工程地质学部分

水文地质学和工程地质学，工程地质学，1工程地质学的定义，工程地质学：广义地说，它是研究地质环境及其保护和利用的科学。从狭义上讲，它是一门应用地质学原理解决与工程建设有关的地质问题的学科。岩土工程：在工程地质学与土木和建筑工程相结合的基础上发展起来的一门新的边缘学科。它在国际上被认为是土木工程的一个分支，在中国已有40多年的历史。主要包括岩土工程勘察等。工程地质与岩土工程的关系可以概括为工程地质是岩土工程的基础，岩土工程是工程地质的延伸。广义工程地质学包括岩土工程、地质工程和其他类别。狭义的工程地质一般只包括工程勘察和工程地质问题的评价。2、工程地质条件介绍，工程地质条件主要包括以下六个方面，是一个综合性的概念。1.地形和地貌学2。岩土类型和特性3。地质构造和构造。水文地质条件。不利的地质影响。天然建筑材料。工程地质问题。工程地质问题：工程建筑与工程地质条件(地质环境)相互作用、相互制约而产生的地质问题，可能影响建筑本身或周围环境的顺利建设和正常运行；工程地质问题分析是工程地质工作的中心环节。4。课程内容，1。第四系沉积物和土壤的工程特性。不良地质问题研究。工程地质和水文地质调查，第1章第四系沉积物和土壤的工程特征，1.1概述1.2土壤的工程分类1.3第四系土壤的成因类型1.4土壤的三相关系1.5土壤的三相比率指数1.6无粘性土壤的性质1.7粘性土壤的性质1.8特殊土壤的工程地质特征1.1概述，土壤的形成与外部动态地质过程密切相关。不同类型土壤的工程性质差异很大。工程建设中应采用不同的处理方法，特别是对一些特殊的土壤。工程施工中会出现特殊的工程地质问题，需要进行适当的处理。因此，有必要彻底了解土壤的工程特性。本章主要介绍了土壤的工程分类、第四纪土壤的地质起源、土壤的物质组成、结构和构造、三相比例指数、无粘性土的性质、粘性土的物理特性、土壤的力学性质和特殊土壤的特性。表层岩石破坏、搬运、沉积和土壤是岩石风化后或原地或在不同环境中搬运形成的堆积物。1.2土的工程分类，1.2.1土可分为：1)老粘质土老粘质土是指第四纪晚更新世(Q3)及以前堆积的土。它是一种堆积时间长、工程性质好的土，一般具有较高的强度和较低的压缩性。2)一般粘性土一般粘性土是指第四纪全新世(Q4文化期之前)堆积的粘性土。其分布范围广，工程性质差异大。这是一种经常遇到的土壤。3)新堆积粘性土新堆积粘性土是指自文化时期以来堆积的粘性土，一般不固结，强度低。1.2.2土壤分类根据地质原因土壤分类根据地质原因可分为残积土、坡积土、冲积土、冲积土、粉土、冰土和风土。1.2.3根据有机质含量，土壤可分为无机土、有机土、泥炭土和泥炭。1.2.4根据岩土工程勘察规范 (GB 50021-2001)和建筑地基基础设计规范 (GB 5007-2002)中的颗粒级配或塑性指数，土壤分为砾石土、砂土、粉土和粘性土。1)粒径大于2mm且颗粒质量超过总质量50%的砾石土。必要时，可根据颗粒级配将其分为砂质粉土(小于0.005毫米的颗粒质量不超过总质量的10%)和粘土质粉土(小于0.005毫米的颗粒质量等于或超过总质量的10%)。4)塑性指数Ip大于10的粘土。根据塑性指数，分为粉质粘土(1017)。1.3、砾石、砾石砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂、细粘性土、第四系土的地质成因。第四系土壤层根据来源1分类。残留土壤2。斜坡土壤3。冲积土壤。冲积土壤。淤泥质土壤。冰川土壤。风积土和残积土。定义：岩体风化后原位形成的土壤。表层土层孔隙度大，强度低，压缩性好，下部为砾石土或填充高强度粘性土的砾石土。斜坡土壤的定义是，在流水或重力的作用下，由斜坡上方的碎片堆积形成的土壤，并被运送到斜坡的下部或斜坡的底部。新近堆积的斜坡沉积物具有松散结构和高压缩性。冲积土壤，定义：由临时急流形成的土壤，它将碎片从山地带到沟壑或平坦地区。山洪携带的大量碎屑流出沟谷口后，流速突然下降，形成扇形沉积体，称为冲积扇。这场暴雨形成了极高流速的急流。山区的急流沿着河道流出，进入平原或盆地。地形变平了。集中的急流变成了编织松散的水流。水流速度迅速下降，通过能力急剧下降。急流携带的物质以山口为中心堆积成扇形，称为洪水扇。冲积土壤，定义：由水的运输和积累形成的土壤。土壤通常生长在河流冲积层上。广泛分布于世界主要河流的洪泛平原、冲积平原和三角洲，以及湖泊和海岸的低洼地区。冲积层是由常年有水的河流形成的松散堆积物。它主要分布在河流两岸及其摆动区。定义：在静水中或缓慢流动的水中积累形成的土壤。淤泥质土、公司标志、湖相沉积属于静力沉积，颗粒分选性好，层理细。沙子和砾石等粗粒物质沉积在岸边的浅水中，而粘土大多位于湖的中心。波浪力是颗粒分选的动力。在波浪力的影响范围内，波浪反复冲刷沉积物，粗颗粒留在岸上，细颗粒落在远处的岸上，细粘土颗粒沉积在波浪力不能影响的湖中心。随着气候和构造运动的变化。冰冻土壤是指在冰川作用下，山谷或沟壑中的碎屑或石块堆积而成的土壤。一般来说，分选性非常差，颗粒呈棱角状，在巨大的岩石上经常有冰川划痕。风积土是指风化的岩石碎片被风吹到另一个地方，落下并堆积而成的土壤。土质均匀、纯净，孔隙大，结构松散。1.4土壤三相关系土壤三相关系包括固体相土粒子、土壤中的水、土壤气体。1.4.1土壤的三相关系、气态、土壤颗粒、液态水、固体矿物组成1。原生矿物原生矿物是矿物碎片，其中岩石被物理风化并破碎，但其成分没有改变。常见的原生矿物包括应时、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、石榴石等。2.水不溶性次生矿物主要是粘土矿物和次生二氧化硅。3.可溶性次生矿物可溶性次生矿物也称为水溶性盐。根据其在水中的溶解度，可溶盐、中可溶盐和不可溶盐分为三类。4.在天然土壤中，尤其是淤泥质土壤中，有机质通常含有一定量的有机质。当其在粘性土中的含量达到或超过5%(在砂土中的含量达到或超过3%)时，将开始对土的工程性质产生重大影响。1.4.2土壤颗粒组成土壤颗粒组成是决定土壤工程性质的主要内部因素之一，因而也是分类的主要依据(1.4.3)土壤中的水，(1)结合水是指土壤中的水通过分子引力和静电引力吸附在土壤颗粒表面。强烈结合的土壤和水颗粒的静电吸引强度随着离土壤颗粒表面的距离而降低。土壤颗粒表面附近的水分子被土壤颗粒强烈吸引(高达1000 2000兆帕)，失去自由移动的能力，排列整齐。这种引水称为强结合水。稍微远离土壤颗粒表面的弱束缚水分子被土壤颗粒的吸引力削弱，具有一定的流动性，并且排列松散且不规则。这种分水称为弱结合水。(2)未结合水未结合水是土壤颗粒孔隙中超挖颗粒表面静电吸引范围内的一般液态水。它主要受重力控制，能传递静水压力，溶解盐，在0左右结冰。典型的代表是重力水。重力水和结合水之间的过渡类型是毛细水。毛细水中的毛细水是由于毛细作用而保留在土壤毛细孔隙中的地下水。重力水重力水是存在于较粗孔隙中的水，具有自由运动能力，在重力作用下流动。气态水和固态水以水蒸气的形式存在，它们应该严格地属于土壤的气相。固体水是冰，以冰夹层、冰透镜和细冰晶的形式存在于土壤中。1.4.4土壤中的气体也是土壤的组成部分之一。土壤中的气体成分主要是O2、CO2和N2，此外还有H2S等。这与大气的成分基本一致。然而，土壤中各种气体的相对含量与大气中不同。土壤颗粒对气体的吸附强度依次为CO2N2O2H2，导致土壤中CO2的相对含量高达10%，而大气中CO2仅占0.03%。土壤中的气体根据存在状态分为吸附气体、游离气体和封闭气体。1.4.5土壤结构和结构土壤结构和结构是指物质成分的联系特征、空间分布和变化形式。1)土壤结构单颗粒结构是以单颗粒结构为特征的，也称颗粒结构，是砾石(卵石)、砾石土和砂土等无粘性土的基本结构形式。集料结构特征集料结构，也称为集料结构或絮凝结构。根据颗粒组成、连接特性和性质的不同，骨料结构可分为蜂窝状结构和絮状结构。(2)土壤结构在一定的土体中，结构相对均匀的土壤单元体的形态和组合特征称为土壤结构。最常见于砾石土和粗石状结构。对于砂土和砂质粉土，各种类型的夹层、透镜体或交错层结构是常见的。1.5、土壤三相比指数，表示土壤三相比指数，称为土壤三相比指数，即土壤的基本物理性质指数，包括土壤颗粒比例、重力、含水量、饱和度、孔隙度比和孔隙度等。土壤颗粒的重量与相同体积的水在4时的重量之比称为颗粒的比重，即单位体积土壤颗粒的重量。2.土壤严重度每单位体积的土壤重量称为土壤严重度。3.土壤的干重、饱和重量和漂浮重量称为土壤的干重。当土壤孔隙充满水时，单位体积重量被称为地球上的饱和重力。在地下水位以下，土壤颗粒在单位土壤体积中的有效重量是土壤颗粒在单位土壤体积中扣除浮力后的重量，称为土壤的漂浮重量或水下重量。4.土壤含水量土壤中水的重量与土壤颗粒重量的比率称为土壤含水量，以百分比表示。5.土壤饱和度土壤中充满水的孔隙体积与总孔隙体积的比率称为土壤饱和度，以百分比表示。6.土壤孔隙比和孔隙度。土壤孔隙比是孔隙体积与土壤颗粒体积之比。土壤的孔隙度是土壤中孔隙所占体积与总体积的比率，以百分比表示。转换r1.6.1影响粘性土压实的因素1。载入历史和形成环境2。粒子组成3。矿物组成1.6.2粘性土压实指数1)天然孔隙度比，2)相对密度，3)标准贯入数N，1.7粘性土性质，粘性土物理状态由于其细颗粒，其与水的强相互作用，其内部结构和粘性土，其工程性质不同于粘性土。1.7.1影响粘性土性质的主要因素和指标影响粘性土性质的主要因素包括加载历史和形成环境、粘性土的含水量、粘性土中所含矿物质的胶体活性、粘性土失水时的膨胀和收缩程度、粘性土的抗崩解性和粘性土压实的最佳含水量。粘性土的主要特征指标包括粘性土的极限含水量(包括液限、塑性极限和收缩极限)、塑性指数、液体指数、流动性指数和最佳含水量等。1.7.2粘性土的极限含水量，1.7.3粘性土的塑性指数和液体指数，1 .塑性指数，2 .液体指数，1.7.4粘性土的流动性指数，1.7.5粘性土的膨胀、收缩和崩解特性。土壤收缩是由于土壤颗粒间的结合水膜变薄和颗粒间距离缩短造成的。除了土体的收缩，裂缝也会因不均匀的收缩而出现。相反，土壤的膨胀和收缩是由于湿润过程中结合水膜的增厚和土壤颗粒之间距离的增加。粘土分解是粘土遇水后的另一种现象。如果将粘土放入水中，由于水泥的溶解或软化，土壤颗粒之间的凝聚力将会降低。弱结合水将试图楔入土壤颗粒，进一步破坏颗粒间的联系。这样，土壤浸入水中后，很快就会从表面到内部分解成小块或小块。这种现象被称为解体。粘性土的膨胀、收缩和崩解特性不仅会引起建筑基础的不均匀膨胀和收缩变形，而且对建筑基坑、路堤、路堑和新开挖河岸等工程边坡的稳定性有极其重要的影响。1.8、特殊的土壤工程地质特征，不同的地质条件、地理环境和气候条件造成不同区域工程性质的不同土壤。一些土壤由于形成条件和次生变化，具有与普通土壤显著不同的特殊工程性质，被称为特殊土壤。特殊土壤的性质表现为一定的地域，有其特殊的规律。在工程中，应充分考虑其特殊性，并采取相应的处理措施，否则容易造成工程事故。1.8.1软粘土是一种天然含水量大、压缩性高、承载力和抗剪强度低的软塑性流动塑性状态的粘性土。软土可细分为软粘土、淤泥质土、淤泥、泥炭土和泥炭。3)软土的工程地质问题防治软土具有高压缩性和低强度，因此变形是软土地基的主要问题，其特点是建筑物沉降量大且不均匀，沉降速率大，沉降稳定性长。在软土地基上修建建筑物时，一般应采用地基处理或桩基础，并应考虑上部结构与地基的共同作用，确定修建措施、结构措施和地基处理方法，以减少软土地基上建筑物的不均匀沉降。(1)软土海岸相、泻湖相和三角洲相的分布；内陆平原或山区的湖泊相和冲积洪水沼泽相。2)软土的工程性质软土的工程性质主要包括高含水量、高孔隙率、低渗透性、高压缩性、低剪切强度和明显的触变性和蠕变性。1.8.2黄土是一种特殊的第四系陆相松散堆积物。黄土的颜色主要是黄色或棕黄色。颗粒组成主要为粉土，富含碳酸钙，具有宏观大孔。天然剖面上发育垂直节理，土体被水浸泡后明显下沉(湿陷性)。具有上述所有特征的土壤1)黄土、黄壤的特性和分布，2)黄土的工程性质1)弱塑性2)含水量少，硬-硬塑性状态3)压实度差，孔隙率高，孔隙率大4)耐水性差，在水中崩解性强，明显的湿陷性5)透水性和各向异性强6)强度高，粒间连接性强，压缩性中等。1.8.3膨胀土含有大量亲水性粘土矿物，湿度变化时体积变化大。当膨胀变形受到约束