工程地质6.doc

绪论 了解工程地质学在工程建设中的任务、作用；1.工程地质学：是一门研究与工程建设有关的地质问题，为工程建设服务的地质学科。研究对象：人类工程活动与地质环境2.地质环境：广泛的含义可理解为人类生存与活动进程中地壳表层的地形、地貌、岩土、水、地层构造、矿产资源、地壳稳定性等自然因素的总称。研究任务1，阐明建筑地区的工程地质条件：2，论证建筑物所存在的地质问题：3，选择地质条件优良的建筑场地：4，研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响：5，提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议：6，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。基本任务：查明工程地质条件：中心任务：工程地质问题的分析、评价。掌握工程地质条件和工程地质问题的概念及其相互联系。工程地质条件是一个综合性概念，可理解为与工程建筑有关的地质因素的总称。其包括工程建设地区岩土类型及其工程地质；地形地貌；地质构造；水文地质条件；物理地质现象地质物理环境（地应力及地热等）；天然建筑材料等七个方面。地质问题是指人类工程活动与地质环境之间相互作用引起的 、能对建筑物和地质环境造成危害的问题。第一章掌握岩体、结构面、结构体、岩体结构等基本概念；岩体：是指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存与一定地质环境中的地质体。结构面：岩体中有各种不同类型和规模的地质界面。结构体；指岩体中被结构面切割围限的岩石块体。岩体结构：岩体内结构面和结构体的排列组合形式了解结构面分级；掌握结构面的自然特征，掌握岩体工程性质，了解岩体结构类型及岩体工程分类原则。4.结构面类型：原生结构面（沉积结构面 火成结构面 变质结构面）、构造结构面（断层 节理 劈理）、次生结构面（风化裂隙面 卸荷裂隙面 泥化软弱夹层）5.结构面分级级结构面：大断层或区域性大断层，延展几公里到几十公里以上，破碎带宽数米到数十米。关系到区域稳定性，控制着地震活动。工程建设尽量避开。级结构面：延伸长度不大的断层、层间错动带、接触破碎带及风化夹层等，延展数百米到数千米，破碎带宽度数米到几厘米。控制着工程区岩体或山体的稳定性。级结构面：延展百米范围以内的断层、挤压和接触破碎带、风化夹层，其宽度在1m或1m以内；也包括宽度在数十厘米以内，走向和纵深延伸断续的原生软弱夹层、层间错动带等。它们直接影响工程具体部位岩体的稳定。级结构面：延展短，一般在数米至数十米范围内，未错动，不夹泥，如节理、层面、劈理及次生裂隙等。影响岩体的完整性和力学性质，是岩体结构研究的主要对象。级结构面：微结构面，延展性差，分布随机，为数甚多的细小结构面，主要包括隐节理、隐微裂隙、劈理、不发育的片理、线理、微层理等，影响岩块的物理力学性质。7.岩体工程性质：包括岩体的变形性质和强度性质结构面自然特征：产状，密度，延续性，粗糙度，张开度，充填胶结物，节理组数，块体大小，组合关系，水的作用。工程性质：岩体比岩块易变形，且其强度也显著低于岩块的强度。岩体力学属性具有非均质、非连续、各向异性和非弹性。其中，结构面对岩体的力学性质起到决定作用。一，岩体变形性质；结构面的变形a，法向变形；在法向应力作用下，结构面闭合开始较快，变形量也较大，随后逐渐变慢，变形量趋于常量；结构面得变形大部分在低应力下就趋于完成。b，剪切变形包括塑性变形和脆性变形。二、岩体的强度性质1.结构面得抗剪强度根据结构面的形态、连续性、充填情况及力学性质，可将结构面分为平直光滑无充填的、粗糙起伏无充填的、非贯通断续的及有充填的软弱结构面四类。8.岩体结构类型及岩体工程分类原则结构类型：整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。分类原则：首先要依据岩石组合特征；其次，应充分反映岩体的不均一性和不连续特征。分类的目的：通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。第二章地应力；地壳岩体内在天然条件下所具有的内应力3.地应力场：地壳内各点的应力状态在空间分布的总和。4.天然应力三个主应力有两个近于水平，另一近于铅直中间主应力近于铅直; 最小主应力轴3近于铅直; 最大主应力轴1近于铅直掌握地应力的种类；自重应力（由岩体自重产生的应力）、构造应力（指由构造运动引起的地应力）、剩余应力（地壳受风化剥蚀，承载岩体由于卸荷作用残留岩体中的自相平衡的地应力）、变异应力（由岩体的物理状态、化学性质或赋存条件方面的变化而引起的应力）。地应力场的分布和变化规律；1，垂直应力的分布，地表表层岩体内的垂直应力主要由上覆岩层自重所引起，即随深度而线性增大，且其增大率相当于岩体的平均容重。2，水平应力的分布，地壳上部水平应力总的说来大于垂直应力，但地壳深部，水平应力并不大于垂直应力。3，最大主压应力，现代地应力场中最大主压应力的方向，主要取决于所处地区的地质历史和构造运动的方式、方向、具有明显的区域性特点。了解地应力研究的工程意义、地应力工程地质研究的内容和方法。6.地应力研究的工程意义：地应力的大小、方向和分布、变化规律除了与地震和断裂活动密切相关，影响到工程场地的区域稳定性外，还对工程建筑的设计和施工有直接的影响。7.地应力工程地质研究的内容和方法内容：古构造应力场和现代地应力场基本特征；研究区内岩体应力积累条件和程度；岩组分析；岩体天然应力的现场测定；编制构造应力图方法：直接测试法（应力恢复法 应力解除法 水力压裂法）、间接测试法（钻孔崩落法 定向岩心非弹性应变恢复法 凯赛尔效应测试法）第三章了解区域稳定性和地震的基本概念；掌握活断层、地震震级和地震裂度的概念及活断层的鉴定标志、活断层的工程地质研究方法；1.区域稳定性：指工程建设区在内、外力的综合作用下，现今地壳及其表层的相对稳定程度以及这种稳定程度与工程建设之间的相互关系和影响。活断层区的建筑原则：建筑物场址一般应避开活动断裂带；线路工程必须跨越活动断层时，尽量使其大角度相交，并尽量避开主断层；必须在活断层地区兴建建筑物时，应尽可能地选择相对稳定地块即“安全岛”，尽量将重大建筑物布置在断层的下盘；在活断层区兴建工程，应采用适当的抗震结构和建筑形式。4.地震：在地壳表层，因弹性波传播所引起的振动作用或现象活断层；或称活动断裂，指目前正在活动着的断层，或是近期曾有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层。地震震级：是表示地震本身大小的尺度，是由地震所释放出来的能量大小所决定的。地震烈度：是衡量地震所引起的地面震动强烈程度的尺度。活断层的鉴定标志；活断层可从地质、地貌、水文地质、地球物理、地变形测量等方面的标志进行判别。地质标志；a，断层两侧地层岩性和产状截然不同，被错断，是最本质最重要最可靠的标志。b，第四纪沉积层变形，砾石层中的砾石受剪断或压碎，视断层性质而定。c，断层带的岩石因挤压磨碎，表现为松散，未胶结的破碎带。d，沿断层带第四纪火山锥或熔岩作线状排列。地貌标志a，山脊、冲沟、河流和洪积扇等被错断。b，山口峡谷多，沿断层有断层陡坎，断层三角面平直新鲜，呈线状分布。c，断层构成山地与平原或盆地的平直分界线，山地与平原的分界线明显。d，陡坎山的山脚常呈下长条状的洼地或沼泽，沿断层带有泉水出露，有时为温泉。e，陡坎山山前经常分布大规模的崩塌或滑坡，第四纪堆积物特别厚或洪积锥特别高或特别低。f，同级河流阶地的高程在断层两侧发生突发变化。g，同一级夷平面活动断裂两侧高程可差达数百米至上千米。h，河流在断层带附近发生同步明显拐弯，断层量两盘河流错位。水文地质标志；a，地下水水位在断层两侧有明显的变化。b，沿断层带温泉，地热异常带呈带状分布。c，水化学成分异常，地震活动标志；a，沿断层带历史上有发生地震的记录，震中呈有规律的带状分布。b，沿断层带有发生地震断层的历史记录。其他标志；a，地形变化明显。b，地球物理场异常。c，地应力较高，地震活动频繁。活断层工程地质研究方法:通过有效的调查、分析手段，才能确定断层的活动性证据，进而确定活断层的位置、展布方向、活动特征等。通常采用的方法包括：现有资料查阅；航卫片解读；区域地质调查；现场勘探；年龄测量；监测等。掌握地震导致的区域性砂土液化的概念和形成机制。喷水冒砂：指土体中剩余孔隙水压力区产生的管涌所导致的水和砂的喷出。液化是喷水冒砂的原因，但喷水冒砂不一定是液化的必然结果。7地震导致的区域性砂土液化的概念和形成机制砂土液化：饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。形成机制：饱和的疏松粉、细砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受由砂土骨架转向水，由于粉、细砂土的渗透性不良，孔隙水压力急剧上升。当达到总应力值时，有效正应力下降到0,颗粒悬浮在水中，砂土体即发生振动液化，完全丧失强度和承载能力。第四章斜坡：统指地表一切具有侧向临空面的地质体，包括天然斜坡和人工斜坡。理解并掌握斜坡应力重分布的一般特征和斜坡岩体应力分布的主要因素；1、 边坡面附近的主应力迹线发生偏转。最大主应力与坡面近于平行，最小主应力与坡面近于正交，向破体内逐渐恢复初始应力状态。2、 坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近，最大剪应力增高，最易发生剪切破坏。在坡肩附近，常形成拉应力带。边坡愈陡，则此带范围愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破坏。3、 与主应力偏转相联系，最大剪应力迹线也发生偏转，呈凹向临空面的弧线。4、 坡面上径向应力为零，为双向应力状态，向坡内逐渐转为三向应力状态。因素：1，岩体初始应力的影响 初始应力场、尤其水平剩余应力使坡体中主应力迹线的分布形式有所不同，明显改变了各应力值的大小；使应力分异现象加剧，尤其对坡脚应力吉中带和坡面张力带的影响最大。2，坡形的影响 a，坡高；不改变应力等值线图像，应力随坡高而增高。b，坡脚；坡脚变化明显改变了应力分布图像。随坡脚变陡，张力带的范围有所扩大，坡脚应力集中嗲最大剪应力值也随之增高。 c，坡底宽度当；当W08H时，坡脚最大剪应力随底宽增大而急剧减小。当W08H时，则保持为一常值。d，坡面形态；平面上的凹形坡，应力集中明显减缓。圆形和椭圆形边坡，坡脚最大剪应力仅为一般斜坡的1/2。当水平应力坡形于椭圆形坑长轴时，应力集中较缓和。3，岩体性质 岩体变形模量对边坡应力影响不大，泊松比对边坡应力影响较大。这是由于泊松比的变化，可以使水平自重应力发生改变。4，结构面 结构面的存在使坡体中应力发生不连续分布，并在结构面周边或端点形成应力集中带或阻滞应力的传递，这种情况在坚硬岩体边坡中尤为明显。掌握斜坡变形破坏的基本类型；松弛张裂、蠕动变形、倾倒、崩塌和滑坡。1在斜坡岩土体内拉应力集中部位或张力带内，形成的张裂隙变形型式称拉裂。 2斜坡岩土体沿局部滑移面向临空方向的缓慢剪切变形称蠕滑。3由陡倾板（片）状岩石组成的斜坡，当走向与坡面平行时，在重力作用下所发生的向临空方弯折倾倒。掌握崩塌、滑坡的概念及其特征； 1 斜坡岩上体被陡倾的拉裂面破坏分割，突然脱离母体而快速位移，翻滚、跳跃和坠落下来，堆于崖下的现象，即为崩塌。按崩塌的规模，可分为山崩和坠石。按物质成分，又可将崩塌分为岩崩和土崩。崩塌的特征是：一般发生在高陡斜坡的坡肩部位；质点位移矢量铅直方向较水平方向要大得多；崩塌发生时无依附面；往往是突然发生的，运动快速。 2 边坡一部分岩体以一定加速度沿某一滑动面发生剪切滑动的现象称为滑坡。滑坡的机制是某一滑移面L剪应力超过了该面的抗剪强度所致。滑坡的规模有的可以很大，达数亿至数十亿立方米。 滑坡的特征是：通常是较深层的破坏，滑移面深入到坡体内部以至坡脚以下；质点位移矢量水平方向大于铅直方向；有依附面（即滑移面）存在；滑移速度往往较慢，且具有“整体性”。掌握影响斜坡稳定性的因素；内在因素；组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、岩体初始应力等；外在因素；水的作用，地震、岩石风化、工程荷载条件及人工开挖等。内在因素对边坡的稳定性其控制作用、外部因素则使边坡下滑力增大，岩土体的强度降低而消弱岩土体的抗滑力，促进边坡变形破坏的发生和发展。了解滑坡的分类；了解斜坡稳定性的工程地质评价方法、斜坡变形破坏的防治原则及工程措施；重点掌握斜坡稳定性评价的极限平衡理论计算法。（计算题）7.滑坡的分类按受力状态分类：牵引式、推动式、平移式、混合式。8.斜坡稳定性的工程地质评价方法地质分析法（历史成因分析法）、力学计算法（包括极限平衡法、有限单元法和图解分析法）和工程地质类比法。9.斜坡变形破坏的防治原则及工程措施防治原则：以防为主：对不稳定的边坡预先采取措施，以防治变形，工程布置时应尽量避开严重不稳定的边坡地段，或采取相应的设计方案。及时治理：对已发生变形的边坡及时采取治理措施，使之不再向破坏方向发展，以保证工程顺利施工和安全使用。防治措施：支挡工程、排水、减荷反压、护坡、改善岩土性质、防御绕避。第五章理解并掌握地下洞室开挖前后的应力特征；1.地下洞室开挖前后的应力特征弹性围岩：坚硬致密的块状岩体，围岩呈弹性变形。可近似视为各向同性、连续、均质的线弹性体，其围岩重分布应力可根据弹性力学计算。如果洞室半径相对洞长很小，按平面应变问题考虑，概化为两侧受均布压力的薄板中心小圆孔周边应力分布的计算问题。塑性围岩：地下开挖后，洞壁的应力集中最大,当它超过围岩屈服极限时，洞壁围岩就由弹性状态转化为塑性状态，并在围岩中形成一个塑性松动圈。随着距洞壁距离增大，径向应力r由零逐渐增大，应力状态由洞壁的单向应力状态逐渐转化为双 向应力状态，围岩也就由塑性状态逐渐转化为弹性状态。围岩中出现塑性圈和弹性圈。塑性松动圈的出现，使圈内一定范围内的应力因释放而明显降低，而最大应力集中由原来的洞壁移至塑、弹圈交界处，使弹性区的应力明显升高。 弹性区以外则是应力基本未产生变化的天然应力区(或称原岩应力区)。掌握洞室围岩的变形与破坏形式、影响地下洞室围岩稳定性的地质因素；了解改善地下洞室围岩稳定性的措施。围岩岩性岩体结构变形破坏形式产生机制脆性围岩块体状结构及厚层状结构张裂塌落拉应力集中造成的张裂破坏劈裂剥落压应力集中造成的压致拉裂剪切滑移及剪切碎裂压应力集中造成的剪切碎裂滑移拉裂岩爆压应力高度集中造成的突然而猛烈的脆性破坏中薄层状结构弯折内鼓卸荷回弹或压应力集中造成的弯曲拉裂碎裂结构碎裂松动压应力集中造成的剪切松动塑性围岩层状结构塑性挤出压应力集中作用下的塑性流动膨胀内鼓水分重分布造成的吸水鼓胀散体结构塑性挤出压应力作用下的塑流塑流涌出松散饱水岩体的悬浮塑流重力坍塌重力作用下的坍塌2.洞室围岩的变形与破坏形式脆性围岩：张裂坍塌、劈裂、碎裂松动、岩爆、弯折内鼓塑性围岩：塑性挤出、膨胀内鼓、塑流涌出、重力坍塌3.影响地下洞室围岩稳定性的地质因素地形条件、岩性条件、地质构造条件（褶皱 断裂）、岩层产状、地下水（水文地质）、地应力4.改善地下洞室围岩稳定性的措施。支撑、衬砌、喷锚支护（喷浆护壁、喷射混凝土、锚筋加固）第六章1.岩溶：水对可溶性岩石进行的以化学溶蚀作用为主的综合地质作用以及由此产生的各种现象。掌握岩溶发育的基本条件、影响因素、岩溶发育的基本规律；基本条件：1、具有可溶性岩石 2、岩石具有透水性 3、水具有侵蚀能力 4、水是不断地运动的影响因素：一、碳酸盐岩岩性的影响：a.岩石化学成分 b.岩石结构 二、气候的影响：1.降水的影响：2、气温的影响 三、地形地貌的影响 四、地质构造的影响1、断裂的影响：2、褶皱的影响3.岩层组合的影响 五、新构造运动的影响：基本规律：1、岩溶发育随着深度的变化2、岩溶发育的不均匀性3、岩溶发育的阶段性与多代性4、溶洞的成层性5、岩溶发育的地带性掌握岩溶地区的主要工程地质问题（岩溶地基的稳定性问题及岩溶渗漏问题）。二、岩溶渗漏的研究内容影响渗漏的条件：地形地貌、地层岩性、地质构造、岩溶发育和水文地质条件。1、渗漏通道的研究：通道类型、规模、位置、延伸方向及连通性。2、水文地质条件的研究：分析拟建水库的河流和库水位与地下水水位的关系。一、变形破坏的主要形式6.岩溶地（坝）基变形破坏的主要形式：承载力不足、不均匀下沉、地（坝）基滑动、地表塌陷1.地表塌陷：地基受力层范围内，存在较大的空洞（如溶洞）。在自然条件下或建筑荷载作用下，产生洞体坍塌，引发地面塌陷而导致建筑物破坏。2.地基承载力不足或不均匀塌陷：覆盖岩溶区，因覆盖层强度较低，不能满足建筑荷载要求而出现破坏。或沉降不均匀导致建筑破坏。3.地基滑动；较大