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　　第一章　工程地質

　　一、考情分析

　　本章主要以單選題為主，單選題6題，多選題2題。共計10分。其中第二節(jié)1分，其他三節(jié)分值比較平均。本章知識點較分散，內容涵蓋較多，學員應該理解記憶。

　　本章歷年試題分值分布

　　第一節(jié)　巖體的特征

　　巖體是巖石受節(jié)理、斷層、層面及片理面等結構面切割而具有一定結構的、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，且在形成現實巖體的過程中，經受了構造變動、風化作用、卸荷作用等各種內外力地質作用的破壞和改造。

　　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工程的安全與穩(wěn)定，決定工程的成功與失敗，應高度重視。

　　【2016年試題】工程巖體分類有(　)。

　　A.穩(wěn)定巖體

　　B.不穩(wěn)定巖體

　　C.地基巖體

　　D.邊坡巖體

　　E.地下工程圍巖

　　『正確答案』CDE

　　『答案解析』本題考查的是巖體的結構。工程巖體有地基巖體、邊坡巖體和地下工程圍巖三類。參見教材P1。

　　一、巖體的結構

　　(一)巖體的構成

　　1.巖石

　　(1)巖石的主要礦物

　　其中構成巖石的礦物，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、鉆機等消耗量就越多。

　　【2015年試題】對巖石鉆孔作業(yè)難度和定額影響較大的礦物成分是(　)。

　　A.云母

　　B.長石

　　C.石英

　　D.方解石

　　『正確答案』C

　　『答案解析』本題考查的是巖石。巖石中的石英含量越多，鉆孔難度就越大，鉆頭、鉆機等消耗量就越多。參見教材P1。

　　由于成分和結構的不同，每種礦物都有自己特有的物理性質，如顏色、光澤、硬度等。物理性質是鑒別礦物的主要依據。

　　礦物的顏色分為自色、他色和假色，自色可以作為鑒別礦物的特征，而他色和假色則不能。

　　例如，依據顏色鑒定礦物的成分和結構，依據光澤鑒定風化程度，依據硬度鑒定礦物類別，如表1.1.1。

　　表1.1.1　礦物硬度表

　　在實際工作中常用可刻劃物品來大致測定礦物的相對硬度，如指甲約為2～2.5度，小刀約為5～5.5度，玻璃約為5.5～6度，鋼刀約為6～7度。

　　【2018年試題】以下礦物可用玻璃刻劃的有(　)。

　　A.方解石

　　B.滑石

　　C.剛玉

　　D.石英

　　E.石膏

　　『正確答案』ABE

　　『答案解析』本題考查的是巖石。礦物的相對硬度，玻璃約為5.5～6度，方解石為3度，滑石為1度，剛玉為9度，石英為7度，石膏為2度。參見教材P1。

　　(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)和變質巖三大類。

　　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。

　　根據形成條件，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(tài)產出，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，產狀不規(guī)則，厚度變化大，巖性很不均勻，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。

　　【2018年試題】正常情況下，巖漿巖中的侵入巖與噴出巖相比，其顯著特征為(　)。

　　A.強度低

　　B.強度高

　　C.抗風化能力差

　　D.巖性不均勻

　　『正確答案』B

　　『答案解析』本題考查的是巖體的結構。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，產狀不規(guī)則，厚度變化大，巖性很不均勻，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。A、C、D均為噴出巖特點。參見教材P2。

　　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(guī)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?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r)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(huán)境的改變，使原來巖石的成分、結構和構造發(fā)生一系列變化，所形成的新的巖石。

　　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(xù)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)。

　　三大類巖石的主要區(qū)別。根據上述三大類巖石的特征描述，現將它們之間的主要區(qū)別歸納如表1.1.2。

　　表1.1.2　巖漿巖、沉積巖和變質巖的地質特征表

　　【2013年試題】常見的沉積巖有(　)。

　　A.輝綠巖

　　B.泥巖

　　C.石灰?guī)r

　　D.白云巖

　　E.大理巖

　　『正確答案』BCD

　　『答案解析』本題考查的是巖石。選項A，輝綠巖屬于巖漿巖，選項E，大理巖屬于變質巖。參見教材P2。

　　【2010年試題】大理巖屬于(　)。

　　A.巖漿巖

　　B.變質巖

　　C.火成巖

　　D.沉積巖

　　『正確答案』B

　　『答案解析』本題考查的是巖石。變質巖的構造主要有板狀構造、片狀構造、千枚狀構造、塊狀構造，大理石屬于塊狀構造。參見教材P2。

　　2.土

　　土是巖石在風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。

　　根據組成土的固體顆粒礦物成分的性質及其對土的工程性質影響不同，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、有機質四種。

　　(2)土的結構和構造。土的結構是指土顆粒本身的特點和顆粒間相互關聯(lián)的綜合特征，一般可分為兩大基本類型：

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

　　2)集合體結構。也稱團聚結構或絮凝結構，這類結構為黏性土所特有。黏性土組成顆粒細小，表面能大，顆粒帶電，沉積過程中粒間引力大于重力，并形成結合水膜連接，使之在水中不能以單個顆粒沉積下來，而是凝聚成較復雜的集合體進行沉積。

　　【2012年試題】不宜作為建筑物地基填土的是(　)。

　　A.堆填時間較長的砂土

　　B.經處理后的建筑垃圾

　　C.經壓實后的生活垃圾

　　D.經處理后的一般工業(yè)廢料

　　『正確答案』C

　　『答案解析』本題考查的是土體的工程地質性質。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，采用適當的措施進行處理后可作為一般建筑物地基。參見教材P14。

　　【2016年試題】黏性土的塑性指數(　)。

　　A.>2

　　B.<2

　　C.>10

　　D.<10

　　『正確答案』C

　　『答案解析』本題考查的是土。黏性土是塑性指數大于10的土。參見教材P4。

　　【2017年試題】整個土體構成上的不均勻性包括(　)。

　　A.層理

　　B.松散

　　C.團聚

　　D.絮凝

　　E.結核

　　『正確答案』AE

　　『答案解析』本題考查的是土。整個土體構成上的不均勻性包括：層理、夾層、透鏡體、結核、組成顆粒大小懸殊及裂隙特征與發(fā)育程度等。參見教材P3。

　　(3)土的分類。

　　1)根據有機含量分類。根據土中有機質含量，分為無機土、有機質土、泥炭質土和泥炭。

　　2)根據顆粒級配和塑性指數分類。根據顆粒級配和塑性指數分為碎石土、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，根據顆粒級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;黏性土是塑性指數大于10的土。黏性土分為粉質黏土和黏土;粉土是粒徑大于0.075的顆粒不超過全重50%，且塑性指數小于或等于10的土。

　　3)根據地質成因分類。土可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖擊土、淤積土、冰積土和風積土等。

　　4)根據顆粒大小及含量分類。土可分為巨粒土、粗粒土、細粒土等。如圖1.1.1所示。

　　圖1.1.1　土的分類與土粒粒徑

　　3.結構面

　　結構面是切割巖體的各種地質界面的統(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。

　　結構面的產狀由走向、傾向和傾角三個要素表示，如圖1.1.2所示。層面的產狀還代表所在巖

　　層的產狀，即表示所在巖層的空間位置。

　　(1)結構面走向，即結構面在空間延伸的方向，用結構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)結構面的傾向，即結構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水平面投影的指向。

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

　　圖1.1.2　結構面產狀要素

　　AB—走向;CD—傾向;α—傾角

　　節(jié)理組數的多少決定了巖石的塊體大小及巖體的結構類型，可以根據節(jié)理組數劃分結構面發(fā)育程度。

　　4.地質構造

　　(1)水平構造和單斜構造。

　　水平構造是雖經構造變動的沉積巖層，仍基本保留形成時的原始水平產狀的構造。先沉積的老巖層在下，后沉積的新巖層在上。

　　單斜構造是原來水平的巖層，在受到地殼運動的影響后，產狀發(fā)生變動形成巖層向同一個方向傾斜的構造，這種產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)褶皺構造

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

　　對于隧道工程來說，褶曲構造的軸部是巖層傾向發(fā)生顯著變化的地方，是巖層應力最集中的地方，容易遇到工程地質問題，主要是由于巖層破碎而產生的巖體穩(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。

　　【2018年試題】隧道選線時，應優(yōu)先布置在(　)。

　　A.褶皺兩側

　　B.向斜核部

　　C.背斜核部

　　D.斷層帶

　　『正確答案』A

　　『答案解析』本題考查的是巖體的結構。對于隧道工程來說，褶曲構造的軸部是巖層傾向發(fā)生顯著變化的地方，是巖層應力最集中的地方，容易遇到工程地質問題，主要是由于巖層破碎而產生的巖體穩(wěn)定問題和向斜軸部地下水的問題。因而，隧道一般從褶曲的翼部通過是比較有利的。參見教材P6。

　　◆背斜褶曲是巖層向上拱起的彎曲，以褶曲軸為中心向兩翼傾斜。當地面受到剝蝕而出露有不同地質年代的巖層時，較老的巖層出現在褶曲的軸部，從軸部向兩翼，依次出現的是較新的巖層。

　　◆向斜褶曲，是巖層向下凹的彎曲，其巖層的傾向與背斜相反，兩翼的巖層都向褶曲的軸部傾斜。當地面遭受剝蝕，在褶曲軸部出露的是較新的巖層，向兩翼依次出露的是較老的巖層。

　　◆對于深路塹和高邊坡來說，當路線垂直巖層走向，或路線與巖層走向平行但巖層傾向與邊坡傾向相反時，對路基邊坡的穩(wěn)定性是有利的。不利的情況是路線走向與巖層的走向平行，邊坡與巖層的傾向一致，最不利的情況是路線與巖層走向平行，巖層傾向與路基邊坡一致，而邊坡的傾角大于(陡于)巖層的傾角。

　　【2013年試題】褶皺構造是(　)。

　　A.巖層受構造力作用形成一系列波狀彎曲且未喪失連續(xù)性的構造

　　B.巖層受構造力作用形成一系列波狀彎曲而喪失連續(xù)性的構造

　　C.巖層受水平擠壓力作用形成一系列波狀彎曲而喪失連續(xù)性的構造

　　D.巖層受垂直力作用形成一系列波狀彎曲而喪失連續(xù)性的構造

　　『正確答案』A

　　『答案解析』本題考查的是地質構造。褶皺構造是組成地殼的巖層，受構造力的強烈作用，使巖層形成一系列波狀彎曲而未喪失其連續(xù)性的構造。參見教材P5。

　　【2011年試題】在有褶皺構造的地區(qū)進行隧道工程設計，選線的基本原則是(　)。

　　A.盡可能沿褶曲構造的軸部

　　B.盡可能沿褶曲構造的翼部

　　C.盡可能沿褶曲構造的向斜軸部

　　D.盡可能沿褶皺構造的背斜核部

　　『正確答案』B

　　『答案解析』本題考查的是地質構造。對于隧道工程來說，在褶曲構造的軸部，巖層傾向發(fā)生顯著變化，應力作用最集中，容易遇到工程地質問題。一般選線從褶曲的翼部通過是比較有利的。參見教材P6。

　　【2014年試題】隧道選線應盡可能避開(　)。

　　A.褶皺核部

　　B.褶皺兩側

　　C.與巖層走向垂直

　　D.與裂隙垂直

　　『正確答案』A

　　『答案解析』本題考查的是地質構造。在布置地下工程時，原則上應避開褶皺核部。參見教材P6。

　　(3)斷裂構造

　　斷裂構造是構成地殼的巖體，受力作用發(fā)生變形，當變形達到一定程度后，使巖體的連續(xù)性和完整性遭到破壞，產生各種大小不一的斷裂。它是地殼上層常見的地質構造，其分布很廣，特別在一些斷裂構造發(fā)育的地帶，常成群分布，形成斷裂帶。根據巖體斷裂后兩側巖塊相對位移的情況，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巖塊沒有顯著位移的小型斷裂構造。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。

　　表1.1.3　裂隙發(fā)育程度分級及對工程的影響表

　　注：裂隙寬度：密閉裂隙<1mm;微張裂隙為1～3mm;張開裂隙為3～5mm;寬張裂隙>5mm。

　　【2014年試題】某基巖被3組較規(guī)則的X型裂隙切割成大塊狀，多數為構造裂隙，間距0.5m～1.0m，裂隙多密閉少有充填物，此基巖的裂隙對基礎工程(　)。

　　A.無影響

　　B.影響不大

　　C.影響很大

　　D.影響很嚴重

　　『正確答案』B

　　『答案解析』本題考查的是地質構造。裂隙發(fā)育程度等級為較發(fā)育的情況下，其對基礎工程影響不大，對其他工程可能產生相當影響。參見教材P6。

　　根據裂隙的成因。將其分為構造裂隙和非構造裂隙兩類。

　　①構造裂隙。構造裂隙是巖體受地應力作用隨巖體變形而產生的裂隙。所以它在空間分布上具有一定的規(guī)律性。按裂隙的力學性質，可將構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;扭(剪)性裂隙，一般出現在褶曲的翼部和斷層附近。

　　【2015年試題】巖體中的張性裂隙主要發(fā)生在(　)。

　　A.向斜褶皺的軸部

　　B.向斜褶皺的翼部

　　C.背斜褶皺的軸部

　　D.背斜褶皺的翼部

　　E.軟弱夾層中

　　『正確答案』AC

　　『答案解析』本題考查的是地質構造。按裂隙的力學性質，可將構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。參見教材P7。

　　【2017試題】構造裂隙可分為張性裂隙和扭性裂隙，張性裂隙主要發(fā)育在背斜和向斜的(　)。

　　A.橫向

　　B.縱向

　　C.軸部

　　D.底部

　　『正確答案』C

　　『答案解析』本題考查的是巖體的構成。張性裂隙主要發(fā)育在背斜和向斜的軸部。參見教材P7。

　?、诜菢嬙炝严?。非構造裂隙是由成巖作用、外動力、重力等非構造因素形成的裂隙。如巖石在形成過程中產生的原生裂隙、風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化裂隙，其主要發(fā)育在巖體靠近地面的部分，一般很少達到地面下10～15m的深度。裂隙分布零亂，沒有規(guī)律性，使巖石多成碎塊，沿裂隙面巖石的結構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，對巖體的強度和穩(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，對巖體的強度和穩(wěn)定性均有不利的影響。其破壞了巖體的整體性，促進了巖體的風化速度，增強了巖體的透水性，進而使巖體的強度和穩(wěn)定性降低。

　　2)斷層

　　斷層是巖體受力作用斷裂后，兩側巖塊沿斷裂面發(fā)生顯著相對位移的斷裂構造。

　?、贁鄬右?。斷層一般由四個部分組成。

　　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。根據斷層兩盤相對位移的情況，可分為正斷層、逆斷層、平推斷層。

　　正斷層是上盤沿斷層面相對下降，下盤相對上升的斷層。它一般是受水平張應力或垂直作用力使上盤相對向下滑動而形成的，所以在構造變動中多在垂直于張應力的方向上發(fā)生，但也有沿已有的剪節(jié)理發(fā)生。

　　逆斷層是上盤沿斷層面相對上升，下盤相對下降的斷層。它一般是由于巖體受到水平方向強烈擠壓力的作用，使上盤沿斷面向上錯動而成。斷層線的方向常和巖層走向或褶皺軸的方向近于一致，和壓應力作用的方向垂直。斷層面從徒傾角至緩傾角都有。

　　【2010年試題】下盤沿斷層面相對下降，這類斷層大多是(　)。

　　A.受到水平方向強烈張應力形成的

　　B.受到水平方向強烈擠壓力形成的

　　C.斷層線與褶皺軸的方向基本一致

　　D.斷層線與拉應力作用方向基本垂直

　　E.斷層線與壓應力作用方向基本平行

　　『正確答案』BC

　　『答案解析』本題考查的是地質構造。(1)斷層要素：斷層面和破碎帶;斷層線;斷盤;斷距。(2)斷層基本類型：正斷層是上盤沿斷層面相對下降，下盤相對上升的斷層。逆斷層是上盤沿斷層面相對上升，下盤相對下降的斷層。平推斷層是兩盤沿斷層面發(fā)生相對水平位移的斷層。其傾角一般是近于直立的，本題是逆斷層。參見教材P8。

　　平推斷層是由于巖體受水平扭應力作用，使兩盤沿斷層面發(fā)生相對水平位移的斷層。由于多系受剪(扭)應力形成，因此大多數與褶皺軸斜交，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，沿斷層面常有近水平的擦痕。

　　(二)巖體結構特征

　　1.結構體特征

　　2.巖體結構類型

　　巖體結構的基本類型可分為整體塊狀結構、層狀結構、碎裂結構和散體結構。

　　(1)整體塊狀結構。結構面稀疏、延展性差、結構體塊度大且常為硬質巖石，整體強度高，變形特征接近于各向同性的均質彈性體，變形模量、承載能力與抗滑能力均較高，抗風化能力一般也較強。因而，這類巖體具有良好的工程地質性質，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)層狀結構。作為工程建筑地基時，其變形模量和承載能力一般均能滿足要求。但當結構面結合力不強，有時又有層間錯動面或軟弱夾層存在，則其強度和變形特性均具各向異性特點，一般沿層面方向的抗剪強度明顯比垂直層面方向的更低，特別是當有軟弱結構面存在時，更為明顯。這類巖體作為邊坡巖體時，一般來說，當結構面傾向坡外時要比傾向坡里時的工程地質性質差得多。

　　【2011年試題】結構面結合力較差的層狀結構工程地基巖體的工程特性是(　)。

　　A.沿層面方向的抗剪強度高于垂直層面方向

　　B.沿層面方向有錯動比有軟弱夾層的工程地質性質差

　　C.結構面傾向坡外比傾向坡里的工程地質性質好

　　D.沿層面方向的抗剪強度低于垂直層面方向

　　『正確答案』D

　　『答案解析』本題考查的是巖體結構特征。層狀結構。巖體中結構面一般風化微弱、結合力較弱，故這類巖體總體變形模量和承載能力均較高。作為工程建筑地基時，其變形模量和承載能力一般均能滿足要求。但當結構面結合力不強，有時又有層間錯動面或軟弱夾層存在，則其強度和變形特性均具各向異性特點，一般沿層面方向的抗剪強度明顯低于垂直層面方向的，當有軟弱結構面存在時更甚。當結構面傾向坡外時要比傾向坡里時的工程地質性質差得多。參見教材P8。

　　(3)碎裂結構。層狀碎裂結構和碎裂結構巖體變形模量、承載能力均不高，工程地質性質較差。

　　(4)散體結構。巖體節(jié)理、裂隙很發(fā)育，巖體十分破碎，巖石手捏即碎，屬于碎石土類，可按碎石土類考慮。

　　二、巖體的力學特性

　　(一)巖體的變形特征

　　巖體的變形通常包括結構面變形和結構體變形兩個部分。設計人員所關心的主要是巖體的變形特性。巖體變形參數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，應力或變形隨時間而變化的性質，一般有蠕變和松弛兩種表現形式。蠕變是指在應力一定的條件下，變形隨時間的持續(xù)而逐漸增加的現象。松弛是指在變形保持一定時，應力隨時間的增長而逐漸減小的現象。試驗和工程實踐表明，巖石和巖體均具有流變性。

　　特別是軟弱巖石、軟弱夾層、碎裂及散體結構巖體，其變形的時間效應明顯，蠕變特征顯著。有些工程建筑的失事，往往不是因為荷載過高，而是在應力較低的情況下巖體產生了蠕變。

　　(二)巖體的強度性質

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

　　【2011年試題】工程巖體沿某一結構面產生整體滑動時，其巖體強度完全受控于(　)。

　　A.結構面強度

　　B.節(jié)理的密集性

　　C.母巖的巖性

　　D.層間錯動幅度

　　『正確答案』A

　　『答案解析』本題考查的是巖體的力學特性。如當巖體中結構面不發(fā)育，呈完整結構時，巖石強度可視為巖體強度。如果巖體沿某一結構面產生整體滑動時，則巖體強度完全受結構面強度控制。參見教材P10。

　　三、巖體的工程地質性質

　　(一)巖石的工程地質性質

　　1.巖石的物理力學性質

　　(1)巖石的主要物理性質

　　1)重量

　　巖石的重量是巖石最基本的物理性質之一，一般用比重和重度兩個指標表示。

　　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構致密、孔隙性小，巖石的強度和穩(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。未受風化或構造作用的侵入巖和某些變質巖，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。巖石的吸水率大，則水對巖石顆粒間結合物的浸潤、軟化作用就強，巖石強度和穩(wěn)定性受水作用的影響也就越顯著。

　　4)軟化性

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

　　5)抗凍性

　　在高寒冰凍地區(qū)，抗凍性是評價巖石工程性質的一個重要指標。

　　(2)巖石主要力學性質

　　1)巖石的變形

　　巖石受力作用會產生變形，在彈性變形范圍內用彈性模量和泊桑比兩個指標表示。

　　2)巖石的強度

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

　　a.抗壓強度。抗壓強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指標。巖石的抗壓強度相差很大，膠結不良礫巖和軟弱頁巖的小于20MPa。堅硬巖漿巖的大于245MPa。

　　b.抗拉強度?？估瓘姸仁菐r石抵抗拉伸破壞的能力，在數值上等于巖石單向拉伸破壞時的最大張應力。

　　c.抗剪強度?？辜魪姸仁侵笌r石抵抗剪切破壞的能力，在數值上等于巖石受剪破壞時的極限剪應力。在一定壓應力下巖石剪斷時，剪切面上的最大剪應力，稱為抗剪斷強度，其值一般都比較高?？辜魪姸仁茄貛r石裂隙或軟弱面等發(fā)生剪切滑動時的指標，其強度遠遠低于抗剪斷強度。

　　三項強度中，巖石的抗壓強度最高，抗剪強度居中，抗拉強度最小。抗剪強度約為抗壓強度的10%～40%，抗拉強度僅是抗壓強度的2%～16%。巖石越堅硬，其值相差越大，軟弱巖石的差別較小。

　　【2009年試題】某巖石的抗壓強度是200MPa，其抗剪強度和抗拉強度可能約為(　)。

　　A.100MPa和40MPa

　　B.60MPa和20MPa

　　C.10MPa和2MPa

　　D.5MPa和1MPa

　　『正確答案』B

　　『答案解析』本題考查的是巖體的工程地質性質?？辜魪姸燃s為抗壓強度的10%～40%，即20～80MPa;抗拉強度僅是抗壓強度的2%～16%，即4～32MPa。參見教材P11。

　　巖石的抗壓強度和抗剪強度，是評價巖石(巖體)穩(wěn)定性的主要指標，是對巖石(巖體)的穩(wěn)定性進行定量分析的依據。

　　(二)土體的工程地質性質

　　1.土的物理力學性質

　　(1)土的主要性能參數

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

　　4)土的孔隙率。

　　5)土的塑性指數和液性指數

　　碎石土和砂土為無黏性土，緊密狀態(tài)是判定其工程性質的重要指標。顆粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的工程性質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，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(fā)生相對滑移而失穩(wěn)。土對剪切破壞的極限抗力稱為土的抗剪強度。

　　2.特殊土的工程性質

　　(1)軟土。泛指淤泥及淤泥質土。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(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，有時即使在其自重作用下也會發(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(fā)生局部嚴重坍塌。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。

　　【2009年試題】竣工驗收合格的引水渠工程，初期通水后兩岸坡體出現了很長的縱向裂縫，并局部地面下沉，該地區(qū)土質可能為(　)。

　　A.黏土

　　B.軟巖

　　C.砂土

　　D.濕陷性黃土

　　『正確答案』D

　　『答案解析』本題考查的是土體的工程地質性質。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。參見教材P13。

　　(3)紅黏土。天然含水量高、密度小、塑性高，通常呈現較高的強度和較低的壓縮性，不具有濕陷性。由于塑限很高，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。

　　(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(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，或土的原狀結構被擾動時，土體會驟然強度降低、壓縮性增高。這顯然是由于土的內摩擦角和內聚力都相應減小及結構強度破壞的緣故。

　　(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。

　　2)雜填土。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工業(yè)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。

　　3)沖填土。其含水量大，透水性較弱，排水固結差，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。

　　(三)結構面的工程地質性質

　　巖體的完整性、滲透性、穩(wěn)定性和強度等物理力學性質取決于巖石和結構面的物理力學性質，很多情況是結構面的比巖石的影響大。對巖體影響較大的結構面的物理力學性質，主要是結構面的產狀、延續(xù)性和抗剪強度。

　　【2014年試題】結構面對巖體工程性質影響較大的物理力學性質主要是結構面的(　)。

　　A.產狀

　　B.巖性

　　C.延續(xù)性

　　D.顏色

　　E.抗剪強度

　　『正確答案』ACE

　　『答案解析』本題考查的是結構面的工程地質性質。對巖體影響較大的結構面的物理力學性質主要是結構面的產狀、延續(xù)性和抗剪強度。參見教材P14。

　　延伸長度為5～10m的平直結構面，對地下工程圍巖的穩(wěn)定就有很大的影響，對邊坡的穩(wěn)定影響一般不大。

　　結構面的規(guī)模是結構面影響工程建設的重要性質。結構面分為Ⅰ～Ⅴ級。

　?、窦壙刂乒こ探ㄔO地區(qū)的穩(wěn)定性，直接影響工程巖體穩(wěn)定性。

　　Ⅴ級結構面又稱微結構面，常包含在巖塊內，主要影響巖塊的物理力學性質，控制巖塊的力學性質。

　　上述5級結構面中，Ⅱ、Ⅲ級結構面往往是對工程巖體力學和對巖體破壞方式有控制意義的邊界條件，它們的組合往往構成可能滑移巖體的邊界面，直接威脅工程安全穩(wěn)定性。

　　(四)地震的震級與烈度

　　1.地震震源

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

　　地震波通過地球內部介質傳播的稱為體波。體波分為縱波和橫波，縱波的質點振動方向與震波傳播方向一致，周期短、振幅小、傳播速度快;橫波的質點振動方向與震波傳播方向垂直，周期長、振幅大、傳播速度較慢。

　　體波經過反射、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

　　地震是依據所釋放出來的能量多少來劃分震級的。釋放出來的能量越多，震級就越大。中國科學院將地震震級分為五級：微震、輕震、強震、烈震和大災震。目前國際通用的李希特—古登堡震級是以距震中100km的標準地震儀所記錄的最大振幅的μm的對數表示。如記錄的最大振幅是10mm，即10000μm，取其對數等于4，則為4級地震。

　　表1.1.4　地震震級劃分表

　　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有關，還和震源深度、距震中距離以及地震波通過介質條件(巖石性質、地質構造、地下水埋深)等多種因素有關。

　　地震烈度又可分為基本烈度、建筑場地烈度和設計烈度。

　　(1)基本烈度代表一個地區(qū)的最大地震烈度。

　　(2)建筑場地烈度也稱小區(qū)域烈度，是建筑場地內因地質條件、地貌地形條件和水文地質條件的不同而引起的相對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)設計烈度是抗震設計所采用的烈度，是根據建筑物的重要性、永久性、抗震性以及工程的經濟性等條件對基本烈度的調整。設計烈度一般可采用國家批準的基本烈度，但遇不良地質條件或有特殊重要意義的建筑物，經主管部門批準，可對基本烈度加以調整作為設計烈度。

　　4.震級與烈度的關系

　　震級與地震烈度既有區(qū)別，又相互聯(lián)系。一般情況下，震級越高、震源越淺，距震中越近，地震烈度就越高，一次地震只有一個震級，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，形成多個不同的地震烈度區(qū)，它們由大到小依次分布。但因地質條件的差異，也可能出現偏大或偏小的烈度異常區(qū)。

　　【2009年試題】對于地震，工程建設不可因地質條件和建筑物性質進行調整的是(　)。

　　A.震級

　　B.建筑場地烈度

　　C.設計烈度

　　D.基本烈度

　　E.震源深度

　　『正確答案』ADE

　　『答案解析』本題考查的是地震的震級與烈度。震級和烈度的關系：一般情況下，震級越高，震源越淺，距震中越近，地震烈度就越高。一次地震只有一個震級，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，形成多個不同的地震烈度區(qū)，他們由大到小依次分布?；玖叶却硪粋€地區(qū)的最大地震烈度，不可調整。參見教材P16。

　　【2012年試題】關于地震烈度的說法，正確的是(　)。

　　A.地震烈度是按一次地震所釋放的能量大小來劃分

　　B.建筑場地烈度是指建筑場地內的最大地震烈度

　　C.設計烈度需根據建筑物的要求適當調低

　　D.基本烈度代表一個地區(qū)的最大地震烈度

　　『正確答案』D

　　『答案解析』本題考查的是地震的震級與烈度。選項A，地震是依據所釋放出來的能量多少來劃分震級的;選項B，基本烈度代表一個地區(qū)的最大地震烈度;選項C，設計烈度需根據建筑物的要求適當調高。參見教材P16。