2014年全国造价工程师执业资格考试
《建设工程技术与计量（土建）》

二、岩体的力学特性
（一）岩体的变形特征
岩体的变形通常包括结构面变形和结构体变形两个部分。就大多数岩体而言，一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值。因此，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。由于岩体中发育有各种结构面，所以岩体变形的弹塑性特征较岩石更为显著。
不同岩体具有不同的流变特性。流变特性是岩体在外部条件不变的情况下，应力或变形随时间而变化的性质，一般有蠕变和松弛两种表现形式。蠕变是指在应力一定的条件下，变形随时间的持续而逐渐增加的现象。松弛是指在变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。试验和工程实践表明，岩石和岩体均具有流变性。特别是软弱岩石、软弱夹层、碎裂及散体结构岩体，其变形的时间效应明显，蠕变特征显著。有些工程建筑的失事，往往不是因为荷载过高，而是在应力较低的情况下岩体产生了蠕变。
三、岩体的工程地质性质
岩体的工程地质性质有赖于岩石或土和结构面的性质，许多情况是结构面发育或规模大或存在不利组合，对岩体的工程地质性质起主要或决定性的作用。
（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。
岩石的比重是岩石固体部分单位体积的重量，在数值上等于岩石固体颗粒的重量与同体积的水在4 ℃时重量的比。常见的岩石的比重一般介于2.4～3.3之间。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。
岩石的重度也称容重，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。
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。在数值上等于岩石中各种孔隙的总体积与岩石总体积的比，以百分数计。
③吸水性。岩石的吸水性一般用吸水率表示，反映岩石在一定条件下（在通常大气压下）的吸水能力。在数值上等于岩石的吸水重量与同体积干燥岩石重量的比，也以百分数计。
④软化性。岩石的软化性是指岩石受水作用后，强度和稳定性发生变化的性质，主要取决于岩石的矿物成分、结构和构造特征。
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0.7 5的岩石，是软化性较强的岩石，工程性质比较差。
⑤抗冻性。岩石孔隙中的水结冰时体积膨胀，会产生巨大的压力，岩石抵抗这种压力作用的能力，称为岩石的抗冻性。在高寒冰冻地区，抗冻性是评价岩石工程性质的一个重要指标。
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2 5%的岩石，认为是抗冻的；大于2 5%的岩石，认为是非抗冻的。
(2)岩石的主要力学性质。
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。弹性模量是应力与应变之比，以“帕斯卡”为单位，用符号Pa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高。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。岩石的强度是岩石抵抗外力破坏的能力，也以“帕斯卡”为单位，用符号Pa表示。岩石受力的作用而致破坏，表现为压碎、拉断和剪断等，故有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等。
2．岩石的分级
鉴于土和岩石的物理力学性质和开挖施工的难度，由松软至坚实共分为16级，分别以I～XⅥ表示，其中I～Ⅳ的4级为土，Ⅴ～XⅥ的1 2级为岩石。土分为一、二、三、四类，岩石分为松石、次坚石、普坚石、特坚石四类。
（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。是土中水的重量与土粒重量之比。含水量是标志土的湿度的，一个重要物理指标。一般而言，土的含水量增大时，其强度就降低。
②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S厂越大，表明土孔隙中充水愈多。工程实际中，按饱和度将土划分为如下三种含水状态：Sr<50%是稍湿状态；Sr一50%~80%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，用小数表示，它是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密实程度。一般孔隙比小于0.6的土是密实的低压缩性土，孔隙比大于1.0的土是疏松的高压缩性土。
④土的孔隙率。是土中孔隙体积与土的体积（三相）之比。
⑤土的塑性指数和液性指数。土可分为无黏性土和黏性土。
缩限。半固态黏性土随水分蒸发体积逐渐缩小，直到体积不再缩小时的界限含水量叫缩限，体积不再随水分蒸发而缩小的状态为固态。
塑限。半固态黏性土随含水量增加转到可塑状态的界限含水量叫塑限，也称塑性下限。
液限。由可塑状态转到流塑、流动状态的界限含水量叫液限。
塑性指数。液性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。
液性指数。黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，称为液性指数。液性指数愈大，土质愈软。
(2)土的力学性质。
①土的压缩性。是土在压力作用下体积缩小的特性。
②土的抗剪强度。是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，此时，土体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。在工程实践中，土的强度涉及地基承载力、路堤等工程边坡、天然土坡的稳定性，以及土作为工程结构物的环境时作用于结构物上的土压力和山岩压力等问题。
2．特殊土的主要工程性质
(1)软土。泛指淤泥及淤泥质土，它富含有机质，天然含水量ω大于液限叫ωι，天然孔隙比e大于或等于1. 0 。由于软土的生成环境及上述粒度、矿物组成和结构特征，结构性显著且处于形成初期，故具有高含水量、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。是干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物，颜色多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色。黄土按其成因可分为原生黄土和次生黄土。
(3)红黏土。是指在亚热带湿热气候条件下，碳酸盐类岩石及其间夹的其他岩石，经红土化作用形成的高塑性黏土。红黏土一般呈褐色、棕红等颜色，液限大于50%。经流水再搬运后仍保留其基本特征，液限大于45%的坡、洪积黏土，称为次生红黏土，在相同物理指标情况下，其力学性能低于红黏土。
(4)膨胀土。是指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的高塑性黏土。
(5)填土。是一定的地质、地貌和社会历史条件下，由于人类活动而堆填的土。由于我国幅员广大，历史悠久，因此在我国大多数古老城市的地表面，广泛覆盖着各种类别的填土层，从堆填方式、组成成分、分布特征及其工程性质等方面，均表现出一定的复杂性。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。②杂填土。③冲填土。
（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级指大断层或区域性断层，控制工程建设地区的稳定性，直接影响工程岩体稳定性。Ⅱ级指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。
Ⅲ级指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。
Ⅳ级指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等，构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态；Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律，需用统计方法进行研究，在此基础上进行岩体结构面网络模拟。
Ⅴ级结构面又称微结构面，常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。
上述5级结构面中，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，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性。
（四）地震的震级与烈度
地震是一种地质现象，主要是由于地球的内力作用而产生的一种地壳震动，其中绝大多数伴随岩层断裂错动。火山爆发、洞穴陷落、山崩等也可引起地震，但其所占比例很小，且强度低、影响范围小。此外，还有由人类活动直接造成的地震，如爆破引起的地震。由人类活动导致断层错动而产生的诱发地震，如水库诱发地震等。目前，世界上有两个地震活动频繁的地震带，即阿尔卑斯一喜马拉雅地震带和环太平洋地震带。前者约占地震总数的15%，后者约占8 0%，这两个地震带都延伸到我国境内，所以我国是个多地震的国家，尤其西南、西北、华北、东南沿海及台湾等地区，强烈地震经常发生。
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。地震波首先传达到震中，震中区受破坏最大，距震中越远破坏程度越小。地面上受震动破坏程度相同点的外包线称为等震线。地震波通过地球内部介质传播的称为体波。体波分为纵波和横波，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。体波经过反射、折射而沿地面附近传播的波称为面波，面波的传播速度最慢。
2．地震震级
地震是依据地震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。地震释放的能量与仪器测定的震级划分见表1.1.5。

目前国际通用的李希特一古登堡震级是以距震中100km的标准地震仪所记录的最大振幅的μm数的对数表示。如记录的最大振幅是10mm，即10000μm，取其对数等于4，则为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。目前，我国已制定出地震烈度表，见表1.1.6。

地震烈度又可分为基本烈度、建筑场地烈度和设计烈度。
4．震级与烈度的关系
震级与地震烈度既有区别，又相互联系。一般情况下，震级越高、震源越浅、距震中越近，地震烈度就越高，见表1.1. 60一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，可能出现偏大或偏小的烈度异常区。
应用分析
（2011）结构面结合力较差的工程地基岩体的工程特性是（）。
A．沿层面方向的抗剪强度高于垂直层面方向
B．沿层面方向有错动比有软弱夹层的工程地质性质差
C．结构面倾向坡外比倾向坡里的工程地质性质好
D．沿层面方向的抗剪强度低于垂直层面方向
答案：Ｄ
（2010）大理岩属于（　）。
A．岩浆岩　
B．变质岩
C．火成岩　
D．沉积岩
答案：Ｂ
（2009）某岩石的抗压强度约为200MPa，则其抗剪强度和抗拉强度可能约为(　)。
A．100MPa和40MPa　
B．60MPa和20MPa
C．10MPa和2MPa　
D．5MPa和1MPa
答案：Ｂ
（2011）关于地震震级和强度的说法，正确的是（）。
A．建筑抗震设计的依据是国际通用震级划分标准
B．震级高、震源浅的地震其烈度不一定高
C．一次地震一般会形成多个烈度区
D．建筑抗震措施应根据震级大小确定
答案：C