矿物、方解石、白云石、有机质等 | 除石英、长石、云母、角闪石、辉石等外，常含变质矿物，例如石榴子石、滑石、硅辉石、红柱石、十字石等 |
结构 | 大部分为结晶的岩石，具有粒状、似斑状、斑状结构。部分为隐晶质、玻璃质结构 | 碎屑结构、泥质结构、化学岩结构 | 多为变晶结构，少数为变余结构和破裂结构 |
构造 | 气孔状、杏仁状、流纹状、块状等 | 各种层理构造；水平层理、斜层理、交错层理；化石、结核、雨痕、波痕等 | 大部分为片理构造；片麻状、片状、千枚状、板状；部分为块状构造 |
5、岩石的工程地质评述
（1）岩浆岩
力学强度较高，可作为各类建筑物良好地基及天然建筑材料，但抗风化能力较弱。因此，风化问题通常是岩浆岩地区进行工程建设遇到的主要地质问题。
分类 | 性质 |
深成岩 | 全晶质结构，岩石整体稳定性好，新鲜的岩石是良好的建筑物地基，特别是含铁、镁质的基性岩，更易风化，影响岩石的工程性质。 |
浅成岩 | 力学强度各不相同，脉岩类岩体小，且穿插于不同的岩石中，易蚀变风化，使得强度和变形性能降低，透水性增大。 |
喷出岩 | 常具有气孔构造、流纹构造及发育原生裂隙，透水性较大，对地基的均一性和整体稳定性影响大。 |
（2）沉积岩
具有成层分布规律，存在着各向异性特征，且层的厚度变化大。
分类 | 性质 |
碎屑岩 | 包括：砾岩、砂岩、粉砂岩，工程地质性质一般较好，但其胶结物成分和胶结类型影响显著。 |
黏土岩 | 主要由黏土矿物组成，常见黏土矿物有高岭石、蒙脱石、水云母等。和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，浸水后易软化和泥化。尤其是含蒙脱石成分的岩石，遇水后具有膨胀、崩解性质，不适合作为大型水工建筑物地基。 |
化学岩和生物化学岩 | 抗水性弱，常表现出不同程度可溶性。影响水工建筑物安全的主要工程地质问题有渗漏、塌陷等。 |
（3）变质岩
变质岩的片理构造（包括板状、千枚状、片状及片麻状构造）会使岩石具有各向异性的特征，水工建筑中应注意研究其在垂直及平行于片理构造方向上工程性质的变化。
习题1：【2019】岩石的基本类型可分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩、变质岩，下列属于变质岩的是（ ）。
A. 流纹岩
B. 大理岩
C. 石灰岩
D. 玄武岩
解析：根据变质岩的口诀“大石片”可知，正确选项为B。
选项AD属于岩浆岩（火成岩）；选项C属于沉积岩。
习题2：【2019】下列岩石属于岩浆岩（火成岩）的有（ ）。
A. 花岗岩
B. 玄武岩
C. 安山岩
D. 片麻岩
E. 闪长岩
解析：根据岩浆岩的口诀“武岗山辉长绿，纹脉粗”可知，正确选项为ABCE。
考点三、岩石的物理力学性质指标
1、物理性质指标
指标 | 公式 | 测定方法 |
块体密度和重度 | 1）岩石块体密度分为：天然密度ρ、干密度ρd和饱和密度ρs等。ρ=m/V（密度=质量/体积） 2）岩石重力密度：γ=ρg | 量积法、蜡封法、水中称量法 |
颗粒密度 | ρp=ms/Vs （干试样质量/岩石固体体积Vs） | 比重瓶法 |
孔隙率 | n=Vv/V （孔隙体积/总体积） 孔隙率越大，岩石的力学性质就越差 | |
吸水性 | 1）表征岩石吸水性的指标有：吸水率、饱和吸水率和饱和系数。 ①吸水率ωa： 试件在大气压力和室温条件下吸入水的质量与烘干后的质量的比值： ωa=（ma-md）/md×100%（ma为试件浸水48h的质量） ②饱和吸水率ωs： 试件在强制饱和状态下的最大吸水量与烘干后的质量的比值： ωs=（ms-md）/md×100% （ms为试件饱和后的质量） ③饱和系数Kw： 2）岩石吸水性试验包括：吸水率试验和饱和吸水率试验。 | 1）岩石吸水率：自由浸水法 2）岩石饱和吸水率：煮沸法或真空抽气法 |
抗冻性 | 1）常用冻融质量损失率Lf和冻融系数Kf等指标表示。 ①冻融质量损失率Lf： 冻融前后饱和质量的差值ms-mf（g）与冻融前试件饱和质量ms（g）的比的百分率：Lf=（ms-mf）/ms×100% 冻融试验后的饱和单轴抗压强度平均值与冻融试验前的饱和单轴抗压强度平均值之比。 |
2、力学性质指标
指标 | 公式 | 说明 |
单轴抗压强度 | R=P/A=试件破坏荷载/试件截面面积 | 1）抗压强度是表示岩石力学性质最基本、最常用的指标。 2）岩石吸水后，抗压强度都有不同程度降低，表示这一特性的指标是软化系数η，即饱和状态下单轴抗压强度平均值与干燥状态下单轴抗压强度平均值之比。软化系数小于0.75的岩石，是强软化岩石，抗水、抗风化、抗冻性差。 |
变形参数 | 弹性模量Ee、变形模量E0、泊松比μe | 1）弹性变形：外力撤去后能够恢复的变形； 2）塑性变形：外力撤去后不能恢复的变形。 |
抗剪强度 | τs= c+σtanφ | σ：垂直压应力； |
考点四、工程岩体分级
1、《水利水电工程地质勘察规范》
（1）岩土体的渗透性分级
渗透性等级 | 渗透系数似（cm/s） | 透水率q（Lu） |
极微透水 | K＜10-6 | q＜0.1 |
微透水 | 10-6 ≤ K＜10-5 | 0.1≤ q＜1 |
弱透水 | 10-5 ≤ K＜10-4 | 1≤ q＜10 |
中等透水 | 10-4 ≤ K＜10-2 | 10≤ q＜100 |
强透水 | 10-2 ≤ K＜1 | q ≥100 |
极强透水 | K ≥1 | q ≥100 |
透水率q（Lu）称为吕荣值，通过钻孔压水试验获取。1吕荣为1MPa作用下1m试段内每分钟注入1L水量。1Lu相当于渗透系数10-5cm/s。【2019】
习题：【2019】透水率是以吕荣值（Lu）为单位表们*岩体渗透性的指标，表示使用灌浆材料作为试验流体时地层的渗透系数，1Lu相当于渗透系数（ ）。
A.1×10-3cm/s
B. 1×10-4cm/s
C. 1×10-5cm/s
D. 1×10-6cm/s
（2）围岩稳定性评价【2020】
类型 | 围岩稳定性评价 | 支护类型 |
Ⅰ | 稳定。 | 不支护或局部锚杆或喷薄层混凝土。大跨度时，喷混凝土、系统锚杆加钢筋网。 |
Ⅱ | 基本稳定。局部可能产生掉块 | |
Ⅲ | 局部稳定性差。会产生塑性变形，不支护可能产生塌方或变形破坏。 | 喷混凝土，系统锚杆加钢筋网。采用TBM掘进时，需及时支护。跨度＞20m时，宜采用锚索或刚性支护。 |
Ⅳ | 不稳定。自稳时间很短，规模较大的各种变形和破坏都可能发生。 | 喷混凝土、系统锚杆加钢筋网，刚性支护，并浇筑混凝土衬砌。不宜于开敞式TBM施工。 |
Ⅴ | 极不稳定。不能自稳，变形破坏严重。 |
习题：【2020】自稳时间很短，规模较大的各种变形和破坏都可能发生的水工隧洞围岩类型是（ ）。
A. Ⅰ
B. Ⅱ
C. IV
D. Ⅴ
（3）围岩工程地质分类
初步分类 | 适用于规划、可研以及深埋洞室施工之前的围岩工程地质分类。 |
详细分类 | 主要用于初步设计、招标和施工图设计阶段的围岩工程地质分类。 |
2、《工程岩体分级标准》（GB/T50218—2014）
（1）岩体基本质量的分级因素
岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定。岩石坚硬程度和岩体完整程度，应采用定性划分和定量指标两种方法确定。
1）定性划分
坚硬程度 | 硬质岩（坚硬岩、较坚硬岩 ）、软质岩（较软岩、软岩、极软岩 ）。 |
风化程度 | 未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化。 |
完整程度 | 完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。 |
结构面结合程度 | 结合好、结合一般、结合差、结合很差。 |
2）定量指标
①坚硬程度：采用岩石饱和单轴抗压强度Rc表示，一般应采用实测值。【2019】
②完整程度。采用岩体完整性指数Kv表示，为岩体与岩石的纵波速度之比的平方。
（2）岩体基本质量分级
1）岩体基本质量指标（BQ）指岩体所固有的，影响工程岩体稳定性的最基本属性，由岩石坚硬程度和岩体完整程度决定。
2）岩石基本质量分级，应根据基本质量的定性特征和基本质量指标结合确定。
岩体基本质量等级 | 基本质量的定性特征 | 岩体基本质量指标（BQ） |
Ⅰ | 坚硬岩，岩体完整 | ＞551 |
Ⅱ | 坚硬岩，岩体较完整 较坚硬岩，岩体完整 | 550～451 |
Ⅲ | 坚硬岩，岩体较破碎 较坚硬岩，岩体较完整 较软岩，岩体完整 | 450～351 |
Ⅳ | 坚硬岩，岩体破碎 较坚硬岩，岩体较破碎~破碎 较软岩，岩体较完整~较破碎 软岩，岩体完整~较完整 | 350～251 |
Ⅴ | 较软岩，岩体破碎 软岩，岩体较破碎~破碎 极软岩及极破碎岩 | ≤250 |
基本质量指标BQ，应根据分级因素的定量指标Rc的兆帕数值和Kv，按下式计算：BQ＝100＋3Rc＋250Kv
习题：【2019】经室内试验测定，一岩块的饱和单轴抗压强度为65MPa，该岩块属于（ ）。
A. 坚硬岩
B. 中硬岩
C. 较软岩
D. 软岩
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