2020年一級(jí)造價(jià)工程師《土建工程》備考講義：第一章第一節(jié)

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第一章 巖體的構(gòu)成

第一節(jié) 巖體的特征

巖體是巖石受節(jié)理、斷層、層面及片理面等結(jié)構(gòu)面切割而具有一定結(jié)構(gòu)的、受地下水影響的多裂隙綜合體。巖體和巖石的概念不同，巖石是礦物的集合體，巖體可能由一種或多種巖石組合，且在形成現(xiàn)實(shí)巖體的過程中，經(jīng)受了構(gòu)造變動(dòng)、風(fēng)化作用、卸荷作用等各種內(nèi)外力地質(zhì)作用的破壞和改造。

工程巖體有地基巖體、邊坡巖體和地下工程圍巖三類。在工程施工和使用過程中，工程巖體的穩(wěn)定性直接影響部分工程甚至整個(gè)工程的安全與穩(wěn)定，決定工程的成功與失敗，應(yīng)高度重視。

一、巖體的結(jié)構(gòu)

(一)巖體的構(gòu)成

1.巖石

(1)巖石的主要礦物

其中構(gòu)成巖石的礦物，稱為造巖礦物。巖石中的石英含量越多，鉆孔的難度就越大，鉆頭、鉆機(jī)等消耗量就越多。

(2)巖石的成因類型及其特征

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(zhì)巖三大類。

1)巖漿巖

巖漿巖又稱火成巖，是巖漿通過地殼運(yùn)動(dòng)，沿地殼薄弱地帶上升冷卻凝結(jié)后形成的巖石。

根據(jù)形成條件，巖漿巖分為噴出巖和侵入巖。

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(jié)構(gòu)為主，致密堅(jiān)硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性強(qiáng)，故其常被選為理想的建筑基礎(chǔ)，如花崗巖、正長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖;淺成巖多以巖床、巖墻、巖脈等狀態(tài)產(chǎn)出，有時(shí)相互穿插。顆粒細(xì)小，巖石強(qiáng)度高，不易風(fēng)化，但這些小型侵入體與周圍巖體的接觸部位，巖性不均一，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎，風(fēng)化蝕變嚴(yán)重，透水性增大，如花崗斑巖、閃長(zhǎng)玢巖、輝綠巖、脈巖。

噴出巖是指噴出地表形成的巖漿巖，一般呈原生孔隙和節(jié)理發(fā)育，產(chǎn)狀不規(guī)則，厚度變化大，巖性很不均勻，比侵入巖強(qiáng)度低，透水性強(qiáng)，抗風(fēng)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(fēng)化產(chǎn)物、有機(jī)物質(zhì)和某些火山作用產(chǎn)生的物質(zhì)，經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積和成巖等一系列地質(zhì)作用而形成的層狀巖石。沉積巖的構(gòu)造，是沉積巖各個(gè)組成部分的空間分布和排列方式。常見的構(gòu)造有層理構(gòu)造、層面構(gòu)造、結(jié)核(與周圍沉積巖不同的、規(guī)模不大的團(tuán)塊體)、生物成因構(gòu)造(如生物礁體、疊層構(gòu)造、蟲跡、蟲孔等)。根據(jù)沉積巖的組成成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)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(xué)巖及生物化學(xué)巖類(如石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r)等。

3)變質(zhì)巖

變質(zhì)巖是地殼中原有的巖漿巖或沉積巖，由于地殼運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)等造成物理化學(xué)環(huán)境的改變，使原來巖石的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā)生一系列變化，所形成的新的巖石。

變質(zhì)巖的構(gòu)造主要有板狀構(gòu)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(gòu)造(巖石呈薄板狀)、片狀構(gòu)造(含大量呈平行定向排列的片狀礦物)、片麻狀構(gòu)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(xù)帶狀分布)、塊狀構(gòu)造(礦物均勻分布、結(jié)構(gòu)均一、無定向排列，如大理巖、石英巖等)。

2.土

土是巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒，在各種自然環(huán)境中形成的堆積物。

(1)土的組成。土是由顆粒(固相)、水溶液(液相)和氣(氣相)所組成的三相體系。

根據(jù)組成土的固體顆粒礦物成分的性質(zhì)及其對(duì)土的工程性質(zhì)影響不同，組成土的固體顆粒礦物可分為原生礦物、不溶于水的次生礦物、可溶鹽類及易分解的礦物、有機(jī)質(zhì)四種。

(2)土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。土的結(jié)構(gòu)是指土顆粒本身的特點(diǎn)和顆粒間相互關(guān)聯(lián)的綜合特征，一般可分為兩大基本類型：

1)單粒結(jié)構(gòu)。也稱散粒結(jié)構(gòu)，是碎石(卵石)、礫石類土和砂土等無黏性土的基本結(jié)構(gòu)形式，其對(duì)土的工程性質(zhì)影響主要在于其松密程度。

2)集合體結(jié)構(gòu)。也稱團(tuán)聚結(jié)構(gòu)或絮凝結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)為黏性土所特有。黏性土組成顆粒細(xì)小，表面能大，顆粒帶電，沉積過程中粒間引力大于重力，并形成結(jié)合水膜連接，使之在水中不能以單個(gè)顆粒沉積下來，而是凝聚成較復(fù)雜的集合體進(jìn)行沉積。

(3)土的分類。

1)根據(jù)有機(jī)含量分類。根據(jù)土中有機(jī)質(zhì)含量，分為無機(jī)土、有機(jī)質(zhì)土、泥炭質(zhì)土和泥炭。

2)根據(jù)顆粒級(jí)配和塑性指數(shù)分類。根據(jù)顆粒級(jí)配和塑性指數(shù)分為碎石土、砂土、粉土和黏性土。碎石土是粒徑大于 2mm 的顆粒含量超過全重 50%的土，根據(jù)顆粒級(jí)配和顆粒形狀分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫;砂土是粒徑大于 2mm 的顆粒含量不超過全重 50%，且粒徑大于 0.075mm 的顆粒含量超過全重 50%的土;黏性土是塑性指數(shù)大于 10 的土。黏性土分為粉質(zhì)黏土和黏土;粉土是粒徑大于 0.075 的顆粒不超過全重 50%，且塑性指數(shù)小于或等于 10 的土。

3)根據(jù)地質(zhì)成因分類。土可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖擊土、淤積土、冰積土和風(fēng)積土等。

4)根據(jù)顆粒大小及含量分類。土可分為巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土等。

3.結(jié)構(gòu)面

結(jié)構(gòu)面是切割巖體的各種地質(zhì)界面的統(tǒng)稱，是一些具有一定方向，延展較廣較薄的二維地質(zhì)界面，如層面、沉積間斷面、節(jié)理、裂隙、裂縫、斷層等，也包括厚度較薄的軟弱夾層。

結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀由走向、傾向和傾角三個(gè)要素表示，如圖 1.1.2 所示。層面的產(chǎn)狀還代表所在巖層的產(chǎn)狀，即表示所在巖層的空間位置。

(1)結(jié)構(gòu)面走向，即結(jié)構(gòu)面在空間延伸的方向，用結(jié)構(gòu)面與水平面交線即走向線的方位角或方向角表示。走向線兩端延伸方向均是走向，雖相差 180°，但是表示的是同一走向。

(2)結(jié)構(gòu)面的傾向，即結(jié)構(gòu)面在空間的傾斜方向，用垂直走向順傾斜面向下引出的一條射線對(duì)水平面投影的指向。

(3)結(jié)構(gòu)面的傾角，即結(jié)構(gòu)面在空間傾斜角度的大小，用結(jié)構(gòu)面與水平面所夾的銳角表示。

4.地質(zhì)構(gòu)造

(1)水平構(gòu)造和單斜構(gòu)造。

水平構(gòu)造是雖經(jīng)構(gòu)造變動(dòng)的沉積巖層，仍基本保留形成時(shí)的原始水平產(chǎn)狀的構(gòu)造。先沉積的老巖層在下，后沉積的新巖層在上。

單斜構(gòu)造是原來水平的巖層，在受到地殼運(yùn)動(dòng)的影響后，產(chǎn)狀發(fā)生變動(dòng)形成巖層向同一個(gè)方向傾斜的構(gòu)造，這種產(chǎn)狀往往是褶曲的一翼、斷層的一盤，或者是局部地層不均勻的上升或下降形成的。

(2)褶皺構(gòu)造

褶皺構(gòu)造是組成地殼的巖層受構(gòu)造力的強(qiáng)烈作用，使巖層形成一系列波狀彎曲而未喪失其連續(xù)性的構(gòu)造，它是巖層產(chǎn)生的塑性變形。絕大多數(shù)褶皺是在水平擠壓力作用下形成的，但也有少數(shù)是在垂直力或力偶作用下形成的。褶皺構(gòu)造在層狀巖層常見，在塊狀巖體中則很難見到。

對(duì)于隧道工程來說，褶曲構(gòu)造的軸部是巖層傾向發(fā)生顯著變化的地方，是巖層應(yīng)力最集中的地方，容易遇到工程地質(zhì)問題，主要是由于巖層破碎而產(chǎn)生的巖體穩(wěn)定問題和向斜軸部地下水的問題。隧道一般從褶曲的翼部通過是比較有利的。

(3)斷裂構(gòu)造

斷裂構(gòu)造是構(gòu)成地殼的巖體，受力作用發(fā)生變形，當(dāng)變形達(dá)到一定程度后，使巖體的連續(xù)性和完整性遭到破壞，產(chǎn)生各種大小不一的斷裂。它是地殼上層常見的地質(zhì)構(gòu)造，其分布很廣，特別在一些斷裂構(gòu)造發(fā)育的地帶，常成群分布，形成斷裂帶。根據(jù)巖體斷裂后兩側(cè)巖塊相對(duì)位移的情況，將其分為裂隙和斷層兩類。

1)裂隙

裂隙，也稱為節(jié)理，是存在于巖體中的裂縫，是巖體受力斷裂后兩側(cè)巖塊沒有顯著位移的小型斷裂構(gòu)造。一般用裂隙率(巖石中裂隙的面積與巖石總面積的百分比)表示，裂隙率越大，表示巖石中的裂隙越發(fā)育。

根據(jù)裂隙的成因。將其分為構(gòu)造裂隙和非構(gòu)造裂隙兩類。

①構(gòu)造裂隙。構(gòu)造裂隙是巖體受地應(yīng)力作用隨巖體變形而產(chǎn)生的裂隙。所以它在空間分布上具有一定的規(guī)律性。按裂隙的力學(xué)性質(zhì)，可將構(gòu)造裂隙分為張性裂隙和扭(剪)性裂隙。張性裂隙主要發(fā)育在背斜和向斜的軸部，裂隙張開較寬，斷裂面粗糙，一般很少有擦痕，裂隙間距較大且分布不勻，沿走向和傾向都延伸不遠(yuǎn);扭(剪)性裂隙，一般出現(xiàn)在褶曲的翼部和斷層附近。

②非構(gòu)造裂隙。非構(gòu)造裂隙是由成巖作用、外動(dòng)力、重力等非構(gòu)造因素形成的裂隙。如巖石在形成過程中產(chǎn)生的原生裂隙、風(fēng)化裂隙以及沿溝壁岸坡發(fā)育的卸荷裂隙等。其中具有普遍意義的是風(fēng)化裂隙，其主要發(fā)育在巖體靠近地面的部分，一般很少達(dá)到地面下 10～15m 的深度。裂隙分布零亂，沒有規(guī)律性，使巖石多成碎塊，沿裂隙面巖石的結(jié)構(gòu)和礦物成分也有明顯變化。巖體中的裂隙，在工程上除有利于開挖外，對(duì)巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均有不利的影響。巖體中的裂隙，在工程上除有利于開挖外，對(duì)巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均有不利的影響。其破壞了巖體的整體性，促進(jìn)了巖體的風(fēng)化速度，增強(qiáng)了巖體的透水性，進(jìn)而使巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低。

2)斷層

斷層是巖體受力作用斷裂后，兩側(cè)巖塊沿?cái)嗔衙姘l(fā)生顯著相對(duì)位移的斷裂構(gòu)造。

①斷層要素。斷層一般由四個(gè)部分組成。

a.斷層面和破碎帶

b.斷層線

c.斷盤

d.斷距

②斷層基本類型。根據(jù)斷層兩盤相對(duì)位移的情況，可分為正斷層、逆斷層、平推斷層。

正斷層是上盤沿?cái)鄬用嫦鄬?duì)下降，下盤相對(duì)上升的斷層。它一般是受水平張應(yīng)力或垂直作用力使上盤相對(duì)向下滑動(dòng)而形成的，所以在構(gòu)造變動(dòng)中多在垂直于張應(yīng)力的方向上發(fā)生，但也有沿已有的剪節(jié)理發(fā)生。

逆斷層是上盤沿?cái)鄬用嫦鄬?duì)上升，下盤相對(duì)下降的斷層。它一般是由于巖體受到水平方向強(qiáng)烈擠壓力的作用，使上盤沿?cái)嗝嫦蛏襄e(cuò)動(dòng)而成。斷層線的方向常和巖層走向或褶皺軸的方向近于一致，和壓應(yīng)力作用的方向垂直。斷層面從徒傾角至緩傾角都有。

平推斷層是由于巖體受水平扭應(yīng)力作用，使兩盤沿?cái)鄬用姘l(fā)生相對(duì)水平位移的斷層。由于多系受剪

(扭)應(yīng)力形成，因此大多數(shù)與褶皺軸斜交，與“X”節(jié)理平行或沿該節(jié)理形成，其傾角一般是近于直立的。這種斷層的破碎帶一般較窄，沿?cái)鄬用娉Ｓ薪降牟梁邸?/p>

(二)巖體結(jié)構(gòu)特征

1.結(jié)構(gòu)體特征

2.巖體結(jié)構(gòu)類型

巖體結(jié)構(gòu)的基本類型可分為整體塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)。

(1)整體塊狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)面稀疏、延展性差、結(jié)構(gòu)體塊度大且常為硬質(zhì)巖石，整體強(qiáng)度高，變形特

征接近于各向同性的均質(zhì)彈性體，變形模量、承載能力與抗滑能力均較高，抗風(fēng)化能力一般也較強(qiáng)。因而，這類巖體具有良好的工程地質(zhì)性質(zhì)，往往是較理想的各類工程建筑地基、邊坡巖體及地下工程圍巖。

(2)層狀結(jié)構(gòu)。作為工程建筑地基時(shí)，其變形模量和承載能力一般均能滿足要求。但當(dāng)結(jié)構(gòu)面結(jié)合力不強(qiáng)，有時(shí)又有層間錯(cuò)動(dòng)面或軟弱夾層存在，則其強(qiáng)度和變形特性均具各向異性特點(diǎn)，一般沿層面方向的抗剪強(qiáng)度明顯比垂直層面方向的更低，特別是當(dāng)有軟弱結(jié)構(gòu)面存在時(shí)，更為明顯。這類巖體作為邊坡巖體時(shí)，一般來說，當(dāng)結(jié)構(gòu)面傾向坡外時(shí)要比傾向坡里時(shí)的工程地質(zhì)性質(zhì)差得多。

二、巖體的力學(xué)特性

(一)巖體的變形特征

巖體的變形通常包括結(jié)構(gòu)面變形和結(jié)構(gòu)體變形兩個(gè)部分。設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的主要是巖體的變形特性。

巖體變形參數(shù)是由變形模量或彈性模量來反映的。

不同巖體具有不同的流變特性。流變特性是巖體在外部條件不變的情況下，應(yīng)力或變形隨時(shí)間而變化的性質(zhì)，一般有蠕變和松弛兩種表現(xiàn)形式。蠕變是指在應(yīng)力一定的條件下，變形隨時(shí)間的持續(xù)而逐漸增加的現(xiàn)象。松弛是指在變形保持一定時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸減小的現(xiàn)象。試驗(yàn)和工程實(shí)踐表明，巖石和巖體均具有流變性。

特別是軟弱巖石、軟弱夾層、碎裂及散體結(jié)構(gòu)巖體，其變形的時(shí)間效應(yīng)明顯，蠕變特征顯著。有些工程建筑的失事，往往不是因?yàn)楹奢d過高，而是在應(yīng)力較低的情況下巖體產(chǎn)生了蠕變。

(二)巖體的強(qiáng)度性質(zhì)

由于巖體是由結(jié)構(gòu)面和各種形狀巖石塊體組成的，所以，其強(qiáng)度同時(shí)受二者性質(zhì)的控制。一般情況下，巖體的強(qiáng)度既不等于巖塊巖石的強(qiáng)度，也不等于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，而是二者共同影響表現(xiàn)出來的強(qiáng)度。但在某些情況下，可以用巖石或結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度來代替。如當(dāng)巖體中結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，呈完整結(jié)構(gòu)時(shí)，巖石的強(qiáng)度可視為巖體強(qiáng)度。如果巖體沿某一結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生整體滑動(dòng)時(shí)，則巖體強(qiáng)度完全受結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度控制。

三、巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)

(一)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)

1.巖石的物理力學(xué)性質(zhì)

(1)巖石的主要物理性質(zhì)

1)重量

巖石的重量是巖石最基本的物理性質(zhì)之一，一般用比重和重度兩個(gè)指標(biāo)表示。

巖石重度的大小決定于巖石中礦物的比重、巖石的孔隙性及其含水情況。

一般來講，組成巖石的礦物比重大，或巖石的孔隙性小，則巖石的重度就大。在相同條件下的同一種巖石，重度大就說明巖石的結(jié)構(gòu)致密、孔隙性小，巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也較高。

2)孔隙性

巖石的孔隙性用孔隙度表示，反映巖石中各種孔隙的發(fā)育程度。未受風(fēng)化或構(gòu)造作用的侵入巖和某些變質(zhì)巖，其孔隙度一般是很小的，而礫巖、砂巖等一些沉積巖類的巖石，則經(jīng)常具有較大的孔隙度。

3)吸水性

巖石的吸水率與巖石孔隙度的大小、孔隙張開程度等因素有關(guān)。巖石的吸水率大，則水對(duì)巖石顆粒間結(jié)合物的浸潤(rùn)、軟化作用就強(qiáng)，巖石強(qiáng)度和穩(wěn)定性受水作用的影響也就越顯著。

4)軟化性

用軟化系數(shù)作為巖石軟化性的指標(biāo)，在數(shù)值上等于巖石飽和狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度與風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強(qiáng)度的比。其值越小，表示巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性受水作用的影響越大。

5)抗凍性

在高寒冰凍地區(qū)，抗凍性是評(píng)價(jià)巖石工程性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。

(2)巖石主要力學(xué)性質(zhì)

1)巖石的變形

巖石受力作用會(huì)產(chǎn)生變形，在彈性變形范圍內(nèi)用彈性模量和泊桑比兩個(gè)指標(biāo)表示。

2)巖石的強(qiáng)度

巖石受力作用破壞，表現(xiàn)為壓碎、拉斷和剪切等，故有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等。

a.抗壓強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度是巖石在單向壓力作用下抵抗壓碎破壞的能力，是巖石最基本最常用的力學(xué)指標(biāo)。巖石的抗壓強(qiáng)度相差很大，膠結(jié)不良礫巖和軟弱頁巖的小于 20MPa。堅(jiān)硬巖漿巖的大于 245MPa。

b.抗拉強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度是巖石抵抗拉伸破壞的能力，在數(shù)值上等于巖石單向拉伸破壞時(shí)的最大張應(yīng)力。

c.抗剪強(qiáng)度。抗剪強(qiáng)度是指巖石抵抗剪切破壞的能力，在數(shù)值上等于巖石受剪破壞時(shí)的極限剪應(yīng)力。

在一定壓應(yīng)力下巖石剪斷時(shí)，剪切面上的最大剪應(yīng)力，稱為抗剪斷強(qiáng)度，其值一般都比較高?？辜魪?qiáng)度是沿巖石裂隙或軟弱面等發(fā)生剪切滑動(dòng)時(shí)的指標(biāo)，其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于抗剪斷強(qiáng)度。

三項(xiàng)強(qiáng)度中，巖石的抗壓強(qiáng)度最高，抗剪強(qiáng)度居中，抗拉強(qiáng)度最小?？辜魪?qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的 10%～40%，抗拉強(qiáng)度僅是抗壓強(qiáng)度的 2%～16%。巖石越堅(jiān)硬，其值相差越大，軟弱巖石的差別較小。

(二)土體的工程地質(zhì)性質(zhì)

1.土的物理力學(xué)性質(zhì)

(1)土的主要性能參數(shù)

1)土的含水量。

2)土的飽和度。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。Sr<50%是稍濕狀態(tài)，Sr 在 50%～80%之間是很濕狀態(tài)，Sr>80%是飽水狀態(tài)。

3)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(shí)程度，一般孔隙比小于 0.6的土是密實(shí)的低壓縮性土，大于 1.0 的土是疏松的高壓縮性土。

4)土的孔隙率。

5)土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)

碎石土和砂土為無黏性土，緊密狀態(tài)是判定其工程性質(zhì)的重要指標(biāo)。顆粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的工程性質(zhì)受含水量的影響特別大。

黏性土的界限含水量，有縮限、塑限和液限。液限和塑限的差值稱為塑性指數(shù)，它表示黏性土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。塑性指數(shù)愈大，可塑性就愈強(qiáng)。黏性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，稱為液限指數(shù)。液限指數(shù)愈大，土質(zhì)愈軟。

(2)土的力學(xué)性質(zhì)

土的力學(xué)性質(zhì)主要是壓縮性和抗剪強(qiáng)度。土的壓縮性是土在壓力作用下體積縮小的特性。在土的自重或外荷載作用下，土體中某一個(gè)曲面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力值達(dá)到了土對(duì)剪切破壞的極限抗力時(shí)，土體就會(huì)沿著該曲面發(fā)生相對(duì)滑移而失穩(wěn)。土對(duì)剪切破壞的極限抗力稱為土的抗剪強(qiáng)度。

2.特殊土的工程性質(zhì)

(1)軟土。泛指淤泥及淤泥質(zhì)土。天然孔隙比 e 大于或等于 1.0。具有高含水量、高孔隙性、低滲透性、高壓縮性、低抗剪強(qiáng)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(shí)一般呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)，具有較高的強(qiáng)度和低的或中等偏低的壓縮性，但遇水浸濕后，強(qiáng)度迅速降低，有時(shí)即使在其自重作用下也會(huì)發(fā)生劇烈的沉陷。濕陷性黃土受水浸濕后，在其自重壓力下發(fā)生濕陷的，稱為自重濕陷性黃土。而在其自重壓力與附加壓力共同作用下才發(fā)生濕陷的，稱為非自重濕陷性黃土。在自重濕陷性黃土地區(qū)修筑渠道，初次放水時(shí)就可能產(chǎn)生地面下沉，兩岸出現(xiàn)與渠道平行的裂縫。

管道漏水后由于自重濕陷可能導(dǎo)致管道折斷。路基受水后由于自重濕陷而發(fā)生局部嚴(yán)重坍塌。地基土的自重濕陷往往使建筑物發(fā)生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。

(3)紅黏土。天然含水量高、密度小、塑性高，通常呈現(xiàn)較高的強(qiáng)度和較低的壓縮性，不具有濕陷性。由于塑限很高，所以盡管天然含水量高，一般仍處于堅(jiān)硬或硬可塑狀態(tài)，甚至飽水的紅黏土也是堅(jiān)硬狀態(tài)的。

(4)膨脹土。含有大量的強(qiáng)親水性黏土礦物成分，具有顯著的吸水膨脹和失水收縮，且脹縮變形往復(fù)可逆。在天然條件下一般處于硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)，強(qiáng)度較高，壓縮性較低易被誤認(rèn)為是工程性能較好的土，但一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(jié)構(gòu)被擾動(dòng)時(shí)，土體會(huì)驟然強(qiáng)度降低、壓縮性增高。這顯然是由于土的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力都相應(yīng)減小及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞的緣故。

(5)填土。

1)素填土。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(shí)度較差，但若堆積時(shí)間較長(zhǎng)，由于土的自重壓密作用，也能達(dá)到一定密實(shí)度。如堆填時(shí)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(shí)度和強(qiáng)度，可以作為一般建筑物的天然地基。

2)雜填土。雜填土是含有大量雜物的填土。試驗(yàn)證明，以生活垃圾和腐蝕性及易變性工業(yè)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工業(yè)廢料組成的雜填土，采用適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行處理后可作為一般建筑物地基。

3)沖填土。其含水量大，透水性較弱，排水固結(jié)差，一般呈軟塑或流塑狀態(tài)，比同類自然沉積飽和土的強(qiáng)度低、壓縮性高。

(三)結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)性質(zhì)

巖體的完整性、滲透性、穩(wěn)定性和強(qiáng)度等物理力學(xué)性質(zhì)取決于巖石和結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)性質(zhì)，很多情況是結(jié)構(gòu)面的比巖石的影響大。對(duì)巖體影響較大的結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)性質(zhì)，主要是結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、延續(xù)性和抗剪強(qiáng)度。

延伸長(zhǎng)度為 5～10m 的平直結(jié)構(gòu)面，對(duì)地下工程圍巖的穩(wěn)定就有很大的影響，對(duì)邊坡的穩(wěn)定影響一般不大。

結(jié)構(gòu)面的規(guī)模是結(jié)構(gòu)面影響工程建設(shè)的重要性質(zhì)。結(jié)構(gòu)面分為Ⅰ～Ⅴ級(jí)。

Ⅰ級(jí)控制工程建設(shè)地區(qū)的穩(wěn)定性，直接影響工程巖體穩(wěn)定性。

Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面又稱微結(jié)構(gòu)面，常包含在巖塊內(nèi)，主要影響巖塊的物理力學(xué)性質(zhì)，控制巖塊的力學(xué)性質(zhì)。

上述 5 級(jí)結(jié)構(gòu)面中，Ⅱ、Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面往往是對(duì)工程巖體力學(xué)和對(duì)巖體破壞方式有控制意義的邊界條件，它們的組合往往構(gòu)成可能滑移巖體的邊界面，直接威脅工程安全穩(wěn)定性。

(四)地震的震級(jí)與烈度

1.地震震源

震源是深部巖石破裂產(chǎn)生地殼震動(dòng)的發(fā)源地。震源在地面上的垂直投影稱為震中。地震所引起的震動(dòng)以彈性波的形式向各個(gè)方向傳播，其強(qiáng)度隨距離的增加而減小。地震波首先傳達(dá)到震中，震中區(qū)受破壞最大，距震中越遠(yuǎn)破壞程度越小。地面上受震動(dòng)破壞程度相同點(diǎn)的外包線稱為等震線。

地震波通過地球內(nèi)部介質(zhì)傳播的稱為體波。體波分為縱波和橫波，縱波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與震波傳播方向一致，周期短、振幅小、傳播速度快;橫波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與震波傳播方向垂直，周期長(zhǎng)、振幅大、傳播速度較慢。

體波經(jīng)過反射、折射而沿地面附近傳播的波稱為面波，面波的傳播速度最慢。

2.地震震級(jí)

地震是依據(jù)所釋放出來的能量多少來劃分震級(jí)的。釋放出來的能量越多，震級(jí)就越大。中國(guó)科學(xué)院將地震震級(jí)分為五級(jí)：微震、輕震、強(qiáng)震、烈震和大災(zāi)震。目前國(guó)際通用的李希特—古登堡震級(jí)是以距震中100km 的標(biāo)準(zhǔn)地震儀所記錄的最大振幅的μm 的對(duì)數(shù)表示。如記錄的最大振幅是 10mm，即 10000μm，取其對(duì)數(shù)等于 4，則為 4 級(jí)地震。

3.地震烈度

地震烈度，是指某一地區(qū)的地面和建筑物遭受一次地震破壞的程度。地震烈度不僅與震級(jí)有關(guān)，還和震源深度、距震中距離以及地震波通過介質(zhì)條件(巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地下水埋深)等多種因素有關(guān)。

地震烈度又可分為基本烈度、建筑場(chǎng)地烈度和設(shè)計(jì)烈度。

(1)基本烈度代表一個(gè)地區(qū)的最大地震烈度。

(2)建筑場(chǎng)地烈度也稱小區(qū)域烈度，是建筑場(chǎng)地內(nèi)因地質(zhì)條件、地貌地形條件和水文地質(zhì)條件的不同而引起的相對(duì)基本烈度有所降低或提高的烈度。一般降低或提高半度至一度。

(3)設(shè)計(jì)烈度是抗震設(shè)計(jì)所采用的烈度，是根據(jù)建筑物的重要性、永久性、抗震性以及工程的經(jīng)濟(jì)性等條件對(duì)基本烈度的調(diào)整。設(shè)計(jì)烈度一般可采用國(guó)家批準(zhǔn)的基本烈度，但遇不良地質(zhì)條件或有特殊重要意義的建筑物，經(jīng)主管部門批準(zhǔn)，可對(duì)基本烈度加以調(diào)整作為設(shè)計(jì)烈度。

4.震級(jí)與烈度的關(guān)系

震級(jí)與地震烈度既有區(qū)別，又相互聯(lián)系。一般情況下，震級(jí)越高、震源越淺，距震中越近，地震烈度就越高，一次地震只有一個(gè)震級(jí)，但震中周圍地區(qū)的破壞程度，隨距震中距離的加大而逐漸減小，形成多個(gè)不同的地震烈度區(qū)，它們由大到小依次分布。但因地質(zhì)條件的差異，也可能出現(xiàn)偏大或偏小的烈度異常區(qū)。

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