>>>>> 2021年一級造價工程師《土建工程》備考講義匯總

　　第一章 巖體的構成

　　第一節 巖體的特征

　　巖體是巖石受節理、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，工程巖體的穩定性直接影響部分工程甚至整個工程的安全與穩定，決定工程的成功與失敗，應高度重視。

　　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。

　　(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，節理裂隙發育，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理發育，產狀不規則，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。

　　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(如石灰巖、白云巖、泥灰巖)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境的改變，使原來巖石的成分、結構和構造發生一系列變化，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)。

　　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。

　　(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。

　　3.結構面

　　結構面是切割巖體的各種地質界面的統稱，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。

　　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)斷裂構造

　　斷裂構造是構成地殼的巖體，受力作用發生變形，當變形達到一定程度后，使巖體的連續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育。

　　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。

　　②非構造裂隙。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生顯著相對位移的斷裂構造。

　　①斷層要素。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生，但也有沿已有的剪節理發生。

　　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。

　　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”節理平行或沿該節理形成，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。

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