工程地质学复习资料

1、绪论1、工程地质学概念工程地质学是研究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学科，它以地学学科的理论为基础，应用数学、力学的知识与成就和工程学科的技术与方法来解决与工程规划、设计、施工和运营有关的地质问题。2、工程地质条件概念工程活动的地质环境，也称工程地质条件，主要有：岩土体的工程特征：包括他们的成因、时代、岩性、成岩作用特点、变质程度等地形地貌：地形指地表高低起伏状况，地貌说明地形形成的原因过程和年代地质构造：褶皱、断层、节理构造的分布和特征水文地质条件：包括地下水的成因、分布、动态和化学成分等物理地质现象：滑坡、崩塌、泥石流等地质物理环境：地应力、地热等天然建筑材料：

2、河沙、砾石等3、工程地质概念工程地质问题指的是工程地质条件与工程建设之间所存在的矛盾和问题。4、工程地质学的基本任务评价场地的工程地质条件预测分析工程地质条件的变化和工程地址问题选择最佳场地，提出工程对策提出各设计阶段所需的地质资料，服务于工程建设全过程5、研究方法工程地质学的主要研究方法包括地质学方法、实验和测试方法、计算方法和模拟方法6、工程地质学的分支学科工程岩土学、工程动力地质学、工程地质勘察、区域工程地质学、环境工程地质学等第一章:岩土体结构的工程地质研究1、基本概念土:地表的岩石经过风化、剥蚀成岩屑，又经过搬运沉积而成的沉积物，也叫第四纪沉积层岩石：矿物、岩屑的集合体岩块：不含显著

3、结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体岩体：地质历史过程中形成的，由岩块和结构面组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水的等地质环境中的地质体结构面：岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸或具有一定厚度的地质界面结构体：结构面在空间的分布和组合可将岩体分割成形状、大小不同的块体，称结构体2、结构面分类与概念从地质成因分为三类：原生结构面:指在成岩过程中形成的结构面，细分为沉积、岩浆、变质结构面构造结构面:岩体形成后再构造应力的作用下形成的结构面次生结构面:是指在岩体形成后在外营力作用下产生的结构面从力学成因分为张性和剪性结构面两类。3、结构面特征方位（产状）：指走

4、向、倾向和倾角连续性：指结构面的贯通程度间距：相邻结构面之间的垂直距离填充物：指填充于结构面相邻岩壁间的物质张开度:指结构面两壁面间的垂直距离粗糙度:结构面侧壁的粗糙程度结构面的侧壁强度：直接影响岩体的抗剪强度和变形性质渗流：单个结构面或整个岩体中所见到的水流情况节理组数：是指组成交叉节理系统的节理组数目，分较不发育、较发育、发育、很发育块体大小、岩石质量指标RQD、岩体完整性系数、岩体波速比K、结构面强度系数Kf4、结构面的抗剪强度类型无填充的结构面的抗剪强(平直无填充、粗糙起伏无填充、规则锯齿形、不规则起伏状)有填充的结构面的抗剪强度5、岩体结构分类整体状、块状、层状、碎块状、散体状6、岩

5、体的工程分类方法:通过岩体的一些简单和容易实测的指标，把工程地质条件和岩体力学性质参数联系起来，并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对岩体进行归类的一种工作方法。目的:通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。第二章：软岩和软土的工程地质研究 1、概念软弱岩石：力学强度低，遇水容易软化，在外荷载作用下易于产生压缩变形的岩石，根据单轴抗压强度分类为坚硬岩石、半坚硬岩和软弱岩石；根据成因分类为软质岩、构造岩或破碎岩、风化岩。2、泥质夹层的概念、形成条件与特征概念：是软弱夹层中物理力学

6、性质最差，强度最低的关键部位，对岩体稳定起控制作用条件：软弱岩层是物质基础、构造破坏是基本条件、地下水和风化作用是主导因素特征：具有明显的错动面和分带性、矿物成分以粘土矿物为主、粒度成分以粘土矿物为主、具有明显的膨胀性，有节理带、劈理带和泥化带3、风化岩石及基本概念风化作用：组成地壳的上部岩体，在太阳的辐射、水、大气、及生物各种营力的作用下，使其成分和结构不断发生变化，这些使岩体成分和结构发生变异的地质作用，总称为风化作用。风化岩石：母岩经受风化作用后，使其成分、结构、物理力学性质和化学性质发生变异而形成的一种次生岩石。4、风化岩石的研究目的a、根据岩石风化的程度及空间分布，选择场址，进行合理

7、布局；b、根据风化岩石的物理力学性质及其与建筑物的适应性，确定持力层；c、根据岩石风化速度、风化程度及物理力学性质，确定边坡工程的合理稳定坡角；d、根据风化产物的特征及场地工程地质条件，选择地下洞室施工开挖的设备及方法，确定对已风化岩石的处理措施；e、根据岩石风化速度、风化营力、风化作用类型及影响因素等，确定基坑、路堑保持开场状态的安全期限，选择防止岩石风化的措施。5、风化岩石的研究内容和影响因素研究内容：是要对岩体按风化程度进行分带，研究各带岩体的工程地质性质和物理力学性质指标。此外，风化岩性的产状特点和厚度对工程建筑场地的选择、地基抗滑稳定的影响，也属于风化岩体工程地质研究的内容。影响因素

8、：岩性、地质构造、气候、地貌、地下水6、软土概念和工程特性软土为粘性土中的特殊类型，即淤泥或淤泥质土。概念：是在沿海地区的滨海、河口三角洲、溺谷、泻湖，内陆平原或山区的湖塘、沼泽、河谷等静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并经生物和化学作用的饱和软粘土。特性：含水量高、孔隙率高、渗透性弱、压缩性高、抗剪强度低、触变性差第三章：地应力的工程地质研究1、地应力概念与分类应力一般是指地壳岩体处在未经人为扰动的天然状态下具有的内应力，分为自重应力、构造应力、剩余应力和变异应力1、地应力空间分布特点及规律特点：以东经100105o为界分东西两区，强度上西强东弱（西高东低），方向上西：NNE-SSW为主，东：

9、近E-W2、地应力的研究内容和方法内容：构造应力场的演变史和现代地应力的基本特征、高地应力区存在及分布、岩组分析、现场测定、构造应力图的编制方法：直接测试法，包括应力恢复法、应力解除法、水压致裂法 间接测试法，包括钻孔崩落法、定向岩心非弹性应变恢复法、凯塞尔效应测试法3、地应力的分类自重应力：由岩体自重产生的应力。构造应力，由构造运动引起的地应力剩余应力：指地壳风化剥蚀，承载岩体由于卸荷作用残留在岩体中的自相平衡的应力，致使垂直应力相应降低，水平用力则保持不变。变异应力：是由岩体的物理状态、化学性质或赋存条件方面的变化而引起的应力，通常只具有局部意义第四章：区域稳定性1、区域稳定性概念、研究目

10、的、研究方法指工程建设地区，在内外动力的综合作用下，现今地壳及其表层的相对稳定程度 目的：探讨现今地壳的活动性及其对工程建筑和地质环境的作用和影响避开活动构造带，选择区域相对稳定的地区作为工程场址或线路在活动构造区内选择相对稳定的地块或地带作为工程场址或线路确定工程场址的基本烈度为保护和合理利用环境以及防止地质灾害提供科学依据研究的方法：以区域构造分析为基础，从地壳形变和构造应力场的演化过程，探讨断裂构造的活动性，研究历史地震和地震地质资料，进而探讨工程地基、场地的地震效应和地震动力学问题，进行地壳稳定性分区 2、活断层的概念一般是指目前仍在活动或近代地质时期曾经活动过、而不久的将来仍可能重新

11、活动的断层，(时间界限不明确、不统一)，后一种情况也可称为潜在活断层3、活断层的鉴别方法与研究意义鉴别方法：借助地质学、地貌学、地震地质学以及现代测试技术等方法和手段，定性和定量地鉴别它，从地质、地貌、水文地质、地球物理、地变形测量、历史地震标志和历史地表错段资料进行判别。研究意义：a、活断层的地面错动及其附近的伴生的地面变形，往往会直接损害跨断层修建或建于其邻近的建筑物b、活断层多伴有地震，而强烈地震又会使建于活断层附近的较大范围内的建筑物受到损害。4、活断层的特性包括活断层的类型和活动方式，活断层的规模、活断层的错动速率及其分级、活断层的重复活动周期、以及作为活断层活动记录的古地震事件等5

12、、活断层的类型和活动方式类型：按构造应力状态及两盘相对位移的性质可将活断层划分为地质上熟悉的三种类型，即：走向滑动或平移断层，逆断层和正断层活动：两种基本方式是粘滑与蠕滑。粘滑错动是间断性突然发生的，蠕滑的错动是持续平稳的发生的6、地震相关概念地震波：地震时震源释放的应变能以弹性波的形式向四面八方传播，这种弹性波就是地震波。地震波包括两种：体波、面波地震周期：是指特定活动断层或一个地区从弹性应变积累到释放（地震）所需的时间卓越周期：由于地表岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，某种岩土体总是以某种周期的波选择放大得尤为明显而突出，使地震记录图上的这种波记录得多而好地震烈度：是衡量地震所引起的

13、地面震动强烈程度的尺度设计烈度：根据基本烈度或场地烈度，结合建筑物所在地的重要性、等级，以及结构物的特点，为保证建筑物的安全而修正的烈度场地烈度：某一地区或场区，根据其地区的地质条件的不同，参照基本烈度加以修正的烈度基本烈度：50年期限内，一般场地土条件下，场区可能遭遇超越概率为10%的烈度值7、砂土液化相关概念与机理砂土液化：饱水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机理：在地震过程中，较疏松的饱水砂士在地震动引起的剪切力反复作用下，砂粒间相互位置产生调整，而使砂土趋于密实。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，伴随砂土孔隙度减小而透水性

14、变弱，因而排水愈来愈不通畅，应排除的水来不及排走，而水又是不可压缩的，于是就产生了剩余孔隙水压力8、砂土液化引起破坏的形式地基失效、喷水和冒砂、滑塌、地面沉降及地面塌陷9、 防止液化处理措施a、人工改良地基法措施消除液化可能性或限制其液化程度，主要有增加盖重、换土、增加可液化砂土层密实程度和加速空隙水压力消散等措施b、围封法，用板桩、混凝土截水墙、沉箱等将可化砂层截断封闭，以切断板桩外侧液化砂层对地基的影响，增加地基内土层的侧向压力c、加密是一种广泛采用而行之有效的措施。目前采用的有振冲加密法、砂桩挤密法、强夯法和爆炸加密法等几种10、水库诱发地震的诱发机制（成因）水库荷载机制、孔隙水压力机制

15、、岩溶塌陷与气爆机制等11、水库诱发地震的共同特点震中密集于库坝附近、震源极浅、地震活动峰值在时间上均较水位或库容峰值有所滞后12、水库诱发地震的工程地质条件岩性、地质构造成因、岩溶坍塌与气爆成因第五章：坝基稳定性的工程地质研究1、导致坝体破坏的变形失稳方式沉陷变形和滑动变形2、库区渗漏分类及相关概念分为暂时性渗漏（饱和库水位以下空隙而损失的水）、久性渗漏（通过一些集中的渗漏通道持续向库外渗漏）渗透压力：渗透水流作用于岩土上的力，称为渗透压力，又称为动水压力渗透变形（渗透破坏）：当渗透压力达到一定值时，岩土中一些颗粒甚至整体就会发生移动而被渗流带走，从而引起岩土的结构变松，强度降低，甚至整体发

16、生破坏，这种现象称为渗透破坏3、不同坝对地质条件的要求土石坝：对坝基工程地质的要求较低，可以在软基和工程地质条件复杂的地基上兴建。不许坝端宣泄洪水，所以，坝址附近在地形上最好有天然垭口以便布置溢洪道，或是有利于布置侧槽式溢洪道、溢洪洞的地形地质条件。土石坝是当地材料坝，坝区附近有足够数量的、合乎质量标准又易于开采运输的粘土、砂砾石或堆石料，是修建土石坝的必要条件。重力坝:坝基应有足够的抗压强度和与坝体混凝土相适应的弹性模量，其均匀性和完整性也应较好，能承受坝体传来的巨大压力，不致产生过大的变形或不均匀变形，坝基(肩)应有良好的抗渗性，在库水上下游水头差作用下不发生大量渗漏，不产生过大的扬压力，

17、也不会产生岩体的软化、泥化和软弱夹层、断层破碎带的渗透变形拱坝：外荷载主要是通过拱的作用传递到坝端两岸，所以拱坝的稳定性主要是依靠坝端两岸岩体维持，两端拱座岩体应该坚硬、新鲜、完整，强度高而均匀，透水性小，耐风化、无较大断层，特别是顺河向断层、破碎带和软弱夹层等不利结构面和结构体，拱座山体厚实稳定，不致因变形或滑动而使坝体失稳。支墩：面板直接承受上游水压力和泥沙压力等荷载，通过支墩将荷载传给地基。面板和支墩连成整体，或用缝分开 4、坝基岩体滑动破坏类型表层滑动、浅层滑动、深层滑动5、渗透变形的类型潜蚀、管涌、流土6、防渗措施松散地层:垂直截流、铺盖防渗、排水减压裂隙岩层：帷幕灌浆、排水孔、防渗

18、井岩溶地区:堵、截、围、铺、灌7、坝基处理清基、裂隙岩层的处理、软弱破坏带的处理第六章：边坡稳定性1、边坡相关概念自然边坡：自然地质作用下形成的山体斜坡、河谷岸坡。海岸陡崖等人工边坡：人类工程活动形成规模不同、陡缓不等的斜坡 崩塌：在陡坡地段，边坡上部的岩体受陡倾裂隙切割，在重力作用下，突然以高速脱离母岩翻滚坠落的急剧变形破坏现象滑坡：滑坡是指边坡一部分岩体以一定速度沿某一滑动面发生剪切滑动的现象2、边坡破坏类型松弛张裂、蠕动、崩塌、倾倒、溃屈、滑坡崩塌：在陡坡地段，边坡上部的岩体受裂隙切割，在重力作用下突然以高速脱离母岩翻滚坠落的急剧变形破坏现象3、边坡稳定性评价方法地质分析法、力学计算法、

19、工程地质类比法4、边坡防护措施消除和减轻地表水和地下水的危害：水平钻孔疏干、垂直孔排水、竖井抽水、隧洞疏干等改善边坡岩土体的力学强度:削坡减载、边坡人工加固5、影响边坡稳定性因素内因：岩土体的性质、地质构造、岩体初始应力外因：水的作用、地震、岩体风化、工程荷载条件、人工开挖6、滑坡分类形成历史分：古滑坡、老滑坡、新滑坡、现代滑坡发展阶段分：幼年期、青年期、壮年期、老年期力学特征分：推动式、牵引式、平移式7、滑坡要素滑坡体、滑动带、滑动面、滑坡床、滑坡壁、滑坡台阶、滑坡舌、滑坡周界、封闭洼地、主滑线、滑坡裂隙8、边坡应力分布特征a、边坡附近主应力迹线发生明显偏转b、在坡顶出现拉应力，坡脚和河谷底

20、部形成应力集中带c、从坡面向深部出现应力分带现象第七章：地下洞室围岩稳定性1、地下洞室围岩失稳的类型脆性破坏、块体滑动与塌落、层状岩体的弯曲折断、破裂岩体的松动解脱2、影响围岩稳定性的因素岩石性质、地质构造、地下水、地应力、地形、岩石风化3、地下洞室开挖前后应力特征有何不同在洞室开挖前，岩体中每个质点都受天然应力作用而处于相对平衡状态。开凿后，开挖周边上的岩体因失去支撑，原始应力平衡状态发生变化，造成邻近周边的岩体发生松胀，同时岩体内应力应变和能量都要做相应的调整，以便达到新的平衡状态。第八章：岩溶1、岩溶概念岩溶作用：地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用岩溶:在可溶性岩石分布区，由于地

21、表水和地下水对可溶岩进行化学溶蚀、机械侵蚀、迁移和堆积作用形成的各种地貌现象1、影响岩溶发育的因素喀斯特水的溶蚀力、碳酸盐岩成分、水的循环交替条件2、岩溶的发育规律a、岩溶发育随深度的变化 岩溶化程度:一般随深度增加而减弱岩溶基准面:岩溶向地下深处发育的下限面地下暗河向源侵蚀:使地下分水岭和地形分水岭不相符合b、岩溶发育具有不均一性：发育的速度，程度及其空间分布的不均一性。岩溶发育受到岩性，地质构造和岩溶水循环交替的控制c、岩溶发育的阶段性和多代性，岩溶发育是个缓慢的过程，由幼年期到青年期到中年期到老年期逐渐的发生，发展和消亡d、溶洞具有成层性，因为岩溶水排泄基准面的变化，与河流地质作用相应e、岩溶发育的地带性:主要受气候控制3、岩溶的形态特征溶沟、石芽、石林、落水洞、漏斗、溶蚀洼地、溶蚀盆地、峰丛、峰林、孤峰、溶洞、暗河4、岩溶地区的工程地质问题岩溶渗漏问题、地基稳定问题、洞室稳定与涌水5、岩溶的防渗防治措施堵:采用不同材