巖體的工程性質(zhì)環(huán)境因素

主要指地應(yīng)力及地下水作用。隨地應(yīng)力增高，變形模量和強(qiáng)度隨之增高，巖體結(jié)構(gòu)的影響也逐漸消失。地下水的影響表現(xiàn)在兩個方面:①孔隙-裂隙水壓力作用；②軟化作用。隨著孔隙－裂隙水壓力增大或含水量增加，巖體變形模量和抗壓強(qiáng)度將顯著降低。對于軟弱巖體，這一效應(yīng)尤為明顯。巖體中溫度作用也是很可觀的，巖體中應(yīng)力隨溫度升降而增減，它是表層巖體中地應(yīng)力的一個組成部分，同時(shí)，也是巖體物理風(fēng)化的一個重要因素。

在工程應(yīng)用中分為定性的和定量的兩類。定性指標(biāo)可用于規(guī)劃和初步設(shè)計(jì)階段技術(shù)方案比較和經(jīng)濟(jì)概算，如評價(jià)巖體質(zhì)量、巖體工程地質(zhì)評價(jià)和分類及工程地質(zhì)條件的對比等。定量指標(biāo)可用于技術(shù)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)階段的巖體的力學(xué)與分析計(jì)算工作，如分析巖體在工程作用下的變形、破壞、滲漏及其對工程穩(wěn)定性的影響等。

巖體成分多種多樣，使巖體的工程性質(zhì)差異很大（見巖石和巖體）。如石英巖抗壓強(qiáng)度可達(dá)數(shù)千兆帕，而軟弱的粘土巖抗壓強(qiáng)度則低至數(shù)兆帕。這種差異還在很大程度上與其中的軟弱物質(zhì)和膠結(jié)物有關(guān)。如云母類礦物對巖漿巖和變質(zhì)巖的強(qiáng)度有較大的影響，親水性很強(qiáng)的粘土礦物對沉積巖強(qiáng)度和變形性也有很大影響。當(dāng)巖體內(nèi)濕度變化時(shí)，易使巖體力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。沉積巖巖體的力學(xué)性質(zhì)，很大程度上決定于其膠結(jié)物的性質(zhì),按膠結(jié)強(qiáng)度大小依次為:矽質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)、粘土質(zhì)。其抗風(fēng)化能力大體亦是如此。矽質(zhì)膠結(jié)的巖石強(qiáng)度極高，抗風(fēng)化能力極強(qiáng)，不易受環(huán)境因素變遷的影響；而粘土質(zhì)的巖石強(qiáng)度較低，抗風(fēng)化能力很弱。

巖體結(jié)構(gòu)　在斷層、節(jié)理、層理、片理等結(jié)構(gòu)面切割下，易形成不連續(xù)結(jié)構(gòu)。對巖體變形、破壞等工程性質(zhì)有很大影響。被節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面切割的碎裂巖體的工程性質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于巖塊的工程性質(zhì)，且具有明顯的各向異性。

在天然巖體中設(shè)計(jì)和建造各種工程構(gòu)筑物時(shí)所必須掌握的巖體物理、力學(xué)等工程特性。常以下列指標(biāo)表達(dá)：①物理性質(zhì)指標(biāo)：比重、比熱、熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、電阻率、吸水率、飽水率、滲透系數(shù)、波導(dǎo)性等；②狀態(tài)指標(biāo)：容重、孔隙或裂隙率、孔隙比、完整性系數(shù)、含水量、飽和度、風(fēng)化程度指數(shù)等；③力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)：彈性模量、泊松比、結(jié)構(gòu)面法向剛度、剪切剛度、粘滯系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等；④易變性指標(biāo)：浸水軟化系數(shù)、抗凍穩(wěn)定性系數(shù)等；⑤化學(xué)指標(biāo)：溶解度等；⑥巖體質(zhì)量指標(biāo)：有效巖心采取率、巖體質(zhì)量系數(shù)等。

可通過三個途徑取得：①試塊室內(nèi)試驗(yàn)；②野外原位試驗(yàn)；③工程作用下巖體變形的原型觀測。不論通過那種途徑，都必須與巖體的地質(zhì)特性，即巖性、結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件的研究相結(jié)合。試塊室內(nèi)試驗(yàn)、野外原位試驗(yàn)以及原型觀測所取得的資料都只能代表試驗(yàn)、觀測地點(diǎn)某一地質(zhì)單元的工程性質(zhì)。因此，綜合性地質(zhì)分析是巖體的工程性質(zhì)研究的基礎(chǔ)，貫穿于研究工作的始終（見巖體力學(xué)試驗(yàn)和測試）。2100433B

黃土的工程性質(zhì)　一般分為新黃土和老黃土兩大類，其性質(zhì)也有顯著差異（見黃土地區(qū)筑路、路基設(shè)計(jì)）。

軟土的工程性質(zhì)　軟土一般指壓縮性大和強(qiáng)度低的飽和粘性土，多分布在江、河、海洋沿岸、內(nèi)陸湖、塘、盆地和多雨的山間洼地。軟土的孔隙比一般大于1.0,天然含水量常高出其液限，不排水抗剪強(qiáng)度很低，壓縮性很高，因而常需加固處理。最簡單的方法是預(yù)壓加固法（見預(yù)壓法）。軟土強(qiáng)度的增加有賴于孔隙壓力的消失，因而在地基中設(shè)置砂井以加快軟土中水的排出，這是最常用的加固方法之一。預(yù)壓加固過程中通過觀測地基中孔隙水壓力的消失來控制加壓，這是保證施工安全和效率的有效方法。此外，也可用碎石樁（見振沖法）和生石灰樁等加固軟土地基。

膨脹土的工程性質(zhì)　粘土中的粘土礦物（主要是蒙脫石），當(dāng)遇水或失水時(shí)，將發(fā)生膨脹或收縮，引起整個土體的大量脹縮變形，給建筑物帶來損害（見膨脹土地基）。

多年凍土的工程性質(zhì)　高緯度或高海拔地區(qū)，氣溫寒冷，土中水分全年處于凍結(jié)狀態(tài)且延續(xù)三年以上不融化凍土稱多年凍土。凍土地帶表層土隨季節(jié)氣溫變化有凍融交替的變化，季節(jié)凍融層的下限即為多年凍土的上限，上限的變化對建筑物的變形和穩(wěn)定有重大影響（見凍土地基、多年凍土地區(qū)筑路）。

鹽漬土的工程性質(zhì)　見鹽漬土地區(qū)筑路。

紅粘土的工程性質(zhì)　熱帶和亞熱帶溫濕氣候條件下由石灰?guī)r、白云石、玄武巖等類巖石風(fēng)化形成的殘積粘性土。粘土礦物主要是高嶺石，其活動性低。中國紅粘土的特點(diǎn)一般是天然含水量高、孔隙比大，液限和塑性指數(shù)高，但抗水性強(qiáng),壓縮性較低,抗剪強(qiáng)度也較高，可用作土壩填料。2100433B

應(yīng)變關(guān)系　土的變形和強(qiáng)度是土的最重要的工程性質(zhì)。60年代以前，在工程上通常分別確定土的變形和強(qiáng)度指標(biāo)，不考慮強(qiáng)度與變形間的相互影響。因?yàn)橥恋膽?yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是非線性的并具有彈塑性、 甚至粘彈塑性特征，而當(dāng)時(shí)的計(jì)算技術(shù)，尚無法進(jìn)行分析。隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)值分析法的普及,已可能把土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系納入土工建筑物的分析計(jì)算中。正常固結(jié)粘土和松砂的剪應(yīng)力和軸向應(yīng)變的曲線呈雙曲線型，在整個剪切過程中，土的體積發(fā)生收縮，這類土具有應(yīng)變硬化的特性。 超固結(jié)粘土和密實(shí)砂的應(yīng)力-應(yīng)變曲線則有峰值，其后應(yīng)變再增大時(shí),則土的強(qiáng)度下降,最后達(dá)穩(wěn)定值。剪切過程中,土的體積先有輕微壓縮,隨后即不斷膨脹，這類土具有應(yīng)變軟化的特征。為了使用數(shù)學(xué)方程描述各類土的應(yīng)力-應(yīng)變特性,現(xiàn)已有各種非線性彈性、彈塑性和粘彈塑性模型。利用這些模型和數(shù)值分析法，可以分析一些復(fù)雜邊界條件和不均質(zhì)土體的變形和穩(wěn)定問題。但是這些模型中所對應(yīng)的土的參數(shù),目前尚難正確測定,土體的原始應(yīng)力狀態(tài)也難確定，因而還難于在工程中普遍應(yīng)用。