第五节第五节 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质 一、矿物岩石的鉴定特征和工程地质性质一、矿物岩石的鉴定特征和工程地质性质12种造岩矿物：滑石、高岭石、绿泥石、黑云母、白云母、方解石、白云石、角闪石、辉石、正长石、斜长石、石英矿物的肉眼鉴定特征：颜色、形态、硬度、解理、光泽、盐酸反应等三大岩类：岩浆岩12种、沉积岩10种、变质岩8种岩石的肉眼鉴定特征：结构、成分、构造岩石的工程地质性质主要表现在：1. 力学性质2. 水理性质(透水性和抗水性)3. 抗风化能力 二、岩石的力学性质：单轴抗压强度二、岩石的力学性质：单轴抗压强度矿物成分：硬度大的：石英、长石、角闪石、辉石、硬度中等的：方解石、白云石硬度小的：云母、绿泥石、高岭石、滑石 《岩土工程勘查规范》GB50021-2001（2009年版），按岩石的饱和单轴极限抗压强度把岩石划分为坚硬岩、中硬岩、较软岩、软岩和极软岩 坚硬程度坚硬岩 较硬岩 较软岩 软岩 极软岩饱和单轴抗压强度fr (MPa）>6060-3030-1515-5<5硬质岩石: 岩浆岩，硅质、钙质、铁质胶结的碎屑岩，石灰岩，片麻岩，大理岩，石英岩软质岩石: 泥质岩（页岩、粘土岩），泥质胶结的碎屑岩，板岩，千枚岩，片岩，火山凝灰岩。
上述软质岩类如果含有硅质成分，强度将显著提高 常见岩石的饱和抗压强度范围岩石名称极限抗压强度(MPa)岩石名称极限抗压强度(MPa)花岗岩100-200砂质页岩30-60正长岩80-250泥质岩10-40流纹岩120-250石灰岩60-120闪长岩100-160片麻岩70-180安山岩120-250石英岩200-360玄武岩120-250大理岩70-140辉绿岩160-200云母片岩30-70砾岩40-200千枚岩16-40石英砂岩70-150板岩20-70 三、岩石的水理性质三、岩石的水理性质: : 透水性和抗水性透水性和抗水性( (软化性，溶解性软化性，溶解性) ) (1)透水性：主要决定于岩石岩体的空隙性岩体中的缝隙，有原生原生的和次生次生的岩体中的原生缝隙原生缝隙：ü岩浆岩（以玄武岩为代表）的气孔构造；ü某些碎屑沉积岩（如接触式胶结的砂岩）中的孔隙；ü玄武岩的原生柱状裂隙；ü沉积岩的原生层间裂隙 玄武岩的原生柱状裂隙Giant's Causeway, Northern Ireland. National Park, California,USA 沉积岩的层间裂隙 岩体中的次生缝隙岩体中的次生缝隙：ü地壳运动在岩体中形成的构造裂隙构造裂隙；ü外动力地质作用形成，风化裂隙、风化裂隙、溶蚀溶蚀裂隙裂隙（（溶洞溶洞））和裂隙裂隙卸荷卸荷。
构造裂隙 石灰岩溶蚀裂隙 卸荷裂隙 (2) 软化性：岩石浸水后强度会有所降低岩石的软化性用软化系数描述岩石的软化系数Kr = 饱和单轴抗压强度/干单轴抗压强度软化系数Kr < 0.75者，属于软化岩石岩石的软化性，决定于岩石的矿物成分亲水矿物：粘土矿物（高岭石等）、绿泥石、滑石、云母易于遇水软化的岩石：泥质岩(页岩、粘土岩)，泥质胶结的碎屑岩，板岩，千枚岩，片岩，火山凝灰岩，等几乎所有的软质岩石软质岩石都是易于软化易于软化的 岩石种类软化系数 Kr岩浆岩、片麻岩> 0.85石灰岩、白云岩0.8-0.9硅质石英砂岩> 0.9其他砂岩0.6-0.8板岩、千枚岩、片岩< 0.5-0.7泥质岩< 0.4-0.6常见种类岩石的软化系数范围 (3) 溶解性：决定于岩石的矿物成分可溶解矿物：岩盐 NaCl、KCl、石膏CaSO4·2H2O 、方解石方解石具微弱的溶解性，但石灰岩是地表分布最广的岩石在长时间的地质历史中，形成普遍的溶蚀Ø石灰岩地区的溶隙溶洞，为地下水流动提供通道；Ø基岩存在Karst溶洞，常导致工程地质和环境地质问题 石林（石灰岩溶蚀地貌）图片来自 石灰岩溶蚀地貌 (Malham Cove, UK)图片来自 石灰岩溶洞（图片来自http://www.utexas.edu/） 石灰岩溶蚀地貌---象鼻山 四、岩石的抗风化能力四、岩石的抗风化能力抗化学风化的能力，主要取决于其成分。
造岩矿物在地表风化条件下的化学稳定性相对稳定性 造岩矿物 很稳定的 石英、锆石较稳定的 1白云母、正长石、酸性斜长石 较稳定的 2方解石、白云石 (弱溶解性，不分解)较稳定的 3粘土矿物 (不易分解，但易软化)很不稳定的角闪石、辉石、黑云母、橄榄石、基性斜长石 (易被分解) 沉积岩的两种主要成分：石英和粘土矿物石英的化学稳定性最强；粘土矿物在化学风化的条件下稳定性也较好，但是容易受地下水的作用而软化，易发生物理风化沉积岩的组成成分，为地表风化产物，大部分具有较好的抗化学风化能力岩浆岩，大部分为不稳定的硅酸盐矿物在化学风化条件下，易于被分解破坏 五、三大岩类的工程地质性质五、三大岩类的工程地质性质(1) 岩浆岩的工程地质性质绝大部分岩浆岩，力学强度高，透水性弱，抗水性强（不软化，不溶解）但同沉积岩相比抗风化能力较弱不同产状的岩浆岩略有差异：深成岩浆岩：矿物颗粒间结晶联结，力学强度高；孔隙率小，透水性弱、抗水性强；岩体大、整体稳定性好；良好的建筑地基和天然建筑石材总体抗化学风化能力较差 浅成岩和喷出岩力学强度高，一般不透水，不软化具有气孔构造、流纹构造及发育有原生裂隙的岩浆岩，会增加透水性。
抗风化能力较深成岩强陆地出露最广的岩浆岩依次是：花岗(闪长)岩、玄武岩、安山岩 (2) 沉积岩的工程地质性质碎屑岩的成分碎屑：石英，长石、岩石碎屑；胶结物：硅质( SiO2) 、钙质(CaCO3)、泥质(高岭石等)、铁质(Fe2O3)泥质岩的成分粘土矿物高岭石等化学岩的成分方解石、白云石、 SiO2等力学性质、水理性质差异很大， 除泥质岩外，抗风化能通常都较强 碎屑岩的工程地质性质工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分对其强度影响显著：硅质胶结者，强度较高、抗风能力强、透水性低、抗水性好，钙质胶结的次之，泥质胶结的最差火山碎屑岩中的凝灰岩，强度低，为软弱岩；遇水软化泥质岩的工程地质性质易风化，强度低，在外荷载作用下变形大，遇水易软化和泥化泥质岩的天然边坡稳定性差透水性小，可成为天然的隔水防渗层 化学岩的工程地质性质石灰岩 力学强度大多较高，抗水性弱(具溶解性)，地下水的溶蚀形成喀斯特(Karst)空洞是地下水的集中渗流通道，地基中的不稳定区白云岩 力学强度较高，具有微弱的溶蚀性硅质岩 强度高，抗水性好，抗风化能力强沉积岩中分布最广的是石灰岩，其次是泥质岩（页岩和粘土岩）和砂岩 沉积岩都具有层理构造层理构造：岩体力学性质，各向异性各向异性。
层理面，往往是力学薄弱面力学薄弱面和透水界面透水界面 (3) 变质岩的工程地质性质 变质岩的工程地质性质与其原岩密切相关原岩为岩浆岩的变质岩与岩浆岩相近：如，花岗片麻岩－－花岗岩原岩为沉积岩的变质岩与沉积岩相近：板岩、千枚岩、片岩－－泥质岩；石英岩－－硅质胶结的石英砂岩；大理岩－－石灰岩含大量片状矿物的（如滑石、绿泥石、云母和绢云母等）的岩石，其力学强度相对较低，抗水性弱，抗风化能力也较差变质岩的片理构造（片麻状、片状、千枚状和板状构造）使其具有各向异性的特征，而且片理面往往成为岩体中的薄弱面 END 。