第五章 土与岩石的工程分类.ppt

1、第五章 土与岩石的工程分类与特征,第一节 岩石的工程分类定向钻施工主要是浅表地层中和地下浅层的岩石中成孔，施工作业的对象是岩土，一方面要提高岩土破碎的生产效率，另一方面要保证孔壁的稳定。因此，掌握岩土分类和特征，是设计。施工的前提，也是定向钻是否适宜施工，泥浆设计与配制的依据。,一、岩土分类 1、岩石分类 构成地壳的岩石是由一种或多种矿物在一定的地质环境中形成的自然集合体。 1）按岩石成因可分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。 2）按其坚固性分为：硬质岩、软质岩。凡抗压强度30MPa的称为硬质岩。如花岗岩、闪长岩、石灰岩等。抗压强度 30MPa为软质岩。如黏土页岩云母片岩等。 3）按风化程度分

2、为：微风化、中等风化和强风化岩。 4）按岩石结构分为：整体状结构、块状结构岩石。,2、土的分类 土分为：碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工杂填土等五大类。前四种为天然土，碎石土和砂土为粗粒土，粉土和黏土为细粒土。 1）碎石土：按粒组含量和颗粒形状分为漂石、块石、卵石、碎石园砾和角砾等。 2）砂土：指粒径大于2mm，颗粒含量不超过全重的50，而粒径大于0.075mm颗粒含量超过全重50的土。,3）粉土：指粒径大于0.75mm，介于粉砂及黏性之间粉粒含量超过50的土类，其塑性指数小于10。其中黏粒含量超过15，且可搓成条，称为黏质粉土。 4）黏性土：按塑性指数划分，Ip10的土通称黏性土。其中Ip1

3、7时，称为黏土；10Ip17时称为粉质黏土。 5）砂土、黏性土、粉土的现场鉴别方法（略）,3、特殊土类 特殊土类可分为：软土、人工回填土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土。 1）软土：在静水或缓慢的流水中沉积，经生物化学作用形成为饱和黏性土。 2）人工回填土：由于人类活动而产生的堆积物，其物质成分较为杂乱，均匀性差。 3）黄土：是在干燥气候下形成的一种具有灰黄色的特殊土，颗粒粒径在0.050.005mm的占总质量的50以上，这一粒级又可分为细纱、粉土和黏粒。,4）膨胀土：主要成分是由亲水性矿物质组成，液限大于40，且膨胀性能大，自由膨胀率大于40，是黏性土特性之一。 5）红粘土：是石灰石、白云石、

4、泥灰岩等碳酸盐类岩石，经风化后，残疾、堆积形成褐红、棕红、黄红等高塑性黏土。 6）盐渍土：指含有较多（大于0.5）易溶盐类的土。,二、土的来源 土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物。土与岩石的区别在于颗粒胶结的强弱，有时也有难以区分的情况。 土根据来源可分为：有机土和无机土。 无机土：是指岩石风化后形成的天然土，是岩石风化后的产物。 有机土：是指腐殖土，主要是由植物完全或部分分解的堆积物具有高压缩性、低强度,岩石主要由以下原因形成： 1、物理风化。 2、化学风化、 在自然界中物理风化和化学风化是同时或交替进行的，所以任何一种天然土，即使物理繁华的产物又是化学风化的产物。,三、土的种类

5、 1、残疾土：是岩石风化后仍然堆积在原地的堆积物。 2、运积土：是经水流、风和冰川等动力搬运离开产地的堆积物。 3、成土矿物：土是岩石风化后的产物，土粒的矿物成分取决于成土母岩的矿物成分，风化后一般可分为原生矿物和次生矿物两类。 1）原生矿物：石英、长石、云母。岩石物理风化生成的土粒，土粒较粗，吸水性较弱，性质稳定等。 2）次生矿物：化学风化的产物，性质与母岩完全不同，一般为黏土矿物,第二节 土的物理特性 一、土粒三项组成 土是由固体颗粒和颗粒之间的空隙组成，而空隙中通称存在着水、空气两种物质，因此，土是固体颗粒、水、空气组成的混合物。通称为土的三相系。,二、土的物理指标 组成土的三个部分固相

6、、液相、气相所占用的比列不同，对土的工程性质有着很大影响。其物理指标是：土颗粒的相对密度、土的容重、干土容重、饱和土容重、土的浮容重、土的含水量、土的空隙比、土的孔隙率、土的饱和度等9个指标。 1、土颗粒的相对密度：是指土颗粒密度与同体积的摄氏4度蒸馏水的密度之比。 2、土的容重：土的重量与土的总体积之比。 3、干土容重：处于无水的两相状态时，单位体积土颗粒所受到的重力，称为干土的重力密度。简称干土容重。,4、饱和土容重：当土的空隙全部被水充满时单位体积收到的重力称为饱和土的重力密度，简称饱和土容重。 5、土的浮容重：在地下水位以下的土的颗粒所受到的重力减去水的浮力之后的容重称为土的浮容重，简

7、称浮容重。 6、土的含水量：在天然状态下，土中所含水收到的重力与土颗粒所受到的重力之比，称为土的含水量，它常用百分数表示。 7、土的空隙比：土中的空隙体积与颗粒体积之比，简称土的空隙比，常用小数表示。 8、土的孔隙率：土的空隙体积所占总体积的百分数，称为土的孔隙率，简称孔隙率。 9、土的饱和度：土中水所占的体积和空隙所占体积之比，称为土地饱和度，常用小数表示。,第三节 岩石的物理与力学性质 一、岩石的物理性质 岩石的物理性质包括：岩石的黏结状态、密度和孔隙度、含水性和透水性、裂隙、结构与构造等。 二、岩石的力学性质 岩石的力学性质包括：岩石的强度、硬度、弹性和塑性，研磨性、可钻性。 1、岩石的

8、强度：是指岩石在外载（静或动载）的作用下，抵抗破坏的能力指标。岩石在给定的变形方式（压、拉、弯、剪）下被破坏时的应力值，称为岩石的强度极限。,2、岩石的硬度：是指岩石抵抗外部更硬物体压入其表面的能力。 3、岩石的弹性和塑性：物体在外力作用下产生变形，撤销外力后变形随之消失，物体恢复到原来的形状和体积的形状称为弹性；而外力撤消后，物体变形不能消失的性质称为塑性。 4、岩石的研磨性：是指钻进时岩石磨损破碎工具的能力。 5、岩石的可钻性：是指在一定钻进方法下，岩石抵抗钻头破坏它的能力,第四节 岩土对定向钻钻进的影响定向钻的钻孔与扩孔是一个十分复杂的过程，不但受到复杂地质情况的影响，还取决于钻进工具的

9、选择、钻进参数选择、根据地质条件选择泥浆配方、泥浆的输送与返流状态。,一、不适宜定向穿越地层的处理1、穿越河流时，会遇到大量卵石地层，大量园砾状的砂砾石堆积在一起，形成不稳定结构。不适宜一般方法钻进。 1）应以隔绝的方法处理：如预先放置套管或采用混凝土人工岩进行处理 2）进行地质改良方法处理：如注浆使地层稳定。同时采用高分散泥浆以合理的压力，保持孔型稳,二、无黏性松散地层处理 无黏性松散地层,砾石层、砂层和淤泥层等。 处理方法： 钻导向孔时：由于切削力较小，可选用斜板钻头、或牙轮钻头，也可用PDC钻头。 在扩孔作业时：可采用板式扩孔器，如遇砾砂石，可配动力钻具驱动高扭矩钻头。采用高分散泥浆等。

10、,三、黏性软地层 黏性软地层，在钻进或扩孔过程中，必须将其切削和挤压将其破碎。 主要存在的问题：孔洞形状的保持、钻头方向的控制、防止泥包钻头等。 解决的方法： 1）提高泥浆的切力和压力，降低泥浆的黏度。 2）采用比钻一般地层大一些的钻头，同时将斜节的角度值调高一些，减少旋转钻进，以斜节角度向上的方式进行推进。 3）如果泥包钻头，可加大泥浆排量，冲开钻头水嘴。否则，采用套管铣解卡。,四、岩石层 此地层需要专门的硬岩切削道具进行钻孔和扩孔。 优点：孔洞形状好，管段回拖阻力较小。 存在的主要问题：一是钻头方向的控制。钻头会沿岩石强度较为薄弱的方向钻进，使控向失效。二是如果岩石比较破碎，有裂缝存在，可能造成泥浆漏失，碎石卡钻。,处理方法： 一是按岩石的硬度、研磨性等选择钻头类型。一般在50MPa的岩石用铣齿式牙轮钻头钻软到中硬岩石。也可用PDC钻头钻硬岩石。钻塑性和粘结性岩石用自洗式牙轮钻头等。,二是钻进速度选择。在有岩石节理存在，影响控向时，可减缓钻进速度，缓慢通过此区域。 三是在破碎性岩石中钻进，可采用水敏性泥浆，必要时可在泥浆中加封堵剂，防止泥浆漏失。 四是在硬岩钻进时钻速按岩石可钻性分级选择。,谢 谢！,