岩土工程地质分级与分类

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,工程地质,岩土工程地质分级与分类,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,工 程 地 质,岩土工程地质分级与分类,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,7,岩土工程地质分级与分类,本章小结,7.1,工程岩体分级,7.2,土的工程分类,1,7.1,工程岩体分级,分级的目的,从工程的实际进行分级，并根据其特性，进行试验，得出相应的设计计算指标或参数，以便使工程建设达到经济、合理、安全的目的。,分级的种类,根据用途的不同，岩体工程分级有通用的分级和专用的分级两种。,2,7.1,工程岩体分级,影响岩体工程性质的主要因素,岩石强度和质量,强度,(,软、硬,),变形性,(,结构上的致密、疏松,),岩体的完整性,软弱面、软弱带和其间充填的原生或次生物质的性质,水的影响,岩石的物理力学性质恶化,沿裂隙形成渗流影响岩体的稳定性。,强度削弱,3,7.1,工程岩体分级,工程岩体分级的代表性方案,1986,年国家计委批准编制了,工程岩体分级标准,，并于,1994,年经国家建设部批准为强制性国家标准，于,1995,年,7,月,1,日起施行。该标准属于国家标准第二层次的通用标准，适用于各部门、各行业的岩石工程。,4,5,6,7.1,工程岩体分级,工程岩体分级标准（,GB50218,94,）,工程岩体质量的,初步分级,岩体坚硬程度,岩体完整程度,定性划分,定量确定,定性划分,定量确定,岩体基本质量分级,工程岩体质量的,详细分级,7,8,定量指标采用岩石,单轴饱和抗压强度,(Rc),的实测值。当无条件取得实测值时，也可采用实测的岩石,点荷载强度指数,(Is,（,50,）,),的换算值。,9,10,定量指标采用岩体,完整性指数,(Kv),的实测值。当无条件取得实测值时，也可采用岩体,体积节理数,(J v),查表确定。,11,12,7.1,工程岩体分级,当遇有地下水、岩体稳定性受,软弱结构面,影响且由一组起控制作用或存在,高初始应力现象,时，应用岩体基本质量指标,修正值,(BQ),，对岩体质量进行详细定级。,13,14,15,7.2,土的工程分类,概述,任务,是将用于工程建设目的的各种自然土，按其工程地质性质的差异划分为类或组。,方法,普通分类,专门分类,包括工程建设中常所遇到的各种土类，适用于各类工程建设，适用性广，一般多用于分析、对比和综合研究各类土的形成和变化规律，同时也是制订专门分类和高等学校进行教学的基础。,专门分类是以某一种特定的建筑工程为对象，按某一个或某几个单项指标所提出来的分类，它密切结合建筑类型，直接为某设计或解决某一具体问题服务。,16,7.2,土的工程分类,土的工程分类方案简介,土的分类标准,(GBJl45,90),通用分类,土颗粒组成及其特征,土的塑性指标,土中有机质,地基土的分类,专门分类,一般规定,一般土分类,17,7.2,土的工程分类,0,固态,半固态,可塑状态,流动状态,缩限,w,s,塑限,w,p,液限,w,l,w,塑性指数,18,7.2,土的工程分类,小于某粒径的土颗粒质量累积百分数为,10%,时，相应的粒径称为有效粒径,d,10,；,与之类似可以得到,d,30,（中值粒径）和,d,60,（,限定粒径）。,粒组划分,级配指标：不均匀系数,(Cu),和曲率系数,(Cc),一般规定,19,细粒土根据塑性图分类,20,7.2,土的工程分类,塑性图的横坐标为土的液限，纵坐标为塑性指数。当取质量为,76g,、锥角为,30,的液限仪锥尖入士深度为,17mm,对应的含水量为液限时，按塑性图,1,分类。当取质量为,76g,、锥角为,20 ,的液限仪锥尖入土深度为,10 mm,对应的含水量为液限时，按塑性图,2,分类。,21,22,23,7.2,土的工程分类,一般土的分类,一般土按其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。,24,25,7.2,土的工程分类,细粒土是指土样中,细粒组质量多于或等于总质量,50,的土。其中，粗粒组质量占总质量的,25,一,50,者称含粗粒的细粒土；含部分有机质者称有机质土。,B,漂石（块石）,CB,卵石（碎石）,S,砂,C,粘土,G,砾,M,粉土,W,级配良好,D,级配不良,H,高液限,L,低液限,26,7.2,土的工程分类,地基土的分类,碎石土,砂土,粉土,粘性土,人工填土,27,碎石土是指粒径大于,2mm,的颗粒含量超过全重,50,的土。根据粒组含量和颗粒形状分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。,28,砂土是指粒径大于,2mm,的颗粒含量不超过全重,50,、粒径大于,0.0075mm,的颗粒超过全重,50,的土。据粒组含量分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。,29,7.2,土的工程分类,粉土是指粒径大于,0.0075mm,的颗粒含量不超过全重的,50,、塑性指数小于或等于,10,的土。据粒组含量可分为砂质粉土,(,粒径小于,0.005mm,的颗粒不超过全重的,10,),和粘质粉土,(,粒径小于,0.005mm,的颗粒超过全重的,10,),。,30,7.2,土的工程分类,粘性土是指,塑性指数大于,10,的土。不同成因和年代的粘性土，尽管其某些物理性质指标值可能很接近，但其工程性质可能相差很悬殊。,沉积年代,塑性指数,老粘土,一般粘性土,新近沉积的粘性土,粉质粘土,粘土,31,7.2,土的工程分类,我国主要特殊土的基本特性,黄土,红粘土,软土,膨胀土,冻土,盐渍土,32,7.2,土的工程分类,气候条件：第四纪干旱和半干旱气候,颜色：多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色,成因分类,原生黄土：不具层理,次生黄土具有层理，并含有砂砾和细砾,。,黄土的成因,天然状态下土质坚硬、压缩性小、强度较高,浸水后结构破坏，强度降低，突然下沉（有些地区）,33,7.2,土的工程分类,我国黄土分布面积约,64,万,km,2,。其中具有湿陷性的约,27,万,km,2,。分布在北纬,33,47,之间。黄土的湿陷性在我国总体上呈现由西北向东南逐渐减弱的趋势。,黄土分布,34,35,36,7.2,土的工程分类,黄土的堆积时代及代表地层,老黄土,午城黄土,离石黄土,120,万,70,万,70,万,10,万,下更新世,Q,1,中更新世,Q,2,老黄土大孔结构已退化，一般仅在黄土的上部有轻微的湿陷性，或在大压力下有湿陷性；而离石黄土分布普遍，厚度为,50,70m,，在黄河中游最厚可达,170m,。,37,7.2,土的工程分类,新近堆积的黄土,Q4,2,黄土,多分布于河漫滩、低阶地、山间洼地的表层及洪坡积地带，生孔、大孔发育，结构松散，承载力较低，具有高压缩性和湿陷性。,马兰黄土,Q41,黄土土质相近，均匀、疏松，大孔和虫孔发育，具垂直节理，有较强烈的湿陷性，与工程建设关系最为密切。,马兰黄土,10,万,0.5,万,晚更新世,Q,3,新黄土,5000,年以内,全新世早期,Q4,Q4,1,黄土,38,7.2,土的工程分类,以粗粉土,(0.050.1mm),为主，平均含量达,50,以上,黄土的颗粒组成,黄土的矿物成分,以石英、长石、碳酸盐等为主，并含部分粘土矿物,黄土的化学成分,与矿物成分和风化有关，主要有,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,CaO,。,易溶盐类,碳酸盐为主，氯化物和硫酸盐次之，,含量呈区域性变化且与成因有关。,黄土的成分,39,7.2,土的工程分类,黄土的结构,结构,残积、坡积黄土,不等粒“斑状”结构，大孔隙多，,形状复杂，孔隙边缘明显,冲积黄土,细粒“等粒”结构，大孔隙少，多为长形,或圆形粒间小孔，轮廓不甚清楚,孔隙率,粒间小孔,特有的大孔隙,虫孔、植物根孔、裂欧、,封闭空洞和巨大的潜蚀空洞等,一般地层越老，孔隙率越低；坡积、残积黄土的孔隙率比冲积黄土高。,40,7.2,土的工程分类,0.07,强湿陷性,0.015,0.03,弱湿陷性,0.03,0.07,中等湿陷性,黄土的基本工程地质特征,压实程度差，孔隙大、孔隙率高，含水少、透水性强和强度高,黄土湿陷性判别,湿陷系数,s,41,7.2,土的工程分类,黄土的自重湿陷和非自重湿陷,黄土的湿陷是在包括,上覆土自重压力,和,附加压力,下产生的，发生湿陷现象的界限压力称为,湿陷起始压力,，其随黄土胶结物含量、湿度、密度以及土的埋深增大而增高。当上覆土层饱和自重力大于该土层湿陷起始压力时发生,自重湿陷,；当上覆土层饱和自重力小于该土层湿陷起始压力，只有在与附加应力,共同作用,下才能大于该土层的湿陷起始压力时发生,非自重湿陷,。,42,7.2,土的工程分类,碳酸盐岩系,出露区的岩石，经,红土化作用,形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土称为红粘土。其液限一般大于,50,，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育。经再搬运后仍保留红粘土基本特征，液限大于,45,小于,50,的土称为,次生红粘土,。,红粘土的定义,43,7.2,土的工程分类,气候特点,：气候变化大，年降水量大于蒸发量， 潮湿的气候有利于岩石的机械风化和化学风化，,岩性特点,：主要为碳酿盐类岩石，当岩层稻皱发育、岩石破碎时，更易形成红粘土。,红粘土的形成条件,44,45,46,7.2,土的工程分类,盆地或洼地,边缘较薄，向中间逐渐增厚,基岩面或风化面,取决于基岩起伏和风化层深度,当下伏基岩的溶沟、溶槽、石芽,厚度变化极大,红粘土的分布规律,红粘土主要为残积、坡积类型，也有洪积类型，其分布多在山区或丘陵地带以及山坡、山麓、盆地或洼地中。,47,7.2,土的工程分类,红粘土的,粒度成分,中，小于,0.005mm,的粘粒含量为,60,一,80,，其中小于,0.002mm,的胶粒占,40,一,70,，使红粘土具有高分散性。红粘土的,矿物成分,主要为高岭石、伊利石和绿泥石。,化学成分,以,SiO,2,、,Al,2,O,3,和,Fe,2,O,3,为主。,红粘土的成分特点,48,7.2,土的工程分类,红粘土的基本工程地质特征,红粘土的物理力学性质,一是天然含水量高、密度小、孔隙比高、高塑性,(,液限和塑限都很高,),以及较高的力学强度和较低的压缩性；二是各种指标的变化幅度很大。,49,7.2,土的工程分类,红粘土的基本工程地质特征,红粘土的裂隙性,处于坚硬和硬塑状态的红粘土层，由于,胀缩,作用形成了大量裂隙,红粘土的胀缩性,天然状态下,膨胀量微小，收缩量较大,，经收缩后的土试样浸水时，可产生较大的膨胀量,50,7.2,土的工程分类,红粘土中的地下水特征,红粘土的透水性微弱，其中的地下水多为裂隙性潜水和上层滞水，它的,补给来源,主要是大气降水、基岩岩溶裂隙水和地表水体，,水量,一般均很小。在地势低洼地段的土层裂隙中或软塑、流塑状态土层中可见土中水，水量不大，且,不具统一水位,。红粘土层中的地下水水质属,重碳酸钙型,水，对混凝土一般不具腐蚀性。,51,7.2,土的工程分类,软土的定义和分类,软土一般是指天然含水量大、压缩性高、承裁力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。,淤泥：孔隙比大于,1.5,淤泥质土：孔隙比小于,1.5,而大于,1.0,有机质土：烧失量大于,5,泥炭：烧失量大于,60,时,其它高压缩性的粘性土、粉土,52,7.2,土的工程分类,软土的成因类型,滨海沉积,滨海相,泻湖相,按沉积环境分,湖泊沉积,河滩沉积,沼泽沉积,溺谷相,三角洲相,53,7.2,土的工程分类,A.,滨海相,常与海浪岸流及潮汐的水动力作用形成较粗的颗粒,(,粗、中、细砂,),相掺杂，使其不均匀和极疏松，增强了淤泥的透水性能，易于压缩固结。,B.,泻湖相,颗粒微细、孔隙比大、强度低、分布范围较宽阔，常形成海滨平原。在泻湖边缘，表层常有厚约,0.3,2.0 m,的泥炭堆积。底部含有贝壳和生物残骸碎屑。,54,7.2,土的工程分类,C.,溺谷相,孔隙比大、结构疏松、含水量高，有时甚于泻湖相。分布范围赂窄，在其边缘表层也常有泥炭沉积。,D.,三角洲相,由于河流及海潮的复杂交替作用，而使淤泥与薄层砂交错沉积，受海流与波浪的破坏，分选程度差，结构不稳定，多交错成不规则的尖灭层或透镜体夹层，结构疏松，颗粒细小。,55,7.2,土的工程分类,湖泊沉积,是近代淡水盆地和咸水盆地的沉积。沉积物中央有粉砂颗粒，呈现明显的层理。淤泥结构松软、呈暗灰、灰绿或暗黑色，厚度一般为,10m,左右，最厚者可达,25m,。,河滩沉积,主要包括河漫滩相和牛轭湖相。成层情况较为复杂，成分不均一，走向和厚度变化大，平面分布不规则。一般常呈带状或透镜状，间与砂或泥炭互层，其厚度不大，一般小于,lo m,。,56,7.2,土的工程分类,沼泽沉积,分布在地下水、地表水排泄不畅的低洼地带，多以泥炭为主，且常出露于地表。下部分布有淤泥层或底部与泥炭互层。,57,7.2,土的工程分类,我国东海、黄海、渤海、南海等,沿海地区,，例如滨海相沉积的天津塘沽、浙江温州、宁波等地，以及溺谷相沉积的闽江口平原，河滩相沉积的长江中下游、珠江下游、淮河平原、松辽平原等地区。,内陆,(,山区,),软土主要位于湖相沉积的洞庭湖、洪泽湖、太湖、鄱阳湖四周和古云梦泽地区边缘地带，以及昆明的滇池地区，贵州六盘水地区的洪积扇等。,软土的分布,58,7.2,土的工程分类,软土的工程性质,触变性,流变性,高压缩性,低强度,低透水性,不均匀性,59,7.2,土的工程分类,触变性,当原状土受到振动以后，破坏了结构连接，降低了土的强度或很快地使土变成稀释状态。,流变性,软土除排水固结引起变形外，在剪应力作用下，土体还会发生缓慢而长期的剪切变形。,60,7.2,土的工程分类,高压缩性,软土是属于高压缩性的土，压缩系数大，反映在建筑物的沉降方面为沉降量大。,低强度,由于软士具有上述特性，地基强度很低。其不排水抗剪强度一般均在,20KPa,以下。,61,7.2,土的工程分类,低透水性,软土透水性能弱，对地基排水固结不利，反映在建筑物沉降延续时间长。同时，在加载初期，地基中常出现较高的孔隙水压力，影响地基的强度。,不均匀性,由于沉积环境的变化，粘性土层中常局部夹有厚薄不等的粉土，建筑物地基则易产生差异沉降。,62,7.2,土的工程分类,膨胀土的定义,膨胀土是一种对环境变化，特别是对于湿热变化非常敏感的土。其反映是,体积随水量增加发生膨胀和随水量减小而收缩,，产生膨胀压力。影响土的膨胀性的主要矿物是蒙脱石。,63,7.2,土的工程分类,膨胀土的分布,膨胀土在我国有着广泛的分布，至今先后发现膨胀土的省区达,20,多个，尤其在北京,西安,成都一线东南、杭州,广西一线西北这一北东,南西向的广大区域内，分布最为普通。,64,7.2,土的工程分类,多以残,坡积、冲积、洪积、湖积为主。,湖相沉积及风化层,粘土矿物中以蒙脱石为主，自由膨胀率、液限、塑性指数都较大，土的膨胀、收缩性最显著,冲积、冲洪积及坡积物,粘土矿物中以伊利石为主，自由膨胀率和液限较大。土的膨胀、收缩性也显著,碳酸盐类岩石的残积、坡积及洪积的红粘土,自由膨胀率常小于,40,，故常被定为非膨胀土，但其收缩性很显著。,膨胀土的成因,65,66,7.2,土的工程分类,膨胀土一般呈红、黄、褐、灰白等色，具斑状结构，常含铁、锰或钙质结核，具,网纹开裂,，有,蜡状光泽,的挤压面，类似劈理。土层表层常因失水收缩出现纵横交错的裂隙和龟裂现象，使土体的,完整性破坏,，,强度降低,。,膨胀土中粘粒常达,35,以上。矿物成分以蒙脱石和伊利石为主，高岭石和多水高岭石较少。化学成分以,SiO,2,和,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,为主。,膨胀土的工程地质特性,67,7.2,土的工程分类,膨胀土的工程地质特性,膨胀土液限和塑性指数都较大，饱和度较大，一般都在,80,以上。但天然含水量较小，多为,l 7,一,36%,，一般为,20,左右。所以，膨胀土常处于硬塑或坚硬状态。,膨胀土强度较高，压缩性中等偏低，故常被误认为是较好的天然地基。当,含水量增加和结构扰动,后，,力学性质减弱,明显。膨胀土的膨胀和收缩特性会导致建筑物开裂和损坏；导致斜坡建筑场地崩塌、滑坡、地裂。,68,7.2,土的工程分类,冻土的定义,温度等于或低于摄氏零度且含有冰的各类土,冻土的分类,季节性冻土,冬季冻结，夏季全部融化,多年冻土,冻结状态持续多年,(,一般是,3,年以上,),不融的冻土，,69,7.2,土的工程分类,冻土的力学性质,冻土的融化压缩,冻土融化过程中在无外荷作用的情况下，所产生的沉降称为融化下沉（简称融陷）,冻土融化后，在外荷作用下所产生的压缩变形称为融化压缩,冻胀量,冻结过程中土体积增大，以冻胀率（冻胀变形量与冻结深度之比）来衡量,70,7.2,土的工程分类,冻胀力,法向冻胀力,切向冻胀力,作用于基础底面上的抬起力,平行向上作用于基础侧表面的抬起力,冻结力,通过冰晶使冻土与基础表面胶结在一起的胶结力，又称冻结强度,冻土的抗剪强度,冻土在外力作用下，抵抗剪切滑动的极限强度,土温,荷载,71,7.2,土的工程分类,冻土的工程性质,季节性冻土,作为建筑物地基，在,冻结状态,时，具有较高的强度和较低的压缩性。但冻土,融化后,则承载力大为降低，压缩性急剧增高，使地基产生融陷；相反，在冻结过程中又产生冻胀，对地基均为不利。,72,7.2,土的工程分类,多年冻土,根据土的类别、总含水量和融化后的潮湿程度进行融陷性分级及评价,不融陷土,弱融陷土,中融陷土,强融陷土,极融陷土,73,7.2,土的工程分类,A,不融陷土,除基岩之外为最好的地基土，一般建筑物可不考虑冻融问题；,B,弱融陷土,为多年冻土较良好的地基土，融化下沉量不大，一般当基底最大融深控制在,3.0 m,之内时，建筑物均未遭受明显的破坏；,C.,中融陷土,作为建筑物地基时，一般基底融深不得大于,1.0 m,，冬天回冻时，应采取专门措施，如深基、保温、防止基底融化等；,74,7.2,土的工程分类,D.,强融陷土,往往会造成建筑物的破坏，因此原则上不容许地基土发生融化，宜采用保持冻土的原则设计或采用桩基等；,E.,极融陷土,因含有大量的冰，所以不但不容许基底融化，还应考虑它的长期流变作用，需进行专门处理，如采用砂垫层等。,75,7.2,土的工程分类,盐渍土的定义,含有较多,(,大于,0.5,),易溶盐类的土,盐渍土的成因,干旱半干旱地区,蒸发量大、降雨量小、毛细作用强，所以极利于盐分在地表聚集,内陆盆地,地势低洼、周围封闭、排水不畅、地下水位高，也利于水分蒸发盐类聚集,农田洗盐、压盐、灌溉退水、渠道渗漏,76,7.2,土的工程分类,一般分布在地势比较低而且地下水位较高的地段，如内陆洼地，盐湖和河流两岸的漫滩、低阶地、牛轭湖以及三角洲洼地、山间洼地等地段。盐渍土的厚度不大，一般为,1.5,4.0 m,，与地下水埋深、土的毛细作用上升高度以及蒸发作用影响深度,(,蒸发强度,),有关。,盐渍土的分布,77,7.2,土的工程分类,盐渍土的分类,按分布区域,滨海盐渍土,内陆盐渍土,冲积平原盐渍土,按所含盐类,氯盐类盐渍土,硫酸盐类盐渍土,碳酸盐类盐渍土,78,7.2,土的工程分类,盐渍土的工程性质,氯盐类盐渍土,硫酸盐类盐渍土,碳酸盐类盐渍土,79,7.2,土的工程分类,A,对可塑性的影呐 氯盐含量越高，液限、塑限及塑性指数越低，可塑性越低。,B,对土密度的影响 一般使土的天然孔隙比降低，土的密度、干重度提高，这是因为氯盐晶粒充填了颗粒间空隙的缘故。,C.,吸湿性 能使细粒分散部分起脱水作用，使土的最佳含水量降低。,D.,侵蚀性 对混凝土、钢铁、木材、砖等,建筑材料具有不同程度的腐蚀性。,80,7.2,土的工程分类,A,含盐量对力学强度的影响 力学强度随总含盐量的增加而减小，其原因是由于硫酸盐渍土具有松胀性和膨胀性。,B.,腐蚀性 具有较强的腐蚀性,C,松胀性 硫酸,(,亚硫酸,),盐渍土中,Na,2,S0,4,的含量较多，温度的循环变化可使其从无水晶体变成结合水晶体交替发生，使体积大小循环变化，从而使土体变松。,81,7.2,土的工程分类,由于碳酸盐溃土中存在大量的吸附性钠离子，遇水时即发生强烈的膨胀作用，使土的透水性减弱，密度减小，导致地基稳定性及强度降低，边坡坍滑等。这是由于吸附性钠离子与土中的胶体颗粒互相作用，在颗粒周围形成结合水膜，使土颗粒间的连结力减弱，土体体积增大。,82,本章小结,影响岩土工程性质因素的多样性和不确定性，决定了岩土工程地质分级和分类的复杂性。在学习本章内容时，应深刻把握岩土是在漫长地质历史过程中经过多种地质作用所形成和改造的地质体这一特殊背景，着重了解影响岩体质量和土体工程性质的基本因素。在学习具体分级和分类方案时，不要死记其中的条文，而要了解各种分级和分类的特点、所考虑的指标以及确定这些指标的方法，特别要注意某一分级或分类方案的选用范围及其局限性。特殊土的特殊性主要表现在其形成环境，在分析其工程地质性质时，应重点把握其环境条件及其变化。,83,