造价土建考点强化班第03讲第一章第一节岩体的特征二及第二节地下水的类型与特征.docx

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造价土建考点强化班第03讲第一章第一节岩体的特征二及第二节地下水的类型与特征

【考点7】二、岩体的力学特性

岩体的力学特征主要是岩体的变形、流变和强度特征。

（一）岩体的变形特征。

（1）一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值。

因此，设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。

岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。

（2）岩体的流变特征。

一般有蠕变和松弛两种表现形式。

蠕变是指在应力一定的条件下，变形随时间的持续而逐渐增加的现象。

松弛是指在变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。

（3）岩石和岩体均具有流变性。

（二）岩体的强度特征。

一般情况下，岩体的强度既不等于岩块岩石的强度，也不等于结构面的强度，而是2者共同影响表现出来的强度。

但在某些情况下，可以用岩石或结构面的强度来代替。

如当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，可以岩石的强度代替岩体强度；如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制。

【例题】以下说法正确的有（）。

A.岩体的强度既不等于岩块岩石的强度，也不等于结构面的强度

B.当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，可以岩石的强度代替岩体强度

C.松弛是指在应力一定的条件下，变形随时间的持续而逐渐增加的现象

D.蠕变是指在变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象

E.一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值

【答案】ABE

【解析】C错误，蠕变是指在应力一定的条件下，变形随时间的持续而逐渐增加的现象。

D错误，松弛是指在变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。

【2010真题】建筑物结构设计对岩石地基主要关心的是（）。

A．岩体的弹性模量

B．岩体的结构

C．岩石的抗拉强度

D．岩石的抗剪强度

【答案】A

【解析】就大多数岩体而言，一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值。

因此，设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。

岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。

由于岩体中发育有各种结构面，所以岩体的弹塑性变形较岩石更为显著。

【2011真题】工程岩体沿某一结构面产生整体滑动时，其岩体强度完全受控于（）。

A.结构面强度

B.节理的密集性

C.母岩的岩性

D.层间错动幅度

【答案】A

【解析】如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制。

三、岩体的工程地质性质

（一）岩石的工程地质性质

【考点8】1、岩石的物理力学性质

（1）岩石的主要物理性质

1、重量：

比重；重度（也称容重）

2．孔隙性

空隙度（%）=岩石中各种空隙的总体积/岩石的总体积

空隙性对岩石的强度和稳定性产生重要影响。

岩石空隙度的大小，主要取决于岩石的结构和构造，同时也受外力因素的影响。

未受风化和构造作用侵入岩和某些变质岩，其空隙度一般是很小的，而砾岩、砂岩等一些沉积类的岩石，则经常具有较大的空隙度。

3、吸水性

吸水率=岩石的吸水重量/同体积干燥岩石重量

岩石的吸水率与岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度有关。

4．软化性

软化系数=岩石饱和状态下的极限抗压强度/风干状态下极限抗压强度

5．抗冻性

岩石抵抗孔隙中的水结冰时体积膨胀的能力。

【例题】经常具有较大的空隙度的是（）。

A.砾岩

B.砂岩

C.变质岩

D.岩浆岩

E.片麻石

【答案】AB

【解析】未受风化和构造作用侵入岩和某些变质岩，其空隙度一般是很小的，而砾岩、砂岩等一些沉积类的岩石，则经常具有较大的空隙度。

【考点9】

（2）岩石主要力学性质

1）岩石的变形

岩石在弹性变形范围内用弹性模量和泊松比两个指标表示。

弹性模量越大，岩石抵抗变形的能力越强。

泊松比是横向应变与纵向应变的比。

泊松比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越大。

岩石不是理想的弹性体。

通常所提供的弹性模量和泊松比，只是在一定条件下的平均值。

【例题】表示岩石受力作用后的横向变形大，是（）。

A.泊松比大

B.泊松比小

C.弹性模量大

D.弹性模量小

【答案】A

【解析】泊松比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越大。

2）岩石的强度：

抗压强度，抗拉强度，抗剪强度

抗压强度。

胶结不良砾岩和软弱页岩的小于20MPa，坚硬岩浆岩的大于245MPa。

抗拉强度。

岩石的抗拉强度远小于抗压强度

抗剪强度。

抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力，在数值上等于岩石受剪破坏时的极限剪应力。

三项强度中，岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。

岩石越坚硬，其值相差越大，软弱岩石的差别较小。

抗剪强度约为抗压强度的10％～40％，抗拉强度仅是抗压强度的2％～16％。

岩石越坚硬，其值相差越大，软弱岩石的差别较小。

岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石（岩体）稳定性的主要指标。

2．岩石的分级（略）

【2009真题】某岩石的抗压强度约为200MPa，则其抗剪强度和抗拉强度可能约为（）。

A．100MPa和40MPa

B．60MPa和20MPa

C．10MPa和2MPa

D．5MPa和1MPa

【答案】B

【解析】抗压强度，抗拉强度，抗剪强度三项强度中，岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。

抗剪强度约为抗压强度的10％～40％，抗拉强度仅是抗压强度的2％～16％。

岩石越坚硬，其值相差越大。

岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石（岩体）稳定性的主要指标，是对岩石（岩体）的稳定性进行定量分析的依据之一。

抗剪强度约为抗压强度的10％～40％，为：

20MPa—80MPa；抗拉强度仅是抗压强度200的2％～16％，4MPa---32MPa。

符合条件的只有B。

（二）土体的工程地质性质

【考点10】1．土的物理力学性质

（1）土的主要性能参数

1）土的含水量

2）土的饱和度

土的饱和度（Sr）=土中被水充满的孔隙体积/孔隙总体积。

饱和度Sr越大，表明土孔隙中充水愈多。

Sr<50％是稍湿状态，Sr在50％～80％之间是很湿状态，Sr>80％是饱水状态。

3）土的孔隙比

土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比，。

孔隙比小于0.6的是密实的低压缩性土，大于1.0的土是疏松的高压缩性土。

3）土的孔隙率

土的孔隙率=土的孔隙体积/土的体积

4）土的塑性指数和液性指数。

黏性土由一种稠度状态转变为另一种状态，相应于转变点的含水量称为界限含水量，也称为稠度界限。

缩限：

塑限，液限

塑性指数=（液限-塑限），它表示黏性土处在可塑状态的含水量变化范围。

塑性指数愈大，可塑性就愈强。

液限指数=（黏性土的天然含水量-塑限）/塑性指数。

液限指数愈大，土质愈软。

【例题】以下说法正确的是（）。

A．塑性指数=（天然含水量/塑限）

B．塑性指数=（液限/塑限）

C．液限指数=（黏性土的天然含水量-塑限）/塑性指数

D．液限指数=（黏性土的饱和含水量-塑限）/塑性指数

【答案】C

【解析】塑性指数=（液限-塑限），它表示黏性土处在可塑状态的含水量变化范围。

塑性指数愈大，可塑性就愈强。

液限指数=（黏性土的天然含水量-塑限）/塑性指数。

液限指数愈大，土质愈软。

（2）土的力学性质

1）土的压缩性

黏性土的透水性低，饱和黏性土中的水分只能慢慢排出，因此其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多。

对于饱和软黏性土而言，土的固结问题是十分重要的。

计算地基沉降量时，必须取得土的压缩性指标。

（2）抗剪强度

是在土的自重或外荷载作用下，土体中某一个曲面上产生的剪应力值达到了土对剪切破坏的极限抗力时，土体就会沿着该曲面发生相对滑移而失稳。

土对剪切破坏的极限抗力称为土的抗剪强度。

【例题】以下说法正确的有（）。

A.饱和黏性土压缩稳定所需的时间要比砂土短

B.计算地基沉降量时，必须取得土的压缩性指标

C.土对剪切破坏的极限抗力称为土的抗剪强度

D.孔隙比小于0.6的是密实的高压缩性土

E.液限指数愈大，土质愈坚硬

【答案】BC

【解析】A错误，黏性土的透水性低，饱和黏性土中的水分只能慢慢排出，因此其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多。

D错误，孔隙比小于0.6的是密实的低压缩性土。

E错误，液限指数愈大，土质愈软。

【考点11】2．特殊土的主要工程性质

（1）软土

主要由黏粒和粉粒等细小颗粒组成。

具有高含水量、高孔隙性、低渗透性、高压缩性、低一抗剪强度、较显著的触变性和蠕变性等特性。

（2）湿陷性黄土

1）黄土孔隙比大，具有垂直节理，常呈现直立的天然边坡。

2）分析、判别黄土是否属于湿陷性的、其湿陷性强弱程度以及地基湿陷类型和湿陷等级，是黄土地区工程勘察与评价的核心问题。

3）黄土形成年代愈久，湿陷性减弱甚至不具湿陷性。

4）湿陷性黄土一般分为自重湿陷性和非自重湿陷性黄土两种类型，

5）自重湿陷性黄土的表现

在自重湿陷性黄土地区修筑渠道，初次放水时就可能产生地面下沉，两岸出现与渠道平行的裂缝。

管道漏水后由于自重湿陷可能导致管道折断。

路基受水后由于自重湿陷而发生局部严重坍塌。

地基土的自重湿陷往往使建筑物发生很大的裂缝或使砖墙倾斜，甚至使一些很轻的建筑物也受到破坏。

（3）红黏土

1）红黏土一般呈褐色、棕红等颜色，液限大于50%.

2）红黏土的一般特点是天然含水量高，一般呈现较高的强度和较低的压缩性；不具有湿陷性。

由于塑限很高，所以尽管天然含水量高，一般仍处于坚硬或硬可塑状态。

甚至饱水的红黏土也是坚硬状态的。

（4）膨胀土

1）具有显著的吸水膨胀和失水收缩，且胀缩变形往复可逆的高塑性黏土。

膨胀土多分布于Ⅱ级以上的河谷阶地或山前丘陵地区，个别处于I级阶地。

在天然条件下，一般处于硬塑或坚硬状态，强度较高，压缩性较低，一般易被误认为工程性能较好的土。

2）在膨胀土地区进行工程建筑，如果不采取必要的设计和施工措施，会导致大批建筑物的开裂和损坏，并往往是造成坡地建筑场地崩塌、滑坡、地裂等的严重不稳定因素。

3）膨胀土建筑场地与地基的评价，要分析和计算膨胀土建筑场地和地基的胀缩变形量、强度和稳定性。

（5）填土

①素填土

a.按其组成物质不同划分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土和黏性素填土。

素填土经分层压实者，称为压实填土。

b.素填土的工程性质取决于它的密实性和均匀性。

素填土地基具有不均匀性，防止建筑物不均匀沉降是填土地基的关键。

c.堆填时间超过10年的黏性土、超过5年的粉土、超过2年的砂土均具有一定的密实度和强度，可以作为一般建筑物的天然地基。

②杂填土

a.以生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为主要成分的杂填土，一般不宜作为建筑物地基；

b.对主要以建筑垃圾或一般工业废料组成的杂填土，采用适当（简单、易行、收效好）的措施进行处理后可作为一般建筑物地基。

c.在利用杂填土作为地基时，应注意其不均匀性、工程性质随堆填时间而变化、含腐殖质及水化物等问题。

③冲填土

冲填土的颗粒组成和成分规律与所冲填泥砂的来源及冲填时的水力条件有着密切的关系，其含水量大，透水性较弱，排水固结差，一般呈软塑或流塑状态，比同类自然沉积饱和土的强度低、压缩性高。

【2009真题】某竣工验收合格的引水渠工程，初期通水后两岸坡体出现了很长的纵向裂缝，并局部地面下沉，该地区土质可能为（）。

A．红黏土

B．软岩

C．砂土

D．湿陷性黄土

【答案】D

【解析】在自重湿陷性黄土地区修筑渠道，初次放水时就可能产生地面下沉，两岸出现与渠道平行的裂缝。

【例题】分析、判别黄土（）黄土地区工程勘察与评价的核心问题。

A.是否属于湿陷性的

B.湿陷性强弱程度

C.地基湿陷类型

D.湿陷等级

E.抗剪强度

【答案】ABCD

【解析】分析、判别黄土是否属于湿陷性的、其湿陷性强弱程度以及地基湿陷类型和湿陷等级，是黄土地区工程勘察与评价的核心问题。

【例题】以下说法正确的有（）。

A.膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩，且胀缩变形往复可逆的低塑性黏土。

B.膨胀土多分布于Ⅱ级以上的河谷阶地

C.膨胀土个别分布于山前丘陵地区

D.一般处于坚硬状态，易被误认为工程性能较好的土

E.膨胀土个别处于I级阶地

【答案】BDE

【解析】膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩，且胀缩变形往复可逆的高塑性黏土。

膨胀土多分布于Ⅱ级以上的河谷阶地或山前丘陵地区，个别处于I级阶地。

在天然条件下，一般处于硬塑或坚硬状态，强度较高，压缩性较低，一般易被误认为工程性能较好的土。

（三）结构面的工程性质

对岩体影响较大的结构面的物理力学性质，主要是结构面的产状、延续性和抗剪强度。

延伸长度为5～10m的平直结构面，对地下工程围岩的稳定就有很大的影响，对边坡的稳定影响一般不大。

结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的强度与破坏机理。

结构面的规模是结构面影响工程建设的重要性质。

结构面分为I～V级：

I级

指大断层或区域性断层，控制工程建设地区的稳定性，直接影响工程岩体稳定性。

Ⅱ级

指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。

Ⅲ级

指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。

Ⅳ级

Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律。

V级

结构面又称微结构面，常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。

1、上述5级结构面中，Ⅱ、Ⅲ级结构面往往是对工程岩体力学和对岩体破坏方式有控制意义的边界条件，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性。

2、工程建设要注意软弱结构面。

在产状上多属缓倾角结构面，主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其他夹泥层等。

软弱结构面多为原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构或泥质定向结构，黏粒含量很高，含水量接近或超过塑限，密度比原岩小，常具有一定的胀缩性，力学性质比原岩差，强度低，压缩性高，易产生渗透变形。

【例题】对岩体影响较大的结构面的物理力学性质，主要是结构面的（）。

A.产状

B.延续性

C.抗剪强度

D.抗压强度

E.抗拉强度

【答案】ABC

【解析】对岩体影响较大的结构面的物理力学性质，主要是结构面的产状、延续性和抗剪强度。

【例题】结构面的规模是结构面影响工程建设的重要性质。

结构面分为I～V级，（）结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律。

A.III级

B.II级

C.Ⅳ级

D.B级

【答案】C

【解析】Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律。

【考点12】（四）地震的震级和烈度

1．地震震源

震源是深部岩石破裂产生地壳震动的发源地。

震源在地面上的垂直投影称为震中。

地面上受震动破坏程度相同点的外包线称为等震线。

（见下图）

地震波通过地球内部介质传播的称为体波。

（见下图）体波分为纵波和横波，

（1）纵波的质点振动方向与震波传播方向一致，周期短、振幅小、传播速度快

（2）横波的质点振动方向与震波传播方向垂直，周期长、振幅大、传播速度较慢。

体波经过反射、折射而沿地面附近传播的波称为面波，面波的传播速度最慢。

2．地震震级

地震是依据所释放出来的能量多少来划分震级的。

中国科学院将地震震级分为五级。

地震震级划分表

地震级别

微震

轻震

强震

烈震

大灾震

表现

一般无震感

一般有震感

无害强震

有害强震

破坏烈震

大毁坏震

毁灭性地震

仪器震级

0～2.6

2.6～3.8

3.8～4.8

4.8～6

6～7

7～8

>8.25

目前国际通用的李希特-古登堡震级是以距震中l00km的标准地震仪所记录的最大振幅的um数的对数表示。

如记录的最大振幅是10mm，即10000μm，取其对数等于4，则为4级地震。

3．地震烈度

地震烈度，是指某一地区的地面和建筑物遭受一次地震破坏的程度。

一般分为三个烈度：

基本烈度代表一个地区的最大地震烈度。

建筑场地烈度也称小区域烈度，是建筑场地内因地质条件、地貌地形条件和水文地质条件的不同而引起的相对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；

A．设计烈度是抗震设计所采用的烈度，是根据建筑物的重要性、永久性、抗震性以及工程的经济性等条件对基本烈度的调整。

B.设计烈度一般可采用国家批准的基本烈度，但遇不良地质条件或有特殊重要意义的建筑物，经主管部门批准，可对基本烈度加以调整作为设计烈度。

C.工程从建筑场地的选择到工程建筑的抗震措施等都与地震烈度有密切的关系。

4．震级与烈度的关系

一次地震只有一个震级，但震中周围地区的破坏程度，随距震中距离的加大而逐渐减小，形成多个不同的地震烈度区。

震级（级）

3以下

3

4

5

6

7

8

8以上

震中烈度（度）

I～Ⅱ

III

lV～V

Ⅵ～Ⅶ

Ⅶ～Ⅷ

Ⅸ～X

Ⅺ

Ⅻ

【例题】中国科学院将地震震级分为五级，强震表现为（）。

A.无害强震

B.有害强震

C.仪器震级2.6～3.8

D.仪器震级4.8～6

E.仪器震级6～7

【答案】ABD

【解析】中国科学院将地震震级分为五级。

地震震级划分表

地震级别

微震

轻震

强震

烈震

大灾震

表现

一般无震感

一般有震感

无害强震

有害强震

破坏烈震

大毁坏震

毁灭性地震

仪器震级

0～2.6

2.6～3.8

3.8～4.8

4.8～6

6～7

7～8

>8.25

目前国际通用的李希特一古登堡震级是以距震中l00km的标准地震仪所记录的最大振幅的um数的对数表示。

如记录的最大振幅是10mm，即10000um，取其对数等于4，则为4级地震。

【例题】目前国际通用的李希特-古登堡震级为4级地震，以下说法正确的有（）。

A.以距震中l00km的标准地震仪所记录的数字

B.最大振幅是10mm

C.最大振幅经过数学处理得到的4级

D.主要是根据地震产生的能量分级

E.目前国际通用的李希特-古登堡震级共分12级

【答案】ABC

【解析】目前国际通用的李希特-古登堡震级是以距震中l00km的标准地震仪所记录的最大振幅的um数的对数表示。

第二节地下水的类型与特征

【考点13】一、地下水的类型

根据埋藏条件

分为包气带水、潜水、承压水三大类

根据含水层的空隙性质

分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三个亚类

【例题】地下水根据埋藏条件分为（）。

A.孔隙水

B.裂隙水

C.岩溶水

D.潜水

E.包气带水

【答案】DE

【解析】地下水根据埋藏条件分为包气带水、潜水、承压水三大类。

基本类型

亚类

特点

成因

孔隙水

裂隙水

岩溶水

包气带水

土壤水、沼泽水、不透水透镜体上的上层滞水。

基岩风化壳（黏土裂隙）中的水

垂直渗入带中经常性存在

主要是季节性存在的地下水，无压水。

补给区与分布区一致。

一般为暂时性水。

受季节影响大。

基本是渗入成因，局部是凝结成因

潜

水

坡积、洪积、冲积、湖积、冰碛和冰水沉积物中的水；当经常出露或接近地表时，成为沼泽水、沙漠和海滨砂丘水

基岩上部裂隙中的水

裸露岩溶化岩层中的水

常为无压水。

补给区与分布区一致。

水位升降决定地表水的渗入和地下蒸发，并在某些地方决定于水压的传递。

①潜水面上无稳定隔水层。

②潜水自水位较高处向水位较低处渗流。

③在山脊地带潜水位的最高处可形成潜水分水岭。

一般地面坡度越大，潜水面的坡度也越大，但潜水面坡度经常小于当地的地面坡度。

基本上是渗入成因，局部才能凝结成因

承

压

水

松散沉积物构成的向斜和盆地一自流盆地中的水、松散沉积物构成的单斜和山前平原一自流斜地中的水

构成盆地或向斜中基岩的层状裂隙水、单斜岩层中层状裂隙水、构造断裂带及不规则裂隙中的深部水

构造盆地或向斜中岩溶化岩石中水，单斜岩溶化岩层中的水

承压水。

补给区与分布区不一致。

水位的升降决定于水压的传递。

承压水不受气候的影响，动态较稳定，不易受污染。

一般来说，适宜形成承压水的地质构造有两种：

一为向斜构造盆地，也称为自流盆地；二为单斜构造自流斜地。

当地形和构造一致时，即为正地形，下部含水层压力高，若有裂隙穿越上下含水层，下部含水层的水通过裂隙补给上部含水层。

反之，含水层通过一定的通道补给下部的含水层，这是因为下部含水层的补给与排泄区常位于较低的位置。

渗入成因或海洋成因

裂隙水的特征：

裂隙水运动复杂，水量变化较大，这与裂隙发育及成因有密切关系。

岩溶水的特征：

特别是地下工程，必须弄清岩溶的发育与分布规律，因为岩溶的发育可能使工程地质条件恶化。

【例题】以下说法正确的有（）。

A.承压水不受气候的影响，动态较稳定

B.裂隙水运动复杂，水量变化较大

C.潜水面上无稳定隔水层

D.潜水补给区与分布区不一致

E.土壤水、沼泽水属于包气带水

【答案】ABCE

【解析】D错误，潜水补给区与分布区一致。

【2014真题】有明显季节性循环交替的裂隙水为（）。

A.风化裂隙水

B.成岩裂隙水

C.层状构造裂隙水

D.脉状构造裂隙水

【答案】A

【解析】风化裂隙水有明显季节性循环交替的特点。