工程地质学电子版.docx

1、工程地质学电子版绪论讲授自然动力及人类活动引起有关物理地质现象方面的基础知识，以及 从工程地质角度研究这些动力地质现象的基本方法；通过本课程的学习，具备解决某些重大工程地质实际问题的初步能力； 本课程的应用性很强，要求学生尽可能紧密联系工程实践进行学习。1、 工程地质学槪论.李智毅，杨裕云.中国地质大学岀版社。2、 工程地质分析原理.张倬元，地质出版社3、 工程地质学基础.李智毅，王智济，杨裕云.中国地质大学出版社4、 专门工程地质学.张咸恭，李智毅，郑达辉，李日国.地质岀版社5、 岩体结构力学.孙广忠.科学出版社6、 工程地质数值模拟的理论与方法.唐辉明，晏鄂川，胡新丽.中国地 质大学出版社

2、人类工程活动与地质环境的相互关系地质环境对工程活动的制约关系工程建筑的稳定和正常使用工程活动的安全工程造价工程活动对地质环境的影响工程活动规模愈大，地质环境的变化愈大。总之，地质环境和工程活动之间是相互联系相互制约的，其表现形式多种多 样。工程地质学的研究对象工程地质条件：与工程建筑有关的地质要素的综合，包括地层岩性、地质 枸造、地貌、水文地质条件、自然地质现象和天然建筑材料等方面。I 地层岩性：工程地质条件的最基本要素，任何建筑物都脱离不开土体或岩体。岩土的类 型不同，其性质有很大差别，工程意义大不一样。II地形地貌：地形地貌对建筑场地的选择，特别是线性建筑线路方案的选择意义重大，如 能合理

3、利用地形地貌条件，不但能大量节约投资，而且对建筑群中各种建筑物的 布局和建筑物的型式、规模及施工条件也有直接影响。地形地貌还能反映地区的地质结构和水文地质结构特征。川地质结构：包括地质构造、岩土单元的组合关系及各类结构面的性质和空间分布。IV水文地质条件：对工程有影响的因素是：地下水类型，地下水位及其变动幅度，含水层和隔 水层的分布及组合关系，各自的厚度，土层或岩层渗透性的强弱及其渗透系数， 富水性，承压含水层的特征及水头。V物理地质现象指对工程建设有影响的自然地质作用和现象。地壳表层经常处于内动力地质 作用和外动力地质作用的强烈影响之下，对建筑物造成威胁和破坏，其规模常巨 大，甚至是区域性的

4、。VI天然建筑材料指土和岩石。要尽可能的“就地取材”。研究岩土体的工程性质及其在自然或人类活动彩响下的变化是工程岩土学 的基本任务。工程地质问题：工程活动与地质环境相互制约的一些主要形势。分析这些问题产生的地质条件、力学机制及其发展演化规律，以便正确评价 和有效防治它们的不良影响，是工程地质学另一专门分支工程地质学的基本任 务。查明工程地质条件并研究查明工程地质条件的方法和手段是工程地质勘察 的基本任务。I阐明建筑地区的工程地质条件，并指出对建筑物有利和不利的因素；II论证建筑物所存在的工程地质问题，进行定性和定量的评价，作出确切 结论；III选择地质条件优良的建筑场地，并根据场地工程地质条件

5、对建筑物配置 提出建议；IV研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响，预测其发展演化趋势，提出 利用和保护地质环境的对策和措施；V根据所选定地点的工程地质条件和存在的工程地质问题，提出有关建筑 物类型、规模、结构和施工方法的合理建议，以及保证建筑物正常施工和使用所 应注意的地质要求；VI为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。工程地质学的学科性质和任务研究地质环境与人类工程活动之间的相互关系，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；是地质学与工程学的边缘学科，是地质学 的一个分支。工程地质学的特点是始终与工程实践紧密联系。工程地质学的分科岩土工程地质性质的研究工程动

6、力地质作用的研究工程地质勘察理论和技术方法的研究区域工程地质的研究环境工程地质性质的研究Vajont水库滑坡1963年10月夜间发生在意大利北部山区的Vajont水库，被公认为是世界 上最严重的滑坡灾害。该水库库容10亿立方米，坝高267米，是当时世界上最 高的双曲拱坝。水库蓄水造成水库岸坡地下水位相应提高，地质环境发生急剧变化，2. 6亿 立方米的石灰岩山体以20M/S以上的速度滑入水库，最大涌浪高度250M,越过 坝顶高度达150M,库水迅速猛泻向下游。洪水摧毁了下游数公里以内的5个村 庄，2600人在梦中死亡。该水库也因滑坡填入而报废。Vajont滑坡地质剖面北京地面沉降2004年底，北

7、京平原已形成五个地面沉降区东郊八里庄大郊亭(722mm)东北郊来广营(565mm)昌平沙河 八仙庄(688mm )大兴榆堂礼贤(661mm)顺义平各庄(250mm)北京地面沉降危害对建筑物的磁:坏和影响。形成地裂缝，直接或间接恶化环境。对地下水井设施的影响。造成地面水准点水准。影响建筑物抗震能力，致使地震灾害加重。洪涝灾害加剧，防洪排涝工程效能降低。地面沉降是缓发性的地质灾害，灾后恢复工作很难界定。工程地质分析的基本方法自然历史分析法(定性)工程地质学最基本的一种研究方法，是其它研究方法的基础。数学力学分析法(定量)数学、力学与地质学的结合，将工程地质分析定量化，是工程评价的定量依 据。模型模

8、拟试验法(定量+定性)研究自然地质作用的规律，再现工程地质问题产生发展的全过程，揭示其发 生的力学机制。工程地质学的内容君上工程地质性质研究土的物质组成、结构、构造；土的物理性质、力学性质；各类土的工程地质特征；岩石的工程地质性质；岩体的工程地质性质及岩体工程分类。工程动力地质作用研究活断层和地震工程地质研究；斜坡变形破坏工程地质研究；岩溶工程地质研究；泥石流工程地质研究；河流侵蚀和淤积的工程地质研究。工程地质学的学习方法在学习书本基础知识的同时，应广泛查阅相关的文章，参考具体的工程地质 实例，学习其所采取分析方法、治理措施等，掌握对各种工程动力地质作用分析 研究的思路和方法，能够用来解决实际

9、问题。本课程以讲授为主，同时辅以必要的习题、作业。考虑学时的限制，同学们 也可以自学。第一章 土的物质组成与结构、构造土：由固体颗粒以及颗粒间孔隙中的水和气体组成的一多相、分散多孔的系统。土层：土具有成层特征，同一层内土的物质组成和结构、构造基本一致，工程地质性质 亦大体相同。土体：由性质各异、厚薄不等的若干土层，以特定的上、下次序组合在一起。 1 土的粒度成分粒咎和粒组的划分粒轻：土颗粒的直径大小（mm）。粒组：指粒径在一定区段内其成分及性质相似的土粒组别。划分原则（1） 首先考虑到在一定的粒径变化范国内，其工程地质性质是相似的，若超越了这个变化 幅度就要引起质的变化。（2） 要考虑与目前粒

10、度成分的测定技术相适应粒组统称粒组名称粒径d范围（mm）分 方法析主要特征巨粒漂石（块石）粒d200直接 透水性很大，压缩性极卵石（碎石）粒60dW200测定小，颗粒间无粘结，无毛细性。砾粗砾20dW60筛粗粒粒细砾2d20分透水性大，压缩性小，无紐砂 砂 粒中砂0. 5dW2粘性，有一定毛细性。0.25dW0.5法细砂0. 075dW0. 25细粒粉粒0. 005dW0. 075静沉透水性小，压缩性中等， 水毛细上升高度大，微粘性。 降粘粒dWO. 005原理透水性极弱，压缩性变化 大，具粘性和可塑性。粒度成分的测定土的粒度成分:指土中各个粒组的相对百分含量，通常用各粒组占土粒总质量的百分数

11、表示。 目的：进行土粒度成分分类，大致判斷土的工程地质性质方法：筛分法、静水沉降法。粒度成分的表示方法分累积曲线法图解法分布曲线法表示方法 三角图法表格法不均匀系数：血越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。曲率系数:AK1,中间颗粒偏少，小粒径颗粒偏多。S3,中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少.级配良好的土 Cu M5且Cc=r3土扶粒度成分的分类砾粒起骨架作用，砂粒、粉粒起充填作用，粘粒起胶结作用。土的粒度不同，其性质差异较大，土的工程地质性质在某种程度上可以认为是各粒组性 质的综合表现。粒度成分的分类多种多样，我国各建设部门按其工程建筑特点，各拟定了本部门的粒度 分类，至今没有完全统一的通用分类。

12、通常，粒度分类以两个粒径界限值将土粒分为三大组：巨粒土和含巨粒的土、粗粒土、 细粒土。各粒组含量/%土的名称巨粒组60mm巨粒土75 100巨粒土和含 巨粒土混合巨粒土50 75含巨粒的混合 土15 50砾类土15粗粒土砂类土15细粒土含砂细粒土50跛疙log废 夸琰苣P浪 1150 10050跛疙log废 夸琰苣P浪 U25 5025 5050 75繳羿log废跛薜log废跛畀log 夸琰苣p渡夸琰苣p漩夸琰苣p泯粉质细粒土 15252575 100练习题1.取干土重5.10N,通过筛分和水分法测得其结果如表要求：1)绘制土的级配曲线；2)确定不均匀系数Cu,并判斷其级配好坏。1-1颗粒分析

13、成果表0. 05 2 2-0. 5 0. 5-0. 25 0. 25-0. 1 n2土粒对气体的吸附强度：C02 N202 h2吸附乞体气体按存在的状态分为游离乞体密闭气体4 土中的结构和构造土的结构：在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征，称为土的构造。 它包括土层单元体的大小，形态，排列和相互关系等方面。土粒间的连接关系按水的类型分为：结合水连结：通过结合水膜将相邻土粒连结起来的形式。毛细水连结：相邻土粒由毛细压力作用形成的连结。胶结连结：由于土中某些盐类结晶将土粒胶结起来的连结。冰连结：冰土的暂时性连结，融化后即失去这种连结。土的结构类型巨粒土及粗粒土的结构类型 生成时重

14、力起主要作用，颗粒之间以机械作用为主。细粒土的结构类型蜂窝状结构均粒团聚结构类型 架状结构非均粒团聚结构土的构造土的构造：在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征，称为土的构 造。它包括土层单元体的大小，形态，排列和相互关系等方面。层状构造分散构造类型结核状构造裂隙状构造第二章土的物理性质概念所谓土的物理性质就是表示土中三相比例关系的一些物理量。土的物理性质指标不仅可以描述土的物理性质和它所处的状态，而且在一定程度上反映 了土的力学性质。土的物理性质指标的分类一类是必须通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标；一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称

15、为间接指标7 土的痿本豹理性虜:为便于说明这些物理性质指标的定义和它们的换算关系, 常用三相图表示土体内三相的相对含量。V: 土的总体积（cm3）Vs: 土中固体颗粒的体积Vv: 土中孔隙的体积Vir: 土中水的体积（cnP）Va: 土中气体的体积M:土的总质量（0Ms: 土的固体颗粒的质:Mw: 土中水的质量（g）Ma:土中空气的质量（g）试验直接测定的物理性质指标-*戏p.和土的比芟乡土 定义：单位体积土粒的质量，用表示粒 单位：Mg/m3或g/cnP密 mZfc P，=百S定义： 土的质量（或重量）与同体积49时纯水 的质量之比（无因次）比* g =佟一 g = m K X （几）壮（久

16、山 匕X （人）壮测定方法：比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量E- 然后把烘干土若干克（EJ装入空比重瓶内，再加纯水至满, 称瓶加水加土的质量也，按下式计算土粒比重定义：单位体积土的质：as 用*表示付 2 Mg/irP或 g/cm3tn tns + + ma表达式：才V +,+/ s 1 K vv 1 a定义；单位体积土的重量，用厂表示 单位二 KN/ni3W m x g表达式 = V = = pxg土的密度p和容重Y测定方法：环刀法干密度Qd干容重Yd土烘干，体积要减小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标，干密度或干容重越大表明土越密实，

17、反 之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质董。各种密度之间的比校Psat P Pd P- 侖zK啥:土H 水门勺炳 Jit 与土米立加L七. -A 育刁A 数 盘示-衣土 m3w = f X 1OO %土的含水率测定方法：烘干法先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在100105下烘干，称干土的质量。间接换箕的物理性质摘标土的孔糜血。定义：上小扎隙的休积与上*工的休积之比，以小数表示定义：土中的孑L隙的彳本积与土 的曲体积之比，以百分数表示表达武：定义：土中孑U頌水的彳本科丄与孑L砌M本利4之比，以百分数表示S = - X 1OO% 匕物理性质指标间的换算常用的物理性质指标共有9个，一般说，已

18、知其中任意3 个，通过换算，可以求其余6个。et-sff的窠 孔庇孔4矣孔隈1!11 | + = (Relative Density ) 密实程度疏松的中密的密实的相对密度(KDrWO. 330. 33DrW0.660. 66Dr1标准贯入试验iji 1-23 标准rt入试班设备1穿心極亡沛哝山蚀按幵： 4M人*头.5-出水孔$6 由 朗半Ifi形伶井合ifUrAK入iS自7 炭入；脱密实度松散稍密中密密实NC101030锤重:63.5kg 落距：760nmi 打入深度：300nun 标准贯入数N63.5习 题1.某地基土试验中，测得土的干重度Y d=15. 7KN/m3,含水量3 =19.3

19、%, 土粒比重 Gs=2. 71 求：该土的孔隙比e、孔隙度n及饱和度S r。2.某地基土样数据如下：环刀体积为60cm3,湿土质量0.1204kg, 土质量0. 0992kg, 土粒相对密度为2.71,试计算：天然含水量3,天然重度丫，干重度Yd,孔隙比e。3.测得砂土的天然重度y =17. 6KN/m3,含水量3=8.6%,比重ds = 2. 66,最小孔隙比 emin=0. 462,最大孔隙比emax=0. 71,试求砂土的相对密度Dr。4某工程勘察中，职原状土 60cm3,重99. 15g,烘干后重78. 05g,比重2. 67,求此土的 孔隙比饱和度。 如耘土的钊廈知可塑住阿太堡界限

20、(Atterberg limit)细粒土的可塑性表示土处于可塑状态的含水率变化范围表达式:IP愈大，说明细粒土可塑性愈强。为了说明细粒土的稠度状态。表达式:w wp液性指数AW0火/声0. 250. 25 J合 750. 751稠度状态坚硬硬塑可塑软塑流塑塑性图及其对细粒土的分类A线：p | -fP =(1.73 (叫一20)找：50%!cH/r7ClTO/CL CLO/MH MHO二 T严10JMlT CLf严6 |110 20 3少 40 50 60 70) 90 100 115030C粘土M粉土H高液限LS液限0 有机土习 题1.已知某地基土试样有关数据如下：天然重度 Y =18.4KN

21、/m3;干重度Y d = 13. 2KN/m3。液限试验，取湿土 14. 5g,烘干后重10. 3go搓条试验：取湿土条5. 2g, 烘干后重4.1g,求：（1）确定土的天然含水量，塑性指数和液性指数；（2）确定土的名称和 状态。2.从甲、乙两地土层中各取出土样进行试验，液限u）L=40%,塑限wp=25%,但甲地的天 然含水#co=45%,而乙地的U）=20%,是求甲、乙两地的地基土的液性指数IL各是多少？判断 其状态。3.已知某软土地基的天然含水#w=40%,塑限、液限试验测得：wL=35%, u)=18%, Ip二17%。使用塑性图法对它们进行分类、并定出土的名称。3细粒土的胀缩性和崩解

22、性细粒土的胀缩性基本概念膨胀性：细粒土由于含水率增加而发生体积增大的性能。收缩性：由于土中失去水分而体积缩小的性能。产生膨胀的原因：土粒表面结合水膜厚度增加，弱结合水含量增加。土体的胀缩性降低了土体的强度，引起土体变形，从而影响建筑物的安全。表征膨胀性的指标自由膨胀率：人工制备的干土，在水中增加的体积与原体积 的比。V -V5=X100% X):膨胀率：土样在一定压力下，浸水膨胀稳定后所增加的体积 与原体积之比。(室内无侧胀膨胀仪)。备=乞二.xlOO%:膨胀力：土样的体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应 力。表征收缩性的指标体缩率：土样收缩减小的体积与收缩前体积的比值。 = v -xioo

23、%Vo线缩率：土样收缩后的高度减小量与原高度之比。6 = /?0 /? xlOO% ho收缩系数：原状土样在直线收缩阶段，含水量减少1%时的 竖向线缩率。 人5入=xlOO%Aw细粒土的崩解性崩解性：细粒土由于浸水而发生崩散解体的性能。崩解时间：一定体积的土样完全崩解所需要的时间。崩解特征：土样在崩解过程中的各种现象。崩解速度：土样在崩解过程中质量的损失与原土样质量之比的关系。粘粒组含量30筋解速度崩解迅速崩解大为减缓崩解最慢彳 土的傕水性如笔佃性土的透水性透水性：水在土孔隙屮渗透流动的性能。 达西定律（层流）v =KI哲才定律（紊流）各种土渗透系数參考值速度与水力坡度的关系 -砂土沱一细检土土的名称砾石粗砂中砂细砂粉砂粉土粉质粘土粘土K (m/d)5050-2020-55-11-0.50. 5-0.10. 1-0.011010-11-0.010.01-0. 0010. 001彩响土的透水性的因素1粒度成分：细粒土含量越多，土的透水性越弱。2矿物成分：原生矿物成分不同，土中孔隙的形态不同，土的透水性不同,浑圆石英尖角石英长石云母粘土矿物成分不同，形成的结合水膜厚度不同，土的透水性也不同，亲水性粘土矿物成 分越多，土的透水性越低。3.土的密度