工程地质与水文教案.docx

1、工程地质与水文教案绪论教学目的与要求1、 了解工程地质，水文地质等基本概念2、 说明工程地质在公路建设中的作用3、 论述本课程的主要内容及学习要求重点与难点1、工程地质与此地质工程的不同2、了解工程地质的学习及工程应用导入实际的工程例证，分析工程地质对工程的影响及重要性新课内容绪论一、三峡工程1、由三峡工程的施工建设说明工程地质的重要性1919年孙中山首次提出1953年毛泽东再次提出1984年1992年，可行性研究1994年2007年，主体建设完成2008年，讯期水位达到期175米水位引发的灾害岩石的应力与应变特性导致灾害，滑坡，诱发地震，失稳，融洞，著名的千将坪悲剧2003年月13日，二期蓄

2、水落石出35米，2000万立方土滑坡导致24人死亡，经济损失无数二、工程地质的发展首先，做为土木工程的分支学科，后来由于重要性提升成为独立学科。科技的进步，工程的发展，楼房的高低。地质体改造，地质灾害防治。工程地质的研究范围及学科分类三、工程地质发展的三个阶段1二战前后,地质条件的研究评价工作2 60年代80年代，稳定性分析，预测研究3 80年代后，新技术，改造防冶地质技术：一 勘察技术二 测试试验技术三 改造技术第一章教学目的及要求1、 描述地球演化史2、 说明内外动力作用重点与难点1、 地球的内外作用及分类导入1、 地球起源及构造新课内容第一节 概况一、 地球构造1、 外圈：大气圈、水圈、

3、生物圈。2、 内圈：地壳、地幔、地核。二、 形状及大小1、 陆地地形：2、 海底地形；三、 物理性质1、 重力G；2、 温度；3、 地磁：4、 弹塑性：第二节 地质年代与地层单位一、 相对相代、，绝支年龄时代单位 地层单位宙 宇 代 界 纪 系 世 流第三节 地质作用一、 内动力作用地壳运动，岩桨作用，变质作用，地震作用，能量来源二、 外动力作用风化，剥蚀，搬运，沉积，地质作用，或岩石的作用能量来源三、 对地球的改造补充：地质的（时间与空间）观念。趣闻故事/蒙古自治区 第二章 矿物与岩石教学目的及要求1、 描述并识别主要矿物2、 识别岩石，并描述其成因，矿物组成，结构和构造3、 描述其工程性质

4、重点与难点1、 识别主要矿物2、 岩石的工程性质导入：地球的物质组成，工程的地质研究范围的物质新课内容第一节 凿岩矿物一、 矿物组成岩石，岩石是矿物集合体，地质作用性质和所处环境不同，各有差异。岩石结构：岩石构造：按成因分类：三大岩石（岩浆岩，沉积岩，变质岩）。稳定性及强度的影响，为工程地质服务。二、 凿岩矿物1、 矿物：地壳的基本物质。发现的3300多种。常见200多种。常见凿岩矿物30余种。结晶质：特点。非结晶质：特点。单体和积合体形态：片状、放射状。矿物成因分类：原生矿，此生矿，变质矿，2、 物理性质(1)、光学性质：颜色，条痕，光泽，透明度（2）、力学性质：硬度，解离断口。（3）、其它

5、性质：磁性，弹性，发光性，3、常见的主要凿岩矿物 区别：化学成分，内部构造，物理性质。第二节 岩浆岩一|、成因：侵入岩，喷出岩二、产状：岩石生成的空间位置，大小，形状。三、 主要特征1、 化学成分：O,Si AL Fe Ca Na k Mg H 九种占百分之98.13.2、 矿物成分：有规律共生，但有区别。岩浆岩的矿物成分即可以反映的化学成分和生成条件，是岩浆岩分类命名的主要依据之一，同时矿物成分也直接影响岩石的工程地质性质。3、 岩浆岩的结构，概念。（1）、按晶粒的绝对大小划分：显晶质结构，降晶质结构。（2）按晶粒的相对大小划分：等粒结构，不等粒结构。4 、岩浆岩的构造概念：块状构造、流沙状

6、构造、气孔及杏仁状构造。5 、常见岩浆岩类型 综合特征分类：酸性岩，中性岩，基性岩，超基性岩。第三节 沉积岩（类比自学提问法）一、 形成过程概念及过程图解二、 主要特征1、 化学成分：2、 物质组成：3、 结构：4、 构造：三、 常见类型1、 火山賥硝岩类2、 沉积碎硝岩类3、 粘土岩类4、 生物化学岩类第四节 变质岩一、 成因二、 主要类型1、接触变质作用2、动力变质作用3、区域变质作用三、 主要特征1、 矿物成分2、 结构3、 构造四、 常见的变质岩1、 片理状岩类2、 块状岩类五、 三大岩类区分1、 结构比较2、 构造比较第三章 地质构造教学目的与要求1、 分析各种地质构造成因和基本类型

7、2、 识别岩层产状三要素，褶皱和断层的形态要素3、 分析各种地质构造对公路工程的影响4、 阅读地质图重点与难点1、 认识各种地质构造2、 阅读地质图导入：地壳运动学说三大要素（地槽地台说板块说，地壳应力说）新课内容;地壳运动构造运动 地质构造（新构造运动 _ 现代构造运动）第一节 岩层构造一、 水平构造岩层与地形特征：二、 倾斜构造:产状三要素 ； 走 向。倾向 .倾角产状表示：方位角法（举例）象限角法。符号法产状要素测定：单斜岩层的主要特征三;直立构造第二节 褶皱构造褶皱构造:稳定的连联构造,大至卫星显示,小至显微镜下显示.一 、褶皱的形态1、背斜：中间老但两边新。2、向斜：中间新，两边老。

8、之初，背斜成山，向斜成谷，然后剥蚀。二、褶皱要素褶曲的要素：核，翼，转折端，轴面，枢纽。三、形态分布1、根据横剖面图形态和轴面产状分类。1）按褶皱轴面和两翼产状分类。2）按褶皱岩层弯曲形态分类*直立褶皱 圆弧褶皱*倾斜褶皱 尖棱褶皱*倒转褶皱 箱形褶皱*平卧褶皱 扇形褶皱2、根据纵剖面上枢纽产状分类1）水平褶皱2倾伏褶皱3、按褶皱在横剖面上的组合类型分类1）复背斜2）复向斜四、成因1、水平侧压作用力2、垂直作用力3、力偶作用五、野外识别可以、背斜成谷，向斜成山首先，垂直于岩层走向，地层对称分布时，然后，垂直于岩层走向，调查两翼伸方向及倾向变化。第三节 断裂构造一、 节理1、按成因分类；一，构造

9、节理，二，非构造节理2、几何分类：1）走向节理，倾向节理，斜向节理，2）纵节理，横节理，3、力学成因分类：张节理。剪节理4、节理统计（方法）5、研究意义：二、断层1、几何要素：1）断层面 2）断层带 3）断层线 4）断盘 5）断距2、基本类型：1）正断层：上盘下移，下盘上移2）逆断层：下盘下移，上盘上移。3）平移断层：相对移动3、断层组合类型1）阶梯状断层，2）地堑和地垒，3）叠瓦状构造4、野外识别1）构造线，地质体的不连续2）地层的重复与缺失3）断层面的构造特征4）地貌和水文特征第四节 地质构造与公路工程的关系一、 路基工程1、 岩层水平直立，单斜层面及节理面背向路基时，对边坡稳定有利，防风

10、化。2、 岩层层面及节理面倾向路基，倾角大于是10*，且平行或小交角，易坍塌3、 断层碎裂带，节理发育，易滑塌4、 下伏基岩陡且倾向路基，地下水，易滑5、 节理发育带二、 桥基工程三、 隧道工程第四节 地貌教学目的与要求1、 描绘地貌的形成和发展的动力，规律及影响因素2、 识别山岭地貌的形态要素3、 识别平原地貌的成因及类型重点与难点：1、 地貌的分级和分类2、 描述河流阶梯的工程地质条件导入： 地形与地貌新课内容第一节 地貌概述一、 形成和发展1、 内动力地质作用1）褶皱带，断裂带，大陆，高原，山岭，海洋，平原，盆地。2）岩浆作用；火山锥，熔岩盖3）影响外动力地质作用2、外动力地质作用：1）

11、风化，剥蚀，搬运，沉积，成岩，2）对内力作用地貌起雕塑，加工，改造作用3）趋势：削高补低，打破平衡，引发新内力作用 发展决定与影响2、 外力之间的成对比； 2）取决于地貌水准面 3）地质构造，岩性，气侯。二、 地貌的分类和分类1、 分级：1）巨型 2）大型 3）中型 4）小型2、 分类：如表：（山，平原，界线）3、 成因分类：1）内力地貌：构造地貌,火山地貌 2）外力地貌：水成冰川风成岩溶重力第二节 山岭地貌一、 形态要素：山顶，山坡，山脚。二、 类型；高度划分，成因划分。1、构造运动1）平顶山：顶部坚硬，下卧软弱2）单面山：单斜岩层3）褶皱山：褶皱岩层4）断块山： 断裂运动5）褶皱断块山：2

12、、火山作用：锥状火山，盾状火山。3、剥蚀作用：形态特征取决于山体岩性及环境。三、垭口和山坡1、构造型垭口：1）断层破碎型垭口2）背斜张裂带型垭口3）单斜软弱层型垭口2、剥蚀型垭口：3、剥蚀堆积型垭口：水文地质条件差。 山坡1）按山坡的纵向轮廓分类：2）按山坡的纵向坡度分类： 第三节 平原地貌特点：地势平坦开阔，地形走伏不大。一、 构造平原：海成平原，在陆坳曲平原二、 剥蚀平原：1）河流冲积平原2）山前洪积平原3）湖积平原4）三角洲平原三、 堆积平原：第四节 河谷地貌一、 形态要素1、 谷底：2、 谷坡：3、 阶地：二、 类型 ：按发展阶段：1）未成形河谷2）河漫滩河谷3）成形河谷河谷走向与地质

13、构造：1）背斜谷2）向斜谷3）单斜谷4）断层谷5）横谷与斜面谷三、 阶地：1、 成因： 侵蚀过程2、 类型：1）侵蚀阶地2）堆积阶地3）侵蚀堆积阶地第五章 河流与水的地质作用教学目的与要求1、 描述河流作用。2、 描述地下水及其物理化学性质3、 描述重型力水，毛细水，等地下水对土木工程影响4、 识别坡面细流与洪流5、 描述地下水运动的基本规律重点与难点1、 地下水对土木工程的影响2、 地下水运动力规律导入：地球水的作用及水循环新课内容第一节 河流和流域一、 河流的形成和分段1、 地面径流，侵蚀成河流，组成要素：河谷，河床时2、 水素：流域，支流，干流的概念，3、 分段：河源，上游，中游，下游，

14、河口二、 河流基本特征1、 河流断面：纵，横，表示河床形态特征2、 河流长度：沿中泓浅量取3、 河流比降： 坡度，高程差，河长表示平均值三、 流域第二节 分类与性质一、 水循环过程二、 地质流水1、 暂时性流水的地质作用：洗刷作用，坡积层，洪积层2、 河流的地质作用：侵蚀，搬运，沉积三、 地下水（滑坡，沉陷，冻胀，翻浆）公路灾害。化学侵蚀1、 含水层，隔水层2、 分类：（固，液，气）液态： 吸着水，薄膜水，毛细水，重力水按埋藏条件划分： 包气带水，潜水，承压水四、 物理性质及化学特征1、 物理性质：温度，颜色，透明度，气味，味道，导电性等2、 化学特征： 七种离子：结晶腐蚀，分解腐蚀，结晶腐蚀

15、第三节 地下运动规律一、 概念：渗流，渗流场，层流运动，紊流运动。二、 达西定律：V=Q/A=KI 渗流系数，水力梯度： I=（H-h）/L水头差路径三、 工程应用：渗流量，降水四、 地下水与工程： 1）地基沉降2）流沙： 处理方法3）潜蚀： 机械潜蚀，化学潜蚀4）付托作用第四节 河川径流及对土木工和影响一、 径流过程：10降水过程2）流域蓄渗过程3）坡面漫流过程4）河槽集坑过程二、 影响因素：1）降水2）蒸发，3）下垫面因素4）人类活动因素三、 汇水区的几何参数1）汇水面积F2）主河沟长度L 主河沟平均坡度I 3）汇水区平均宽度B横向平均坡度I四、 补给类型 1） 雨源类2）雨雪源类3）雪源

16、类第五节 泥沙运动一、 泥沙分类：悬移质，扒移质，床沙二、 主要特征： 粒径表示：等到容粒径，平均粒径，中值粒径重力特征：重度水力特征：沉速W CM/S 过程说明三、 泥沙起动： 床沙在水流作用下，静止到运动，监界状态为起动条件泥沙起动流速V研究河床冲游的重要参数。四、 输沙率与水流特征能力1、 输沙率KN/S 含沙量KN/S 挟沙能力KG/S主要影响条件：流速，颗粒大小。第六节 水文测验和资料搜集与整理一、 水文观测1、 水位： 基准面：假定基面，冻传基面，绝对基面记录：水尺，人工或自动得到：特征水位，平均水位，水位过程线，水面比降等2、 流速：流速仪，浮标法二、 小桥涵形态：资料来源：水文

17、站的观测资料，洪水调查资料，文献考证资料思路：建形态断面，通过洪水调查，确定各种洪水位和洪水比降，确定流速和流量1、 形态断面：1）选择 2）测绘2、 洪水调查：历史洪水位，多年平均洪水位1） 防部调查2）洪痕调查3）水文资料调查3、 河道及既有沙河工程调查4、 洪水比降确定：第六章教学目的及要求 1、 结合实例分析4种计算方法2、 分析其优缺点及适用性重点与难点1、 小桥涵流量计算导入： 小桥涵流量计算4种方法暴雨推理法，径流形成法，形态调查法 直接类比法第一节 暴雨推理法1、原理： 运用成因分析与经验推断相结合，从实例的暴雨资历料入手。应用综上所述合分析法，推求设计流量（半理论半经验）2、

18、 主要影响因素：1）降雨量2）降雨强度3）时空分布4）下垫面等3、 思路：把分析条件简化，引入假定，建立因素与流量之间的关系，通过流计分析，推求参数，得到公式4、 已知参数：雨力SP全国等值线图，暴动雨递减指数N值锢分区图，分区参数值二、公式及应用：1、推理：交通部公路科学研究所2、经验：三、算例：第二节 经流形成法一、1、原理：同暴雨推理法，2、影响因素：汇水区几何参数，地面情况，降雨情况 ，地壤及推被情况，经流，主河沟特征水库调节能力等，3、区别：对暴动雨的产流，汇流的因素处理方法不同二、经验公式：三、算例：第三节 直接类比法一、 1、原理： 通过对已有桥涵的调查计算，求小桥涵历史洪水洪峰

19、流量，换算为天然流量，推算该处洪峰流量。2、概念：1）临界水深：2）天然水深：3、两种水力图式：自由出流，非自由出流，判定条件：天然水深，天然水深4、原有小桥的洪峰流量计算：1）自由出流式：2）非自由出流式：5、三种涵洞水力图式6、原有涵洞通过洪峰流量计算1）无压，半压式，可查不计算2）压力式，7、原有小桥涵处洪峰流量，换算天然洪峰流量山地，重丘、区，河沟底纵坡较大，挤来较小，近似等于，平原，微丘区，8、拟建小桥涵流量推算接第四节，确定洪水频率P 推求频率下的流量9算例第四节 形态调查法一、1|、思路：建立形态断面，绘制形态断面图，确定参数，确定洪水位及流速，推算形态断面的历史洪流流量，求设计

20、流量二、参数确定1、流速1）用均匀流公式计算流速：普通式：水位升高式；小河沟：2）结算流速成：山区河沟中：平原区河沟中：2、历史洪山峰注量：1）以昀匀流公式确定形太断面处流量：单式断面：复式断面：2）按沉积物粒径或土的类属特征估算流速成后的流量确定：三、规定频繁率P的设计流量1、按流量变差系数推算：2、频率P时，流量、 推算3、参数确定1）经验法2）暴雨强度变差系数 已知推求 查628 3）已知频率P查629 推算关系式四、算例第五节 各种方法比较1、 暴雨推理法：优点：影响因素多，计算简单缺点：参数简化，分类粗略，与实际情况有出入经验公式，地区差异性大2、 径流形成法优点：影响因素多，计算简

21、单缺点：分级分区粗略，差异较大，有出入，短期资历料推算，与表示理论频率曲线，差异较大，分别计算，比较送。3|、形态调查法：优点；现场调查资料，客观真实缺点：小流域，洪流历时短，调查难，计算值 偏大，偏小应与前二种方法比较使用，4、直接类比法：优点：资料真实可靠，优先选用，缺点：新建公式时无法类比。 第七章 小桥涵孔径确定及形式布置教学目的及要求1、 要求学生了解各种方法的不同水力图式下的小桥涵孔径计算2、 描述涵洞的分类及各种类型的适用条件3、 描述小桥涵进出口的形式及其特点重点与难点1、 小桥涵孔径的计算方法2、 涵洞的分类及适用条件导入：设计流量与孔径尺寸的关系新课内容桥涵分类标准：特大桥

22、 大桥 中桥 小桥 涵洞计算目的：台理地确定桥涵孔径的大小，河床加固的类型及尺寸，雍水高度，桥涵处路基和桥涵顶面的最低标高，第一节 小桥涵设计的一般要求及原则一、 设计任务与内容设计任务：外业勘测：沿线地质 水文，地形，环境内业设计：分析研究，设计方案，j具体内容内容包括：1）信置与类型2）勘测，水文计算3）计算孔径尺寸等4）绘图5）工程数量计算二、设计原则与要求1、设计原则：1）安全，经济，适用，美观，2）因地制宜，就地取材3）排灌需要及综合利用，2、设计要求：1）行车要求2）排水要求3）构造要求4）其它要求第二节 水文计算步骤：HTHKL标高等一、 小桥水文计算1、 天然水深HT和天然流速

23、VT确定1） 收集资料：洪峰流量QP断面几何形状，糙率N 纵坡I等2） 均匀流公式：原则Q与QP相差正负百分之十内2、 桥下临界水深HK确定1） 计算通式：2） 矩形 梯形桥孔断面的HK矩形：宽与成梯形：狭而深梯形:3、 小桥涵计算图式判别图式及判定条件1）自由出流：3） 淹设出流：三、 涵洞水文计算：分类：无压力式半压力式，压力式，倒台式吸管判定条件：1）无压力式：涵前水深，进口端节能抬商2） 半压力式：3） 压力式；第三节， 小桥孔径计算小桥水文计算设计流量与施工技术跨径与孔数，（自由出流，淹及出流）一、 小桥孔径长度L的确定1、 自由出流时，1） 侧向束挟水流影响节 单孔时2） 桥孔断面

24、矩形时桥孔断面梯形时2、 淹没出流1） 淹高出流，天然水深2） 桥孔矩形时桥孔梯形时3、 注意事项：判定标准三、 桥前水深H 的确定1、 自由出流：桥孔矩形时，简化：2|、淹没出流：桥头路堤最低标高=桥前河沟底面标高+桥前水深H+D （安全值）桥面最低标高=桥前河沟底面标高+桥前水深H+X+D设计标高应大于时于最低标高第四节 涵洞孔径计算一、 无压力式涵洞：涵内水深数大：主要求也较大，不经济，少采用二、半压力式涵洞：当路堤较高，上游较高的雍水水位不致使用附近农田等变影响等，三， 压力式涵洞采用进水口升高式的调口建筑，使涵顶与水流线形基本一致四、 倒虹吸管，竖井式，斜井式两种，涵洞方形或圆形第五

25、节 涵洞类型的选择一、 涵洞的组成：洞身，洞口，基础三部分三、 涵洞的分类与选择圆管涵，拱涵，盖扳涵，箱涵1、 圆管涵：砼，受力好，适应性好，造价低，过水能力小，填土，2、 拱涵：浆砌石 。于砌石。孔径大，洪流量大，取材易3、 盖板涵：对填土高度要求低4、 箱涵：砼封闭式刚架，适用于软土地基，造价小，施工难第六节 小桥涵洞进出口布置形式1、 八字式：墙随坡变，工作量小，水力性能好，构造简单，造价低，2、 端墙式；构造简单，水力性能不好，适用流速较小的人工渠道3、 锥坡式：用于宽线河流，不经济，稳定性好，常用4、 直墙式：适用于边坡规则的人工渠道，及榨与深的天然河沟，翼墙短，经济5、 扭坡式：

26、水流顺畅，工艺复杂6、 平头式：耗材较多,适用于流速较小情况7、 走廊式: 宣泄能力强8、 流线型:宣泄能力强,工艺复杂，用材料较多，第八章 常见的地质灾害教学目的及要求了解各种地质灾害及其防治措施重点与难点滑坡、泥石流、岩溶导入：现实的实例新课内容地质灾害；崩塌，岩爆，岩溶，滑坡，泥石流，地震，风沙，雪害，冻害，等第一节，崩塌与岩堆1、 概念：崩塌，山崩，落石等2、 形成条件：1）地形条件2）岩性条件3）构造条件4）其它条件3、 防冶：4、 岩堆：第二节 滑坡1 、危害：2、基本要素及形态特征：1）滑坡2）滑动面3）滑坡壁4）滑坡国界5）滑坡台阶6）滑坡舌7）滑坡裂缝8）鼓丘9）轴3、产生因

27、素：1）岩性2）构造3）地貌4）水5）气候6）地震7）人为等4、分类：组成物质分类：规模分类：5、识别： 先兆：标识：6、防冶：第三节：泥石流1、 概念及危害2、 特征：3、 形成条件；4、 了育规律：区域性，间隙性5、 分类：固体物质成分，流体性质分类6、 防冶：一保，二截，三排第四节 岩溶1、 概念及意义2、 形成条件：3、 岩溶地貌：4、 整冶指施：1）堵2）导3）跨4）固第五节地震1、 概念：危害2、 成因：1）构造2）火山3）陷落4）诱发3、 地震波：1震源，震中，2）体波3）面波4、 震级烈度5、 防冶：第六节，风沙1、 概念及意义2、 风少地貌：侵蚀，堆积3、 风沙运动：1）风沙流：强度输沙率。 沙丘：4、 风沙危害与防冶： 第七节 雪害一、 积雪1、 概念及分类2、 相互关系3、 选线原则三、 雪崩1、 雪崩的概念及分类2、 形成条件3、 选线原则4、 防治：第九章 公路工和地质勘测教学目的及要求了解工程地质勘测重点与难点各种勘测方法与成果导入：现实的实例