工程地质学考试

1、工程地质学： 研究与人类工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门地质科 学。 地质环境： 由 地壳岩石圈、大气圈、水圈、生物圈相互作用而形成的环境空间。 工程地质性质： 岩土作为工程地基， 围岩或建筑材料所具有的性质。包括物理性质、水理 性质、力学性质。地质工程 ：在土木工程的发展过程中， 伴随存在一类以地质体为建筑材料， 以地质体为工程 结构，以地质环境为建筑环境的特殊工程。工程地质问题 ：工程地质条件与工程建筑物之间所存在的矛盾和问题。岩石： 经过固结成岩作用所形成的矿物集合体。岩体 ：在不连续结构面的切割下， 形成一定的岩体结构， 并赋存于一定的地质环境之中的 地质体。 岩土的

2、力学性质 ：岩土在各种静力、动力作用下表现出来的性质。抗压强度 ：岩石单项受压时，能承受的最大压应力。地震 ：在地壳表层因弹性波传播所引起的振动作用或现象。震级 ：是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放的能量大小来衡量。震级只有一个。地震烈度 ：衡量地震所引起的地面震动强烈程度尺度。取决于地震强度、 震中距、 震源深 度、介质性质等。一般震源深度和震中距愈小，地震烈度愈大。 (一次地震只有一个震级， 但不同地点烈度可以不同) 。地震效应 ：在地震影响所及的范围内，于地面出现的各种震害或破坏。 活断层 ：指现今正在活动的断层或近期曾活动过，不久的将来可能会重新活动的断层。区域稳定性 ：系指工程建

3、设地区的现今地壳， 由于构造、 火山和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。区域稳定性问题 ：在工程地质学科领域内，由活断层和地震活动所产生的工程地质问题。 围岩松动圈 ：地下开挖后洞壁的应力集中最大， 当围岩应力超过了岩体的屈服极限时， 围岩 就由弹性状态转化为塑性状态， 在洞壁附近产生裂隙破坏松账因而应力释放降低， 形成一个 塑性松动圈，为强度被削弱地带。围岩压力 ：地下建筑围岩在重分布应力作用下产生塑性变形与破坏， 进而引起施加于支护 衬砌上的压力。粒组 ：所划分的粒径在一定区段内，成分及性质相似的土粒组别。土粒的级配 ：土中各种粒组的相对含量，用土粒总重的百分数表

4、示。管涌 ：在渗透水流作用下， 土中细粒所形成的孔隙通道中被移动， 流失，土的孔隙不断扩大， 渗流量也随之加大，最终导致土体内形成贯通的渗流通道，土体发生破坏的现象。流砂 ：水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。震源 ：地下深处发生地震的地点。 震中 ：震源垂直投影在地面上地点。围岩 ：洞室周围岩石应力重分布， 把应力重分布影响范围内的岩体称为围岩， 其范围一般为 三倍洞直径。围岩应力 ：开挖硐室后，地下硐室发生应力重分布后围岩内的应力。超固结比 ：土的先期固结压力 (Pc)与现有土层自重压力 (Po) 之比。 R=P 0/PC 压缩模量 ：在侧限条件下土的垂直向应力与应变之比。结构面

5、密度 ：反应结构面发育的密集程度。 土粒的相对密度 ：土粒密度与 4C 时纯水密度之比。体积压缩系数 ：体积应变与固结压力的比值。地应力： 指地壳岩体内天然状态下所具有的应力。 构造应力： 指构造运动所引起的应力。 自重应力 ：指岩体自身重力产生的应力。 感生应力： 指在岩体天然应力场内因为开挖或增加 结构物等人工活动而引起的应力。填空工程地质性质 ：物理性质、水理性质、力学性质工程地质勘察方法 ：工程地质测绘、工程地质勘探（物探、钻探、坑探） 、工程地质实验、 工程地质长期观测、勘察资料的分析整理岩石的水理性质 ：吸水透水性、软化性、抗冻性 滑坡稳定性评价方法 ：自然历史分析法、力学计算法、

6、图解法、工程地质类比法 地震成因类型 ：构造地震、火山地震、陷落地震、诱发地震 地基剪切破坏的形式 ：整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲剪破坏 结构面类型 ：原声结构面（沉积、岩浆、变质） 、构造结构面、次生结构面 地基剪切破坏的形式 ：整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲剪破坏 岩土结构类型 ：结构面、结构体三轴试验类型： 不固结不排水（ UU 快剪）、固结不排水 （CU固结快剪 ）、 固结排水 （CD慢剪 ） 岩石力学性态 ：弹性、塑性、粘性地应力成因分类：一、 天然应力（自重应力、构造应力、变异应力、残余应力 ）二、 感生 应力地震效应 ：震动破坏效应、地面破坏效应（破裂效应 、地基效应） 滑坡活

7、动性阶段： 蠕滑阶段、滑动阶段、剧滑阶段、稳定阶段 强震发生条件： 介质条件、结构条件、构造应力条件曲率系数： 积累含量 30粒径的平方与土的限制粒径和有效粒径乘积的比值。 不均匀系数： 土的限制粒径和有效粒径的比值。软弱结构面： 力学强度明显低于围岩，一般充填有一定厚度软弱物质的结构面。 抗剪强度： 土抵抗剪切破坏的极限强度。活断层区的建筑原则 在活断层区进行建筑时，必须在场址选择与建筑物型式和结构等方面慎重的加以研究， 以保证建筑物的安全可靠。1、建筑物的场址选择一般应避开活动断裂带， 尤其是高坝和核电站这类重要的永久性建筑， 失事的后果极为严重，更不能在活断层附近选择场地2、铁路、桥梁、

8、运河等线性工程必须跨越活断层时，也应尽量使其大角度相交避开主断层3、在活断层区的建筑物应采取与之相适宜的建筑型式和结构措施 4、活断层上修建水坝时，不宜采用混泥土重力坝和拱坝，而应 采用土石坝这类散体堆填坝，而且坝体结构应是一种有相当厚无粘性土过渡带的多种土质 坝；建于活断层上的桥梁，也应采取相应的结构措施。砂土地震液化及其形成机理饱和砂土因地震而受到强烈振动， 使砂粒处于悬浮状态， 丧失强度， 致使地基失效的现 象，称为砂土液化或振动液化。机理： 在地震过程中，饱水砂土在地震引起的剪切力反复作用下， 砂土趋于密实。 砂土 要变密实就势必排水， 但在急剧变化的周期性地震力作用下， 伴随砂土孔隙

9、度减小而透水性 变弱，因而排水越来越不通畅。应排除的水来不及排走，就产生了剩余孔隙水压力。（ 此时砂土的抗剪强度为=-（ u0+ u）tg （ 和分别为砂土颗粒的法向压力和内摩擦角；u0 为孔隙水压力； u 为剩余孔隙水压力）显然， 砂土的抗剪强度将随剩余孔隙水压力的增大而不断降低， 直到完全抵消法向压力 而使抗剪强度丧失殆尽。 此时地面就可能出现喷砂冒水和塌陷现象， 地基土丧失承载能力而 失效。疏松饱水细砂土、粉土易液化；饱水砂土埋藏浅、砂层厚易液化；地震越强，历时越长 越易液化。简述影响地下硐室围岩稳定性的主要地质因素 答：影响地下洞室围岩稳定性的主要地质因素有： 地下洞室围岩的岩性、厚度

10、；结构面及其 组合特征、地应力场、地下水。（1）. 岩石性质： 岩性是影响地下建筑围岩稳定性的最基本的因素。坚硬的岩体围岩稳定不需支护。软弱岩土具有力学强度低、遇水软化等性质，不利于洞室稳定，围岩易变性破坏。（2）. 结构面及其组合特征：松散、碎裂结构岩体的稳定性最差，薄层状岩体次之，厚层状 及块状结构岩体的稳定性最好。 （当结构面的组合交线倾向洞内，可能出现不利于围岩稳定 性的分离体，正三角锥体最不稳定，柱状结构体不一定，倒三角锥体稳定）。（3）. 地应力场：最大主应力方向上围岩破坏的概率及严重程度比其他方向打。（4）. 地下水： 岩体中的孔隙水压力的增大能减小结构面上的有效正应力。因而降低

11、岩体沿结构面的抗滑稳定性； 而地下水的物理、 化学作用则常能降低岩石的强度， 所以地下水的动 能是围岩失稳的一个重要因素。简述影响斜坡稳定性的地质因素 分为内因和外因两部分。内因包括：结构、成分 岩土类型和性质是影响斜坡稳定性的根本因素。在坡形（坡高和坡角） 相同的情况下， 岩土 体愈坚硬，抗变形能力愈强，则斜坡的稳定条件愈好；反之则斜坡稳定条件愈差。外因包括：受力条件、赋存环境条件地质构造： 一些大的或区域性的断层破碎带， 尤其是近期强烈活动的断裂带，沿之崩塌、滑 坡往往呈线性密集分布。地应力场：最大主应力方向上围岩破坏的概率及严重程度比其他方向打。所以地下水的动能是围地下水： 岩体中的孔隙

12、水压力的增大能减小结构面上的有效正应力。岩失稳的一个重要因素。简述工业与民用建筑场地的主要工程地质问题？ 答：一：区域稳定性问题： 影响的主要因素是地震和新构造运动， 在新地区选择建筑地址时， 更应注意。二：斜坡稳定性问题：斜坡的变形和破坏危机斜坡上及其附近建筑物的安全。建筑物的 兴建，给斜坡施加了外荷载，增加了斜坡不稳定的因素，可能导致其滑动，使建筑物破坏。三 : 地基稳定性问题： 包括地基强度和变形两部分。 若建筑物荷载超过地基强度、 地基的 变形量过大，则会使建筑物出现裂隙、倾斜或发生破坏。四：建筑物配置的工程地质论证问题： 在满足各建筑物对气候和工艺方面要求的条件下， 工程地质条件是建

13、筑物配置的主要决定因素 , 选择较优持力层并确定合适基础类型。五：地下水的侵蚀问题：混凝土是工业与民用建筑物常用的建筑材料，当地下水中某些 化学成分含量过高时，对混凝土产生分解性侵蚀、 结晶性侵蚀及分解、 结晶复合性侵蚀。地 下水的化学成分与环境及污染情况有关。六：地基的施工条件问题：修建工业与民用建筑物基础时，一般都需要进行基坑开挖工 作，地基的施工条件不仅会影响施工期限和建筑物的造价， 而且对基础类型的选择起着决定 性作用。如何改善地下洞室围岩稳定性条件的措施 常用的支衬结构有支撑、衬砌、锚杆支护以及“锚杆- 喷射混凝土”联合支护等类型。1、支撑：是用木结构或钢结构支架把围岩支撑起来，分为

14、木支撑，钢支撑，混凝土支撑。2、衬砌：是在地下洞室内用石条、混凝土或钢筋混凝土砌筑一定厚度的墙。分为半衬砌、 全衬砌。衬砌可以改变围岩应力状态，使单轴变为三轴，提高强度。3、锚喷支护：它是喷射混凝土与锚杆相结合的一种支护结构。作用：悬吊作用，组合作用， 加固作用，支承围岩。4、混凝土支护： 是将一定比例的水泥、砂、速凝剂等拌和均匀并以高速喷射在围岩表面上， 形成一层与围岩紧密黏在一起的混凝土层，从而起支护作用。 （作用：支承围岩、卸载作用、 填平补强围岩，反盖围岩表面和阻止围岩松动） 。5、钢筋支护：在地质条件差的地段，配有钢筋网的支护手段。 简述斜坡变形与破坏的基本类型及一般特征一、斜坡变形

15、按其机制可分为拉裂、蠕滑和弯折倾倒三种形式。1、拉裂：在斜坡岩土体内拉应力集中部位或张力带内，形成的张裂隙变形形式称为拉裂。 发生部位常在由坚硬岩土体组成的高陡斜坡坡肩部位， 且往往与坡面近乎平行； 其空间分布 特点是：上宽下窄，以至尖灭；由坡面向坡里逐渐减少。2、蠕滑：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。发生部位常在均质 岩体中，且受最大剪应力迹线控制。蠕滑一般在坡体内。3、弯折倾倒：由陡倾板状岩石组成的斜坡，当走向与坡面平行时，在重力作用下所发生的 向临空方向同步弯曲的现象。其特征是：弯折角约20 50；弯折倾倒程度由地面向深处逐渐减小，一般不会低于坡脚高程；下部岩层往往

16、折断，张裂隙发育，但层序不乱，而岩 层层面间位移明显；沿岩层面产生反颇像陡坎。二、斜坡破坏主要形式为崩塌和滑坡。1、崩塌：斜坡岩土体被陡倾的拉裂面破坏风割，突然脱离母体而快速位移，翻滚、跳跃和 坠落下来，堆于山崖下，即为崩塌。其特征是：一般发生在高陡斜坡的坎肩部位；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，运动迅速。2、滑坡：斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面所发生的滑移现象，称为滑坡。其特征是：通 常是叫深层的破坏， 滑移面深入到坡体内部以致坡脚以下； 质点位移矢量方向大于铅直方向； 有依附面存在；滑移速度往往较慢，且具有整体性。简述地震区抗震设计原则和建筑

17、物防震、抗震措施（一）建筑场地的选择 对方真、抗震有利的建筑场地应该是：地形平坦开拓; 岩土坚硬均匀，若土层较厚，则应该密实；无大的断裂，若有则它与发震断裂无联系，且断裂带胶结较好；地下水埋深较大；崩 塌、活泼、岩溶等不良地质现象不发育。 建筑场地一定要避开活动断裂带和不稳定斜坡地段， 并尽量避开强振动效应和地面效应的地段、孤突地形和地下水埋深过钱地段，以防不测。（二）地基持力层和基础方案的选择 地基持力层应以基岩或硬土为好， 避免以高压缩及液化土层作持久力层。 若地表有此种土层， 测应采用桩基础，支撑于下部的硬基土； 切记采用摩擦桩。也可预先将松软、液化土层加固 处理， 并采用整体性和刚性较

18、强的筏片基础和箱形基础，基础砌置深度要大些， 以防止水平地震力作用时建筑物的倾倒。 同一建筑物的基础， 不宜跨越在性质显著不同或厚度变化很大 的地基土上。（三）建筑物结构型式和扛着措施 在强震区的工业与民用建筑， 其平立面形状以简单方整为好， 否则应在转折处或层数变化处 留抗震缝。尽量减轻结构重量，降低重心，加强整体性，并有足够的刚度和强度。简述岩体中地应力成因类型一、天然应力： 人类工程活动实施之前岩体处于未经人为活动扰动的自然应力状态下， 这种 存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，称作岩体的天然应力。1、自重应力：由岩体自重产生的应力。 2、构造应力：由构造运动引起的地应力。分为活动的和

19、残余的。 3、变异应 力：岩体的物理化学变化及岩浆的侵入等，与岩体内天然应力形成的关系也较为密切。 4、 残余应力： 承载岩体遭受载荷及部分载荷时， 岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分的受到其 他组分的约束， 于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应力自相平衡的应力系统。 二、感生 应力：在岩体天然应力场内，因开挖或增加结构物等人类工程活动引起的应力。简述 岩石应力应变 的特征 全应力应变曲线，表征了岩石从开始变形，逐渐破坏，到最终失去承载能力的整个过程。根 据岩石的变形把全应力应变曲线分为 6 个阶段， 各个阶段的特征和反映的物理意义如下：（1）OA 段，应力缓慢增加，曲线朝上凹，岩石试件内裂隙逐

20、渐被压缩闭合而产生非线性变 形，卸载后全部恢复，属于弹性变形。（2）AB段，线弹性变形阶段，曲线接近直线，应力应变属线性关系，卸载后可完全恢复。（3）BC段，曲线偏离线性，出现塑性变形。从B 点开始，试件内部开始出现平行于最大主应力方向的微裂隙。随应力增大，数量增多，表征着岩石的破坏已经开始。（4）CD段，岩石内部裂纹形成速度增快，密度加大，D 点应力到达峰值，到达岩石最大承载能力。（5）DE段，应力继续增大，岩石承载力降低，表现出应变软化特征。此阶段内岩石的微裂 隙逐渐贯通。（6）残余强度。强度不再降低，变形却不断增大。三轴试验类型 直剪试验类型快剪 不固结不排水 （UU）固结快剪 固结不排

21、水 （CU）慢剪 固结排水 （CD）论述：库水位变化对边坡稳定性的影响 库水位变化对边坡稳定性的影响根据库水位上升和下降以及地下水的相应升降分为四 种类型：蓄水同步、蓄水滞后、退水同步和退水滞后。蓄水同步 ：当边坡透水性好，库水位上升速度与边坡地下水上升速度相等即 V 库水 =V 地下 水 这时由于水的软化作用和浮托力作用， 会使岩体发生结构破坏及有效重量降低， 对边坡 稳定性不利。库水对滑坡稳定影响程度取决于岩土的渗透性和库水位上升速率。蓄水滞后： 当边坡透水性不好，地下水上升速度低于库水位上升速度，即V 库水 V 地下水库水位高于坡体地下水位， 库水入渗补给滑坡体， 渗透力方向指向坡体内部

22、， 地下水对边坡 产生一个向里的渗透力， 稳定系数增大， 对边坡稳定性有利。 滑坡破坏形式一般表现为坡体 软化和和库岸再造诱发型。 滑坡稳定性取决于岩土性质与岩体结构。 库水位抬升速率越大滑 坡稳定性系数越大，有利于边坡稳定。退水同步： 当透水性好， 库水位下降速率与地下水下降速率相等， 地下水与水库水位同步下 降，水库下降过程中，滑坡体内地下水疏干， 地下水位下降浸润滑带范围减少，抗滑性增强 有利于滑坡的稳定。库水对滑坡稳定影响不大，滑坡稳定性取决于岩土性质与岩体结构。退水滞后： 地下水下降速率小于库水水位下降速率， 滑坡体为弱透水， 水库水位下降过程中， 地下水来不及急事排出， 滞后于水库

23、水位下降， 滑坡受到滑坡体地下水向外的渗透力作用和 动水压力作用， 不利于滑坡稳定， 滑坡破坏形式一般表现为牵引式滑坡， 库水对滑坡稳定影 响程度取决于岩土的渗透性和库水位下降速率。 库水位下降速率越大滑坡稳定性越差， 不利 于边坡稳定。预防斜坡变形与破坏的主要防治措施斜坡变形破坏的防治应贯彻以防为主， 及时治理的原则。 针对工程的重要性， 因地 制宜地采取不同的防治措施。其主要防治措施主要有：1、支挡工程。目的是改善斜坡力学平衡条件，提高斜坡抗滑力最常用的措施，主要有挡墙、抗滑桩、锚杆（索）和支撑工程。 2、排水，目的是消除或减轻水对斜坡的危害作用。在地表，常采用设置环形截水沟，布置 排水系

24、统等方法排水，排除地下水则常用截水沟，盲沟，水平钻孔等方法。3、减荷反压。目的是降低坡体的下滑力。主要是将滑坡体后缘的岩土体削去一部分或将较陡的斜坡减缓。 这种措施对防治推动式滑坡效果较好。 4、其它措施，如护坡、改善岩土性质、防御绕避等。 岩石和土的工程性质的差别1、连接牢 2 、变形小（压缩性小） 3、强度大 4 、抗水性强 5 、渗透性弱一、岩石矿物颗粒间具牢固的连接（结晶连接、胶结连接） ，既是岩石重要的结构特征，也 是区别于土且赋予岩石优良工程地质性质的主要原因，土则缺乏颗粒间的连接或连接很弱； 二、岩石具有强度高、不易变形及整体性、抗水性好的特点， 但作为地基或建筑物环境时也 有缺

25、陷，即岩石存在软弱面。使岩石切割破碎，完整性遭到破坏， 导致其物理力学性质变差 和不均匀， 故岩石（体）结构远复杂于土体。 换言之， 岩石具有很强的各向异性、 非均质性、 非连续性和复杂性，相对于岩石而言，土则可视为连续、均匀、各向同性的材料和介质；三、岩石中有较高的地应力（自重应力和构造应力） ，而土体中主要是自重应力。地基剪切破坏的形式有三种，整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲剪破坏。(1) 整体剪切破坏。 基底压力超过临塑荷载后， 随着荷载的增加， 剪切破坏区不断扩大， 最后在地基中形成连续的滑动面， 基础压力超过临塑荷载后， 随着荷载的增加， 剪切破坏区 不断扩大， 最后在地基中形成连续的

26、滑动面， 基础急剧下沉并可能向一侧倾斜， 基础四周的 地面明显降起。密实的砂土和硬粘土较可能发生这种破坏形式。(2) 局部剪切破坏。随着荷载的增加，塑性区只发展到地基内某范围，滑动面不延伸 到地面而是终止在地基内某深度处， 基础周围地面稍有隆起， 地基会发生较大变形， 但房 屋般不会倾倒，中等密实砂土、松砂和软粘土都可能发生这种破坏形式。(3) 冲剪破坏。基础下软弱土发生垂直剪切破坏，使基础连续下沉。破坏时地基中无明 显滑动面， 基础四周地面无隆起而是下陷，基础无明显倾斜， 但发生较大沉降，对于压缩性 较大的松砂和软土地基可能发生这种破坏形式。简述滑坡稳定性评价方法评价方法有 ： 1、自然历史

27、分析法。主要通过研究斜坡形成的地质历史和所处的自然地 理及地质环境、 斜坡的地貌和地质结构、 发展演化阶段及变形破坏轨迹， 来分析主要的和次 要的影响因素，从而对斜坡稳定性作出初步评价。2、力学计算法。主要适用于滑坡类破坏型式，是一种定量评价的方法。常用的是刚体极限平衡法。3、图解法。是一种定性或半定量的评价方法。在滑坡稳定性评价中，一般采用两种图解法，即图表计算法和图解分析法。4、工程地质类比法。是将所要研究的斜坡或拟设计的人工边坡或人工边坡进行类比，以评 价其稳定性或确定其坡脚和坡高。简述工程地质勘察方法 工程地质勘查是工程建设的前期工作， 为工程建设的正确规划、 设计、 施工和运行等提供可 靠的地质资料，以保证工程建筑物的安全稳定、经济合理和正常运用。使用的方法是： 工程地质测绘：工程地质测绘是最基本的勘察方法和基础性工作，通过测绘将查明的工 程地质条件及其他有关内容如实地反映在一定比例尺的地形