工程地质讲义文档格式.docx
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⏹15≥Rb>
5Mpa，软岩
⏹Rb＜5Mpa，极软岩
岩石的主要物理水理性质指标
⏹岩石颗粒密度（ρP）岩石块体密度（ρ0）软化系数（η）
⏹吸水率（ω）渗透系数（K）孔隙率（n
⏹岩石颗粒密度（ρP）是指岩石的固体部分质量与其体积之比，g/cm3。
⏹岩石块体密度（ρо）是指岩块质量与其体积之比，g/cm3。
按岩块的含水状态，分为干密度（ρd），饱和密度（ρsat）等。
⏹孔隙率（n）是指岩石中孔隙的体积与岩石的体积的比值。
⏹自由吸水率（ωa）：
是指岩石试件在一个大气压和室温条件下自由吸入水的质量与岩石干质量的比值。
⏹饱和吸水率（ωs）：
是指岩石试件强制饱和（煮沸法或真空抽气法）后吸入水的质量与岩石干质量的比值。
⏹饱水系数：
自由吸水率（ωa）与饱和吸水率（ωs）之比。
⏹岩石的吸水率和饱水系数是表征岩石水理性质的重要指标。
岩石吸水率的多少，取决于岩石所含空隙的数量、大小及其张开程度。
⏹根据饱水系数的大小可以判断岩石的抗冻性能，饱水系数大，说明常压下吸水后余留的空隙少，抗冻性能差
在工程实践中，岩石（岩体）的透水性有两种表达方式：
⏹渗透系数（k）是指水力坡度为1时，水在岩石中流动的速度。
单位为cm/s，也有用m/d。
⏹透水率的单位为吕荣（Lu），即当试验压力为1MPa时每米试段的压入水流量（L/min）。
⏹软化系数是指岩石浸水饱和后的抗压强度与干燥状态下抗压强度的比值。
表示岩石遇水软化的性能，越大软化性能越弱，其抗冻性和抗风化能力强；
反之亦然。
岩石的主要力学性质指标
⏹单轴抗压强度（R）抗拉强度（σt）抗剪强度（τ）泊松比（μ）变形模量（E0）
⏹单轴抗压强度（R）是指岩石试件在单向受力破坏时所能承受的最大压应力，单位为MPa。
根据岩石的含水状态，表征岩石抗压强度的指标还有干抗压（RC）、饱和抗压（Rs）等。
⏹抗拉强度（σt）是指岩石试件在单向受拉条件下所承受的最大拉应力，单位为MPa。
常用的试验方法有轴向拉伸法和劈裂法，其中采用劈裂法的较多。
⏹抗剪强度（τ）是指岩石试件受剪力作用时能抵抗剪切破坏的最大剪应力。
由内聚力（c）和内摩擦阻力σ•tgø
两部份组成。
一般表达式为τ=σ•tgø
+c，单位为MPa。
抗剪强度按试验方法不同，通常分为三种抗剪强度。
⏹抗剪断强度是指在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。
反映了岩石的内聚力和内摩擦阻力之和。
⏹抗剪（摩擦）强度是指在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面剪坏时最大剪应力。
⏹抗切强度是指法向应力为零时沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。
⏹变形模量（E0）是指在单向压缩条件下，岩石试件的轴向应力与轴向应变之比，单位为Mpa。
当岩石的应力—应变为直线关系时，变形模量为一常量，称为弹性模量（E）。
⏹泊松比（μ）是指在单向压缩条件下，岩石试件的横向应变与轴向应变之比。
⏹以上只介绍了岩石的主要特性指标。
除物理、水理性质外，岩体力学研究中还经常涉及到岩石的热学性质，其常用指标有比热容、导热系数、热扩散率等；
在力学性质方面，还涉及到岩石的动力学性质、水力学性质等。
在此不再赘述。
土的基本概念
⏹土是尚未固结成岩的松、软堆积物；
主要为第四纪的产物；
土与岩石的根本区别是土不具有刚性的联结，物理状态多变，力学强度低等；
由各类岩石经风化作用而成；
位于地壳的表层，是人类工程经济活动的主要地质环境；
一般由固态、液态、气态三相组成。
土的主要物理水理性质指标
⏹土粒比重（Gs）天然密度（ρ）含水率（ω）渗透系数（k）
⏹孔隙比（e）土的稠度与界限含水率孔隙率（n）
⏹土粒比重（Gs）是指土粒在105~110℃下烘至恒重时的质量与土粒同体积4℃纯水质量的比值。
其试验方法有浮称法、虹吸法和比重瓶法。
⏹土的密度是指土在某种状态下单位体积的质量，单位为g/cm3。
按照土的含水状态，表示土的密度的指标有天然密度（ρ），干密度（ρd）和饱和密度（ρszt）等。
在工程上经常用到重度的概念，如干重度、饱和重度等。
其值等于相应密度乘以重力加速度。
含水率（ω）是指土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比。
通常用百分数表示。
土的密度、比重和含水率均系直接试验参数。
其它很多指标都可通过这三个指标计算得到。
⏹孔隙率（n）是指土中孔隙体积（Vv）与土的总体积（Vs）之比。
通常用百分数表示。
⏹孔隙比（e）是指土中孔隙体积（Vv）与土粒体积（V）之比。
⏹二者都是表示孔隙在土中所占相对体积的指标，反映土的紧密程度。
⏹
土的稠度：
细粒土因含水率的变化而表现出的各种不同物理状态，称为细粒土的稠度。
细粒土的稠度状态主要有液态、塑态和固态三种。
⏹土的界限含水率：
由一种稠度状态转变为另一种稠度状态时相应于转变点的含水率称为界限含水率。
⏹液限（WL）是粘土处于可塑状态的上限含水率，相当于液态与可塑状态之间的界限含水率。
⏹塑限（WP）是使粘性土成为可塑状态的下限含水率；
⏹缩限（ws）相当于从半固态转入固态的界线含水率。
⏹塑性指数（IP）是表征土的塑性状态的指标，它反映粘性土具有可塑性的含水率变化范围，间接表明土的强度随含水率改变而变化。
⏹液性指数：
⏹式中w—是土的天然含水率
⏹液性指数（IL）是判断粘土稠度状态的重要指标。
Il≤0坚硬；
0<
Il≤0.25硬塑；
0.25<
Il≤0.75可塑；
0.75<
Il≤1.0软塑；
>
1.0流塑
⏹渗透系数（k）是指当土中水渗流呈层流状态时，其流速与作用水力梯度成正比关系的比例系数，单位为cm/s或m/d。
（达西定律）
⏹是水文地质中重要的指标之一，通常由现场试验或室内试验获得
土的主要力学性质指标
⏹压缩系数（a）抗剪强度（τ）灵敏度（St）无侧限抗压强度（qu）
土的压缩性
在压力作用下，土体中的孔隙体积减小，而引起土体积变小的性质。
用压缩系数表征。
压缩系数（a）是指在K0固结试验中，土试样的孔隙比减小量与有效压力增量的比值，即e~p压缩曲线上某压力段的割线斜率，以绝对值表示，单位为Mpa-1
压缩系数的应用
在工程实际中，常以压力段为0.1Mpa至0.2Mpa的压缩系数（α1-2）作为判断土的压缩性高低的标准。
当α1-2<
0.1Mpa-1时，为低压缩性；
当0.1Mpa-1≤α1-2<
0.5Mpa-1时，为中压缩性；
当α1-2≥0.5Mpa-1时，为高压缩性。
抗剪强度（τ）
⏹土具有的抵抗剪切破坏的极限强度。
抗剪强度参数用摩擦系数和凝聚力表示。
⏹土的剪切破坏可以看作是颗粒之间联结的破坏；
颗粒之间的联结强度随剪切面上的有效应力大小而改变，这是土的抗剪强度的主要特征之一。
⏹土的抗剪试验包括直剪试验、三轴剪切试验及十字板剪切试验等，根据试验方法及排水状态有多种抗剪强度指标。
一般根据工程需要和规程规范选用。
无侧限抗压强度（qu）
⏹为土在侧面不受限制的条件下，抵抗垂向压力的极限强度。
⏹σ3=0；
σ1=qu=2c×
tg（450+0.5φ）
⏹qu—粘性土的无侧限抗压强度
⏹对于饱和软粘土，在不固结不排水的条件下φ=0；
因此，饱和软粘土的抗剪强度tf=c=0.5×
qu
灵敏度（St）
⏹灵敏度（St）是指原状土的无侧限抗压强度与相同含水率的重塑土的无侧限抗压强度之比。
⏹根据灵敏度指标判断土的灵敏性。
⏹当St<
2时为低灵敏，
⏹St=2~4时为一般灵敏；
⏹St=4~8时为灵敏；
⏹St>
8时为高灵敏。
土的工程分类
⏹关于土的分类标准，比较混乱，特别对于细粒土，有使用GBJ/145-90《土的分类标准》的，也有用水利系统的三角分类法。
这里介绍GB50021-2001《岩土工程勘察规范》的分类。
⏹土按颗粒级配和塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土和粘性土四类。
土的基本分类
碎石土分类（20表2-6）
名称
颗粒形状
颗粒级配
漂石
块石
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
d>
200mm的颗粒质量超过总质量的50%
卵石
碎石
20mm的颗粒质量超过总质量的50%
圆砾
角砾
2mm的颗粒质量超过总质量的50%
砂土分类（P20表2-7）
砾砂
2mm的颗粒质量占总质量的25~50%
粗砂
0.5mm的颗粒质量占总质量的50%
中砂
0.25mm的颗粒质量占总质量的50%
细砂
0.075mm的颗粒质量占总质量的85%
粉砂
0.075mm的颗粒质量占总质量的50%
粉土分类（P21表2-8）
粘粒含量ρc（%）
粘质粉土
10≤ρc<
15
砂质粉土
3≤ρc<
10
塑性指数Ip
粉质粘土
10<
Ip≤17
粘土
Ip>
17
地质构造
⏹地质构造是指组成地壳的岩石在力的作用下发生的连续或不连续永久变形的形迹。
褶皱构造和断裂构造是常见的地质构造。
⏹褶皱是岩层受地壳运动的作用形成的连续弯曲现象。
褶皱中的单个弯曲称为褶曲。
褶曲表现为背斜和向斜两种基本形态，它们相间排列构成褶皱
⏹断裂是在构造应力作用下岩体产生的各种破裂的总称，包括节理、劈理和断层三类
断层
⏹断层是破裂面两侧地层或岩体有明显相对位移的断裂构造。
断层的要素
主要有断层面、断层线、断层带、断盘及断距等，
断层的形态分类
断层的其他分类
⏹按断层走向与岩层走向的关系可分为：
走向断层、倾向断层、斜交断层。
⏹按断层走向与褶曲轴向的关系可分为：
纵断层、横断层、斜断层。
河谷地貌的基本形态
⏹阶地按成因可分为：
侵蚀阶地、堆积阶地、基座阶地和埋藏阶地。
⏹其中堆积阶地按堆积的形式又分为上迭阶地和内迭阶地
⏹侵蚀阶地:
岩石面上切割出来的阶地，阶面上没有沉积物。
⏹基座阶地：
岩石面上切割出来阶地后，其上又覆盖着河流堆积物
⏹上迭阶地：
河流在切割河床堆积物时，切割深度逐渐减小，侧向侵蚀也不能达到原来的范围
⏹内迭阶地：
⏹河流切割河床堆积物时，切割深度达到了原有堆积物的厚度，甚至切割到了基岩。
⏹第一章水利水电工程地质勘察【考试大纲】
⏹1.1掌握各勘察阶段工程勘察的任务和要求.
⏹1.2熟练掌握各勘察设计阶段各类建筑物（枢纽建筑物、引水线路、堤防等）地质勘察工作的布置原则、勘察内容、方法及试验要求。
⏹1.3熟练掌握各勘察设计阶段对水库区主要工程地质问题（包括滑坡、崩塌、坍岸、浸没、渗漏等）的勘察内容、方法。
⏹1.4熟练掌握各勘察设计阶段工程地质勘察报告和主要附图的编制。
水利水电工程地质勘察
⏹本章内容主要是根据《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99、《中小型水利水电工程地质勘察规范》SL55—2005和《堤防工程地质勘察规程》SL188—2005，因此复习应以这些规范为准。
⏹由于时间关系，仅以大型水利水电工程为例简要介绍。
水利水电工程地质勘察的任务
水利水电工程地质勘察是水利水电工程建设的基础性工作，其根本任务是应用地质学、工程地质学的原理及实践经验，运用工程地质的技术、方法，查明工程区的工程地质条件，充分论证有关工程地质问题，为水利水电工程的规划、设计和施工提供科学的地质依据。
勘察阶段的划分
水利水电工程地质勘察阶段与设计阶段相适应。
水利工程分为规划、项目建议书、可行性研究、初步设计、招标设计和施工图设计六个勘察阶段。
水电工程划分为规划、预可行性研究、可行性研究、招标设计和施工图设计五个阶段。
GB50287分为规划、可行性研究、初步设计和技施设计四个勘察阶段（本次考试以此为准）
对于中小型水利水电工程、除险加固工程、堤防工程等，经主管部门批准，勘察阶段可以适当合并
各阶段工程地质勘察的基本任务
⏹规划阶段是对河流开发方案和水利水电近期开发工程选择进行工程地质论证，并提供相应的工程地质资料。
⏹可行性研究阶段是在规划选定方案的基础上选择坝址，对选定坝址、基本坝型、枢纽布置和引水线路方案进行工程地质论证，并提供相应的工程地质资料。
⏹初步设计阶段是查明水库及建筑物区的工程地质条件，对选定坝型和枢纽布置方案进行工程地质论证，提供建筑物设计所需的工程地质资料。
⏹技施设计是在初步设计阶段选定的水库及枢纽建筑物场地上，检验前期勘察的地质资料与结论，补充论证专门性工程地质问题，并提供优化设计所需的工程地质资料。
规划阶段工程地质勘察的主要内容
1、了解规划河流或河段的区域地质和地震概况；
2、了解各梯级水库的地质条件和主要工程地质问题，分析建库的可能性；
3、了解各梯级坝址的工程地质条件，分析建坝的可能性；
4、了解长引水线路（长度大于2km的隧洞或渠道）的工程地质条件；
5、了解各梯级坝址附近的天然建筑材料的赋存情况。
可研阶段工程地质勘察的主要内容
1、进行区域构造稳定性研究，并对工程场地的构造稳定性和地震危险性做出评价；
2、调查水库区的主要工程地质问题，并作出初步评价；
3、调查坝址、引水线路、厂址和溢洪道等建筑物场地的工程地质条件，并对有关的主要工程地质问题做出初步评价；
4、进行天然建筑材料初查。
初设阶段工程地质勘察的主要内容
1、查明水库区水文地质、工程地质条件，分析工程地质问题，预测蓄水后的变化；
2、查明建筑物地区的工程地质条件并进行评价，为选定各建筑物的轴线及地基处理方案提供地质资料和建议；
3、查明导流工程的工程地质条件，根据需要进行施工附属建筑物场地的工程地质勘察和施工与生活用水水源初步调查；
4、进行天然建筑材料详查；
5、进行地下水动态观测和岩土体位移监测。
技施设计阶段工程地质勘察的主要内容
1、进行初步设计审批中要求补充论证的和施工中出现的专门性工程地质问题勘察；
2、提出对不良工程地质问题处理措施的建议
3、进行施工地质工作；
4、提出施工期和运行期工程地质监测内容、布置方案和技术要求的建议；
5、分析施工期工程地质监测资料。
重点内容
⏹在这一章中，应着重不同水工建筑物的勘察内容和勘察工作布置。
特别是水库区、坝址及地下洞室的勘察是重点。
⏹注意复习测绘范围与精度要求、勘探剖面布置原则、勘探坑孔的深度要求等。
⏹鉴于规范中已有具体、详细的规定，在此不一一介绍。
各阶段水库区勘察的主要内容
⏹规划阶段：
了解水库的地质和水文地质条件；
了解可能威胁水库成立的滑坡、潜在不稳定岸坡、泥石流、坍岸和浸没等的分布范围；
⏹了解可溶岩地区的喀斯特发育情况，含水层和隔水层的分布范围，河谷和分水岭的地下水位，并对水库产生渗漏的可能性进行分析；
⏹了解重要矿产和名胜古迹的分布情况。
可研阶段：
⏹调查水库区的水文地质条件，可能的渗漏地段，估算可能的渗漏量；
⏹调查库岸稳定条件，预测水库坍岸情况；
预测水库浸没范围；
⏹调查影响水库建设的其他环境地质问题。
初设阶段：
⏹在可行性研究阶段勘察工作的基础上，针对水库存在的地质问题，开展水库渗漏、浸没、库岸稳定性等专门性工程地质勘察工作。
针对库区主要工程地质问题的勘察要求
技术标准中针对库区渗漏、浸没和库岸稳定性等提出了勘察要求。
主要是在可研和初设阶段。
可研阶段水库渗漏工程地质勘察
目的是初步圈定水库蓄水后可能发生渗漏的地段，估算渗漏量的大小，初步评价渗漏对建库的影响程度及处理的可能性，为坝址选择和回水高程的确定提供资料。
⏹方法是测绘和必要的勘探。
勘探剖面垂直于地下水分水岭或平行于地下水流向布置，孔深应达到可靠的相对隔水层或喀斯特发育相对下限以下的适当深度。
初设阶段水库渗漏地质勘察
对存在水库渗漏地段进行专门性勘察，定量地评定渗漏量，为防渗措施的选择和设计提供资料。
首先进行比例尺l/万~1/2千的地质测绘，其次，应平行于水库渗漏方向布置勘探剖面线。
查明水文地质条件及测得渗透系数后，应根据边界条件选用适当的公式估算渗漏量，以便为防渗措施的设计提供依据。
水库浸没工程地质勘察
⏹水库蓄水后使库区周围地下水相应壅高而接近或高于地面，导致农田盐碱化、沼泽化及建筑物地基条件恶化、矿坑涌水等，这种现象称为浸没。
⏹调查分析可能产生浸没的地形、地层岩性、水文地质等条件；
通过地下水回水计算，预测地下水回水水位，进行浸没评价。
不同阶段浸没勘察的任务
⏹可行性研究阶段——预测水库的浸没范围
⏹初步设计阶段应对已经圈定的浸没区进行详细勘察——确定浸没区的范围；
查明防护地段的水文地质、工程地质条件，提出处理措施建议。
⏹浸没勘探要求
浸没区水文地质勘探剖面线应垂直库岸或平行地下水流向布置。
勘探点应采用坑、孔，且控制性钻孔不应少于2个，其中一个孔应靠近水库设计正常蓄水位的边线布置，钻孔应进入相对隔水层；
探坑应挖到地下水位。
浸没地下水临界埋深Hcr的计算
式中：
Hk为地下水位以上的土壤毛管水最大上升高度，m；
H为安全超高值。
对农业区，该值即根系层的厚度（约0.3~0.5m）；
对城镇居民区，该值取决于基础埋深和地基土的情况等因素。
⏹当浸没临界值Hcr大于潜水回水埋深值时，则会产生浸没。
库岸稳定性工程地质勘察
坍岸预测剖面，应垂直于库岸布置，近岸边的钻孔应打到水库死水位以下5~10m或陡坡脚，其余坑孔深度则根据具体情况确定。
初设阶段混凝土坝址勘察
1工程地质测绘应符合下列规定：
1）测绘比例尺可选用1∶2000~1∶1000，高拱坝坝址可选用1∶500。
2）测绘范围应包括坝址水工建筑物场地和对工程有影响的地段。
3）当岩性变化或存在软弱夹层时，应测绘详细的岩层柱状图。
2物探应符合下列规定：
1）宜采用综合测井和井下电视等方法调查结构面、软弱带的产状、分布、含水层和渗漏带的位置等。
2）可采用单孔法、跨孔法、跨洞法测定各类岩体纵波或横波波速，进行岩体动弹性模量或纵波波速的分区。
3）喀斯特区可采用孔间或洞间测试以及层析成像技术调查喀斯特洞穴的分布。
⏹3勘探应符合下列规定：
⏹1）勘探剖面线应根据具体地质情况结合建筑物特点布置。
选定的坝线应布置坝轴线勘探剖面线和上、下游辅助勘探剖面线，剖面线间距根据坝高和地质条件，可采用50~200m。
溢流坝段、非溢流坝段、厂房坝段等应有代表性勘探纵剖面线。
⏹2）坝轴线勘探剖面线上的勘探点间距可采用20~50m，其它勘探剖面线上勘探点间距可视具体需要确定。
⏹3）钻孔深度应进入拟定建基面高程以下1/3~1/2坝高的深度，帷幕线上钻孔深度可采用坝高或进入相对隔水层不应少于10m。
⏹4）第四纪地层上闸基的钻孔应结合闸墩和防渗、防冲建筑物布置，钻孔深度宜根据覆盖层厚度及建基面高程确定。
当覆盖层厚度小于闸底宽时，钻孔深度应进入基岩5~10m；
当覆盖层厚度大于闸底宽度时，钻孔深度宜为闸底宽度的1~2倍，并应进入下伏承载力较高的土层或相对隔水层。
5）专门性钻孔的孔距、孔深可根据具体需要确定。
6）平洞、坚井、大口径钻孔和河底平洞应结合建筑物位置、两岸地形、地质条件和岩体原位测试工作的需要布置。
高陡岸坡宜布置平洞；
地形、地层平缓时宜布置竖井或大口径钻孔；
当存在影响坝基稳定的断层、破碎带和软弱夹层时可布置河底平洞。
7）拱坝坝肩每隔30~50m高程应布置平洞。
8）抗力体部位应布置专门勘探工程查明中、缓倾角软弱结构面。
⏹9）当钻孔或平洞遇到溶洞或大量漏水时，应继续追索或采用其它手段查明情况。
⏹4岩土试验应符合下列规定：
⏹1）主要岩石的室内物理力学性质试验组数累计不应少于10组；
影响坝基变形的岩类原位变形模量试验不应少于4点；
控制坝基抗滑稳定的岩层或滑动面的原位抗剪和抗剪断试验组数不应少
2）第四纪地层上的坝闸基持力层范围内的每一土层均应取原状样，并进行室内物理力学性质试验，土层主要指标的试验组数累计不得少于11组。
3）土层和粉细砂层应结合钻探进行标准贯入试验，软粘土应进行十字板剪切试验。
4）根据需要可进行地质力学模型试验，岩体应力测试，载荷试验，混凝土拖板试验，可能液化土的三轴振动试验和管涌土的渗透变形试验等专门性试验。
5水文地质试验应符合下列规定：
1）坝基、坝肩及帷幕线上的基岩钻孔应进行压水试验，其它部位的钻孔可根据需要确定。
坝高大于200m时，宜进行大于设计水头的高压压水试验及为查明渗透性各向异性的定向渗透试验。
2）覆盖层应进行抽水试验，根据含水层的复杂程度可选用单孔或多孔，分层或综合抽水试验。
3）喀斯特区应进行连通试验和抽水试验。
6地下水动态观测应符合下列规定：
1）观测内容应包括水位、水温、水化学、流量或涌水量等；
2）观测时间应延续一个水文年以上，并完善观测网。
7不稳定岩土体位移监测。
初设阶段土石坝址勘察
⏹坝址区测绘范围同混凝土坝址，比例尺为1/1000~1/5000。
物探方法以综合测井为主。
⏹勘探剖面应结合当地材料坝的坝轴线，防渗线、排水减压井、消能建筑等布置。
勘探点间距为50~100m。
钻孔孔深：
覆盖层地基，当下伏基岩埋深小于一倍坝高时，钻孔应深入基岩面以下10~20m，帷幕线上孔深视需要而定；
当下伏基岩埋深大于一倍坝高时，孔深应根据透水层和相对隔水层的具体情况确定。
基岩地基上的钻孔孔深为1/3~1/2倍坝高，帷幕线上的孔深不小于一倍坝高。
⏹对两岸基岩岸坡应布置平洞、钻孔或探槽，以查明风化带
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