岩土体的工程地质特性

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1、4岩土体的工程地质特性土的基本概念土是地壳表层坚硬岩石风化作用的产物残留在原地或经过搬运堆积在异地所形成的松散堆积物。土经后期进一步压实、胶结等固结成岩作用就形成了沉积岩。岩石与岩体岩石是矿物的集合体，岩体是结构面和结构体的综合。野外岩石中所见到的各种不同类型、不同方向的地质界面称为结构面，被结构面分割而成的大小不一、形状各异的岩石块体称为结构体。岩石与岩体不同，由于岩体中存在结构面和软弱夹层，并且又延伸到相当广阔的空间范围，因此，岩体强度与岩石强度相比较，两者差别显著。一般情况下，岩体强度低于岩石强度，仅在少数情况

2、下，岩体强度才接近于岩石强度。此外，岩体中存在复杂的天然应力场。4.1土的物质组成组成土的物质可分为固相、液相和气相三种状态。固相部分主要是土粒，有时还有粒间的胶结物和有机质，它们构成土的骨架；液相部分为水及其溶解物；气相部分为空气和其它微量气体。当土骨架之间的孔隙被水充满时，我们称其为饱和土或完全饱和土；当土骨架间的孔隙不含水时，称其为干土；而当土的孔隙中既含有水，又有一定量的气体存在时，称其为非饱和土或湿土。4.1.1土的固体颗粒主要研究土颗粒的矿物成分、土的粒组和土的颗粒级配。4.1.1.1土颗粒的矿物成分由于

3、土是岩石风化的产物，所以土粒的矿物组成将取决于成土母岩的矿物组成及其后的风化作用。成土矿物类型及其特征见表4.1。表4.1土中矿物成分的类型类型成因及组成工程性质原生矿物土中母岩矿物碎屑。主要有石英、长石、角砾岩、云母等具有较强的抗水性和抗风化能力，亲水性弱。次生矿物母岩经化学风化作用后形成。主要有可溶的矿物和不可溶的矿物。不同含量的矿物对土的工程性质影响不同。有机质动植物残骸在微生物的作用下分解形成。主要为腐殖质。高含水、高压缩、低强度。4.1.1.2土粒粒组粒径：指土粒的大小，以其平均直径的大小表示。粒组：将土中

4、各种不同粒径的颗粒按适当的尺寸划分为若干个组别，每一个组别的颗粒称为土的一个粒组。界限粒径：用以对土粒进行粒组划分的分界尺寸称为土的界限粒径。表4.2是一种常用的粒组划分方法。土中各种不同粒径的粒组在土中的相对含量称为粒度成分。需要特别指出的是，粘粒并非一定是粘土矿物颗粒，即并非所有的粘土矿物粒径都小于0.005mm(或0.002mm)，也并非所有小于0.005mm(或0.002mm)的颗粒都是粘土矿物，粘土矿物的粒径可达0.02mm，而非粘土矿物的粒径则可小至0.001mm。但由于绝大多数粒径小于0.005mm的颗

5、粒已具有了某些近似胶体的性质，所以我们称其为粘粒。4.1.1.3土的颗粒级配概念：以土中各粒组颗粒的相对含量(占颗粒总质量的百分数)表示的土中颗粒大小及组成情况称为土的颗粒级配。累积曲线：是一种最常用的颗粒分析试验结果表示方法，其横坐标表示粒径(因为土粒粒径相差数百、数千倍以上，小颗粒土的含量又对土的性质影响较大，所以横坐标用粒径的对数值表示)；纵坐标则用小于(或大于)某粒径颗粒的累积百分含量来表示。所得曲线称为颗粒级配曲线或颗粒级配累积曲线。由级配曲线可以直观地判断土中各粒组的含量情况，如果曲线陡峻，表示土粒大小均

6、匀，级配不好；反之则表示土粒不均匀但级配良好。工程上常用土粒的不均匀系数来定量判断土的级配好坏。不均匀系数Cu可表示如下：式中：d60称为限定粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相对累积含量为60％时，该粒径即为d60；d10称为有效粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相对累积含量为10％时，该粒径即为d10。一般Cu<5的土为均粒土，属级配不良土；Cu>10的为级配良好的土；Cu＝5~10的为级配一般的土。一般工程中也有以两个指标来判断土级配的情况，即：对于纯净的砂、砾，当Cu≥5，且Cc＝1～3时，它

7、是级配良好的，不能同时满足上述条件时，其级配是不好的。其中Cc称为土的曲率系数，可表示为：式中：d30为土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相对累积含量为30％时的粒径。颗粒级配曲线示意图4.1.2土中的水土中水实际上是指土中的水溶液，它包含了各种溶于水中的离子和化合物。土中水的含量多少对土的性质有明显的影响，尤其对粘性土等细粒土的性质影响更大。在自然状态下，绝大多数环境中的土总是含水的，土中水可以是液态，也可以是固态或气态。研究土中水时必须考虑其存在状态及其与土粒之间的相互作用。存在于土粒矿物晶格以内的水称为结晶水。

8、土中的结晶水只能在较高的温度(80～680℃，随土粒矿物成分的不同而异)下才能化为水汽而与土粒分离，因此在一般工程中，结晶水被视为矿物固体颗粒的一部分。通常所说的水是指常温状态下的液态水。按土中水是否受土粒电场力作用可以将土中水分为两类，一类称为结合水，另一类称为自由水。4.1.2.1结合水一般情况下，土粒的表面带有负电荷，在土粒周围形成电场，