工程地质与地基基础

工程地质与地基基础,建筑工程学院主讲教师：李逸凡,1.3土的成因类型,残积土（Qel）坡积土（Qdl）洪积土（Qpl）冲积土（Qal）湖积土（Ql）冰积土（Qgl）风积土（Qeol）海积土（Qm）,1.3土的成因类型,岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组成的土体，它处于岩石风化壳的上部。,1.3土的成因类型,残积土的工程性质：粒度成分和矿物成分受气候和母岩岩性的控制。其发育情况还和地形有关。孔隙度、强度、压缩性，均质性差，但具有一定的结构强度。原位测试强度室内测试值。,1.3土的成因类型,雨水将山坡高处的风化碎屑物顺坡冲洗，堆积在较平缓的山坡脚处而形成。,1.3土的成因类型,坡积土的工程性质：结构疏松，一般具较高的压缩性。坡积形成的黄土湿陷性较大。,1.3土的成因类型,由暴雨形成的暂时性山洪急流带来的碎屑物质在山沟出口处堆积而成。,1.3土的成因类型,分选性较好，离山前较近的洪积土颗粒粗，地下水位埋藏深，具有较高的承载力，压缩性低，是工民建的良好地基。离山较远的地带，洪积土的颗粒细，透水性不好，土质弱，承载力低，作为建筑物地基时应慎重对待。,洪积土的工程性质：,1.3土的成因类型,由河流的流水作用将碎屑物质搬运到河谷坡降平缓的地带堆积而成。,1.3土的成因类型,河床相冲积土：在河流上游多是粗大的石块、砾石和粗砂，中下游或平原地区沉积物变细，磨圆度好，厚度很大。古河床相土的压缩性低，强度高。现代河床堆积物的密实度差，透水性强，若作为水工建筑物的地基将引起坝下渗漏。饱水砂土还可能由于振动而引起液化,1.3土的成因类型,河漫滩相冲积土：是在洪水期河水漫溢河床两侧，携带碎屑物质堆积而成。土粒较细，可以是粉土、粉质粘土或粘土，并夹有淤泥或泥炭等软弱土层，覆盖于河床相冲积土之上，形成上细下粗的“二元结构”。,1.3土的成因类型,牛轭湖相冲积土：是在废河道形成的牛轭湖中沉积的松软土，颗粒很细，常含大量有机质，有时形成泥炭。压缩性很高，承载力很低，不宜作为建筑物的天然地基。,1.3土的成因类型,河口（海口）三角洲相冲积土：通常是淤泥质土或典型淤泥。面积宽广而厚度极大。不宜作为建筑物的天然地基。但表层硬壳层，有时可用作低层建筑物的地基。,湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的。近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带则是细颗粒的砂土和粘性土。湖心沉积物是由河流携带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成，主要是粘土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度低。沼泽土主要由半腐烂的植物残体泥炭组成，含水量极高，承载力极低，不宜作天然地基。,1.3土的成因类型,1.3土的成因类型,1.3土的成因类型,滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂组成，承载力较高。浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构造，较疏松，含水量高，压缩性大而强度低。深海沉积物主要是有机质软泥。,1.3土的成因类型,1.3土的成因类型,由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积物.分选性极差,石料占多数,冰水沉积物可有一定成层性、分选性。,1.3土的成因类型,在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一类土，最常见的是风成砂和风成黄土。,1.3土的成因类型,1.3土的成因类型,土的生成与工程特性的关系,流水搬运沉积的土优于风力搬运沉积的土沉积年代越长，土的工程性质越好沉积的自然地理环境不同，土的性质不同,构造运动与地质构造,水平运动构造运动垂直运动,岩层变形变位,褶皱地质构造节理断裂断层,构造运动,是一种机械运动，指由于地球内部动力而引起的地壳变形和变位。,1.4地质构造,1.4地质构造,地壳升降运动的实例-意大利那不勒斯大理石柱,海水侵蚀部分,1.4地质构造,1褶皱,褶皱构造岩层在构造运动中受力形成的连续弯曲变形。,1.4地质构造,褶皱成因,1.4地质构造,背斜：岩层向上弯曲，核部老，两翼新。向斜：岩层向下弯曲，核部新，两翼老。,褶皱基本形态,地形倒置：向斜成山，背斜成谷。,1.4地质构造,褶皱要素,轴迹轴面和包括地面在内的任何面的交线。,核部泛指褶皱弯曲的核心部位。翼部泛指褶皱核部两侧的岩层。轴面通过褶皱核部，平分褶皱的一个假想面。,1.4地质构造,枢纽褶皱中同一层面上最大弯曲点的连线。脊线背斜弯曲最高点的连线。槽线向斜弯曲最低点的连线。,1.4地质构造,褶皱的类型,根据褶皱轴面产状，结合两翼产状特点，可将褶皱分为：,直立褶皱倾斜褶皱倒转褶皱平卧褶皱,轴面直立，两翼倾向相反，倾角近于相等（差值小于5）,直立褶皱,1.4地质构造,轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，倾角不等,倾斜褶皱,1.4地质构造,轴面倾斜，两翼向同一方向倾斜，有一翼地层层序倒转。,倒转褶皱,1.4地质构造,1.4地质构造,轴面近于水平，一翼地层正常，另一翼地层层序倒转。,平卧褶皱,1.4地质构造,向斜成山、背斜成谷,褶皱的野外识别,1.4地质构造,野外识别法,1.通过横向、纵向的观察，找地层界线、断层线、化石等，观察岩层是否有对称重复出现的现象；2.比较核部与两翼岩层的新老关系，比较两翼岩层的走向和倾斜；3.研究两翼相当层的平面形态。,1.4地质构造,小背斜,褶皱实例,1.4地质构造,倒转背斜,1.4地质构造,2断层,破裂面两侧岩块有显著位移的断裂构造。,1.4地质构造,断层的几何要素,2断层线断层面与水平面或垂直面的交线。,1.断层面2.断层线3.上盘4下盘,1断层面指断层中两侧岩层沿其运动的破裂面。,断层的各个组成部分称为断层要素,1.4地质构造,3断盘断层两侧相对移动的岩层。,1.断层面2.断层线3.上盘4下盘,1.4地质构造,断层的类型,按断层两盘相对运动：,逆断层,平移断层,正断层,上盘下降,正断层：上盘相对下降或下盘相对上升的断层。,上盘上升,逆断层：上盘相对上升或下盘相对下降的断层。,水平错动,平移断层：两盘沿断层走向相对移动的断层。,圣安德烈斯断层长1050km，伸入地面以下约16千米,1.4地质构造,断层崖陡立的峭壁,昆明西山断层崖,1.4地质构造,华山(西岳，花岗岩)位于秦岭山脉，西安市东侧，秦岭北坡是个大断崖，以险峻陡峭而著名登华山只能从南坡上，故华山路只有一条。,自古华山路一条?,山体北坡与渭河平原形成巨大高差达2000米,逢沟必断,仰天山佛光崖,东非大裂谷,1.4地质构造,活断层：第四纪以来仍在活动的断层。注：2001年岩土工程勘察规范指全新地质时期（11.1万年）以来活动着的断层，且在今后100年可能继续活动。,1.4地质构造,在全新活动断裂中，近期(近五百年)发生过地震，且震级M,5,或在未来一百年内预测可能发生M,5,发震断裂,在工程使用期或寿期内(一般为50100年)，可能影响和危害工程安全的活断层工程活断层,1.4地质构造,活断层的活动方式：突然错动（粘滑型）伴随地震发生。发生在强度较高的岩土中，断层带锁固能力强，危害大。缓慢蠕动（蠕滑型）不直接产生地震。发生在强度较低的软岩土中，断层带锁固能力弱，危害小。,1.4地质构造,活断层对工程的危害：直接危害跨越该断层的建筑物例：宁夏石嘴山市红果子沟和河北蓟县境内的两段长城被错断。伴有地震发生的活断层使较大范围的建筑物摧毁例：1906年美国旧金山地震中，圣.安德烈斯断裂导致一座27m高的水坝溃坝。,1.4地质构造,活断层区的建筑原则：建筑物场址一般应避开活断层；线路工程必须跨越活断层时，尽量使其大角度相交；尽可能选择相对稳定的“安全岛”，将建筑物布置在断层的下盘；（例：大亚湾核电站）采取抗震结构和建筑型式。,1.4地质构造,潍坊市分布的断裂带,按大地构造划分，本区处在沂沭断裂带的北段昌潍凹陷内，由四条主干断裂组成凹陷的东西部边界，西部有唐吾葛沟、沂水汤头断裂；东部有安丘莒县、昌邑大店断裂。,1.4地质构造,1.5不良地质条件,湖北省巴东县滑坡,湖北远安盐池河磷矿崩塌(后),崩塌(前),1.5不良地质条件,1滑坡一、滑坡的特征,是斜坡的土体或岩体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿着斜坡内某些滑动面（滑动带）作整体向下滑动的现象。,1.5不良地质条件,2003年7月13日三峡库区沙溪镇发生千将坪滑坡，致使24人失踪。,新沙溪镇,1.5不良地质条件,滑坡壁,1.5不良地质条件,二、滑坡的预防,勘察选址加强勘察及稳定性评价工作,建设过程中尽量避免造成诱发滑坡灾害的外因,使用阶段对斜坡注意养护，加强维修,1.5不良地质条件,三、滑坡的治理,消除或减轻水的危害,改变滑坡体外形、设置抗滑支挡,改善滑动带土石性质,综合整治,1.5不良地质条件,滑坡地表排水系统示意图,截水沟断面构造图,（一）排水,对滑坡体地表水要截流旁引，不使它流入滑坡内。地下水要排除。,1.5不良地质条件,抗滑桩,（二）修建支挡工程,挡土墙,锚固滑体,支挡工程的作用主要是增加抗滑力，直到不再滑坡。,1.5不良地质条件,1.5不良地质条件,（三）改善滑动面或滑动带的岩土性质,土质改良的目的在于提高岩土体的抗滑能力，主要用于土体性质的改善。一般有电化学加固法、硅化法、水泥胶结法、冻结法、焙烧法、石灰灌浆法及电渗排水法等。,1.5不良地质条件,泥石流：含有大量泥砂、石块等固体物质，突然爆发的，具有很大破坏力的特殊洪流。,2泥石流,1.5不良地质条件,华山泥石流,1.5不良地质条件,泥石流的防治措施,对于大型的严重发育的泥石流地段，一般绕避为好。万一无法绕避的，在调查泥石流活动规律后，选择有利位置，采用适宜的建筑物通过。,拦挡工程排导工程水土保持,1.5不良地质条件,河岸失稳,1.5不良地质条件,岩溶塌陷,1.5不良地质条件,地震液化,1964年日本新泻（Niigata）,1.6地下水,地下水的类型,组合分类表,1.6地下水,上层滞水、潜水和承压水,包气带水,饱水带水,稳定水位线,承压水,潜水,上层滞水,几个基本概念,1.6地下水,含义：分布于包气带中局部不透水层或弱透水层表面的重力水。主要特征：受气候控制，季节性明显，变化大。工程意义：影响施工,1、上层滞水（包气带水）,包气带水,稳定水位线,承压水,上层滞水,1.6地下水,2、潜水,潜水面,基准面,潜水位,埋藏深度,含水层厚度,含义：是指埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水。,基本概念,1潜水面;2潜水位;3埋藏深度;4潜水含水层的厚度,1.6地下水,潜水特点,1）潜水为无压水，具有自由表面，其上无稳定的隔水层存在；2）潜水在重力作用下，由高处向低处流动，流速取决于地层的渗透性能和坡度；3）潜水的分布区与补给区一致，受降水，地表水补给。4）潜水动态随地区和时间而变化。,1.6地下水,（一）含义及埋藏条件,1含义：充满于上下两个稳定隔水层之间的含水层中的有压重力水。,2埋藏条件:1）隔水顶底板;2）含水层厚度M;3）初见水位H1;4）承压水位H2;5）水位埋深h;6）承压水头H；7）自流区自流井,3、承压水,1.6地下水,承压水特征,1有承压性，承受静水压力，无自由水面;2补给区承压区排泄区3最有利的储水构造是向斜盆地、单斜地层。,1.6地下水,基坑突涌隧道渗漏,承压水对工程的影响,1.6地下水,上海地铁4号线隧道坍塌事故,1.6地下水,1.6地下水,事故原因：冷冻设备出现故障导致温度回升以及地下承压水导致喷沙,承压含水层,旁通道,修复-41m超深基坑：地下连续墙+内撑设置910道钢筋混凝土支撑地下连续墙深度达到65.5m,1.6地下水,地下水运动的基本规律Darcy定律：QkFi或vki(线性)式中：Q渗流量(cm3/s)k渗透系数(cm/s)表征岩土透水性能大小。还与水的粘滞性有关。F过水断面i=h/L水力坡降v渗透流速(cm/s)Darcy定律适合于层流（砂土）,1.6地下水,渗透变形(seepagedeformation)管涌(潜蚀)：细小土粒通过孔隙发生移动的现象。多发生在不均匀的砂砾土中。流砂(流土)：一定体积土粒发生悬浮移动的现象。多发生在均质砂土层和粉土层中。发生部位在渗流出逸处。,1.6地下水,流砂问题的分析：,取土样脱离体：土样重力W=FLr(向下)动水力GDFL=rwiFL(向上)平衡时W=GDFL有r=rwi即icr=r/rwicr称为土的临界水力坡降当实际iicr时，发生流砂,设水流方向向上，单位动水力GDrwi,1.条痕是指矿物的()A.固有颜色B.粉末的颜色C.杂质的颜色D.表面氧化物的颜色,2.流纹岩的常见构造是()A.致密块状B.气孔状C.流纹状D.杏仁状3.花岗岩的主要矿物成分是()A.石英,长石B.角闪石,斜长石C.辉石,斜长石D.黑云母,长石4.玄武岩是属于()A.浅成岩B.深成岩C.喷出岩D.火山碎屑岩5.侵入地壳深处的酸性岩浆冷凝后形成()A.流纹岩B.花岗岩C.辉绿岩D.闪长岩6.喷出地表的中性岩浆冷却后形成()A.玄武岩B.流纹岩C.安山岩,7.石灰岩的主要矿物成分是()A.石英B.长石C.方解石D.白云石8变质作用因素主要是指()A.高温,高压和化学活泼性流体B.上覆岩体重力下的压固脱水作用C.高温下的矿物重结晶作用D.构造应力将岩石挤压破碎的作用9.大理岩是由()变质而成的岩石.A.石灰岩B.石英砂岩C.泥岩D.花岗岩,背斜成山，向斜成谷是不是不一定2.两侧岩层向外相背倾斜，中心部分岩层时代较老，两侧岩层依次变新，并且两边对称出现的是()。A.向斜B.节理C.背斜D.断层3.两侧岩层向内相向倾斜，中心部分岩层时代较新，两侧岩层依次变老，并且两边对称出现的是()。（A）节理（B）向斜（C）背斜（D）断层,4.上盘相对下移，下盘相对上移的断层是()A.正断层B.平移断层C.走向断层D.