第4章 矿山工程地质.docx

第4章 矿山工程地质 4.1 岩土工程地质分类 为便于对岩土的性状作定性评价，对岩土的分类应根据现行的相关规程规范进行，做到从工程的实际出发对岩土进行工程地质分类，并根据其特性进行试验，得出相应的设计计算指标和参数，以便使工程建设达到经济、合理、安全的目的。岩和土的具体分类如下。 4.1.1土的分类 土的形成 土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物。是由岩石在物理、化学、生物等风化作用下形成的在原地残留或经过各种不同类型的动力作用下，在适当环境中重新堆积而成的堆积物。 在漫长的地质历史中，由于岩石长期暴露于自然环境中，在各种外动力的作用下，其物理、化学性质逐渐发生改变，这就是岩石的风化。岩石的风化包括： 1）物理风化 物理风化，又称机械风化，常见的物理风化的方式有温差风化、冰劈风化、盐类结晶与潮解作用和层裂作用。物理风化作用是指岩石在经受风、霜、雨、雪等自然力的影响下而发生的机械破碎作用，周围环境的温度、湿度发生变化引起的不均匀膨胀与收缩而产生破裂作用等，只改变颗粒的大小与形状，而没有显著的化学成分变化的作用。 2）化学风化 与周围环境中的物质长时间接触的岩石，其内部的化学成分逐渐发生变化，从而导致其组成矿物成分发生改变的过程。主要有溶解、水化、水解、氧化和碳酸化等几种。如各种碳酸盐岩可以溶解于含有CO2的水中。水化是指水直接参加到矿物中去，使某些矿物变成含水矿物，如硬石膏变为石膏等。氧化是指岩石在空气和水中游离氧的作用下，使其中低价元素转变为高价元素、低价化合物转变为高价化合物，如黄铁矿中的低价铁变为含高价铁的褐铁矿等。水解是指矿物与离解的水相遇引起分解的作用。如花岗岩中的正长石在湿热气候条件下，形成KOH溶液及SiO2胶体，随水流失；另外形成不溶于水的高岭石，高岭石进一步分解变为铝矾土。 岩石的化学风化和物理风化是互相联系和互相促进的，但在炎热多雨的气候条件下，化学风化特别显著。 由于化学风化的非连续特性，可增大水岩界面，提升矿物溶解反应的规模及速率。通过对既有损伤的扩展及在损伤空间堆积残余物，化学风化具有分离—裂化岩体、岩块及造岩矿物的重要作用，这种作用可使以新鲜岩石为主的岩体大规模脱离母岩，而堆积于坡脚的岩石块体在化学风化的继续作用下，可裂解为更小的岩屑或矿物碎屑，为向水体搬运创造条件，从而极大地促进斜坡夷平及地貌重塑进程。 3）生物风化 是指受生物生长及活动影响而产生的风化作用，是生物活动对岩石的破坏作用。如树根在岩石缝隙中生长，这能使根深入岩石裂缝，劈开岩石，人类的开采矿石，修建铁路、公路时开凿等活动，其矿物成分一般没有发生变化。 各种风化作用之间的关系很密切，它们往往同时进行、互相影响、互相促进，是一个复杂的统一过程。影响风化作用的因素有气候因素、地形因素和地质因素。岩石在各种风化作用下形成了土，土与母岩有紧密联系与共性，但又存在着显的差异。 土的工程分类 1）土的工程分类的意义 土是自然历史的产物，各不同成因和不同堆积年代形成的土的工程性质差别很大，为了能充分利用不同性质的土特性，便于对土的性状作定性评价，使之为工程服务，需要对土进行工程分类。土的工程分类的具体意义如下： ①便于工程应用 将工程性质相近的土归结为一类，并赋予适当的名称后，就可以根据土的名称大致判断土的基本工程特性，还可以结合其他相关因素进行土的工程适宜性评价。 ②便于理论研究和技术开发 不同种类的土，需要有不同的研究内容和评价方法，将工程性质迥异的土加以区别后，可以根据土类合理地确定不同土的评价指标和试验方法。 ③便于工程方案的制定 对土进行合理分类后，就可以根据不同种类土的工程特点确定相应的工程勘察和试验方案，当土的性质不能满足工程要求时，也可以确定出适合土的特点的改良或处理方法。 2）土的分类指标 土的工程分类的标准和方法很多，对土进行分类时，首先根据有机质的含量把土分成有机土和无机土两大类。无机土中，再根据土中各粒组的相对含量把土再分为：巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土。因此，土的分类指标包括： ①土颗粒组成及其特征； ②土的塑性指标——液限ωL、塑限ωP和塑性指数IP； ③土中有机质含量。 我国在结合土质条件和几十年的实践经验中，在考虑划分标准时，注重土的天然结构的性质和强度，并始终与土的主要工程特性——变形和强度特征紧密联系，具有了方法简单、明确、科学和实用性强的特点。 3）土按堆积年代可划分为两类 第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的土，应定为老沉积土，一般具超固结性状，具有较高的结构强度。 第四纪全新世中近期沉积的土，应定为新近沉积土，一般结构强度较低。 4）根据地质成因，可划分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土等。 5）土按颗粒级配和塑性指数分为碎石类土、粉土和粘性土等。按表进一步划分如下： 土的名称