（本科）10 岩石及特殊土的工程性质ppt课件.ppt

课程主讲人：10 岩石及特殊土的工程性质西南交通大学 廖昕第十讲 岩石及特殊土的工程性质1岩石物理力学性质2风化作用4膨胀土5软土6冻土本讲内容3黄土1）岩体滑坡3）隧道垮塌2）隧道渗水1）黄土滑坡2）冻土路基沉降v基本概念基本概念水理性质水理性质-岩石的水理性质，是指岩石与水作用时所表现的性质，主要有岩石的吸水性、透水性、溶解性、软化性、膨胀性、崩解性、抗冻性等.力学性质力学性质-岩石和岩体对其所处的物理环境应力场的响应. 在本章主要通过岩石的变形指标与强度指标来表征。物理性质物理性质-岩石的物理性质，是指岩石与水作用时所表现的性质，主要指岩石的重力性质和孔隙性等. 一、密度和重度： 密度（）：单位体积的质量。 天然密度 干密度 饱和密度 重度（ ）：单位体积的重量。 m/s1kg1N g二、颗粒密度和比重（相对密度） 颗粒密度（s ） ：单位体积固位颗粒的质量。 比重（ds） ：单位体积固体颗粒的重力与4时同体积水的重力之比。三、孔隙度和孔隙比：孔隙度（n）：孔隙体积与岩石总体积之比。孔隙比（e）：孔隙体积与岩石中固体颗粒体积之比。 VMsswssdne1n%100VVnn岩石的吸水性 岩石的透水性 岩石的溶解性 岩石的软化性岩石的抗冻性岩石的吸水率岩石的饱和吸水率岩石的吸水性岩石的吸水率岩石的饱和吸水率1100%wsGG在常压下岩石的吸水能力，以岩石所吸水分的重力与干燥岩石重力之比的百分数表示.1- 岩石吸水率Gw- 常压下岩石所吸水分重力 Gs- 干燥岩石重力在高压(15MPa )或真空条件下岩石吸水能力，使水侵入全部开口的孔隙中，此时的吸水率称为饱和吸水率.岩石的透水性 岩石的溶解性指岩石允许水通过的能力。岩石的透水性大小，主要取决于岩石中孔隙、裂隙的大小和连通情况.岩石的溶解性，是指岩石溶解于水的性质，常用溶解度或溶解速度来表示. 岩石的软化性 岩石的抗冻性岩石的软化性，是指岩石在水的作用下，强度和稳定性降低的性质。岩石的软化性主要取决于岩石的矿物成分和结构构造特征.岩石中孔隙水与裂隙水结冰时体积膨胀，产生较大的压力，使岩石结构遭到破坏。岩石抵抗这种冰冻作用的能力，称为岩石的抗冻性cRRKRKR 软化系数Rc 饱和状态下岩石单轴极限抗压强度R 干燥状态下岩石单轴极限抗压强度水份入渗 水份入渗温度下降，水份结冰体积膨胀，引起裂隙扩张冻融交替，导致 岩石碎裂岩石的变形指标弹性模量变形模量泊松比抗压强度抗剪强度抗拉强度岩石的强度指标弹性区间塑性区间应变强化区间破坏区间屈服点（Fy）破坏点极限抗拉强度比例极限弹性模量岩石受力产生变形，岩石应力与对应的弹性应变的比值.变形模量岩石受力产生变形，岩石应力与总应变（包含弹性与塑性应变）的比值.应变 (cm)应力 (MPa)堆积式承载板液压千斤顶深度计压力计基准板 反压装置 泊松比岩石在轴向压力的作用下，除产生纵向压缩外，还会产生横向膨胀。这种横向应变与纵向应变的比值，称为泊松比。弹性模量变形模量泊松比0peE1抗压强度抗剪强度抗拉强度 正应力e 弹性应变p 塑性应变1 横向应变 纵向应变P 岩石破坏时的压力A 试验面积c 粘聚力 内摩擦角tanbcuPAtanbbceE定义：地壳表层的岩石在阳光、风、电、大气降水、气温变化等外营力作用下及生物活动等因素的影响下，会引起岩石矿物成分和化学成分以及结构构造的变化，使岩石逐渐发生破坏的过程。v 定义定义物理风化v 类型类型化学风化生物风化岩石在风化营力作用下，只发生机械破坏，无成分改变的作用。岩石在风化营力作用下，发生化学成分改变导致的岩石破坏作用。岩石在风化营力作用下，发生化学成分改变导致的岩石破坏作用。v 影响岩石风化的因素影响岩石风化的因素1-岩性2-地质构造3-气候4-地形岩石的成因矿物成分结构和构造1-岩石性质 （1）成因岩石形成环境与目前所处环境差异越大越易风化 沉积岩比岩浆岩或变质岩的抗风化能力强 岩浆岩中喷出岩比侵入岩的抗风化能力强 浅成岩比深成岩的抗风化能力强 （2）矿物成分颗粒大小粗粒比细粒、斑状比等粒易风化。颗粒形状针、柱、片状矿物易风化。结晶程度结晶越好越易风化。具有各向异性(层理、片理及气孔)的岩石比致密块状的岩石容易风化。薄层岩石比厚层岩石容易风化。（3）结构复矿岩比单矿岩容易风化化学稳定性好的不易风化热敏感(暗色)矿物易风化胶结物:硅质铁质钙质炭质泥质石英正长石、斜长石、角闪石、石英正长石、斜长石、角闪石、辉石黑云母、黄铁矿辉石黑云母、黄铁矿（4）构造2-地质构造 节理裂隙越复杂(组数和密度)，越易风化。 岩石越破碎，越易风化。3-气候 寒冷干燥物理风化为主 温暖潮湿化学风化为主4-地形 陡峻物理风化为主 平缓化学风化为主v 影响岩石风化的因素影响岩石风化的因素为什么需要分析风化的程度?可根据岩石的风化程度对其进行分类。岩石分类是为了向工程人员提供岩体的定性概念。这种分类一般在现场进行，即通过目测或地质锤等工具对岩石的风化程度进行分类。岩石的风化程度可分别用定性定性和定定量量指标来描述.v 风化程度分带风化程度分带风化程度腐殖土&表土土壤全风化强风化 中风化 微风化 新鲜岩石类别特征 新鲜岩石/未风化无明显材料风化迹象，除构造裂隙外肉眼见不到其他裂隙整体性好。微风化岩石、矿物颜色较暗淡，节理面附近有部分矿物变色；岩体结构未破环仅沿节理面有风化现象或有水锈；有少量风化裂隙，裂隙间距多数大于0.4m，整体性仍较好。中风化岩石、矿物失去光泽，颜色暗谈、部分易风化矿物已经变色黑云母失去弹性；岩体结构己部分破坏，裂隙可能出现风化夹层，一般呈块状或球状结构；风化裂隙发育，裂隙间距多数为0.2一0.4m体性差。强风化岩石及大部分矿物变色，形成次生矿物；岩体结构已大部分破坏，形成碎块状或球状结构；风化裂隙发育，岩体破碎，风化物呈碎石状或碎石含砂状，裂隙间距小于0.2m，完整性差。全风化岩石、矿物已完全变色，大部分发生变异，除石英外大部分风化成土状；岩体结构已完全破坏，仅外观保持原岩特征，矿物晶体失去连接，石英松散成粒状。风化的定性指标v 风化程度分带风化程度分带岩石风化的定量指标 风化系数kf 纵波波速比kpcwcwfk岩体中风化岩体的纵波波速(vcp)与未风化岩体纵波波速(vrp)的比值cpprpvkvv 风化程度分带风化程度分带同一岩体中风化岩石的单轴饱和抗压强度与未风化岩石的单轴饱和抗压强度的比值类比特征描述定量指标kfkp未风化 除构造裂隙外肉眼见不到其他裂隙整体性好0.90.9微风化 岩石、矿物颜色较暗淡，节理面附近有部分矿物变色；有少量风化裂隙，裂隙间距多数大于0.4m，整体性仍较好0.8kf 0.90.8kp 0.9中风化 岩石、矿物失去光泽，颜色暗谈、部分易风化矿物已经变色黑云母失去弹性；风化裂隙发育，裂隙间距多数为0.2一0.4m体性差硬岩：0.4kf 0.8软岩：0.3 kf0.8硬岩：0.6kp 0.8软岩：0.5kp 0.8强风化岩石及大部分矿物变色，形成次生矿物；风化裂隙发育，岩体破碎，风化物呈碎石状或碎石含砂状，裂隙间距小于0.2m，完整性差硬岩：kf0.4软岩：kf0.3 硬岩：0.4kp 0.6软岩：0.360%富含碳酸钙 (10%-30%)孔隙多且大，孔隙度达 33%-64%层理节理无层理，具柱状节理和垂直节理，天然条件下稳定边坡近直立具有湿陷性v 典型黄土性质典型黄土性质epApeadd 土的压缩性曲线ep1221ppeepea e2p2e1p1peM2M1e0n a1-20.1MPa-1 低压缩性土n 0.1MPa-1a1-20.5MPa-1 中等压缩性n a1-20.5MPa-1 高压缩性土黄土压缩性湿陷性天然黄土在一定的压力作用下，浸水后产生突然的下沉现象，称为湿陷。这个一定的压力称为湿陷起始压力。湿陷性黄土在饱和自重压力作用下的湿陷称为自重湿陷。在自重压力和附加压力共同作用下的湿陷，称为非自重湿陷。v湿陷性黄土的性质湿陷性黄土的性质相对湿陷性系数s 0ppshhhhp-将原状黄土放入固结仪内，在无侧限膨胀条件下进行天然黄土压缩试验。当变形稳定后，测出试样高度。hp-再测当浸水饱和、变形稳定后的试样高度。h0- 试验原始高度。s0.015非湿陷性黄土0.015s0.03轻微湿陷性黄土0.03s0.07强湿陷性黄土v湿陷性评价湿陷性评价膨胀土是一种富含亲水性粘土矿物，并且随含水量增减，体积发生显著胀缩变形的高塑性粘土。其粘土矿物主要是蒙脱石和伊利石，二者吸水后强烈膨胀，失水后收缩，长期反复多次胀缩，强度衰减，可能导致工程建筑物开裂、下沉、失稳破坏。v 膨胀土定义及特性膨胀土定义及特性膨胀率 Cswv 膨胀土的力学性质膨胀土的力学性质自由膨胀率Fs000100%100%swhhhChhh- 土样膨胀后的高度; cm h0-土样原始高度，cm000100%sVVVFVVV- 试样浸水膨胀后的体积;V0- 试样初始体积膨胀性土: Csw4%,Psw0.025Mpa膨胀性土: Fs40%线缩率esl00100%slhhehh- 试样收缩后土样高度;h0-饱水土样高度膨胀性土: esl50%v 膨胀土的力学性质膨胀土的力学性质软土定义软土是天然含水量大、压缩性高、承载力和抗剪强度很低的呈软塑流塑状态的粘性土。软土是一类土的总称，还可以将它细分为软粘性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土和泥炭等。 触变性软土受到振动，颗粒连结破坏，土体强度降低呈流动状态，称为触变，也称振动液化。触变可以使地基土大面积失效，导致建筑物破坏。灵敏度ffS冻土是指温度等于或低于零摄氏度，并含有冰的各类土。冻土可分为多年冻土和季节冻土。多年冻土是冻结状态持续三年以上的土。季节冻土是随季节变化周期性冻结融化的土。冻土定义多年冻土冻土的物理力学性质未冻结水含量cpcKp -土的塑限含水量;K -温度修正系数.总含水量 n相对含水量 icbnnbi/n 总含水量, %;b -在一定温度下冻土中的含冰量, %;c -在一定温度下，冻土中的未冻水量, %；i 相对含水量, %.冻胀率, n211100%hhnh强冻胀土 n6%冻胀土 6%n3.5%弱冻胀土 3.5%n2%不冻胀土 n2%h1 土体冻结前高度h2 土体冻结后高度冻土的物理力学性质多年冻土1.岩石的基本物理力学与水理性质。2.风化作用定义及其程度分带。3.特殊土的基本类型及主要工程性质。1.岩石的各项物理力学性质之间有何内在联系？2.特殊土的主要工程地质问题及主要防治措施有哪些？3.在进行岩土工程勘察设计时需如何考虑特殊岩土体的工程性质？