2019年二建矿业工程精讲考点：矿山地质条件的分析与评价

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赵景满老师简介：

赵景满，某高校副教授，多年来从事一级建造师、二级建造师矿业专业课程培训工作及矿业企业相关培训工作，对考试及矿业实际工作有丰富的经验，能够细致，全面的掌握考试方向，帮助学员顺利通过考试。

2G311000 矿业工程施工相关技术

2G311020 矿业工程地质和水文地质

内容预览：共有三小节

2G311021、矿山地质条件的分析与评价

2G311022、地质构造及其对矿山工程的影响

2G311023、矿井水文地质条件分析及应用

2G311021 矿山地质条件的分析与评价

一、土的物理力学性质及工程性质

1、土的工程分类

（1）土按堆积年代可划分为老堆积土、一般堆积土、新近堆积土三类。

（2）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。

（3）根据土中有机质含量可划分为无机土、有机土、泥质炭土和泥炭。

（4）按颗粒级配和塑性指数可将土分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。

碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。根据颗粒级配和形状可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾。

砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土。根据颗粒级配可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。

粉土：粒径大于0.075㎜的颗粒含量不超过全重50%，且塑性指数小于或等于10的土。根据颗粒级配可分为砂质粉土和黏质粉土。

黏性土：塑性指数大于10的土。按塑性指数可分为黏土和粉质黏土。

（5）特殊土及其分类

在特定的地理环境或人为条件下形成的特殊性质的土称特殊土，包括软土、湿陷性黄土、红黏土、膨胀土、多年冻土、混合土、人工填土、盐渍土等。

2、土的物理性质指标

（1）土的基本物理性质指标：密度、重度、相对密度、干密度、干重度、含水量、饱和度等。

（2）黏性土的状态指标

1）塑性指数（Ip）：土的液限和塑限的差值（用无百分符号的百分数表示），塑性指数越大，表示土处于塑性状态的含水量范围越大。一般，土颗粒能结合的水越多（如细颗粒黏土成分多），塑性指数越大。

2）液性指数（IL）：黏性土的天然含水量和土的塑限的差值与塑性指数之比。液性指数IL在0~1之间。液性指数越大，土中天然含水量越高，土质越软。

黏性土的状态指标示意图

3、土的工程性质

可松性、压缩性、休止角

4、土的抗剪强度

土的抗剪强度是指土具有抵抗剪切破坏的极限强度，它是评价地基承载力、边坡稳定性、计算土压力的重要指标。

影响土体抗剪强度的因素，对于无黏性土，土的抗剪强度和剪切面上的正压力（即摩擦阻力）成正比，黏性土和粉土的抗剪强度不仅与摩擦阻力有关，还与土颗粒间的黏聚力有关。

5、特殊土的工程地质

（1）淤泥类土：又称软土类土和有机类土，主要由黏粒和粉粒等细颗粒组成。淤泥质类土具有高含水量和高孔隙比、渗透性低、高压缩性、抗剪强度低、较显著的触变性和蠕变性。

（2）黄土与湿陷性黄土：按成因分为原生黄土和次生黄土。次生黄土的结构强度较原生黄土为低。

在自重压力和附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的为湿陷性黄土。湿陷性黄土分为自重湿陷性和非自重湿陷。

（3）膨胀土：具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土称为膨胀土。影响胀缩的主要因素包括土的黏粒含量、蒙脱石含量、天然含水量等。黏粒含量及蒙脱石含量越多，土的膨胀性和收缩性越大。

（4）红黏土：具有高塑性、天然含水量高、孔隙比大等特性。红黏土强度一随深度增加而大幅降低。

二、岩石的物理力学性质及工程性质

1、岩石的工程分类

按成因分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类；

按软硬程度分为硬质岩、软质岩和极软岩三类；

按岩体完整程度分为完整岩体、较完整岩体、较破碎岩体、破碎岩体和极破碎岩体。

岩浆岩通常具有均质且各向同性的特性（除部分喷出类岩石），力学性能指标通常也比较高，其中以深成岩的强度和抗风化能力为最高，然后依次是浅成岩、火山喷出岩。

变质岩由母岩变质而来，有石英岩、板岩、大理岩等。变质岩的岩性与变质程度有关，变质越深则其岩性越稳定。沉积岩经变质后的力学性质一般会更好些。

沉积岩包括砾岩、各种砂岩和黏土岩。沉积岩的性质主要与成分、胶结性质有关，一般沉积岩的岩性比较弱。沉积岩是煤炭矿山遇到的主要岩层。

2、岩石的物理性质

（1）孔隙性：孔隙性发育程度的指标包括孔隙率与孔隙比。孔隙率即岩石中孔隙总体积与包括孔隙在内的岩石总体积之比。孔隙比是指岩石孔隙总体积与岩石固体部分体积之比。

（2）吸水性：一般用自然吸水率、饱和吸水率及饱和系数表示。 岩石的吸水率、饱和系数大，表明岩石的吸水能力强，水对岩石颗粒间结合物的浸湿、软化作用强。岩石强度和稳定性受水作用的影响就越显著。

（3）软化性：用软化系数表示，是指水饱和状态下的试件与干燥状态下的试件（或自然含水状态下）单向抗压强度之比。它是判定岩石耐风化、耐水浸能力的指标之一。软化系数小于0.75的岩石，其抗水、抗风化和抗冻性较差。

（4）抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏作用的性能。

一般认为吸水率小于0.5%，饱和系数小于0.8，软化系数大于0.75的岩石，为抗冻岩石。

3、岩石的力学性质

（1）岩石的强度特性

岩石的强度为抵抗外载整体破坏的能力，分抗拉、抗压、抗剪等几种强度，其大小取决于其内聚力和内摩擦力。岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小，且压拉强度相差很大。

（2）岩石的变形特性

岩石压缩变形伴随有裂隙开裂的过程，并最终形成断裂。由于有裂隙张开，变形过程中有体积膨胀现象，称为扩容。岩石在断裂的瞬间，其压缩过程中所积蓄的能量会突然释放，造成岩石爆裂和冲击荷载，是地下岩爆等突发性灾害的基本原因。

围压（约束作用）与岩石破坏后剩下的残余强度的高低有重要关系，随围压的提高，岩石的脆性减小、峰值强度和残余强度提高。

（3）节理面影响和岩体力学特性

岩体内存在有节理面（弱面）是影响岩体力学性质的重要因素。节理面的影响因素包括节理面本身的（强度、变形、结构形式等）性质、节理面的分布（密度和朝向）等。

节理面是岩体的弱结构，一般会使岩石的强度降低，变形模量降低。

影响节理面的抗剪强度的因素包括节理面的接触形式、剪胀角大小、节理面粗糙度以及节理面充填情况（充填度、充填材料性质、干燥和风化程度）等。

三、矿井地质类型划分

根据《煤矿地质工作规定》（安监总煤调［2013］135号），井工煤矿地质类型分为简单、中等、复杂、极复杂四种类型。