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2018年造价工程师考试《土建工程》章节讲义:第一章第一节

来源 :中华考试网 2018-01-04

  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。

(1)变形特征。

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)流变特征。

一般有蠕变和松弛两种表现形式。 岩石和岩体均具有流变性。

(3)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,而是两者共同影响表现出来的强度。 如当岩体中结构面不发育,呈完整结构时,可以岩石的强度可视为岩体强度;如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

  1、岩石的物理力学性质

l。重量

在相同条件下的同一种岩石,重度大就说明岩石的结构致密、孔隙性小,岩石的强度和稳定性较高。

 2.孔隙性

岩石的孔隙性用孔隙度表示,反映岩石中各种孔隙的发育程度。

空隙度(%)= 岩石中各种空隙的总体积 / 岩石的总体积

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的侵入岩和某些变质岩,其孔隙度一般是很小的,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

岩石的吸水性一般用吸水率表示

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

用软化系数作为岩石软化性的指标

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

软化系数越小,表示岩石的强度和稳定性受水作用的影响越大

未受风化作用的岩浆岩和某些变质岩,软化系数大都接近于1,是弱软化的岩石 。软化系数小于0.75的岩石 ,是软化性较强的岩石,工程性质比较差。

5.抗冻性

用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率表示。

岩石抵抗孔隙中的水结冰时体积膨胀的能力。

抗压强度降低率小于25%的岩石,认为是抗冻的;大于25%的岩石,认为是非抗冻的。在高寒冰冻地区,抗冻性是评价岩石工程性质的一个重要指标。

  (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。

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。

2)岩石的强度:

抗压强度

在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力。岩石的抗压强度相差很大。

抗拉强度

岩石的抗拉强度远小于抗压强度 。

抗剪强度

抗剪强度是沿岩石裂隙或软弱面等发生剪切滑动时的指标,其强度远远低于抗剪强度。

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,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

  鉴于土和岩石的物理力学性质和开挖施工的难度,由松软至坚实共分为16级,分别以I-XⅥ表示,其中I~Ⅳ的4级为土,V~XⅥ的12级为岩石。土分为一、 二、三、四类,岩石分为松石、次坚石、普坚石、特坚石四类。

  (二)土体的工程地质性质

  1.土的物理力学性质

(1)土的主要性能参数

1)土的孔隙比

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。

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

碎石土和砂土为无黏性土,紧密状态是判定其工程性质的重要指标。

颗粒小于粉砂的是黏性土,黏性土因含水量变化而表现出的各种不同物理状态(固态、塑态、流态),称为土的稠度。

黏性土的界限含水量,有缩限、塑限和液限。 

缩限:半固态黏性土随水分蒸发体积逐渐缩小,直到体积不再缩小时的界限含水量叫缩限

 

塑限,体积不再随水分蒸发而缩小的状态为固态。半固态黏性土随含水量增加转到可塑状态的界限含水量叫塑限,也称塑性下限。

液限:由可塑状态转到流塑、流动状态的界限含水量叫液限。

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。

  (2)土的力学性质

1)土的压缩性

透水性大的饱和无黏性土,其压缩过程在短时间内就可以结束。黏性土的透水性低,其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多。 

(2)抗剪强度

土对剪切破坏的极限抗力称为土的抗剪强度。

  2.特殊土的主要工程性质

(1)软土

具有高含水量、高孔隙性、低渗透性、高压缩性、低抗剪强度、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。黄土按其成因可分为原生黄土和次生黄土。

2)凡天然黄土在上覆土的自重压力作用下,或在上覆土的自重压力与附加压力共同作用下,受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著下沉的,称为湿陷性黄土,否则,称为非湿陷性黄土。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。

(2)湿陷性黄土

3)黄土形成年代愈久,由于盐分溶  滤较充分,固结成岩程度大,大孔结构退化,土质愈趋密实,强度高而压缩性小,湿陷性减弱甚至不具湿陷性。形成年代愈短,其特性相反。

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。

(3)红黏土

1)红黏土一般呈褐色、棕红等颜色,液限大于50%。液限大于45%的坡、洪积黏土,称为次生红黏土,在相同物理指标情况下,其力学性能低于红黏土。

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) 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)膨胀土建筑场地与地基的评价, 应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.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。

b.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.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。

  例题:可以作为一般建筑物的天然地基的有( )

  A.堆填时间超过10年的黏性土

  B.堆填时间超过8年的黏性土

  C.堆填时间超过5年的粉土

  D.堆填时间超过2年的粉土

  E.堆填时间超过2年的砂土

  答案:A.C. E.

  分析: 填土:由于人类活动而堆填的土。一般密实度较差,但若堆积时间较长,由于土的自重压密作用,也能达到 一定密实度。如堆填时间超过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。

  【例题】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

  分析: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】4 结构面结合力较差的工程地基岩体的工程特性是( )。

  A.沿层面方向的抗剪强度高于垂直层面方向

  B.沿层面方向有错动比有软弱夹层的工程地质性质差

  C.结构面倾向坡外比倾向坡里的工程地质性质好

  D.沿层面方向的抗剪强度低于垂直层面方向

  答案:D

  【2011】5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

  【2011】2关于地基岩石软化性的说法,正确的是( )。

  A.软化系数>0.25,工程性质良好

  B.软化系数<0.25,工程性质良好

  C.软化系数<0.75工程性质良好

  D.软化系数>0.75工程性质良好

  答案:D

  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.

  分析: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。

  【例题】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

  【2011】3在有褶皱构造的地区进行隧道工程设计,选线的基本原因是( )。

  A.尽可能沿褶曲构造的轴部

  B.尽可能沿褶曲构造的翼部

  C.尽可能沿褶曲构造的向斜轴部

  D.尽可能沿褶皱构造的背斜核部

  答案:B

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