地质岩土完整性用什么表示
① 岩土工程勘察中的RQD是什么意思
Rock Quality Designation (RQD):岩石质量指标,是国际上通用的鉴别岩石工程性质好坏的方法,由美国回伊利诺斯大学提答出和发展起来。该法是利用钻孔的修正岩芯采取率来评价岩石质量的优劣。即用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进,连续取芯,回次钻进所取岩芯中,长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值,以百分比表示。
RQD分类由于没有考虑岩体中结构面发育特征的影响,也没有考虑岩块性质的影响以及这些因素的综合效应。因此,仅运用这一分类,往往不能全面的反映岩体的质量。
举例:RQD分类具有10cm阀值和多解性。
同样是RQD=90%的岩体,其块度可以是大于10cm的任意尺寸,可以是10~30cm,也可以是大于60cm,甚至大于100cm,而这些情况下的RQD值相同,但是仔细比较它们的完整性是存在较大差别的。
② 岩土勘查报告桩周土摩擦力用什么字母表示
不是同一概念来
1、桩基自持力层选择
③圆砾层具一定厚度,层位稳定,力学强度较高,因此可作为人工挖孔灌注桩桩端持力层使用。桩长≥6米,桩端进入持力层1-1.5D(D为桩径)。施工对周围环境不会造成影响。 2、单桩竖向承载估算
①素填土:近期人工回填,结构松散,厚度小,不宜利用。 :K':P5i
②粉质粘土:全场分布,硬塑-硬可塑,成层性较好,埋藏浅,层位稳定,厚度较大,土力学强度较好,工程地质条件较好。3、③圆(角)砾:全场分布,厚度一般,层位稳定,均匀性较好,工程地质条件较好。4、④-1强风化含砾砂岩:层位稳定,力学强度较高,下卧无软弱层,工程地质条件较好。5、④-2中风化含砾砂岩:坚硬状,层位稳定,厚度大,力学强度高,工程地质条件好。 粉质粘土N63.5标贯平均为7.9击,圆(角)砾N120超重型动力触探平均为5.6击,关键是桩周土侧阻力和桩端阻力如何取值 .
③ 岩土类型和性质
岩土体是地质灾害的载体,地质灾害一般都是通过岩土体的变形破坏而表现出来的,是地质灾害成生的物质基础。
受地壳运动的控制,“兰—郑—长”工程地段分布有不同年代、成因、物质成份和结构的岩土体,类型复杂多样,工程地质性质各异,它们对地质灾害的形成、分布和活动起着主导作用。岩土体分布出露的特点是:山区、丘陵以岩体为主,而高原、盆地、平原则以土体为主;管线经过地段绝大多数是土体。下面分别就岩体和土体讨论其分布、类型、性质及对地质灾害成生的制约。
(一)岩体
岩体在管线工程地段主要分布于甘肃、陕西段的关山—陇山,山西段的中条山、霍山和太原东山,河南段的大交口镇—观音堂、义马—新安和大别山等地段,湖北、湖南段的大别山和江南丘陵地等地段,总长约300km,约占管线全长的10%。
参考国标《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)的规定,先将岩体按坚硬程度分大类,再由岩石的成因类型、岩性和工程性质,将本管道工程沿线的岩体划分为4类7种(表4-1)。现作简要讨论。
1.坚硬岩类
按成因类型划分为岩浆岩、变质岩和沉积岩3种亚岩类。
岩浆岩类管线地段分布于祁连山褶皱带、秦岭—大别山褶皱带和扬子地台。分别有加里东期、华力西期、燕山期侵位的,其中祁连山褶皱带三期皆有,岩性为花岗岩、石英闪长岩;秦岭—大别山褶皱带为燕山期花岗岩;扬子地台为加里东期和燕山期的花岗岩和花岗闪长岩。一般呈岩基和岩株状产出,整体块状构造,致密坚硬,物理力学性质均质,各向同性。应该说其工程性质优良,但在亚热带环境中化学风化强烈。地质灾害一般不甚发育,以小型崩塌为主。
变质岩类在管线地段的祁连山褶皱带、华北地台、秦岭—大别山褶皱带有分布。祁连山褶皱带主要出露于关山—陇山地段,为中元古界陇山群和前震旦系,主要岩性为大理岩、黑云母片麻岩、混合岩、结晶片岩。华北地台出露于山西支干线的中条山、霍山、太原东山,为太古界涑水群和太岳山群,岩性为混合岩化的黑云角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩、大理岩、磁铁石英岩、黑云变粒岩、角闪变粒岩等,岩性复杂,风化较强。秦岭—大别山褶皱带出露于大悟一带,为中上元古界红安群含磷的变粒岩、大理岩和石英片岩夹片麻岩,抗风化能力较弱。由于受片麻理、片理及节理的影响,使岩体的工程地质性质呈明显的各向异性和不均一性。地质灾害不甚发育,一般以小型崩滑为主。
表4-1 岩体类型汇总表
沉积岩类在丘陵、山区分布较广,在各大构造单元中皆有,其地质年代自中元古界至中生界早期几乎皆有,岩性复杂多样,主要有:中元古界熊耳群和汝阳群的安山玢岩、玄武岩、石英砂岩,新元古界洛峪群三教堂组的石英砂岩(以上均在河南境内);上元古界长城系、震旦系的石英砂岩、白云岩、硅质岩、冰碛砾岩等;下古生界寒武系、奥陶系的中厚、厚层碳酸盐岩;上古生界泥盆系的砂岩和碳酸盐岩,石炭、二叠系的中厚、厚层状灰岩和中生界三叠系碳酸盐岩等(上古生界及中生界皆为扬子地台)。按岩性大类可划分为火山喷出沉积岩、碎屑岩和碳酸盐岩三大类。它们的共同特点是,层理构造发育且较厚,抗风化能力较强,但碳酸盐岩具溶蚀性,岩溶较发育,工程地质性质具各向异性。上述这几类岩性分布地段地质灾害一般不甚发育,有小型崩滑和岩溶塌陷(覆盖型岩溶地段)等地质灾害。
2.较硬岩
按成因类型可划分为变质岩和沉积岩两大亚类。
变质岩类分布于祁连山褶皱带、秦岭—大别山褶皱带和扬子地台中,岩性主要是较软弱片岩和千枚岩、板岩。在祁连山褶皱带的管线地段,新元古界长城系变质细砂岩、千枚岩;秦岭—大别山褶皱带信阳群、商城群的云母石英片岩、绿色片岩、绢云石英片岩、浅变质凝灰质砂岩等:扬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、变质凝灰岩、变质砂岩等。上述各类岩体的共同特点是:片理、千枚理、板理等结构面发育,地面风化较强烈,残坡积层厚度往往较大。岩体具明显的各向异性,力学强度相对较弱。崩塌、滑坡和泥石流等山地地质灾害较发育。
沉积岩类分布于华北地台和扬子地台中,华北地台岩性主要是上古生界和中生界粘土岩、铝土岩页岩、泥质粉砂岩、含煤层;扬子地台主要是泥盆系粉细砂岩、粘土岩、页岩、泥灰岩。它们层理发育、薄层状为主,遇水易软化、崩解,风化也较强烈。由上述岩体组成的丘陵山区,地质灾害较发育,主要有崩塌、滑坡、泥石流和采煤引起的地面塌陷和地裂缝灾害(在山西、河南境内较突出)。
3.软弱岩
这大类岩体主要是沉积岩类,较广泛分布于各大地构造单元中生代晚期和新生代陆相盆地中,地质年代为白垩系、古近系和新近系。由于固结压密程度低,岩体孔隙率高,强度小,变形大。岩性主要是河湖相的砂砾岩、砂岩和泥岩,夹淡水泥灰岩,含石膏、芒硝。岩石一般干单轴抗压强度小于30MPa,而新近系岩石成岩性更差,接近于土体,干单轴抗压强度不足于5MPa,属极软岩。这类岩石遇水易软化崩解,抗风化能力亦低。但这类岩体出露地段地形起伏小,地质灾害不发育,主要有膨胀性岩体的轻度胀缩变形灾害,还存在采空塌陷灾害。
4.软硬相间岩
这大类岩体主要也是沉积岩类,较广泛分布于华北地台和扬子地台的古生界和中生界地层中,一般是两种强度和刚性差异较大的岩性相互成层或间夹;古生界常见的是灰岩与页岩互层,砂岩与泥页岩互层,中生界常见的是砂岩与泥页岩互层。在外力作用下会发生层间错动和脱开,而在地下水等作用下更会泥化而形成泥化夹层,层面间强度降低而成为典型的软弱结构面。所以这类地层组合可以称之为“易滑地层组合”,较易产生滑坡。此外,软硬相间岩层差异风化显著,“上硬下软”组合的条件下,软岩易形成岩龛,崩塌也较普遍。
(二)土体
土体在管线地段广泛分布,约占全长的90%。按地质成因,可划分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土和风积土等;按粒度成份,可划分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。对一些具有特殊成份和结构、工程性质也特殊的土,则可单独划分为特殊土,本管线工程的特殊土有黄土类土、膨胀土、盐渍土和淤泥质土等。这里我们也参考国标《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)的规定,将土体划分为碎石土、砂土、粉土、粘性土和特殊土5大类(表4-2)。以下分别就一般土和特殊土作简要讨论。
1.一般土体
一般土体包括各种成因类型的碎石土、砂类土、粉土和粘性土。
(1)碎石土:
碎石土指的是土中粒径d>2mm的颗粒质量超过总质量50%的土。根据规定,碎石土可再划分为砾质土、卵(碎)石土和漂(块)石土,它们的粒径分别>2mm、20mm或200mm的质量,超过总质量50%。一般冲积成因的碎石土分选性和滚圆度较好,位于河床和河流阶地二元结构的下部,而其他成因的则较差。本工程各段情况是:甘肃段砾卵石占45%~70%,粒径一般 20~80mm,呈次圆—次棱角状,一般分布于冲洪和平原表层之下。陕西段分布于渭河及其各支流以及山前洪积扇。河流冲积成因者在河漫滩和河床地段,在渭河干流厚度可达20~40m,结构较均一;而洪积扇区则为大小混杂的砂卵石为主。山西段主要分布于汾河、龙凤河和潇河等山间河谷地段,以砂卵砾石为主,磨圆较好,级配良好。河南段主要分布在伊洛河、沙颍河等诸河流河谷区,以砂砾卵石为主。湖北—湖南段碎石土多分布于低山丘陵斜坡地带,多为残坡积成因,碎石成分随母岩而变化。一般碎石土较疏松,孔隙比大,渗透性强,地基承载力高。
表4-2 土体类型汇总表
(2)砂类土:
砂类土指的是土中粒径d>2mm的颗粒质量不超过总质量的50%,d>0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的土;根据颗粒级配还可划分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂,一般是冲洪积成因的。此类土在本工程的情况是:甘肃段分布于洪积平原表层土之下,主要由粉细砂、中细砂组成,松散—中密状态。陕西段分布于渭河及支流的漫滩、一级阶地和古河道中,以中细砂和粉细砂为主,常含少量砾石,除河漫滩地段外,砂层均埋藏于细粒土之下,厚度不均一,多呈透镜体状,孔隙度大,渗透性强,中粗砂是良好的地基持力层,而饱水粉细砂则易产生震动液化。山西段分布于黄河、汾河及其较大支流的河床、河漫滩和阶地,一般为砂砾石混合,厚度较大。也有在山前倾斜平原区前缘的洪积砂砾石,与细粒土组成多层结构。河南段分布除了与碎石土相同外,在沙颍河以南淮河平原各河流河漫滩和一级阶地前缘地带,表层之下为中细砂,稍密—中密状态,厚度不稳定。砂类土一般级配较好,渗透性较强,一般是良好的地基持力层,但在地震烈度≥Ⅶ区需关注饱和粉细砂的震动液化问题。
(3)粉土和粘性土:
粉土和粘性土也可称之为“细粒土”,前者是土中粒径d>0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50%,且塑性指数ⅠP≤10的土;而后者则ⅠP>10的土。这两类土大量广泛分布于郑州—长沙段洪冲积平原和丘陵地段。具各种成因类型。一般洪冲积成因的土体较密实,孔隙比小,含水量相对较少,透水性弱,强度高,地基承载力高。而丘陵地带的残坡积成因者往往与碎石土混杂,土体孔隙性大,透水性相对较强,在久雨或强降雨时,易产生坡积层崩滑。
2.特殊土
(1)黄土类土:
黄土类土是第四纪时期特殊的大陆松散沉积物,它在世界各地分布广而性质特殊。这类土在我国主要分布于西北、华北和东北地区,面积达60万km2以上,以北纬34°~45°之间最为发育,这些地区位于我国西北沙漠区的外围东部地区,具有大陆性干旱少雨气候的特点。黄土类土从早更新世(Q1)开始堆积,经历了整个第四纪,直至现今还未结束。按地层时代及其基本特征,黄土类土可分为3类:老黄土、新黄土和新近堆积黄土(表4-3)。老黄土是Q1、Q2时期堆积的,分别称“午城黄土”和“离石黄土”,一般无湿陷性;新黄土一般是Q3时期堆积的,称“马兰黄土”,也有Q4早期的,具湿陷性,分布面积最广(约占60%);新近堆积黄土一般是Q4晚期堆积的,湿陷性不一。各地黄土类土总厚度不一,陕甘黄土高原地区最厚,可达100~200m,河谷地区一般只有数米至30m左右,且主要是新黄土。黄土类土的成因一直是争论的热点问题,但普遍的看法是,风积成因是主要的,也有冲积、洪积、坡积、冰水堆积等成因类型。颗粒成份以粉粒为主,富含碳酸钙,具大孔性,垂直节理发育,具湿陷性等特征者,称 “典型黄土”,而有些特征不明显者则称“黄土状土”。下面讨论一下本管线工程黄土类土的特性。
本管线工程的黄土类土分布于兰州—郑州段(含山西支干线)。不同地段黄土类土的粒度成份和结构有所不同,所以其物理力学指标和工程地质性质也有明显差异。下面我们以Q3典型的湿陷性黄土为代表作分析。
首先是黄土的颗粒组成,将兰州、西安、太原、洛阳四地作比较(表4-4)。可以看出它们的差异,总趋势是:由西北往东南砂粒和粉粒含量愈来愈小,而粘粒含量则愈来愈大,而粉粒所占比例最大是一致的。所以有人将西部黄土称之为“砂黄土”,而东部为“粘黄土”。 黄土的颗粒组成对其湿陷性有一定影响,即砂粒含量愈多,湿陷性愈强,而粘性愈多则湿陷性愈弱。
表4-3 不同年代黄土的特征
表4-4 湿陷性黄土的颗粒组成单位:%
各地湿陷性黄土的基本物理力学性质指标列于表4-5中。
由西往东的总趋势是:土体的密度和天然含水率愈来愈大,液限和塑性指数也愈来愈大,孔隙比愈来愈小;而三项力学性质指标变化规律则不明显。而且可看出,陇西和陇东地区指标相近似,关中地区与汾河流域也比较接近,而豫西地区与前面的4个地区则又有明显差异。上述规律很重要,因为它与黄土的湿陷性相关的,即自西往东湿陷性逐渐变弱。
管线地段湿陷性黄土的湿陷系数(δs),经大量统计后汇总于表4-6中。从表中可看出,湿陷系数陇西地区最大,陇东地区次之,关中地区汾河流域再次之,而豫西则最小;而且高阶地的湿陷系数要大于低阶地。按有关规定,δs>0.015时,该黄土为湿陷性土;δs为0.015~0.03时湿陷性轻微,δs为0.03~0.07时湿陷性中等;δs>0.07时,湿陷性强烈。所以说,陇西和陇东地区黄土具中等—强烈湿陷性,关中地区和汾河流域黄土具中等湿陷性,而豫西地区黄土为轻微—中等湿陷性。
表4-5 各地湿陷性黄土基本物理力学性质指标
表4-6各地黄土湿陷系数(δs)统计表
湿陷性对黄土地区地质灾害的成生和活动关系密切,地基的湿陷变形破坏本身就是黄土地区特殊的地质灾害。此外由于黄土结构疏松,以及大孔性和垂直节理发育,潜蚀地质灾害也很普遍。由于黄土的湿陷和潜蚀特性,还可诱发崩塌、滑坡和泥石流灾害。
(2)膨胀土:
具有明显遇水膨胀和失水收缩的土称膨胀土。这类土在我国主要分布在南方山前丘陵、垅岗和二、三级阶地上,大多数是晚更新世及以前的残坡积、冲洪积和湖积物。从外表看,膨胀土一般呈红、黄、褐、灰白等不同颜色,具斑状结构,常含有铁锰质或钙质结核。土体常有网状开裂,有腊状光泽的挤压面,类似劈理。土层表面常出现各种纵横交错的裂隙或龟裂现象,这与失水土体强烈收缩有关。膨胀土的胀缩特性,主要是土中含有较多的粘粒,一般粘粒含量高达35%以上,而且这些粘粒大部分为亲水性很强的蒙脱石和伊利石等粘土矿物,膨胀收缩能力较强。天然状态下,膨胀土一般致密坚硬,天然含水率较小,所以土体常处于硬塑或坚硬状态,压缩性较低,强度较高;但在浸水膨胀后,强度明显降低,压缩性增大。膨胀土的这种胀缩特性,对工程建设会带来危害。按我国有关规定,凡自由膨胀率δef大于40%者,即可定名为膨胀土,40%≤δef<65%为弱膨胀土,65%≤f<90%为中等膨胀土,δef≥90%为强膨胀土。
本管线工程的膨胀土主要分布于湖北境内的黄陂县周港、应城支线和五里桥—贺胜桥—横沟桥一带:在河南境内的平顶山、周口西、郾城—驻马店的沙汝河平原和确山—信阳北的低山丘陵也有零星分布。
湖北境内的膨胀土主要分布于高程30~45m的垅岗和岗间坳沟地带,自然地形坡度平缓。土体时代为更新世,颜色呈棕黄、褐黄、棕红色,土体平均自由膨胀率:周港一带下更新统82%(最大99%),应城支线中更新统62%(最大109%),五里桥—贺胜桥一横沟桥一带上更新统44%(最大72%)。土体胀缩性危害主要导致当地居民低层建筑墙体拉裂破坏,斜坡和水渠边坡坍滑。
河南境内的膨胀土分布于淮河平原边缘的平顶山东和确山—信阳北的低山丘陵,以及沙汝河平原之间的周口和郾城—驻马店地段。土体时代为中、晚更新世,颜色呈棕黄、灰绿、棕红色,干燥时呈硬塑状态,裂隙发育,含铁锰质和钙质结核,平均自由膨胀率43.5%。平顶山以膨胀破坏为主,而信阳多以收缩破坏为主,多发生在干旱季节。
(3)盐渍土:
土中易溶盐含量大于0.5%的土称为盐渍土。由于它发育于地表土层中,与道路、低层建筑等有关,主要是土的腐蚀作用以及盐胀和溶陷作用对工程建设的危害。盐渍土按地理分布可分为滨海盐渍土、冲积平原盐渍土和内陆盐渍土等类型。我国盐渍土主要分布在北方诸省区。盐渍土的形成及其所含盐的成分和数量与当地的地形地貌、气候条件、地下水的埋藏深度和矿化度、土壤性质和人类活动有关;它的厚度并不大,一般分布于地表以下1.5~4m范围内,且由地面至深部含盐量逐渐减少。盐渍土的形成一般是由于地下水埋深过浅(甚至出露地面),蒸发强烈而盐分在地表的聚积所致。
盐渍土的性质与所含盐分和含盐量有关。土中的盐类主要是氯盐、硫酸盐和碳酸盐三类,因此盐渍土也相应地划分为氯盐渍土、硫酸盐渍土和碳酸盐渍土(表4-7)。盐渍土中所含盐分及其数量对土的工程地质性质影响很大。由于土成分的改变,影响了土的结构,从而影响了塑性、透水性、膨胀性、压缩性、击实性等性质。
表4-7 盐渍土的分类
本管线工程的盐渍土主要分布于甘肃段通渭以西、陕西段华县—华阴地段和山西段的永济市东北伍姓湖区(K48~K54)及清徐张花营村—榆次西荣(K451~K464)地段。
甘肃段通渭以西地段河谷平原一级阶地潜水位埋深很浅,经测定,土壤中平均含盐量3.4%,最大可达8%~15%,属硫酸—氯型中—超盐渍土。
陕西段华县—华阴地段的盐渍土是由于黄河三门峡水库淤积和回水,引起潜水位壅高,使渭河南岸赤水河至方山河一级阶地中部成为浸没区,而导致土壤盐渍化。但近年来当地大量开采地下水,潜水位埋深增大,盐渍化已几近消失。
山西段永济伍姓湖区地势低洼(比周边低5~8m),表层土由粉质粘土和粉土组成,潜水位埋深0~3m,土中含盐量1.06%~1.18%,类型为硫酸—氯型,属中盐渍土。清除张花营村—榆次西地段地势较周边略低,表层土为粉土,潜水位埋深0.2~3m,土中含盐量0.44%~1.12%,类型为氯—硫酸盐型,属弱—中盐渍土。硫酸盐结晶膨胀以及腐蚀作用,对管道将有一定危害。
(4)淤泥质土:
淤泥质土是指在水流缓慢甚或静水环境中沉积,有微生物参与作用的条件下,含较多有机质,而疏松软弱的粘性土,它是近代在滨海、湖泊、沼泽、河弯、废河道等地区沉积的未经固结的一种特殊土。从外观看,这类土常呈灰、灰蓝、灰绿和灰黑等颜色,污染手指并有臭味。土中含有大量亲水性强的粘土矿物(蒙脱石和伊利石占多数),有机质含量较多(一般含量 5%~15%),天然孔隙比大于1,天然含水率大于液限。其结构形式常为蜂窝状或棉絮状,疏松多孔,压缩性很强,地基承载力很低。我国淤泥质土的地理分布基本上可分为两大类:一类是沿海沉积的,另一类是内陆和山区湖沼盆地沉积的。前者分布稳定而厚度大,后者常零星分布且厚度小。
本管线工程的淤泥质土主要分布于湖北—湖南段。管道经过长江等13条大中型河流的冲湖积平原低洼地段,有较大范围的淤泥质软土分布,有机质含量大于1.5%,岩性为淤泥、淤泥质粘土和淤泥质粉土,呈软塑—流塑状,天然含水率多大于35%,最高达133%,孔隙比1~2.02,最高达3.12,压缩系数一般大于0.5MPa-1,最高可达3.68MPa-1,凝聚力一般9.8~29.4k Pa,内摩擦角6°~15°,地基承载力,天然状态下一般为25~55k Pa,常导致建筑物过量沉降和不均匀沉降。很显然,这类土体对管沟开挖影响较大,常导致沟坡坍塌挤出而不易成形。此外,对场站地基稳定性也有影响。
④ 岩土勘察中的时代成因Q4ml、al pl都是什么意思如何却定的
q表示第四系 4表示全新统 ml表示人工填土 al表示冲击成因 pl表示洪积成因
⑤ 工程地质勘探
3.3.2.1 勘探工作综述
(1)勘探点的布设及测量
勘察工作共布置6个工程地质勘察孔,其中北端帮4个,南端帮2个,钻孔坐标及钻孔深度见表3-5,钻孔平面位置见图3-7。
表3-5 钻孔坐标及钻孔深度
图3-7 钻孔位置
图3-8 KT1-1钻孔柱状图
(2)钻探施工
钻探严格控制回次进尺,采用套管护壁、干钻、单动双管金刚石钻进等钻探及取芯工艺,确保岩芯采取率。并按采取的岩土芯结合钻进情况进行地层鉴定、分层与描述。钻进深度和岩土层分层深度的测量误差低于±5cm,同时严格控制非连续取芯钻进的回次进尺,以保证分层精度符合要求。钻孔口径不小于108mm,并满足取样的要求。钻孔施工及探井完成后,均采用水泥砂浆封闭,封孔方法采用泥浆泵注入法,并对场地进行了清污。
(3)取样工作
原状土样采用标准厚壁敞口式取土器以重锤少击法采取;岩样从岩芯管内或边坡上直接采取。取样具体操作方法严格按现行有关标准规范,结合岩土性质分布特征执行。
3.3.2.2 勘探成果
本次勘察工作共采集土样720组,岩样640组,绘制钻孔柱状图6张,其中KT1-1钻孔柱状图见图3-8,工程地质剖面图见图3-9至图3-11。
图3-9 剖面1工程地质模型
图3-10 剖面2工程地质模型
图3-11 剖面3工程地质模型
3.3.2.3 钻孔窥视成果
(1)工作原理
钻孔窥视仪主要由地面部分和井下部分组成。地面部分包括控制器、电脑、三脚架、绞车、滑轮和深度计数器;地下部分包括摄像探头和电缆,摄像探头由CCD摄像机、LED灯、玻璃罩和锥形镜组成。钻孔孔壁经LED光源照亮,CCD摄像机摄取由锥形镜反射的孔壁图象,图象信息经电缆传送至控制器和电脑,整个采集过程由图象采集控制软件系统完成,此系统把采集的图象展开和合并,记录在电脑上。
图3-12 智能钻孔窥视仪及原理
(2)钻孔窥视成果
本次勘察共设立了5个钻孔窥视监测孔,其中北帮3个,南帮2个。
钻孔KT1-1位于安家岭矿北帮西部,其孔内4m以上区域较为破碎(图3-13)。2014年2月,受2号井工矿影响,安家岭矿北帮1310和1280两个弱面发生错动,钻孔KT1-1位于1280弱面下缘,故其完成性较差。其余部分局部破碎,整体完整性较好,说明下部岩层没有发生大规模错动。
图3-13 KT1-1孔内情况
钻孔KT2-1、KT2-2位于安家岭矿北帮东部,目前受2号井影响较小,孔内岩层整体性较好,局部见裂隙发育,见图3-14和图3-15。
图3-14 KT2-1孔内局部裂隙发育
图3-15 KT2-2孔内整体完整性较好
钻孔KT3-1、KT3-2位于安家岭矿南帮中部,工程地质条件好于北帮,通过钻孔电视观察,钻孔KT3-1、KT3-2整体完整性较好,局部裂隙发育,钻孔KT3-2在101.3m处有出水点,见图3-16、图3-17。
图3-16 KT3-1孔内整体完整性较好
图3-17 KT3-2孔内出水
⑥ 岩土工程考题38
1. 岩土工程:以工程地质学、土力学、岩体力学和基础工程学为理论基础,以解决在建设过程中出现的与岩体和土体有关的工程技术问题,是一门地质与工程紧密结合的学科。包括地基与基础、边坡和地下工程。
2. 岩土工程勘察的基本任务:按照建筑物或构筑物不同勘察阶段的要求,为工程设计、施工以及岩土体治理加固、开挖支护和降水等工程提供地质资料和必要的技术参数,对有关的岩土工程问题做出论证、评价。(详)
3. 工程地质条件:定义为与工程建设有关的地质因素的综合。这些因素包括:沿途类型及其工程性质、地质构造及岩土体结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等。是一个综合概念,直接影响到工程建筑物的安全、经济和正常运行。
4. 岩土工程问题:指的是工程建筑物与岩土体之间存在的矛盾或问题。是岩土工程勘察的核心任务。
5. 不良地质现象:定义为对工程建设不利或有不良影响的动力地质现象。它泛指地球外动力作用为主引起的各种对建设不利的地质现象。
6. 为何进行岩土工程勘察等级划分?如何划分?
答:等级划分的目的是为了勘查工作量的布置。岩土工程勘察的等级是由工程安全等级、场地和地基的复杂程度三项因素决定的。
岩土勘察等级:工程安全等级(三级)、场地复杂程度等级(建筑抗震稳定性、不良地质现象发育情况、地质环境破坏程度、地形地貌条件)、地基复杂程度等级(三级,一级地基最差)。
7. 工程安全等级,是根据由于工程岩土体或结构失稳破坏,导致建筑物破坏而造成生命财产损失、社会影响及修复可能性等后果的严重性和工程类型来划分的。
8. 场地复杂程度等级,是由建筑抗震稳定性、不良地质现象发育情况、地质环境破坏程度和地形地貌条件四个条件衡量的,划分为三个等级。场地条件包括:建筑抗震稳定性、不良地质现象发育情况、地质环境破坏程度、地形地貌条件。
9. 岩土工程勘察工作划分为:可行性研究勘察、初步勘察、详细勘察。详细勘察的目的,是对岩土工程设计、岩土体处理与加固、不良地质现象的防治工程进行计算与评价,以满足施工图设计的要求。
10. 工程地质测绘,是运用地质、工程地质理论,对于工程建设有关的各种地质现象进行观察和描述,初步查明拟建场地或各建筑地段的工程地质条件。将工程地质条件诸要素采用不同的颜色、符号,按照精度要求标绘在一定比例尺的地形图上,并结合勘探、测试和其他勘察工作的资料,变质成工程地质图。优点:工程地质测绘所需仪器设备简单,耗费资金较少,工作周期又短。
11. 如何确定测绘范围?有三方面确定,拟建建筑为的类型和规模、设计阶段、工程地质条件的复杂程度和研究程度。
工程测绘
12. 工程测绘比例尺选择:取决于设计要求。选择原则:(1)和使用部分要求提供图件比例尺相当(2)与勘测设计阶段有关(3)工程地质条件复杂程度和建筑物类型、规模、重要性。
13. 工程地质测绘地层岩性研究的内容:(1)确定底层的时代和填图单位(2)各类岩土层的分布、岩性、岩相及成因类型(3)岩土层的正常层序、接触关系、厚度及其变化规律(4)岩土的工程性质。
14. 工程测绘地质构造研究的内容:(1)岩层的产状及各种构造型式的分布、形态和规模(2)软弱结构面(带)的产状及其性质,包括断层的位置、类型、产状、断距、破碎带宽度及充填胶结情况(3)岩土层各种接触面及各类构造岩的工程特性(4)晚近期构造活动的形迹、特点及于地震活动的关系。
15. 在打比例尺工程地质测绘中,小构造研究具有重要的实际意义,因为小构造直接控制着岩土体的完整性、强度和透水性,是岩土工程评价的重要依据。
16. 地质结构:节理、断层、褶皱
17. 地质测绘中地貌研究的内容:(1)地貌形态特征、分布和成因(2)划分地貌单元,地貌单元形成于岩性、地质构造及不良地质现象等的关系(3)各种地貌形态和地貌单元的发展演化历史。
18. 岩土工程勘探的任务:
(1)详细研究建筑场地或建筑地段的岩土体和地质构造;
(2)研究水文地质条件;
(3)研究地貌和不良地质现象;
(4)取样及提供野外试验条件;
(5)提供检验与检测的条件;
(6)其他,如进行孔中摄影机孔中电视,喷锚直呼灌浆处理钻孔。
19.岩土工程勘察常用手段:钻探工程,坑探工程,地球物理勘探。(1)可行性研究勘察阶段:工程地质测绘,多使用物探,钻探和坑探主要用来检验物探成果和取得基准剖面(2)初步勘察阶段:以钻探为主,作原位测试和监测(3)详细勘察阶段:直接勘探及原位测试,复杂地质条件下多采用坑探。
20.回次:钻进一定的进尺要提钻取岩心的一个过程叫一个回次;
回次进尺:一个回次钻进的米数成为回次进尺。
21.钻探类型27页,坑探类型32页。
22.岩土工程勘探中常用的坑探工程有:探槽、试坑、浅井、竖井(斜井)、平硐和石门(平巷),前三种为轻型坑探工程,后三种为重型坑探工程。
23.地球物理勘探简称物探,是用专门的仪器来探测各种地质体物理场的分布情况,对其数据及绘制的曲线进行分析解释,从而划分底层,判定地质构造、水文地质条件及各种不良地质现象的一种勘探方法。
24.勘探工程布置的一般原则:
(1)勘探工作应在工程地质测绘的基础上进行;
(2)无论是勘探的总体布置还是单个勘探点的设计,都要考虑综合利用;
(3)勘探布置应与勘察阶段相适应;
(4)勘探布置应随建筑物的类型和规模而异;
(5)勘探布置应考虑地质、地貌、水文地质等条件;
(6)在勘探线、网中的各勘探点,应视具体条件选择不同的勘探手段,以便互相配合,取长补短,有机地联系起来。
25.如何确定土样的质量等级?根据某一级别的土样所必须使用的器具和操作发放将土样质量定性分为四级,并没有定量标准。
26.土体原位测试,是指在岩土工程勘察现场,在不扰动或基本不扰动涂层的情况下对土层进行测试,以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层的一种土工勘测技术。
优点:(1)可在拟建工程场地进行测试,无需取样,避免了钻探取样带来的一系列困难和问题;(2)所涉及的土尺寸较室内试验样品要大得多,更能反映土的宏观结构对土的性质的影响。
27.载荷试验的主要优点是,对地基土不产生扰动,利用其成果确定的地基承载力最可靠、最有代表性,可直接用于工程设计。其成果用于预估建筑物的沉降量效果很好。
28.静力触探试验(CPT),是把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中,以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。分机械式和电测式。按照探头的类型,静力触探可以分为:单用(桥)探头、双用(桥)探头,多用(孔压)探头。
29.动力触探试验(DPT),是利用一定的锤击动能,将一定规格的探头打入土中,根据每打入土中一定深度的锤击数(或以能量表示)来判定土的性质,并对土进行粗略的力学分层的一种原位测试方法。
30.问答题:动力和静力触探的差异是什么?
31.旁压试验(PMT),是岩土工程勘察中的一种常用的原位测试技术,实质上是一种利用钻孔的原位横向载荷试验。(70页PS曲线)
32.十字板剪切试验(FVST),是用插入软粘土中的十字板头,以一定的速度旋转,在土层中形成圆柱形破坏面,测出土的抵抗力矩,然后换算成土的抗剪强度。(79页资料整理)
33.现场检验指的是在施工阶段对勘察成果的验证核查和施工质量的监控。包括:(1)验证核查岩土工程勘察成果与评价建议(2)施工监理和质量控制。
现场监测是指在工程勘察、施工以至运营期间,对工程有影响的不良地质现象、岩土体性状和地下水等进行监测,目的是为了工程的正常施工和运营,确保安全。包括:(1)施工和各类荷载作用下岩土反应性状的监测(2)对施工或运营中的结构物的监测(3)对环境条件的监测。
34.深基坑开挖和支护的检验和监测内容:(1)对支护机构施工安设工作的现场监理(2)监测土体变形与支护结构的位移(3)对地下水控制设施的装设及运营情况进行监测(4)对邻近的建筑物和重要设施进行监测。
35.岩土参数可分为两类:一类是评价指标,用以评价岩土的性状,作为划分地层鉴定类别的主要依据;另一类是计算指标,用以设计岩土工程,预测岩土体在荷载和自然因素作用下的力学行为和变化趋势,并指导施工和监测。对两类指标的基本要求是可靠性和适用性。
举例说明什么是计算指标。
36.岩土工程勘察报告的基本内容:
(1)委托单位、场地位置、工作简况,勘察的目的、要求和任务,以往的勘察工作及已有的资料;
(2)勘察方法及勘察工作量布置;
(3)场地工程地质条件分析;
(4)岩土参数的分析与选用;
(5)工程施工和运营期间可能发生的岩土工程问题的预测及监控、预防措施的建议(6)根据地质和岩土条件、工程结构特点及场地环境情况,提出地基基础方案、不良地质现象整治方案、开挖和边坡加固方案等岩土利用、整治和改造方案的建议,并进行技术经济论证;
(7)对建筑结构设计和监测工作的建议,工程施工和试用期间应注意的问题,下一步岩土工程勘察工作的建议等。
还有图表和单项报告。
37.斜坡指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体,是地壳表层广泛分布的一种地貌形式。
38.崩塌一般发生在厚层坚硬脆性岩石。该岩石能形成高陡的斜坡,斜坡前缘由于应力重分布和卸荷等原因,产生长而深的拉张裂缝,并与其他结构面组合,逐渐形成连续贯通的分里面,在出发因素作用下发生崩塌。
⑦ 地基土(岩土)的分类与工程性质
(一)地基与基础概念
1.地基
工程上把受建筑物影响,从而引起其发生物理力学性质、内应力变化的那部分岩体或土体(即承担建筑物传来荷载的岩土体)称为地基。它是基础底面下,承受由基础传来荷载的那一部分岩土层。
建筑物的地基,按其构成的介质不同,分为岩石地基和土层地基。
当地基由两层以上的岩土体组成时,通常将直接与基础接触的岩土层称为持力层;持力层下部的土层则称为下卧层。如果把天然岩土层作为建筑物地基,则此时的地基称为天然地基;如果需要经过人工加固处理后才能作为建筑物地基,则这时的地基称为人工地基。在实际工作中,为节约资金,应尽量利用天然地基。
2.基础
基础是指与地层直接接触的建筑物向地基传递荷载的下部结构。它是建筑物的下部结构;起着把建筑物上部结构的荷载分布开来并传递到地基中去的作用。
(1)基础的形式划分
建筑物的基础有多种形式,按埋置深度不同分为浅基础(埋深≤5m,如:单独基础、条形基础、片筏基础等)和深基础(埋深>5m,如:桩基础、墩基础、沉井基础、地下连续墙等)。
(2)地基、基础设计要求
建筑物的上部结构与基础、地基三部分虽然功能各异,却构成了一个既相互制约又共同工作的整体。因此,为了保证建筑物的正常使用,地基、基础设计都需要满足两个基本条件:
1)强度条件。即要求作用于地基上的荷载不超过地基承载能力,以保证地基在防止整体失稳方面有足够的安全储备。
2)变形条件。即控制基础沉降,使之不超过容许值。因此,在建筑物设计、施工之前、必须进行场地的勘探工作,是做好地基基础设计与施工的先决条件。
(二)土的组成与分类
在地质勘探工作中,钻探施工的主要对象是岩土。因此,了解岩土的物理力学性质,对确定钻进、取心、钻孔冲洗方法及其护壁措施,正确选用施工机械设备与工艺技术参数,提高钻孔质量、效率,降低钻探成本具有特别重要的意义。
1.土的组成
土是由固相(矿物、岩石碎屑)、液相(水)与气体组成的三相地质集合体。其中:固相是土粒,矿物成分主要有原生矿物,次生矿物和有机质;液相主要是水或水溶液;气相是指存在于孔隙中的气体,由于气体无色且量少,故一般不易看到。土中气体可分为自由气体和封闭气体。
2.土分类
根据其堆积年代、地质成因、颗粒级配或塑性指数等可作如下分类:
1)按堆积年代分为老堆积土、一般堆积土、新近堆积土。
2)据地质成因分为残积土、坡积土、洪积土、淤积土、冰积土和风积土。
3)按有机质含量为无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭。
4)按颗粒级配或塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。碎石土和砂土的划分应符合如表1-2和表1-3所示的规定。
表1-2 碎石分类
表1-3 砂土分类
(三)土的物理、力学性质
1.土的物理性质
土的物理性质是表明物理状态的一些性质;它反映的是土的轻重、干湿和松密。土的基本物理指标、符号、单位、物理意义和计算公式如表1-4所示。
2.土的力学性质
土在外力作用下所表现的性质,称土的力学性质。它主要包括土在稳定荷载(静荷载)作用下的土的渗透性和压缩性以及抗剪性,黏性土的动力压实性以及流变性。这里只介绍土的渗透性、压缩性和抗剪性。
(1)土的渗透性
土的渗透性在水力坡度(水压差)的作用下,水穿过土体的能力。水在土中的渗流有时会使土体发生变形或破坏,这种现象称渗透变形,它包括流土和管涌两大基本类型。
表1-4 土的基本物理指标
(2)土的压缩性
土的压缩性土体在压力作用下,孔隙比会因孔隙中气体或水排除而减少,从而导致土体积的缩小,这种性质称土的压缩性,衡量土的压缩性的指标较多。
(3)土的抗剪强度
单位面积土体在受平行于土体剪切面的作用下,土体产生变形破坏的极限应力称土的抗剪强度,单位为Pa或MPa。
土的抗剪强度可分为:无黏性土的抗剪强度、非饱和黏性土的抗剪强度、饱和黏性土的抗剪强度。
由于土的以上性质主要在地基计算时应用 ,在钻孔(井)施工时一般不关注土的性质,故不作详细介绍。
⑧ 工程地质勘察与岩土工程勘察有什么区别
工程地质勘察:是为查明影响工程建筑物的地质因素而进行的地质调查研究工作。所需勘察的地质因素包括地质结构或地质构造:地貌、水文地质条件、土和岩石的物理力学性质,自然(物理)地质现象和天然建筑材料等。这些通常称为工程地质条件。查明工程地质条件后,需根据设计建筑物的结构和运行特点,预测工程建筑物与地质环境相互作用(即工程地质作用)的方式、特点和规模,并作出正确的评价,为确定保证建筑物稳定与正常使用的防护措施提供依据。
岩土工程勘察:是指根据建设工程的要求,查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件,编制勘察文件的活动。
⑨ 岩土工程勘察中的地层代号怎么编排的
(1)工程地质测绘。 工程地质测绘是岩土工程勘察的基础工作,一般在勘察的初期阶段进行。这一方法的本质是运用地质、工程地质理论,对地面的地质现象进行观察和描述,分析其性质和规律,并藉以推断地下地质情况
⑩ 岩石按岩体分级标准GB50218-94是如何进行工程分类的
岩石级别 坚固程度 代表性岩石
Ⅰ 最坚固 最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他
各种特别坚固的岩石。(f=20)
Ⅱ 很坚固 很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩,较坚固
的石英岩,最坚固的砂岩和石灰岩.(f=15)
Ⅲ 坚 固 致密的花岗岩,很坚固的砂岩和石灰岩,石英矿
脉,坚固的砾岩,很坚固的铁矿石.(f=10)
Ⅲa 坚 固 坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁
矿,不坚固的花岗岩。(f=8)
Ⅳ 比较坚固 一般的砂岩、铁矿石 (f=6)
Ⅳa 比较坚固 砂质页岩,页岩质砂岩。(f=5)
Ⅴ 中等坚固 坚固的泥质页岩,不坚固的砂岩和石灰岩,软砾
石。(f=4)
Ⅴa 中等坚固 各种不坚固的页岩,致密的泥灰岩.(f=3)
Ⅵ 比较软 软弱页岩,很软的石灰岩,白垩,盐岩,石膏,
无烟煤,破碎的砂岩和石质土壤.(f=2)
Ⅵa 比较软 碎石质土壤,破碎的页岩,粘结成块的砾石、碎
石,坚固的煤,硬化的粘土。(f=1.5)
Ⅶ 软 软致密粘土,较软的烟煤,坚固的冲击土层,粘土质土壤。 (f=1)
Ⅶa 软 软砂质粘土、砾石,黄土。(f=0.8)
Ⅷ 土 状 腐殖土,泥煤,软砂质土壤,湿砂。(f=0.6)
Ⅸ 松散状 砂,山砾堆积,细砾石,松土,开采下来的煤.
(f=0.5)
Ⅹ 流沙状 流沙,沼泽土壤,含水黄土及其他含水土壤.
(f=0.3) A
表示矿岩的坚固性的量化指标.
人们在长期的实践中认识到,有些岩石不容易破坏,有一些则难于破碎。难于破碎的岩石一般也难于凿岩,难于爆破,则它们的硬度也比较大,概括的说就是比较坚固。因此,人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。
坚固性的大小用坚固性系数来表示又叫硬度系数,也叫普氏硬度系数f值)。
坚固性系数f=R/100 (R单位 kg/cm2)
式中R——为岩石标准试样的单向极限抗压强度值。
通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的。
如:
① 极坚固岩石 f=15~20(坚固的花岗岩,石灰岩,石英岩等)
② 坚硬岩石 f=8 ~10(如不坚固的花岗岩,坚固的砂岩等)
③ 中等坚固岩石 f=4 ~6 (如普通砂岩,铁矿等)
④ 不坚固岩石 f=0.8~3 (如黄土、仅为0.3)
矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质,但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。
强度是指矿岩抵抗压缩,拉伸,弯曲及剪切等单向作用的性能。而坚固性所抵抗的外力却是一种综合的外力。(如抵抗锹,稿,机械碎破,炸药的综合作用力)。
岩石分类
岩石可分三大类:1,岩浆岩{喷出岩}.2,沉积岩.3,变质岩.
1、岩浆岩主要有:花岗岩,安山岩,闪长岩,流纹岩,玄武岩辉长岩等等.
2、沉积岩主要有:石英砂岩,石灰砾岩,泥铁岩,白云岩,泥岩,石膏等.
3、变质岩主要有:片麻岩,绿泥石片岩,千枚岩,大理岩,云母片岩等等.
虽然岩石的面貌是千变万化的,但是从它们形成的环境,也就是从成因上来划分,可以把岩石分为三大类:沉积岩、岩浆岩和变质岩。
1、沉积岩
沉积岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型。它是由风化产物、火山物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用,最后形成的岩石。不论那种方式形成的碎屑物质都要经历搬运过程,然后在合适的环境中沉积下来,经过漫长的压实作用,石化成坚硬的沉积岩。
沉积岩依照沈积物颗粒的大小又分砾岩、砂岩、页岩、石灰岩.沉积岩的形成 1.风化侵蚀:在河流上的大石头,经年累月被侵蚀风化,逐渐崩解成小的沙泥、碎屑。 2.搬运:这些碎屑被水流从上游搬运到下游。 3.堆积:下游流速减缓,搬运力减小,岩石碎屑便沉积下来。 4.压密:新的沉积物压在旧的沉积物上,时间久了,底下的沉积物被压得较紧实。 5.胶结:地下水经过沉积物的孔隙,带来的矿物质填满孔隙,使岩石碎屑颗粒紧紧胶结在一起,形成沉积岩。 6.露出:堆积在海底的沉积岩层在板块运动的推挤下拱出海面,露出地表。
2、岩浆岩
岩浆岩也叫火成岩,是在地壳深处或在上地幔中形成的岩浆,在侵入到地壳上部或者喷出到地表冷却固结并经过结晶作用而形成的岩石。因为它生成的条件与沉积岩差别很大,因此,它的特点也与沉积岩明显不同。
岩浆岩又分安山岩、玄武岩、花岗岩。 由地底岩浆冷却凝固形成,由于岩浆成分和冷却凝固方式不同,便形成不同的火成岩。岩浆岩的形成: 1.安山岩:岩浆藉由火山口喷发出地面,快速冷却形成的。 2.玄武岩:岩浆经由缓和喷发漫流而出,逐渐冷凝形成的。 3.花岗岩:岩浆并不喷出地面,而是在地底下慢慢冷却形成的。
3、变质岩
在地壳形成和发展过程中,早先形成的岩石,包括沉积岩、岩浆岩,由于后来地质环境和物理化学条件的变化,在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改变甚至化学成分的变化,而形成一种新的岩石,这种岩石被称为变质岩。变质岩是大陆地壳中最主要的岩石类型之一。
变质岩又分:板岩、片岩、片麻岩、大理岩。 变质岩的形成:1.为变质前的岩层:由于沉积或火山作用,堆积出一层层岩层。 2.挤压岩层:在强大挤压和摩擦力之下,产生温度和压力,使得深埋在地底下的岩石发生变质作用。 3.变质成新岩石:岩石里零散分布的矿物结晶会呈规矩排列,或生出新矿物来,而变成各种新的变质岩。
岩石对人类来说,并不陌生。由动物进化为人类后的第一个时代就是石器时代。那时,我们的祖先用石头作为与大自然作斗争的工具。那么什么是岩石呢?现代地质学称石头为岩石,岩石的“岩”字在古代是山崖和山穴的意思,表示山势高峻、峰岭陡峭的地势;“石”字则是指磬、碑、砚、陨星等。自从18世纪地质学诞生以来,“岩石”一词就不再沿用古义了,我们可以给岩石下这样一个定义:岩石是各种地质作用形成的自然历史产物,是构成地壳的基本组成单位,是由矿物及非晶质组成的,具有一定结构、构造的固态地质体。外观上岩石是多种多样的,但从成因上看,可将所有的岩石归为三大类,即岩浆岩、沉积岩和变质岩,这就是自然界三大类岩石。这三大类岩石在地壳中是怎样分布的呢?在全球陆地表面,沉积岩覆盖了75%,岩浆岩和变质岩加在一起才只占陆地面积的1/4。但是到了地下深处,沉积岩逐渐变成了“少数民族”。在整个地壳中,沉积岩只占到地壳体积的8%,变质岩占了27%,剩下的65%都是岩浆岩。
岩石在太阳辐射、大气、水和生物作用下出现破碎、疏松及矿物成分次生变化的现象。导致上述现象的作用称风化作用。分为:①物理风化作用。主要包括温度变化引起的岩石胀缩、岩石裂隙中水的冻结和盐类结晶引起的撑胀、岩石因荷载解除引起的膨胀等。②化学风化作用。包括:水对岩石的溶解作用;矿物吸收水分形成新的含水矿物,从而引起岩石膨胀崩解的水化作用;矿物与水反应分解为新矿物的水解作用;岩石因受空气或水中游离氧作用而致破坏的氧化作用。③生物风化作用。包括动物和植物对岩石的破坏,其对岩石的机械破坏亦属物理风化作用,其尸体分解对岩石的侵蚀亦属化学风化作用。人为破坏也是岩石风化的重要原因。岩石风化程度可分为全风化、强风化、弱风化和微风化4个级别。
大约在200年前,人们可能认为高山、湖泊和沙漠都是地球上永恒不变的特征。可现在我们已经知道高山最终将被风化和剥蚀为平地,湖泊终将被沉积物和植被填满,沙漠会随着气候的变化而行踪不定。地球上的物质永无止境地运动着。暴露在地壳表面的大部分岩石都处在与其形成时不同的物理化学条件下,而且地表富含氧气、二氧化碳和水,因而岩石极易发生变化和破坏。表现为整块的岩石变为碎块,或其成分发生变化,最终使坚硬的岩石变成松散的碎屑和土壤。矿物和岩石在地表条件下发生的机械碎裂和化学分解过程称为风化。由于风、水流及冰川等动力将风化作用的产物搬离原地的作用过程叫做剥蚀
地表岩石在原地发生机械破碎而不改变其化学成分也不新矿物的作用称物理风化作用。如矿物岩石的热胀冷缩、冰劈作用、层裂和盐分结晶等作用均可使岩石由大块变成小块以至完全碎裂。化学风化作用是指地表岩石受到水、氧气和二氧化碳的作用而发生化学成分和矿物成分变化,并产生新矿物的作用。主要通过溶解作用水化作用水解作用碳酸化作用和氧化作用等式进行。
虽然所有的岩石都会风化,但并不是都按同一条路径或同一个速率发生变化。经过长年累月对不同条件下风化岩石的观察,我们知道岩石特征、气候和地形条件是控制岩石风化的主要因素。不同的岩石具有不同的矿物组成和结构构造,不同矿物的溶解性差异很大。节理、层理和孔隙的分布状况和矿物的粒度,又决定了岩石的易碎性和表面积。风化速率的差异,可以从不同岩石类型的石碑上表现出来。如花岗岩石碑,其成分主要是硅酸盐矿物。这种石碑就能很好地抵御化学风化。而大理岩石碑则明显地容易遭受风化。
气候因素主要是通过气温、降雨量以及生物的繁殖状况而表现的。在温暖和潮湿的环境下,气温高,降雨量大,植物茂密,微生物活跃,化学风化作用速度快而充分,岩石的分解向纵深发展可形成巨厚的风化层。在极地和沙漠地区,由于气候干冷,化学风化的作用不大,岩石易破碎为棱角状的碎屑。最典型的例子,是将矗立于干燥的埃及已35个世纪并保存完好的克列奥帕特拉花岗岩尖柱塔,搬移到空气污染严重的纽约城中心公园之后,仅过了75年就已面目全非。
地势的高度影响到气候:中低纬度的高山区山麓与山顶的温度、气候差别很大,其生物界面貌显著不同。因而风化作用也存在显著的差别。地势的起伏程度对于风化作用也具普遍意义:地势起伏大的山区,风化产物易被外力剥蚀而使基岩裸露,加速风化。山坡的方向涉及到气候和日照强度,如山体的向阳坡日照强,雨水多,而山体的背阳坡可能常年冰雪不化,显然岩石的风化特点差别较大。
剥蚀与风化作用在大自然中相辅相成,只有当岩石被风化后,才易被剥蚀。而当岩石被剥蚀后,才能露出新鲜的岩石,使之继续风化。风化产物的搬运是剥蚀作用的主要体现。当岩屑随着搬运介质,如风或水等流动时,会对地表、河床及湖岸带产生侵蚀。这样也就产生更多的碎屑,为沉积作用提供了物质条件。
岩石在日光、水分、生物和空气的作用下,逐渐被破坏和分解为沙和泥土,称为风化作用。沙和泥土就是岩石风化后的产物。
山地的中的岩石极为多样,差别很大,进行工程分类十分必要。《94规范》首先按岩石强度分类,再进行风化分类。按岩石强度分为极硬、次硬、次软和极软,列举了代表性岩石名称。又以新鲜岩块的饱和抗压强度30MPa为分界标准。问题在于,新鲜的末风化的岩块在现场有时很难取得,难以执行。
岩石的分类可以分为地质分类和工程分类。地质分类主要根据其地质成因、矿物成分、结构构造和风化程度,可以用地质名称(即岩石学名称)加风化程度表达,如强风化花岗岩、微风化砂岩等。这对于工程的勘察设计确是十分必要的。工程分类主要根据岩体的工程性状,使工程师建立起明确的工程特性概念。地质分类是一种基本分类,工程分类应在地质分类的基础上进行,目的是为了较好地概括其工程性质,便于进行工程评价。
为此,本次修订除了规定应确定地质名称和风化程度外,增加了岩块的“坚硬程度”、岩体的“完整程度”和“岩体基本质量等级”的划分。并分别提出了定性和定量的划分标准和方法,可操作性较强。岩石的坚硬程度直接与地基的承载力和变形性质有关,其重要性是无疑的。岩体的完整程度反映了它的裂隙性,而裂隙性是岩体十分重要的特性,破碎岩石的强度和稳定性较完整岩石大大削弱,尤其对边坡和基坑工程更为突出。
本次修订将岩石的坚硬程度和岩体的完整程度各分五级,二者综合又分五个基本质量等级。与国标《工程岩体分级标准》(GB50218-94)和《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)协调一致。
划分出极软岩十分重要,因为这类岩石不仅极软,而且常有特殊的工程性质,例如某些泥岩具有很高的膨胀性;泥质砂岩、全风化花岗岩等有很强的软化性(单轴饱和抗压强度可等于零);有的第三纪砂岩遇水崩解,有流砂性质。划分出极破碎岩体也很重要,有时开挖时很硬,暴露后逐渐崩解。片岩各向异性特别显著,作为边坡极易失稳。事实上,对于岩石地基,特别注意的主要是软岩、极软岩、破碎和极破碎的岩石以及基本质量等级为V级的岩石,对可取原状试样的,可用土工试验方法测定其性状和物理力学性质。
举例:
1 花岗岩,微风化:为较硬岩,完整,质量基本等级为Ⅱ级;
2 片麻岩,中等风化:为较软岩,较破碎,质量基本等级为Ⅳ级;
3 泥岩,微风化:为软岩,较完整,质量基本等级为Ⅳ级;
4 砂岩(第三纪),微风化:为极软岩,较完整,质量基本等级为V级;
5 糜棱岩(断层带):极破碎,质量基本等级为V级。
岩石风化程度分为五级,与国际通用标准和习惯一致。为了便于比较,将残积土也列在表A.0.3中。国际标准ISO/TC182/SCl也将风化程度分为五级,并列入残积土。风化带是逐渐过渡的,没有明确的界线,有些情况不一定能划分出五个完全的等级。一般花岗岩的风化分带比较完全,而石灰岩、泥岩等常常不存在完全的风化分带。这时可采用类似“中等风化-强风化’“强风化-全风化”等语句表述。同样,岩体的完整性也可用类似的方法表述。第三系的砂岩、泥岩等半成岩,处于岩石与土之间,划分风化带意义不大,不一定都要描述风化。
3. 2. 4 关于软化岩石和特殊性岩石的规定,与《94规范》相同,软化岩石浸水后,其承载力会显著降低,应引起重视。以软化系数0.75为界限,是借鉴国内外有关规范和数十年工程经验规定的。
石膏、岩盐等易溶性岩石,膨胀性泥岩,湿陷性砂岩等,性质特殊,对工程有较大危害,应专门研究,故本规范将其专门列出。
3. 2. 5、3. 2. 6 岩石和岩体的野外描述十分重要,规定应当描述的内容是必要的。岩石质量指标RQD是国际上通用的鉴别岩石工程性质好坏的方法,国内也有较多经验,《94规范》中已有反映,本次修订作了更为明确的规定。
岩石
岩石是天然产出的具稳定外型的矿物或玻璃集合体,按照一定的方式结合而成。是构成地壳和上地幔的物质基础。按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。其中岩浆岩是由高温熔融的岩浆在地表或地下冷凝所形成的岩石,也称火成岩;沉积岩是在地表条件下由风化作用、生物作用和火山作用的产物经水、空气和冰川等外力的搬运、沉积和成岩固结而形成的岩石;变质岩是由先成的岩浆岩、沉积岩或变质岩,由于其所处地质环境的改变经变质作用而形成的岩石。
地壳深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。从地表向下16公里范围内火成岩和变质岩的体积占95%。地壳表面以沉积岩为主,它们约占大陆面积的75%,洋底几乎全部为沉积物所覆盖。
岩石学主要研究岩石的物质成分、结构、构造、分类命名、形成条件、分布规律、成因、成矿关系以及岩石的演化过程等。它属地质科学中的重要的基础学科。
十八世纪末岩石学从矿物学中脱胎出来而发展成一门独立的学科。在岩石学发展的初期,主要研究的是火成岩,到了十九世纪中叶才开始系统地研究变质岩,而沉积岩直到二十世纪初才引起人们的注意。目前岩石学正沿着岩浆岩石学、沉积岩石学和变质岩石学三个主要的分支方向发展。
古老岩石都出现在大陆内部的结晶基底之中。代表性的岩石属基性和超基性的火成岩。这些岩石由于受到强烈的变质作用已转变为富含绿泥石和角闪石的变质岩,通常我们称为绿岩。如1973年在西格陵兰发现了同位素年龄约38亿年的花岗片麻岩。1979年,巴屯等测定南非波波林带中部的片麻岩年龄约39亿年左右。
加拿大北部的变质岩—阿卡斯卡片麻岩是保存完好的古老地球表面的一部分。放射性年代测定表明阿卡斯卡片麻岩有将近40亿年的年龄,从而说明某些大陆物质在地球形成之后几亿年就已经存在了。
最近,科学家在澳大利亚西南部发现了一批最古老的岩石,根据其中所含的锆石矿物晶体的同位素分析结果,表明它们的“年龄”约为43亿至44亿岁,是迄今发现的地球上最古老的岩石样本,根据这一发现可以推论,这些岩石形成时,地球上已经有了大陆和海洋。在地球诞生2亿至3亿年后,可能并不象人们所认为的那样由炽热的岩浆所覆盖,而是已经冷却到了足以形成固体地表和海洋的温度。地球的圈层分异在距今44亿年前可能就已经完成了。
目前在中国发现的最古老岩石是冀东地区的花岗片麻岩,其中包体的岩石年龄约为35亿年。
澳大利亚西部Warrawoona群中的微化石在形态结构上比较完整。它们究竟是蓝藻还是细菌目前尚难确定。通常认为,早期叠层石是蓝藻建造的,叠层石是蓝藻存在的指示。如果35亿年前就已经出现蓝藻,则说明释氧的光合作用早就开始了,这便引出一个问题:为什么直到20亿年前大气圈才积累自由氧呢?从35亿年前到20亿年前中间相隔15亿年之久,为什么氧的积累如此缓慢?对此当然有不同的解释。例如近年来已经发现叠层石也可能完全由光合细菌建造,或甚至由非光合细菌建造。
最古老生命存在的间接证据中较重要的是格陵兰西部条带状铁建造(BIF)和轻碳同位素。如果证据成立,则由此可推断在38亿年前的地球上已经出现进行释氧光合作用的微生物,即类似蓝藻的生物。根据Cloud的解释,BIF是由光和微生物周期性地释氧而引起亚铁氧化为高价铁沉积下来的。轻碳同位素也是光合作用的间接证据。但反对的意见认为,BIF形成所需的氧可以通过大气中的水分子的光分解来提供,而轻碳同位素可能来自碳酸盐的热分解。
叠层石是前寒武纪未发生变质的碳酸盐沉积中最常见的一种“准化石”,是由原核生物所建造的有机沉积。这种叠层状的生物沉积构造是由于蓝藻等低等微生物在其生命活动中,通过沉积物的捕获和胶结作用发生周期性的沉积作用而形成的。根据Walter(1983)的统计,在澳大利亚、北美和南非三个不同大陆的11个地点发现了太古宙叠层石,其年龄都在25亿年以上。晚元古代是地史上叠层石最繁盛的时期,其分布广泛、形态多样。后生动物出现以后叠层石骤然衰落。寒武纪至泥盆纪叠层石数量和分布范围有限。泥盆纪以后叠层石只是残存。现代海相叠层石只分布在澳大利亚、中美洲、中东等地的少数地区特殊环境中。
陨石是太阳系内小天体的珍贵标本,为研究太阳系的起源、演化和生命起源提供了宝贵的线索和资料。球粒陨石中不仅含有氨基酸,还有烃类、乙醇和其他可能形成保护原始细胞膜的脂肪族化合物。对生命起源的研究有较大意义。生物化学家David.W.Dreamer用默奇森陨石中得到的化合物制成了球形膜,这些小泡提供了氨基酸、核苷酸和其他有机化合物以及进行生命开始所必需的转变环境。也就是说,当陨石撞击地球时,产生形成生命所需的有机物及必需的环境。和生命起源于彗星的理论一样,这是一种新的天外起源说。另外,康奈尔大学的C.Hyba指出,撞击也可以用其它方式提供生命所需的原材料,来自一次陨石撞击的热和冲击波可以在原始大气中激发起合成有机化合物的化学反应。
陨石是降落到地球表面的小块行星际物质撞入地球大气圈后尚未被烧尽的流星体的残片。在晴朗的夜晚,可以看到一线亮光划过夜空,瞬间消失。这些弥漫在宇宙空间中的星际尘埃,如果被地球的引力捕获便形成陨星;当它们以极快的速度进入地球大气圈时与大气发生摩擦、生热、发光,一部分残留下来落到地表就成为陨石。如果陨石在空中爆炸后象下雨一样降落,就称为陨石雨。1976年3月8日,我国吉林省降落过一次世界罕见的陨石雨,完整的陨石有100余块,重2吨多,其中最大的一块重达1770公斤,是世界上最大的石陨石。陨石来自星际空间,在1969年阿普罗11号在月球着陆并将月岩带回地球以前,陨石是人们能直接加以观察的唯一的外来天体。
近代史上最惊人的陨石坠落事件是1908年的通古斯事件。当时在前苏联西伯利亚通古斯方圆800公里的范围内,都可见到了火光;在100公里范围内,都听到了轰隆巨响;在50公里范围内,高大树木全部被烧毁。很多人推测这次事件与陨石坠落有关,但奇怪的是至今没有找到陨石碎块。因此成为世界著名的“通古斯之谜”,吸引了许多中外科学家前往这个地区进行考察和研究。
陨石可分为三类:石陨石、石铁陨石和铁陨石。其中以石陨石最多,约占94%。同位素年龄测定陨石的年龄约为46亿年。
石陨石:密度为3-3.5克/立方厘米。由硅酸盐矿物橄榄石、辉石、少量斜长石和金属铁的微粒组成。可分为球粒陨石和无球粒陨石,前者含有直径为1-2毫米大小的陨石球粒,它是熔融物质快速冷凝的产物。这种结构在地球上从未发现过。可能是在太阳系形成初期原始行星物质被原始太阳的高温熔化后,在脱离太阳时迅速冷却而形成的。因此,玻璃质球粒的成分就反映了太阳系形成初期原始行星的成分。
石铁陨石:密度约5.6-6克/立方厘米,由铁镍和硅酸盐矿物组成。铁陨石:密度约8-8.5克/立方厘米。大约由80%-95%的金属铁和5%-20%的镍组成