3.7 岩石的工程性状及影响因素

▶ 3.7.1 决定岩石工程性状的主要因素

岩石作为建筑物地基和建筑材料，在应用时，必须注意影响其物理性质变化的因素。影响的因素是多方面的，主要的有两方面：一是岩石的矿物成分、结构与构造及成因等；二是风化和水等外部因素的影响。

（1）矿物成分

组成岩石的矿物是直接影响岩石基本性质的主要因素。对于岩浆岩来说，其由结晶良好、晶粒较粗的岩基和侵入体组成，具有较高的强度特性，而细粗晶或非晶质喷发岩类强度较低；由基性矿物组成的岩石比酸性矿物的相对密度大，其强度也比酸性矿物的高；含白云母、黑云母、角闪石等成分的岩石，容易风化，强度相对较低。沉积岩则与组成岩石的颗粒成分及其胶结物的强度有关，由石英和硅胶结的砂岩，远比细颗粒黏土矿物和泥质胶结的页岩的强度大。变质岩的强度则与原岩的成分有关。

（2）结构

岩石的结构特征大致可分为两类：一类是结晶联结的岩石，包括结晶联结的部分岩浆岩、沉积岩和变质岩；另一类是胶结联结的岩石，如沉积岩中的碎屑岩和部分喷发岩等。前者晶体间的联结力强，孔隙率小，结构致密，密度大，吸水率变化范围小，具有较高的强度，且细晶粒结构的岩石比粗晶粒结构的强度大。例如粗晶粒花岗岩的抗压强度一般为118～137 MPa，而细晶粒花岗岩的抗压强度可达196～245 MPa。后者由矿物岩石碎屑和胶结物联结，岩石的强度相对较低，变化较大，其强度的大小主要决定于胶结物的成分和胶结的形式，同时也受碎屑成分的影响。硅质胶结的强度与稳定性较高，泥质胶结的较低，钙质和铁质胶结的介于两者之间。例如泥质砂岩的抗压强度一般只有59～79 MPa，钙质和铁质胶结的可达118 MPa，而硅质胶结的可达137～206 MPa。

（3）构造

构造对岩石的物理力学性质的影响主要在于岩石本身的结构构造及岩石的裂隙发育程度。由于矿物成分在岩石中分布的不均匀性和结构的不连续性，使岩石强度具有各向异性性质。例如具有千枚状、板状、片状、片麻状构造的岩石，在片理面、层理面上往往强度较低，受剪切时，常沿该结构面剪切破坏，往往是垂直于层理面、片理面的抗压强度大于平行该层面的抗压强度。岩石（体）的节理越发育则岩石的强度越低。

（4）水

岩石饱水后强度降低，已为大量的试验资料所证实。当岩石受到水的作用时，水就沿着岩石中的孔隙、裂隙侵入，浸湿岩石自由表面上的矿物颗粒，并继续沿着矿物颗粒间的接触面向深部侵入，削弱矿物颗粒间的联结，使岩石的强度受到影响。其降低程度在很大程度上取决于岩石的孔隙率。当其他条件相同时，孔隙率大的岩石，被水饱和后岩石的强度降低的幅度也大。

（5）风化作用

自岩石形成后，地表岩石就受到风化作用的影响。经物理、化学和生物的风化作用后，可以使岩石强度逐渐降低，严重影响岩石的物理力学性质。

▶ 3.7.2 影响岩浆岩工程性状的主要因素

由于不同的生成条件，各种岩浆岩的结构、构造和矿物成分亦不相同，因而岩石的工程地质及水文地质性质也各有所异。所以，具体是什么种类的岩浆岩及其力学性质是影响岩浆岩工程性状的最主要因素。

（1）岩浆岩的种类对工程性状的影响

深成岩具结晶联结，晶粒粗大均匀，力学强度高，裂隙率小，裂隙较不发育，一般透水性弱、抗水性强。深成岩岩体大、整体稳定性好，故一般是良好的建筑物地基和天然建筑石材。值得注意的是这类岩石往往由多种矿物结晶组成，抗风化能力较差，特别是含铁镁质较多的基性岩，则更易风化破碎，故应注意对其风化程度和深度的调查研究。

浅成岩中细晶质和隐晶质结构的岩石透水性小，力学强度高，抗风化性能较深成岩强，通常也是较好的建筑地基。但斑状结构岩石的透水性和力学强度变化较大，特别是脉岩类，岩体小，且穿插于不同的岩石中，易蚀变风化，使强度降低、透水性增大。

喷出岩多为隐晶质或玻璃质结构，其力学强度也高，一般可以作为建筑物的地基。应注意的是其中常常具有气孔构造、流纹构造及发育有原生裂隙，透水性较大。此外，喷出岩多呈岩流状产出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的均一性和整体稳定性影响较大。

（2）岩浆岩的结构构造对工程性状的影响

岩浆岩的结构越致密，工程性状越好，反之岩浆岩的构造裂隙越发育，工程性状相对越差。

（3）岩浆岩的风化程度对工程性状的影响

岩浆岩的风化程度越高，工程性状越差，同一场地同种岩石，一般来说工程性状（岩石抗压强度）从好到坏的次序依次为：未风化岩石＞微风化岩石＞中风化岩石＞强风化岩石＞全风化岩石。

（4）岩浆岩饱水率对工程性状的影响

同一场地同种岩石裂隙和节理越发育，一般越富含水，其强度也就越低，对工程性状是不利的，但裂隙发育的玄武岩地区往往存在具有供水意义的地下水资源。

▶ 3.7.3 影响沉积岩工程性状的主要因素

沉积岩按其结构特征可分为碎屑岩、泥质岩及生物化学岩等，不同的沉积岩的工程地质及水文地质性质也各有所异。所以，具体是什么种类的沉积岩及其力学性质是影响沉积岩工程性状的最主要因素。

（1）沉积岩的种类对工程性状的影响

火山碎屑岩的类型复杂，岩体结构变化较大，其中粗粒碎屑岩的工程地质性质较好，接近于岩浆岩。细粒的如凝灰岩，由细小火山灰组成，质软，水理性质甚差，为软弱岩层。

沉积碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物成分和胶结类型的影响显著，如硅质基底式胶结的岩石比泥质接触式胶结的岩石强度高、裂隙率小、透水性低等。此外，碎屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响，如石英质的砂岩和砾岩比长石质的砂岩为好。

黏土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作为隔水层和防渗层。

化学岩和生物化学岩抗水性弱，常具不同程度的可溶性。硅质成分化学岩的强度较高，但性脆易裂，整体性差。碳酸盐类岩石如石灰岩、白云岩等具中等强度，一般能满足结构设计要求，但存在于其中的各种不同形态的喀斯特，往往成为集中渗漏的通道，在坝址和水库的地质勘察中，应查清喀斯特的发育及分布规律。易溶的石膏、石盐等化学岩，往往以夹层或透镜体存在于其他沉积岩中，质软，浸水易溶解，常常导致地基和边坡的失稳。

（2）沉积岩的结构构造对工程性状的影响

沉积岩的结构越致密，工程性状越好，反之沉积岩的构造裂隙越发育，工程性状相对越差。

（3）风化程度对工程性状的影响

沉积岩的风化程度越高，工程性状越差，同一场地同种岩石，一般来说工程性状（岩石抗压强度）从好到坏的次序依次为：未风化岩石＞微风化岩石＞中风化岩石＞强风化岩石＞全风化岩石。

（4）沉积岩饱水率对工程性状的影响

同一场地同种岩石裂隙和节理越发育，一般越富含水，其强度也就越低，对工程性状是不利的，但裂隙发育的砂岩、砾岩和石灰岩地区，往往储存有较丰富的地下水资源，一些水量较大的泉流，大多位于石灰岩分布区或其边缘部位，是重要的水源地。

▶ 3.7.4 影响变质岩工程性状的主要因素

变质岩是由岩浆岩或沉积岩受温度、压力或化学性质活泼的溶液的作用，在固态下变质而成的，故其工程性质与原岩密切相关。所以，具体是什么种类的变质岩及其力学性质，是影响变质岩工程性状的最主要因素。

（1）变质岩的种类对工程性状的影响

原岩为岩浆岩的变质岩其性质与岩浆岩相似（如花岗片麻岩与花岗岩）；原岩为沉积岩的变质岩其性质与沉积岩相近（如各种片岩、千枚岩、板岩与页岩和黏土岩相近；石英岩、大理岩分别与石英砂岩和石灰岩相近）。一般情况下，由于原岩矿物成分在高温高压下重结晶的结果，岩石的力学强度较变质前相对增高。但是，如果在变质过程中形成某些变质矿物，如滑石、绿泥石、绢云母等，则其力学强度（特别是抗剪强度）会相对降低，抗风化能力变差。动力变质作用形成的变质岩（包括碎裂岩、断层角砾岩、糜棱岩等）的力学强度和抗水性均甚差。

变质岩的片理构造（包括板状、千枚状、片状及片麻状构造）会使岩石具有各向异性特征，工程建筑中应注意研究其在垂直及平行于片理构造方向上工程性质的变化。

（2）变质岩的结构构造对工程性状的影响

变质岩的结构越致密，工程性状越好，反之变质岩的构造裂隙越发育，工程性状相对越差。

（3）风化程度对工程性状的影响

变质岩的风化程度越高，工程性状越差，同一场地同种岩石，一般来说工程性状（岩石抗压强度）从好到坏的次序依次为：未风化岩石＞微风化岩石＞中风化岩石＞强风化岩石＞全风化岩石。

（4）变质岩饱水率对工程性状的影响

同一场地同种岩石裂隙和节理越发育，一般越富含水，其强度也就越低，对工程性状是不利的。变质岩中往往裂隙发育，在裂隙发育部位或较大断裂部位，常常形成裂隙含水带，这样的地区可作为小规模的地下水源地。