第2章 工程地质与建筑材料
2.1 工程地质与水文地质条件
2.1.1 岩土分类及工程地质性质
2.1.1.1 岩石的分类及物理力学性质
岩石是由一种或多种矿物组合而成的自然集合体。自然界岩石的种类很多，可按以下三种方法进行分类。
1.按成因分类
按成因分为三类。
岩浆岩：又称火成岩，是由岩浆侵入地壳上部或喷出地表凝固而成的岩石。这种岩石约占地壳重量的95%。
沉积岩：是指在地表或接近于地表的岩石遭受风化剥蚀破坏的产物，经搬运、沉积和固结成岩作用而形成的岩石。
变质岩：地壳中先成岩石，由于构造运动和岩浆活动等所造成的物理、化学条件的变化，使原来岩石的成分、结构、构造等发生一系列改变而形成的新岩石。
2.按坚固程度分类（按饱和单轴抗压强度，Rb）
按坚固程度分为5类。
硬质岩（Rb＞60MPa）。
中硬岩（30＜Rb≤60MPa）。
较软岩（15＜Rb≤30MPa）。
软岩（5＜Rb≤15MPa）。
极软岩（Rb≤5MPa）。
3.按风化程度分类
按风化程度分为：全风化、强风化、中等风化（弱风化）、微风化、新鲜。
4.岩石的主要物理力学性质
（1）岩石的基本物理属性包括含水率、吸水率、颗粒密度、块体密度、膨胀性、耐崩解性和抗冻性等。
（2）岩石的力学指标包括变形指标和强度指标。
岩块变形参数主要采用岩块压缩变形试验方法取得。其变形特性用变形模量、弹性模量和泊松比等参数表示。
岩石的强度是指岩石试样抵抗外力时保持自身不被破坏时所能承受的极限应力。岩石的强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。
岩石单轴抗压强度和软化系数按式（2.1）、式（2.2）计算：
式中 R——岩石的单轴抗压强度，MPa；
P——试件受压破坏时的总压力，MN；
A——试件的受压面积，m2；
η——软化系数；
Rs——饱和状态下单轴抗压强度平均值，MPa；
Rd——干燥状态下单轴抗压强度平均值，MPa。
岩石单轴抗拉强度按式（2.3）计算。
式中 σt——岩石的抗拉强度，MPa；
Pt——试件被拉断时的拉力，MN；
A——试件的横截面积，m2。
岩石的抗剪断强度按式（2.4）计算。
式中 τ——岩石抗剪断强度，MPa；
σ——破裂面上的垂直压力，MN；
φ——岩石内摩擦角，（°）；
c——岩石黏聚力，MPa。
2.1.1.2 土的分类及物理力学性质
1.土的分类
根据工程特性分为一般性土和特殊土两大类。一般性土通常按颗粒组成和塑性指数进行分类，根据《岩土工程勘察规范》（GB50021—2009）分类如下：
（1）碎石类土是粒径大于2mm的颗粒含量超过50%的土。
（2）砂类土是粒径大于2mm的颗粒含量不超过50%，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过50%的土。
（3）粉土是粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%，塑性指数IP小于或等于10的土。
（4）黏性土是粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%，塑性指数IP大于10的土。
2.土的物理、力学性质
（1）土的物理性质。土的基本物理性质指标包括：含水量、比重、容重、干容重、饱和容重、浮容重、孔隙率、孔隙比、饱和度。
黏性土的可塑性指标包括液限、塑限、液性指数、塑性指数、含水比、活动性。用液性指数可以判断土的状态（见表2.1）。
表2.1 按液性指数划分黏性土的稠度状态表
砂土在天然条件下的紧密程度用相对密度表示（见表2.2）。在一定的击实功能作用下，使填筑土达到最大密度所需的含水量称为最优含水量，与其相应的干密度称为最大干密度。
土的渗透性用渗透系数K表示。
表2.2 砂土的紧密程度
（2）土的力学性质。土的力学性质包括：压缩性指标、抗剪强度指标、无侧限抗压强度与灵敏度指标。
压缩性指标为压缩系数、压缩模量、侧压力系数、泊桑比、固结系数。
一般土的抗剪强度τ与法向应力σ的关系如式（2.5）、式（2.6）所示：
式中 τf——土的抗剪强度，kN／m2；
σ——土试样所受的法向应力，kN／m2；
φ——土的内摩擦角，（°）；
c——黏性土或粉土的黏聚力，kN／m2。
土体的抗剪强度指标是通过土工试验确定的。室内试验常用的方法有直接剪切试验、三轴剪切试验；现场原位测试的方法有十字板剪切试验和大型直剪试验。
2.1.2 地质构造与岩体结构
组成地壳的岩层或岩体受力而发生变位、变形留下的行迹称为地质构造。地质构造的基本类型有：水平构造、单斜构造、褶皱构造和断裂构造等。
岩体结构主要是结构面和岩块的特征以及它们之间的组合，通常分为块状结构、层状结构、镶嵌结构、碎裂结构、散体结构五类。
2.1.3 地下水性质及分析
地下水的物理性质包括有温度、颜色、透明度、嗅（气味）、味（口味）、导电性和放射性等。
地下水的主要化学性质包括总矿化度、硬度、酸碱度和侵蚀性等。
地下水按埋藏条件可分为包气带水、潜水和承压水，另外根据含水层空隙的性质又可分为孔隙水、裂隙水、岩溶水。
地下水对混凝土的侵蚀，可分为结晶性侵蚀、分解性侵蚀以及结晶分解复合性侵蚀三种。