造價工程師建設工程技術與計量(土建)知識點12
發布時間：2012-07-25 共1頁
三、巖石成因類型及其特征
地球固體的表層是由巖石組成的硬殼―地殼，組成地殼的巖石按成因可分為巖漿巖(火成巖)、沉積巖(水成巖)和變質巖三大類。它們在地殼中的分布并不均勻。從各類巖石在地殼表面的分布面積看，沉積巖約占陸地面積的75%，變質巖和巖漿巖占25%;按質量百分比計算，沉積巖僅占地殼質量的5%，變質巖占6%，而巖漿巖占89%。不同成因的巖石形成條件、物質成分、結構和構造各不相同，故它們的物理力學性質也不一樣，這些都關系到工程建設的規劃、設計和施工。
1.巖漿巖
巖漿巖又稱火成巖，是巖漿通過地殼運動，沿地殼薄弱地帶上升冷卻凝結后形成的巖石。巖石中礦物的結晶程度、顆粒大小與形狀，以及它們的相互組合關系不同，形成巖漿巖的不同結構。巖石中的礦物在空間的排列、配置和充填方式不同，形成巖漿巖的不同構造。結構和構造特征直接影響巖石的強度等工程性質。根據形成條件，巖漿巖分為噴出巖和侵人巖。侵人巖是侵入到周圍巖層(簡稱圍巖)中形成的巖漿巖。根據形成深度，侵入巖又分為深成巖(形成深度大于5km)和淺成巖(形成深度小于5km)。深成巖常形成巖基等大型侵入體，巖性一般較單一，以中、粗粒結構為主，致密堅硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性強，故其常被選為理想的建筑基礎，如花崗巖、正長巖、閃長巖、輝長巖：淺成巖多以巖床、巖墻、巖脈等狀態產㈩，有時相互穿插。顆粒細小，巖石強度高，不易風化，但這些小型侵入體與圍巖的接觸部位，巖性不均一，節理裂隙發育，巖石破碎;風化蝕變嚴重，透水性增大.如花崗斑巖、閃長玢巖、輝綠巖、脈巖。噴㈩巖是指噴出地表形成的巖漿巖，一般呈原生孔隙和節理發育，產狀不規則，厚度變化大，巖性很不均一，比侵入巖強度低，透水性強，抗風能力差，如流紋巖、粗面巖、安山巖、玄武巖、火山碎屑巖。
2.沉積巖
沉積巖是在地殼表層常溫常壓條件下，由風化產物、有機物質和某些火山作用產生的物質，經風化、搬運、沉積和成巖等一系列地質作用而形成的層狀巖石。沉積巖主要有碎屑結構(碎屑物質被膠結物粘結起來而形成的結構)、泥質結構(由粒徑小于0.005mm的黏土顆粒組成的結構)、晶粒結構(由巖石顆粒在水溶液中結晶或呈膠體形態凝結沉淀而成的結構)、生物結構(由生物遺體組成的結構)。沉積巖的構造，是沉積巖各個組成部分的空間分布和排列方式。常見的構造有層理構造、層面構造、結核(與周圍沉積巖不同的、規模不大的團塊體)、生物成因構造(如生物礁體、疊層構造、蟲跡、蟲孔等)。根據沉積巖的組成成分、結構、構造和形成條件，可分為碎屑巖(如礫巖、砂
巖、粉砂巖)、黏土巖(如泥巖、頁巖)、化學巖及生物化學巖類(如石灰巖、白云巖、泥灰巖)等。
3.變質巖
變質巖是地殼中原有的巖漿巖或沉積巖，由于地殼運動和巖漿活動等造成物理化學環境的改變，使原來巖石的成分、結構和構造發生一系列變化所形成的新的巖石。變質巖的結構主要有變余結構(重結晶或變質結晶作用不完全使原巖結構特征保留)、變晶結構(巖石發生重結晶或變質結晶所形成的結構)、碎裂結構(巖石受定向壓力作用發生破裂，形成碎塊甚至粉末狀后又被膠結在一起的結構)。變質巖的構造主要有板狀構造(平行、較密集而平坦的破裂面分裂巖石成板狀體)、千枚狀構造(巖石呈薄板狀)、片狀構造(含大量呈平行定向排列的片狀礦物)、片麻狀構造(粒狀變晶礦物間夾鱗片狀、柱狀變晶礦物并呈大致平行的斷續帶狀分布)、塊狀構造(礦物均勻分布、結構均一、無定向排列，如大理巖、石英巖)等。
四、土的工程性質
土是連續、堅固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒，在原地殘留或經過不同的搬運方式，在各種自然環境中形成的堆積物。土是由顆粒(固相)、水溶液(液相)和氣(氣相)所組成的三相體系。組成土的固體顆粒礦物有原生礦物、不溶于水的次生礦物、可溶鹽類、易分解的礦物以及有機質。各種土的顆粒大小和礦物成分差別很大，土的三相間的數量比例也不盡相同，而且土粒與其孔隙水溶液及環境水之間又有復雜的物理化學作用。
1.土的孔隙比和含水量
土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比，反映天然土層的密實程度，一般孔隙比小于0.6的是密實的低壓縮性土，大于1.0的土是疏松的高壓縮性土。天然土層的含水量變化范圍很大，一般于的粗砂土，其值接近于0，而飽和砂土可達35%;堅硬的黏性土含水量為20%～30%，而飽和狀態的軟黏性土(如淤泥)可達60%以上。一般而言，土的含水量增大時，其強度就降低。土的飽和度是土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，飽和度Sr越大，表明土孔隙中充水愈多。Sr80%是飽水狀態。
碎石土和砂土為無黏性土，緊密狀態是判定其工程性質的重要指標。顆粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的丁程性質受含水量的影響特別大。當含水量很小時，黏性土比較堅硬，處于固體狀態，具有較大的力學強度。隨著土中含水量的增大，土逐漸變軟，并在外力作用下可任意改變形狀，即土處于可塑狀態。若再繼續增大土的含水量，土變得愈來愈軟弱，甚至不能保持一定的形狀，呈現流塑或流動狀態。黏性土這種因含水量變化而表現出的各種不同物理狀態，稱為土的稠度。黏性土能在一定的含水量范圍內呈現出可塑性，這是黏性土區別于砂土和碎石土的一大特性，據此特點，黏性土也可稱為塑性土。土的可塑性是指土在外力作用下可以形成任意形狀而不裂縫，且當外力解除后仍可保持既得形狀的性能。隨著含水量的變化，黏性土由一種稠度狀態轉變為另一種狀態，對應于轉變點的含水量稱為界限含水量，也稱為稠度界限，是黏性土的重要特性指標，對黏性土的工程性質評價及分類等有重要意義。黏性土的界限含水量，有縮限、塑限和液限。半固態黏性土
隨水分蒸發體積逐漸縮小，直到體積不再縮小時的界限含水量叫縮限，體積不再隨水分蒸發而縮小的狀態為固態。半固態黏性土隨含水量增加轉到可塑狀態的界限含水量叫塑限，也稱塑性下限。由可塑狀態轉到流塑、流動狀態的界限含水量叫液限。液限和塑限的差值稱為塑性指數，它表示黏性土處在可塑狀態的含水量變化范圍。塑性指數愈大，可塑性就愈強。黏性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數之比，稱為液限指數。液限指數愈大，土質愈軟。
2.土的力學性質
土的力學性質主要是壓縮性和抗剪強度。土的壓縮性是土在壓力作用下體積縮小的特性。在荷載作用下，透水性大的飽和無黏性土，其壓縮過程在短時間內就可以結束。然而，黏性土的透水性低，其壓縮穩定所需的時間要比砂土長得多，其固結變形往往需要幾年甚至幾十年。在土的自重或外荷載作用下，土體中某一個曲面上產生的剪應力值達到了土對剪切破壞的極限抗力時，土體就會沿著該曲面發生相對滑移而失穩。土對剪切破壞的極限杭力稱為土的抗剪強度。
3.特殊土的工程性質
根據土中有機質含量，土可以分為無機土、有機質土、泥炭質上和泥炭;根據土的顆粒級配和塑性指數分為碎石土、砂土、粉土和黏性土;根據土的地質成因分為殘積土、坡積上、洪積上、沖積土、湖泊沉積物、海洋沉積物、冰積土和冰水沉積土、風積土。這里強調的是要注意一些特殊土的工程性質。
(1)淤泥及淤泥質土。具有高含水量、高孔隙性、低滲透性、高壓縮性、低抗剪強度、較顯著的觸變性和蠕變性等特性。
(2)濕陷性黃土。在天然含水量時一般呈堅硬或硬塑狀態，具有較高的強度和低的或中等偏低的壓縮性，但遇水浸濕后，強度迅速降低，有的即使在其自重作用下也會發生劇烈的沉陷。黃土在我國分布很廣，其中濕陷性黃土約占3/4，遍及甘、陜、晉的大部分地區以及豫、寧、冀部分地區。濕陷性黃土受水浸濕后，在其自重壓力下發生濕陷的，稱為自重濕陷性黃土。而在其閂重壓力與附加壓力共同作用下才發生濕陷的，稱為非自重濕陷性黃土。在自重濕陷性黃土地區修筑渠道，初次放水時就可能產生地面下沉，兩岸出現與渠道平行的裂縫;管道漏水后由于自重濕陷可能導致管道折斷;路基受水后由于自重濕陷而發生局部嚴重坍塌;地基土的自重濕陷往往使建筑物發牛很大的裂縫或使磚墻傾斜，甚至使一些很輕的建筑物也受到破壞。而在非自重濕陷性黃土地區，這類現象極為少見。所以在這兩種不同濕陷性黃土地區所采取的地基設計、地基處理、防護措施及施工要求等方面均應有較大差別。
(3)紅黏土。天然含水量高(一般為40%～60%，最高達90%)、密度小(天然孔隙比一般為1.4～1.7，最高為2.0)、塑性高(塑限一般為40%～60%，最高達90%，塑性指數一般為20～50)，通常呈現較高的強度和較低的壓縮性，不具有濕陷性。由于塑性很高，所以盡管天然含水量高，一般仍處于堅硬或硬可塑狀態，甚至飽水的紅黏土也是堅硬狀態的。廣泛分布于我國的云貴高原、四川東部、廣西、粵北及鄂西、湘西等地區的低山、斤陵地帶頂部和山間盆地、洼地、緩坡及坡腳地段。
(4)膨脹土。含有大量的強親水性黏土礦物成分，具有顯著的吸水膨脹(自由膨脹量一般超過40%，也有超過100%的)和失水收縮，且脹縮變形往復可逆。在天然條件下一
般處于硬塑或堅硬狀態，強度較高，壓縮性較低，易被誤認為是工程性能較好的土，但―旦地表水浸入或地下水位上升使含水量劇烈增大，或土的原狀結構被擾動時，土體會驟然強度降低、壓縮性增高。在膨脹土地區進行丁程建筑，如果不采取必要的設計和施工措施，會導致大批建筑物的開裂和損壞，甚至造成坡地建筑場地崩塌、滑坡、地裂。膨脹土多分布于Ⅱ級以上的河谷階地或山前丘陵地區，個別處于Ⅰ級階地。
(5)填土。是在一定的地質、地貌和社會歷史條件下，由于人類活動而堆填的土。填土分為素填土、雜填土、沖填土。素填土是由碎石、砂土、粉土或黏性土等一種或幾種材料組成的填土。一般密實度較差，但若堆積時間較長，由于土的自重壓密作用，也能達到一定密實度。如堆填時間超過10年的黏性土、超過5年的粉土、超過2年的砂土，均具有一定的密實度和強度，可以作為一般建筑物的天然地基。素填土地基具有不均勻性，防止建筑物不均勻沉降是填土地基的關鍵;雜填土是含有大量雜物的填土。試驗證明，以生活垃圾和腐蝕性及易變性工業廢料為主要成分的雜填土，一般不宜作為建筑物地基。主要以建筑垃圾或一般丁業廢料組成的雜填土，采用適當的措施進行處理后可作為一般建筑物地基。在利用雜填土作為地基時，應注意其不均勻性、工程性質隨堆填時間而變化、含腐殖質及水化物等問題;沖填土是由水力沖填泥砂形成的沉積土，如在整理和疏浚江河航道時，送至江河兩岸形成的填土。沖填土的含水量大，透水性較弱，排水固結差，一般呈軟塑或流塑狀態，比同類自然沉積飽和土的強度低、壓縮性高。
