第一章工程地质 第一节岩体的特征 岩体是岩石受节理、断层、层面及片理面等结构面切割而具有一定结构、受地下水影 响的多裂隙综合体.
岩体和岩石的概念不同，岩石是矿物的集合体，其特征可以用岩块来 表征.
岩体可能由一种或多种岩石组合，且在形成现实岩体的过程中经受了构造变动、风 化作用、卸荷作用等各种内力和外力地质作用的破坏及改造.
建设工程通常将工程影响范围内的岩石综合体称为工程岩体.
工程岩体有地基岩体、 边坡岩体和地下工程围岩三类.
地下工程围岩是指地下的隧道、竖井、地铁、厂房、储 库、车库、车站、商场等地下工程边壁周围的岩体，简称围岩，在工程施工和使用过程 中，承受工程建筑传来的荷载作用的工程岩体的稳定性，直接关系着施工期间和使用期间 工程的安全，关系着工程建设的成功与失败.
一、岩体的结构 （一）岩体的构成 岩体是由岩块或土构成的，岩体的性质取决于岩石或土和结构面的性质.
1.岩石 （1）岩石的主要矿物.
矿物是存在于地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元 素和化合物，其中，构成岩石的矿物称为造岩矿物.组成地壳的岩石都是在一定的地质条 件下，由一种或几种矿物自然组合面成的矿物集合体，矿物的成分、性质及其在各种因素 影响下的变化，都会对岩石造成影响.
例如，岩石中的石英含量越多，钻孔的难度就越 大，钻头、钻机等消耗量也就越多.
由于成分和结构的不同，每种矿物都有自已特有的物理性质，如颜色、光泽、硬度 等.
物理性质是鉴别矿物的主要依据，矿物的颜色分为自色、他色和假色，自色可以作为 鉴别矿物的特征，而他色和假色则不能，例如，依据颜色鉴定矿物的成分和结构，依据光 泽鉴定风化程度，依据硬度鉴定矿物类别，如表1.1.1所示.
表1.1.1矿物硬度 硬度 1 2 4 5 6 8 9 10 矿物 滑石 石膏 方解石董石 磷灰石长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石 在实际工作中，常用可刻划物品来大致测定矿物的相对硬度，如指甲为2～2.5度， 小刀为5~5.5度，玻璃为5.5~6度，钢刀为6~7度.
（2）岩石的成因类型及其特征.组成地壳的岩石按成因可分为岩浆岩（火成岩）、沉 积岩（水成岩）和变质岩三大类.
2建设工程技术与计量（土水建筑工程） 1）岩浆岩.
岩浆岩（火成岩）是岩浆通过地壳运动，沿地壳薄弱地带上升冷却凝结后形 成的岩石.
岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小与形状以及它们的相互组合关系不同，形成岩浆 岩的不同结构.
岩石中的矿物在空间的排列、配置和充填方式不同，形成岩浆岩的不同构造.
根据形成条件，岩浆岩分为喷出岩和侵人岩.
侵人岩是侵入周围岩层中形成的岩浆岩，根据形 成深度，侵人岩又分为深成岩和浅成岩.
深成岩常形成岩基等大型侵人体，岩性一般较单一， 以中、粗粒结构为主，致密坚硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性强，故其常被选为理想的建筑 基础，如花岗岩、正长岩、闪长岩、辉长岩.
浅成岩多以岩床、岩墙、岩脉等状态产出，有时 相互穿插；颗粒细小，岩石强度高，不易风化，但这些小型侵人体与周围岩体的接触部位，岩 性不均一，节理裂隙发育，岩石破碎，风化蚀变严重，透水性增大，如花岗斑岩、闪长岩、 辉绿岩、脉岩，喷出岩是指喷出地表形成的岩浆岩.
一般呈原生孔醇和节理发育，产状不规 则，厚度变化大，岩性很不均匀，比侵人岩强度低，透水性强，抗风能力差，如流纹岩、粗面 岩、安山岩、玄武岩、火山碎屑岩.
2）沉积岩.
沉积岩（水成岩）是在地壳表层常温常压条件下，由风化产物、有机物 质和某些火山作用产生的物质，经风化、搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层 状岩石，沉积岩主要有碎屑结构、泥质结构、晶粒结构、生物结构（由生物遗体组成的结 构）.
沉积岩的构造是指沉积岩各个组成部分的空间分布和排列方式，常见的构造有层理 构造、层面构造、结核（与周围沉积岩不同的、规模不大的团块体）、生物成因构造（如 生物礁体、叠层构造、虫迹、虫孔等）.根据沉积岩的组成成分、结构、构造和形成条件， 可分为碎屑岩类（如砾岩、砂岩、粉砂岩）、黏土岩类（如泥岩、页岩）、化学岩及生物化 学岩类（如石灰岩、白云岩、泥灰岩等）.
3）变质岩.
变质岩是地壳中原有的岩浆岩或沉积岩，由于地壳运动和岩浆活动等造 成物理化学环境的改变，使原来岩石的成分、结构和构造发生一系列变化所形成的新的岩 石.
变质岩的结构主要有变余结构、变晶结构、碎裂结构.
变质岩的构造主要有板状构造 （平行、较密集而平坦的破裂面分裂岩石成板状体）、千枚状构造（岩石呈薄板状）、片状 构造（含大量呈平行定向排列的片状矿物）、片麻状构造（粒状变晶矿物间夹鳞片状、柱 状变品矿物并呈大致平行的断续带状分布）、块状构造（矿物均匀分布、结构均一、无定 向排列，如大理岩、石英岩等）.
根据上述三大类岩石的特征描述，现将它们之间的主要区别归纳如表1.1.2所示.
表1.1.2岩浆岩、沉积岩和变质岩的地质特征 地质特征 岩类 岩業岩 沉积岩 变质岩 全部为从岩浆岩中析 除具有变质前原来岩 出的原生矿物，成分复 次生矿物占主要地位， 石的矿物，如石英、长 条，但较稳定.
浅色的 成分单一，多不固定.
常 石、云母、角闪石、辉 主要矿物 矿物有石英、长石、白 见的有石英、长石、白云 石、方解石、白云石、 成分 云母等：深色的矿物有 母、方解石、白云石、高 高岭石等外，还有经变 黑云母、角闪石、辉石、 岭石等 质作用产生的矿物，如 嫩榄石等 石榴子石、滑石、绿泥 石、蛇纹石等
第一章工程地质3 续表1.1.2 地质特征 岩类 岩景岩 沉积岩 变质岩 以碎屑、泥质及生物碎 结构 以结晶粒状、斑状结屑结构为特征，部分为成 构为特征 分单一的结晶结构，但肉 以变晶结构等为特征 眼不易分辨 构造 具块状、流纹状、气 孔状、杏仁状构造 具层理构造 多具片理构造 直接由高温熔融的岩 主要由先成岩石的风化 由先成的岩紫岩、沉 成因 浆形成 产物，经压密、胶结、重 积岩和变质岩，经变质 结晶等成岩作用面形成 作用而形成 2.± 土是岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在各种自然环境中形成的堆积物.
（1）土的组成，土是由颗粒（固相）、水溶液（液相）和气（气相）所组成的三相体 系，各种土的颗粒大小和矿物成分差别很大，土的三相间的数量比例也不尽相同，而且土 粒与其孔隙水溶液及环境水之间又有复杂的物理化学作用.
根据组成土的固体颗粒矿物成 分的性质及其对土的工程性质影响不同，组成土的固体颗粒矿物可分为原生矿物、不溶于 水的次生矿物、可溶盐类及易分解的矿物、有机质四种.
（2）土的结构和构造.
1）土的结构是指土颗粒本身的特点和颗粒间相互关联的综合特征，一般可分为两大 基本类型： 一种是单粒结构，也称散粒结构，是碎石（卵石）、砾石类土和砂土等无黏性土的基 本结构形式，对土的工程性质影响主要在于其松密程度.
另一种是集合体结构，也称团聚结构或絮凝结构，这类结构为黏性土所特有.
黏性土 组成颗粒细小，表面能大，颗粒带电，沉积过程中粒间引力大于重力，并形成结合水膜连 接，使之在水中不能以单个颗粒沉积下来，面是凝聚成较复杂的集合体进行沉积.
2）土的构造是指整个土层（土体）构成上的不均匀性特征的总合，反映土体力学性 质和其他工程性质的各向异性或土体各部位的不均匀性，是决定勘探、取样或原位测试布 置方案和数量的重要因素之一.整个土体构成上的不均匀性包括：层理、夹层、透镜体、 结核、组成颗粒大小悬殊及裂隙特征与发育程度等，这种构成上的不均匀性是由于土的矿 物成分及结构变化所造成的.
一般土体的构造在水平方向或竖直方向变化往往较大，受成 因控制.
土的构造特征和结构特征一样，也是在它生成过程中各有关因素作用下形成的.
对于每种成因类型的土体，都具有其各自特有的构造.
（3）土的分类.
1）根据有机含量分类.
根据土中有机质含量分为无机质土、有机质土、泥炭质土和
建设工程技术与计量（土术建筑工程） 泥炭.
2）根据颗粒级配和塑性指数分类.
根据颗粒级配和塑性指数分为碎石土、砂土、黏 性土和粉土.
碎石土是粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土，按颗粒级配和颗粒 形状分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾：砂土是粒径大于2mm的颗粒含量不超 过全重50%，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土；黏性土是塑性指数大 于10的土，分为粉质黏土和黏土：粉土是粒径大于0.075mm的颗粒不超过全重50%， 且塑性指数小于或等于10的土.
3）根据地质成因分类.
根据土的地质成因可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、 激积土、冰积土和风积土等.
4）根据颗粒大小及含量分类，根据颗粒大小和含量不同，土可分为巨粒土、粗粒土、 细粒土等，如图1.1.1所示.
0.0050.075260200 黏土粉土砂土砾石卵石漂石 图1.1.1土的分类与土粒粒径（mm） 3.结构面 结构面是切割岩体的各种地质界面的统称，是一些具有一定方向，延展较广较薄的二 维地质界面，如层面、沉积间断面、节理、裂隙、裂缝、断层等，也包括厚度较薄的软弱 夹层.
结构面的特征是影响结构面强度及其他性能的重要因素，一般从方位、间距、延续 性、粗糙度、结构面侧壁强度、张开度、充填物、渗流、节理组数、块体大小等方面来描 述结构面的特征.
层面、节理、裂隙、裂缝、断层等结构面的空间位置定义为结构面的产 状.
结构面的产状由走向、倾向和倾角三个要素表示，如图1.1.2所示.
并且，层面的产 状还代表所在岩层的产状，即表示所在岩层的空间位置.
图1.1.2结构面产状要素 AB一走向：CD一倾向：a例角 （1）结构面的走向，即结构面在空间延伸的方向，用结构面与水平面交线即走向线的方 位角或方同角表示，走同线两端延伸方向均是走向，虽相差180°，但是表示的是同一走向.
（2）结构面的倾向，即结构面在空间的倾斜方向，用垂直走向顺倾斜面向下引出的一 条射线对水平面投影的指向表示.
第一章工程地质5 （3）结构面的倾角，即结构面在空间倾斜角度的大小，用结构面与水平面所夹的锐角 表示.
另外，近似平面的坡面和壁面的空间位置，也可用其走向、倾向、倾角表示.
节理组数的多少决定了岩石的块体大小及岩体的结构类型，可以根据节理组数划分结 构面发育程度.
4.地质构造 地质构造的表现形式多种多样，简单来说，在一定范围内，可以归纳为以下几种类型： （1）水平构造和单斜构造，水平构造是未经构造变动的沉积岩层仍基本保留形成时的 原始水平产状的构造.
先沉积的老岩层在下，后沉积的新岩层在上.
单斜构造是原来水平 的岩层，在受到地壳运动的影响后，产状发生变动形成岩层向同一个方向倾斜的构造，这 种产状往往是褶曲的一翼、断层的一盘，或者是局部地层不均匀上升或下降形成的.
（2）褶皱构造.
褶皱构造是组成地壳的岩层，受构造力的强烈作用，使岩层形成一系 列波状弯曲而未丧失其连续性的构造，它是岩层产生的塑性变形，绝大多数褶皱是在水平 挤压力作用下形成的，但也有少数是在垂直力或力偶作用下形成的.
褶皱构造在层状岩层 中常见，在块状岩体中则很难见到.
褶曲是褶皱构造中的一个弯曲，两个或两个以上褶曲的组合构成褶皱构造，每一个褶 曲都有核部、翼、轴面、轴及枢纽等几个褶曲要素.
褶曲的基本形态是背斜和向斜，如图 1.1.3所示.
背斜褶曲是岩层向上拱起的弯曲，以褶曲轴为中心向两翼倾斜.
当地面受到 剥蚀而出露有不同地质年代的岩层时，较老的岩层出现在褶曲的轴部，从轴部向两翼，依 次出现的是渐新的岩层.
向斜褶曲是岩层向下凹的弯曲，其岩层的倾向与背斜相反，两翼 的岩层都向褶曲的轴部倾斜.
当地面遭受剥蚀，在褶曲轴部出露的是较新的岩层，向两翼 依次出露的是较老的岩层.
图1.1.3背斜与向斜 在褶皱比较强烈的地区，一般都是线形的背斜与向斜相间排列，以大体一致的走向平 行延伸，有规律地组成不同形式的褶皱构造，工程所遇到的具体构造往往是一个一个的褶 曲或是大型褶曲构造的一部分.
不论是背斜褶曲还是向斜褶曲，在褶曲的翼部遇到的，基 本上是单斜构造，一般对建筑物地基没有不良影响，但对路基或隧道走向的选择有影响.
