工程地质课后习题整理

1 绪论绪论 1 工程地质学的主要研究任务是什么 2 什么是工程地质条件 3 什么是工程地质问题 4 工程地质学的研究方法有哪些 参考答案参考答案 1 工程地质学的主要任务是 阐明建筑地区的工程地质条件 并指出对建筑物有利的和不利的因素 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 作出确切的结论 选择地质条件优良的建筑场址 并根据场址的地质条 件合理配置各个建筑物 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 并提出对地 质环境合理利用和保护的建议 根据建筑场址的具体地质条件 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使用所应注意的地质要求 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 2 工程地质条件指的是工程建筑有关的地质因素的综合 地质因素包括岩土类型及其工程性质 地 质结构 地貌 水文地质 工程动力地质作用和天然建筑材料等方面 3 工程地质问题指的是工程地质条件与建筑物之间所存在的矛盾或问题 4 工程地质学的研究方与它的研究内容相适应的 主要有自然历史分析法 数学力学分析法 模型 模拟试验法和工程地质类比法 四种研究方法各有特点 应互为补充 综合应用 其中自然历史分析法是 最重要和最根本的研究方法 是其它研究方法的基础 2 活断层活断层 1 活断层的定义 2 活断层的特征及分类 3 活断层的识别标志有哪些 4 活断层区的建筑原则有哪些 参考答案参考答案 1 活断层指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层 即潜 在活断层 美国原子能委员会 USNRC 1 在 3 5 万年内有过一次或多次活动的断层 2 与其他活动断层有联系的断层 3 沿该断裂发生过蠕动或微震活动 2 1 活断层是深大断裂复活的产物 2 活断层具有继承性和反复性 3 活断层按活动方式可以分为地震断层 粘滑型活断层 和蠕变断层 蠕滑型活断层 3 地质方面 最新沉积物的错断 活断层带物质结构松散 伴有地震现象的活断层 地表出现断层陡坎和地裂缝 地貌方面 断崖 活断层两侧往往是截然不同的地貌单元直接相接的部位 水系 对于走滑型断层 1 一系列的水系河谷向同一方向同步移错 2 主干断裂控制主干河道的走向 山脊 山谷 阶地和洪积扇错开 走滑型活断层 近期断块的差异升降运动 可使同一级夷平面分离解体 高程相差较大 不良地质现象呈线形密集分布 水文地质方面 导水性和透水性较强 泉水常沿断裂带呈线状分布 植被发育 历史资料方面 古建筑的错断 地面变形 考古 地震记载 地形变监测资料 水准测量 三角测量 4 建筑物场址一般应避开活动断裂带 线路工程必须跨越活断层时 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的建筑物 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型式 3 地震地震 1 简述地震震级及烈度的概念及差异 2 简述地震发生的条件 3 地震效应类型 4 简述静力分析法的原理 5 简述动力分析法的原理 6 简述卓越周期的概念 7 简述场地工程地质条件对震害的影响 8 简述地震区抗震设计原则 措施 参考答案参考答案 1 震级 是衡量地震本身大小的尺度 由地震所释放出来的能量大小所决定 烈度 地面震动强烈程度 受地震释放的能量大小 震源深度 震中距 震域介质条件的影响 在工 程应用中常有地震基本烈度和设防烈度 设计烈度 之分 地震基本烈度 一定时间和一定地区范围内一般场地条件下可能遭遇的最大烈度 一个地区的平 均烈度 设防烈度 设计烈度 是抗震设计所采用的烈度 是根据建筑物的重要性 经济性等的需要 对基本 烈度的调整 2 1 介质条件 多发生在坚硬岩石中 2 结构条件 多产生在活断层的一些特定部位 端点 拐点 交汇点等 3 构造应力条件 多发生在现代构造运动强烈的部位 应力集中 3 地震效应可以分为振动破坏效应 地面破坏效应和斜坡破坏效应 4 静力分析法的前提是 1 建筑物是刚体 即建筑物的各部分作为一个整体 具有相同的加速度 2 建筑物的加速度和地面加速度是相同的 3 地震作用在建筑物上的惯性力是固定不变的 是由地面振动的最大加速度决定的 5 动力分析法的前提是 1 建筑物结构是单质点系的弹性体 2 作用于建筑物基底的运动为简谐运动 所测得的结构相同的动力反应不仅取决于地面运动的最大加速度 还取决于结构本身的动力特征 最 主要的是结构的自振周期和阻尼比 阻尼比越大 建筑物固有周期与地面振动周期差别越大 越难引起共振 6 地震波在地层中传播时 经过各种不同性质的界面时 由于多次反射 折射 将出现不同周期的地震 波 而土体对于不同的地震波有选择放大的作用 某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出 明显 这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期 7 1 岩土类型及性质 软土 硬土 土体 基岩 松散沉积物厚度越大 震害越大 土层结构对震害的影响 软弱土层埋藏愈浅 厚度愈大 震害愈大 2 地质构造 离发震断裂越近 震害越大 上盘尤重于下盘 3 地形地貌 突出 孤立地形震害较低洼 沟谷平坦地区震害大 4 水文地质条件 地下水埋深越小 震害越大 8 1 场地选择原则 1 避开活断层 2 尽可能避开具有强烈振动效应和地面效应的地段 3 避开不稳定斜坡地段 4 尽可能避开孤立地区 地下水埋深浅的地区 2 抗震措施 持力层和基础方案的选择 1 基础砌置在坚硬土层上 2 砌置深度应大一些 以防发震时倾斜 3 不宜使建筑物跨越性质不明的土层上 4 建筑物结构设计要加强整体强度 提供抗震性能 4 砂土地震液化工程地质研究 1 砂土液化的定义 2 简述影响砂土液化的因素 参考答案参考答案 1 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 2 1 土的类型及性质 粒度 粉 细砂土最易液化 密实度 松砂极易液化 密砂不易液化 成因及年代 多为冲积成因的粉细砂土 如滨海平原 河口三角洲等 沉积年代较新 结构松散 含水量丰富 地下水位浅 2 饱和砂土的埋藏分布条件 砂层上覆非液化土层愈厚 液化可能性愈小 地下水位埋深愈大 愈不易液化 3 地震活动的强度及历时 地震愈强 历时愈长 则愈引起砂土液化 而且波及范围愈广 第五章第五章 岩石风化工程地质研究岩石风化工程地质研究 强化练习强化练习 1 岩石风化的类型 2 风化壳的概念 3 影响岩石风化的因素 4 岩石风化的分带标志 参考答案参考答案 1 岩石风化的类型有物理风化 化学风化和生物风化 2 风化壳 遭受风化的岩石圈表层 3 1 气候因素 温度 温差大 冷热变化频率快 有利于物理风化 温度高 有利于化学风化 降雨 湿度 降雨量大 有利于化学及生物风化 2 岩性 矿物成分 抗风化能力 氧化物 硅酸盐 碳酸盐和硫化物 最稳定的造岩矿物 石英 岩浆岩 酸性岩 中性岩 基性岩 超基性岩 变质岩 浅变质岩 中等变质岩 深变质岩 沉积岩 抗风化能力 岩浆岩 变质岩 化学成分 活动性强的元素 K Na 等 活动性弱的元素 Fe Al Si 等 同一种元素 所组成的化合物不同 岩石的抗风化能力也不同 结构特点 单一矿物组成的岩石抗风化能力较强 单矿岩 复矿岩 矿物成分相同 等粒结构 不等粒结构 单粒结构岩石抗风化能力较强 Si 质胶结 Ca 质胶结 泥质胶结 3 地质结构 断层 层面 节理 沉积间断面 侵入岩与围岩接触面等 断层带 裂隙密集带 囊状风化 层理面 差异风化 崩塌等 节理 裂缝面 球形风化 4 地形 高度 海拔高地区 以物理风化为主 海拔低地区 化学风化速度较快 坡度 陡坡地段 风化速度较大 风化壳较薄 缓坡地段 风化速度较慢 风化壳较厚 5 其它因素 地壳运动 强烈上升期 风化速度快 风化壳厚度不大 稳定期 风化彻底 风化壳厚度大 人类活动 人工开挖基坑 边坡 隧洞 砍伐森林等 4 1 颜色 风化岩石在外观上表现出颜色的差异 2 破碎程度 风化程度越深 原岩破碎程度愈大 从深部完整新鲜岩石至地表 岩块 块石 碎石 砂粒 粉粘粒 总体上 上部以粉粘粒为主 夹砂粒 碎石 下部以块石 碎石为主 裂缝中夹粉粘粒 砂粒 3 矿物成分变化 不同风化带 矿物组合特点不同 剧风化带 除石英外 大部分矿物已经变异 形成稳定的矿物 如粘土矿物 弱 微风化带 矿物变异主要发生在块石裂缝周围 形成薄膜 4 水理性质及物理力学性质的变化 由上至下 孔隙性 压缩性由大变小 吸水性由强 弱 波速由小 大 强度由低 高 第六章第六章 斜坡变形破坏工程地质研究斜坡变形破坏工程地质研究 强化练习强化练习 1 简述斜坡中重分布应力的特点 2 影响斜坡应力分布的因素有哪些 3 斜坡变形破坏的形式 4 崩塌的形成条件 5 滑坡的形态要素 6 滑坡的识别方法及标志 7 按动力学特征滑坡的分类方案 8 影响斜坡稳定性的因素 9 刚体极限平衡法的基本原理 10 安全系数的概念 11 摩擦锥的概念 12 滑坡变形破坏的防治措施 参考答案参考答案 1 1 斜坡周围主应力迹线发生明显偏转 2 在临空面附近造成应力集中 但在坡脚区和坡顶及坡肩附近情况有所不同 坡脚附近形成最大剪应力增高带 往往产生与坡面或坡底面平行的压致拉裂面 在坡顶面和坡面的某些部位形成张力带 易形成与坡面平行的拉裂面 3 坡体内最大剪应力迹线由原来的直线变成近似圆弧线 弧的下凹方向朝着临空方向 4 坡面处由于侧向压力趋于零 实际上处于两向受力状态 而向坡内逐渐变为三向受力状态 2 1 岩体初始应力的影响 水平剩余应力的大小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 尤其对坡脚应力集中带和张力带的影响最大 2 坡形的影响 坡高 坡高不改变应力等值线图象 但应力值随坡高 而线性 坡角 坡角变化明显改变了应力分布图象 随坡角变陡 张力带的范围有所扩大 坡脚应力集中 带最大剪应力值也随之增高 坡底宽度 当 W0 8H 时 则保持为一常值 称为 残余坡角应力 坡面形态 平面上的凹形坡 应力集中明显减缓 3 斜坡岩土体特性和结构特征的影响 岩土体的变形模量对均质坡体的应力分布无明显影响 泊松比 可改变主应力和剪应力的分布 引起张力带变化 随着 增大 坡面和坡顶的张力带逐渐扩 展 而在坡底则反之 增大时 张力带收缩 结构面的产状 性质的差别 使斜坡中的应力分布出现了不连续性 在不连续面或软弱面的周边 形成应力集中带或发生应力滞 3 斜坡变形的形式 拉裂 回弹 蠕滑 弯曲倾倒 斜坡破坏的形式 崩塌 滑坡 4 1 地层岩性条件 厚层状硬脆性岩体 2 岩体结构条件 节理裂隙 二组或二组以上陡倾节理 3 地形条件 地形切割强烈 高差大 4 外力条件 风化作用 静水压力 震动 5 滑动面 带 滑坡体 滑坡周界 滑床 滑坡前缘 滑坡舌 滑坡壁 主滑线 滑坡台阶 滑坡洼地 滑坡裂缝 6 识别方法 航片解译 地面调查 勘探 从面 线 点 识别标志 1 地形地貌方面 滑坡形态特征 阶地 夷平面高程对比 2 地质构造方面 滑体上产生小型褶曲和断裂现象 滑体结构松散 破碎 3 水文地质方面 结构破碎 透水性增高 地下水径流条件改变 滑体表面出现积水洼地或湿地 泉的出现 4 植被方面 马刀树 醉汉林 5 滑动面的鉴别 钻孔取样 变形监测 钻孔倾斜仪 7 分为 推动式滑坡 牵引式滑坡 混合式滑坡 平移式滑坡四类 8 1 岩土类型及性质 决定抗滑力的根本因素 坡形相同的情况下 坚硬岩石斜坡 半坚硬岩石 松散土坡 沉积岩 层理 软弱夹层 岩浆岩 原生节理发育 与岩石强度和风化作用有关 变质岩 由于矿物成分的差异导致工程地质性质的差异 滑坡往往集中在某些特定的岩层中 易滑岩组 对于同一种成因类型的岩层 组成岩石的矿物成分及胶结物不同 其稳定性不同 硅质胶结 钙 质胶结 泥质胶结 2 地质结构 岩体结构及地质构造 结构面 结构面的产状 力学性质 规模 沉积岩地区 特大型的滑坡主要与层面构造有关在褶皱的两翼部位 结构面往往形成上陡下缓 的勺形沿着大的构 造断裂带 滑坡往往呈带状分布按结构面的产状与临空面的关系 可分为 a 平迭坡 主要软弱结构面为水平的 b 逆向坡 主要软弱结构面的倾向与坡面的倾向相反 c 顺向坡 主要软弱结构面的倾向与坡面的倾向一致 时 稳定性最差 极易发生顺层滑坡 时 稳定性较好 d 斜交坡 主要软弱结构面与坡面成斜交关系 其交角越小 稳定性就越差 e 横交坡 主要软弱结构面的走向与坡面走向近于垂直 稳定性较好 很少发生大规模的滑坡 3 地形地貌 斜坡坡度越大 切割深度越深 斜坡稳定性越差 4 地震 产生附加应力 5 水的作用 水平推力 侧向水压力 浮托力 减小滑动面上的有效应力 软化效应 降低岩土体的抗剪强度 动水压力 冲刷 掏空作用 9 假设前提 1 只考虑破坏面上的极限破坏状态 而不考虑岩土体的变形 即视岩土体为刚体 2 破坏面上的强度由 C 值决定 遵循强度判据 3 滑体中的压力以正压力和剪应力的形式集中作用于滑面上 均视为集中力 4 三维问题简化为二维 平面 问题来求解 稳定性系数 10 安全系数 在岩土体稳定性评价中 由于边界条件 荷载条件 岩土体强度等难以精确确定 通 常在设计上考虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值 Kc 1 11 沿斜坡法线方向 N 方向 以块体重心点 O 为顶点 作一个锥顶角为 2 的圆锥体 圆锥体的高为 Wcos 正压力 底面半径为 Wcos tg 摩擦力 这样的锥体称为摩擦锥 12 六字方针 挡 排 削 护 改 绕 即避开 加固 抗滑桩 挡土墙 锚固 移载 排水 岩土性质改良 护坡 治理工程常是采取综合治理措施 第七章第七章 渗透变形工程地质研究渗透变形工程地质研究 强化练习强化练习 1 渗透变形的定义及类型 2 渗透变形产生的条件 3 简述渗透变形的预测步骤 4 渗透变形的防治措施 参考答案参考答案 1 渗透变形 岩土体在地下水渗透力 动水压力 的作用下 部分颗粒或整体发生移动 引起岩土 体的变形和破坏的作用和现象 管涌 在渗流作用下 单个土颗粒发生独立移动的现象 又称潜蚀 根据渗透方向与重力方向的关系 垂直管涌 水平管涌 按渗流方向与土层接触面的关系 垂直接触管涌 平行接触管涌 流土 在渗透作用下 一定体积的土体同时发生移动的现象 2 1 渗流的动水压力及临界水力梯度 当 dp dQ 时 单元体处于悬浮状态 发生流土 此时渗流的水力梯度为临界水力梯度 Icr 土粒越密实 n 越小 Icr 越大 土体越不容易发生渗透变形 2 体结构特征决定了土体的抗渗强度 粗细颗粒直径比例 土体的排列方式决定着 D d0 的值 当排列疏松时 D d0 减小 D d 减小 渗透变形广泛 当排列密实时 D d0 增大 D d 增大 渗透变形不广泛 细颗粒的含量 用细颗粒含量 来判别双峰型砾土的渗透变形型式 细颗粒成分中粘粒含量增加 可增大土的凝聚力 土的抗渗强度增加 不易发生渗透变形 土的级配特征 3 宏观地质因素 地层组合关系 单一型 多位于河流的上游 一般为砂卵 砾 石层 一般发生管涌 随着细粒成分的增多 可能流 土 双层型 主要考虑表层粘性土的性质 厚度 完整程度 多层型 除考虑表层粘性土层外 还考虑砂层透镜体或粘性土层透镜体或相变等造成水力梯度的突变 等原因 地形地貌条件 沟谷切割等改变了渗流的补给 渗流的长度 出口条件等 4 工程因素 施工等破坏了表层具有防渗作用的弱透水层 3 1 根据土体类型和性质 判定是否容易发生渗透变形及变形的类型 2 确定土体中各点的实际水力梯度 尤其是最大水力梯度 3 确定相对于该土体的临界水力梯度和允许水力梯度 4 判定渗透变形的可能性及其范围 4 1 垂直截渗 防渗帷幕 截水槽 混凝土防渗墙 2 铺盖 3 人工降低地下水位 4 反滤盖重 5 物理 化学方法改造 冻结 电动硅化 灌浆 化学浆液 第八章第八章 岩溶工程地质研究岩溶工程地质研究 强化练习强化练习 1 混合溶蚀效应的概念 2 影响岩溶发育的因素 3 水库渗漏的研究内容 4 岩溶渗漏的防治措施 5 简述覆盖型岩溶地基稳定性评价的方法 参考答案参考答案 1 不同成分或不同温度的水混合后 其溶蚀能力有所增强的效应 饱和溶液的混合溶蚀效应 指两种或两种以上已失去溶蚀能力的饱和水溶液 在碳酸盐岩体内相遇 混合后的溶液由原来的饱和 状态变成不饱和状态 从而产生新的溶蚀作用 继续溶解碳酸盐岩 不同温度溶液的混合溶蚀相效应 如果有两种温度不同而饱和度相同的水相混合 或一种水溶液由高温变为低温 都可以加大 CO2 的 溶解度 从而加强溶液的溶蚀能力 继续溶蚀作用 2 1 碳酸盐岩岩性的影响 方解石含量越高 KV 越大 反之白云石含量越高 KV 越小 酸不溶物含量越高 KV 越小 2 气候的影响 降水 水直接参与岩溶作用 充足的降水是保证岩溶作用强烈进行的必要条件 水是溶蚀作用的介质和载体 充足的降水保证了水体的良好的循环交替条件 促进岩溶作用的强 烈进行 气温 气温升高 生物新陈代谢加快 土壤中有更多的 CO2 富集 但水中的 CO2 的溶解度减小 不利 于岩溶作用 气温升高 溶蚀速率增大 有利于岩溶作用 总体上 气温升高有利于岩溶作用的进行 温热潮湿的热带 亚热带地区 岩溶作用较强烈 高寒干燥的极地 寒带地区 岩溶现象不发育 3 地形地貌的影响 平坦地区 地表径流弱 入渗强烈 有利于岩溶发育 陡峭地区 地表径流强烈 入渗弱 不利于地下岩溶发育 突起地区 地下水位深 包气带厚度大 垂直岩溶发育 低洼地区 地下水位浅 汇水地带 岩溶发育强烈 以水平岩溶为主 4 地质构造的影响 断裂的影响 沿断裂面岩溶发育强烈 各组破裂面相互交织 延伸进而控制了岩溶发育的形态 规模 速度和空间分布 各种破裂面相互交织 使地下水混合溶蚀效应明显 促进岩溶发育 褶皱的影响 褶皱的不同部位 裂隙发育不均匀 岩溶强度不同 核部比翼部发育 大型褶皱控制了可溶岩的空间分布和地下水汇水范围及径流条件 影响着岩溶的发育 岩层组合的影响 厚而纯的碳酸盐岩 包气带 多发育垂直岩溶形态 地下水季节变动带 两方向岩溶均发育 饱水带 规模大 连续性好的水平岩溶 深循环带 岩溶不很发育 碳酸盐岩夹非可溶性岩层 非可溶性岩层与碳酸盐岩互层 在同一时期 岩溶呈多层发育 非可溶性岩层夹碳酸盐岩 岩溶发育极弱 新构造运动的影响 地壳运动的性质 幅度 速度和波及范围 控制着水循环交替条件及其变化趋势 从而控制着岩溶发育的类型 规模 速度 空间分布及岩溶作用的变化趋势 上升期 侵蚀基准面相对下降 地下水位逐渐下降 侧向岩溶不发育 规模小而少见 分带现象 明显 以垂直形态的岩溶为主 平稳期 侵蚀基准面相对稳定 溶蚀作用充分进行 分带现象明显 侧向岩溶规模大 岩溶地貌 较明显典型 下降期 常形成覆盖型岩溶 地下水循环条件变差 岩溶作用受到抑制或停止 间歇性上升 形成水平溶洞成层分布 高程与阶地相对应 振荡升降 岩溶作用由弱到强 由强到弱反复进行 形成以垂直形态的岩溶为主 水平溶洞规模 不大 而且成层性不明显 间歇性下降 岩溶多被埋于地下 规模不大 但具成层性 洞穴中有松散物充填 3 1 查明岩溶发育 分布规律 重点查明溶洞 暗河的展布位置 规模等 进行岩溶泉水流量 高程调查 确定通道的位置及可能影 响程度 2 分析地质条件 岩层组合 当夹有非可溶岩地层时 可借助该层防止渗透 地质构造 褶皱 a 纵谷 与河流所处褶皱的部位有关 b 横谷 修水库不利 但充分利用隔水层 可能防止坝区渗漏 c 斜交谷 具体分析 断层 既可有利于渗漏 又可不利于渗漏 岩体侵入 相对隔水层的分布位置 3 查明河间地块的水文地质条件 补给型 渗漏与否视蓄水后库水位与地下水位的补给关系而定 若建库后仍为补给型 不永久渗 漏 若建库后为排 泄型 则渗漏 排泄型 建库后肯定会产生永久渗漏 悬托型 一定渗漏 4 1 截断渗漏通道 灌 铺 堵 截 2 导水导气 5 极限状态时 Hk h Z D 式中 Hk 极限状态时上覆土层的厚度 h 土洞高度 D 基础砌置深度 Z 基础底板以下建筑荷载的有效影响深度 当 H Hk 时 地基是稳定的 当 H Hk 时 地基是不稳定的 是建筑荷载和土洞