09年造價工程師建設(shè)工程技術(shù)與計量（土建）精華（12）

　　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(zhì)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(zhì)巖和巖漿巖占25％；按質(zhì)量百分比計算，沉積巖僅占地殼質(zhì)量的5％，變質(zhì)巖占6％，而巖漿巖占89％。不同成因的巖石形成條件、物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造各不相同，故它們的物理力學性質(zhì)也不一樣，這些都關(guān)系到工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)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(jié)后形成的巖石。巖石中礦物的結(jié)晶程度、顆粒大小與形狀，以及它們的相互組合關(guān)系不同，形成巖漿巖的不同結(jié)構(gòu)。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(gòu)造。結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征直接影響巖石的強度等工程性質(zhì)。根據(jù)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(jù)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(jié)構(gòu)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(chǔ)，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(tài)產(chǎn)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(jié)理裂隙發(fā)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(jié)理發(fā)育，產(chǎn)狀不規(guī)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(chǎn)物、有機物質(zhì)和某些火山作用產(chǎn)生的物質(zhì)，經(jīng)風化、搬運、沉積和成巖等一系列地質(zhì)作用而形成的層狀巖石。沉積巖主要有碎屑結(jié)構(gòu)（碎屑物質(zhì)被膠結(jié)物粘結(jié)起來而形成的結(jié)構(gòu)）、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)（由粒徑小于0．005mm的黏土顆粒組成的結(jié)構(gòu)）、晶粒結(jié)構(gòu)（由巖石顆粒在水溶液中結(jié)晶或呈膠體形態(tài)凝結(jié)沉淀而成的結(jié)構(gòu)）、生物結(jié)構(gòu)（由生物遺體組成的結(jié)構(gòu)）。沉積巖的構(gòu)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(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）、化學巖及生物化學巖類（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，由于地殼運動和巖漿活動等造成物理化學環(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)巖的結(jié)構(gòu)主要有變余結(jié)構(gòu)（重結(jié)晶或變質(zhì)結(jié)晶作用不完全使原巖結(jié)構(gòu)特征保留）、變晶結(jié)構(gòu)（巖石發(fā)生重結(jié)晶或變質(zhì)結(jié)晶所形成的結(jié)構(gòu)）、碎裂結(jié)構(gòu)（巖石受定向壓力作用發(fā)生破裂，形成碎塊甚至粉末狀后又被膠結(jié)在一起的結(jié)構(gòu)）。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。

　　四、土的工程性質(zhì)

　　土是連續(xù)、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(jīng)過不同的搬運方式，在各種自然環(huán)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(zhì)。各種土的顆粒大小和礦物成分差別很大，土的三相間的數(shù)量比例也不盡相同，而且土粒與其孔隙水溶液及環(huán)境水之間又有復(fù)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(tài)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(tài)。

　　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。顆粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的丁程性質(zhì)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(tài)，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(tài)。若再繼續(xù)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(xiàn)流塑或流動狀態(tài)。黏性土這種因含水量變化而表現(xiàn)出的各種不同物理狀態(tài)，稱為土的稠度。黏性土能在一定的含水量范圍內(nèi)呈現(xiàn)出可塑性，這是黏性土區(qū)別于砂土和碎石土的一大特性，據(jù)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(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，對應(yīng)于轉(zhuǎn)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(zhì)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(tài)黏性土

　　隨水分蒸發(fā)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(fā)而縮小的狀態(tài)為固態(tài)。半固態(tài)黏性土隨含水量增加轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量叫塑限，也稱塑性下限。由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流塑、流動狀態(tài)的界限含水量叫液限。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。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．土的力學性質(zhì)

　　土的力學性質(zhì)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(nèi)就可以結(jié)束。然而，黏性土的透水性低，其壓縮穩(wěn)定所需的時間要比砂土長得多，其固結(jié)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(chǎn)生的剪應(yīng)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(fā)生相對滑移而失穩(wěn)。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(zhì)

　　根據(jù)土中有機質(zhì)含量，土可以分為無機土、有機質(zhì)土、泥炭質(zhì)上和泥炭；根據(jù)土的顆粒級配和塑性指數(shù)分為碎石土、砂土、粉土和黏性土；根據(jù)土的地質(zhì)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(diào)的是要注意一些特殊土的工程性質(zhì)。

　?。?）淤泥及淤泥質(zhì)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。

　?。?）濕陷性黃土。在天然含水量時一般呈堅硬或硬塑狀態(tài)，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(fā)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(qū)以及豫、寧、冀部分地區(qū)。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。而在其閂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)生局部嚴重坍塌；地基土的自重濕陷往往使建筑物發(fā)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(qū)，這類現(xiàn)象極為少見。所以在這兩種不同濕陷性黃土地區(qū)所采取的地基設(shè)計、地基處理、防護措施及施工要求等方面均應(yīng)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?。ㄌ烊豢紫侗纫话銥?．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(shù)一般為20～50），通常呈現(xiàn)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(tài)，甚至飽水的紅黏土也是堅硬狀態(tài)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(qū)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(fù)可逆。在天然條件下一

　　般處于硬塑或堅硬狀態(tài)，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(jié)構(gòu)被擾動時，土體會驟然強度降低、壓縮性增高。在膨脹土地區(qū)進行丁程建筑，如果不采取必要的設(shè)計和施工措施，會導(dǎo)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(qū)，個別處于Ⅰ級階地。

　?。?）填土。是在一定的地質(zhì)、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(guān)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(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丁業(yè)廢料組成的雜填土，采用適當?shù)拇胧┻M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(yīng)注意其不均勻性、工程性質(zhì)隨堆填時間而變化、含腐殖質(zhì)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(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度低、壓縮性高。

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