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1、第二章第二章 岩土体的工程性质岩土体的工程性质 n n主要内容主要内容: : 1.岩土体的物质组成与性质 2.工程地质岩土层组 3.岩体结构及其工程性质 4.风化岩体的工程地质性质 5.地形地貌2021/5/232021/5/231 1 第一节第一节 岩土体的物质组成与性质岩土体的物质组成与性质 一、岩土体的物质组成一、岩土体的物质组成一、岩土体的物质组成一、岩土体的物质组成 1 1 1 1 岩土体：岩土体：岩土体：岩土体：是非均质、各向异性、厚度不等，具有是非均质、各向异性、厚度不等，具有一定次序并含有一定结构的多层岩土层，且存在一定次序并含有一定结构的多层岩土层，且存在于一定的地下水、温度
2、及应力场环境中的地质体。于一定的地下水、温度及应力场环境中的地质体。2 2 2 2 岩体与土体共性：岩体与土体共性：岩体与土体共性：岩体与土体共性：a.a.a.a.都为矿物集合体都为矿物集合体; ; b. b. b. b.有固相、液相和气相组成的多相体系有固相、液相和气相组成的多相体系; ; c. c. c. c.相互转化：土相互转化：土-成岩作用成岩作用-岩石岩石; ; 岩石岩石-风化作用风化作用-土土; ;2021/5/232021/5/232 23 3 3 3 岩体与土体差别：岩体与土体差别：岩体与土体差别：岩体与土体差别：a.a.a.a. 结构形式结构形式 岩石岩石-存在断层、节理、裂
3、隙等结构面存在断层、节理、裂隙等结构面; ; 土一般是连续土一般是连续; ; b. b. b. b. 连结形式连结形式岩石岩石-结晶连结、胶结连结结晶连结、胶结连结-硬连结硬连结; ; 土土-无连结、水连结或水胶连结等无连结、水连结或水胶连结等; ; c. c. c. c. 力学性质力学性质岩石比土具有强度高、不易变形及整体性和抗水性好，但岩石比土具有强度高、不易变形及整体性和抗水性好，但缺陷是存在断层、节理等构造面缺陷是存在断层、节理等构造面; ; d. d. d. d. 地应力地应力 岩体岩体-有较高地应力有较高地应力; ; 土体土体-只有自重应力存在只有自重应力存在; ;2021/5/2
4、32021/5/233 3二、工程地质性质二、工程地质性质 1 1 1 1 土体：土体：土体：土体：不是各土层性质的叠加而是相互影响，不是各土层性质的叠加而是相互影响，主要考虑薄弱环节主要考虑薄弱环节2 2 2 2 岩体：岩体：岩体：岩体：结构起控制作用结构起控制作用 2021/5/232021/5/234 4 第二节 工程地质岩组 岩土工程地质类型划分岩土工程地质类型划分岩土工程地质类型划分岩土工程地质类型划分-联合国教科文组织联合国教科文组织联合国教科文组织联合国教科文组织（UNESCOUNESCOUNESCOUNESCO）和国际工程地质协会（）和国际工程地质协会（）和国际工程地质协会（）
5、和国际工程地质协会（IAEGIAEGIAEGIAEG）1 1 1 1、划分、划分、划分、划分: : : : 工程地质单元工程地质单元 工程地质类型（工程地质类型（ETET）、岩石类型（）、岩石类型（LTLT）、）、岩石综合体（岩石综合体（LC)LC)、工程地质岩组、工程地质岩组(LS)(LS) a.a.a.a. ET- ET-精度高，物理状态和岩性均匀精度高，物理状态和岩性均匀. . b. b. b. b. LT- LT-包含不同包含不同ET,ET,其成分、结构和构其成分、结构和构造是均匀的造是均匀的, ,但物理状态不均匀但物理状态不均匀, ,存在一定范围存在一定范围. . c. c. c.
6、c. LC-LC-一组发育在特定古地理和地质构一组发育在特定古地理和地质构造条件下的成因相关的造条件下的成因相关的LTLT组成组成, ,空间分布均一空间分布均一, ,物物理状态不同理状态不同. . d. d. d. d. LS- LS-在相似的古地理构造条件下形成在相似的古地理构造条件下形成, ,具有共同的岩性性质和一般的均匀性具有共同的岩性性质和一般的均匀性. . 2021/5/232021/5/235 52 2 2 2、目的、目的、目的、目的: : : : 研究对比和量化计算研究对比和量化计算3 3 3 3、原则、原则、原则、原则: : : : A A）精度有高到低）精度有高到低 B)B)
7、必须以实际资料为前提必须以实际资料为前提2021/5/232021/5/236 64 4 4 4、依据、依据、依据、依据: : : : A) A)地层形成时代及顺序地层形成时代及顺序 B)B)岩石成因类型、岩性及岩石成因类型、岩性及岩相变化岩相变化 C)C)岩石的物质组成及组织岩石的物质组成及组织结构结构 D)D)成层条件及厚度变化成层条件及厚度变化 E)E)岩层的原生结构面标志岩层的原生结构面标志 F)F)岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 2021/5/232021/5/237 7n n岩土体类型及其工程地质性质岩土体类型及其工程地质性质 煤矿中任何建筑工程煤矿中任何建筑工程( (包括包
8、括地表和地下地表和地下) )都脱离不开岩体和土体。对工程建筑物的稳定都脱离不开岩体和土体。对工程建筑物的稳定性来说，岩体和土体的工程地质性质常常具有决定性作用。性来说，岩体和土体的工程地质性质常常具有决定性作用。任何工程建筑的工程地质条件，总少不了岩体和土体这个任何工程建筑的工程地质条件，总少不了岩体和土体这个基本因素，所以在煤矿工程地质工作中也总是从查明岩土基本因素，所以在煤矿工程地质工作中也总是从查明岩土体类型和工程地质性质着手进行工作的。体类型和工程地质性质着手进行工作的。n n (1)(1)岩组划分。岩组是指岩石的工程地质组合，每一岩组岩组划分。岩组是指岩石的工程地质组合，每一岩组都有
9、一定的岩石组合特征及相似的工程地质特征，其中最都有一定的岩石组合特征及相似的工程地质特征，其中最重要的是力学性质相似和水理性质相似。岩组是反映岩体重要的是力学性质相似和水理性质相似。岩组是反映岩体性质的基本单元，在编绘工程地质图件时应当用岩组表示。性质的基本单元，在编绘工程地质图件时应当用岩组表示。在煤田勘探阶段，将岩体划分为以下七个岩组：在煤田勘探阶段，将岩体划分为以下七个岩组：n n石灰岩岩组石灰岩岩组 包括石灰岩、白云质灰岩、白云岩等碳酸盐包括石灰岩、白云质灰岩、白云岩等碳酸盐类岩石，这类岩石水稳性极好，单轴抗压强度一般大于类岩石，这类岩石水稳性极好，单轴抗压强度一般大于60MPa60M
10、Pa，为地下工程中较理想的岩体。，为地下工程中较理想的岩体。n n砂岩岩组砂岩岩组 包括砾岩和砂岩类岩石，水稳定性好，单轴抗包括砾岩和砂岩类岩石，水稳定性好，单轴抗压强度大于压强度大于30MPa30MPa，分层厚度多大于，分层厚度多大于20m20m，是稳定性较好，是稳定性较好的岩体。的岩体。 2021/5/232021/5/238 8n n泥岩岩组泥岩岩组 包括泥岩、页岩，以及遇水泥化的砂岩粉包括泥岩、页岩，以及遇水泥化的砂岩粉砂岩等，水稳性差，单轴抗压强度小于砂岩等，水稳性差，单轴抗压强度小于20MPa20MPa，是，是稳定性很差的岩体。稳定性很差的岩体。n n砂页岩岩组砂页岩岩组 一般是指
11、那些砂岩和页岩互层产出的岩一般是指那些砂岩和页岩互层产出的岩体，其分层厚度小于体，其分层厚度小于20m20m，水稳性中等，其稳定性，水稳性中等，其稳定性介于砂岩岩组和泥岩岩组中间。介于砂岩岩组和泥岩岩组中间。n n岩浆岩组岩浆岩组 煤系中常见有岩浆岩的侵入，包括微晶闪煤系中常见有岩浆岩的侵入，包括微晶闪长岩、细晶岩、煌斑岩等，水稳性好，单抽抗压强度长岩、细晶岩、煌斑岩等，水稳性好，单抽抗压强度往往大于往往大于80MPa80MPa，稳定性好。，稳定性好。n n构造破碎岩组构造破碎岩组 指构造变动强烈地段的岩体。例如断指构造变动强烈地段的岩体。例如断层破碎带、扭曲紧闭的背斜和向斜轴部附近的岩体，层
12、破碎带、扭曲紧闭的背斜和向斜轴部附近的岩体，往往水稳性差，强度低，稳定性差。往往水稳性差，强度低，稳定性差。n n风化岩组风化岩组 指强烈风化带的岩层，水稳性差，强度低，指强烈风化带的岩层，水稳性差，强度低，稳定性差。稳定性差。 2021/5/232021/5/239 9n n(2)(2)层组划分。层组是指工程地质性质相近的松散土层的组合。松散土层的工程地质层组划分。层组是指工程地质性质相近的松散土层的组合。松散土层的工程地质性质，一般与其粒度组成和含水量有着密切关系，根据煤矿工程的特点，可将松散性质，一般与其粒度组成和含水量有着密切关系，根据煤矿工程的特点，可将松散土层划分为以下九个层组：土
13、层划分为以下九个层组：n n粘土层组粘土层组 包括粘土、亚粘土、含砂粘土等，不具湿陷性，自由膨胀率小于包括粘土、亚粘土、含砂粘土等，不具湿陷性，自由膨胀率小于2020。n n膨胀粘土层组膨胀粘土层组 自由膨胀率大于自由膨胀率大于2020的粘土层，液限常超过的粘土层，液限常超过4040，主要矿物成分为，主要矿物成分为蒙脱石，这种土层对建井和地面建筑影响极大。蒙脱石，这种土层对建井和地面建筑影响极大。n n砂砾层组砂砾层组 包括砾石层和砂层，含水丰富、承裁力高、冻土力学性质好。冻结法施工包括砾石层和砂层，含水丰富、承裁力高、冻土力学性质好。冻结法施工土层稳定。土层稳定。n n流砂层组流砂层组 包括
14、部分细砂层、粉砂层和塑性指数小于包括部分细砂层、粉砂层和塑性指数小于3535的亚砂土。当此类土中含有的亚砂土。当此类土中含有较多的亲水粘土胶体颗粒时，在不大的水力坡度作用下即产生悬浮和流动，称为真较多的亲水粘土胶体颗粒时，在不大的水力坡度作用下即产生悬浮和流动，称为真流砂层，在较大的水力坡度和水流速度时，冲动了细小颗粒而产生流动者称假流砂流砂层，在较大的水力坡度和水流速度时，冲动了细小颗粒而产生流动者称假流砂层。层。n n淤泥层组淤泥层组 即淤泥状土层，含水量高即淤泥状土层，含水量高(40(409191) )，有机质多（，有机质多（5 599），透水），透水性差，具高压缩性，抗剪强度很低性差，
15、具高压缩性，抗剪强度很低(4(42525，c c00.02MPa)00.02MPa)。n n黄土层组黄土层组 以粉粒为主，黄色，塑性指数以粉粒为主，黄色，塑性指数814814，含水量低，含水量低(10(102525) )，孔隙率高，孔隙率高(45(455555) )；有些黄土具湿陷性，给工程建筑带来不利影响。；有些黄土具湿陷性，给工程建筑带来不利影响。n n人工堆积层组人工堆积层组 指人工填土，力学性质较差，一般厚度很小。指人工填土，力学性质较差，一般厚度很小。n n 划分层组一般是在土层结构比较复杂时才应用。通过把复杂的土层简化为几个层划分层组一般是在土层结构比较复杂时才应用。通过把复杂的土
16、层简化为几个层组，可使人们对每个层段的宏观工程地质性质有个清晰、明确的了解。如果土层结组，可使人们对每个层段的宏观工程地质性质有个清晰、明确的了解。如果土层结构简单，也可不划分层组。构简单，也可不划分层组。2021/5/232021/5/231010 第三节第三节 岩体结构及其工程性质岩体结构及其工程性质 一、基本概念一、基本概念一、基本概念一、基本概念 1 1 结构面结构面: :指发育于岩体中，具有一定方向和延伸指发育于岩体中，具有一定方向和延伸性性, ,有一定厚度的各种地质界面有一定厚度的各种地质界面, ,如断层、节理、如断层、节理、层理及不整合面等层理及不整合面等. .由于这种界面中断了
17、岩体的连由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续面。续性，故又称不连续面。 2 2 结构体结构体: :结构面在空间的分布和组合可将岩体切结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成形状、大小不同的块体割成形状、大小不同的块体, ,称结构体称结构体. . 2021/5/232021/5/231111 3 3 岩体岩体: :通常把在地质历史过程中形成的通常把在地质历史过程中形成的, ,具有一具有一定的岩石成分和一定结构定的岩石成分和一定结构, ,并赋存于一定的地质环并赋存于一定的地质环境中（地应力、地下不、地温）的地质体。境中（地应力、地下不、地温）的地质体。 4 4 岩体结构岩体结构: :结构面和
18、结构体的排列与组合形成。结构面和结构体的排列与组合形成。包括结构面和结构体两个要素。包括结构面和结构体两个要素。2021/5/232021/5/231212二、岩体结构特征二、岩体结构特征二、岩体结构特征二、岩体结构特征1 1 结构面的特征及性质结构面的特征及性质结构面的特征及性质结构面的特征及性质(1)(1)(1)(1)类型类型类型类型 结构面的成因分类：结构面的成因分类： 原生结构面、构造结构面及次生结构面原生结构面、构造结构面及次生结构面 （见下表）（见下表）(2)(2)特征特征 a.a.结构面的产状结构面的产状 结构面的产状与最大主应力作用线方向之间结构面的产状与最大主应力作用线方向之
19、间的关系控制着岩体的破坏机理，进而控制着岩体的关系控制着岩体的破坏机理，进而控制着岩体的强度。的强度。 2021/5/232021/5/2313132021/5/232021/5/2314142021/5/232021/5/231515如上图：如上图： -结构面与最大主应力的夹角结构面与最大主应力的夹角 (a) (a) 为锐角为锐角, ,岩体将沿结构面产生滑动破岩体将沿结构面产生滑动破坏坏 (b) (b) 为直角为直角, ,表现为切过结构面，产生剪断、表现为切过结构面，产生剪断、岩体破坏岩体破坏 (c) (c) 为为0 0度度, , 平行结构而的劈裂拉张破坏平行结构而的劈裂拉张破坏2021/5
20、/232021/5/231616b.b.结构面连续性结构面连续性 连续性反映结构面的贯通程度连续性反映结构面的贯通程度 常用线连续常用线连续性系数和面连续性系数表示性系数和面连续性系数表示. . 线连续系数线连续系数(K): K=a/b;(K): K=a/b; 其中其中:a-:a-各结构面长度之和各结构面长度之和; b-; b-测段测段长度之和长度之和; ; K K变化在变化在0101之间之间K K值愈大，说明结构而连值愈大，说明结构而连续性愈好；当续性愈好；当K K1 1时说明结构面完全贯通时说明结构面完全贯通. .2021/5/232021/5/231717c.c.结构面的密度结构面的密度
21、 密度反映结构面发育的密集程度常用间距、线密度密度反映结构面发育的密集程度常用间距、线密度等指标表示。线密度等指标表示。线密度(Kd)(Kd)是指结构面法线方向上单位测线是指结构面法线方向上单位测线长度交切结构面的条数长度交切结构面的条数( (条条/m)/m)；间距；间距(d)(d)则是指同一组结构则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面之间的平均距离。两者互为倒面法线方向上两相邻结构面之间的平均距离。两者互为倒数关系数关系. .即即 Kd = 1/dKd = 1/d 结构面的密度决定了岩体的完整性和岩块的块度。一结构面的密度决定了岩体的完整性和岩块的块度。一般来说结构面发育愈密集，岩体的完整
22、性愈差，岩块块般来说结构面发育愈密集，岩体的完整性愈差，岩块块度愈小进而导致岩体的力学性质变差渗透性增强度愈小进而导致岩体的力学性质变差渗透性增强. . 2021/5/232021/5/231818d.结构面的形态 结构面的形态可从侧壁的起伏形态和粗糙度两方面来进行研究. 结构面侧壁的起伏形态可分为：平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状几种，见下图。 而侧壁的起伏程度则可用起伏角(i)表示如下:i=arctg(2/L)2021/5/232021/5/2319192021/5/232021/5/2320202021/5/232021/5/232121 结构面的粗糙度可用粗糙度系数(JRC
23、)表示: 它可以增加结构面的摩擦角，进而提高了岩体的强度。据结构面的粗糙程度可将粗糙度系数（JRC）分为10级。在实际工作中，可用剖面仪测出所研究结构面的粗糙剖面、然后与标准剖面进行比较，即可求得结构面的粗糙度系数(JRC). 2021/5/232021/5/232222e. 结构面的张开度 结构面两壁之间，一般不是最紧密接触，而是点接触或局部接触. 结构面的张开度是指结构面两壁间的平均距离常以毫米为单位.2021/5/232021/5/232323f.结构面的充填胶结特征 结构面经胶结后，力学性质有所改善。改善的程度因胶结物成分不同而异，铁硅质胶结的强度最高，泥质及易溶盐类胶结的结构面强度最
24、低，且抗水性差. 未胶结且具一定张开度的结构面，其力学性质取决于充填物成分、厚度、含水性及壁岩性质等。就充填物成分来说以砂质、角砾质性质最好粘土质、易溶盐类性质最差。 2021/5/232021/5/232424g.g.结构面的分级及其特征结构面的分级及其特征按结构面的规模及其力学效应，可将结构面划分为按结构面的规模及其力学效应，可将结构面划分为5 5级级 2021/5/232021/5/2325253)3)3)3)软弱夹层软弱夹层软弱夹层软弱夹层 a.a.a.a.定义定义定义定义: : : :指岩体中那些性质软弱、有一定厚度的指岩体中那些性质软弱、有一定厚度的软弱结构面或软弱带软弱结构面或软
25、弱带, ,具有高压缩性和低强度的特具有高压缩性和低强度的特征征. . b.b.b.b.特征特征特征特征: : : : (a) (a)由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散体结构或泥质定向结构；散体结构或泥质定向结构； (b)(b)粘粒含量较原岩增多并达一定含量；粘粒含量较原岩增多并达一定含量； (c)(c)含水量接近或超过塑限密度比原岩小；含水量接近或超过塑限密度比原岩小； (d)(d)常具一定的膨胀性；常具一定的膨胀性； (e)(e)力学强度比原岩大为降低压缩性较大；力学强度比原岩大为降低压缩性较大； (f)(f)由于结构松散，因而抗冲刷能力低由于结构松散，因
26、而抗冲刷能力低. . 在渗在渗透水流作用下透水流作用下. .愚易产生渗透变形愚易产生渗透变形. .2021/5/232021/5/2326262 2 结构体特征及性质结构体特征及性质结构体特征及性质结构体特征及性质 (1)(1)(1)(1)特征特征特征特征 可用其规模、形态及其产状进行描述可用其规模、形态及其产状进行描述 a.a.a.a.按不同级别结构面对岩岩体的切割，可将结构按不同级别结构面对岩岩体的切割，可将结构体划分为体划分为4 4级。级。 级结构体级结构体地质体或称断块体地质体或称断块体 级结构体级结构体山体山体 级结构体级结构体块体块体 级结构体级结构体岩块岩块2021/5/2320
27、21/5/232727 b. b. b. b.基本形状有柱状、块状、板状、楔形、锥形、基本形状有柱状、块状、板状、楔形、锥形、菱形等。一般来说其稳定程度，板状结构体比柱菱形等。一般来说其稳定程度，板状结构体比柱状、块状的差。而楔状的比菱形及锥状的差状、块状的差。而楔状的比菱形及锥状的差. . c. c. c. c.产状一般用结构体表面上最大结构面的长轴方产状一般用结构体表面上最大结构面的长轴方向表示，平卧的板状结构体比竖直的板状结构体向表示，平卧的板状结构体比竖直的板状结构体对岩体稳定性的影响要大对岩体稳定性的影响要大些些. .2021/5/232021/5/2328283 3 3 3 岩体结
28、构类型划分岩体结构类型划分岩体结构类型划分岩体结构类型划分 为了概括地反映岩体结构面和结构体的成因、为了概括地反映岩体结构面和结构体的成因、特征及其排列组合关系将岩体结构划分为特征及其排列组合关系将岩体结构划分为4 4大类大类和和8 8个亚类个亚类 如下表所示：如下表所示： 2021/5/232021/5/2329292021/5/232021/5/233030三、岩体工程性质三、岩体工程性质 1 1 1 1 岩体变形性质岩体变形性质岩体变形性质岩体变形性质 (1)(1)(1)(1)结构面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性a.a.a.a.法向变形特性法向变形特性 在同一
29、岩体中取一块不含结构面的完在同一岩体中取一块不含结构面的完整岩块试件和一块含结构面的岩石试件。然后，整岩块试件和一块含结构面的岩石试件。然后，分别对这两块试件进行单向压缩试验，可得到如分别对这两块试件进行单向压缩试验，可得到如图。图。 设不含结构面试件的法向变形为设不含结构面试件的法向变形为VrVr，含结，含结构面试件的法向变形为构面试件的法向变形为VtVt，则结构面的闭合变，则结构面的闭合变形形VjVj为：为： Vj=Vt-Vr Vj=Vt-Vr 应力应力- -应变曲线上某点的切线斜率定义为应变曲线上某点的切线斜率定义为结构面的法向刚度（结构面的法向刚度（KnKn），它是反映结构面法向），它
30、是反映结构面法向变形性质的主要参数。变形性质的主要参数。 2021/5/232021/5/2331312021/5/232021/5/233232b.剪切变形特征 结构面的剪切变形有两种基本类型：一类为塑性变形型如泥化夹层、光滑 平直的破裂面等一般具这类变形特征；另类为脆性变形.n-Vj曲线有明显的峰值点和应力降。 当应力降于定值后趋于稳定。不在随位移变化而变化。如粗糙结构面等常具这种变形特征。 把剪力-应变曲线上某点的切线斜率定义为结构面的剪切刚度(Ks)它是反映结构面剪切变形性质的主要参数。2021/5/232021/5/2333332021/5/232021/5/233434(2)(2)
31、岩体变形参数的确定及变形曲线类型岩体变形参数的确定及变形曲线类型岩体变形参数的确定及变形曲线类型岩体变形参数的确定及变形曲线类型 a.a.a.a.承压板法承压板法 试验一般在平巷中进行。利用巷道顶板作试验一般在平巷中进行。利用巷道顶板作反力，以油压千斤顶施加压力通过刚性承压板反力，以油压千斤顶施加压力通过刚性承压板将压力传至底部平直光滑的岩面上用百分表测将压力传至底部平直光滑的岩面上用百分表测量岩体变形值。按下式计算即量岩体变形值。按下式计算即 Em=w*(1-2)*p*D/WEm=w*(1-2)*p*D/W 式中：式中：Em Em 为岩体的变形模量为岩体的变形模量(MPa)(MPa)； W
32、W为岩体的变形量为岩体的变形量(cm) (cm) ； P P为承压板单位面积上的压力为承压板单位面积上的压力(MPa)(MPa)； D D为承压板直径或边长为承压板直径或边长(cm)(cm)； 为岩体的泊松比；为岩体的泊松比； 为与承压板刚度和形状有关的系数，圆为与承压板刚度和形状有关的系数，圆形板取形板取0.790.79、方形板取、方形板取0.88.0.88.2021/5/232021/5/233535b.b.钻孔变形法钻孔变形法 利用钻孔膨胀计对一定长度的孔壁施加均匀利用钻孔膨胀计对一定长度的孔壁施加均匀压力，同时测量孔壁的径向变形。利用下式计算压力，同时测量孔壁的径向变形。利用下式计算岩
33、体的变形模量和弹性模量，即岩体的变形模量和弹性模量，即 E =*(1+)*d/E =*(1+)*d/ 式中：式中：EmEm为岩体的径向变形为岩体的径向变形(cm)(cm)； p p为计算压力，等于试验压力与初始压力为计算压力，等于试验压力与初始压力之差之差(MPa)(MPa)； d d为实测点的钻孔直径为实测点的钻孔直径(cm)(cm)； 其余符号意义同前其余符号意义同前. . 2021/5/232021/5/233636c.c.声波法声波法 通过测量岩体中纵波和横波的传播速度，来确通过测量岩体中纵波和横波的传播速度，来确定其变形参数，即定其变形参数，即 Emd=*Vp2(1+d)(1+2d)
34、/Emd=*Vp2(1+d)(1+2d)/(1-d);(1-d);或或Emd=2*Vs2(1+d);Emd=2*Vs2(1+d); Gmd=*Vs2; Gmd=*Vs2; d=(Vp2-2*Vs2)/(2*(Vp2- d=(Vp2-2*Vs2)/(2*(Vp2-Vs2);Vs2);式中：式中：EmdEmd为岩体的动弹性模量为岩体的动弹性模量(GPa)(GPa)； dd为岩体的动泊松比为岩体的动泊松比; ;GmdGmd为岩体的动剪切模量为岩体的动剪切模量(GPa)(GPa)为岩体的密度为岩体的密度(g(gcm2);cm2); vp vp为纵波速度为纵波速度(m(ms);s); vs vs为横波速
35、度为横波速度(m(ms).s).2021/5/232021/5/233737(3)(3)(3)(3)节理化岩体变形模量的估算节理化岩体变形模量的估算节理化岩体变形模量的估算节理化岩体变形模量的估算 比尼卫斯基根据岩体变形模量实测资料，并比尼卫斯基根据岩体变形模量实测资料，并用用CSIRCSIR分类法（南非科学工作研究会）对岩体进分类法（南非科学工作研究会）对岩体进行了分类建立了如下的统计关系：行了分类建立了如下的统计关系： 当当 RMR55RMR55时，时， Em=2RME-100Em=2RME-100 当当 RME55 RME2m2m-隆隆起区大陆、高原、山岭起区大陆、高原、山岭; ;沉降区
36、沉降区海洋、平原、盆海洋、平原、盆地地; ; （2 2）外力作用（风化、流水、冰川、风力、波浪及海）外力作用（风化、流水、冰川、风力、波浪及海流作用等）流作用等）-削高补底，力图将地表夷平削高补底，力图将地表夷平. . （3 3）地貌特征）地貌特征: :平原平原地下水地下水, ,暗河暗河, ,承载力承载力, ,不均匀沉不均匀沉降降, ,软土软土. 山区山区边坡边坡, ,岩溶岩溶, ,构造构造. 岸边岸边河沟侧向位移河沟侧向位移, ,入侵入侵. . 2021/5/232021/5/2370703 3 研究意义及研究内容研究意义及研究内容研究意义及研究内容研究意义及研究内容 1 1）研究意义）研究
37、意义: : 工程地质学的地貌学研究主工程地质学的地貌学研究主要是探讨不同地形地貌的工程地质特征及改造方要是探讨不同地形地貌的工程地质特征及改造方法法, ,为工程建设服务为工程建设服务. . 2 2）研究内容）研究内容: : (1) (1)山区山区: :重力地貌重力地貌, ,风成地貌风成地貌, ,流水地貌流水地貌; ; (2) (2)平原平原: :流水地貌流水地貌, ,湖泊地貌湖泊地貌; ; (3) (3)海岸海岸: :海岸地貌海岸地貌; ; 2021/5/232021/5/237171二、二、山地工程地质条件山地工程地质条件山地工程地质条件山地工程地质条件 1 1 1 1 山地地貌特征山地地貌
38、特征 -地表高低起伏大地表高低起伏大（有高差）、河谷切割（有高差）、河谷切割 山地：山岭、谷地山地：山岭、谷地 山岭组成：山顶、山坡、山麓（山坡与平原交山岭组成：山顶、山坡、山麓（山坡与平原交线地带）线地带）; ; 山坡发育：原始状态陡崖山坡发育：原始状态陡崖-动态变缓动态变缓; ; 2021/5/232021/5/2372722 山地地貌的形成与发展山地地貌的形成与发展火山与地壳运动(1)地壳：A.上升初始阶段崎岖,陡峭 B.继续上升高山、深谷, 山坡不稳定 C.上升减缓平缓,河谷变宽,相对高度下降2021/5/232021/5/237373(2)(2)山地地貌特点：山地地貌特点：A.A.分
39、带性分带性 1 1）水平分带）水平分带: :山脊地带、斜坡地带、山前山脊地带、斜坡地带、山前地带地带 2 2）垂直分带）垂直分带:5000m:5000m以上（终年积雪带）、以上（终年积雪带）、4000m4000m雪线以下、雪线以下、300030004000m4000m流水侵蚀带、流水侵蚀带、3000m3000m以下干旱流水侵蚀作用带。以下干旱流水侵蚀作用带。 B B成层性：阶梯状成层性：阶梯状 2021/5/232021/5/2374743 岩性构造对地貌影响岩性构造对地貌影响 A.岩性 1)花岗岩：浑圆、峭壁 2）石英岩：悬崖尖锐、坝基好 3）砂岩：胶结物质 4）石灰岩：岩溶地貌2021/5
40、/232021/5/237575B. B. 构造构造 1 1）水平构造：平原、高原）水平构造：平原、高原 2 2）单斜构造：又称单面山，其两坡一般不对称，）单斜构造：又称单面山，其两坡一般不对称，与岩层倾向相反的一坡短而陡，称为前坡。它多是与岩层倾向相反的一坡短而陡，称为前坡。它多是由外力的剥蚀作用所形成；与岩层倾向一致的一坡由外力的剥蚀作用所形成；与岩层倾向一致的一坡长而缓，称后坡。前坡陡峻，裂隙发育，风化强烈，长而缓，称后坡。前坡陡峻，裂隙发育，风化强烈，易崩塌；后坡一般较稳定，但应注意有软弱岩层时易崩塌；后坡一般较稳定，但应注意有软弱岩层时易发生顺层滑坡。易发生顺层滑坡。 3 3）褶曲：
41、一般背斜山，向斜谷）褶曲：一般背斜山，向斜谷, ,称顺地形；逆地称顺地形；逆地形也有。形也有。 4 4）断层：断层面、断层三角面）断层：断层面、断层三角面2021/5/232021/5/2376762021/5/232021/5/2377774 4 山地分类山地分类山地分类山地分类 1 1）按高程）按高程: : 2)2)按成因按成因: :构造与火山构造与火山 内动力和外动力内动力和外动力 2021/5/232021/5/2378785 5 山地工程地质问题山地工程地质问题山地工程地质问题山地工程地质问题n n 边坡边坡n n 泥石流泥石流n n 遂洞遂洞n n 沟谷、桥沟谷、桥n n 冻土冻土
42、n n 构造构造n n 水水2021/5/232021/5/237979三、三、平原工程地质条件平原工程地质条件平原工程地质条件平原工程地质条件 1 1 概念概念概念概念 平原：它是在地壳升降运动微弱或长期平原：它是在地壳升降运动微弱或长期稳定的条件下，经长期外力作用的夷平或补偿沉稳定的条件下，经长期外力作用的夷平或补偿沉积而形成的。其特点是：地势开阔平缓，地面起积而形成的。其特点是：地势开阔平缓，地面起伏不大。伏不大。2 2 划分划分 1.1.按高度分按高度分: : 2021/5/232021/5/2380802.2.按形态分：倾斜平原、凹状平原、波状平原按形态分：倾斜平原、凹状平原、波状平
43、原3.3.按成因分：构造平原、剥蚀平原、堆积平原、剥按成因分：构造平原、剥蚀平原、堆积平原、剥蚀堆积平原蚀堆积平原 2021/5/232021/5/2381813 3 工程地质问题工程地质问题工程地质问题工程地质问题a)a)地下水地下水b) b) 软土软土c) c) 黄土黄土d) d) 膨胀土膨胀土e)e)边坡边坡f) f) 沉降沉降 2021/5/232021/5/238282四、岸边工程地质问题岸边工程地质问题 海岸、湖岸、河岸海岸、湖岸、河岸 2021/5/232021/5/2383833.3.工程地质问题工程地质问题 a.a.地基悬空地基悬空 b.b.路基中断路基中断 c.c.垮坝垮坝
44、2021/5/232021/5/2384842 2 湖岸工程地质问题湖岸工程地质问题湖岸工程地质问题湖岸工程地质问题 1.1.分带：沿岸地带、岸边浅滩、水下斜分带：沿岸地带、岸边浅滩、水下斜坡坡 2.2.工程地质条件工程地质条件 a.a.由湖岸向湖心，沉积物由由湖岸向湖心，沉积物由粗到细粗到细 b.b.由湖岸向湖心，粘土矿物由湖岸向湖心，粘土矿物逐渐增多逐渐增多 c.c.由湖岸向湖心，碎屑中矿由湖岸向湖心，碎屑中矿物稳定性成分逐渐增多物稳定性成分逐渐增多 d.d.由湖岸向湖心，有机物逐由湖岸向湖心，有机物逐渐增多渐增多 e.e.由湖岸向湖心，磨圆度增高，倾斜由湖岸向湖心，磨圆度增高，倾斜度降低
45、度降低 f.f.湖积物含有化石湖积物含有化石 2021/5/232021/5/2385853 3 河岸工程地质条件河岸工程地质条件河岸工程地质条件河岸工程地质条件1.1.分类分类: : 河漫滩河漫滩河流阶地河流阶地河岸边坡河岸边坡 2.2.工程地质条件工程地质条件 a.a.以杂碎沉积物为主以杂碎沉积物为主, ,其次是其次是粘土粘土, ,偶夹有沼泽层偶夹有沼泽层, ,缺少化学沉积物缺少化学沉积物 b.b.分选度分选度, ,磨圆度磨圆度, ,层理发育度层理发育度比其它陆相沉积要好比其它陆相沉积要好 c.c.砾石常呈叠瓦状排列砾石常呈叠瓦状排列, ,扁平扁平面倾向上游面倾向上游 d.d.水平层理水平层理, ,斜层理斜层理, ,波状层理波状层理发育发育 e.e.化石少化石少 f.f.厚度大厚度大, ,具有明显韵律构造具有明显韵律构造 2021/5/232021/5/238686作业n n软岩的主要工程特性2021/5/232021/5/238787部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
