工程地质复习资料.docx

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工程地质复习资料

《工程地质》复习

绪论：

工程地质学：

是将地质学的原理运用于解决工程地基稳定性问题的一门学科。

工程地质研究的基本任务：

1区域稳定性研究与评价；2地基稳定性研究与评价；3环境影响评价。

工程地质学的具体任务：

1评价工程地质条件；2论证和预测工程地质问题发生的可能性；3改善工程地质条件，加固土体；4岩土分类、岩土的区域性特点；５工程活动与地质环境。

工程地质条件：

指的是自然环境地质因素对工程

活动活动的制约和影响而产生的问题。

包括以下六个方面：

地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、

物理地质现象（地表地质作用）、天然建筑材料。

工程地质问题：

指的是由工程活动而引起的环境

地质条件的变化，从而形成不利于工程建设的新

的地质作用。

地基：

承受建筑物全部重量的那部分岩土体。

基础：

是建筑物的下部组成部分，将整个建筑物

的重量均匀的传递给地基。

地基承载力：

是指地基所能承受由建筑物基础传

递来的荷载的能力。

持力层：

直接与基础接触的岩、土层。

下卧层：

持力层下部的岩、土层。

地质及其物质组成：

地质作用――塑造地壳面貌的自然作用。

按动力来源分：

内力地质作用、外力地质作用。

按地质灾害成因分：

物理地质作用、工程地质作用。

内力地质作用：

动力来自地球本身、并主要发生在地球内部。

按其作用方式分为：

构造运动、岩浆作用、变质作用、地震。

外力地质作用：

主要由太阳辐射引起，发生于地壳表层。

主要包括：

风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、固结成岩作用—沉积岩。

矿物的物理性质（了解内容）：

颜色和条痕、光泽、硬度、解理与断口、密度、弹性、挠度、延展性。

岩石是地壳的基本组成物质，是内、外动力地质作用的产物。

岩石是由矿物组成的

按形成方式分为：

火成岩（岩浆岩、岩浆作用）、沉积岩（外力地质作用）和变质岩（变质作用）

火石岩—块状构造、沉积岩—层状构造、变质岩—片理构造。

地质年代与第四纪地质概述

相对年代：

地质事件发生的先后顺序。

绝对年代：

地质事件发生至今的年龄（同位素年龄）。

相对年代的确定:

1、地层层序律；2、生物层序律；

3、切割律:

岩层（岩石）被侵入岩侵入穿插，则侵入者年代新，被侵入者年代旧。

绝对年代的确定:

同位素年龄的测定.

冰期：

第四纪气候冷暖变化频繁，气候寒冷时期冰雪覆盖面积扩大，冰川作用强烈发生。

间冰期：

气候温暖时期，冰川面积缩小。

第四纪沉积物（重点）P25：

1、残积物；

2、坡积物；

3、洪积物；

4、冲积物。

地质构造

岩层的产状三要素：

走向、倾向、倾角。

褶皱的两种基本形态：

背斜和向斜。

背斜：

两翼岩层以核部为中心向两侧倾斜（中间较老、两翼较新）；

向斜：

两翼岩层向核部倾斜，形态上是岩层向下玩去的褶皱（中间较新、两翼较老）。

褶皱的平面形态（重点考查）P33。

背斜成谷、向斜成山成为地形倒置现象。

褶皱构造的工程地质评价（重点）P35

节理：

沿破裂面无明显位移

断层：

沿破裂面有明显位移（规模大）

按节理的成因，节理划分为原生节理和次生节理。

按力学性质，节理分为张节理和剪节理。

节理的工程地质评价：

1.岩体中的裂隙，在工程上除有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性均有不利影响。

2.裂隙的存在，破坏了岩体的整体性，加速岩体的风化速度，增强岩体的透水性、软化性，因而使岩体的强度和稳定性降低。

3.当裂隙主要发育方向与走向平行，倾向与边坡坡向一致时，不论岩体产状如何，边坡都将失稳滑移。

4.还会影响爆破作业的效果。

5.裂隙有可能成为影响工程设计与施工的重要因素，就应当对裂隙进行详细的调查研究，详细论证裂隙对岩体工程建筑条件的影响，采取相应的措施，以保证建筑物的稳定和正常使用。

正断层和逆断层的定义以及判断详见P38~39.

外力地质作用剥蚀沉积物覆盖——标志（断层存在的标志）

（1）地质体不连续

（2）断层面（带）的构造特征

镜面、擦痕与阶步

牵引构造——牵引褶皱

断层岩

指断层带中因断层动力作用被破碎、研磨

（3）地貌和水文等标志

断层崖－断层两盘差异性升降运动，常形成陡立的峭壁，称为断层崖

串珠状分布的湖泊、洼地和带状分布的泉水等

断层的工程地质评价（P43）

活断层:

现在正在活动或在最近地质时间（全新世、1万年）发生过活动的断层。

地震：

由于地壳表面层应力的释放，引起的大地的震动。

1.地震要素：

震源：

地表下某点

震中：

地面上离震源最近的点

震源深度：

震源到震中的距离

震中距：

震中离地震台的距离

等震线：

地面上震级相同的各点的边线

震中区：

围绕震中点的一定范围。

震级：

衡量地震绝对强度的级别。

用释放总能量与震级的关系式来求出。

目前以振动波最大振幅A的对数值

M（震级）=㏒A

或㏒E=4.8+1.5M

（E—为释放的总能量）

根据地震震级的大小，把地震分成以下等级：

M<2微震

2≤M≤4弱震（有感地震）

M>5强震

M>7大地震

烈度：

指某一地区的地面和各种建筑物遭受破坏的强烈程度，一般分为12度。

在进行公路、桥梁、隧洞等设计时，根据<<抗震设计规范>>进行抗震设计，通常规定7度为设防起点，9度为终点，9度以上为毁灭性地震，无法设防。

地下水

岩石的空隙按成因空隙分为：

孔隙、裂隙、溶隙。

空隙中水的形式有：

气态水、结合水、重力水、毛细水、固态水

含水层—能够给出并透过相当数量重力水的岩层。

条件：

1、空隙存在并充满足够的水

2、重力水能在空隙中自由运动

隔水层—不能给出并透过水的岩层。

水量小；渗透性差，如粘土

地下水分类：

按埋藏条件：

上层滞水（包气带水）、潜水、承压水。

按含水层空隙性质：

孔隙水、裂隙水、岩溶水。

上层滞水：

包气带中局部隔水层之上的重力水。

分布不广、接近地表、大气降水

蒸发、排泄

施工影响

特点：

分布不广，埋藏较深;由大气降水补给，通过蒸发或向隔水底板边缘排泄;易受污染，稳定性差，对建筑物的施工和人民健康有影响。

潜水：

埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。

具自由水面，为无压水

水流动由高到低流动速度

潜水面形状－受地形控制

潜水的补给与排泄

特点：

1、潜水面以上无稳定的隔水层存在，大气降水与地表水可直接渗入补给，即补给区与分布区一致。

2、潜水深度和含水层的厚度受气候、地形、地质条件影响，变化较大，受地表污染较重。

3、具有自由水面，渗流速度取决于含水层的渗透性能和潜水面的水力坡度。

4、垂直排泄（蒸发）和水平排泄（向邻近较低河流排泄）。

5、潜水对建筑物的稳定性和施工均有影响

承压水：

充满与两个稳定的隔水层的重力水。

承压水的形成决定于地质构造条件——向斜（盆地）和单斜构造

向斜盆地（自流盆地）

特点：

1.具有连续的隔水层覆盖，大气降水（地表水）不能直接补给，只有在含水层直接出露时，才能接受地表水补给，帮承压水具明显的补给区、承压区和排泄区。

2.承压水无自由水面，并承受一定的静压力。

3.承压水具有水头压力，不仅向低洼处排泄，还可以由低处向高处流，形成上升泉、自流泉等。

4.受顶部隔水层控制，受大气、水文、气候、人类活动的影响较小，故水量变化不大（具恒定性），动态稳定和水质优良。

地下水的补给：

——含水层自外界获得含水量的过程

补给来源：

大气降水补给：

最主要来源，补给数量与降水性质、植物覆盖、地形、地质构造、包气带厚度及岩石透水性有关。

暴雨、连绵细雨不同。

地表水补给——河流、湖泊、水库与海洋等

含水层之间的补给：

透水“天窗”或断层、弱透水层

人工补给

地下水的排泄：

——含水层失去水量的过程

排泄方式：

蒸发：

土壤蒸发、植物蒸发

泉水：

山区与平原，上升泉与下降泉

向地表水排泄

含水层之间的排泄

人工排泄

地下水的工程地质评价：

1、地下水位的变化　，如地下水位上升，或引起浅基础地基承载力降低，地基沉降，在有地震砂土液化的地区会引起液化的加剧，同时易引起建筑物震陷加剧。

对岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良地质作用，另外，在寒冷地区会产生地下水位的冻胀影响。

就建筑物本身而言，若地下水位在基础底面以下压缩层内发生上升变化，水浸湿和软化岩土，从而使地基土的强度降低，压缩性增大，建筑物会产生过大沉降，导致严重变形，尤其是对结构不稳定的土（如湿陷性黄土、膨胀土等）这种现象更为严重。

设有地下室的建筑对防潮和防湿也均不利。

2、地下水位下降，此时往往会引起地表塌陷，地面沉降等。

对建筑物本身而言，当地下水位在基础底面以下压缩层内下降时，岩土的自重压力增加，可能引起地基基础的附加沉降。

如果土质不均匀或地下水位突然下降，出可能使建筑产生变形破坏。

通常地下水位的变化往往是由于施工中的抽水和排水引起，局部的抽水和排水，会产生基础底面下地下水位突然下降，产生建筑物（如邻近建筑物）发生变形。

因此，施工场地应尤其注意抽水和排水的影响，另外在软土地区，大面积的抽水也可能引起地面下沉。

3、地下水的侵蚀性的影响主要体现在水对混凝土，可溶性石材，管道以及金属材料的侵蚀危害。

它包括结晶类腐蚀、分解类腐蚀、结晶分解复合类腐蚀。

4、由地下水引起的流砂这种不良地质作用的影响主要表现为在工程施工中能造成大量的土体流动，致使地表塌陷或建筑物的在破坏，会给施工带来极大的困难，或直接影响建筑工程及附近建筑物的稳定。

5、潜蚀，这种不良地质作用通常分为机械潜蚀和化学潜蚀。

机械潜蚀是指地下水的动力压力作用，而化学潜蚀是指地下水溶解土中的易溶盐分，这两种作用在土中同时发生，并会引起土粒间的结合力和土的结构破坏和水带走土粒，形成洞穴的不良影响，其后果是使地基土的强度受到破坏，土下形成空洞，致使地表塌陷，破坏建筑场地的稳定。

6、地下水的不良地质作用中还有一个尤其引起注意的是基坑涌水现象。

这种现象发生在建筑基坑下有承压水，当开挖基坑会减小基坑底下承压水上部的隔水层厚度，减小过多会使承压水的水头压力冲破基坑底板形成涌水现象。

涌水会冲毁基坑，破坏地基，给工程带来损失。

7、地下水的浮托作用。

当建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水对基础底面产生静水压力，即产生浮托力

地表地质作用

风化作用的类型：

1、物理风化2、化学风化3、生物风化

岩石风化程度的划分：

全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带、新鲜岩石。

岩石风化的防治：

挖除法、抹面法、胶结灌浆法、排水法。

河流地貌：

1、河漫滩

——靠近主槽、洪水时淹没、平水时出露的滩地

牛轭湖及相沉积物

2、河流阶地

——河谷中沿河分布的阶梯状地形，这些阶地的平坦顶面与河流的作用有着直接的关系。

阶地的形态特征

阶地实际上就是被遗弃的老河漫滩

阶地面和阶地斜坡

阶地有时往往不止一级，而是有好几级。

喀斯特（Karst）—又叫岩溶，在可溶性岩石地区，地下水和地表水对可溶性岩石进行化学溶蚀，机械侵蚀，迁移，堆积等作用，形成各种独特地形地貌形态和水文地质现象称为岩溶。

凡是以地下水为主、地表水为辅，以化学过程（溶解和沉淀）为主、机械过程（流水侵蚀和沉积、重力崩塌和堆积）为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫岩溶作用

岩溶地貌－岩溶作用造成的地表形态和地下形态。

岩溶作用的基本条件：

1、岩石的可溶性

2、岩石的透水性

3、取决于岩石的裂隙度和孔隙度

4、水的溶蚀性

它主要取决于水中侵蚀性CO2的含量，当水中CO2的含量过多时，就会大大增强对岩石的溶解速度。

水中的CO2来源，主要是大气降雨溶解空气中所含CO2形成的，此外，土壤和地表附近强烈的生物化学作用，也是水中CO2的重要来源。

岩溶区的主要工程地质问题:

建筑场地与地基地质条件恶化

1、岩溶地基稳定性及塌陷问题

岩溶地基是指可溶性岩石在水的长期溶蚀作用下，表现出在岩层中形成石芽、石林、溶沟、溶槽和溶洞等岩溶（喀斯特）现象的地基。

岩溶地基在岩体自重和建筑物重量作用下，会发生地面变形，地基塌陷等破坏，从而导致建筑物倾斜甚至破坏，因此在岩溶地基上修建建筑物，应查明岩溶情况，其次采取合理预防和处理措施，通常有以下几种处理方法（针对各种情况）。

1）孤石、石芽地基

这类地基具有不均匀性，处理的原则主要是两大类：

其一是处理软弱部分，即压缩性较高的地基，对之施行加固，使之能与坚硬部分相适应；其二是处理坚硬部分，换之以压缩性土，使之与软弱部分地基变形相协调。

2）溶洞、溶沟、溶槽地基的处理

①清爆换填法

　清爆换填适用于处理具有不稳定的顶板且埋藏较浅的溶洞。

具体做法为，首先清除上伏覆土，爆开溶洞顶板，挖去溶洞中的松软填充物，分层回填下粗上细的碎石滤水层，对无流水活动的溶洞，也可采用土夹石或粘性土回填夯实。

如上部荷载较大，且溶洞不是很大的情况下，为加快施工速度，可用灌注毛石混凝土办法处理。

②梁板跨越

如溶洞洞壁完整，强度较高而顶板破碎或根本没有顶板，当溶洞的洞口直径不是很大时，可采用梁或板跨越处理。

处理中应保证跨越的梁板有足够的支承长度。

③洞底支撑

如洞口直径较大，洞深较浅，可采用石砌柱可钢筋混凝土柱支撑的办法处理。

这样可以保护顶板的完整，和顶板岩体的稳定。

但应注意洞底柱基的稳定性。

④调整柱距

如洞体较小可直接调整可调整距，避开溶洞，不做其它处理。

⑤厚跨比法。

对洞顶完整的溶洞，顶板厚度能否满足地基承载力要求，采用厚跨比法确定，即顶板厚度H与建筑物跨过溶洞的长度L之比大于0.5，溶洞顶板安全。

3）土洞地基的处理

在覆盖型岩溶地区，可溶岩的上覆土层中常发育着空洞，这种空洞称为土洞。

土洞的处理方法有：

①当土洞较浅时，可采用挖填和梁板跨越。

②对直径较小的深埋土洞，因其稳定性好，危害性小，故可不处理洞体，而仅在洞顶上部采取梁板跨越。

③对直径较大的深埋土洞，可采用顶部钻孔灌砂（砾）或灌碎石混凝土以充填空间。

2、渗漏和突水问题

在岩溶区由于岩体中有许多溶洞、管道、裂隙，因此在进行水库、大坝隧道、基坑等工程活动时，可能会遇到地下突水而导致基坑、隧道等工程排水困难甚至淹没，也可能造成水库渗漏等问题。

对突水问题的处理，是以疏导为主，可用水管引入边沟或中心排水沟排出，水量过大时，可用平行导坑排水，对渗漏，可采用堵（堵落水洞）、铺（铺盖粘土）、截（筑截水墙）、围（在落水洞四周建围墙）、引（引入库区或导出库外）等方法进行处理。

斜坡：

自然作用造成表面向一个方向倾斜

边坡：

人为作用造成表面向一个方向倾斜

组成要素：

1）斜坡和边坡本身

2）坡缘

3）坡脚

影响滑坡的因素：

1）岩性

滑坡现象

（主要发生在）松散堆积层：

（岩性）与粘性土有关蒙脱石、伊犁石等矿物

（较少）基岩滑坡：

遇水易软化岩石（千枚岩、页岩、泥灰岩等）

2）构造

一是与软弱结构面有关（层面、节理面、断层面等）

二是与上部透水层和下部不透水层的构成特性有关

3）地貌

临空面、坡度、坡地基部受冲刷

4）气候

降水、温度

增加坡体的重量

雨水润滑作用

融冻

5）地下水

包含地下水的岩体软弱面发生滑坡，地下水影响以上各条

6）地震

松动斜坡岩土体的结构、造成破裂面，引起软弱面错动

7）人为因素

人工切坡过陡、爆破施工、斜坡上建筑等

滑坡的发展阶段

分三个阶段：

1）蠕动变形阶段

斜坡一部分τf<τ→剪切变形→微小滑动→逐渐发展→各种裂缝→坡脚土层受挤压、潮湿→滑动面基本形成

蠕动时间：

数年、几天

2）剧烈滑动阶段

岩体已完全破裂、滑动面已形成、滑体与滑床完全分离

3）渐趋稳定阶段

剧滑之后，滑坡体重心下降、能量消耗、速度变慢、趋于稳定

4、滑坡的工程地质堪察

目的：

了解斜坡的稳定性，查明滑坡的形态、范围、结构特征，掌握其发生、发展规律，避免危害性，为滑坡预报、防治提供依据。

斜坡稳定性评价：

包括定性评价和定量评价

定性评价：

1）根据滑坡的地貌形态来判断　2）根据工程地质类比判断　3）根据滑动前的各种迹象判断

定量评价：

1）常规土坡稳定计算方法　2）极限平衡分析方法　　3）数值计算（有限元法、神经网络法等）

定量评价就是理论计算，主要工作是确定下滑力和抗滑力来求稳定系数K

K＝抗滑力/下滑力

再根据K的大小判断稳定性

理论计算法

应用土力学、岩石力学、弹塑性力学、数学方法定量计算

1）平移滑动斜坡稳定性计算

稳定系数K＝抗滑力/下滑力

2）弧形滑移面的斜坡稳定计算

条分法

斜坡变形破坏的防治：

1、防治原则

1）防患于未然、2）及时治、3）经济

2、防治措施

1）排水、2）降低下滑力，增加抗滑力、3）改变滑带土的性质

滑坡变形破坏的治理措施：

1）防止或减轻诱发滑坡的外部环境条件，如截排水沟、卸荷减载坡面防护。

A　截排水沟　　AA）外围设截水沟　AB）内部排水沟AC）导水盲沟等。

B　卸荷减载　恢复坡体平衡达到阻滑目的。

C坡面防护：

植被护坡，框架护坡等。

2）改善边坡内部力学特征和物质结构，如土质改良

土质改良有2种途径：

一种是加进某种材料以改变斜坡岩土体成分，如直接拌和法和压力灌浆法；另一种是采用某种技术改变土的结构状态，如热处理（焙烧法），电化学（电渗）法等。

3）设置抗滑工程直接阻止滑坡的发展，如抗滑桩、抗滑挡墙等

A抗滑桩：

必须穿透滑体深入稳定滑床，利用锚固段桩身前后岩土体的弹性抗力平衡滑坡推力阻止滑动。

B抗滑挡墙：

用挡墙本身重量产生的抗滑力，阻止坡体滑动。

土工程地质分级与分类

特殊土指具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土。

主要有：

黄土、红粘土、软土、

膨胀土、冻土、盐碛土

1、黄土

第四纪干旱和半干旱气候下形成的特殊沉积物，

颜色多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色

黄土以粉土（0.05~0.005）为主，平均含量50%以上

黄土孔隙率高达40%~50%，大孔隙—虫孔、植物根孔、潜蚀空洞等—湿陷性

2、红粘土

碳酸盐岩经红土化作用形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土

特点：

液限Wl〉50%，上硬下软，收缩性，裂隙发育，经再搬运后仍保留红粘土基本特征，液限大于45小于50的土称为次生红粘土。

物理力学性质：

1）天然含水量、孔隙比、界限含水量都很高，但有较高力学强度和较低的压缩性2）各种指标变化幅度大

红粘土的基本工程地质特征

3、软土

一般指天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状态的粘性土

如淤泥、淤泥质土及其它高压缩性饱和粘性土、粉土等

工程性质：

1）触变性2）流变性

3）高压缩性4）低强度

5）低透水性6）不均匀性

4、膨胀土

对环境（湿热）变化敏感的土

发生膨胀和收缩，膨胀力

强度较高、压缩性中偏低—误当好土

当含水量增加和受扰动后，强度明显降低，压缩性增加

5、冻土

指温度等于或低于零度、且含有冰的各类土

分：

季节性冻土和多年冻土

季节性冻土的工程性质：

冻结状态时，较高强度和低压缩性；

融化后，承载力降低，压缩性增加，融陷

冻结过程中，发生冻胀

6、盐渍土

指含有较多（>0.5%）易溶盐类的土，具吸湿、松胀等特性

形成原因：

干旱半干旱地区，水蒸发量大，降雨量小，毛细作用强，盐分在地表聚集

盐渍土的工程性质：

不同类型有不同特点，一般有腐蚀性.

岩工程地质勘察

工程地质勘察是运用工程地质理论和各种勘察测试技术手段和方法，为解决工程建设中地质问题而进行的调查研究工作。

工程地质勘察的任务：

①查明建筑场地的工程地质条件，选择地质条件优越合适的建筑场地：

②查明场地内崩塌、滑坡、岩溶等物理地质作用和现象；

③查明地基岩石的地层年代、岩性、地质构造、土的成因类型及埋藏分布规律。

测定地基岩土的物理力学性质；

④查明地下水类型、水质、埋深及分布变化；

⑤根据场地工程地质条件，分析可能发生的工程地质问题，提出建筑物结构形式、基础类型及施工方法的建议；

⑥对不利于建筑的岩土层，提出处理方法或防治措施。

建筑工程项目设计分三个阶段：

可行性研究、初步设计和施工图设计

勘察工作相应分为：

选址勘察、初步勘察、详细勘察

复杂工程还有：

预可行性勘察、施工勘察

简单工程可简化

1、选址勘察阶段

选址宜避开工程地质条件恶劣的地区或区段：

1）不良地质现象发育，影响场地稳定性的地段；

2）地基土性质严重不良地段；

3）对抗震不利地段；

4）洪水或地下水严重影响地段；

5）地下采空区的地段。

工程地质测绘的范围和比例尺:

工程地质图的比例尺分三种：

小比例尺1：

5000～1：

50000可行性研究时

中比例尺1：

2000～1：

5000初步勘察时

大比例尺1：

200～1：

100详细勘察等

绘图精度：

误差<3mm

两种测绘方法：

像片成图法和实地测绘法

像片测绘法：

地面摄像或航空（卫星）摄影的图片，室内分析为主、实地调查为辅

实地测绘法：

1）路线法：

沿选定路线，实地测绘、调查

2）布点法：

布置观测路线和观测点

3）追索法：

沿地层走向、地质构造线或不良地质界线布点追索

工程地质勘探的任务:

在工程地质测绘的基础上进行，直接深入地下岩土层，探明深部地质情况。

方式包括：

工程地质钻探、坑探、物探

主要任务：

1）探明建筑物场地的岩性及地质构造；

2）探明水文地质条件；

3）探明地貌及物理地质现象；

4）提供岩土样及水样，提供野外试验条件。