工程地质复习.docx

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工程地质复习

第一章

1.工程地质学：

介于地学和工程学之间的一门边缘交叉学科，它研究土木工程中的地质问题，也就是研究在工程建筑设计、施工和运营的实施过程中合理地处理和正确地使用自然地质条件和改造不良地质条件等地质问题。

2.工程地质条件：

地形和地貌条件地质构造特征岩土体工程地质性质

水文地质条件

自然地质作用及岩土体地应力态

第四章

1.粒度成分（颗粒级配）：

土粒大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的

2.土粒粒组的划分

3.土的三相比例指标

4.界限含水量：

黏性土由一种稠度态转变到另一种状态

5.塑限IP：

从半固态过渡到稠塑态的塑限含水率Wp（也称塑性下限）

IP表示土处于可塑状态的含水量范围大小。

它与颗粒粗细、矿物成分和水中离子成分的浓度有关。

土颗粒越细且含量越多，则比表面越大，土的结合水含量越高，IP越大。

当水中高价阳离子浓度增加时，土粒表面吸附的反离子层厚度变薄,结合水含量相应减少，IP也小；反之，IP变大。

液限IL：

从黏性态过渡到黏流态的液限含水率WL（也称塑性上限）

6.压缩性：

地基土在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性。

土体积缩小包括两个方面：

①土中水、气从孔隙中排出，使孔隙体积减小；②土颗粒本身、土中水及封闭在土中的气体被压缩（很小可忽略不计）。

7.摩擦强度：

决定于剪切面上的正应力σ和土的内摩擦角φ。

包括有：

滑动摩擦：

由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒的形状，矿物组成，级配等因素有关

咬合摩擦：

•是指相邻颗粒对于相对移动的约束作用

•当发生剪切破坏时，相互咬合着的颗粒A必须抬起，跨越相邻颗粒B，或在尖角处被剪断（C），才能移动

•土体中的颗粒重新排列，也会消耗能量

影响因数：

1密实度2粒径级配3颗粒的矿物成分4粒径的形状

5黏土颗粒表面的吸附水膜

8.黄土（湿陷性）

定义：

黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。

颜色多呈黄色、浅灰黄色或褐黄色。

基本特征

（1）颗粒粒度：

以粉土粒（其中尤以粗粉土粒，粒径为0.05~0.01mm）为主，占60~70％，粒度大小均匀；其次为黏土，一般仅占10%~20%。

（2）易溶盐含量高，碳酸盐类占10~30％，其次为氯化物和硫化物。

（3）质地均一，结构松散，孔隙比大，一般在1.0左右，且具有肉眼可见的大孔隙。

（4）含水量小，一般仅为8%%~20%。

（5）垂直节理发育，常呈现直立的天然边坡。

（6）具湿陷性（指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特征）

工程地质问题

（1）黄土的湿陷性：

地表局部汇水→溶解（化学）潜蚀→碟形洼地

（2）黄土陷穴：

地下水潜蚀→地下洞穴→塌陷（形成于地下水水力梯度大的地方）。

黄土洞穴对路基、路面的破坏

湿陷性黄土的土质改良

根本原则：

破坏土的大孔结构，改善土的工程性质，消除或减少地基的湿陷变形，防止水浸入建筑物地基。

（1）重锤表层夯实：

一般采用2.5～3.0t的重锤，落距4.0～4.5m，可消除地下1.2～1.75m黄土层的湿陷性。

（2）强夯：

一般采用8～40t的重锤（最重达200t），落距10～20（最大达40m）的高度自由下落，击实土层。

（3）土垫层：

先将处理范围内的黄土挖出，然后用素土或灰土在最佳含水量下回填夯实。

可消除地表下1～3m的黄土层的湿陷性。

（4）挤密桩：

先在土内成孔，然后在孔中分层填入素土或灰土并夯实。

在成孔和填土夯实过程中，桩周的土被挤压密实，从而消除湿陷性。

（5）化学灌浆加固：

通过注浆管，将化学浆液注入土层中，使溶液本身起化学反应，或溶液与土体起化学反应，生成凝胶物质或结晶物质，将土胶结成整体，从而消除湿陷性。

膨胀土（强烈胀缩性）

1定义

膨胀土是指含有大量的强亲水性粘土矿物成分（主要是蒙脱石和伊利石），具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的高塑性粘土。

它一般强度较高，压缩性低，易被误认为工程性能较好的土，但由于具有膨胀和收缩特性

2基本特征

（1）颗粒粒度：

以黏土矿物为主，其次为粉砂。

（2）天然含水量接近或略小于塑限，一般呈坚硬或硬塑状态。

液限一般为40~50％，塑性指数多在22~35之间。

（3）天然孔隙比小，同时，其天然孔隙比随土体湿度的增减而变化，即土体增湿膨胀，孔隙比变大；土体失水收缩，孔隙比变小。

（4）天然状态下，抗剪强度、弹性模量都比较高。

遇水后则强度迅速降低，有的甚至接近饱和淤泥的强度。

（5）强烈胀缩性，自由膨胀量一般超过40%，也有超过100%的。

3主要工程地质问题

（1）膨胀：

边坡及洞室鼓胀；

（2）强度降低:

边坡滑塌（吸水后黏聚力为0，内摩擦角只

有几度）；地基下沉和侧鼓，并产生不均匀沉降基床翻浆泥；

（3）收缩:

边坡开裂、地基沉降量大。

软土（承载力低，压缩性高、固结慢）

1定义

2.基本特征

（1）颗粒粒度以黏土为主，可达60－70％，其次为粉砂。

（2）矿物成分以伊犁石为主，有机质可达8－9％。

（3）具典型的蜂窝状结构，孔隙度在50－65％之间。

（4）具层理性。

4主要工程地质问题

（1）承载力低，一般容许承载力为0.1MPa，有时甚至低于0.04MPa。

（2）压缩性高、沉降量大、固结慢。

（3）触变性。

（4）蠕变性

5软土的防治

⑴排水砂井⑵砂垫层⑶抛石挤淤和爆破排淤⑷生石灰桩⑸强夯⑹旋喷桩⑺换填土⑻软沉井⑼堆载顶压

冻土（冻胀融沉性）

1定义：

温度低于0℃，并含有冰的特殊土

2主要特征

（1）组成：

岩土颗粒、水。

（2）结构：

整体、网状、层状（3）构造:

非衔接型衔接型

3地质工程问题

路堤滑塌、边坡滑塌。

（因多年冻土上限改变）路基下沉（因多年冻土上限改变或人工热熔）冰丘、冰椎、冰舌等。

4冻土防治：

⑴排水⑵保温⑷换填土⑸降低冰点⑹旱桥

第五章

1.地下水：

埋藏在地表下面，存在岩土空隙（土孔隙、岩石裂隙、溶穴等）中的水。

《地下水的氢离子浓度为一般酸性侵蚀指标。

地下水对混凝土的侵蚀破坏类型包括分解性侵蚀、结晶性侵蚀和分解结晶复合性侵蚀。

》

2.地下水的分类：

按埋藏条件可以分为上层滞水、潜水和承压水

按含水层空隙性质可以分为孔隙水、裂隙水和岩溶水

潜水的工程性质

①潜水对建筑物的稳定性和施工均有影响。

②建筑物的地基最好选在潜水位深的地带或使基础浅埋，尽量避免水下施工。

③若潜水对施工有危害，可用降低水位、冻结隔离等措施处理。

上层滞水工程性质

是一种局部的、暂时性的地下水受气候因素的影响很大，动态变化极不稳定，其存在可使地基土强度减弱，在高寒地区易引起道路的冻胀和翻浆。

3.地下水对建筑工程的影响

地基沉降

轻者造成邻近建筑物或地下管线的不均匀沉降；

重者使建筑物基础下的土体颗粒流失、甚至掏空，导致建筑物开裂而危及生命和财产安全。

①在进行建筑基础施工时，为避免基坑内蓄水给施工造成不便，常需降低地下水位；若降水不当，会使地基土产生固结沉降：

②过量抽取地下水，会形成漏斗状的弯曲水位：

漏斗对称时，容易引起地基沉降；

漏斗不对称时，容易使上部建筑或地下管线产生不均匀沉降、甚至开裂。

流砂

①动水力：

又称渗流力，为单位体积土颗粒所受到的渗流作用力。

是一种体积力，量纲与rw相同，其大小与水利梯度成正比，方向与渗流方向一致。

②流砂：

渗流自下而上时，动水力可以抵消土的部分重力，使土颗粒间的压力减小；当自下而上的动水力等于土的浮重度时，土粒之间将毫无压力，土粒处于悬浮状态。

出现流砂时的水力坡度称为“临界水力坡度”或“临危梯度”（icr）

i

i=icr时，土体处于临界状态；

i>icr时，产生流砂。

流砂是一种不良的工程地质现象，防治流砂的原则主要是：

①减小或消除基坑内外地下水的水头差——降低水位法

②增长渗流路径——打板桩

③在渗流出口处用透水材料覆盖压重以平衡动水力——加重法

④其它方法：

水下挖掘、冻结、化学加固等

潜蚀

潜蚀可分为机械潜蚀和化学潜蚀两种

①机械潜蚀：

当土中渗流的i

②化学潜蚀：

是指地下水溶解土中的易溶成分，使土颗粒间的结合力和土的结构破坏，土粒被水冲走，形成洞穴的现象。

机械潜蚀和化学潜蚀这两种作用一般是同时进行的。

但都有一个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。

堵截地表水流入土层；阻止地下水在土层中流动；

改造土的性质；减小地下水的流速和水力坡度。

③危害：

地下水的潜蚀作用，会使地基土体强度降低、压缩性增大，从而产生地表塌陷，影响工程建筑的稳定性。

④对潜蚀的处理措施：

潜蚀一般是在自然条件下发生的渗透破坏作用，而由人类工程活动引起的则称为管涌。

地下水的浮托作用

当建筑物基础底面在地下水位以下时，地下水将对其产生向上的浮托力，引起基础板底的内力变化，因此，在确定地基承载力设计值时，地下水位以下一律取浮（有效）密度。

基坑突涌

当基坑下伏有承压含水层时，开挖基坑减小了上部土层及隔水层的厚度；当上部土层及隔水层较薄经受不住承压水头的压力作用时，水头压力会冲破基坑底板，这种现象就称为基坑突涌。

为避免基坑突涌的发生，必须验算基坑底层的安全厚度；若不满足，应设法降低承压水位（头）

第六章

1.不良地质现象:

指由于地质作用或人类活动所引起的地表和地下岩

体的各种变形及运动，对工程建设具有危害性的地质现象。

2.流水侵蚀阶段变化：

河曲→蛇曲→牛轭湖→沼泽

3.滑坡

定义:

斜坡土体和岩体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿着斜坡内某些滑动面（或滑动带）作整体向下滑动的现象。

特点：

a、滑动岩体具有整体性

b、斜坡岩土体运动方式为滑动

滑坡活动阶段及特征:

（1）蠕滑阶段--坡肩拉张、体内局部剪，向贯通性滑面发展，

持时较长。

（2）滑动阶段—滑面贯通、各种裂隙形成、局部坍塌，滑速

剧增、坍塌严重、滑体高速前移、滑距大，持时短。

（3）稳定阶段—滑体重心降低、滑面强度有所提高，速率减

至停止。

治理:

（1）治理原则

治理以防为主、整治为辅。

（2）治理措施——“一排、二挡、三减、四固”。

A．排水：

地表排水、地下排水。

B．支挡：

在滑坡体下部修筑挡土墙、抗滑桩或用锚

杆加固等工程。

C．刷方减重：

削减坡角或降低坡高，以减少下滑力。

D．改善滑动面（带）的岩土性质：

固结灌浆或电化

学加固、冻结、焙烧等。

4.崩塌

定义：

是较陡斜坡上的岩土体在重力作用下突然脱离母体崩落、滚动、堆积

在坡脚（或沟谷）的地质现象

发生条件：

原则：

防止小型崩塌，绕避大型崩塌

防治措施：

削坡、清除危石、胶结岩石裂隙、引导地表水流，以避免岩石强度迅速变化，防止差异风化等，

具体措施如下：

A．爆破或打楔：

将陡崖削缓，并清除易坠的岩

石。

B．堵塞裂隙或向裂隙内灌浆。

C．调整地表水流：

在崩塌地区上方修截水沟，以

阻止水流流人裂隙。

D．铺砌覆盖护坡或喷浆护坡。

E．筑明峒或御塌棚。

F．筑护墙及围护棚。

G．在软弱岩石出露处修筑挡土墙。

5.泥石流

定义：

指在山区一些流域内，主要是在暴雨降落时所形成的、并由固体物质（石块、砂砾、黏粒）所饱和的暂时性山地洪流。

一般来说，其组成

成分是水体和岩石破坏产物。

泥石流暴发突然、运动快速、历史短暂、破

坏力极大（水石流型泥石流；泥石流型泥石流；泥水流型泥石流）

泥石流的形成条件：

泥石流的形成必须具备有丰富的松散泥石物质来源、山坡陡峻和较大沟谷以及能大量集中水源的地形、地质和水文气象条件。

（1）地形条件：

形成区或汇水区（上游）、流通区（中游）和堆积（下游）区。

形成区即为汇水区和物质供应区

（2）地质条件：

在汇水区和流通区，岩土层分布广泛、厚度大、结构松软、易风化、层理发育，从而为泥石流的固体物质提供来源。

（3）水文气象条件：

水既是泥石流的组成部分，又是搬运泥石流物质的基本动力。

要求短时间内有强度较大的暴雨或冰川和积雪的强烈消融，或高山湖泊、水库的突然溃决等。

6.岩溶与土洞

岩溶：

指由于地表水或地下水对可溶性岩石进行溶蚀而产生的一系列地质现象，其结果如溶洞、溶沟、溶槽、暗河等。

土洞：

指由于地表水和地下水对土层的溶蚀和冲刷而产生空洞。

空洞的扩展，导致地表陷落的地质现象。

岩溶的主要形态：

岩溶形态可分为地表岩溶形态和地下岩溶形态两类。

地表岩溶形态：

溶沟（槽）、石芽、漏斗、溶蚀洼地、坡立谷、溶蚀平原。

地下岩溶形态：

落水洞（井）、溶洞、暗河、天生桥等。

岩溶的形成条件：

A．岩体的可溶性：

碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩和泥灰岩）、硫酸盐类岩石（石膏和硬石膏）、卤素岩（岩盐）。

B．岩体的透水性：

可溶岩石本身的透水性（孔隙）；岩体内有裂隙，特别是构造裂隙和层理裂隙。

C．水的溶蚀能力：

含有一定量的侵蚀性CO2。

D．水的流动性：

对其围岩有溶蚀能力；水流对其围岩的冲刷。

土洞：

地下水在流动的过程中，带走土体颗粒间细小颗粒，使土体被掏空成洞穴而形成土洞。

这种地质作用的过程称为潜蚀。

土洞的形成条件（潜蚀作用）：

机械潜蚀：

土体内不含有可溶成分，地下水流仅将细小颗

粒从大颗粒间的孔隙中带走，又称“管涌”。

溶滤潜蚀：

如果地下水流先将土中可溶成分溶解，而后将细

小颗粒从大颗粒间的孔隙中带走

岩溶与土洞的工程地质问题（岩溶与土洞地区对建（构）筑物稳定性和安全性有很大影响。

）

A．溶蚀岩石的强度大为降低。

B．造成基岩面不均匀起伏。

C．漏斗对地面稳定性的影响。

D．对地基稳定性的影响：

分布密度与发育情况、埋深情况、抽水影响

岩溶与土洞地基的防治（应先将岩溶和土洞的位置勘察清楚，然后针对实际情况做出相应的防治措施。

）：

A．挖填：

即挖除溶洞或土洞中的软弱充填物，回填以碎石、块石或混凝土等，并分层夯实，以达到改良地基的效果。

对于土洞回填的碎石上设置反滤层，以防止潜蚀发生。

B．跨盖：

当洞埋藏较深或洞顶板不稳定时，可采用跨盖方案。

如采用长梁式基础或桁架式基础或刚性大平板等方案跨越。

C．灌注：

采用水泥或水泥粘土混合灌浆于岩溶裂隙中；对于土洞，可在洞体范围内的顶板打孔灌砂或砂砾。

D．排导：

洞中水的活动可使洞壁和洞顶溶蚀、冲刷或潜蚀，造成裂隙和洞体扩大，或洞顶坍塌。

因而对自然降雨和生产用水应防止下渗，采用截排水措施，将水引导至他处排泄。

E．打桩：

对于土洞埋深较大时，可用桩基处理，如采用混凝土桩、木桩、砂桩或爆破桩等。

其目的除提高支承能力外，并有靠桩来挤压挤紧土层和改变地下水渗流条件的功效。

7.地震（小震不坏,中震可修,大震不倒）

定义：

因地球的内力作用而产生的一种地壳振动现象，是地壳运动的表现之一。

地震级：

指地震的大小，依据地震释放出来的能量多少来划分。

地震效应:

（1）地震力效应

地震力指地震波对建（构）筑物直接产生的惯性力。

（2）地震破裂效应

指地震使岩石发生突然破裂和位移，形成断层和地裂缝，引发建（构）筑物变形

（3）地震液化效应

地震使饱和砂土孔隙水压力骤然上升，有效压力减小，当有效压力完全消失时，砂土层会完全丧失抗剪强度和承载能力，变成像液体一样的状态，即为砂土液化现象。

宏观液化现象为喷水冒砂、地下砂层液化。

（砂土液化的防治:

采取振冲、夯实、爆炸、挤密桩等措施，提高砂土密度；排水降低砂土孔隙水压力；换土，板桩围封；采用整体性较好的筏基、深桩基等方法）

（4）地震激发地质灾害的效应

强烈的地震作用能激发斜坡上岩土体松动、失稳，发生滑坡和崩塌等不良地质现象。

一般认为，地震时可能发生大规模滑坡、崩塌的地段视为抗震

危险的地段，建筑场址和主要线路应尽量避开

A．影响

（1）地震引起地基液化、产生震陷，使地基承载能力降低或丧失。

（2）断层带会影响地基的稳定性，特别在地震等因素促使其复活时。

B．防治

（1）判别液化层：

在一般的地震强度下（烈度6-9度，地面最大振动加速度平均值为0.1-0.4g），在地面以下15m深度内饱和的松至中密的砂和粉土是最常见的液化土。

在工程地质勘察中，液化层通常采用原位测试

方法（标准贯入试验）来判别。

（2）查明断层带分布，判别断层的活动性：

工程地质勘察中应提出场地和地基的断裂类型和特点以及其活动性。

第七章

现场原位测试

1.定义：

就是在岩土层原来所处的位置基本保持的天然结构、天然含水量以及天然应力状态下，测定岩土的工程力学性质指标。

平板载荷试验（PLT）

（浅部各类地层）

螺旋板载荷试验（SPLT）

（深部或地下水位以下的地层）

2.静力载荷实验

加荷：

加荷等级不应少于8级，最大加载量不少于荷载设计值的两倍。

每级加载后按时间间隔10、10、l0、15、15分钟测读沉降量，以后每隔30分钟测读一次沉降量。

当连续两个小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。

终止加荷：

①承压板周围的土明显侧向挤出；

②沉降量（s）急剧增大，荷载—沉降曲线（p-s曲线）

出现陡降段；

③在某一级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳

定标准；

④相对沉降量s／b≥0.06（b——承压板的宽度或直

径）。

静力载荷试验资料的应用：

确定地基承载力

确定地基土的变形模量

估算地基土的不排水抗剪强度

估算地基土基床反力系数

3.静力触探试验

定义：

通过一定的机械装置，将某种规格的金属探头用静力压入土层中，同时用传感器或直接量测仪表测试土层对触探头的贯入阻力，以此来判断、分析、确定地基土的物理力学性质。

适用于粘性土、粉土和砂土。

组成：

贯入装置（包括反力装置）控制等速压贯入；传动系统主要有液压和机械两种系统；量测系统包括探头、电缆和电阻应变仪或电位差计自动记录仪等。

静力触探试验成果的应用：

根据贯入阻力曲线的形态特征或数值变化幅度划分土层

评定地基土的强度参数

评定土的变形指标

评定地基土的承载力

估算单桩承载力

3.标准贯入试验

定义：

标准贯入试验是动力触探类型之一。

动力触探试验适用于强风化、全风化的硬质岩石、各种软质岩石及各类土。

标准贯入试验可用于砂土、粉土和一般黏性土，最适用于N=2～50击的土层。

与动力触探不同的是，标准贯入试验的触探头不是圆锥形探头，而是标准规格的圆筒形探头（由两个半圆管合成的取土器），称为贯入器。

标准贯入试验利用规定重量的穿心锤，从恒定高度上自由落下，将一定规格的探头打入土中，根据打入的难易程度判别土的性质。

组成：

.触探头:

为两个一定规格的半圆合成的圆筒，称为标准贯入器。

它的

最大优点是在触探过程中配合取土祥，以便室内试验分析。

触探杆:

国内统一使用直径42mm的圆形钻杆，国外有使用直径50mm或60mm的钻杆。

穿心锤:

标准贯入试验穿心锤质量63.5kg，规定自由落距为76cm。

标准贯入试验成果的应用:

评定砂土的密实度确定地基土承载力

评定粘性土的状态

评定砂土抗剪强度指标

评定粘性土的不排水抗剪强度Cu

评定土的变形控量E0和压缩模量Es

估算单桩承载力