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工程地质学课件复习内容第一章工程地质条件:指与工程建设有关的地质因素的综合,或是工程建筑物所在地质环境的各项因素。 这些因素包括地层岩性、地质构造、地貌、水文地质条件、岩土体的工程性质、物理地质现象和天然建筑材料等方面。 工程地质问题:即工程地质条件与工程建筑物之间所存在的矛盾或问题，是人类工程活动与地质环境相互制约的主要形式。人类活动与地质环境关系 地质环境对人类工程活动的制约 (1)影响工程建筑物的稳定和正常使用 如山体滑坡、泥石流对建筑危害。(2)人类在从事工程活动中影响工程活动的安全 如采煤中瓦斯爆炸、涌水，隧道掘进过程中出现 塌顶、岩爆或涌水等 。(3)影响工程建筑物的稳定和正常使用 如瓦伊昂事件，水库渗漏、滑坡、泥石流破坏公路与铁路.(4)地质条件不具备而使工程造价提高 如在淤泥质软弱地基上修建高层建筑，往往由于 软基需要深基坑或桩基或筏式地基而增加造价，高烈度地区建造巨型电站因考虑高烈度而使造价大幅度提高。人类工程活动又会以各种方式影响地质环境，即人类工程活动对地质环境的制约 人类工程活动对地表的改造已达到不可忽视的程度，到目前为止人类活动已涉及到地表80的地区。如地下水开发引起的地面沉降，河流上游水库的修建改变河流的地质作用，滥伐森林引起土地荒漠化，兴建水库诱发地震等。人类活动与地质环境之间的相互制约 如不良地基上房屋修建，提高了造价，另一方面房屋修建后会引起地基土的压实.如在岩土体稳定差 的地区修建水库，造价高；另一方面水库的修建使近坝、库岸的岸坡的稳定性降低，尤其是水位骤然升降经常引起岸坡失稳，蓄水引起水库诱发地震等等.第二章岩土体：是非均质、各向异性、厚度不等，具有一定次序并含有一定结构的多层岩土层，且存在于一定的地下水、温度及应力场环境中的地质体。岩体与土体共性：a.都为矿物集合体; b.有固相、液相和气相组成的多相体系; c.相互转化：土-成岩作用-岩石;岩石-风化作用-土;岩体与土体差别：a. 结构形式 岩石-存在断层、节 理、裂隙等结构面; 土一般是连续; b. 连结形式岩石-结晶连结、胶结连结-硬连结; 土-无连结、水连结或水胶连结等;c. 力学性质岩石比土具有强度高、不易变形及整体性和抗水性好，但缺陷是存在断层、节理等构造面; d. 地应力 岩体-有较高地应力; 土体-只有自重应力存在;结构面:指发育于岩体中，具有一定方向和延伸性,有一定厚度的备种地质界面,如断层、节理、层理及不整合面等.由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续面。结构体:结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成形状、大小不同的块体,称结构体.岩体结构:结构面和结构体的排列与组合形成。包括结构面和结构体两个要素。结构面的成因分类：原生结构面、构造结构面及次生结构面 结构面特征：产状、连续性、密度、形态、张开度、充填结胶特征岩体风化作用：岩体在各种风化营力，如太阳能、大气、水及动植物有机体等的作用下，发生物理化学变化的过程称为岩体风化作用。风化作用改变岩体性质实质1.岩体完整性进一步遭到破坏。风化不仅使岩体原有裂隙扩大。还产生了新的风化裂隙，使岩体逐渐破碎，分裂成碎炔、碎片进而分解成砂粒、粉粒甚至粘粒2.岩石的矿物成分和化学成分发生变化。在化学风化作用下，岩石中原生矿物经水解、溶解及氧化等反应形成新的次生矿物.3.岩体的工程地质性质发生变化。 岩体经风化后,岩石的抗水性降低而亲水性增高，其次透水性增强。以上两方面的变化，使岩体力学强度降低，压缩性加大.风化岩体性质概述1.岩体风化后,一般岩石的抗水性降低而亲水性增高,透水性增强,压缩性加大。2.主要表现：岩体风化具有垂直分带性，即岩体风化总是由地表向岩体内部不断深入的，而风化程度也是地表最为强烈，向岩体深部则逐渐轻微直至新鲜岩石. 第三章地应力:地壳岩土体内天然应力状态下所具有的内应力,称为地应力。它分布在岩土体的每一个质点上。地应力场：地壳中地应力呈有规律展布的空间。多把未经人为扰动的岩体内天然状态的应力，称为“初始应力”或“天然应力”；天然应力场内因工程而引起的应力，称为“感生应力”或“次生应力”。这些地应力，对区域稳定性有重要意义。而对天然应力场起主导作用的，是自重应力和构造应力。 P247应力集中：地应力在岩体中分布不均匀、不连续，由于地表起伏及地壳中岩体性质上的差异和存在有各种物理缺陷和结构面，地应力往往在某些部位集中，在另一些部分又可能削弱。 地应力集中特点：多集中在断裂分支点、交叉点、拐点、端点、以及现代断裂差异运动变化剧烈的大型构造隆起和凹陷转换带等。地应力集中的规律:a.应力集中在裂隙周边,促使裂隙周边或错动; b.应力集中裂隙扩展变形和发震;应力集中过大释放重新聚集应力集中. 渗流变形或破坏渗流情况下，岩土体颗粒移动，成分改变，出现空洞、塌陷、涌沙、突泥及强度降低.渗流的防治(1)临界水力坡度Icr/w;(2)允许水力坡度 IIcr*m;m=2.53 粘土; m=3一级建筑;m=2.5一级以下建筑. (3)实际水力坡度 (-1)(1-n);(4)治理 a、砾类土降低水力坡度可以设置反滤层、截渗、加芯、加长渗流路径 b、软弱夹层、破碎带：排水、减压、灌浆 (5)空隙水在岩体中的渗流 (6)水对岩土体的软化作用 水对岩土体的软化作用表现为:流沙,使得粘土双电层厚度发生变化,渗流造成空洞,使得土体骨架结构发生变化等. 水引发的岩土工程灾害与防治水诱发地震：）软弱夹层注浆）防渗; 滑坡：）设置引水沟）打桩;泥石流：疏导水流; 过度抽取地下水=地面沉降; 水库淤积 导致岩溶和土洞的发育 河流侧侵 突水,涌砂 海水入侵以及海岸侵蚀第四章区域稳定性1.定义:指工程建设区域的现今地壳,由于天然或工程因素引起的地应力变化,主要产生构造,火山,地震等活动所造成的具有区域性地壳表层位移和破坏的程度. 2.建筑措施:(1)区域地壳稳定性分析;(2)合理选址,避开火山,构造,地震等活动强烈地区;(3)分析构造发育史,近期构造活动情况; 区域地壳稳定性问题 1.区域地壳稳定性问题主要有:活断层,地震具有区域性,突发性,大灾难等性质,并且90%以上的地震是由活断层所引起的. 2.活断层并一定诱发地震,主要分:粘滑地震和濡滑地震,其中粘滑地震是发震断层,而濡滑地震是非发震断层. 活断层1.活断层定义:现今仍在活动的;近期曾经活动过的;将来可能会活动的断层. 2.对活断层的有关讨论: (1)近期曾经活动的以及现在活动的没有任何意义; (2)潜在的活动断层:对其时间上限有争议;对于曾经活动的断层,主要有:第四纪以来活动过;晚更新世之内活动过;是近3.5万年以来活动过 全新世以来活动过;活断层的基本特征: (1)深大断裂反复活动的产物; (2)具有继承性,反复性; (3)具有两种活动方式:a.粘滑断层:由突发性滑动完成,滑动迅速; b.濡滑断层:由持续性滑动完成,滑动缓慢; 活断层研究 P921.产状:考虑走向,倾向,倾角;2.断层长度,断距:M=3.3+2.1LgL M-断层震级; L-相应的最长地面断裂长度(以km计); 3.错动速率和错动周期4.活断层的年龄判据活断层鉴别 P951.地质,地貌,水文地质特征: 2.资料鉴别: 3.仪器测定:活断层的工程地质对策区分老断层,活断层和新断层.1.进行区域稳定性研究,区别老断层,活断层和新断层,并找出优势断裂; 2.选址要慎重;避开活动断裂带,主断层,重大建筑物放在下盘为主; 3.采取,避让,大角度相交的措施; 4.建筑物采取结构措施,对结构进行抗震,减震方式. 地震: 地壳表层因弹性波传播引起其振动作用的现象.分类:构造地震;火山地震;陷落地震;还有水库地震;深井注水地震;采矿和核爆炸地震等.发生的必备条件:a.介质条件:岩性呈脆性,硬脆性岩层;b.结构条件:构造条件;如活断层断,拐,交汇,分支,错列点;c.构造应力场:积累; 地震波:弹性波,破坏的原动力,地震发生时引起建筑物破坏的原动力,震源发出的弹性波. 体波:通过地球本体传播的波;面波:由体波产生的次生波,经过反射,折射后沿地面传播的波. 震级和烈度：P101震级:由地震发生时释放出的能量大小的尺度,能量大则震级大.烈度:衡量地震引起的地面振动强烈程度的尺寸.于震源分布,传播介质,震源深度,震中距等有关.基本烈度 设防烈度地震效应：振动破坏效应； 静力分析方法 动力分析方法 地面破坏效应 砂土液化（P108） 破裂效应场地工程地质条件对震害的影响 (1)岩土体性质:岩土体得软硬程度,松软土的厚度,地层结构; 相同的地震力作用下,基岩上的震害最轻,其次为硬土,而软土是最重的; 松软土的厚度必须考虑特征周期的作用; (2)断裂:区分为发震断裂和非发震断裂; (3)地形地貌: 孤立突出的地形震害加重,而低洼平坦的地形震害减轻; (4)地下水:地下水埋深越浅,震害越大,埋深越深,则震害影响越不明显。抗震结构设计原则及措施(1)选址:震害估计正确,提出措施得力;选择抗御有力的地段;(2)持力层及基础方案选择:坚硬土层,岩层,采用桩基础,提出地基的加固措施;(3)采取有利的结构形式和抗震措施:平立面简洁,设置抗震缝,加大结构体的刚度,降低其重心. 第五章边坡是指地壳表层一切具有侧向临空面的地质体. 可以分为自然边坡:如:山坡,海岸,河湖岸等;人工边坡:如:路堑,矿坑,人工开挖基坑等;影响斜坡应力分布的因素(1)岩体初始应力状态的影响,有水平应力荷构造应力; (2)坡形的影响,如坡高和坡角等,W/H; (3)岩土体的性质和结构,泊松比,结构面等;斜坡变形1.拉裂:在局部拉应力和张力带内,形成张裂隙的变形形式 2.濡滑:岩土体沿局部剪切面向临控方向的缓慢剪切滑移.若贯通,则演变成滑坡.一般发生在坡体内.3.弯折倾倒:由陡倾板状岩石组成的斜坡,当走向与破面平行时,在重力作用下所发生的向临空方向同步弯曲的现象. 斜坡变形破坏形式：崩塌 滑坡滑坡形态要素其主要组成为滑坡体,滑坡床,滑动面,滑坡周界,滑坡壁,滑坡台地,封闭洼地,滑坡石,滑坡裂隙,滑坡轴等; 识别 找滑坡要素及特征,用遥感,地面测绘,勘探等手段进行; (1)按滑动面与层面的关系分:均质滑坡,顺层滑坡, 切层滑坡;(2)按滑动力学性能分:推落式滑坡,平移式滑坡,牵 引式滑坡,组合式滑坡;影响滑坡稳定性的因素一.影响因素分析 主要可以分为三类: 岩土体强度,斜坡产状,斜坡内应力分布;二.岩土体类型,性质 粘性类土,黄土类土中发育较多,形成易滑组合;三.岩体结构和构 分为:平叠坡,顺向坡,逆向坡,横交坡,斜交坡;四.地形地貌 主要发育在山地环境中;五.地下水作用 主要考虑冲刷,软化,静水压力和动水压力; 六.地震 地震主要产生山崩和滑坡;七.人类因素 主要是人类工程经济活动边坡稳定性评价实行边坡稳定性评价,是为研究应力平衡,并提出有力的防治措施.自然历史分析法 力学计算法 图解法 类比法 实验法 P129滑坡的防治措施1.原则:以防为主,及时处理2.措施:a.支挡工程; b.排水措施;c.减荷反压;d.护坡;e.改善岩土体性质;f.防御绕避;g.其它第六章围岩:洞室周围的岩土体.洞室周围受到开挖影响的内部岩层,大体相当于地下洞室宽度或直径的三倍范围内的岩体.原岩:保持原始应力状态的岩层,其未经扰动.围岩岩体中的天然应力应力分类:其可分未自重应力和构造应力;其中自重应力分为水应力和构造应力,主要是稳定状态的;而构造应力为不稳定状态的;应力重分布:由于地下开挖后,由于围岩质点应力,应变调整而引起天然应力大小,方向,性质改变的作用,即为应力重分布作用.围岩压力:围岩变形作用在支护体结构上的压力(也称为矿压); P255分类：变形围岩压力 松动围岩压力 膨胀围岩压力 冲击围岩压力松动围岩压力研究 平衡拱理论 围岩压力系数法 铁路隧道规范法 块体极限平衡法影响围岩稳定性因素一.岩石性质（1）坚硬岩石：稳定，不需要支