工程地质学部分

1、水文地质与水文地质与工程地质工程地质工程地质学部分工程地质学部分1 工程地质学的定义工程地质学的定义 v工程地质学工程地质学：广义的讲是研究地质环境及其保护和利用的科学。狭义的讲是将地质学的原理运用于解决与工程建设有关的地质问题的一门学科。v岩土工程：岩土工程：是在工程地质学基础上与土木建筑工程学结合发展起来的一门新兴边缘学科，在国际上被认为是土木工程的一个分支，已有40多年的发展历史，在我国则也有30年的历史。它主要包括岩土工程勘察等。v工程地质与岩土工程的关系工程地质与岩土工程的关系可归纳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。广义工程地质学包含岩土工程、地质工程等范畴，狭义

2、工程地质学一般仅包括工程勘察、工程地质问题评价。 绪论绪论 2 工程地质条件工程地质条件 v工程地质条件工程地质条件主要包括以下六大方面，是一个综合概念。 1.地形地貌 2.岩土类型及性质 3.地质结构与构造 4.水文地质条件 5.不良地质作用 6.天然建筑材料 3 工程地质问题工程地质问题 v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、相互制约引起的，对建筑本身的顺利施工和正常运行或对周围环境可能产生影响的地质问题；v工程地质问题分析是工程地质工作的中心环节。4. 4. 课课 程程 内内 容容v1.第四纪堆积物与土的工程性状v2.不良地质问题的研究v3. 工程地质及

3、水文地质勘察第第1 1章章 第四纪堆积物与土的工程性状第四纪堆积物与土的工程性状 v1.1 概 述v1.2 土的工程分类v1.3 第四纪土的成因类型v1.4 土的三相关系v1.5 土的三相比例指标v1.6 无黏性土的性质v1.7 黏性土的性质v1.8 特殊土的工程地质特征1.1 1.1 概概 述述 土的形成与外动力地质作用密切相关。不同类型的土，工程性质相差很大，在工程建设中也应该采取不同的处理方法，尤其是一些特殊土，在进行工程建设时会产生特殊的工程地质问题，需进行适当的处理，因此，很有必要对土的工程性状进行深入的了解。 此章主要介绍土的工程分类、第四纪土的地质成因、土的物质组成、结构与构造、

4、三相比例指标、无黏性土的性质、黏性土的物理特征、土的力学性质以及特殊土的特征等内容。 地表岩石破坏搬运沉积土的形成土的形成 土是岩石在风化作用后经搬运作用或在原地或在异地各种环境下形成的堆积物。 1.2 1.2 土的工程分类土的工程分类 1.2.1 土按堆积年代分类可以分：1）老黏性土 老黏性土是指第四纪晚更新世(Q3)及其以前堆积的土。它是一种堆积年代久、工程性质较好的土，一般具有较高强度和较低压缩性。2）一般黏性土 一般黏性土是指第四纪全新世(Q4文化期前)堆积的黏性土。其分布面积广，工程性质变化很大，是经常遇见的土类。3）新近堆积的黏性土 新近堆积的黏性土是指文化期以来堆积的黏性土，一般

5、为欠固结，强度低。 1.2.2 土按地质成因分类 土按地质成因分类可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土。1.2.3 土按有机质含量分类 可按表分为无机质土、有机质土、泥炭质土和泥炭。1.2.4 土按颗粒级配或塑性指数分类 岩土工程勘察规范(GB500212001)、建筑地基基础设计规范(GB50072002)中的土按颗粒级配或塑性指数分类分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。1）碎石土 粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50的土。根据颗粒级配和颗粒形状碎石土又可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。 2）砂土 粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50，粒径大于0.075m

6、m的颗粒质量超过总质量的50的土。根据颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。3）粉土 粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量50，且塑性指数小于或等于10的土。必要时，可根据颗粒级配分为砂质粉土(粒径小于0.005mm的颗粒质量不超过总质量10)和黏土粉土(粒径小于0.005mm颗粒质量等于或超过总质量10)。4）黏性土塑性指数Ip大于10的土。根据塑性指数分为粉质黏土(1017)。 砾石砾砂粗砂中砂细砂粉砂细粒粘性土1.3 1.3 第四纪土的地质成因第四纪土的地质成因第四纪土层按成因的分类 1.残积土 2.坡积土 3.洪积土 4.冲积土 5.淤积土 6.冰积土 7.风积土 残积土残

7、积土定义：定义：岩体经风化作用后残留在原地形成的土。表面土壤层孔隙率大，强度低，压缩性好，下部为粘性土充填的碎石土或砂砾土，强度高。 坡积土坡积土定义：定义：位于山坡上方的碎屑物质，在流水或重力作用下运移到斜坡下方或坡麓处堆积形成的土。近期堆积的坡积物结构比较疏松，具有较高的压缩性。 洪积土洪积土定义：定义：由暂时性洪流，将山区高地的碎屑物质携带至沟口或平缓地带堆积形成的土。 山洪携带的大量碎屑物质流出沟谷口后，因水流流速骤减而呈扇形沉积体，称洪积洪积扇扇。 Company L暴雨形成流速极大的洪流，山区洪流沿河槽流出，进入平原或盆地，地势转为平坦，集中的洪流转变成辫状散流，水的流速顿减，搬运

8、能力急剧降低，洪流所携带的物质以山口为中心堆积成扇形，称为洪积扇洪积扇。山区平原扇顶扇顶 扇缘（前）扇缘（前） 冲积土冲积土定义：定义：由水流搬运堆积形成的土。通常河流冲积物上发育的土壤。广泛分布于世界各大河流泛滥地、冲积平原、三角洲，以及滨湖、滨海的低平地区。 Company L冲积物是常年有水河流形成的松散堆积，主要分布于河流的两侧，及其摆动地带。定义：定义：在静水或缓慢流水中堆积而形成的土。 淤积土淤积土Company L湖积物属于静水沉积，颗粒分选性良好，层理细密，岸边浅水处沉积砂砾等粗粒物质，湖心则多为粘土。波浪力是颗粒分选的动力，波浪力影响的范围内，波浪反复淘洗沉积物，粗粒留在岸边

9、，细粒落于远岸，波浪力影响不到的湖心，则沉积细小的粘粒。随着气候和构造运动发生变化。冰积土冰积土定义：定义：碎屑物质或块石在冰川作用的搬运下，在谷地或沟口堆积所形成的土。一般分选性极差，颗粒呈棱角状，巨大块石上常有冰川擦痕。 风积土风积土定义：定义：岩石风化碎屑物质经风力搬运作用至异地降落，堆积所形成的土。土质均匀，质纯，孔隙大，结构松散。 1.4 1.4 土的三相关系土的三相关系 土的三相关系包括固相土颗粒、土中水、土中气。土的三相关系包括固相土颗粒、土中水、土中气。土的三相关系土的三相关系气态气态土颗粒土颗粒液态水液态水1.4.1 1.4.1 土的固体矿物成分土的固体矿物成分 1.原生矿物

10、 原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化的矿物碎屑。常见的原生矿物有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、石榴石等。 2.不溶于水的次生矿物 组成土的这类矿物主要有：黏土矿物 、次生SiO2。 3.可溶性次生矿物 可溶性次生矿物又叫水溶盐，按其在水中的溶解度又分为易溶盐、中溶盐和难溶盐三类。 4.有机质 在自然界一般土，特别是淤泥质土中，通常都含有一定数量的有机质，当其在黏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，就开始对土的工程性质具有显著的影响。1.4.2 1.4.2 土的粒度成分土的粒度成分 土的粒度成分是决定土的工程性质的主要内在因素之一，因而也是土的类别划分

11、的主要依据。 1）粒组划分、组成与土的工程性质关系 2）粒度分析(particle size analysis)及其成果表示 由级配曲线可以直观地判断土中各粒组的含量情况，如果曲线陡峻由级配曲线可以直观地判断土中各粒组的含量情况，如果曲线陡峻( (曲线曲线C)C)，表示土粒大小均匀，级配不好；反之，曲线平缓（曲线，表示土粒大小均匀，级配不好；反之，曲线平缓（曲线B B），），则表示土粒大小不均匀，但级配良好。则表示土粒大小不均匀，但级配良好。 1.4.3 1.4.3 土中水土中水1)结合水 结合水是指受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。 强结合水 土粒的静电引力强度是随离开土粒表面的距

12、离增大而减弱的，靠近土粒表面的水分子，受到土粒的强烈吸引(可达10002000MPa)，而失去自由活动能力，整齐地排列起来。这部分水称为强结合水。 弱结合水 距离土粒表面稍远的水分子，受到土粒的吸引力减弱，有部分活动能力，排列疏松不整齐，这部分水叫弱结合水。 2) 非结合水 非结合水为土粒孔隙中超出土粒表面静电引力作用范围的一般液态水。主要受重力作用控制，能传递静水压力和溶解盐分，在温度0左右冻结成冰。典型的代表是重力水，界于重力水和结合水之间的过渡类型水为毛细水。 毛细水 毛细水是由于毛细作用保持在土的毛细孔隙中的地下水。 重力水 重力水是存在于较粗大孔隙中，具有自由活动能力，在重力作用下流

13、动的水。 气态水和固态水 气态水以水汽状态存在，严格地讲应属土的气相部分。固态水就是冰，以冰夹层、冰透镜体和细小冰晶等形式存在于土中。 1.4.4 1.4.4 土中气体土中气体 气体也是土的组成部分之一，土中气体成分以O2、CO2及N2为主，此外还有H2S等，基本上与大气的成分相一致。但土中各种气体的相对含量与大气有很大差别，土粒对气体的吸附强度依次为：CO2N2O2H2，因而导致CO2在土中相对含量可高达10，而CO2在大气中仅占0.03。 土中的气体按存在状态分为吸附气体、游离气体和密闭气体。 1.4.5 1.4.5 土的结构与构造土的结构与构造 土的结构与构造是指物质成分的连结特点、空间

14、分布和变化形式。 1)土的结构单粒结构特征 单粒结构，也称散粒结构，是碎石(卵石)、砾石类土和砂土等无黏性土的基本结构形式。集合体结构特征 集合体结构，也称团聚结构或絮凝结构。 对集合体结构，根据其颗粒组成、连结特点及性状的差异性，可分为蜂窝状结构和絮状结构两种类型。 2)土的构造 在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征，称为土的构造。 对于碎石土、粗石状构造是最普遍的。 对于砂土和砂质粉土，各种不同形式的夹层、透镜体或交错层构造，较为普遍。 1.5 1.5 土的三相比例指标土的三相比例指标 表示土的三相比例关系的指标，称为土的三相比例指标，亦即土的基本物理性质指标，包括土的颗

15、粒比重、重度、含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。 1.土的颗粒比重 土粒重量与同体积的4时水的重量之比，称为颗粒比重，它在数值上为单位体积土粒的重量。2.土的重度 单位体积土的重量称为土的重度。3.土的干重度、饱和重度 和浮重度 土单位体积中固体颗粒部分的重量，称为土的干重度。 土孔隙中充满水时的单位体积重量，称为上的饱和重度。 在地下水位以下，单位土体积中土粒的重量扣除浮力后，即为单位土体积中土粒的有效重量，称为土的浮重度或水下重度。4.土的含水量 土中水的重量与土粒重量之比，称为土的含水量，以百分数计。5.土的饱和度 土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，称为土的饱和度，以百分率计。 6

16、.土的孔隙比和孔隙率 土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比。 土的孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比，以百分数表示。指标的换算关系指标的换算关系 1.6 1.6 无黏性土的性质无黏性土的性质 无黏性土一般指碎石土和砂土，粉土属于砂土和黏性土的过渡类型，但是其物质组成、结构及物理力学性质主要接近砂土(特别是砂质粉土)，故列入无黏性土的工程特征问题一并讨论。 1.6.1 1.6.1 影响无黏性土紧密状态的因素影响无黏性土紧密状态的因素 1.受荷历史和形成环境 2.颗粒组成 3.矿物成分 1.6.2 1.6.2 无黏性土紧密状态指标无黏性土紧密状态指标 1）天然孔隙比 2）相对密度 3）标贯击数

17、N 1.7 1.7 黏性土的性质黏性土的性质 黏性土的物理状态因其颗粒很细，与水作用很强烈，内部结构与无黏性土差别很大，工程性质也与无黏性土差别很大。1.7.1 影响黏性土性质的主要因素及指标 影响黏性土性质的主要因素包括受荷历史和形成环境、黏性土的含水量、黏性土中所含矿物的胶体活动性、黏性土遇水膨胀和失水收缩的程度、黏性土的耐崩解特性以及黏性土压实的最优含水量等。 黏性土的主要特性指标包括黏性土的界限含水量（包括液限、塑限和缩限）、塑性指数、液性指数、活动性指数以及最优含水量等。1.7.2 黏性土的界限含水量 1.7.3 黏性土的塑性指数和液性指数 1.塑性指数 2.液性指数 1.7.4 黏

18、性土的活动性指数 1.7.5 黏性土的膨胀、收缩和崩解特性 土的收缩是由于土粒间的结合水膜变薄、粒间距离减小所致。收缩时除了土体积缩小外，还会由于收缩的不均匀而产生裂缝。 土的膨胀与收缩相反，是由于土在浸湿过程中使结合水膜变厚，土粒间的距离增大所致。 土的崩解是黏性土遇水后的另一现象。若将黏性土放入水中，由于胶结物的溶解或软化，降低了土粒间的连结力，弱结合水又力图楔入土粒间，进一步破坏粒间连结。这样，土体浸入水后不久就会由表及里地崩成小块或小片，这种现象称为崩解。 黏性土的膨胀、收缩和崩解特性除可能使建筑物地基产生不均匀胀缩变形外，对建筑基坑、路堤、路堑及新开挖河道岸边等工程边坡的稳定性，都有

19、极重要的影响作用。1.8 1.8 特殊土的工程地质特征特殊土的工程地质特征 不同的地质条件、地理环境和气候条件造成了不同区域的工程性质各异的土质。有些土类，由于形成条件及次生变化等原因而具有与一般土类显著不同的特殊工程性质，称其为特殊土。特殊土的性质都表现出一定的区域性，有其特殊的规律，在工程上应充分考虑其特殊性，采取相应的治理措施，否则很容易造成工程事故。 1.8.1 1.8.1 软土软土 软土是天然含水量大、压缩性高、承载力和抗剪强度很低的呈软塑流塑状态的黏性土。软土可以细分为软黏性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土和泥炭等。 淤泥质土淤泥质土 3）软土中工程地质问题的防治 软土具有压缩性高、强

20、度低等特性，因此变形问题是软土地基的一个主要问题，表现为建筑物的沉降量大而不均匀、沉降速率大以及沉降稳定历时较长等特点。 在软土地基上修建建筑物时，一般应做基础处理或采用桩基础，同时考虑上部结构与地基的共同工作，确定应采取的建筑措施、结构措施和基础处理方法，以减少软土地基上建筑物的不均匀沉降。 1）软土的分布 沿海地区滨海相、泻湖相、三角洲相；内陆平原或山区的湖相和冲积洪积沼泽相。 2）软土的工程性质 软土的工程特性主要有含水量高、孔隙性高、渗透性低、压缩性高、抗剪强度低并有较显著的触变性和蠕变性。淤泥土中桩基破坏淤泥土中桩基破坏淤泥土中建筑物不均匀沉降淤泥土中建筑物不均匀沉降1.8.2 1.

21、8.2 黄黄 土土 黄土是一种特殊的第四纪陆相松散堆积物。黄土的颜色主要呈黄色或褐黄色，颗粒成分以粉粒为主，富含碳酸钙，有肉眼可见的大孔隙，天然剖面上垂直节理发育，被水浸湿后土体显著沉陷(湿陷性)。具有上述全部特征的土，称为典型黄土；而与之相似，但缺少个别特征的土，称为黄土状土。典型黄土和黄土状土统称黄土类土，简称黄土。 1）黄土的特征及分布 黄土地黄土地 2）黄土的工程性质 1)塑性较弱 2)含水较少，坚硬硬塑状态 3)压实程度差，孔隙比高，孔隙大 4)抗水性弱，遇水强烈崩解，湿陷明显 5)透水性较强，且呈各向异性 6)强度较高，粒间连接较强，压缩性中等。 1.8.3 1.8.3 膨胀土膨胀

22、土 含有大量亲水黏土矿物，湿度变化时有较大体积变化，膨胀变形受约束时产生较大内应力的岩土称为膨胀性岩土。 1）膨胀土的成因和分类 2）膨胀土的工程地质特性 1）低含水量，呈坚硬硬塑状态； 2）孔隙比小，密度大； 3）高塑性，含黏粒及粉粒为主； 4）具膨胀力,自由膨胀量40%； 5）天然状态下压缩性低，承载力高，但由于干缩裂隙发育,稳定性差。浸水后或被扰动时,强度骤然降低。 3）影响胀缩变形的主要因素1.8.4 1.8.4 冻冻 土土 当温度低于0时，土中的液态水冻结成冰，形成一种具有特殊联结的土，称为冻土。温度升高，土中的冰融化，则称融土，此时其含水率较冻前提高很多。 1.冻土工程性质 冻结时

23、，土体体积膨胀，地基隆起，但冻土的强度高，压缩性很低。融化时，土体体积缩小，强度急剧降低而压缩性提高。这种土的冻结和融化都常给建筑物带来极不利的影响。 2.冻土地工程地质问题及防治措施 1）道路边坡及基底稳定问题 2）建筑物地基问题 3）冰丘和冰锥 房屋冻胀裂缝房屋冻胀裂缝冻冻 土土1.8.5 1.8.5 填填 土土 填土是由于人为堆填和倾倒以及自然力的搬运而形成的处于地表面的土层。由于人类活动方式的差异以及自然界的变迁和发展历史的差异，导致了填土层的组成成分及其工程性质等均表现出一定的复杂性和多样性。 1.填土的工程分类 1) 素填土 素填土的物质组成主要为碎石、砂土、粉土和黏性土，不含杂质

24、或杂质很少。按其组成成分的不同，分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土和黏性素填土。素填土经分层压实者，称为压实填土。 2) 杂填土 杂填土为含有大量杂物的填土。 3) 冲填土 冲填土是指利用专门设备(常用挖泥船和泥浆泵)将泥砂夹带大量水分，吹送至江河两岸或海岸边而形成的一种填土。 2.填土的工程地质问题 1) 素填土的工程地质问题 素填土的工程性质取决于它的密实度和均匀性。 2) 杂填土的工程地质问题 a.不均匀性 b.工程性质随堆填时间而变化 c.由于杂填土形成时间短，结构松散，干或稍湿的杂填土一般具有浸水湿陷，这是杂填土地区雨后地基下沉和局部积水引起房屋裂缝的主要原因。 d.含腐殖质及水

25、化物问题。 3) 冲填土的工程地质问题 a.冲填土的颗粒组成和分布规律与所冲填泥砂的来源及冲填时的水力条件有着密切的关系。 b.冲填土的含水量大，透水性弱，排水固结差，一般呈软塑或流塑状态。 c.冲填土一般比成分相同的自然沉积饱和土的强度低，压缩性高。1.8.6 1.8.6 红黏土红黏土 碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红，褐黄等色，液限等于或大于50%的高塑性黏土称为红黏土。 红黏土及次生红黏土广泛分布于我国的云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西等地区的低山、丘陵地带顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚地段。 1.结构特征和矿物组成 红黏土的主要矿物成分为高岭石、伊利石、绿泥石

26、，是碳酸盐类以及其他类岩石的风化后期产物. 2.红黏土的特点和性质 1)天然的含水量高，一般为4060，有的高达90。 2)孔隙比大，天然孔隙比一般为1.41.7，最高2.0，具有大孔性。 3)高塑性。液限一般为6080，高达110；塑限一般为4060，高达90；塑性指数一般为2050。 4)由于塑限很高，所以尽管天然含水量高，一般仍处于坚硬或硬可塑状态，液性指数一般小于0.25。但是其饱和度一般在90以上，因此，甚至坚硬黏土也处于饱水状态。 5)一般呈现较高的强度和较低的压缩性。 6)不具有湿陷性，原状土浸水后膨胀量很小，但失水后收缩剧烈。 7)各种指标的变化幅度很大，具有高分散性。 8)具

27、有表面收缩、上硬下软、裂隙发育的特征。 9)透水性微弱，多为裂隙潜水和上层滞水。 红黏土边坡失稳红黏土边坡失稳红黏土边坡治理红黏土边坡治理1.8.7 1.8.7 盐渍土盐渍土 通常将地表不深的土层中，平均易溶盐含量大于0.5的土，称为盐渍土(salty soil)。盐渍土在干旱、半干旱地区均有分布。我国盐渍土主要分布在江苏北部、河北、河南、山西、松辽平原西部和北部，以及西北和内蒙古等省区。 盐渍土盐渍土1.8.8 1.8.8 污染土污染土 污染土，是指由于外来的污染物质侵入土体而改变了原生性状的土。 1.污染土特征 1)污染土经污染腐蚀后，往往会变色变软，其状态由硬塑或可塑变为软塑，有的变为流

28、塑。污染土的颜色也与正常土不同，有的呈黑色、褐色、灰色等，有的呈棕红、杏红，有铁锈斑点。 2)建筑物地基内的土层被污染后，颗粒分散，表面粗糙，甚至出现局部空穴，建筑物本身也出现不均匀沉降。 3)地下水质呈黑色或其他不正常颜色，有特殊气味。 第二章第二章 不良地质问题的研究不良地质问题的研究v 不良地质现象不良地质现象通常叫做地质灾害，是指由地球内力或外力（人类活动）产生的对工程可能造成危害的地质作用，其引发的地质灾害危及人身、财产、工程或环境的安全。研究不良地质作用和地质灾害的形成条件和发展规律，以便采取相应的防治措施，防灾减灾，对保障工程建筑和人民生命财产的安全具有重要意义。v 如泥石流、地

29、裂缝、地面沉降、地面塌陷、坑道突水、黄土湿陷、岩土膨胀、土地冻融、水土流失、土地沙漠化及沼泽化、土壤盐碱化、地下水污染等。v 因此，本章重点介绍了常见的地质灾害的特点及防治方法，如地面沉降、地裂缝、地面塌陷、海水入侵、地下水污染、洪水灾害等。v1. 地面沉降v2. 地面裂缝v3. 地面塌陷v4. 海水入侵v5. 地下水污染v6. 洪水灾害v7. 固体垃圾1. 地面沉降定义：又称为地面下沉。指地面在垂直方向发生高程降低的现象；通常是地壳表面在自然营力和人类活动的作用下所造成大面积的、区域性的沉降活动。特点：以缓慢的、难于觉察的向下垂直运动为主，只有少量的或基本没有水平位移，可能影响的范围可大至几

30、千平方公里。v根据地面沉降的类型可分为：v构造沉降：由地壳沉降运动引起的地面下沉现象；v抽水沉降：由于过量抽汲地下水（或油、气）引起水位（或油、气压）下降，在欠固结或半固结土层分布区，土层固结压密而造成的大面积地面下沉现象； v采空沉降：因地下大面积采空引起顶板岩（土）体下沉而造成的地面碟状洼地现象。 v根据地面沉降产生的原因可分为：v抽汲地下水引起的地面沉降；v采掘固体矿产引起的地面沉降；v开采石油、天然气引起的地面沉降。分类：分类：工程危害：工程危害： 1.沿海沿江城市由于地面下沉，水漫过堤岸； 2.地面积水； 3.地下管道坡度改变； 4.建筑物倾倒； 5.桥墩下沉。产生条件：该城市或工业

31、区的供水水源以汲取地下水为主 地层以松软沉积物为主，具有较高的压缩性。国外：国外：中国地面沉降发展：中国地面沉降发展：1.开始阶段：本世纪20年代初到50年代中，我国城市规模小，农村井灌程度低，地下水开发强度小，仅在上海、天津等个别城市的局部地区出现。上海沉降速度较快。2.发展阶段：50年代后期到70年代中期。该阶段我国城市和北方平原地区大量开发地下水，北京、西安等一些城市和华北平原广泛的发生地面沉降。3.急剧发展阶段：70年代中期至今，人口增长，城市化规模增大，地下水开发强度急剧加大，超采现象严重，多数地区发生严重地面沉降。30年年1/3面积下陷面积下陷200mm 长三角：地面沉降的重灾区长

32、三角：地面沉降的重灾区国内：国内：上海：上海： 于1921年发现地面沉降，至1949年平均下沉36.7cm。最严重处下沉2.63m，地面标高已低于黄浦江高潮位2m左右。 60年代中期，上海市采取措施，限制地下水开采并开展人工回灌等措施，年沉降量平均为4mm。 进入90年代，经济、工业、工程建设及人口发展，水资源需求增加，此时地面沉降现象明显增加。 除此之外，还需要考虑海平面上升的影响。西安：西安： 地面沉降发现于1959年，1971年后随着过量开采地下水而逐渐加剧。1983年后，西安市地面沉降趋于稳定发展，部分地区还有减缓的趋势。到1988年最大累计沉降量已达1.34m，沉降量100mm的范围

33、达200平方公里。 至1992年，最大累积沉降量达1.94m，最大沉降速度为300mm/a。北京、天津：北京、天津： 自从70年代以来，北京的地下水位平均每年下降12米，最严重的地区水位下降可达35米。地下水位的持续下降导致了地面沉降。有的地区（如东北部）沉降量590毫米。沉降总面积超过600平方公里。而北京城区面积仅440平方公里，所以，沉降范围已波及到郊区。 从19591982年间天津地区的最大累计沉降量为2.15米。1982年测得市区的平均沉降速率为94毫米。目前，最大累计沉降量已达2.5米，沉降量100毫米以上的范围已达900平方公里。地面沉降的防治地面沉降的防治表面治理：1）在沿海低

34、平原区地带加高防洪堤防治低洼地区的淹没；2）改造低洼地形，人工填土加高地面；3）修改城市规划，将重要建筑物尽量避开易沉降区。根本治理：1）人工补给地下水（人工回灌）2）限制地下水的超量开采，以地面水源代替地下水源。地面沉降的预防地面沉降的预防1）根据场地工程地质与水文地质条件，预测可压缩层和含水层的分布。2）根据室内、外测试和沉降观测资料，评价地面沉降和发展趋势。3）提出地下水资源的合理开采方案。2. 地面裂缝定义：是地表岩、土体在自然或人为因素作用下，产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种地质现象，当这种现象发生在有人类活动的地区时，便成为一种地质灾害。类别：与地震活动相关，由强震

35、产生的地裂缝称为地震裂缝； 局部地域发育的地裂缝，如超量开采地下水引起地面沉降产生的地裂缝；矿山采空区落顶或岩溶塌陷等也会在地表产生地裂缝等； 西安地裂缝，虽基本受控于构造断裂，但又明显因超量开采地下水而加剧发展的地裂缝。地裂缝可以分为构造性、非构造性和混合型三类。 1.构造性地裂缝 所谓构造性地裂缝，特别是指这种地裂的力学特征与震源机制相对应，但它们是地面强烈波动的结果而不是发生地震的震源。 2.非构造性地裂缝 某些地面运动的产物。 3.复合型地裂缝 复合型地裂缝指由两种以上原因形成的地面破裂。我国的地面裂缝：我国自20世纪70年代初开始在一些地区发生地裂缝问题，主要分布在华北和长江中下游（

36、西安、大同、兰州等）。地裂缝会给社会和人民带来严重的影响。据统计，仅河北、河南、陕西、陕西、山东、江苏、安徽7省已有200个县市发现地裂缝点745处。其中以西安最为典型和严重，西安市区有7条明显的地裂缝、3条隐藏的地裂缝，其中明显的地裂缝走向基本一致，影响范围达110km2.每年造成的经济损失达数亿。地面裂缝的形态和成因：1.过量开采地下水：造成地面沉降、塌陷，从而引起部分地表土层开裂，产生地裂缝。2.地下采矿活动：造成一定范围的地下空区，使得上覆岩、土体失去支撑，从而造成岩、土体下落引起地面开裂。3.农田灌溉、地表渗水：引起或加剧松散土体中水的冲刷作用。4.人工蓄（泄）水：水库、渠道的渗漏，

37、水位上升，从而造成土体开裂。地裂缝的防治对策 1)减少人为因素影响，控制地下水开采，必要时人工回灌，将减轻地裂缝灾害； 2)采用建筑物防裂减灾对策，地裂缝灾害主要集中于地裂缝带内，建筑物应避让主裂缝带，对于次级地裂缝，应对地基和基础作加固或提高标准； 3) 对于不安全地带以外局部变形建筑物可采用适当加固的方法； 4）对于跨越地裂缝已破坏的建筑应尽早局部拆除； 5）加强建筑物上部结构刚度和强度，抵抗差异沉降产生的拉裂。3. 地面塌陷2007年2月23日凌晨，中美洲危地马拉首都危地马拉城的一个贫民区中央出现直径70m，深度100m的污水坑；2008年11月15日，杭州地铁施工工地发生大面积地面塌陷

38、，地面塌陷75m，死亡17人。定义：指地表岩、土体在自然或人为因素的作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑洞的一种地质现象。当这种现象发生在有人类活动的地区时，便成为一种地质灾害。塌陷的诱因：1）矿山地下水采空2）地下工程中排水疏干作用3）过量抽采地下水4）人工蓄水 5）人工加载6）人工震动 7）地表渗水根据形成塌陷的主要原因分为：自然塌陷自然塌陷：地表岩、土体由于自然因素作用（地震、降雨），向下陷落而成。人为塌陷人为塌陷：由于人为作用导致的地面塌落。（矿山采空、地下水开采等）根据塌陷区是否有岩溶发育可分为：岩溶塌陷岩溶塌陷：主要发育在隐伏岩溶地区。非岩溶塌陷非岩溶塌陷：黄土塌陷、火山熔岩塌陷和

39、冻土塌陷。开采塌陷：成因：因开采层状固体（煤、沉积铁锰等）所遗留的由开采矿洞、巷道和残留矿柱组成的采空区。使用溶矿技术开采易溶矿床等所形成的大面积地下溶蚀空穴。在一定的地质结构条件下，采空区上覆岩层自重可能导致采空区顶板变形破坏进而产生塌陷。开采塌陷的发展过程：初始阶段：地面出现裂缝，小范围塌陷坑洞；累积变形破坏阶段：地面塌陷范围扩大，形成陷落洼地，洼地中分布小塌陷坑；沉陷盆地形成：岩溶塌陷形成条件：出现在一定厚度的松散土体为覆盖的覆盖型岩溶区。覆盖层厚度小于10m：塌陷严重；覆盖层厚度1030m：容易塌陷；覆盖层厚度大于30m：塌陷可能性很小。具有引起土体变形和破坏的作用力。地面塌陷的前兆：

40、1）井、泉的异常变化：井、泉的突然干枯或浑浊，水位骤然降落；2）地面形变：地面产生小型垮塌，地面出现环形开裂或沉降；3）建筑物倾斜、开裂；4）地面积水引起地面冒气泡；5）动物惊恐。地面塌陷的治理：填堵法：在坑内填入块石、碎石做反滤层，上覆粘土夯实。强夯法：把10-20吨的夯锤吊到一定高度（10-40m），然后让其自由下落对土体进行强力夯实。灌注法：把灌注材料通过钻孔或岩溶洞口进行注浆，加固建筑物地基。控制抽排水强度法：合理控制抽排水的强度，有效减少塌陷的产生。4. 海水入侵v定义定义：海水入侵是源于“人为超量开采地下水造成水动力平衡的破坏”。v海水入侵与海水倒灌的区别？v海水倒灌：海水经地表到

41、达陆地；v海水入侵：海水经地下到达陆地。 v海水入侵使灌溉地下水水质变咸，土壤盐渍化，灌溉机井报废，导致水田面积减少，旱田面积增加，农田保浇面积减少，荒地面积增加。最严重的会导致工厂、村镇整体搬迁，海水入侵区成为不毛之地。v海水入侵是人为活动强烈干扰自然生态系统而诱发的缓慢发生而又长期危害的人为自然灾害，具有隐蔽、多变、难治理的特点。它不仅是一个自然科学问题，而且是一个与社会经济发展密切相关的问题，其直接危害是造成农业水土生态环境的恶化。v中国海水入侵主要出现在辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海、浙江、海南、广西9个省份的沿海地区。最严重的是山东、辽宁两省，入侵总面积已超过2000平方公里。

42、v出现海水倒灌的原因有： v1、地势低平地区遇到潮汐、巨浪时 v2、中游、上游农业、生产用水多，导致河流下游水量减少，水位下降。 v3、过度采沙，河床下降,导致海水倒灌。v解决措施解决措施v首先、严控地下水开采量。制定禁止开采区和限制开采区的保护规划，以恢复地下水的良性循环。 v其次、要强化节约用水管理，发展节水型工业、农业和服务业。工业用水提倡循环利用，农业要加大节水型新技术灌溉设施建设。 v再者，要支持截流、截潜和集雨工程，增加地表水蓄水量，增强地下水补给量，让淡水资源最大程度在内陆消化。 5. 地下水污染v定义定义：主要指人类活动引起地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变而使地下水

43、水质朝着水质恶化方向发展的现象。v地下水污染判断条件： 1.水质朝着恶化的方向发展； 2.由人类活动引起。v地表以下地层复杂，地下水流动极其缓慢，因此，地下水污染具有过程缓慢、不易发现和难以治理的特点。v污染源：v根据污染源的形成原因分：1）人为污染源城市液体废物：生活污水、工业污水、地表雨水径流城市固体废物：生活垃圾、工业垃圾、污泥农业生产及采矿活动2）天然污染源：海水、含盐量高和水质差的地下水v根据污染源的空间分布分：v1）点源：污染物高度集中的地点；v2）线源：包括排污河道、渠道及排污沟；v3）面源：污染物随雨水渗入或大面积的污水灌溉而进入含水层。地下水污染物：凡是人类活动导致进入地下水

44、环境，会引起水质恶化的溶解物或悬浮物，无论其浓度是否达到使水质明显恶化的程度。v地下水污染物的分类：v按照污染物的生物性质、化学性质可分为微生物、有机物、无机物和放射性物质。v根据污染物在地下水中的稳定性：v1）保守性污染物：在地下水中不与周围物质发生反应或转化或降解的物质。例如氯化物。v2）非保守性污染物：在地下水中会与周围物质发生反应或转化或降解的物质。例如重金属。v地下水的污染方式与途径：1）按照污染方式直接污染：地下水中污染组分直接来源于污染源，组分在前一过程中，化学性质没有发生任何改变。间接污染：地下水的污染组分在污染源中的含量并不高，或低于附近的地下水，或该污染组分在污染源里根本不

45、存在，它是污水或固体废物淋滤液在地下迁移过程中，经复杂的物理、化学及生物反应后的产物。2）按照污染途径v间歇入渗型：污染物通过大气降水或灌溉水的淋滤，使固体废物、表层土壤或地层中的有害或有毒组分，周期性地从污染源通过包气带渗入含水层。主要污染对象是潜水。v连续入渗型：一种是垂向通过包气带进入含水层，另一种则是以侧向入渗型进入含水层。v垂向入渗型：通过包气带垂向入渗型是地面污染源以一定的浓度连续不断地向包气带土层中输入污染水体，进而不断渗入含水层。v侧向入渗型:通过受到污染的河流、湖泊的侧向渗入而污染地下水含水层。v越流型：一种是潜水污染承压水。 另一种是承压水污染潜水。v地下水污染防治：v地下

46、水污染防治包括两方面内容：一是防止和保护天然优质地下水源不受人为污染；二是处理和净化已经受到人为污染的地下水源，使其水质恢复为清洁水源，实现地下水资源的持续利用。v地下水污染防治应以预防为主，加强管理、综合防治，充分注意到技术上的可能性和经济上的合理性。在采取技术措施的同时，结合行政措施、法律措施和经济措施。v具体措施：v1)兴建工矿企业前应根据企业性质和环境条件来选择厂址，处理废水、废渣的场所应放在城市和水源地下游的厚粘土区，离地表水体较远处。v2）预防地下水管道渗漏，必要时应建立各种防渗幕，防止污水渗入地下水中。v3)废渣必须妥善存放，废渣坑应附底，且坑底不能低于地下水面；矿山的尾砂矿应尽

47、量堆放在与含水层隔绝的废矿坑中。v4)污水灌溉农田时必须注意当地条件，只有包气带土层厚度大，透水性差时才能污灌，要严格控制污灌量v5)含水层中若已形成危害性大的严重污染带时，可以采取堵塞成截流措施以限制污染范围。采用截流装置时，应考虑所排出污水的出路，不允许将抽出的污染水任意排向地表水体。6.洪水灾害v定义定义：江、河、湖、海所含水体水量迅猛增加，水位急剧上涨超过常规水位时的自然现象洪水。灾害性洪水则与人类活动因素有着密切的关系：1）存在诱发水灾的因素：暴雨、地震、火山爆发、海啸等。2）存在受危害对象，如受洪水淹没而遭受损害的人及财产。3）人的防御和抵抗能力。据统计，中国是洪水灾害发生最频繁的

48、国家之一，在1970-2005年，发生洪水的次数为127次，仅次于印度的141次。v洪水分类：v按照洪水的形成原因：v暴雨洪水、融雪洪水、冰棱洪水、暴潮洪水。v按照洪水发生地区：v山地丘陵区洪水、平原地区洪水、滨海地区洪水。v其他分类：v按照洪水发生的时间长短：突发性和渐发性洪水；v按照洪水发生的流域范围：区域性和流域性洪水；v按照洪水重现期：常遇洪水（小于20年一遇） 较大洪水（20-50年一遇） 大洪水（50-100年一遇） 特大洪水（大于100年一遇）v黄河洪水： 黄河在2000年内决口成灾1500余次，重要改道26次，水灾波及范围达到25*104km2，1117年黄河决口淹死百余万人，

49、1642年黄河决口，水淹开封城，全城37万人中34万人被淹死；1993年黄河决口54次，受灾面积1.1*104km2，受灾人口360多万，死亡1.8万人。v长江洪水：长江在1300多年间发生水灾200多次。1932年汉江大水受灾面积150.9万公顷 ，1003万人受灾，死亡14.2万人。1954年长江大水，汉口最高水位达29.73m，受灾人口1800万，死亡3.3万人。1981年长江大水53个县以上城市、580个城镇、2600多座工业企业受淹，倒塌房屋160万间。1998年全国共有29个省（自治区、直辖市）遭受了不同程度的洪涝灾害，农田受灾面积2229万公顷，成灾面积1378万公顷，死亡415

50、0人，倒塌房屋685万间，直接经济损失2551亿元。v防治措施：v河道堤防、水库、分洪工程、蓄滞洪区和河道治理工程。v国内：黄河堤防、荆江大堤、都江堰水利工程、三峡大坝等v国外：密西西比河防洪工程、阿斯旺高坝等。7.固体垃圾v定义定义：以固体或泥状形式存在的废弃物，尤以城市垃圾为常见 。v固体废物的种类很多，通常将固体废物按其性质、形态、来源划分其种类。v如按其性质可分为有机物和无机物；v按其形态可分为固体的（块状、粒状、粉状）和泥状的；v按其来源可分为矿业的、工业的、城市生活的、农业的和放射性的。 v此外，固体废物还可分为有毒和无毒的两大类。有毒有害固体废物是指具有毒性、易燃性、腐蚀性、反应

51、性、放射性和传染性的固体、半固体废物。 v固体垃圾对人类环境的影响：1)侵占土地：城市固体废物侵占土地的现象日趋严重，我国现在堆积的工业固体废物有60亿吨，生活垃圾有5亿吨，估计每年有1000万吨固体废物无法处理而堆积在城郊或公路两旁，几万公顷的土地被它们侵吞。 2)污染土壤：长期使用带有碎砖瓦砾的“垃圾肥”，土壤就严重“渣化”；未经处理的有害废物在土壤中风化、淋溶后，就渗入土壤，杀死土壤微生物，破坏土壤的腐蚀分解能力，导致土壤质量下降；带有病菌、寄生虫卵的粪便施入农田，一些根茎类蔬菜、瓜果就把土壤中的病菌、寄生虫卵吸进或带入体内，人们食用后就会患病。 v固体垃圾对人类环境的影响：3)污染水体

52、大气：许多国家把大量的固体废物直接向江河湖海倾倒，不仅减少了水域面积，淤塞航道，而且污染水体，使水质下降。固体废物对水体的污染，有直接污染地表水，也有的下渗后污染了地下水。 固体废物向大气飘散 固体废物在收运、堆放过程中未作密封处理，有的经日晒、风吹、雨淋、焚化等作用，挥发了大量废气、粉尘；有的发酵分解后产生了有毒气体，向大气中飘散，造成大气污染。 v固体垃圾处理：v海洋处置：海洋倾倒和远洋焚烧。限制升级。v陆地处置：1）农用：即利用表层土壤的离子交换、吸附、微生物降解以及渗滤水浸出、降解产物的挥发等综合作用机制处置固体废物的一种方法。该技术具有工艺简单、费用适宜、设备易于维护、对环境影响很小

53、、能够改善土壤结构、增长肥效等优点，主要用于处置含盐量低、不含毒物、可生物降解的固体废物。 2）深井灌注处置：指把液体注入到地下与饮用水和矿脉层隔开的可渗性岩层内。一般废物和有害废物可采用深井灌注方法处置。但主要还是用来处置那些实践证明难于破坏、难于转化、不能采用其它方法处理或采用其它方法费用昂贵的废物。v3）土地填埋处理：它是从传统的堆放和填埋处置发展起来的一项最终处置技术。因其工艺简单、成本较低、适于处置多种类型的废物，目前已成为一种处置固体废物的主要方法。v以垃圾填埋处理为例。 水文地质勘察1 1 水文地质勘察的目的与任务水文地质勘察的目的与任务2 2 水文地质勘察的基本方法水文地质勘察

54、的基本方法 1 1 水文地质勘察的目的与任务水文地质勘察的目的与任务一、一、 水文地质勘察的目的水文地质勘察的目的 通过一系列的现场观测、勘探、试验以及室内实验研究： 1、查明地下水的形成、赋存和运移特征; 2、查明地下水水量、水质的变化规律; 3、为地下水资源评价、开发利用、管理和保护以及环境问题防治提供所需的水文地质依据。二、水文地质勘察的任务二、水文地质勘察的任务 水文地质调查的任务主要有4项： 1、查明地下水的赋存条件 地下水的赋存条件包括含水介质特征及埋藏分布情况. 为了查明地下水的赋存条件，必须对区域地质结构、地层岩性、地貌、水文、植被等进行调查，从而为地下水系统的圈定及开采层的确

55、定提供基础性资料。2、查明地下水的运动特征 地下水在含水层中经常处在不断运动中，地下水的水质和水量不断发生变化,而产生这种变化的原因是地下水的补给和排泄。 因此，水文地质调查应查明地下水的补给、径流和排泄条件及渗流参数，为地下水资源定量评价和开采设计提供水文地质资料。3、查明地下水的动态特征 地下水的水位、水量、水温和水质等随时间在发生不断变化，这种变化既可以由天然因素引起，也可以有人为因素引起。 因此，水文地质调查应查明地下水的水位、水量、水温和水质等随时间变化的规律及其控制因素，为地下水资源开发利用、管理和保护提供资料。4、查明地下水的水文地球化学特征 地下水的化学成分是进行水质评价、确定

56、其利用价值的依据，也可以帮助分析地下水的形成条件及运动特征。 因此，水文地质调查应查明包括地下水和地表水的化学成分，为地下水水质评价、地下水的形成条件及运动特征提供资料。2 2 水文地质勘察的方法水文地质勘察的方法一、常用的方法一、常用的方法当前进行水文地质勘察常用的方法有六类： 1、水文地质测绘（地下水资源地面调查） 2、水文地质钻探 3、水文地质物探 4、水文地质(现场)试验 5、地下水动态观测 6、室内分析、鉴定、模拟试验和实验。一、常用的方法一、常用的方法 1水文地质测绘 水文地质测绘是认识一个地区水文地质条件的基础，也是水文地质勘察的第一步工作。 它是根据一定的精度要求，在地表对地下

57、水和与其相关的地质水文地质现象进行实地的观察、测量、描述、综合分析，并将它们绘制成图件，总结出该地区水文地质规律。 水文地质测绘成果是布置各种水文地质勘探、试验、动态观测等工作的主要依据。 2水文地质钻探 水文地质钻探就是使用一定的钻探工程勘察地表下面较深处的地下水赋存活动情况的工作，是探寻地下水的最直接的勘探手段，也是开采地下水的主要方法,但是费用很高。 3水文地质试验在调查现场为获得各种水文地质参数和解决某些水文地质问题而进行的各种类型的水文地质试验工作。例如抽水试验、弥散试验、示踪试验和渗水试验等，其中抽水试验是最主要的一种水文地质试验。 4、地下水动态观测由于地下水具有流动、可变和可恢

58、复等复杂的特点。为寻找它们的规律性，在进行水文地质调查时，常需对区内主要含水层中地下水的动态进行长期的观测工作。 依据观测结果，才能对区内地下水的形成和变化规律，水质、水量和水位进行正确的评价和预测。 5、室内分析、鉴定、模拟试验和实验为取得地下水水质、岩石的水理性质、岩石破坏及溶蚀机理、含水层的颗粒成分、地下水运动情况，以及地下水年龄等资料，皆需通过室内研究，包括分析、鉴定、模拟试验和实验等工作。 6、水文地质物探 利用地球物理方法查明含水介质水文地质特征的勘探叫水文地质物探。水文地质物探具有工作方便、速度快、成本低、用途广等优点，是当前水文地质调查中不可缺少的工作手段之一。二、新技术与新方

59、法二、新技术与新方法 1、遥感技术 遥感技术是建立在目标物体电磁波辐射理论上的。通过安装在运载工具（飞机、人造卫星、宇宙飞船等）上的遥感器，远距离对地球表面物体电磁波辐射的信息，通过接收、传输、处理，从中提取有关地质、水文地质的信息。目前在水文地质调查中常用的有航空摄影、多波段卫星测量和红外测量。1.遥感技术 （1）利用航片和卫片 可以解释出地层岩性、地质构造、地貌、植被和地表水系，勾绘出地貌图和地质图，作为水文地质测绘的原始图件，经野外实地验证和补充，完成水文地质测绘任务。（1）利用航片和卫片1、遥感技术 （2）利用红外测量 可很容易发现地下水向地表水的排泄位置； 可以寻找松散沉积物中埋深不

60、超过10m的地下水； 可以确定泉和沼泽的位置； 确定充水断层、岩溶发育带及暗河出口， 确定包气带湿度，圈定热水分布范围及冻土分布等，并可通过查明地表水体的污染来间接判断地下水污染的线索。 2、同位素技术 地下水在形成和运移过程中，各种化学组分的同位素成分都会进入水中.利用这些同位素踪迹可以研究地下水及其与环境介质之间的关系。环境同位素能对地下水起着标记和记时作用。因此被广泛应用于水文地质调查工作中。2、同位素技术目前在水文地质调查中应用同位素技术可解决下列问题： （1）放射性环境同位素-测定地下水年龄（3H和14C测年法） （2）放射性环境同位素-研究包气带水的运动 （3）稳定环境同位素-研究