2021二级造价工程师《土建工程》知识点：岩体的特征

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岩体的特征

岩体是由一种岩石或多种岩石甚至可以是不同成因岩石的组合体。 工程岩体有地基岩体、边坡岩体和地下洞室围岩三类。在工程施工和使用过程中，工程岩体的稳定性直接影响部分工程甚至整个工程的安全与稳定，决定工程的成功与失败，应高度重视。

一、岩体的结构

(一)岩体的构成

1、岩石

(1)岩石的主要矿物

1)颜色。颜色是矿物最明显、最直观的物理性质。

2)光泽。光泽是矿物表面的反光能力，用类比方法常分为四个等级：金属光泽、半金属光泽、金 刚光泽及玻璃光泽。

3)硬度。硬度是矿物抵抗外力刻画、压人或研磨等机械作用的能力。鉴定矿物常用一些矿物互相

刻画来测定其相对硬度，一般分为 10 个标准等级 矿物硬度表

(2)、岩石成因类型及其特征

地球固体的表层是由岩石组成的硬壳——地壳，组成地壳的岩石按成因可分为岩浆岩(火成岩)、 沉积岩(水成岩)和变质岩三大类。

①.岩浆岩(火成岩) 根据形成条件，岩浆岩分为喷出岩和侵入岩。根据形成深度，侵入岩又分为深成岩(形成深度大于 5km)和浅成岩(形成深度小于 5km)。深成岩致密坚硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性强，是理想的建筑基础(花岗岩、正长岩、闪长岩、辉长岩);浅成岩，颗粒细小，岩石强度高，岩性不均一，节理裂隙发育，岩 石破碎，风化蚀变严重，透水性增大(花岗斑岩、闪长玢岩、辉绿岩、脉岩)(13)。喷出岩产状不规则， 厚度变化大，岩性很不均一，比侵入岩强度低，透水性强，抗风能力差(流纹岩、粗面岩、安山岩、玄武 岩、火山碎屑岩)。

②.沉积岩

经风化、搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层状岩石。如碎屑岩(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类(如石灰岩、白云岩、泥灰岩)等。

③.变质岩

变质岩是地壳中原有的岩浆岩或沉积岩，由于地壳运动和岩浆活动等造成物理化学环境的改变， 使原来岩石的成分、结构和构造发生一系列变化所形成的新的岩石。如大理岩、石英岩等。变质 岩的构造主要有板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造、块状构造，大理石属于块状构造。

2.土

土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运方式， 在各种自然环境中形成的堆积物。

(1)土的组成。土是由颗粒(固相)、水溶液(液相)和气(气相)所组成的三相体系。

(2)土的结构和构造。土的结构是指上颗粒本身的特点和颗粒间相互关联的综合特征，一般可分 为两大基本类型：

①单粒结构(散粒结构)，是碎石(卵石)、砾石类土和砂土等无黏性土的基本结构形式，其对土 的工程性质影响主要在于其松密程度。

②集合体结构(团聚结构或絮凝结构)，这类结构为黏性土所特有。

土的构造，是决定勘探、取样或原位测试布置方案和数量的重要因素之一。整个土体构成上的不 均匀性包括：层理、夹层、透镜体、结核、组成颗粒大小悬殊及裂隙特征与发育程度等。

(3)土的分类

①、根据有机含量分类。根据土中有机质含量，分为无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭。

②、根据颗粒级配和塑性指数分类 根据颗粒级配和塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。碎石土是粒径大于 2mm 的颗粒含量超过全重 50%的土;砂土是粒径大于 2mm 的颗粒含量不超过全重 50%，且粒径大于 0.075mm 的颗粒 含量超过全重 50%的土;黏性土是塑性指数>10 的土。黏性土分为粉质黏土和黏土;粉土是粒径大于0.075 的颗粒不超过全重 50%，且塑性指数≤10 的土。

③、根据地质成因分类。土可分为残积土、坡积土、洪积土、冲击土、淤积土、冰积土和风积土等。

④、根据颗粒大小及含量分类。土可分为巨粒土、粗粒土、细粒土等。

3.结构面

结构面的特征是影响结构面强度及其他性能的重要因素。

层面、节理、裂隙、裂缝、断层等结构面的空间位置定义为结构面的产状。结构面的产状由走向、倾向和倾角三个要素表示，如图 1.1.2 所示。并且，层面的产状还代表所在岩层的产状，即表示所在岩 层的空间位置。

4.地质构造

(1)水平构造和单斜构造 水平构造，是未经构造变动的沉积岩层，形成时的原始产状是水平的，先沉积的老岩层在下，后沉积的新岩层在上。

单斜构造，是原来水平的岩层，在受到地壳运动的影响后，产状发生变动形成岩层向同一个方向 倾斜，这种产状变动往往是褶曲的一翼、断层的一盘或者是局部地层不均匀的上升或下降所引起。

(2)褶皱构造

褶皱构造是组成地壳的岩层受构造力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造(13)，它是岩层产生的塑性变形。绝大多数褶皱是在水平挤压力作用下形成的，但也有少数 是在垂直力或力偶作用下形成的。褶皱在层状岩层中最明显，在块状岩体中则很难见到。

在褶皱比较强烈的地区，一般都是线形的背斜与向斜相向排列，以大体一致的走向平行延伸，有 规律的组成不同形式的褶皱构造。工程在褶曲的翼部遇到的基本上是单斜构造，倾斜岩层对建筑物的地基，一般没有特殊不良的影响，要注意的是，倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关系问题， 对于以下两种情况，则需要根据具体情况进行分析：

①、对于深路堑和高边坡来说，仅就岩层产状与路线走向的关系而言，路线垂直岩层走向或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时，对路基边坡的稳定性是有利的。不利的情况是路线走向 与岩层的走向平行，边坡与岩层的倾向一致，最不利的情况是路线与岩层走向平行，岩层倾向于路基边 坡一致，而边坡的倾角大于岩层的倾角。

②、对于隧道工程来说，在褶曲构造的轴部是岩层倾向发生显著变化，是岩层受力应力作用最集中 的地方，所以在褶皱构造的轴部容易遇到工程地质问题。一般选线从褶曲的翼部通过是比较有利的(11)。

(3)断裂构造

根据岩体断裂后两侧岩块相对位移的情况，将其分为裂隙和断层两类。

1)、裂隙

裂隙(节理)，是存在于岩体中的裂缝，是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构 造。一般用裂隙率(岩石中裂隙的面积与岩石总面积的百分比)表示，裂隙率越大，表示岩石中的裂 隙越发育。

注：裂隙宽度：密闭裂隙<1mm;微张裂隙为 1～3mm;张开裂隙为 3～5mm;宽张裂隙>5mm。

根据裂隙的成因。将其分为构造裂隙和非构造裂隙两类。

①、构造裂隙。在构造分布上有一定的规律性。

②、非构造裂隙。裂隙分布零乱,没有规律性。岩体中的裂隙，在工程上除有利于开挖外，对岩体 的强度和稳定性均有不利的影响。其破坏了岩体的整体性，促进了岩体的风化速度，增强了岩体的透水性，进而使岩体的强度和稳定性降低。当裂隙主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致时，

不论岩体的产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌等不稳定现象。在路基施工中，如果岩体存在裂隙， 还会影响爆破作业的效果。因而，当裂隙有可能成为影响工程设计的重要因素时，应当对裂隙进行深 入的调查研究，详细论证裂隙对工程建设的影响。

2)、断层 断层是岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生显著相对位移的断裂构造。 A、断层要素。断层一般由四个部分组成。a.断层面和破碎带;b.断层线;c.断盘;d.断距。

B、断层基本类型。根据断层两盘相对位移的情况，可分为正断层、逆断层、平推断层。

正断层是上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层(受拉)。逆断层是上盘沿断层面相对上 升，下盘相对下降的断层(受压)(10)。平推断层是两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。

断层线的方向常和岩层走向或褶皱的方向近一致，和压应力作用方向垂直。

(二)岩体结构特征

1.结构体特征

平缓产状的层状岩体中，常将岩体切割成方块体、三角形柱体等。在陡立的岩层地区，往往形成 块体、锥形体和各种柱体。

2.岩体结构类型

岩体结构的基本类型可分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构。

(1)整体块状结构。这类岩体具有良好的工程地质性质，往往是较理想的各类工程建筑地基、边 坡岩体及地下工程围岩。

(2)层状结构。作为工程建筑地基时，其变形模量和承载能力一般均满足要求。但当结构面结合力不强，有时又有层间错动面或软弱夹层存在，则其强度和变形特性均具有各向异性特点，一般沿层 面方向的抗剪强度明显比垂直层面方向的更低(11)，特别是当有软弱结构面存在时，更为明显。

这类岩体作为边坡岩体时，一般来说，当结构面倾向坡外时要比倾向坡里时的工程地质性质差得多。

(3)碎裂结构。层状碎裂结构和碎裂结构岩体变形模量、承载能力均不高，工程地质性质较差。

(4)散体结构。岩体节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，岩石手捏即碎，属于碎石土类，可按碎 石土类考虑。

二、岩体的力学特性 岩体的变形通常包括结构面变形和结构体变形。 设计人员所关心的主要是岩体的变形特性，岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。

岩体的强度既不等于岩块岩石的强度，也不等于结构面的强度，而是二者共同影响表现出来的强度。 但在某些情况下，可以用岩石或结构面的强度来代替。如当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，可以岩 石的强度代替岩体强度;如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制(11)。

三、 岩 体 的 工 程 地 质 性质

(一)岩石的工程地质性质

1.岩石的物理力学性质

(1)岩石的主要物理性质

1)重量

岩石的重量是岩石最基本的物理性质之一，一般用比重和重度两个指标表示。

①、岩石的比重是岩石固体(不包括孔隙)部分单位体积的重量。岩石的比重决定于组成岩石的 矿物的比重及其在岩石中的相对含量。

②、岩石的重度(容重)，是岩石单位体积的重量，在数值上等于岩石试件的总重量(包括孔隙中 的水重)与其总体积(包括孔隙体积)之比。岩石孔隙中完全没有水存在时的重度，称为干重度;孔 隙全部被水充满时的重度，称为饱和重度。

一般来讲，组成岩石的矿物比重大，或岩石的孔隙性小，则岩石的重度就大。在相同条件下的同 一种岩石，重度大就说明岩石的结构致密、孔隙性小，岩石的强度和稳定性也较高。

2)孔隙性

岩石的孔隙性用孔隙度表示，反映岩石中各种孔隙的发育程度。未受风化或构造作用的侵入岩和某些变 质岩，其孔隙度一般是很小的，而砾岩、砂岩等一些沉积岩类的岩石，则经常具有较大的孔隙度。

3)吸水性

岩石的吸水性一般用吸水率表示。岩石的吸水率与岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度等因素有关。 岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸润、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水作用的影响也就显著。

4)软化性 黏土矿物含量高、孔隙度大、吸水率高的岩石，与水作用容易软化而丧失其强度和稳定性。 用软化系数作为岩石软化性的指标，在数值上等于岩石饱和状态下的极限抗压强度与风干状态下极限抗压强度的比。其值越小，表示岩石的强度和稳定性受水作用的影响越大。未受风化作用的岩浆 岩和某些变质岩，软化系数大都接近于 1，是弱软化的岩石，其抗水、抗风化和抗冻性强。软化系数小于 0.75 的岩石(11)，是软化性较强的岩石，工程性质比较差。

5)抗冻性

岩石的抗冻性，有不同的表示方法，一般用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率表示。抗压强 度降低率小于 25%的岩石，认为是抗冻的;大于 25%的岩石，认为是非抗冻的。

(2)岩石主要力学性质

1)岩石的变形

岩石受力作用会产生变形，在弹性变形范围内用弹性模量和泊桑比两个指标表示。相同受力条件 下，岩石的弹性模量越大，变形越小。即弹性模量越大，岩石抵抗变形的能力越强。泊桑比是横向应 变与纵向应变的比。泊桑比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越大。

2)岩石的强度

①抗压强度。胶结不良的砾岩和软弱页岩<20MPa，坚硬岩浆岩>250MPa。

②抗拉强度。岩石的抗拉强度远小于抗压强度，故当岩层受到挤压形成褶皱时，常在弯曲变形较 大的部位受拉破坏，产生张性裂隙。

③抗剪强度。抗剪强度是沿岩石裂隙或软弱面等发生剪切滑动时的指标，其强度远远低于抗剪断强度。 三项强度中，岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。抗剪强度约为抗压强度的 10%～40%，抗拉强度仅是抗压强度的 2%～16%(09)。岩石越坚硬，其值相差越大，软弱岩石的差别较小。 岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石(岩体)稳定性的主要指标，是对岩石(岩体)的稳定性进 行定量分析的依据之一。

2.岩石的分级

由松软至坚实共分为 16 级。前四级是土。

(二)土体的工程地质性质

1.土的物理力学性质

(1).土的主要性能参数

①土的含水量。

②土的饱和度。土的饱和度是土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，饱和度 Sr 越大，表明 土孔隙中充水愈多。Sr<50%是稍湿状态，Sr 在 50%～80%之间是很湿状态，Sr>80%是饱水状态。

③土的孔隙比。是土中孔隙体积与土粒体积之比，反映天然土层的密实程度，一般孔隙比小于 0.6的是密实的低压缩性土，大于 1.0 的土是疏松的高压缩性土。

④土的孔隙率。

⑤土的塑性指数和液性指数

碎石土和砂土为无黏性土，紧密状态是判定其工程性质的重要指标。粉土属于砂土和黏性土的过 渡类型。颗粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的工程性质受含水量的影响特别大。黏性土的界限含水量，有缩限、塑限和液限。液限和塑限的差值称为塑性指数，它表示黏性土处 在可塑状态的含水量变化范围。塑性指数愈大，可塑性就愈强。黏性土的天然含水量和塑限的差值与 塑性指数之比，称为液限指数。液限指数愈大，土质愈软。

(2)土的力学性质

土的力学性质主要是压缩性和抗剪强度。土的压缩性是土在压力作用下体积缩小的特性。在土的 自重或外荷载作用下，土体中某一个曲面上产生的剪应力值达到了土对剪切破坏的极限抗力时，土体 就会沿着该曲面发生相对滑移而失稳。土对剪切破坏的极限抗力称为土的抗剪强度。

2.特殊土的工程性质

(1)软土(淤泥及淤泥质土)。具有高含水量、高孔隙性、低渗透性、高压缩性、低抗剪强度、 较显著的触变性和蠕变性等特性。

(2)湿陷性黄土。在天然含水量时一般呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强度和低的或中等偏低的 压缩性，但遇水浸湿后，强度迅速降低，有的即使在其自重作用下也会发生剧烈的沉陷(09)。湿陷性 黄土受水浸湿后，在其自重压力下发生湿陷的，称为自重湿陷性黄土。而在其自重压力与附加压力共 同作用下才发生湿陷的，称为非自重湿陷性黄土。

(3)红黏土。一般呈褐色、棕红等颜色，液限大于 50%。天然含水量高(一般为 40%～60%，最高达 90%)、密度小(天然孔隙比一般为 1.4～1.7，最高为 2.0)、塑性高(塑限一般为 40%～60%，最 高达 90%，塑性指数一般为 20～50)，通常呈现较高的强度和较低的压缩性，不具有湿陷性。由于塑 性很高，所以尽管天然含水量高，一般仍处于坚硬或硬可塑状态，甚至饱水的红黏土也是坚硬状态的。

(4)膨胀土。含有大量的强亲水性黏土矿物成分，具有显著的吸水膨胀和失水收缩，且胀缩变形 往复可逆。在天然条件下一般处于硬塑或坚硬状态，强度较高，压缩性较低，易被误认为是工程性能较好的土。在膨胀土地区进行工程建筑，如果不采取必要的设计和施工措施，会导致大批建筑物的开裂和损坏，甚至造成坡地建筑场地崩塌、滑坡、地裂。当膨胀土的含水量剧烈增大或土的原状结构被 扰动时，土体强度会骤然降低，压缩性增高。

(5)填土。根据填土的组成物质和堆填方式形成的工程性质的差异，划分为以下三类：

①素填土。素填土是由碎石、砂土、粉土或黏性土等一种或几种材料组成的填土。一般密实度较 差，但若堆积时间较长，由于土的自重压密作用，也能达到一定密实度。如堆填时间超过 10 年的黏性 土、超过 5 年的粉土、超过 2 年的砂土，均具有一定的密实度和强度，可以作为一般建筑物的天然地基。素填土地基具有不均匀性，防止建筑物不均匀沉降是填土地基的关键。

②杂填土。杂填土是含有大量杂物的填土。试验证明，以生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为 主要成分的杂填土，一般不宜作为建筑物地基(12)。主要以建筑垃圾或一般工业废料组成的杂填土， 采用适当的措施进行处理后可作为一般建筑物地基。

③冲填土。冲填土是由水力冲填泥砂形成的沉积土，如在整理和疏浚江河航道时，送至江河两岸 形成的填土。冲填土的含水量大，透水性较弱，排水固结差，一般呈软塑或流塑状态，比同类自然沉 积饱和土的强度低、压缩性高。

(三)结构面的工程地质性质

结构面的规模是结构面影响工程建设的重要性质。结构面分为Ⅰ～Ⅴ级。

Ⅰ级控制工程建设地区的稳定性，直接影响工程岩体稳定性。 Ⅳ结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质。 Ⅴ级控制岩块的力学性质。 Ⅱ、Ⅲ级结构面往往是对工程岩体力学和对岩体破坏方式有控制意义的边界条件。

(四)地震的震级和烈度

1.地震震源 震源是深部岩石破裂产生地壳震动的发源地。震源在地面上的垂直投影称为震中。地震所引起的震动以弹性波的形式向各个方向传播，其强度随距离的增加而减小。震中区受破坏最大，距震中越远破坏程度越小。地震波通过地球内部介质传播的称体波，体波分纵波和横波。纵波的质点振动方向与 震波传播方向一致，周期短、振幅小、传播速度快;横波的质点振动方向与震波传播方向垂直，周期 长、振幅大、传播速度较慢。面波的传播速度最慢。

2.地震震级

地震是依据所释放出来的能量多少来划分震级的。释放出来的能量越多，震级就越大。中国科学 院将地震震级分为五级：微震、轻震、强震、烈震和大灾震。目前国际通用为 4 级地震。

3.地震烈度 地震烈度，是指某一地区的地面和建筑物遭受一次地震破坏的程度。地震烈度不仅与震级有关，还和震源深度、距震中距离以及地震波通过介质条件(岩石性质、地质构造、地下水埋深)等多种因素有关。地震烈度 又可分为基本烈度、建筑场地烈度和设计烈度。

(1)基本烈度代表一个地区的最大地震烈度。

(2)建筑场地烈度(小区域烈度)，是建筑场地内因地质条件、地貌地形条件和水文地质条件的 不同而引起的相对基本烈度有所降低或提高的烈度。一般降低或提高半度至一度。

(3)设计烈度是抗震设计所采用的烈度，是根据建筑物的重要性、永久性、抗震性以及工程的经 济性等条件对基本烈度的调整。设计烈度一般可采用国家批准的基本烈度，但遇不良地质条件或特殊重要的建筑物，经主管部门批准，可对基本烈度加以调整作为设计烈度。

4.震级与烈度的关系

震级越高、震源越浅、距震中越近，地震烈度就越高。一次地震只有一个震级，但震中周围 地区的破坏程度，随距震中距离的加大而逐渐减小，形成多个不同的地震烈度区，它们由大到小依次分布。但因地质条件的差异，也可能出现偏大或偏小的烈度异常区。

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