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1、第第3 3节节、风化岩石的工程地质研究风化岩石的工程地质研究 第第2 2节节、软弱夹层的工程地质研究软弱夹层的工程地质研究 第第1 1节节、软弱岩石的含义软弱岩石的含义 第第5 5节节、软土的工程地质研究软土的工程地质研究 第第4 4节节、构造岩石的工程地质研究构造岩石的工程地质研究 第二章第二章 软岩和软土的工程地质软岩和软土的工程地质 研究研究 第第1 1节节 软弱岩石的涵义软弱岩石的涵义 （岩性类别）（岩性类别） 成因成因 粘土岩、页岩粘土岩、页岩 软质泥灰岩、凝灰岩软质泥灰岩、凝灰岩 大部分千枚岩、片岩大部分千枚岩、片岩 膨胀岩、软弱夹层等膨胀岩、软弱夹层等 1 1 软质岩石（软岩软质
2、岩石（软岩 ） 2 2构造、破碎岩类构造、破碎岩类 断层破碎带，侵入破碎带断层破碎带，侵入破碎带 等机械热动变质产物等机械热动变质产物 3 3风化岩风化岩 节理裂隙发育的节理裂隙发育的 物理力学特征物理力学特征 低强度低强度 承载力低，富含泥质抗剪强度低，承载力低，富含泥质抗剪强度低，-岩体易滑动岩体易滑动 变形模量小变形模量小 易产生较大沉降、不均匀变形易产生较大沉降、不均匀变形-失稳失稳 水理性质差水理性质差 易软化崩解、膨胀收缩、管涌、潜蚀易软化崩解、膨胀收缩、管涌、潜蚀 流变效应明显流变效应明显 长期强度低：某些地下洞室因岩体强度长期强度低：某些地下洞室因岩体强度 随时间而降低，影响其
3、长期稳定性随时间而降低，影响其长期稳定性 水利水电工程地质勘察将岩石强度分为四级水利水电工程地质勘察将岩石强度分为四级 坚硬的层状岩坚硬的层状岩 层层 第第2 2节节 软弱夹层的工程地质研究软弱夹层的工程地质研究 软弱夹层软弱夹层 含义含义： 夹有强度低、夹有强度低、 泥质或炭质含量高、泥质或炭质含量高、 遇水易软化、遇水易软化、 延伸较广和厚度较薄的软弱岩层延伸较广和厚度较薄的软弱岩层 其强度和变形模量均低于上下硬岩层的其强度和变形模量均低于上下硬岩层的 1 15 51 15050。 一般软弱夹层的强度和变形参数如下：一般软弱夹层的强度和变形参数如下： 摩擦系数摩擦系数30 ) )、强度低、
4、变形大等特点，其峰值摩擦系数为、强度低、变形大等特点，其峰值摩擦系数为0 015150 03030 ，多数为，多数为0 02 2，变，变形模量一般小于形模量一般小于50MPa50MPa。 是软弱夹层中性质是软弱夹层中性质 最坏的一种。最坏的一种。 小浪底工程小浪底工程2 2大类大类 ： 软岩夹层软岩夹层 泥化夹层泥化夹层 ： 泥化夹层泥化夹层 粒度粒度 厚度厚度 全泥型全泥型 厚度大于厚度大于3mm3mm，不含角砾的，不含角砾的 粘土、粉粘、粉土粘土、粉粘、粉土 泥夹泥夹 角砾角砾 型型 角砾含量角砾含量钙蒙脱石钙蒙脱石 4. 4.夹层扰动后，膨胀量膨胀力增加夹层扰动后，膨胀量膨胀力增加 围压
5、围压+ +未扰动未扰动指标可靠指标可靠 1. 1.膨胀性膨胀性 2. 2.渗流分带渗流集中渗流分带渗流集中 各带的渗透系数相差大各带的渗透系数相差大 ： A.A.泥化带较小泥化带较小: 10: 10-5 -5 1010-9 -9cm/s cm/s 为不透水为不透水 B.B.劈理带劈理带: 10-3: 10-310-5cm/s 10-5cm/s 为透水为透水 C.C.节理带节理带: : 大于大于10-3cm/s 10-3cm/s 为良好透水为良好透水 劈理带劈理带 岩岩 石石 泥化带泥化带 渗透破坏渗透破坏 部位部位 工程上主要是做好夹层上下接触部位的防渗工程上主要是做好夹层上下接触部位的防渗
6、和排水设施和排水设施 亲水性指标亲水性指标 （液限含水量（液限含水量/ /粘粒含量）：粘粒含量）： 夹层好坏夹层好坏 较好较好 较差较差 中等中等 亲水性亲水性 大于大于1.251.25 0.750.751.251.25 小于小于0.750.75 ( (四四) )泥化夹层物理力学性质泥化夹层物理力学性质 1. 1.决定因素决定因素 ： 地区差异性地区差异性 特点：粘粒含量较高特点：粘粒含量较高. .一般大于一般大于30%30%母岩不同母岩不同 而变化而变化 n n 成分成分 以伊利石为主的以伊利石为主的 以蒙脱石为主的以蒙脱石为主的 天然含水量天然含水量 塑限塑限 流限流限 干密度干密度 峰值
7、抗剪强度峰值抗剪强度 大大 大大 大大 小小 小小 小小 小小 小小 大大 大大 国内分泥化夹层的抗剪强度与物理性质参看教材表国内分泥化夹层的抗剪强度与物理性质参看教材表2-32-3 三、泥弱夹层在长期渗水条件下的演变趋势 n n 结构结构 岩性均一、岩性均一、 夹层上下层面较平直夹层上下层面较平直 其厚度较大其厚度较大 现场实验现场实验=室内实验（抗剪强度室内实验（抗剪强度 ） 岩性不均一、岩性不均一、 夹层中有角砾、夹层中有角砾、 岩屑岩屑 室内实验（抗剪强度室内实验（抗剪强度 现场实验现场实验 水库蓄水后，水库蓄水后， 地下水的坡降、地下水的坡降、 渗径和循环条件渗径和循环条件 夹层可能
8、会有恶化夹层可能会有恶化工程的安全工程的安全 稳定性预测稳定性预测 演变趋势研究 泥化夹层在长期渗水的作用下，主要的物理化学作用泥化夹层在长期渗水的作用下，主要的物理化学作用 1 1化学成分的变化化学成分的变化 1 1）盐类的溶解：）盐类的溶解：钙、镁碳酸盐溶解 钙、镁碳酸盐溶解- -粒间结合力下降粒间结合力下降分散性增强分散性增强 防水防渗防水防渗 n n 易溶性岩类含量低于易溶性岩类含量低于5% 5% 安全影响不大安全影响不大 2 2渗透稳定的变化渗透稳定的变化 容易发生渗透变形和渗透破坏的部位容易发生渗透变形和渗透破坏的部位-泥化错动面附近、裂隙发育的劈理带。泥化错动面附近、裂隙发育的劈
9、理带。 2 2）阳离子交换：）阳离子交换： 渗水的类型渗水的类型 泥化物的矿物成分泥化物的矿物成分 夹层的透水性夹层的透水性 速度发展速度发展 趋势因素趋势因素 3 3）游离氧化物的溶解）游离氧化物的溶解 4) 4) 胶溶和氧化还原反应胶溶和氧化还原反应 n n 在酸性水环境中，氧化铝或氧化铁被析出在酸性水环境中，氧化铝或氧化铁被析出 n n 在碱性水环境中，氧化硅被溶出在碱性水环境中，氧化硅被溶出 长期渗水作用下的泥化部位的无定形游离氧化物（通常长期渗水作用下的泥化部位的无定形游离氧化物（通常 以溶胶和饱水凝胶状态存在）的含量常高以溶胶和饱水凝胶状态存在）的含量常高 泥化带与劈理带或岩石界面
10、裂隙逐渐扩张泥化带与劈理带或岩石界面裂隙逐渐扩张 n n 有些细小颗粒被带出，透水性逐渐增大有些细小颗粒被带出，透水性逐渐增大 n n 化学反应而降低夹层的抗渗性能化学反应而降低夹层的抗渗性能 渗透稳定性趋向恶化渗透稳定性趋向恶化 岩体裂隙发育，贯通性强，宽度稍大，岩体裂隙发育，贯通性强，宽度稍大， 透水性良好，而且渗径较短透水性良好，而且渗径较短 夹层就会产生渗透破坏夹层就会产生渗透破坏 3 3抗剪强度的变化抗剪强度的变化shear strengthshear strength 成分影响：成分影响： 碎屑泥化夹层，由较粗的构造碎屑组成碎屑泥化夹层，由较粗的构造碎屑组成 n n 孔隙较大，透水
11、性强，孔隙较大，透水性强， n n 易于产生渗流集中，易于产生渗流集中， n n 渗透稳定性比较差渗透稳定性比较差 板岩、页岩、粘土质粉砂岩等板岩、页岩、粘土质粉砂岩等 长期渗水的作用下长期渗水的作用下总的趋势是降低总的趋势是降低 以劈理带泥状、以劈理带泥状、 软化物比较明显软化物比较明显 劈理带裂隙、劈理带裂隙、 微裂隙异常发育微裂隙异常发育 对水的作用敏感，对水的作用敏感， 发生吸附效应发生吸附效应 n n 如下结论：如下结论： . . 粘土岩夹层节理带，在原有结构不被扰动时，长期渗水作用，不会产粘土岩夹层节理带，在原有结构不被扰动时，长期渗水作用，不会产 生泥化、软化生泥化、软化 劈理带
12、具有劈理带具有“ “潜在泥化潜在泥化” ”特性，遇水后会产生泥化，抗剪强度明显降低；特性，遇水后会产生泥化，抗剪强度明显降低； 但泥化后的性状不会差于现存的泥化物；但泥化后的性状不会差于现存的泥化物； 泥化错动带的性状（包括抗剪强度）受渗压水的化学类型、交换阳离子的泥化错动带的性状（包括抗剪强度）受渗压水的化学类型、交换阳离子的 成分、碳酸盐的溶蚀和游离氧化物的溶解、胶溶等因素的影响，在漫长的成分、碳酸盐的溶蚀和游离氧化物的溶解、胶溶等因素的影响，在漫长的 地质历史时期，泥化物的性状已处于相对稳定之中，在水文地质条件不发地质历史时期，泥化物的性状已处于相对稳定之中，在水文地质条件不发 生急剧变
13、化时，泥化带的性状仍保持现有状态；生急剧变化时，泥化带的性状仍保持现有状态； 如在工程运行期间泥化夹层的结构不被破坏，坝基采取了有效的如在工程运行期间泥化夹层的结构不被破坏，坝基采取了有效的 防渗措施，则泥化夹层的工程地质性质不会发生恶化。防渗措施，则泥化夹层的工程地质性质不会发生恶化。 四、泥弱夹层在特定条件下的抗剪强度四、泥弱夹层在特定条件下的抗剪强度 n泥化夹层的抗剪强度是控制岩体抗滑稳定性的重要因素。 n在水库运行期间，泥化夹层还处于长期受力和反复受力的状态， 其抗剪强度的变化，泥化夹层的流变特征和长期强度 是人们所关注的问题。 1泥化夹层的流变特征fiow deformability
14、和 长期强度flow strength 作用时间长作用时间长- 流变试验，流变试验， 时间效应时间效应 变形、强度变形、强度 n n 现场快剪屈服强度现场快剪屈服强度 n n 残余强度残余强度 2 2反复荷载作用下的强度反复荷载作用下的强度 3 3动力强度动力强度 反复反复荷载荷载作用下作用下 强度降低强度降低反复强度反复强度残余强度残余强度 五、软弱夹层的抗剪强度的取值问题五、软弱夹层的抗剪强度的取值问题 更合理方法更合理方法分析泥化夹层分析泥化夹层 n n 结构、结构、 n n 矿物成分，矿物成分， n n 几何形态、几何形态、 n n 泥化带厚度，泥化带厚度， n n 夹层性状随空间和夹
15、层性状随空间和 时间的变化规律时间的变化规律 第第3 3节节 风化岩石的工程地质研究风化岩石的工程地质研究 岩石风化后物理力学性质发生显著变化，力学强度岩石风化后物理力学性质发生显著变化，力学强度 明显降低。各种工程建筑所遇到的岩石，绝大数是经受明显降低。各种工程建筑所遇到的岩石，绝大数是经受 过不同风化程度的岩石过不同风化程度的岩石 n n 风化作用风化作用weatheringweathering 分布在地表或地表附近的岩石，经受太阳辐射、大气、分布在地表或地表附近的岩石，经受太阳辐射、大气、 水溶液及生物等因素的侵袭，逐渐破碎、松散或矿物成分水溶液及生物等因素的侵袭，逐渐破碎、松散或矿物成
16、分 发生化学变化，甚至生成新的矿物的现象发生化学变化，甚至生成新的矿物的现象 一、一、风化作用的类型和影响因素风化作用的类型和影响因素 1.1.风化作用的类型风化作用的类型 （1 1）物理风化作用）物理风化作用physical weatheringphysical weathering 不良的导热体，不同的矿物热膨胀系数也不同，不良的导热体，不同的矿物热膨胀系数也不同， 所以当温度发生变化时。岩石的表面与所以当温度发生变化时。岩石的表面与 内部，产生应力，致使发生裂隙，内部，产生应力，致使发生裂隙， 并可逐渐松散破碎。并可逐渐松散破碎。 渗入岩石孔隙、裂隙中的水，渗入岩石孔隙、裂隙中的水， 使裂隙扩大延长，在冰融季节反复交替使
