地質岩土完整性用什麼表示
① 岩土工程勘察中的RQD是什麼意思
Rock Quality Designation (RQD):岩石質量指標,是國際上通用的鑒別岩石工程性質好壞的方法,由美國回伊利諾斯大學提答出和發展起來。該法是利用鑽孔的修正岩芯採取率來評價岩石質量的優劣。即用直徑為75mm的金剛石鑽頭和雙層岩芯管在岩石中鑽進,連續取芯,回次鑽進所取岩芯中,長度大於10cm的岩芯段長度之和與該回次進尺的比值,以百分比表示。
RQD分類由於沒有考慮岩體中結構面發育特徵的影響,也沒有考慮岩塊性質的影響以及這些因素的綜合效應。因此,僅運用這一分類,往往不能全面的反映岩體的質量。
舉例:RQD分類具有10cm閥值和多解性。
同樣是RQD=90%的岩體,其塊度可以是大於10cm的任意尺寸,可以是10~30cm,也可以是大於60cm,甚至大於100cm,而這些情況下的RQD值相同,但是仔細比較它們的完整性是存在較大差別的。
② 岩土勘查報告樁周土摩擦力用什麼字母表示
不是同一概念來
1、樁基自持力層選擇
③圓礫層具一定厚度,層位穩定,力學強度較高,因此可作為人工挖孔灌注樁樁端持力層使用。樁長≥6米,樁端進入持力層1-1.5D(D為樁徑)。施工對周圍環境不會造成影響。 2、單樁豎向承載估算
①素填土:近期人工回填,結構鬆散,厚度小,不宜利用。 :K':P5i
②粉質粘土:全場分布,硬塑-硬可塑,成層性較好,埋藏淺,層位穩定,厚度較大,土力學強度較好,工程地質條件較好。3、③圓(角)礫:全場分布,厚度一般,層位穩定,均勻性較好,工程地質條件較好。4、④-1強風化含礫砂岩:層位穩定,力學強度較高,下卧無軟弱層,工程地質條件較好。5、④-2中風化含礫砂岩:堅硬狀,層位穩定,厚度大,力學強度高,工程地質條件好。 粉質粘土N63.5標貫平均為7.9擊,圓(角)礫N120超重型動力觸探平均為5.6擊,關鍵是樁周土側阻力和樁端阻力如何取值 .
③ 岩土類型和性質
岩土體是地質災害的載體,地質災害一般都是通過岩土體的變形破壞而表現出來的,是地質災害成生的物質基礎。
受地殼運動的控制,「蘭—鄭—長」工程地段分布有不同年代、成因、物質成份和結構的岩土體,類型復雜多樣,工程地質性質各異,它們對地質災害的形成、分布和活動起著主導作用。岩土體分布出露的特點是:山區、丘陵以岩體為主,而高原、盆地、平原則以土體為主;管線經過地段絕大多數是土體。下面分別就岩體和土體討論其分布、類型、性質及對地質災害成生的制約。
(一)岩體
岩體在管線工程地段主要分布於甘肅、陝西段的關山—隴山,山西段的中條山、霍山和太原東山,河南段的大交口鎮—觀音堂、義馬—新安和大別山等地段,湖北、湖南段的大別山和江南丘陵地等地段,總長約300km,約占管線全長的10%。
參考國標《岩土工程勘察規范》(GB50021—2001)的規定,先將岩體按堅硬程度分大類,再由岩石的成因類型、岩性和工程性質,將本管道工程沿線的岩體劃分為4類7種(表4-1)。現作簡要討論。
1.堅硬岩類
按成因類型劃分為岩漿岩、變質岩和沉積岩3種亞岩類。
岩漿岩類管線地段分布於祁連山褶皺帶、秦嶺—大別山褶皺帶和揚子地台。分別有加里東期、華力西期、燕山期侵位的,其中祁連山褶皺帶三期皆有,岩性為花崗岩、石英閃長岩;秦嶺—大別山褶皺帶為燕山期花崗岩;揚子地台為加里東期和燕山期的花崗岩和花崗閃長岩。一般呈岩基和岩株狀產出,整體塊狀構造,緻密堅硬,物理力學性質均質,各向同性。應該說其工程性質優良,但在亞熱帶環境中化學風化強烈。地質災害一般不甚發育,以小型崩塌為主。
變質岩類在管線地段的祁連山褶皺帶、華北地台、秦嶺—大別山褶皺帶有分布。祁連山褶皺帶主要出露於關山—隴山地段,為中元古界隴山群和前震旦系,主要岩性為大理岩、黑雲母片麻岩、混合岩、結晶片岩。華北地台出露於山西支幹線的中條山、霍山、太原東山,為太古界涑水群和太岳山群,岩性為混合岩化的黑雲角閃斜長片麻岩、斜長角閃岩、大理岩、磁鐵石英岩、黑雲變粒岩、角閃變粒岩等,岩性復雜,風化較強。秦嶺—大別山褶皺帶出露於大悟一帶,為中上元古界紅安群含磷的變粒岩、大理岩和石英片岩夾片麻岩,抗風化能力較弱。由於受片麻理、片理及節理的影響,使岩體的工程地質性質呈明顯的各向異性和不均一性。地質災害不甚發育,一般以小型崩滑為主。
表4-1 岩體類型匯總表
沉積岩類在丘陵、山區分布較廣,在各大構造單元中皆有,其地質年代自中元古界至中生界早期幾乎皆有,岩性復雜多樣,主要有:中元古界熊耳群和汝陽群的安山玢岩、玄武岩、石英砂岩,新元古界洛峪群三教堂組的石英砂岩(以上均在河南境內);上元古界長城系、震旦系的石英砂岩、白雲岩、硅質岩、冰磧礫岩等;下古生界寒武系、奧陶系的中厚、厚層碳酸鹽岩;上古生界泥盆系的砂岩和碳酸鹽岩,石炭、二疊系的中厚、厚層狀灰岩和中生界三疊系碳酸鹽岩等(上古生界及中生界皆為揚子地台)。按岩性大類可劃分為火山噴出沉積岩、碎屑岩和碳酸鹽岩三大類。它們的共同特點是,層理構造發育且較厚,抗風化能力較強,但碳酸鹽岩具溶蝕性,岩溶較發育,工程地質性質具各向異性。上述這幾類岩性分布地段地質災害一般不甚發育,有小型崩滑和岩溶塌陷(覆蓋型岩溶地段)等地質災害。
2.較硬岩
按成因類型可劃分為變質岩和沉積岩兩大亞類。
變質岩類分布於祁連山褶皺帶、秦嶺—大別山褶皺帶和揚子地台中,岩性主要是較軟弱片岩和千枚岩、板岩。在祁連山褶皺帶的管線地段,新元古界長城系變質細砂岩、千枚岩;秦嶺—大別山褶皺帶信陽群、商城群的雲母石英片岩、綠色片岩、絹雲石英片岩、淺變質凝灰質砂岩等:揚子地台中元古界冷家溪群和新元古界板溪群的板岩、千枚岩、變質凝灰岩、變質砂岩等。上述各類岩體的共同特點是:片理、千枚理、板理等結構面發育,地面風化較強烈,殘坡積層厚度往往較大。岩體具明顯的各向異性,力學強度相對較弱。崩塌、滑坡和泥石流等山地地質災害較發育。
沉積岩類分布於華北地台和揚子地台中,華北地台岩性主要是上古生界和中生界粘土岩、鋁土岩頁岩、泥質粉砂岩、含煤層;揚子地台主要是泥盆系粉細砂岩、粘土岩、頁岩、泥灰岩。它們層理發育、薄層狀為主,遇水易軟化、崩解,風化也較強烈。由上述岩體組成的丘陵山區,地質災害較發育,主要有崩塌、滑坡、泥石流和採煤引起的地面塌陷和地裂縫災害(在山西、河南境內較突出)。
3.軟弱岩
這大類岩體主要是沉積岩類,較廣泛分布於各大地構造單元中生代晚期和新生代陸相盆地中,地質年代為白堊系、古近系和新近系。由於固結壓密程度低,岩體孔隙率高,強度小,變形大。岩性主要是河湖相的砂礫岩、砂岩和泥岩,夾淡水泥灰岩,含石膏、芒硝。岩石一般干單軸抗壓強度小於30MPa,而新近系岩石成岩性更差,接近於土體,干單軸抗壓強度不足於5MPa,屬極軟岩。這類岩石遇水易軟化崩解,抗風化能力亦低。但這類岩體出露地段地形起伏小,地質災害不發育,主要有膨脹性岩體的輕度脹縮變形災害,還存在采空塌陷災害。
4.軟硬相間岩
這大類岩體主要也是沉積岩類,較廣泛分布於華北地台和揚子地台的古生界和中生界地層中,一般是兩種強度和剛性差異較大的岩性相互成層或間夾;古生界常見的是灰岩與頁岩互層,砂岩與泥頁岩互層,中生界常見的是砂岩與泥頁岩互層。在外力作用下會發生層間錯動和脫開,而在地下水等作用下更會泥化而形成泥化夾層,層面間強度降低而成為典型的軟弱結構面。所以這類地層組合可以稱之為「易滑地層組合」,較易產生滑坡。此外,軟硬相間岩層差異風化顯著,「上硬下軟」組合的條件下,軟岩易形成岩龕,崩塌也較普遍。
(二)土體
土體在管線地段廣泛分布,約佔全長的90%。按地質成因,可劃分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、淤積土和風積土等;按粒度成份,可劃分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。對一些具有特殊成份和結構、工程性質也特殊的土,則可單獨劃分為特殊土,本管線工程的特殊土有黃土類土、膨脹土、鹽漬土和淤泥質土等。這里我們也參考國標《岩土工程勘察規范》(GB50021—2001)的規定,將土體劃分為碎石土、砂土、粉土、粘性土和特殊土5大類(表4-2)。以下分別就一般土和特殊土作簡要討論。
1.一般土體
一般土體包括各種成因類型的碎石土、砂類土、粉土和粘性土。
(1)碎石土:
碎石土指的是土中粒徑d>2mm的顆粒質量超過總質量50%的土。根據規定,碎石土可再劃分為礫質土、卵(碎)石土和漂(塊)石土,它們的粒徑分別>2mm、20mm或200mm的質量,超過總質量50%。一般沖積成因的碎石土分選性和滾圓度較好,位於河床和河流階地二元結構的下部,而其他成因的則較差。本工程各段情況是:甘肅段礫卵石佔45%~70%,粒徑一般 20~80mm,呈次圓—次稜角狀,一般分布於沖洪和平原表層之下。陝西段分布於渭河及其各支流以及山前洪積扇。河流沖積成因者在河漫灘和河床地段,在渭河幹流厚度可達20~40m,結構較均一;而洪積扇區則為大小混雜的砂卵石為主。山西段主要分布於汾河、龍鳳河和瀟河等山間河谷地段,以砂卵礫石為主,磨圓較好,級配良好。河南段主要分布在伊洛河、沙潁河等諸河流河谷區,以砂礫卵石為主。湖北—湖南段碎石土多分布於低山丘陵斜坡地帶,多為殘坡積成因,碎石成分隨母岩而變化。一般碎石土較疏鬆,孔隙比大,滲透性強,地基承載力高。
表4-2 土體類型匯總表
(2)砂類土:
砂類土指的是土中粒徑d>2mm的顆粒質量不超過總質量的50%,d>0.075mm的顆粒質量超過總質量50%的土;根據顆粒級配還可劃分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂,一般是沖洪積成因的。此類土在本工程的情況是:甘肅段分布於洪積平原表層土之下,主要由粉細砂、中細砂組成,鬆散—中密狀態。陝西段分布於渭河及支流的漫灘、一級階地和古河道中,以中細砂和粉細砂為主,常含少量礫石,除河漫灘地段外,砂層均埋藏於細粒土之下,厚度不均一,多呈透鏡體狀,孔隙度大,滲透性強,中粗砂是良好的地基持力層,而飽水粉細砂則易產生震動液化。山西段分布於黃河、汾河及其較大支流的河床、河漫灘和階地,一般為砂礫石混合,厚度較大。也有在山前傾斜平原區前緣的洪積砂礫石,與細粒土組成多層結構。河南段分布除了與碎石土相同外,在沙潁河以南淮河平原各河流河漫灘和一級階地前緣地帶,表層之下為中細砂,稍密—中密狀態,厚度不穩定。砂類土一般級配較好,滲透性較強,一般是良好的地基持力層,但在地震烈度≥Ⅶ區需關注飽和粉細砂的震動液化問題。
(3)粉土和粘性土:
粉土和粘性土也可稱之為「細粒土」,前者是土中粒徑d>0.075mm的顆粒質量不超過總質量的50%,且塑性指數ⅠP≤10的土;而後者則ⅠP>10的土。這兩類土大量廣泛分布於鄭州—長沙段洪沖積平原和丘陵地段。具各種成因類型。一般洪沖積成因的土體較密實,孔隙比小,含水量相對較少,透水性弱,強度高,地基承載力高。而丘陵地帶的殘坡積成因者往往與碎石土混雜,土體孔隙性大,透水性相對較強,在久雨或強降雨時,易產生坡積層崩滑。
2.特殊土
(1)黃土類土:
黃土類土是第四紀時期特殊的大陸鬆散沉積物,它在世界各地分布廣而性質特殊。這類土在我國主要分布於西北、華北和東北地區,面積達60萬km2以上,以北緯34°~45°之間最為發育,這些地區位於我國西北沙漠區的外圍東部地區,具有大陸性乾旱少雨氣候的特點。黃土類土從早更新世(Q1)開始堆積,經歷了整個第四紀,直至現今還未結束。按地層時代及其基本特徵,黃土類土可分為3類:老黃土、新黃土和新近堆積黃土(表4-3)。老黃土是Q1、Q2時期堆積的,分別稱「午城黃土」和「離石黃土」,一般無濕陷性;新黃土一般是Q3時期堆積的,稱「馬蘭黃土」,也有Q4早期的,具濕陷性,分布面積最廣(約佔60%);新近堆積黃土一般是Q4晚期堆積的,濕陷性不一。各地黃土類土總厚度不一,陝甘黃土高原地區最厚,可達100~200m,河谷地區一般只有數米至30m左右,且主要是新黃土。黃土類土的成因一直是爭論的熱點問題,但普遍的看法是,風積成因是主要的,也有沖積、洪積、坡積、冰水堆積等成因類型。顆粒成份以粉粒為主,富含碳酸鈣,具大孔性,垂直節理發育,具濕陷性等特徵者,稱 「典型黃土」,而有些特徵不明顯者則稱「黃土狀土」。下面討論一下本管線工程黃土類土的特性。
本管線工程的黃土類土分布於蘭州—鄭州段(含山西支幹線)。不同地段黃土類土的粒度成份和結構有所不同,所以其物理力學指標和工程地質性質也有明顯差異。下面我們以Q3典型的濕陷性黃土為代表作分析。
首先是黃土的顆粒組成,將蘭州、西安、太原、洛陽四地作比較(表4-4)。可以看出它們的差異,總趨勢是:由西北往東南砂粒和粉粒含量愈來愈小,而粘粒含量則愈來愈大,而粉粒所佔比例最大是一致的。所以有人將西部黃土稱之為「砂黃土」,而東部為「粘黃土」。 黃土的顆粒組成對其濕陷性有一定影響,即砂粒含量愈多,濕陷性愈強,而粘性愈多則濕陷性愈弱。
表4-3 不同年代黃土的特徵
表4-4 濕陷性黃土的顆粒組成單位:%
各地濕陷性黃土的基本物理力學性質指標列於表4-5中。
由西往東的總趨勢是:土體的密度和天然含水率愈來愈大,液限和塑性指數也愈來愈大,孔隙比愈來愈小;而三項力學性質指標變化規律則不明顯。而且可看出,隴西和隴東地區指標相近似,關中地區與汾河流域也比較接近,而豫西地區與前面的4個地區則又有明顯差異。上述規律很重要,因為它與黃土的濕陷性相關的,即自西往東濕陷性逐漸變弱。
管線地段濕陷性黃土的濕陷系數(δs),經大量統計後匯總於表4-6中。從表中可看出,濕陷系數隴西地區最大,隴東地區次之,關中地區汾河流域再次之,而豫西則最小;而且高階地的濕陷系數要大於低階地。按有關規定,δs>0.015時,該黃土為濕陷性土;δs為0.015~0.03時濕陷性輕微,δs為0.03~0.07時濕陷性中等;δs>0.07時,濕陷性強烈。所以說,隴西和隴東地區黃土具中等—強烈濕陷性,關中地區和汾河流域黃土具中等濕陷性,而豫西地區黃土為輕微—中等濕陷性。
表4-5 各地濕陷性黃土基本物理力學性質指標
表4-6各地黃土濕陷系數(δs)統計表
濕陷性對黃土地區地質災害的成生和活動關系密切,地基的濕陷變形破壞本身就是黃土地區特殊的地質災害。此外由於黃土結構疏鬆,以及大孔性和垂直節理發育,潛蝕地質災害也很普遍。由於黃土的濕陷和潛蝕特性,還可誘發崩塌、滑坡和泥石流災害。
(2)膨脹土:
具有明顯遇水膨脹和失水收縮的土稱膨脹土。這類土在我國主要分布在南方山前丘陵、壠崗和二、三級階地上,大多數是晚更新世及以前的殘坡積、沖洪積和湖積物。從外表看,膨脹土一般呈紅、黃、褐、灰白等不同顏色,具斑狀結構,常含有鐵錳質或鈣質結核。土體常有網狀開裂,有臘狀光澤的擠壓面,類似劈理。土層表面常出現各種縱橫交錯的裂隙或龜裂現象,這與失水土體強烈收縮有關。膨脹土的脹縮特性,主要是土中含有較多的粘粒,一般粘粒含量高達35%以上,而且這些粘粒大部分為親水性很強的蒙脫石和伊利石等粘土礦物,膨脹收縮能力較強。天然狀態下,膨脹土一般緻密堅硬,天然含水率較小,所以土體常處於硬塑或堅硬狀態,壓縮性較低,強度較高;但在浸水膨脹後,強度明顯降低,壓縮性增大。膨脹土的這種脹縮特性,對工程建設會帶來危害。按我國有關規定,凡自由膨脹率δef大於40%者,即可定名為膨脹土,40%≤δef<65%為弱膨脹土,65%≤f<90%為中等膨脹土,δef≥90%為強膨脹土。
本管線工程的膨脹土主要分布於湖北境內的黃陂縣周港、應城支線和五里橋—賀勝橋—橫溝橋一帶:在河南境內的平頂山、周口西、郾城—駐馬店的沙汝河平原和確山—信陽北的低山丘陵也有零星分布。
湖北境內的膨脹土主要分布於高程30~45m的壠崗和崗間坳溝地帶,自然地形坡度平緩。土體時代為更新世,顏色呈棕黃、褐黃、棕紅色,土體平均自由膨脹率:周港一帶下更新統82%(最大99%),應城支線中更新統62%(最大109%),五里橋—賀勝橋一橫溝橋一帶上更新統44%(最大72%)。土體脹縮性危害主要導致當地居民低層建築牆體拉裂破壞,斜坡和水渠邊坡坍滑。
河南境內的膨脹土分布於淮河平原邊緣的平頂山東和確山—信陽北的低山丘陵,以及沙汝河平原之間的周口和郾城—駐馬店地段。土體時代為中、晚更新世,顏色呈棕黃、灰綠、棕紅色,乾燥時呈硬塑狀態,裂隙發育,含鐵錳質和鈣質結核,平均自由膨脹率43.5%。平頂山以膨脹破壞為主,而信陽多以收縮破壞為主,多發生在乾旱季節。
(3)鹽漬土:
土中易溶鹽含量大於0.5%的土稱為鹽漬土。由於它發育於地表土層中,與道路、低層建築等有關,主要是土的腐蝕作用以及鹽脹和溶陷作用對工程建設的危害。鹽漬土按地理分布可分為濱海鹽漬土、沖積平原鹽漬土和內陸鹽漬土等類型。我國鹽漬土主要分布在北方諸省區。鹽漬土的形成及其所含鹽的成分和數量與當地的地形地貌、氣候條件、地下水的埋藏深度和礦化度、土壤性質和人類活動有關;它的厚度並不大,一般分布於地表以下1.5~4m范圍內,且由地面至深部含鹽量逐漸減少。鹽漬土的形成一般是由於地下水埋深過淺(甚至出露地面),蒸發強烈而鹽分在地表的聚積所致。
鹽漬土的性質與所含鹽分和含鹽量有關。土中的鹽類主要是氯鹽、硫酸鹽和碳酸鹽三類,因此鹽漬土也相應地劃分為氯鹽漬土、硫酸鹽漬土和碳酸鹽漬土(表4-7)。鹽漬土中所含鹽分及其數量對土的工程地質性質影響很大。由於土成分的改變,影響了土的結構,從而影響了塑性、透水性、膨脹性、壓縮性、擊實性等性質。
表4-7 鹽漬土的分類
本管線工程的鹽漬土主要分布於甘肅段通渭以西、陝西段華縣—華陰地段和山西段的永濟市東北伍姓湖區(K48~K54)及清徐張花營村—榆次西榮(K451~K464)地段。
甘肅段通渭以西地段河谷平原一級階地潛水位埋深很淺,經測定,土壤中平均含鹽量3.4%,最大可達8%~15%,屬硫酸—氯型中—超鹽漬土。
陝西段華縣—華陰地段的鹽漬土是由於黃河三門峽水庫淤積和回水,引起潛水位壅高,使渭河南岸赤水河至方山河一級階地中部成為浸沒區,而導致土壤鹽漬化。但近年來當地大量開采地下水,潛水位埋深增大,鹽漬化已幾近消失。
山西段永濟伍姓湖區地勢低窪(比周邊低5~8m),表層土由粉質粘土和粉土組成,潛水位埋深0~3m,土中含鹽量1.06%~1.18%,類型為硫酸—氯型,屬中鹽漬土。清除張花營村—榆次西地段地勢較周邊略低,表層土為粉土,潛水位埋深0.2~3m,土中含鹽量0.44%~1.12%,類型為氯—硫酸鹽型,屬弱—中鹽漬土。硫酸鹽結晶膨脹以及腐蝕作用,對管道將有一定危害。
(4)淤泥質土:
淤泥質土是指在水流緩慢甚或靜水環境中沉積,有微生物參與作用的條件下,含較多有機質,而疏鬆軟弱的粘性土,它是近代在濱海、湖泊、沼澤、河彎、廢河道等地區沉積的未經固結的一種特殊土。從外觀看,這類土常呈灰、灰藍、灰綠和灰黑等顏色,污染手指並有臭味。土中含有大量親水性強的粘土礦物(蒙脫石和伊利石佔多數),有機質含量較多(一般含量 5%~15%),天然孔隙比大於1,天然含水率大於液限。其結構形式常為蜂窩狀或棉絮狀,疏鬆多孔,壓縮性很強,地基承載力很低。我國淤泥質土的地理分布基本上可分為兩大類:一類是沿海沉積的,另一類是內陸和山區湖沼盆地沉積的。前者分布穩定而厚度大,後者常零星分布且厚度小。
本管線工程的淤泥質土主要分布於湖北—湖南段。管道經過長江等13條大中型河流的沖湖積平原低窪地段,有較大范圍的淤泥質軟土分布,有機質含量大於1.5%,岩性為淤泥、淤泥質粘土和淤泥質粉土,呈軟塑—流塑狀,天然含水率多大於35%,最高達133%,孔隙比1~2.02,最高達3.12,壓縮系數一般大於0.5MPa-1,最高可達3.68MPa-1,凝聚力一般9.8~29.4k Pa,內摩擦角6°~15°,地基承載力,天然狀態下一般為25~55k Pa,常導致建築物過量沉降和不均勻沉降。很顯然,這類土體對管溝開挖影響較大,常導致溝坡坍塌擠出而不易成形。此外,對場站地基穩定性也有影響。
④ 岩土勘察中的時代成因Q4ml、al pl都是什麼意思如何卻定的
q表示第四系 4表示全新統 ml表示人工填土 al表示沖擊成因 pl表示洪積成因
⑤ 工程地質勘探
3.3.2.1 勘探工作綜述
(1)勘探點的布設及測量
勘察工作共布置6個工程地質勘察孔,其中北端幫4個,南端幫2個,鑽孔坐標及鑽孔深度見表3-5,鑽孔平面位置見圖3-7。
表3-5 鑽孔坐標及鑽孔深度
圖3-7 鑽孔位置
圖3-8 KT1-1鑽孔柱狀圖
(2)鑽探施工
鑽探嚴格控制回次進尺,採用套管護壁、干鑽、單動雙管金剛石鑽進等鑽探及取芯工藝,確保岩芯採取率。並按採取的岩土芯結合鑽進情況進行地層鑒定、分層與描述。鑽進深度和岩土層分層深度的測量誤差低於±5cm,同時嚴格控制非連續取芯鑽進的回次進尺,以保證分層精度符合要求。鑽孔口徑不小於108mm,並滿足取樣的要求。鑽孔施工及探井完成後,均採用水泥砂漿封閉,封孔方法採用泥漿泵注入法,並對場地進行了清污。
(3)取樣工作
原狀土樣採用標准厚壁敞口式取土器以重錘少擊法採取;岩樣從岩芯管內或邊坡上直接採取。取樣具體操作方法嚴格按現行有關標准規范,結合岩土性質分布特徵執行。
3.3.2.2 勘探成果
本次勘察工作共採集土樣720組,岩樣640組,繪制鑽孔柱狀圖6張,其中KT1-1鑽孔柱狀圖見圖3-8,工程地質剖面圖見圖3-9至圖3-11。
圖3-9 剖面1工程地質模型
圖3-10 剖面2工程地質模型
圖3-11 剖面3工程地質模型
3.3.2.3 鑽孔窺視成果
(1)工作原理
鑽孔窺視儀主要由地面部分和井下部分組成。地面部分包括控制器、電腦、三腳架、絞車、滑輪和深度計數器;地下部分包括攝像探頭和電纜,攝像探頭由CCD攝像機、LED燈、玻璃罩和錐形鏡組成。鑽孔孔壁經LED光源照亮,CCD攝像機攝取由錐形鏡反射的孔壁圖象,圖象信息經電纜傳送至控制器和電腦,整個採集過程由圖象採集控制軟體系統完成,此系統把採集的圖象展開和合並,記錄在電腦上。
圖3-12 智能鑽孔窺視儀及原理
(2)鑽孔窺視成果
本次勘察共設立了5個鑽孔窺視監測孔,其中北幫3個,南幫2個。
鑽孔KT1-1位於安家嶺礦北幫西部,其孔內4m以上區域較為破碎(圖3-13)。2014年2月,受2號井工礦影響,安家嶺礦北幫1310和1280兩個弱面發生錯動,鑽孔KT1-1位於1280弱面下緣,故其完成性較差。其餘部分局部破碎,整體完整性較好,說明下部岩層沒有發生大規模錯動。
圖3-13 KT1-1孔內情況
鑽孔KT2-1、KT2-2位於安家嶺礦北幫東部,目前受2號井影響較小,孔內岩層整體性較好,局部見裂隙發育,見圖3-14和圖3-15。
圖3-14 KT2-1孔內局部裂隙發育
圖3-15 KT2-2孔內整體完整性較好
鑽孔KT3-1、KT3-2位於安家嶺礦南幫中部,工程地質條件好於北幫,通過鑽孔電視觀察,鑽孔KT3-1、KT3-2整體完整性較好,局部裂隙發育,鑽孔KT3-2在101.3m處有出水點,見圖3-16、圖3-17。
圖3-16 KT3-1孔內整體完整性較好
圖3-17 KT3-2孔內出水
⑥ 岩土工程考題38
1. 岩土工程:以工程地質學、土力學、岩體力學和基礎工程學為理論基礎,以解決在建設過程中出現的與岩體和土體有關的工程技術問題,是一門地質與工程緊密結合的學科。包括地基與基礎、邊坡和地下工程。
2. 岩土工程勘察的基本任務:按照建築物或構築物不同勘察階段的要求,為工程設計、施工以及岩土體治理加固、開挖支護和降水等工程提供地質資料和必要的技術參數,對有關的岩土工程問題做出論證、評價。(詳)
3. 工程地質條件:定義為與工程建設有關的地質因素的綜合。這些因素包括:沿途類型及其工程性質、地質構造及岩土體結構、地貌、水文地質、工程動力地質作用和天然建築材料等。是一個綜合概念,直接影響到工程建築物的安全、經濟和正常運行。
4. 岩土工程問題:指的是工程建築物與岩土體之間存在的矛盾或問題。是岩土工程勘察的核心任務。
5. 不良地質現象:定義為對工程建設不利或有不良影響的動力地質現象。它泛指地球外動力作用為主引起的各種對建設不利的地質現象。
6. 為何進行岩土工程勘察等級劃分?如何劃分?
答:等級劃分的目的是為了勘查工作量的布置。岩土工程勘察的等級是由工程安全等級、場地和地基的復雜程度三項因素決定的。
岩土勘察等級:工程安全等級(三級)、場地復雜程度等級(建築抗震穩定性、不良地質現象發育情況、地質環境破壞程度、地形地貌條件)、地基復雜程度等級(三級,一級地基最差)。
7. 工程安全等級,是根據由於工程岩土體或結構失穩破壞,導致建築物破壞而造成生命財產損失、社會影響及修復可能性等後果的嚴重性和工程類型來劃分的。
8. 場地復雜程度等級,是由建築抗震穩定性、不良地質現象發育情況、地質環境破壞程度和地形地貌條件四個條件衡量的,劃分為三個等級。場地條件包括:建築抗震穩定性、不良地質現象發育情況、地質環境破壞程度、地形地貌條件。
9. 岩土工程勘察工作劃分為:可行性研究勘察、初步勘察、詳細勘察。詳細勘察的目的,是對岩土工程設計、岩土體處理與加固、不良地質現象的防治工程進行計算與評價,以滿足施工圖設計的要求。
10. 工程地質測繪,是運用地質、工程地質理論,對於工程建設有關的各種地質現象進行觀察和描述,初步查明擬建場地或各建築地段的工程地質條件。將工程地質條件諸要素採用不同的顏色、符號,按照精度要求標繪在一定比例尺的地形圖上,並結合勘探、測試和其他勘察工作的資料,變質成工程地質圖。優點:工程地質測繪所需儀器設備簡單,耗費資金較少,工作周期又短。
11. 如何確定測繪范圍?有三方面確定,擬建建築為的類型和規模、設計階段、工程地質條件的復雜程度和研究程度。
工程測繪
12. 工程測繪比例尺選擇:取決於設計要求。選擇原則:(1)和使用部分要求提供圖件比例尺相當(2)與勘測設計階段有關(3)工程地質條件復雜程度和建築物類型、規模、重要性。
13. 工程地質測繪地層岩性研究的內容:(1)確定底層的時代和填圖單位(2)各類岩土層的分布、岩性、岩相及成因類型(3)岩土層的正常層序、接觸關系、厚度及其變化規律(4)岩土的工程性質。
14. 工程測繪地質構造研究的內容:(1)岩層的產狀及各種構造型式的分布、形態和規模(2)軟弱結構面(帶)的產狀及其性質,包括斷層的位置、類型、產狀、斷距、破碎帶寬度及充填膠結情況(3)岩土層各種接觸面及各類構造岩的工程特性(4)晚近期構造活動的形跡、特點及於地震活動的關系。
15. 在打比例尺工程地質測繪中,小構造研究具有重要的實際意義,因為小構造直接控制著岩土體的完整性、強度和透水性,是岩土工程評價的重要依據。
16. 地質結構:節理、斷層、褶皺
17. 地質測繪中地貌研究的內容:(1)地貌形態特徵、分布和成因(2)劃分地貌單元,地貌單元形成於岩性、地質構造及不良地質現象等的關系(3)各種地貌形態和地貌單元的發展演化歷史。
18. 岩土工程勘探的任務:
(1)詳細研究建築場地或建築地段的岩土體和地質構造;
(2)研究水文地質條件;
(3)研究地貌和不良地質現象;
(4)取樣及提供野外試驗條件;
(5)提供檢驗與檢測的條件;
(6)其他,如進行孔中攝影機孔中電視,噴錨直呼灌漿處理鑽孔。
19.岩土工程勘察常用手段:鑽探工程,坑探工程,地球物理勘探。(1)可行性研究勘察階段:工程地質測繪,多使用物探,鑽探和坑探主要用來檢驗物探成果和取得基準剖面(2)初步勘察階段:以鑽探為主,作原位測試和監測(3)詳細勘察階段:直接勘探及原位測試,復雜地質條件下多採用坑探。
20.回次:鑽進一定的進尺要提鑽取岩心的一個過程叫一個回次;
回次進尺:一個回次鑽進的米數成為回次進尺。
21.鑽探類型27頁,坑探類型32頁。
22.岩土工程勘探中常用的坑探工程有:探槽、試坑、淺井、豎井(斜井)、平硐和石門(平巷),前三種為輕型坑探工程,後三種為重型坑探工程。
23.地球物理勘探簡稱物探,是用專門的儀器來探測各種地質體物理場的分布情況,對其數據及繪制的曲線進行分析解釋,從而劃分底層,判定地質構造、水文地質條件及各種不良地質現象的一種勘探方法。
24.勘探工程布置的一般原則:
(1)勘探工作應在工程地質測繪的基礎上進行;
(2)無論是勘探的總體布置還是單個勘探點的設計,都要考慮綜合利用;
(3)勘探布置應與勘察階段相適應;
(4)勘探布置應隨建築物的類型和規模而異;
(5)勘探布置應考慮地質、地貌、水文地質等條件;
(6)在勘探線、網中的各勘探點,應視具體條件選擇不同的勘探手段,以便互相配合,取長補短,有機地聯系起來。
25.如何確定土樣的質量等級?根據某一級別的土樣所必須使用的器具和操作發放將土樣質量定性分為四級,並沒有定量標准。
26.土體原位測試,是指在岩土工程勘察現場,在不擾動或基本不擾動塗層的情況下對土層進行測試,以獲得所測土層的物理力學性質指標及劃分土層的一種土工勘測技術。
優點:(1)可在擬建工程場地進行測試,無需取樣,避免了鑽探取樣帶來的一系列困難和問題;(2)所涉及的土尺寸較室內試驗樣品要大得多,更能反映土的宏觀結構對土的性質的影響。
27.載荷試驗的主要優點是,對地基土不產生擾動,利用其成果確定的地基承載力最可靠、最有代表性,可直接用於工程設計。其成果用於預估建築物的沉降量效果很好。
28.靜力觸探試驗(CPT),是把具有一定規格的圓錐形探頭藉助機械勻速壓入土中,以測定探頭阻力等參數的一種原位測試方法。分機械式和電測式。按照探頭的類型,靜力觸探可以分為:單用(橋)探頭、雙用(橋)探頭,多用(孔壓)探頭。
29.動力觸探試驗(DPT),是利用一定的錘擊動能,將一定規格的探頭打入土中,根據每打入土中一定深度的錘擊數(或以能量表示)來判定土的性質,並對土進行粗略的力學分層的一種原位測試方法。
30.問答題:動力和靜力觸探的差異是什麼?
31.旁壓試驗(PMT),是岩土工程勘察中的一種常用的原位測試技術,實質上是一種利用鑽孔的原位橫向載荷試驗。(70頁PS曲線)
32.十字板剪切試驗(FVST),是用插入軟粘土中的十字板頭,以一定的速度旋轉,在土層中形成圓柱形破壞面,測出土的抵抗力矩,然後換算成土的抗剪強度。(79頁資料整理)
33.現場檢驗指的是在施工階段對勘察成果的驗證核查和施工質量的監控。包括:(1)驗證核查岩土工程勘察成果與評價建議(2)施工監理和質量控制。
現場監測是指在工程勘察、施工以至運營期間,對工程有影響的不良地質現象、岩土體性狀和地下水等進行監測,目的是為了工程的正常施工和運營,確保安全。包括:(1)施工和各類荷載作用下岩土反應性狀的監測(2)對施工或運營中的結構物的監測(3)對環境條件的監測。
34.深基坑開挖和支護的檢驗和監測內容:(1)對支護機構施工安設工作的現場監理(2)監測土體變形與支護結構的位移(3)對地下水控制設施的裝設及運營情況進行監測(4)對鄰近的建築物和重要設施進行監測。
35.岩土參數可分為兩類:一類是評價指標,用以評價岩土的性狀,作為劃分地層鑒定類別的主要依據;另一類是計算指標,用以設計岩土工程,預測岩土體在荷載和自然因素作用下的力學行為和變化趨勢,並指導施工和監測。對兩類指標的基本要求是可靠性和適用性。
舉例說明什麼是計算指標。
36.岩土工程勘察報告的基本內容:
(1)委託單位、場地位置、工作簡況,勘察的目的、要求和任務,以往的勘察工作及已有的資料;
(2)勘察方法及勘察工作量布置;
(3)場地工程地質條件分析;
(4)岩土參數的分析與選用;
(5)工程施工和運營期間可能發生的岩土工程問題的預測及監控、預防措施的建議(6)根據地質和岩土條件、工程結構特點及場地環境情況,提出地基基礎方案、不良地質現象整治方案、開挖和邊坡加固方案等岩土利用、整治和改造方案的建議,並進行技術經濟論證;
(7)對建築結構設計和監測工作的建議,工程施工和試用期間應注意的問題,下一步岩土工程勘察工作的建議等。
還有圖表和單項報告。
37.斜坡指地殼表部一切具有側向臨空面的地質體,是地殼表層廣泛分布的一種地貌形式。
38.崩塌一般發生在厚層堅硬脆性岩石。該岩石能形成高陡的斜坡,斜坡前緣由於應力重分布和卸荷等原因,產生長而深的拉張裂縫,並與其他結構面組合,逐漸形成連續貫通的分裡面,在出發因素作用下發生崩塌。
⑦ 地基土(岩土)的分類與工程性質
(一)地基與基礎概念
1.地基
工程上把受建築物影響,從而引起其發生物理力學性質、內應力變化的那部分岩體或土體(即承擔建築物傳來荷載的岩土體)稱為地基。它是基礎底面下,承受由基礎傳來荷載的那一部分岩土層。
建築物的地基,按其構成的介質不同,分為岩石地基和土層地基。
當地基由兩層以上的岩土體組成時,通常將直接與基礎接觸的岩土層稱為持力層;持力層下部的土層則稱為下卧層。如果把天然岩土層作為建築物地基,則此時的地基稱為天然地基;如果需要經過人工加固處理後才能作為建築物地基,則這時的地基稱為人工地基。在實際工作中,為節約資金,應盡量利用天然地基。
2.基礎
基礎是指與地層直接接觸的建築物向地基傳遞荷載的下部結構。它是建築物的下部結構;起著把建築物上部結構的荷載分布開來並傳遞到地基中去的作用。
(1)基礎的形式劃分
建築物的基礎有多種形式,按埋置深度不同分為淺基礎(埋深≤5m,如:單獨基礎、條形基礎、片筏基礎等)和深基礎(埋深>5m,如:樁基礎、墩基礎、沉井基礎、地下連續牆等)。
(2)地基、基礎設計要求
建築物的上部結構與基礎、地基三部分雖然功能各異,卻構成了一個既相互制約又共同工作的整體。因此,為了保證建築物的正常使用,地基、基礎設計都需要滿足兩個基本條件:
1)強度條件。即要求作用於地基上的荷載不超過地基承載能力,以保證地基在防止整體失穩方面有足夠的安全儲備。
2)變形條件。即控制基礎沉降,使之不超過容許值。因此,在建築物設計、施工之前、必須進行場地的勘探工作,是做好地基基礎設計與施工的先決條件。
(二)土的組成與分類
在地質勘探工作中,鑽探施工的主要對象是岩土。因此,了解岩土的物理力學性質,對確定鑽進、取心、鑽孔沖洗方法及其護壁措施,正確選用施工機械設備與工藝技術參數,提高鑽孔質量、效率,降低鑽探成本具有特別重要的意義。
1.土的組成
土是由固相(礦物、岩石碎屑)、液相(水)與氣體組成的三相地質集合體。其中:固相是土粒,礦物成分主要有原生礦物,次生礦物和有機質;液相主要是水或水溶液;氣相是指存在於孔隙中的氣體,由於氣體無色且量少,故一般不易看到。土中氣體可分為自由氣體和封閉氣體。
2.土分類
根據其堆積年代、地質成因、顆粒級配或塑性指數等可作如下分類:
1)按堆積年代分為老堆積土、一般堆積土、新近堆積土。
2)據地質成因分為殘積土、坡積土、洪積土、淤積土、冰積土和風積土。
3)按有機質含量為無機土、有機質土、泥炭質土和泥炭。
4)按顆粒級配或塑性指數分為碎石土、砂土、粉土和黏性土。碎石土和砂土的劃分應符合如表1-2和表1-3所示的規定。
表1-2 碎石分類
表1-3 砂土分類
(三)土的物理、力學性質
1.土的物理性質
土的物理性質是表明物理狀態的一些性質;它反映的是土的輕重、干濕和松密。土的基本物理指標、符號、單位、物理意義和計算公式如表1-4所示。
2.土的力學性質
土在外力作用下所表現的性質,稱土的力學性質。它主要包括土在穩定荷載(靜荷載)作用下的土的滲透性和壓縮性以及抗剪性,黏性土的動力壓實性以及流變性。這里只介紹土的滲透性、壓縮性和抗剪性。
(1)土的滲透性
土的滲透性在水力坡度(水壓差)的作用下,水穿過土體的能力。水在土中的滲流有時會使土體發生變形或破壞,這種現象稱滲透變形,它包括流土和管涌兩大基本類型。
表1-4 土的基本物理指標
(2)土的壓縮性
土的壓縮性土體在壓力作用下,孔隙比會因孔隙中氣體或水排除而減少,從而導致土體積的縮小,這種性質稱土的壓縮性,衡量土的壓縮性的指標較多。
(3)土的抗剪強度
單位面積土體在受平行於土體剪切面的作用下,土體產生變形破壞的極限應力稱土的抗剪強度,單位為Pa或MPa。
土的抗剪強度可分為:無黏性土的抗剪強度、非飽和黏性土的抗剪強度、飽和黏性土的抗剪強度。
由於土的以上性質主要在地基計算時應用 ,在鑽孔(井)施工時一般不關注土的性質,故不作詳細介紹。
⑧ 工程地質勘察與岩土工程勘察有什麼區別
工程地質勘察:是為查明影響工程建築物的地質因素而進行的地質調查研究工作。所需勘察的地質因素包括地質結構或地質構造:地貌、水文地質條件、土和岩石的物理力學性質,自然(物理)地質現象和天然建築材料等。這些通常稱為工程地質條件。查明工程地質條件後,需根據設計建築物的結構和運行特點,預測工程建築物與地質環境相互作用(即工程地質作用)的方式、特點和規模,並作出正確的評價,為確定保證建築物穩定與正常使用的防護措施提供依據。
岩土工程勘察:是指根據建設工程的要求,查明、分析、評價建設場地的地質、環境特徵和岩土工程條件,編制勘察文件的活動。
⑨ 岩土工程勘察中的地層代號怎麼編排的
(1)工程地質測繪。 工程地質測繪是岩土工程勘察的基礎工作,一般在勘察的初期階段進行。這一方法的本質是運用地質、工程地質理論,對地面的地質現象進行觀察和描述,分析其性質和規律,並藉以推斷地下地質情況
⑩ 岩石按岩體分級標准GB50218-94是如何進行工程分類的
岩石級別 堅固程度 代表性岩石
Ⅰ 最堅固 最堅固、緻密、有韌性的石英岩、玄武岩和其他
各種特別堅固的岩石。(f=20)
Ⅱ 很堅固 很堅固的花崗岩、石英斑岩、硅質片岩,較堅固
的石英岩,最堅固的砂岩和石灰岩.(f=15)
Ⅲ 堅 固 緻密的花崗岩,很堅固的砂岩和石灰岩,石英礦
脈,堅固的礫岩,很堅固的鐵礦石.(f=10)
Ⅲa 堅 固 堅固的砂岩、石灰岩、大理岩、白雲岩、黃鐵
礦,不堅固的花崗岩。(f=8)
Ⅳ 比較堅固 一般的砂岩、鐵礦石 (f=6)
Ⅳa 比較堅固 砂質頁岩,頁岩質砂岩。(f=5)
Ⅴ 中等堅固 堅固的泥質頁岩,不堅固的砂岩和石灰岩,軟礫
石。(f=4)
Ⅴa 中等堅固 各種不堅固的頁岩,緻密的泥灰岩.(f=3)
Ⅵ 比較軟 軟弱頁岩,很軟的石灰岩,白堊,鹽岩,石膏,
無煙煤,破碎的砂岩和石質土壤.(f=2)
Ⅵa 比較軟 碎石質土壤,破碎的頁岩,粘結成塊的礫石、碎
石,堅固的煤,硬化的粘土。(f=1.5)
Ⅶ 軟 軟緻密粘土,較軟的煙煤,堅固的沖擊土層,粘土質土壤。 (f=1)
Ⅶa 軟 軟砂質粘土、礫石,黃土。(f=0.8)
Ⅷ 土 狀 腐殖土,泥煤,軟砂質土壤,濕砂。(f=0.6)
Ⅸ 鬆散狀 砂,山礫堆積,細礫石,鬆土,開採下來的煤.
(f=0.5)
Ⅹ 流沙狀 流沙,沼澤土壤,含水黃土及其他含水土壤.
(f=0.3) A
表示礦岩的堅固性的量化指標.
人們在長期的實踐中認識到,有些岩石不容易破壞,有一些則難於破碎。難於破碎的岩石一般也難於鑿岩,難於爆破,則它們的硬度也比較大,概括的說就是比較堅固。因此,人們就用岩石的堅固性這個概念來表示岩石在破碎時的難易程度。
堅固性的大小用堅固性系數來表示又叫硬度系數,也叫普氏硬度系數f值)。
堅固性系數f=R/100 (R單位 kg/cm2)
式中R——為岩石標准試樣的單向極限抗壓強度值。
通常用的普氏岩石分及法就是根據堅固性系數來進行岩石分級的。
如:
① 極堅固岩石 f=15~20(堅固的花崗岩,石灰岩,石英岩等)
② 堅硬岩石 f=8 ~10(如不堅固的花崗岩,堅固的砂岩等)
③ 中等堅固岩石 f=4 ~6 (如普通砂岩,鐵礦等)
④ 不堅固岩石 f=0.8~3 (如黃土、僅為0.3)
礦岩的堅固性也是一種抵抗外力的性質,但它與礦岩的強度卻是兩種不同的概念。
強度是指礦岩抵抗壓縮,拉伸,彎曲及剪切等單向作用的性能。而堅固性所抵抗的外力卻是一種綜合的外力。(如抵抗鍬,稿,機械碎破,炸葯的綜合作用力)。
岩石分類
岩石可分三大類:1,岩漿岩{噴出岩}.2,沉積岩.3,變質岩.
1、岩漿岩主要有:花崗岩,安山岩,閃長岩,流紋岩,玄武岩輝長岩等等.
2、沉積岩主要有:石英砂岩,石灰礫岩,泥鐵岩,白雲岩,泥岩,石膏等.
3、變質岩主要有:片麻岩,綠泥石片岩,千枚岩,大理岩,雲母片岩等等.
雖然岩石的面貌是千變萬化的,但是從它們形成的環境,也就是從成因上來劃分,可以把岩石分為三大類:沉積岩、岩漿岩和變質岩。
1、沉積岩
沉積岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一種岩石類型。它是由風化產物、火山物質、有機物質等碎屑物質在常溫常壓下經過搬運、沉積和石化作用,最後形成的岩石。不論那種方式形成的碎屑物質都要經歷搬運過程,然後在合適的環境中沉積下來,經過漫長的壓實作用,石化成堅硬的沉積岩。
沉積岩依照沈積物顆粒的大小又分礫岩、砂岩、頁岩、石灰岩.沉積岩的形成 1.風化侵蝕:在河流上的大石頭,經年累月被侵蝕風化,逐漸崩解成小的沙泥、碎屑。 2.搬運:這些碎屑被水流從上游搬運到下游。 3.堆積:下游流速減緩,搬運力減小,岩石碎屑便沉積下來。 4.壓密:新的沉積物壓在舊的沉積物上,時間久了,底下的沉積物被壓得較緊實。 5.膠結:地下水經過沉積物的孔隙,帶來的礦物質填滿孔隙,使岩石碎屑顆粒緊緊膠結在一起,形成沉積岩。 6.露出:堆積在海底的沉積岩層在板塊運動的推擠下拱出海面,露出地表。
2、岩漿岩
岩漿岩也叫火成岩,是在地殼深處或在上地幔中形成的岩漿,在侵入到地殼上部或者噴出到地表冷卻固結並經過結晶作用而形成的岩石。因為它生成的條件與沉積岩差別很大,因此,它的特點也與沉積岩明顯不同。
岩漿岩又分安山岩、玄武岩、花崗岩。 由地底岩漿冷卻凝固形成,由於岩漿成分和冷卻凝固方式不同,便形成不同的火成岩。岩漿岩的形成: 1.安山岩:岩漿藉由火山口噴發出地面,快速冷卻形成的。 2.玄武岩:岩漿經由緩和噴發漫流而出,逐漸冷凝形成的。 3.花崗岩:岩漿並不噴出地面,而是在地底下慢慢冷卻形成的。
3、變質岩
在地殼形成和發展過程中,早先形成的岩石,包括沉積岩、岩漿岩,由於後來地質環境和物理化學條件的變化,在固態情況下發生了礦物組成調整、結構構造改變甚至化學成分的變化,而形成一種新的岩石,這種岩石被稱為變質岩。變質岩是大陸地殼中最主要的岩石類型之一。
變質岩又分:板岩、片岩、片麻岩、大理岩。 變質岩的形成:1.為變質前的岩層:由於沉積或火山作用,堆積出一層層岩層。 2.擠壓岩層:在強大擠壓和摩擦力之下,產生溫度和壓力,使得深埋在地底下的岩石發生變質作用。 3.變質成新岩石:岩石里零散分布的礦物結晶會呈規矩排列,或生出新礦物來,而變成各種新的變質岩。
岩石對人類來說,並不陌生。由動物進化為人類後的第一個時代就是石器時代。那時,我們的祖先用石頭作為與大自然作斗爭的工具。那麼什麼是岩石呢?現代地質學稱石頭為岩石,岩石的「岩」字在古代是山崖和山穴的意思,表示山勢高峻、峰嶺陡峭的地勢;「石」字則是指磬、碑、硯、隕星等。自從18世紀地質學誕生以來,「岩石」一詞就不再沿用古義了,我們可以給岩石下這樣一個定義:岩石是各種地質作用形成的自然歷史產物,是構成地殼的基本組成單位,是由礦物及非晶質組成的,具有一定結構、構造的固態地質體。外觀上岩石是多種多樣的,但從成因上看,可將所有的岩石歸為三大類,即岩漿岩、沉積岩和變質岩,這就是自然界三大類岩石。這三大類岩石在地殼中是怎樣分布的呢?在全球陸地表面,沉積岩覆蓋了75%,岩漿岩和變質岩加在一起才只佔陸地面積的1/4。但是到了地下深處,沉積岩逐漸變成了「少數民族」。在整個地殼中,沉積岩只佔到地殼體積的8%,變質岩佔了27%,剩下的65%都是岩漿岩。
岩石在太陽輻射、大氣、水和生物作用下出現破碎、疏鬆及礦物成分次生變化的現象。導致上述現象的作用稱風化作用。分為:①物理風化作用。主要包括溫度變化引起的岩石脹縮、岩石裂隙中水的凍結和鹽類結晶引起的撐脹、岩石因荷載解除引起的膨脹等。②化學風化作用。包括:水對岩石的溶解作用;礦物吸收水分形成新的含水礦物,從而引起岩石膨脹崩解的水化作用;礦物與水反應分解為新礦物的水解作用;岩石因受空氣或水中游離氧作用而致破壞的氧化作用。③生物風化作用。包括動物和植物對岩石的破壞,其對岩石的機械破壞亦屬物理風化作用,其屍體分解對岩石的侵蝕亦屬化學風化作用。人為破壞也是岩石風化的重要原因。岩石風化程度可分為全風化、強風化、弱風化和微風化4個級別。
大約在200年前,人們可能認為高山、湖泊和沙漠都是地球上永恆不變的特徵。可現在我們已經知道高山最終將被風化和剝蝕為平地,湖泊終將被沉積物和植被填滿,沙漠會隨著氣候的變化而行蹤不定。地球上的物質永無止境地運動著。暴露在地殼表面的大部分岩石都處在與其形成時不同的物理化學條件下,而且地表富含氧氣、二氧化碳和水,因而岩石極易發生變化和破壞。表現為整塊的岩石變為碎塊,或其成分發生變化,最終使堅硬的岩石變成鬆散的碎屑和土壤。礦物和岩石在地表條件下發生的機械碎裂和化學分解過程稱為風化。由於風、水流及冰川等動力將風化作用的產物搬離原地的作用過程叫做剝蝕
地表岩石在原地發生機械破碎而不改變其化學成分也不新礦物的作用稱物理風化作用。如礦物岩石的熱脹冷縮、冰劈作用、層裂和鹽分結晶等作用均可使岩石由大塊變成小塊以至完全碎裂。化學風化作用是指地表岩石受到水、氧氣和二氧化碳的作用而發生化學成分和礦物成分變化,並產生新礦物的作用。主要通過溶解作用水化作用水解作用碳酸化作用和氧化作用等式進行。
雖然所有的岩石都會風化,但並不是都按同一條路徑或同一個速率發生變化。經過長年累月對不同條件下風化岩石的觀察,我們知道岩石特徵、氣候和地形條件是控制岩石風化的主要因素。不同的岩石具有不同的礦物組成和結構構造,不同礦物的溶解性差異很大。節理、層理和孔隙的分布狀況和礦物的粒度,又決定了岩石的易碎性和表面積。風化速率的差異,可以從不同岩石類型的石碑上表現出來。如花崗岩石碑,其成分主要是硅酸鹽礦物。這種石碑就能很好地抵禦化學風化。而大理岩石碑則明顯地容易遭受風化。
氣候因素主要是通過氣溫、降雨量以及生物的繁殖狀況而表現的。在溫暖和潮濕的環境下,氣溫高,降雨量大,植物茂密,微生物活躍,化學風化作用速度快而充分,岩石的分解向縱深發展可形成巨厚的風化層。在極地和沙漠地區,由於氣候乾冷,化學風化的作用不大,岩石易破碎為稜角狀的碎屑。最典型的例子,是將矗立於乾燥的埃及已35個世紀並保存完好的克列奧帕特拉花崗岩尖柱塔,搬移到空氣污染嚴重的紐約城中心公園之後,僅過了75年就已面目全非。
地勢的高度影響到氣候:中低緯度的高山區山麓與山頂的溫度、氣候差別很大,其生物界面貌顯著不同。因而風化作用也存在顯著的差別。地勢的起伏程度對於風化作用也具普遍意義:地勢起伏大的山區,風化產物易被外力剝蝕而使基岩裸露,加速風化。山坡的方向涉及到氣候和日照強度,如山體的向陽坡日照強,雨水多,而山體的背陽坡可能常年冰雪不化,顯然岩石的風化特點差別較大。
剝蝕與風化作用在大自然中相輔相成,只有當岩石被風化後,才易被剝蝕。而當岩石被剝蝕後,才能露出新鮮的岩石,使之繼續風化。風化產物的搬運是剝蝕作用的主要體現。當岩屑隨著搬運介質,如風或水等流動時,會對地表、河床及湖岸帶產生侵蝕。這樣也就產生更多的碎屑,為沉積作用提供了物質條件。
岩石在日光、水分、生物和空氣的作用下,逐漸被破壞和分解為沙和泥土,稱為風化作用。沙和泥土就是岩石風化後的產物。
山地的中的岩石極為多樣,差別很大,進行工程分類十分必要。《94規范》首先按岩石強度分類,再進行風化分類。按岩石強度分為極硬、次硬、次軟和極軟,列舉了代表性岩石名稱。又以新鮮岩塊的飽和抗壓強度30MPa為分界標准。問題在於,新鮮的末風化的岩塊在現場有時很難取得,難以執行。
岩石的分類可以分為地質分類和工程分類。地質分類主要根據其地質成因、礦物成分、結構構造和風化程度,可以用地質名稱(即岩石學名稱)加風化程度表達,如強風化花崗岩、微風化砂岩等。這對於工程的勘察設計確是十分必要的。工程分類主要根據岩體的工程性狀,使工程師建立起明確的工程特性概念。地質分類是一種基本分類,工程分類應在地質分類的基礎上進行,目的是為了較好地概括其工程性質,便於進行工程評價。
為此,本次修訂除了規定應確定地質名稱和風化程度外,增加了岩塊的「堅硬程度」、岩體的「完整程度」和「岩體基本質量等級」的劃分。並分別提出了定性和定量的劃分標准和方法,可操作性較強。岩石的堅硬程度直接與地基的承載力和變形性質有關,其重要性是無疑的。岩體的完整程度反映了它的裂隙性,而裂隙性是岩體十分重要的特性,破碎岩石的強度和穩定性較完整岩石大大削弱,尤其對邊坡和基坑工程更為突出。
本次修訂將岩石的堅硬程度和岩體的完整程度各分五級,二者綜合又分五個基本質量等級。與國標《工程岩體分級標准》(GB50218-94)和《建築地基基礎設計規范》(GB50007-2002)協調一致。
劃分出極軟岩十分重要,因為這類岩石不僅極軟,而且常有特殊的工程性質,例如某些泥岩具有很高的膨脹性;泥質砂岩、全風化花崗岩等有很強的軟化性(單軸飽和抗壓強度可等於零);有的第三紀砂岩遇水崩解,有流砂性質。劃分出極破碎岩體也很重要,有時開挖時很硬,暴露後逐漸崩解。片岩各向異性特別顯著,作為邊坡極易失穩。事實上,對於岩石地基,特別注意的主要是軟岩、極軟岩、破碎和極破碎的岩石以及基本質量等級為V級的岩石,對可取原狀試樣的,可用土工試驗方法測定其性狀和物理力學性質。
舉例:
1 花崗岩,微風化:為較硬岩,完整,質量基本等級為Ⅱ級;
2 片麻岩,中等風化:為較軟岩,較破碎,質量基本等級為Ⅳ級;
3 泥岩,微風化:為軟岩,較完整,質量基本等級為Ⅳ級;
4 砂岩(第三紀),微風化:為極軟岩,較完整,質量基本等級為V級;
5 糜棱岩(斷層帶):極破碎,質量基本等級為V級。
岩石風化程度分為五級,與國際通用標准和習慣一致。為了便於比較,將殘積土也列在表A.0.3中。國際標准ISO/TC182/SCl也將風化程度分為五級,並列入殘積土。風化帶是逐漸過渡的,沒有明確的界線,有些情況不一定能劃分出五個完全的等級。一般花崗岩的風化分帶比較完全,而石灰岩、泥岩等常常不存在完全的風化分帶。這時可採用類似「中等風化-強風化』「強風化-全風化」等語句表述。同樣,岩體的完整性也可用類似的方法表述。第三系的砂岩、泥岩等半成岩,處於岩石與土之間,劃分風化帶意義不大,不一定都要描述風化。
3. 2. 4 關於軟化岩石和特殊性岩石的規定,與《94規范》相同,軟化岩石浸水後,其承載力會顯著降低,應引起重視。以軟化系數0.75為界限,是借鑒國內外有關規范和數十年工程經驗規定的。
石膏、岩鹽等易溶性岩石,膨脹性泥岩,濕陷性砂岩等,性質特殊,對工程有較大危害,應專門研究,故本規范將其專門列出。
3. 2. 5、3. 2. 6 岩石和岩體的野外描述十分重要,規定應當描述的內容是必要的。岩石質量指標RQD是國際上通用的鑒別岩石工程性質好壞的方法,國內也有較多經驗,《94規范》中已有反映,本次修訂作了更為明確的規定。
岩石
岩石是天然產出的具穩定外型的礦物或玻璃集合體,按照一定的方式結合而成。是構成地殼和上地幔的物質基礎。按成因分為岩漿岩、沉積岩和變質岩。其中岩漿岩是由高溫熔融的岩漿在地表或地下冷凝所形成的岩石,也稱火成岩;沉積岩是在地表條件下由風化作用、生物作用和火山作用的產物經水、空氣和冰川等外力的搬運、沉積和成岩固結而形成的岩石;變質岩是由先成的岩漿岩、沉積岩或變質岩,由於其所處地質環境的改變經變質作用而形成的岩石。
地殼深處和上地幔的上部主要由火成岩和變質岩組成。從地表向下16公里范圍內火成岩和變質岩的體積佔95%。地殼表面以沉積岩為主,它們約佔大陸面積的75%,洋底幾乎全部為沉積物所覆蓋。
岩石學主要研究岩石的物質成分、結構、構造、分類命名、形成條件、分布規律、成因、成礦關系以及岩石的演化過程等。它屬地質科學中的重要的基礎學科。
十八世紀末岩石學從礦物學中脫胎出來而發展成一門獨立的學科。在岩石學發展的初期,主要研究的是火成岩,到了十九世紀中葉才開始系統地研究變質岩,而沉積岩直到二十世紀初才引起人們的注意。目前岩石學正沿著岩漿岩石學、沉積岩石學和變質岩石學三個主要的分支方向發展。
古老岩石都出現在大陸內部的結晶基底之中。代表性的岩石屬基性和超基性的火成岩。這些岩石由於受到強烈的變質作用已轉變為富含綠泥石和角閃石的變質岩,通常我們稱為綠岩。如1973年在西格陵蘭發現了同位素年齡約38億年的花崗片麻岩。1979年,巴屯等測定南非波波林帶中部的片麻岩年齡約39億年左右。
加拿大北部的變質岩—阿卡斯卡片麻岩是保存完好的古老地球表面的一部分。放射性年代測定表明阿卡斯卡片麻岩有將近40億年的年齡,從而說明某些大陸物質在地球形成之後幾億年就已經存在了。
最近,科學家在澳大利亞西南部發現了一批最古老的岩石,根據其中所含的鋯石礦物晶體的同位素分析結果,表明它們的「年齡」約為43億至44億歲,是迄今發現的地球上最古老的岩石樣本,根據這一發現可以推論,這些岩石形成時,地球上已經有了大陸和海洋。在地球誕生2億至3億年後,可能並不象人們所認為的那樣由熾熱的岩漿所覆蓋,而是已經冷卻到了足以形成固體地表和海洋的溫度。地球的圈層分異在距今44億年前可能就已經完成了。
目前在中國發現的最古老岩石是冀東地區的花崗片麻岩,其中包體的岩石年齡約為35億年。
澳大利亞西部Warrawoona群中的微化石在形態結構上比較完整。它們究竟是藍藻還是細菌目前尚難確定。通常認為,早期疊層石是藍藻建造的,疊層石是藍藻存在的指示。如果35億年前就已經出現藍藻,則說明釋氧的光合作用早就開始了,這便引出一個問題:為什麼直到20億年前大氣圈才積累自由氧呢?從35億年前到20億年前中間相隔15億年之久,為什麼氧的積累如此緩慢?對此當然有不同的解釋。例如近年來已經發現疊層石也可能完全由光合細菌建造,或甚至由非光合細菌建造。
最古老生命存在的間接證據中較重要的是格陵蘭西部條帶狀鐵建造(BIF)和輕碳同位素。如果證據成立,則由此可推斷在38億年前的地球上已經出現進行釋氧光合作用的微生物,即類似藍藻的生物。根據Cloud的解釋,BIF是由光和微生物周期性地釋氧而引起亞鐵氧化為高價鐵沉積下來的。輕碳同位素也是光合作用的間接證據。但反對的意見認為,BIF形成所需的氧可以通過大氣中的水分子的光分解來提供,而輕碳同位素可能來自碳酸鹽的熱分解。
疊層石是前寒武紀未發生變質的碳酸鹽沉積中最常見的一種「准化石」,是由原核生物所建造的有機沉積。這種疊層狀的生物沉積構造是由於藍藻等低等微生物在其生命活動中,通過沉積物的捕獲和膠結作用發生周期性的沉積作用而形成的。根據Walter(1983)的統計,在澳大利亞、北美和南非三個不同大陸的11個地點發現了太古宙疊層石,其年齡都在25億年以上。晚元古代是地史上疊層石最繁盛的時期,其分布廣泛、形態多樣。後生動物出現以後疊層石驟然衰落。寒武紀至泥盆紀疊層石數量和分布范圍有限。泥盆紀以後疊層石只是殘存。現代海相疊層石只分布在澳大利亞、中美洲、中東等地的少數地區特殊環境中。
隕石是太陽系內小天體的珍貴標本,為研究太陽系的起源、演化和生命起源提供了寶貴的線索和資料。球粒隕石中不僅含有氨基酸,還有烴類、乙醇和其他可能形成保護原始細胞膜的脂肪族化合物。對生命起源的研究有較大意義。生物化學家David.W.Dreamer用默奇森隕石中得到的化合物製成了球形膜,這些小泡提供了氨基酸、核苷酸和其他有機化合物以及進行生命開始所必需的轉變環境。也就是說,當隕石撞擊地球時,產生形成生命所需的有機物及必需的環境。和生命起源於彗星的理論一樣,這是一種新的天外起源說。另外,康奈爾大學的C.Hyba指出,撞擊也可以用其它方式提供生命所需的原材料,來自一次隕石撞擊的熱和沖擊波可以在原始大氣中激發起合成有機化合物的化學反應。
隕石是降落到地球表面的小塊行星際物質撞入地球大氣圈後尚未被燒盡的流星體的殘片。在晴朗的夜晚,可以看到一線亮光劃過夜空,瞬間消失。這些彌漫在宇宙空間中的星際塵埃,如果被地球的引力捕獲便形成隕星;當它們以極快的速度進入地球大氣圈時與大氣發生摩擦、生熱、發光,一部分殘留下來落到地表就成為隕石。如果隕石在空中爆炸後象下雨一樣降落,就稱為隕石雨。1976年3月8日,我國吉林省降落過一次世界罕見的隕石雨,完整的隕石有100餘塊,重2噸多,其中最大的一塊重達1770公斤,是世界上最大的石隕石。隕石來自星際空間,在1969年阿普羅11號在月球著陸並將月岩帶回地球以前,隕石是人們能直接加以觀察的唯一的外來天體。
近代史上最驚人的隕石墜落事件是1908年的通古斯事件。當時在前蘇聯西伯利亞通古斯方圓800公里的范圍內,都可見到了火光;在100公里范圍內,都聽到了轟隆巨響;在50公里范圍內,高大樹木全部被燒毀。很多人推測這次事件與隕石墜落有關,但奇怪的是至今沒有找到隕石碎塊。因此成為世界著名的「通古斯之謎」,吸引了許多中外科學家前往這個地區進行考察和研究。
隕石可分為三類:石隕石、石鐵隕石和鐵隕石。其中以石隕石最多,約佔94%。同位素年齡測定隕石的年齡約為46億年。
石隕石:密度為3-3.5克/立方厘米。由硅酸鹽礦物橄欖石、輝石、少量斜長石和金屬鐵的微粒組成。可分為球粒隕石和無球粒隕石,前者含有直徑為1-2毫米大小的隕石球粒,它是熔融物質快速冷凝的產物。這種結構在地球上從未發現過。可能是在太陽系形成初期原始行星物質被原始太陽的高溫熔化後,在脫離太陽時迅速冷卻而形成的。因此,玻璃質球粒的成分就反映了太陽系形成初期原始行星的成分。
石鐵隕石:密度約5.6-6克/立方厘米,由鐵鎳和硅酸鹽礦物組成。鐵隕石:密度約8-8.5克/立方厘米。大約由80%-95%的金屬鐵和5%-20%的鎳組成