三、巖石成因類(lèi)型及其特征

　　地球固體的表層是由巖石組成的硬殼—地殼，組成地殼的巖石按成因可分為巖漿巖（火成巖）、沉積巖（水成巖）和變質(zhì)巖三大類(lèi)。它們在地殼中的分布并不均勻。從各類(lèi)巖石在地殼表面的分布面積看，沉積巖約占陸地面積的75％，變質(zhì)巖和巖漿巖占25％；按質(zhì)量百分比計算，沉積巖僅占地殼質(zhì)量的5％，變質(zhì)巖占6％，而巖漿巖占89％。不同成因的巖石形成條件、物質(zhì)成分、結構和構造各不相同，故它們的物理力學(xué)性質(zhì)也不一樣，這些都關(guān)系到工程建設的規劃、設計和施工。

　　1．巖漿巖

　　巖漿巖又稱(chēng)火成巖，是巖漿通過(guò)地殼運動(dòng)，沿地殼薄弱地帶上升冷卻凝結后形成的巖石。巖石中礦物的結晶程度、顆粒大小與形狀，以及它們的相互組合關(guān)系不同，形成巖漿巖的不同結構。巖石中的礦物在空間的排列、配置和充填方式不同，形成巖漿巖的不同構造。結構和構造特征直接影響巖石的強度等工程性質(zhì)。根據形成條件，巖漿巖分為噴出巖和侵人巖。侵人巖是侵入到周?chē)鷰r層（簡(jiǎn)稱(chēng)圍巖）中形成的巖漿巖。根據形成深度，侵入巖又分為深成巖（形成深度大于5km）和淺成巖（形成深度小于5km）。深成巖常形成巖基等大型侵入體，巖性一般較單一，以中、粗粒結構為主，致密堅硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性強，故其常被選為理想的建筑基礎，如花崗巖、正長(cháng)巖、閃長(cháng)巖、輝長(cháng)巖：淺成巖多以巖床、巖墻、巖脈等狀態(tài)產(chǎn)㈩，有時(shí)相互穿插。顆粒細小，巖石強度高，不易風(fēng)化，但這些小型侵入體與圍巖的接觸部位，巖性不均一，節理裂隙發(fā)育，巖石破碎；風(fēng)化蝕變嚴重，透水性增大．如花崗斑巖、閃長(cháng)玢巖、輝綠巖、脈巖。噴㈩巖是指噴出地表形成的巖漿巖，一般呈原生孔隙和節理發(fā)育，產(chǎn)狀不規則，厚度變化大，巖性很不均一，比侵入巖強度低，透水性強，抗風(fēng)能力差，如流紋巖、粗面巖、安山巖、玄武巖、火山碎屑巖。

　　2．沉積巖

　　沉積巖是在地殼表層常溫常壓條件下，由風(fēng)化產(chǎn)物、有機物質(zhì)和某些火山作用產(chǎn)生的物質(zhì)，經(jīng)風(fēng)化、搬運、沉積和成巖等一系列地質(zhì)作用而形成的層狀巖石。沉積巖主要有碎屑結構（碎屑物質(zhì)被膠結物粘結起來(lái)而形成的結構）、泥質(zhì)結構（由粒徑小于0．005mm的黏土顆粒組成的結構）、晶粒結構（由巖石顆粒在水溶液中結晶或呈膠體形態(tài)凝結沉淀而成的結構）、生物結構（由生物遺體組成的結構）。沉積巖的構造，是沉積巖各個(gè)組成部分的空間分布和排列方式。常見(jiàn)的構造有層理構造、層面構造、結核（與周?chē)练e巖不同的、規模不大的團塊體）、生物成因構造（如生物礁體、疊層構造、蟲(chóng)跡、蟲(chóng)孔等）。根據沉積巖的組成成分、結構、構造和形成條件，可分為碎屑巖（如礫巖、砂

　　巖、粉砂巖）、黏土巖（如泥巖、頁(yè)巖）、化學(xué)巖及生物化學(xué)巖類(lèi)（如石灰巖、白云巖、泥灰巖）等。

　　3．變質(zhì)巖

　　變質(zhì)巖是地殼中原有的巖漿巖或沉積巖，由于地殼運動(dòng)和巖漿活動(dòng)等造成物理化學(xué)環(huán)境的改變，使原來(lái)巖石的成分、結構和構造發(fā)生一系列變化所形成的新的巖石。變質(zhì)巖的結構主要有變余結構（重結晶或變質(zhì)結晶作用不完全使原巖結構特征保留）、變晶結構（巖石發(fā)生重結晶或變質(zhì)結晶所形成的結構）、碎裂結構（巖石受定向壓力作用發(fā)生破裂，形成碎塊甚至粉末狀后又被膠結在一起的結構）。變質(zhì)巖的構造主要有板狀構造（平行、較密集而平坦的破裂面分裂巖石成板狀體）、千枚狀構造（巖石呈薄板狀）、片狀構造（含大量呈平行定向排列的片狀礦物）、片麻狀構造（粒狀變晶礦物間夾鱗片狀、柱狀變晶礦物并呈大致平行的斷續帶狀分布）、塊狀構造（礦物均勻分布、結構均一、無(wú)定向排列，如大理巖、石英巖）等。

　　四、土的工程性質(zhì)

　　土是連續、堅固的巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒，在原地殘留或經(jīng)過(guò)不同的搬運方式，在各種自然環(huán)境中形成的堆積物。土是由顆粒（固相）、水溶液（液相）和氣（氣相）所組成的三相體系。組成土的固體顆粒礦物有原生礦物、不溶于水的次生礦物、可溶鹽類(lèi)、易分解的礦物以及有機質(zhì)。各種土的顆粒大小和礦物成分差別很大，土的三相間的數量比例也不盡相同，而且土粒與其孔隙水溶液及環(huán)境水之間又有復雜的物理化學(xué)作用。

　　1．土的孔隙比和含水量

　　土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比，反映天然土層的密實(shí)程度，一般孔隙比小于0．6的是密實(shí)的低壓縮性土，大于1．0的土是疏松的高壓縮性土。天然土層的含水量變化范圍很大，一般于的粗砂土，其值接近于0，而飽和砂土可達35％；堅硬的黏性土含水量為20％～30％，而飽和狀態(tài)的軟黏性土（如淤泥）可達60％以上。一般而言，土的含水量增大時(shí)，其強度就降低。土的飽和度是土中被水充滿(mǎn)的孔隙體積與孔隙總體積之比，飽和度Sr越大，表明土孔隙中充水愈多。Sr80％是飽水狀態(tài)。

　　碎石土和砂土為無(wú)黏性土，緊密狀態(tài)是判定其工程性質(zhì)的重要指標。顆粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的丁程性質(zhì)受含水量的影響特別大。當含水量很小時(shí)，黏性土比較堅硬，處于固體狀態(tài)，具有較大的力學(xué)強度。隨著(zhù)土中含水量的增大，土逐漸變軟，并在外力作用下可任意改變形狀，即土處于可塑狀態(tài)。若再繼續增大土的含水量，土變得愈來(lái)愈軟弱，甚至不能保持一定的形狀，呈現流塑或流動(dòng)狀態(tài)。黏性土這種因含水量變化而表現出的各種不同物理狀態(tài)，稱(chēng)為土的稠度。黏性土能在一定的含水量范圍內呈現出可塑性，這是黏性土區別于砂土和碎石土的一大特性，據此特點(diǎn)，黏性土也可稱(chēng)為塑性土。土的可塑性是指土在外力作用下可以形成任意形狀而不裂縫，且當外力解除后仍可保持既得形狀的性能。隨著(zhù)含水量的變化，黏性土由一種稠度狀態(tài)轉變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，對應于轉變點(diǎn)的含水量稱(chēng)為界限含水量，也稱(chēng)為稠度界限，是黏性土的重要特性指標，對黏性土的工程性質(zhì)評價(jià)及分類(lèi)等有重要意義。黏性土的界限含水量，有縮限、塑限和液限。半固態(tài)黏性土

　　隨水分蒸發(fā)體積逐漸縮小，直到體積不再縮小時(shí)的界限含水量叫縮限，體積不再隨水分蒸發(fā)而縮小的狀態(tài)為固態(tài)。半固態(tài)黏性土隨含水量增加轉到可塑狀態(tài)的界限含水量叫塑限，也稱(chēng)塑性下限。由可塑狀態(tài)轉到流塑、流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量叫液限。液限和塑限的差值稱(chēng)為塑性指數，它表示黏性土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。塑性指數愈大，可塑性就愈強。黏性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數之比，稱(chēng)為液限指數。液限指數愈大，土質(zhì)愈軟。

　　2．土的力學(xué)性質(zhì)

　　土的力學(xué)性質(zhì)主要是壓縮性和抗剪強度。土的壓縮性是土在壓力作用下體積縮小的特性。在荷載作用下，透水性大的飽和無(wú)黏性土，其壓縮過(guò)程在短時(shí)間內就可以結束。然而，黏性土的透水性低，其壓縮穩定所需的時(shí)間要比砂土長(cháng)得多，其固結變形往往需要幾年甚至幾十年。在土的自重或外荷載作用下，土體中某一個(gè)曲面上產(chǎn)生的剪應力值達到了土對剪切破壞的極限抗力時(shí)，土體就會(huì )沿著(zhù)該曲面發(fā)生相對滑移而失穩。土對剪切破壞的極限杭力稱(chēng)為土的抗剪強度。

　　3．特殊土的工程性質(zhì)

　　根據土中有機質(zhì)含量，土可以分為無(wú)機土、有機質(zhì)土、泥炭質(zhì)上和泥炭；根據土的顆粒級配和塑性指數分為碎石土、砂土、粉土和黏性土；根據土的地質(zhì)成因分為殘積土、坡積上、洪積上、沖積土、湖泊沉積物、海洋沉積物、冰積土和冰水沉積土、風(fēng)積土。這里強調的是要注意一些特殊土的工程性質(zhì)。

　?。?）淤泥及淤泥質(zhì)土。具有高含水量、高孔隙性、低滲透性、高壓縮性、低抗剪強度、較顯著(zhù)的觸變性和蠕變性等特性。

　?。?）濕陷性黃土。在天然含水量時(shí)一般呈堅硬或硬塑狀態(tài)，具有較高的強度和低的或中等偏低的壓縮性，但遇水浸濕后，強度迅速降低，有的即使在其自重作用下也會(huì )發(fā)生劇烈的沉陷。黃土在我國分布很廣，其中濕陷性黃土約占3／4，遍及甘、陜、晉的大部分地區以及豫、寧、冀部分地區。濕陷性黃土受水浸濕后，在其自重壓力下發(fā)生濕陷的，稱(chēng)為自重濕陷性黃土。而在其閂重壓力與附加壓力共同作用下才發(fā)生濕陷的，稱(chēng)為非自重濕陷性黃土。在自重濕陷性黃土地區修筑渠道，初次放水時(shí)就可能產(chǎn)生地面下沉，兩岸出現與渠道平行的裂縫；管道漏水后由于自重濕陷可能導致管道折斷；路基受水后由于自重濕陷而發(fā)生局部嚴重坍塌；地基土的自重濕陷往往使建筑物發(fā)牛很大的裂縫或使磚墻傾斜，甚至使一些很輕的建筑物也受到破壞。而在非自重濕陷性黃土地區，這類(lèi)現象極為少見(jiàn)。所以在這兩種不同濕陷性黃土地區所采取的地基設計、地基處理、防護措施及施工要求等方面均應有較大差別。

　?。?）紅黏土。天然含水量高（一般為40％～60％，最高達90％）、密度?。ㄌ烊豢紫侗纫话銥?．4～1．7，最高為2．0）、塑性高（塑限一般為40％～60％，最高達90％，塑性指數一般為20～50），通常呈現較高的強度和較低的壓縮性，不具有濕陷性。由于塑性很高，所以盡管天然含水量高，一般仍處于堅硬或硬可塑狀態(tài)，甚至飽水的紅黏土也是堅硬狀態(tài)的。廣泛分布于我國的云貴高原、四川東部、廣西、粵北及鄂西、湘西等地區的低山、斤陵地帶頂部和山間盆地、洼地、緩坡及坡腳地段。

　?。?）膨脹土。含有大量的強親水性黏土礦物成分，具有顯著(zhù)的吸水膨脹（自由膨脹量一般超過(guò)40％，也有超過(guò)100％的）和失水收縮，且脹縮變形往復可逆。在天然條件下一

　　般處于硬塑或堅硬狀態(tài)，強度較高，壓縮性較低，易被誤認為是工程性能較好的土，但—旦地表水浸入或地下水位上升使含水量劇烈增大，或土的原狀結構被擾動(dòng)時(shí)，土體會(huì )驟然強度降低、壓縮性增高。在膨脹土地區進(jìn)行丁程建筑，如果不采取必要的設計和施工措施，會(huì )導致大批建筑物的開(kāi)裂和損壞，甚至造成坡地建筑場(chǎng)地崩塌、滑坡、地裂。膨脹土多分布于Ⅱ級以上的河谷階地或山前丘陵地區，個(gè)別處于Ⅰ級階地。

　?。?）填土。是在一定的地質(zhì)、地貌和社會(huì )歷史條件下，由于人類(lèi)活動(dòng)而堆填的土。填土分為素填土、雜填土、沖填土。素填土是由碎石、砂土、粉土或黏性土等一種或幾種材料組成的填土。一般密實(shí)度較差，但若堆積時(shí)間較長(cháng)，由于土的自重壓密作用，也能達到一定密實(shí)度。如堆填時(shí)間超過(guò)10年的黏性土、超過(guò)5年的粉土、超過(guò)2年的砂土，均具有一定的密實(shí)度和強度，可以作為一般建筑物的天然地基。素填土地基具有不均勻性，防止建筑物不均勻沉降是填土地基的關(guān)鍵；雜填土是含有大量雜物的填土。試驗證明，以生活垃圾和腐蝕性及易變性工業(yè)廢料為主要成分的雜填土，一般不宜作為建筑物地基。主要以建筑垃圾或一般丁業(yè)廢料組成的雜填土，采用適當的措施進(jìn)行處理后可作為一般建筑物地基。在利用雜填土作為地基時(shí)，應注意其不均勻性、工程性質(zhì)隨堆填時(shí)間而變化、含腐殖質(zhì)及水化物等問(wèn)題；沖填土是由水力沖填泥砂形成的沉積土，如在整理和疏浚江河航道時(shí)，送至江河兩岸形成的填土。沖填土的含水量大，透水性較弱，排水固結差，一般呈軟塑或流塑狀態(tài)，比同類(lèi)自然沉積飽和土的強度低、壓縮性高。