建设工程技术与计量(土建)教材精讲班第2讲讲义
第一章 工程地质(二)

2015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)

最不利的情况是路线与岩层走向平行,岩层倾向与路基边坡一致,而边坡的倾角大于岩层的倾角,如在石灰岩、砂岩与黏土质页岩互层,且有地下水作用时,在路堑开挖过深、边坡过陡或者由于开始使软弱构造面暴露的情况下,易引起斜坡岩层发生大规模的顺层滑动,破坏路基稳定。
对于道路选线,因为线性展布跨越地域多,受技术经济和地形地貌各方面的限制,对地质缺陷难以回避,工程地质的影响更为复杂。道路选线应尽量避开断层裂谷边坡,尤其是不稳定边坡;避开岩层倾向与坡面倾向一致的顺向坡,尤其是岩层倾角小于坡面倾角的;避免路线与主要裂隙发育方向平行,尤其是裂隙倾向与边坡倾向一致的;避免经过大型滑坡体、不稳定岩堆和泥石流地段及其下方。
(3)断裂构造
根据岩体断裂后两侧岩块相对位移的情况,将其分为裂隙和断层两类。
1)裂隙,也称为节理,是存在于岩体中的裂缝,是岩体受力锻炼后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造。一般用裂隙率(岩体剖面面积与岩石总面积的百分比)表示。
按发育程度,分为:教材表1.1.4
裂隙不发育:裂隙1~2组,对基础工程无影响,在不含水且无其他不良因素时,对岩体稳定性影响不大。
裂隙较发育:裂隙2~3组,对基础工程影响不大,对其他工程可能产生相当影响。
裂隙发育:裂隙3组以上,对工程建筑物可能产生很大影响。
裂隙很发育:裂隙3组以上,对工程建筑物产生严重影响。
应用分析
对工程建筑物可能产生很大影响的裂隙发育情况是()
A.不发育
B.较发育
C.发育
D.很发育
答案:C
2)断层。了解内容。记住:四个断层名称;三个基本类型;理解2个影响即可。
(1)断层要素
①断层面和破碎带。其产状可以通过断层面的走向、倾向和倾角来表示。规模大的断层,往往是沿着一个错动带发生,称之为断层破碎带。断层的规模越大,破碎带也就越宽,越复杂。
②断层线。是断层面与地面的交线,表示断层的延伸方向,其形状决定于断层面的形状和地面的起伏情况。
③断盘。是断层面两侧相对位移的岩体。当断层面倾斜时,位于断层面上部的称为上盘,位于断层面下部的称为下盘。若断层面直立则无上下盘之分。
④断距。是断层两盘相对错开的距离。岩层原来相连的两点,沿断层面错开的距离称为总断距,其水平分量称为水平断距,垂直分量称为垂直断距。
(2)断层基本类型
正断层:是上盘沿断层相对下降,下盘相对上升的断层;它一般是受水平张应力或垂直作用力使上盘相对向下滑动而形成的。
逆断层:是上盘沿断层面相对上升,下盘相对下降的断层。它一般是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用,使上盘沿断面向上错动而成。断层线的方向通常和岩层走向或褶皱轴的方向近于一致,和压应力作用的方向垂直。
平推断层:是由于岩体受水平扭应力作用,使两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。


应用分析
【2010】下盘沿断层面相对下降,这类断层大多是( )。  
A.受到水平方向强烈张应力形成的
B.受到水平方向强烈挤压力形成的
C.线与褶皱方向基本一致
D.线与拉应力作用方向基本垂直
E.线与压应力作用方向基本平行
答案:BC
(二)岩体结构特征
1.结构体特征(了解)
2.岩体结构类型
岩体结构的基本类型可分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构。
(1)整体块状结构。整体强度高,变形特征接近于各向同性的均质弹性体,变形模量、承载能力、抗滑能力、抗风化能力较强。是较理想的各类工程岩体。
(2)层状结构。作为工程建筑地基时,其变形模量和承载能力一般均能满足要求。但当结构面结合力不强,有时又有层间错动面或软弱夹层存在,这类岩体作为边坡岩体时,结构面倾向坡外时要比倾向坡里时的工程地质性质差得多。
(3)碎裂结构。镶嵌结构岩体为硬质岩石,具有较高的变形模量和承载能力,工程地质性能尚好。而层状碎裂结构和碎裂结构岩体变形模量、承载能力均不高,工程地质性质较差。
(4)散体结构。属于碎石土类,可按碎石土类考虑。
二、岩体的力学特性
岩体的力学特征主要是岩体的变形、流变和强度特征。
(1)岩体的变形特征。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。
(2)岩体的流变特征。一般有蠕变和松弛两种表现形式。岩石和岩体均具有流变性。
(3)岩体的强度特征。一般情况下,岩体的强度既不等于岩块岩石的强度,也不等于结构面的强度,而是2者共同影响表现出来的强度。但在某些情况下,可以用岩石或结构面的强度来代替。如当岩体中结构面不发育,呈完整结构时,可以岩石的强度代替岩体强度;如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时,则岩体强度完全受结构面强度控制。
应用分析
【2010】建筑物结构设计对岩石地基主要关心的是( )。
A.岩体的弹性模量
B.岩体的结构
C.岩石的抗拉强度
D.岩石的抗剪强度
答案:A
解析
: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,所以岩体的弹塑性变形较岩石更为显著。
【2011】工程岩体沿某一结构面产生整体滑动时,其岩体强度完全受控于()。
A.结构面强度
B.节理的密集性
C.母岩的岩性
D.层间错动幅度
答案:A
三、岩体的工程地质性质
(一)岩石的工程地质性质
1、岩石的物理力学性质(了解几个基本概念)
(1)岩石主要物理性质
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。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较高。
2)孔隙性。用空隙度表示,反映岩石中各种空隙的发育程度。未受风化和构造作用侵入岩和某些变质岩,其空隙度一般是很小的,而砾岩、砂岩等一些沉积类的岩石,则经常具有较大的空隙度。
3)吸水性。用吸水率表示。岩石的吸水率大,则水对岩石颗粒间结合物的浸润、软化作用就强,岩石强度和稳定性受水作用的影响也就越大
4)软化性。用软化系数作为岩石软化性的指标。软化系数=岩石饱和状态下的极限抗压强度/风干状态下极限抗压强度;软化系数越小,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0.75的岩石,是软化性较强的岩石,工程性质比较差。
5)抗冻性。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25%的岩石,认为是抗冻的;大于25%的岩石,认为是非抗冻的。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。
应用分析
【2011】关于地基岩石软化性的说法,正确的是()。
A.软化系数>0.25,工程性质良好
B.软化系数<0.25,工程性质良好
C.软化系数<0.75工程性质良好
D.软化系数>0.75工程性质良好
答案:C
(2)岩石主要力学性质

1)岩石的变形

岩石在弹性变形范围内用弹性模量和泊松比两个指标表示

弹性模量越大,岩石抵抗变形的能力越强。

泊松比是横向应变与纵向应变的比。泊松比越大,表示岩石受力作用后的横向变形越大。

通常所提供的弹性模量和泊松比,只是在一定条件下的平均值

 

2)岩石的强度:指标有抗压强度,抗拉强度,抗剪强度

抗压强度

在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力。岩石的抗压强度相差很大。

抗拉强度

在数值上等于岩石单向拉伸破坏时的最大张应力。岩石的抗拉强度远小于抗压强度,故当岩层受到挤压形成褶皱时,常在弯曲变形较大的部位受拉破坏,产生张性裂隙。

抗剪强度

在数值上等于岩石受剪破坏时的极限剪应力。在一定压应力下岩石剪断时,剪破面上的最大剪应力,称为抗剪强度,其值一般都比较高。抗剪强度是沿岩石裂隙或软弱面等发生剪切滑动时的指标,其强度远远低于抗剪强度。

三项强度中,岩石的抗压强度最高,抗剪强度居中,抗拉强度最小。岩石越坚硬,其值相差越大,软弱岩石的差别较小。抗剪强度约为抗压强度的10%~40%,抗拉强度仅是抗压强度的2%~16%。岩石的抗压强度和抗剪强度,是评价岩石(岩体)稳定性的主要指标。
应用分析
【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
解析
:抗剪强度约为抗压强度的10%~40%,
抗拉强度仅是抗压强度的2%~16%。
抗剪强度约为抗压强度的10%~40%,为:20MPa---80MPa;
抗拉强度仅是抗压强度200的2%~16%,4MPa---32MPa。符合条件的只有B。
2.岩石的分级(了解)
(二)土体的工程地质性质
1.土的物理力学性质(了解)
2.特殊土的主要工程性质
(1)软土,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
1)凡天然黄土在上覆土的自重压力作用下,或在上覆土的自重压力与附加压力共同作用下,受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著下沉的,称为湿陷性黄土,否则,称为非湿陷性黄土。分析、判别黄土是否属于湿陷性的、其湿陷性强弱程度以及地基湿陷类型和湿陷等级,是黄土地区工程勘察与评价的核心问题。
2)地基土的自重湿陷往往使建筑物发生很大的裂缝或使砖墙倾斜,甚至使一些很轻的建筑物也受到破坏。
(3)红黏土
一般特点是天然含水量高,一般呈现较高的强度和较低的压缩性;不具有湿陷性。由于塑限很高,所以尽管天然含水量高,一般仍处于坚硬或硬可塑状态。甚至饱水的红黏土也是坚硬状态的。
(4)膨胀土
在天然条件下,一般处于硬塑或坚硬状态,强度较高,压缩性较低,一般易被误认为工程性能较好的土。
(5)填土
①素填土
a.按其组成物质不同划分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土和黏性素填土。素填土经分层压实者,称为压实填土。
b.素填土的工程性质取决于它的密实性和均匀性。素填土地基具有不均匀性,防止建筑物不均匀沉降是填土地基的关键。
c.堆填时间超过10年的黏性土、超过5年的粉土、超过2年的砂土均具有一定的密实度和强度,可以作为一般建筑物的天然地基。
②杂填土
a.以生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为主要成分的杂填土,一般不宜作为建筑物地基;
b.对主要以建筑垃圾或一般工业废料组成的杂填土,采用适当(简单、易行、收效好)的措施进行处理后可作为一般建筑物地基。
c.在利用杂填土作为地基时,应注意其不均匀性、工程性质随堆填时间而变化、含腐殖质及水化物等问题。
③冲填土
冲填土的颗粒组成和成分规律与所冲填泥砂的来源及冲填时的水力条件有着密切的关系,其含水量大,透水性较弱,排水固结差,一般呈软塑或流塑状态,比同类自然沉积饱和土的强度低、压缩性高。


【2009】某竣工验收合格的引水渠工程,初期通水后两岸坡体出现了很长的纵向裂缝,并局部地面下沉,该地区土质可能为( )。
A.红黏土
B.软岩
C.砂土
D.湿陷性黄土
答案:D
(三)结构面的工程性质
结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的强度与破坏机理。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:(了解)


(四)地震的震级和烈度
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。
基本烈度
代表一个地区的最大地震烈度。
建筑场地烈度也称小区域烈度,是建筑场地内因地质条件、地貌地形条件和水文地质条件的不同而引起的相对基本烈度有所降低或提高的烈度。
应用分析
【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
【2012】关于地震烈度的说法,正确的是( )。
A.地震烈度是按一次地震所释放的能量大小来划分
B.建筑场地烈度是指建筑场地内的最大地震烈度
C.设计烈度需根据建筑物的要求适当调低
D.基本烈度代表一个地区的最大地震烈度
答案:D