《工程地质及水文地质》(第三版)期末复习.docx

物理性质：地球的重力、密度、地磁和地温。地球的构造：地球表面为界，外圈层（大气圈水圈、生物圈）和内圈层（地壳、地幔、地核）。地质作用：地壳自形成，其物质组成、内部结构及表面形态，一直都在进行演变和发展，促进地壳演变和发展的各种作用。；1、内动力地质作用（4构造运动、地震作用、岩浆及火山作用、变质作用）2、外动力地质作用（5风化、剥蚀、搬运、沉积、固结成岩作用）地质历史和地层年代（表） 地球发展历史岩石是建造各种工程结构物的地基，是天然的建筑材料。 岩石是组成地壳的物质之一，它们构成了地球的岩石圈。掌握矿物、岩石概念，并熟悉三大类岩石的分类矿物：由地质作用所形成的天然单质或化合物。 岩石：地壳发展过程中，由一种或多种矿物组成，在成分和结构上具有一定规律的集合体。岩浆岩（岩浆冷却凝固形成；全半非晶质结构、显隐晶质结构、等粒不等粒斑状结构；流纹气孔杏仁块状构造）按SiO2含量：酸性岩类、中性岩类、基性岩类、超基性岩类；按岩石的形成条件：深成岩、浅成岩和喷出岩。沉积岩（经风化破坏、搬运作用、沉积作用、成岩作用阶形成；碎屑/泥质/结晶状/生物结构；层理构造（水平、斜交、交错层理）、层面构造（波痕雨痕泥痕结核化石）按组成结构构造：碎屑岩类、粘土岩类、化学岩及生物化学岩类。变质岩（已成岩石在高温高压及化学活动物质的作用下变质而成，接触、动力、区域变质作用；变晶变余碎裂结构；变余构造、变成构造（板状千枚状片状片麻状块状）按岩石构造特征结构矿物成分分类。第三章 地质构造 ，地壳运动形式垂直运动：地壳物质发生垂直大地水准面方向（地球半径方向）运动。水平运动：地壳物质平行大地水准面运动。根据地壳运动发生的时间可分为：古构造运动、新构造运动、现代构造运动，新第三世纪以前，新第三世纪以来，人类历史记载以来地壳运动的标志、速率和幅度：（一）垂直运动标志，河流阶地，海成阶地，夷平地，多成溶洞（二）水平，建筑物错动，板块运动。 岩层：被上下层面限制的同一岩性的层状岩石。岩层产状：岩层在岩石圈中的空间方位和产出状态。岩层产状要素：岩层的走向、倾向和倾角（岩层的倾斜角度；褶曲：岩层在构造运动中受力产生一系列连续弯曲的永久变形；类型：背斜和向斜；要素：核翼轴面轴线枢纽转折端；活断层：指现今正在活动，或近期曾活动过、不久的将来可能会重新活动的断层。岩层的走向、倾向和倾角的概念及表示走向：层面与水平面相交所得的直线称走向线，走向线两端指示的方向即是岩层的走向。节理（或裂缝）：沿破裂面两侧的岩层发生明显位移的断裂称为断层，没有明显位移的断裂。 (一)节理成因分类1、原生(成岩)裂隙2、次生裂隙 3、1)构造裂隙 2)张裂隙剪裂隙 3) 劈理(二)节理力学性质分类1、张节理2、减节理3、劈理 断层分类(一)按断层两盘相对滑动方向，把断层分为三种基本类型：正断层、逆断层、平移断层。(二)力学成因分类：15压性断层、张性、扭性、压扭性、张扭性断层；(三)断层产状和岩性产状关系分类：走向断层、倾向、斜交、纵断层、横、斜断层。活断层：指现今正在活动，或近期曾活动过、不久的将来可能会重新活动的断层。风化作用：地表或接近地表的岩石在大气、水和生物活动等因素的影响下，使岩石遭受物理的和化学的变化。风化作用的类型：1、物理风化作用：(1)温差风化作用。(2) 冻融作用。 (3) 盐分结晶的撑胀作用。2、化学风化作用(1)水化作用 氧化作用 水解作用 溶解作用。影响因素: 1岩石性质2地质构造3气候4地形条件。按风化程度把岩石风化壳划分为四个带：全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带。河流的地质作用：一、河流的河流的侵蚀作用方式（冲蚀、磨蚀、溶蚀），河流侵蚀作用的方向（下蚀、侧向）；二、河流的搬运作用方式（推运、悬运、溶运）；三、河流的沉积作用原因及冲积物概念； 当河床坡度减小，或搬运物质增加而引起流速变慢时，搬运能力降低，河水挟带碎屑物质逐渐沉积下来，形成层状冲击物。四、 河流阶地的概念、河流阶地的成因类型不同时期的河漫滩，由于受到地壳构造运动与河流侵蚀、堆积作用的综合影响，呈阶梯状分布于河谷谷坡上，这种地貌称为河流阶地。1、侵蚀阶地。特点: 阶地面由裸露基岩组成，有时阶地面上可见很薄的沉积物。 2、基座阶地。由两层物质组成，由冲积物组成覆盖层，基岩为其底座。 它的形成反映河流垂直侵蚀作用的深度已超过原来谷底冲积层厚度，切入基岩 。3、堆积阶地。特点：沉积物很厚，基岩不出露，主要分布在河流中下游地区 。一、岩溶的概念：可溶性岩石分布地区，岩石长期受水冲漓、冲刷，溶蚀形成独特地貌形态。岩溶发育的基本条件：岩石的可溶性、岩层透水性，水的溶解性、水的流动性；二、主要的岩溶地貌类型：常见的有：溶沟和石芽、落水洞、岩溶漏斗、溶洞等。一、泥石流的概念：由于降水（暴雨、冰川、积雪融化水）在沟谷或山坡上产生的一种挟带大量泥砂、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流。形成条件：1、地形地貌条件2、地质条件 3、水文气象条件二、泥石流的分类：1、按泥石流的物质组成分：泥流、泥石流、水石流。2、按泥石流的流动状态分 （1）黏性泥石流：固体物质含量40%以上，水不是搬运介质，和泥沙、石块凝聚成黏稠的整体，突然爆发，持续时间短，破坏力大。（2）稀性泥石流：水为主要成分和搬运介质，泥石含量少于40%，运动时泥浆流速大于石块移动速度 。三、泥石流的防治措施有预防性和治理性两类:在流域内种植和保护植被进行水土保持工作,修筑排水沟系治理地表水和地下水以减少土壤潮湿度,保护沟谷的边坡稳定等。 进行工程治理时采取在沟谷中修建拦渣坝、谷坊坝,以拦截泥石流的固体物质,减小泥 石流的流速,并设置排淤场;在泥石流沟谷下游还可修建排洪道,导流堤等疏导工程,以使泥石流顺利排入大河或在冲积扇下部堆积。地震: 是地球内部某些部分，在内力作用下突然急剧运动而破裂，产生地震波，从而引起一定范围内地面震动的现象。震源：地球内部发生震动的地方。震级：一次地震释放能量大小。烈度：地面及各建筑物受地震影响破坏程度。 按照震源的深度可分为：浅源地震、中源地震、深源地震。第5章 地下水概论 地下水的类型及特征按地下水的埋藏条件可把它分为包气带水、潜水及承压水。按含水层空隙性质，把地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。衡量空隙发育程度的定量指标为：孔隙率、裂隙率、岩溶率。潜水：埋藏于地下第一个稳定隔水层之上，具有自由表面的重力水；潜水面：自由表面。潜水埋藏深度：潜水面之地表的距离；潜水厚度：潜水面至隔水底板的距离；承压水：充满于两隔板之间的含水层中的水。自流水：承压水头高出地表时，钻孔能够自喷出水。隔水顶板：承压含水层上部的隔水层；隔水底板：承压含水层下部的隔水层；承压含水层的厚度： 顶底板之间的距离。结合水：当表面能大于水分子自重时，岩石空隙中的这部分水就不能在自身重力作用下运动；重力水：距离固体表面更远的那部分水分子，重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重力影响下运动；含水层：能透过又能给出重力水的岩层；隔水层：不能给出并透过水的岩层；矿化度：地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量。硬度：水的硬度取决于水中钙、镁离子的含量。地下水7种主要离子：氯、硫酸根、重碳酸根HCO3-、钠、钾、钙、镁离子。泉：地下水天然露头。达西定律：Q=KFH/L=KFi=Fv， v =Ki（渗透流量=渗透系数过水断面水头损失/渗透距离）适用范围（雷诺数Re小于1-10的地下水渗流运动）。 潜水含水层中的二维流满足裘布依假设条件下的缓变流，当隔水底板水平时，以它为基准面，上游钻孔为坐标起点，按裘布依微分方程，有著名的裘布依公式。 承压水的非均匀流卡明斯基近似方程可以推广应用于承压含水层厚度变化的承压水非均匀流的计算。地下水向完整井的稳定运动（一）潜水完整井出水量的计算著名的裘布依稳定井流潜水完整井出水量计算公式。 （二）承压完整井出水量的计算孔隙水：埋藏和运动于松散沉积物孔隙中的重力水（分类：山前倾斜平原区、冲积平原区、黄土区、山间河谷区、滨海平原区地下水。分布较均匀、呈层状、含水层内力水联系密切、具有统一的潜水面或测压面，由于孔隙含水层孔隙分布较均匀、连通性较好所致）裂隙水：埋藏于基岩裂隙中的地下水（分类：面状、层状、脉状裂隙水。埋藏和分布很不均匀、受地质构造和岩性及地貌等条件控制）岩溶水：储存于可溶性岩层中的溶蚀洞穴和裂隙中的水（岩溶含水层的富水性在水平和垂直方向变化很大，天然条件下地下水动态变化幅度较小、在地下水脉的上游及两侧年变幅较大，岩溶水化学成分比较稳定、水质好、大多为重碳酸钙型水也有硫酸钙型水）泉：在一定地形、地质和水文地质条件有机组合的产物，地下水的天然露头（分类：上升、下降泉，侵蚀、接触、溢出、断层泉）地下水资源：有使用价值的各种地下水量的总称（补给量储存量允许开采量） 一、饮用水水质评价：“健康水” 应符合以下标准：1、不含对人体有毒、有害及有异味的物质；2、水的硬度适中；3、人体所需要的矿物质含量适中；4、水的PH值呈微碱性；5、水中溶解氧及二氧化碳含量适中；6、水分子团体积小；7、水的生理功能（渗透力、溶解力、代谢力）强。二、农田灌溉用水水质评价：1、灌溉系数法：钠离子与氯离子、硫酸根的相对含量。2、钠吸附比值3、盐度、碱度评价方法:三、工业用水水质评价工程地质部分岩体的结构特征：岩体结构类型划分 岩体结构特征：岩体结构面和结构体形状、规模、性质及组合类关系特征。四大类8大亚类：整体块状结构（整体、块状结构），层状（层状、薄膜状），碎裂（镶嵌、镶嵌碎裂、碎裂），散体结构。 四大类12大亚类：整体块状（整体块状结构、块状、次块状），层状（巨厚层状、后层状、中厚层状、互层状、薄层状），碎裂结构（镶嵌碎裂、碎裂），散体（碎块状、碎屑状结构）。地应力：自重应力和构造应力为主。 /岩体工程地质分类：5种代表性的（RQD、RMR、）(1) 岩石坚固系数分类：以岩石单轴抗压强度的1%为指标把岩石分为10类，用以评价地下工程支护结构上的地压。(2)岩体荷载分类：按不同岩性和裂隙发育程度分为9类，提出相应地压范围值。(3)岩石质量指标RQD分类：用大于10cm长的岩心之和与钻进进尺长度之比百分数表示RQD值，分为五级。(4)节理岩体的地质力学分类RMR。6个因子：岩石单轴抗压强度、RQD、不连续面间距、性状和方向、地下水位状况确定RMR。5类，很好、好、一般、差、很差(5)岩体质量Q系统分类。RQD、节理系数Jn、节理面粗糙度Jr、节理面蚀变系数Ja、节理水折减系数Jw、应力折减系数SRF。Q=RQDJnJrJa(JwSRF)第十章 坝的工程地质研究 工程地质条件：与工程建筑有关的地质因素的综合。包括地形地貌、岩土类型及工程地质性质、地质结构、水文地质条件、物理地质现象、地质物理环境、天然建筑材料等7个方面。水工建筑物工程地质条件： 包括：地形地貌、地质结构、土石类型及其性质、水文地质、自然(物理)地质现象、天然建筑材料 一、坝基渗漏的种类：管涌、流土、接触冲刷、接触流失四类。坝区渗漏：坝基和绕坝渗漏。管涌：指土体内细颗粒或可溶成分由于渗流作用在粗颗粒空隙通道内移动或带走的现象。流土：指在上升渗流作用下，局部黏土和其他细粒土体表面隆起、顶穿或不均匀砂土层所有颗粒群同时浮动而流失的现象。二、裂隙岩层区的渗漏条件： 1岩层中结构面及其透水性对坝基渗漏的影响 2河谷地貌与地质结构条件对坝基渗漏的影响三、单层透水坝基渗漏量计算 卡明斯基q=kH2b+TT ，Q=qB坝基渗透变形分析：临界水力坡降icr=(Gs-1) (1-n),n土孔隙率坝基(肩)岩体抗滑稳定分析 坝基岩体滑动破坏的类型：表层、浅层、深层； 坝基岩体滑动的边界条件：滑动面、切割面、临空面。坝基的沉降变形有两种方式，并能按公式做一般的坝基沉降计算。垂直变位和角变位。 坝址的处理措施：一、清基。将坝基表部的松散软弱、风化破碎及浅部的软弱夹层等不良的岩层开挖清除掉，使坝体放在比较新鲜完整的岩体上。二、岩土体加固。（1固结灌浆、2锚固、3断裂破碎带的槽、井、洞挖回填处理、4桩基加固。）三、防渗排水。（1-6截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕、铺盖、回填混凝土、坝基排水）。第11章 边坡的工程地质研究 边坡的类型：自然边坡，人工边坡 边坡按其组成物质分为：岩质边坡，土质边坡二、了解边坡变形和边坡破坏的类型（变形：1松弛张裂、2蠕动。破坏：崩塌、滑坡）影响边坡稳定性的因素：（内因：地形地貌、岩土类型和性质、岩体结构与地质构造、岩体初始应力）、（外因：地震、岩石风化程度、水的作用、工程荷载条件、人为因素等）边坡稳定性的评价方法：在力学分析法中，要求掌握简单单一滑动面边坡稳定性计算，了解传递系数法和剩余推力法。不稳定边坡的防治措施：了解不稳定边坡的防治措施（防渗透与排水、清除危岩和削坡减重和反压、支挡工程、锚固措施等）。第12章 渠道的工程地质研究 渠道选线时主要遵循原则：（1）尽量避开和绕过陡壁悬崖一级沟谷密集地带（2）尽量避开造成渠道半挖半填或填方过多的斜坡低洼地带（3）尽量绕避风沙堆积、崩塌堆积和容易产生地基失稳与强烈渗漏的地段 渠道渗漏的原因：土壤透水性、水文地质条件、渠道水深、湿周、速率、糙率、渠水含沙量、输水历时。2、渠道渗漏的特征 ：n 山区基岩渠道的渗漏量一般较小。基岩区出现渗漏，往往是上述破裂地带造成的，渗漏多以局部集中渗漏形式出现，常呈脉状及管状渗流，在渠道通水时易发生，也较容易处理。n 平原区及谷底型的渠道，多通过第四系的松散沉积层，渠道沿线渗漏则往往是大面积的，常不易发现，亦不易处理。渗漏量取决于堆积物的成因类型、结构和岩性，冲积、冲洪积砂卵砾石层透水性最强。其渗漏过程一般可分为：第1阶段：过水初期以垂直渗漏为主;第2阶段：当渗透水流到达地下水面后，则转为侧向渗流，出现地下水位向上增长。渠道的防渗措施：应因地制宜，就地取材的原则。如混凝土板、浆砌卵石、块石、青砖、夯实粘土、陶瓷板、塑料薄膜、沥青混凝土、沥青、草皮、沿渠植柳等。第13章 地下工程围岩的工程地质条件 岩体的初始地应力状态：地下洞室开挖前岩体内应力状态。影响天然应力分布的因素（岩性、地质构造、地形）围岩应力的重分布特征：只限于洞室周围岩体，洞室发生应力重分布岩体叫围岩。围岩的变形破坏特征：1、坚硬完整岩石脆性破裂和岩爆2、块状结构岩体的滑移掉块3、层状结构岩体的弯折和拱曲4、碎裂结构岩体的松动解脱5、散体结构岩体塑性变形和破坏。一、隧洞选线时应注意的问题： 包括：地形地貌条件、地层岩性条件、地质构造条件、水文地质条件、地应力和岩爆。1山岩压力的概念：围岩的强度适应不了围岩应力而产生塑性变形或破坏，作用在支护或衬砌的力。 2围岩抗力的概念：对于有压隧洞，常存在很高的内水压力作用，围岩被迫后退时，产生一个反力阻止衬砌变形。三、提高围岩稳定的措施：1、支撑。2、衬砌。3、支护。(1)喷混泥土支护，(2)锚固。4、固结灌浆。第14章 水库的工程地质研究 水库渗漏的地质条件：(一)岩性条件(二)地形地貌(三)地质构造条件。库岸的再造过程： 水库岸壁的初期破坏： 浪蚀龛及浅滩的形成： 岸壁后退，浅滩增大： 稳定岸坡的形成： 库岸稳定性分析：库岸岩性和构造条件、库岸形态、波浪作用强度、冻融作用、溶蚀作用等。第15章 环境地质问题 地面沉降：危害及防治；地面塌陷：形成条件及防治措施； 地裂缝：分类：中国的特殊土地裂缝；防治； 地裂缝：是地表岩土体在自然因素和人文因素作用下，产生开裂并在地面形成一定长度和宽度裂缝的现象。分类：1、构造地裂缝。构造地裂缝是由于地壳运动直接或间接在基岩或土层中所产生的开裂变形。2、非构造地裂缝。非构造地裂缝的形成原因比较复杂，崩塌、滑坡、岩溶塌陷和矿山开采，以及过量开采地下水所产生的地面沉降都会伴随着地裂缝的形成，其纵剖面形态大多呈弧形、圈椅形或近于直立。特殊土地裂缝在中国分布也十分广泛。地裂缝的主要危害：造成房屋开裂、地面设施破坏和农田漏水。例：1无锡市东亭镇，地裂缝错断无锡-上海公路，两侧高差达15-20cm，威胁行驶安全。2西安地裂缝造成房屋和城墙开裂。3苏锡常地区地裂缝对房屋造成严重破坏。42002年沧州市给水管网破裂776次地裂缝的防治：1、划出地裂缝的稳定区、非稳定区、安全区、危险区、破坏区；2采取避让原则；3建筑物局部拆除或整体搬迁；4提高设计安全标准，建立距离安全区；5、无法避让的管线工程，顺地裂缝延伸，增强管线抗拉强度；6、修复地裂缝。海水入侵地下水是咸淡水相互作用、相互制约的复杂的水动力学过程。（一）海水入侵的危害1、海水入侵的危害主要表现在使地下水水质恶化，影响人体健康，加剧水资源供需矛盾；2、影响工农业生产；3、破坏沿海地区的自然生态环境。4、由于海水入侵使得沿海地区地下淡水资源匮乏，某些浅井被迫停采甚至报废，造成当地群众饮水困难；有些地区的居民只能饮用咸水或污染水，从而导致多种地方病的蔓延和发展。 5、对于工业用水水质要求较高的企业，如果使用被海水污染的水源，则会引起生产设备严重锈蚀、产品质量下降等后果，造成巨大的经济损失。如果另辟新的水源地，则会增加产品的生产成本。（二）海水入侵的防治措施主要有以下几种：(1) 合理开采地下淡水资源：确定地下水的合理开采量，要合理布置开采井，放弃咸、淡水界面附近的抽水井，分散开采地下水，定期停采或轮采，防止形成降落漏斗。 (2) 开展人工回灌：利用回灌井、回灌廊道等设施将多余地表水、处理后的废污水等进行回灌，补充地下淡水资源，提高滨海地区地下淡水的水位和流速，有效防治海水入侵。 (3) 阻隔水流：主要适用于海水入侵通道比较狭窄的地区。在海岸线附近布置抽水井或注水井，在地下含水层中形成一个抽水槽或补给水丘，从而阻止咸水向正在开采的淡水含水层入侵。例如美