工程地质学.docx

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工程地质学

工程地质学

1、工程地质学的定义

工程地质学是研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约关系，以便科学评价、合理利用、有效改造和妥善保护地质环境的科学；是地质科学与工程科学相互渗透、相互交叉的一门边缘学科，是地质学的一个分支。

2、工程地质条件：

指与工程建设有关的地质条件的总和，包括地层岩性、地质构造、地貌、水文地质条件、岩土体的工程性质、物理地质现象和天然建筑材料等方面。

3、工程地质学的主要研究方法：

地质学方法、实验和测试方法、计算方法和模拟方法。

4、结构面——岩体中的物质分异面、破裂面及软弱夹层等力学不连续面。

5、结构体——岩体被结构面切割成的不同形状和大小的岩块。

6、岩体的结构特征——岩体中结构面、结构体的形状、规模、性质及其组合关系的特征。

7、影响岩石力学性质的因素

●矿物成分

①矿物硬度的影响：

矿物硬度大，岩石的弹性越明显，强度越高

②不稳定矿物的影响：

化学性质不稳定的矿物，如黄铁矿、霞石以及易溶于水的盐类，如石膏、滑石、钾盐等，具有易变性和溶解性。

含有这些矿物的岩石其力学性质随时间而变化。

③粘土矿物的影响：

含有粘土矿物（蒙脱石、伊利石、高岭石等）的岩石，遇水时发生膨胀和软化，强度降低很大。

●岩石的结构、构造

①岩石中晶粒或岩石颗粒的大小、形状以及结合方式等结构的差异对岩石力学性质的影响

②岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与其他组成部分之间的排列方式及充填方式对岩石力学性质的影响。

●水

水对岩石力学性质的影响与岩石的孔隙性和水理性（吸水性、软化性、崩解性、膨胀性、抗冻性）有关。

水对岩石力学性质的影响主要体现在5个方面：

连结作用、润滑作用、水楔作用、孔隙压力作用、溶蚀及潜蚀作用。

具有充填物的软弱结构面的特性

●温度

①不同温度下岩石的变形特征和强度：

一般而言，随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低。

②高温高压下岩石的破坏机理：

岩石在高温高压下产生微裂隙。

●加载速度

加载速度越快，测得的弹性模量越大，强度指标越高。

●受力状态

岩石的脆性和塑性与岩石的受力状态有关，随着受力状态的变化，其脆性和塑性是可以相互转化的。

●风化

风化程度不同，对岩石力学性质的影响程度也不同

8、具有充填物的软弱结构面的特性P74

具有充填物的软弱结构面包括泥化夹层和各种类型的夹泥层，其形成多与水的作用和各类滑错作用有关。

这类结构面的力学性质常与充填物的物质成分、结构及充填程度和厚度等因素密切相关。

最常见、危害最大的是泥化夹层，具有以下特点：

①由原岩的超固结胶结式结构，变成了泥质散状结构或泥质定向结构

②粘粒含量较原岩增多并达到一定含量

③含水量接近或超过塑限，密度比原岩小

④常具有一定的膨胀性

⑤力学强度比原岩大为降低，压缩性较大

⑥由于结构松散，则抗冲刷能力低，在渗透水流的作用下，易产生渗透变形。

9、根据成因类型，岩体内结构面可分为

①原生结构面：

沉积结构面、火成结构面、变质结构面

②构造结构面：

劈理、节理；断层；层间错动带

③次生结构面：

风化裂隙；卸荷裂隙；次生充填

10、活断层基本概念及研究意义

活断层：

一般是指现今正在活动的断层，或近期曾活动过、不久将来可能重新活动过的断层。

后者也称为潜在活断层。

活断层的研究意义：

①断层的地面错动及其附近的伴生的地面变形，往往会直接损害跨断层修建或建于其邻近的建筑物。

②活断层多伴有地震，而强烈地震又会使建于活断层附近的较大范围内的建筑物受到损害。

③沿活断层产生粘滑或其锁固点、端点破裂而发生错动，则积蓄的弹性应变能的释放就造成地震。

所以预测地震危险性或水库诱发地震的可能性都需要首先研究活断层，判定其活动时代，错动速率、重复活动的证据和重现周期

11、活断层的间接鉴别标志

①地质、地貌、水文地质标志：

沉积物被错断；地表出现断层陡坎和地裂缝；不同地貌单元突然相接，或两边沉积物厚度显著差别；地貌单元的分解和异常；沿断裂带泉水常呈线状分布。

②历史地震及历史期地震错段标志

③微地震测量及地形变检测标志

④地球化学及地球物理标志

12、活断层的调查研究方法

现有资料查阅；航卫片解读；区域地质调查；现场勘探；年龄测量；监测等。

13、活断层区规划设计建筑物的原则P96

●规划选场

（1）有低级别的活断层的场地优于有高级别的，有活动时期老的断层的场地优于有活动时期新的，有全新世（11000a）内无活动的断层的场地优于有全新世内有活动的断层的场地等；

（2）尽可能避开主断层带；

（3）如为逆断层或正断层类型，尽可能避开有强烈地表变形和分支、次生断裂发育的断层上盘（逆断层的上升盘、正断层下降盘）。

如有较大的正、逆断层，场地往往需要选在距主断面数千米之外。

●建筑物类型选择

（1）若证实场地中有活断层穿过，或场地位于活动的逆、正断层上盘有可能产生分支及次级错断，则应选择在错动下不致破坏的建筑物型式。

（2）对于坝来说，在上述情况下均不宜建筑混凝土坝，而只能建散体堆填坝。

●建筑物结构设计

土坝结构设计原则：

（1）保证错动后不残存深大开口裂缝

（2）能安全控制大的渗流量

14、地震产生的条件

●介质条件

一般认为，硬脆性的介质材料能积聚很大的弹性应变能，一旦超过了岩体的极限强度时，就会导致突然的脆性破裂，释放大量应变能而产生强烈地震。

而软塑性的介质材料在应力作用下多以塑性形变来调节，应变能逐渐释放，所以不会产生强震。

●结构条件

地震发生的实际构造部位都是在活断层上地应力高度集中的部位。

这些部位是：

活断层的端点、拐点、交汇点、分枝点和错列点；它们被称为活动断裂的锁固段或互锁段。

●构造应力场条件

根据介质断裂特征和构造应力状态的不同，可将地震分为：

单一主震型、主震-余震型；前震-主震-余震型；群震型

15、地震基本烈度、设计烈度

地震基本烈度：

指场区在今后若干年可能遭遇到的最大危险烈度（广义的）。

设计烈度：

根据基本烈度或场地烈度，结合建筑物所在地的重要性、等级，以及结构物的特点，为保证建筑物的安全而修正的烈度。

16、地震区划抗震设计原则P110

●选择场地和地基

（1）尽可能避开产生强烈地基失效及其它加重震害地面效应的场地或地基。

如活断层带、砂层、淤泥层、厚填土层、陡山坡、斜坡等。

（2）尽可能避免结构与地基土石之间产生共振。

也就是自振周期长的建筑物尽可能不建在深厚松软沉积之上，而刚性建筑物则不建于卓越周期短的地基上。

（3）避开地震时可能塌陷的地区。

如岩溶地区地下不深处有大溶洞。

（4）避免孤立突出地形作为建筑场地。

对抗震有利的场地条件是；地形开阔平坦；基岩地区岩性均一坚硬或上有较薄的覆盖层；若为较厚的覆盖层则应较密实；地下水埋藏较深；崩塌、滑波泥石流等不发育。

●选择适宜的持力层和基础方案

（1）地基持力层应以基岩或硬土为好

（2）若地表有高压缩性及液化土层作持力层，则应采用桩基础，支承于下部的硬基上；切忌采用摩擦桩。

也可预先将松软、液化土层加固处理，并采用整体性和刚性较强的筏片基础和箱形基础。

（2）同一建筑物的基础，不宜跨越在性质显著不同或厚度变化很大的地基土上。

同一建筑物不要并用几种不同型式的基础。

●建筑物合理布置和结构选型

（1）工业民用建筑物：

①平面上选择矩形、方形、圆形或其它没有凸出凹进的形状，立面上各部分层数尽量一致

②减轻重量、降低重心，加强整体性使各部分、各构件之间有足够的刚度和强度。

③地震区的高层建筑及高耸的构筑物（如烟囱、水塔），应采用钢筋混凝土结构。

（2）水工建筑物

土石坝：

以堆石坝抗震性能最好。

混凝土坝：

以重力坝及拱坝整体性强抗震性能良好。

17、区域性砂土地震液化的形成条件

砂上层本身方面：

砂土的成分、结构；饱水砂层的埋藏条件。

地震方面：

主要是地震的强烈程度和持续时间。

（1）砂土特性：

土在地震时易于形成较高的剩余空隙水压力。

高的剩余空隙水压力形成的必要条件，一是地震时砂土必须有明显的体积缩小从而产生空隙水的排水；二是砂体的渗透性能不良，随荷载循环的增加空隙水压力因不断累积而升高。

当空隙水压大于砂粒间有效应力时才产生液化。

（2）砂土的粒度和级配：

具备一定粒度成分和级配是一个很重要的液化条件。

（3）饱水砂土层的埋藏条件：

包括地下水埋深及砂层上的非液化粘性土层厚度这两类条件。

地下水埋深愈浅，非液化盖层愈薄，则愈易液化。

（4）饱水砂层的成因和时代：

具备上述的颗粒细、结构疏松、上覆非液化盖层薄和地下水埋深浅等条件，而又广泛分布的砂体，主要是近代河口三角洲砂体和近期河床堆积砂体，其中河口三角洲砂体是造成区域性砂土液化的主要砂体。

（5）土质条件

液化土的某些特性指标的限界值为：

①平均粒径（D50）为0.01一1.0mm；

②粘粒（粒径＜0.005）含量不大于10％；或15％。

③不均匀系数（η）不大于10；

④相对密度（Dr）不大于75％；

⑤级配不连续的土粒径＜1mm的颗粒含量大于40％；

⑥塑性指数（Ip）不大于10。

18、渗透变形的形式

按照渗透水流引起的局部破坏特征，渗透变形可分为流土和潜蚀（管涌）两种基本形式。

流土是指在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。

管涌指在渗流作用下土体的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。

19、发生水库渗漏的地质条件

（1）地形地貌条件

①库岸山体单薄，又有邻谷存在且下切较深，库水外渗的可能性大。

②水库修建在基岩山区河谷的急剧拐弯处，河弯之间的山脊窄，可能产生水库渗漏。

③平原区的河曲发育地段，河间地块比较单薄，则可能产生渗漏。

（2）岩性条件

（3）地质构造

断层破碎带或断层交汇带、裂隙密集带、背斜及向斜构造、岩层产状等，均与水库渗漏有密切关系。

（4）水文地质条件

20、水库防渗措施

灌浆、铺盖、堵洞、截渗、疏导

21、泥石流的形成条件

（1）地形条件

形成区：

一般呈现为三面环山、另一面仅有一个狭窄出口；流通区：

纵坡坡度大，沟谷狭窄，岸坡陡峻；

堆积区：

开阔的山前倾斜平原。

（2）地质条件

新构造运动活动显著、地质构造复杂，断裂、褶皱发育，裂隙密布，滑坡、崩塌等不良地质作用强烈；山体岩石结构疏松，软弱、易风化，地表岩石风化破碎，有形成泥石流所需的大量颗粒状松散固体物质来源。

（3）气象条件

地表水的迅速而大量汇流是形成泥石流的根本条件。

因此泥石流流域常发生强度较大的暴雨；或具有开阔的山坡，堆积有大量的积雪或冰川，气温回升强度大，有产生骤然融雪的可能。

（4）人为因素影响

人类的滥砍滥伐、垦荒造田、修路切坡、开山劈石、采石弃渣甚至过度放牧等活动都会严重破坏山区的地表植被，加速地表岩体的风化，加大水土流失程度，甚至会直接生成许多颗粒状松散固体物质。

22、泥石流的特征

①重度大、流速高、阵发性强；②流动具有直线性特征；③发生具有周期性

④泥石流的堆积物，分选性差，大小颗粒杂乱无章

23、易于发生崩塌的地形和地质条件

①崩塌多发生于60度以上的高陡边坡。

②陡峻的块状和巨厚层状脆性岩石边坡，具有与边坡面平行的陡倾张性结构面

③平缓的厚层坚硬岩石夹软弱易风化的泥岩

④以软弱岩石为基座的高陡斜坡。

⑤黄土边坡容易发生土崩，特别是坡脚受地表流水的淘蚀后，坡脚存在软弱层易发生蠕动变形或地下开采引起陡倾张裂隙的发育。

24、影响滑坡稳定性的因素P126-129

内在因素：

岩土类型及性质，岩体结构，地质构造，地形地貌，地下水活动

外部因素：

地震，降雨、融雪、水库蓄水，人工开挖，植被，风化作用

25、斜坡稳定性的评价方法P129-137

●自然历史分析法：

这种方法实际上是通过追溯斜坡发生、发展演化的全过程，来进行稳定性评价的。

主要包括三方面研究内容：

区域地质背景的研究、分析促使斜坡演变的主导因素及触发因素、预测