工程地质学原理重点最新完整复习总结.docx
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工程地质学原理重点最新完整复习总结
工程地质条件:
与工程建设有关的地质因素的综合。
它是在自然地质历史发展演化过程中形成的,是客观存在。
地质因素包括岩土类型及其工程性质、地质结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等方面,它是一个综合概念。
工程地质问题:
指工程地质条件与建筑物之间所存在的矛盾或问题。
工程地质学:
工程地质学是地质学的分支学科。
它是一门研究与工程建设有关的地质问题、为工程建设服务的地质科学,属应用地质学范畴。
工程地质学的主要任务:
①阐明建筑地区的工程地质条件,并指出对建筑物有利的和不利的因素;
②论证建筑物所存在的工程地质问题,进行定性和定量评价,作出确切的结论;
③选择地质条件优良的建筑场址,并根据场址的地质条件合理配置各个建筑物;
④研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响,预测其发展演化趋势,并提出对地质环境合理利用和保护建议;
⑤根据建筑场址的具体地质条件,提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议,以及保证建筑物正确使用所影注意的地质要求;
⑥为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。
工程地质分析的基本方法
主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验和工程地质类比法。
（1自然历史分析法:
即地质学方法,它是工程地质学最基本的一种研究方法。
自然历史分析法就是通过研究工程地质问题（现象形成的地质历史和所处的自然地质环境,根据它的形态（外形和地质结构、变形破坏形迹,以及影响其稳定性的各种因素的特征和相互关系,从而对它的演变阶段和稳定状况作出评价和预测的一种方法。
（2数学力学分析法:
是在自然历史分析的基础上开展的。
对某一工程地质问题或工程动力地质现象,在进行自然历史分析之后,根据所确定的边界条件和计算参数,运用理论公式或经验公式进行定量计算,给出评价或预测结果的方法。
（3模型模拟试验法:
是用来探索自然地质作用规律,揭示某一工程动力地质作用或工程地质问题产生的力学机制、发生、发展演化全过程,最终作出正确
工程地质评价的方法。
（4工程地质类比法:
是将已建建筑物工程地质问题的评价经验运用到自然地质条件与之大致相同拟建的同类建筑物中去的一种定性、半定量方法。
这种方法的基础是相似性。
即自然地质条件、建筑物的工作方式、所预测的工程地质问题性质都应大致相同或近似。
活断层:
指目前正在活动的断层,或近期曾有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层。
“近期”的概念应遵循两大原则:
（1.应从断裂活动的延续性考虑;（2.应考虑对工程建设最有利、最合适。
“不久的将来”,以应结合工程寿命来考虑,工程的使用年限一般为数十年,一些大型水利工程级核电站等重要建筑物为一百年或更多一些,总的按100年考虑较为合适。
活断层的活动方式:
以及和地震的关系
（1一种是以地震方式产生间歇性地突然滑动,这种断层称地震断层或粘滑型断层;
（2一种是沿断层面两侧岩层连续缓慢滑动,这种断层称蠕变断层或蠕滑型断层。
（1前者:
围岩强度高,断裂带锁固能力强,能不断积累应变能,当应力达到一定强度极限后产生突然滑动,迅速而强烈地释放应变能,造成地震。
故沿这种断层往往有周期性地震活
动。
（2后者:
围岩强度低,断裂带内含有软弱充填物,或孔隙水压、地温的高异常带内,断裂带锁固能力弱,不能积累较大的应变能,在受力过程中易于发生持续而缓慢地滑动。
断层活动一般无地震发生,有时可伴有小震。
活断层的鉴别标志
（1.地质标志:
a.断层两侧地层岩性和产状截然不同,被错断,是最本质最重要最可靠的标志。
注意与滑动面区别;
b.第四纪沉积层变形,砾石层中的砾石受剪断或压碎,视断层性质而定;
c.断层带（面的岩石因挤压磨碎,表现为松散、未胶结的破碎带。
d.在强震过程中沿活动性断裂带常常出现地裂缝。
（2.地貌标志:
a.“风口”、“垭口”
b.夷平面解体
c.阶地变化
d.河流弯
e.山脊山谷错动
f.两种地貌单元直线相接的部位
g.滑坡、崩塌、泥石流等物理地质现象发育部位。
地震:
在地壳表层,因弹性波传播所引起的震动作用或现象。
按其成因可分为构造地震、火山地震和陷落地震。
此外,人类工程活动如采矿、水库蓄水、深井注水、地下爆破、核爆炸也可诱发地震。
震源参数:
根据地震记录图,按弹性变位理论进行复杂计算,还可求出限定震源物理过程的多个物理量,通称为震源参数。
需要以下七个物理量,即:
（1断层面长度（L;（2断层宽度（W;（3断层走向;（4断层倾向和倾角;（5断层错动方向;（6断层错距（D;（7断层破裂的扩展速度。
地震震级:
是表示地震本身大小的尺度,是由地震所释放出来的能量大小所决定的。
释放出的能量愈大则震级念大,因为一次地震释放的能量是固定的,所以无论在任何地方测定只有一个震级。
地震烈度:
是衡量地震所引起的地面震动强烈程度的尺度。
它不仅取决于地震能量,同时也受震源深度、震中距、地震传播介质等因素的制约。
一次地震只有一个震级,但不同地点,烈度大小是不一样的。
基本烈度:
指在今后一定时间（按一百年考虑和一定地区范围内一般场地条件下可能遭受的最大烈度。
场地烈度:
根据建设场地具体的工程地质条件而对基本烈度的调整或修正。
一般调整范围:
0.5`1.0度
设防烈度:
是根据建筑物的重要性,经济性等需要对基本烈度的调整。
地震小区划
调整烈度小区划、调整反应谱小区划和设计地震动小区划。
（1调整烈度小区划:
在位于同一个基本烈度区内的场地内,不同地段水文地质工程地质条件有所不同,据此调整各地段的烈度使之较基本烈度有所增减,分别得出各地段的场地烈度,从而区划出具不同场地烈度的各小区,每一小区按其场地烈应选用相应的地震系数（及再按静力法确定该小区设计用地震力。
故这种小区划实质上是静力的小区划.
（2调整反应谱小区划:
认识到地面震动的频谱特征对建筑物因共振而破坏的重要作用,自20世纪50年代兴起了结构抗震设计的反应谱理论。
它假定结构为单质点弹性体,作用于其基底的地震运动则简化为简谐振动,此时结构系统的动力反应不仅决定于地面运动的最大加速度和频谱特征,还取决于结构物本身的动力特性,主要是结构的自振周期（T和阻尼比（ζ。
（3设计地震动小区划:
在统一考虑地震环境和场地条件的基础上进行。
考虑地震环境就是首先进行地震危险性概率分析,根据场地的地震环境确定基岩地震动参数;考虑场地条件,最好的办法就是进行场地地震反应分析。
场地地震反应分析是由基岩向上覆土层输入数值向上的剪切波,将上覆土层作为一个“结构体”计算其动力反应,求出地面加速度时程和反应谱。
砂土液化:
饱和砂土在地震、动力荷载或其他外力作用下,受到强烈振动而丧失抗剪强度,使砂土处于悬浮状态,致使地基失效的作用或现象。
或称为振动液化
砂土液化引起的破坏主要有四种:
（1涌砂:
涌出的砂掩盖农田,压死作物,使沃土盐碱化、砂质化,同时造成河床、渠道、径井筒等淤塞,使农业灌溉设施受到严重损害。
（2地基失效:
砂土液化造成地基的承栽能力完全丧失,则其上的建筑物就会产生强烈沉陷、倾倒,甚至倒塌。
（3滑塌:
由于下伏砂层或敏感粘土层震动液化和流动,可引起大规模滑坡。
这类滑坡可以产生在极缓,甚至水平场地。
（4地面沉降及地面塌陷:
饱水疏松砂因扰动而变密,地面也随之而下沉,低平的滨海湖平原可因下沉而受到海湖及洪水的浸
淹,使之不适于作为建筑物地基。
岩石风化:
岩石在各种风化营力作用下,所发生的物理和化学变化过程,称为岩石风化。
它包括岩石所感受的风化作用和其所产生的结果两个方面。
风化作用可分为物理风化、化学风化和生物风化三种。
分带的标志
1.颜色:
风化程度不同,颜色有明显差异
2.岩体破碎程度:
随着风化程度加深,完整岩石逐渐变为碎块状、碎石土状、砂粒、粉粒、粘粒。
3.矿物成分变化:
不同矿物抗风化能力不同（如前所述,可依据矿物共生组合规律,作为风化壳垂直分带标志。
4.岩石水理、物理、力学性质变化:
在风化壳剖面上,有上到下这些性质变化趋势是:
①孔隙性、压缩性有大到小;②吸水性由强到弱;③声波速度由小到大;④强度由低到高等。
5.钻探掘进及开挖中的技术特性:
风化程度不同的岩石,其完整性和坚固性不同,因此,勘探中的钻探方法、钻进速度、岩芯采取率、掘进方法及难易程度是不同的,同时施工中开挖方法及进度各异。
斜坡变形破坏:
是内、外动力地质作用及人类活动作用下,斜坡岩土体处于不稳定状
态或失稳的一种现象。
斜坡破坏:
系指斜坡岩（土体中已形成贯通性破坏面时的变动。
斜坡变形:
在贯通性破坏面形成之前,斜坡岩体的变形与局部破裂,称为斜坡变形。
变形体:
斜坡中已有明显变形破裂迹象的岩土体,或已查明处于进展性变形的岩土体,称为变形体。
斜坡应力场的基本特征
（1由于应力的重分布,斜坡周围主应力迹线发生明显偏转。
无论是在重力场条件下,还是在以水平应力为主的构造应力场条件下,其总的特征表现为愈靠近临空面,最大主应力愈接近平行于临空面,最小主应力则与之近于正交,向坡体内部逐渐恢复到原始应力状态。
（2由于应力分异的结果,在临空面附近造成应力集中带。
但坡脚区和坡缘（斜坡面与坡顶面的交线区情况有所不同:
坡脚附近最大主应力（相当于临空面的切向应力显著增高,且愈近表面愈高;最小主应力（相当于径向应力显著降低,于表面处降为零,甚至转为拉应力。
因而,这一带是斜坡中应力差或最大剪应力最高的部位,形成一最大剪应力增高带,通常是斜坡中最容易发生变形
和破坏的部位,往往因此而产生与坡面或坡底面平行的压致拉裂面。
坡缘附近,在一定条件下,坡面的径向应力和坡顶面的切向应力可转为拉应力,形成一张力带。
因而,这些部位的岩体容易被拉裂形成与坡面近于平行的拉裂面。
（3与主应力迹线偏转相联系,坡体内最大剪应力迹线由原先直线变为近似圆弧线,弧的下凹面朝着临空方向。
这也是均质岩土体中斜坡破坏面成圆弧状的原因。
（4坡面处由于径向压力实际等于零,所以实际上处于单向应力状态（不考虑斜坡
走向方向的σ2时,向内渐变为两向或三向（考虑σ2时状态。
简述影响斜坡稳定性的因素
最主要的有岩土类型及性质、地质结构、水文地质条件等。
除此之外,还有岩石风化、地表水、大气降水作用、地震及人类活动等。
这些因素综合起来可分为两大方面:
内在因素和外在因素。
内因:
1.地形地貌2.地层岩性（岩土类型和性质
3.地质结构构造4.地下水分布5.植被作用
外因:
1.水的作用:
（1地表水（地面径流、河流等作用;（2地下水作用;（3降水（融雪作用
2.地震作用3.人为作用:
（1爆破和机械振动;（2切坡或加载;（3破坏植被;（4矿藏开采
渗透变形或渗透破坏:
当渗透力达到一定值时,岩土中一些颗粒、甚至整体就发生移动,从而引起岩土体的变形和破坏。
这种作用或现象,称为~。
管涌或潜蚀:
在渗流作用下,单个土颗粒发生独立移动的现象。
可分为垂直管涌和水平管涌。
流土:
在渗流作用下,一定体积的土体同时发生移动的现象。
一般发生在均质砂土层和亚砂土层中,流沙就是,危害大于管涌。
渗透变形产生的条件
（1必要条件是:
渗透水流有足够大的动水压力和土体具有一定的结构特性。
结构特性包括土中粗细颗粒直径比例、细粒物质含量和土的级配特征等方面。
（2充分条件:
1宏观地质因素:
（1地层组合关系:
在坝基下表现最为明显。
（2地形地貌条件——沟谷切割,古河道分布
2、工程因素主要包括:
大坝及汲水井的渗流出口条件;库水位的急剧消落;施工破坏坝前弱透水层;建筑物地面轮廓等仅讨论渗流出口条件问题。
坝后渗流溢出口直接临空,且此处的水力梯度较整个渗径上的平均水力梯度
为高,水流方向也有利于土的松动和悬浮,最易产生渗透变形。
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:
岩溶作用及其所产生的地质现象和水文现象的总称。
国际上称为喀斯特。
岩溶发育的基本条件:
（1具可溶性岩石;
（2具溶蚀能力的水;
（3具良好的水的循环交替条件,即具有良好的地下水补给、径流和排泄条件。
岩溶渗漏的形式
按渗漏通道:
分为（1裂隙分散渗漏;（2管道集中渗漏。
按库水漏失特点:
分为:
（1暂时性渗漏（库水饱和库底包气带的岩溶洞穴和裂隙所消耗的水量,待洞穴和裂隙饱水后渗漏即停止。
库水贮于岩体空隙中,不会造成水量的损失。
;
（2永久性渗漏（库水通过岩溶化岩体流向本河下游、邻谷、低地及干流等处,造成库水的损失。
。
岩溶地基变形破坏的主要方式
（1地基承载力不足:
在覆盖型岩溶区,上覆松软土强度较低,或建筑荷载过大,引起地基发生剪切破坏,进而导致建筑物的变形和破坏。
（2地基不均匀下沉:
在覆盖型岩溶区,下伏石芽、溶沟,落水洞、漏斗等造成基岩面的较大起伏,当其上部有性质不同、厚度不等的粘性土分布时,在建筑物附加荷载作用下,产生地基不均匀下沉,从而导致建筑物的倾斜、开裂、倾倒及破坏。
（3地基滑动:
在裸露型岩溶区,当基础砌置在溶沟、溶隙、落水洞、漏斗附近时,有可能使基础下岩体沿倾向临空的软弱结构面产生滑动,进而引起建筑物的破坏（图7.20。
（4地表塌陷:
在地基主要受力层范围内,如有溶洞、暗河、土洞时,在自然条件下,或因建筑物的附加荷载、抽排地下水等因素作用,产生洞顶坍塌,引起地面沉陷、开裂,以至使地基突然下沉,形成地表塌陷,进而导致建筑物的破坏。
岩溶渗漏的防治措施
（一、降低岩体透水性、截断渗漏通道
（二、合理导水导气。
我国水利建设实践中,采用灌（灌浆、铺（铺盖、堵（堵洞、截（截渗、导（疏导等方法处理岩溶渗漏问题。
岩溶地基处理措施（7种
（1挖填（2跨盖（3灌浆（4桩基（5合理疏导水气（6绕
避（7强夯
河流的侵蚀、沉积作用:
是河流地质作用的重要形式,是改变地形最重要的地质作用之一,两者既相互依存又相互制约,此长彼伏。
河流搬运作用:
介于侵蚀与沉积作用之间的过渡过程。
换句话说,侵蚀与沉积作用平衡时,河流地质作用以搬运为主。
河流的变化与发展是水流与河床相互作用的结果。
河流工程地质问题
在河流上修建各种建筑物,必然会产生各种工程地质问题。
一、水库淤积——壅水淤积、异重流淤积
（1壅水淤积:
建库后,因洪水期浑水进入壅水段,泥沙扩散到全断面,随着挟沙能力沿流程降低,泥沙沉积于库底,且粗粒沉积于上游,细粒沉积在下游,形成淤积三角洲,这就是壅水淤积。
（2异重流淤积:
当入库水流含沙量高,并有足够的流速时,浑水进入壅水段后可不与清水混淆扩散而潜入清水之下,沿库底向下游继续运动,并可一直运行到坝前,并在回流作用下使水库变浑,细颗粒缓缓落于库底,多见于多泥沙河流中。
如果及时开启排沙底孔闸门,异重流浑水即能排出库外。
二、坝下游河床再造:
建库改变了下游河道的水动力条件,破坏了河床原有平衡状态,引起下游河床再造,建立新的平衡河道。
建库后,下泄水流对下游河床产生冲刷作用。
下游冲刷有时可达到很长的距离。
三、破坏工程建筑的稳定:
1.侵蚀作用,威胁着紧靠河岸,甚至远离河岸建筑物的安全。
2.河底冲刷,威胁跨河建筑物（如桥梁、堤坝地基的稳定性。
3.侧向侵蚀,会引起岸坡滑坡、崩塌等。
4.搬运和沉积作用,使码头、取水建筑物等发生淤塞降低效能。
5.水库淤积作用会降低水库的效能;更为严重的是,由于河床的淤浅、淤高,形成地上悬河,在洪水季节造成河流决口,甚至改道,带来极大的灾害。
河流环境工程地质问题:
1.水库诱发地震,微震频繁;
2.耕地的盐碱化;土地沙化加剧;
3.泥沙淤积:
地下水位普遍上升;
4.黄土湿陷、裂缝、滑坡、房屋和水井倒塌、地下水质恶化、土地沼泽化和盐渍化等。
泥石流:
是指发生在山区小型流域中、短暂的、饱含泥沙的特殊洪流,是
水土流失发展到严重阶段的表现。
流体重度一般大于13kN/m3,含沙量大于600kg/m3。
泥石流的形成条件
必须具备三大条件:
地形条件、地质条件和气象水文条件。
1.地形条件:
主要指沟谷条件
2.地质条件:
主要决定了松散固体物质来源
3.气象水文条件:
水动力条件
泥石流的基本特征
（1类型特征
泥石流流域形态分类:
沟谷型、山坡型和标准型泥石流
按泥石流的物质组成分类:
泥流型、水石型、泥石型
按泥石流的流体性质分类:
粘性和稀性泥石流
（2泥石流的重度特征:
取决于水体与固体物质含量的相对比例以及固体物质中细颗粒成分的多少。
固体物质百分含量愈高、细颗粒成分愈多,泥石流重度愈大。
沟道纵坡与重度也有一定关系。
纵坡愈大,重度愈大。
重度大、浮托力大、搬运能力强、破坏力大。
（3泥石流的结构特征:
1网格结构:
由粘粒和含电解质的水构成。
2网粒结构:
由砂粒和细粒浆体所构成。
3格架结构:
由石块与具有网粒结构的粗粒浆体所构成。
较前两种冲击力大,破坏性大。
（4泥石流的运动特征
流态除受沟床条件控制外,主要受水体与固体物质量的比值以及固体物质的粒径级配所制约。
泥石流流态有三种:
紊动流、扰动流和蠕动流。
还具有直进性和脉动性特征。
泥石流防治
1.生物措施:
采用植物造林,种植草皮及合理耕种等方法,使流域内形成一种多结构的地面保护层,以拦截降水,增加入渗及汇水阻力,保护表土免受侵蚀。
当植物群落形成后,不仅能防治泥石流,而且改变了水分和大气循环,对当地农业、林业都有好处。
2.工程措施:
主要类型有:
①防治泥石流发生的措施（挡土墙、护坡、调洪水库、截水沟和引水渠;
②拦截泥石流措施（拦挡坝;
③泥石流排导措施（排导沟、渡槽、急流槽、导流堤等;
④储淤工程（拦淤库和储淤场。
3.综合治理:
在泥石流防治中,最好采用生物防治和工程措施相结合的办法。
这样既可以做到当年见效,又可在较短时间内防止泥石流的发生,这种方法称为综合治理。
诱发地震:
是指由于人类活动而导致的地震活动。
在一定条件下,人类的工程活动可以诱发地震,诸如修建水库、城市或油田的抽水（液或注水（液、矿山坑道的崩塌、以及人工爆破或地下核爆炸等都能引起当地出现异常的地震活动,这类地震活动统称为诱发地震。
地面沉降:
是指地面高程的降低,又称地面下沉或地沉,均指地壳表面某一局部范围内的总体下降运动。
地面沉降的特点:
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千平方公里。
地面沉降的危害:
（1沿海地区沉降使地面低于海面,受海水侵袭;
（2一些港口城市,由于码头、堤岸的沉降而丧失或降低了港湾设施
的能力;
（3桥墩下沉,桥梁净空减小,影响水上交通.
（4在一些地面沉降强烈的地区,伴随地面垂直沉陷而发生的较大水平位移,往往会对许多地面和地下构筑物造成巨大危害;
（5在地面沉降区还有一些较为常见的现象,如深井管上升、井台破坏,高楼脱空,桥墩的不均匀下沉等,这些现象虽然不致于造成大的危害,但也会给市政建设的各方面带来一定影响。
地面沉降的防治:
表面治理措施,主要方法有:
（1在沿海低平原地带修筑或加高挡潮堤、防洪堤,防止海水倒灌、淹没低洼地区;
（2改造低洼地形,人工填土加高地面;
（3改建城市给、排水系统和输油气管线,整修因沉降而被破坏的交通线路等线性工程,使之适应地面沉降后的情况;
（4修改城市建设规划,调整城市功能分区及总体布局。
规划中的重要建筑物要尽量避开沉降区。
根本治理措施,主要方法有:
（1人工补给地下水（人工回灌。
选择适宜地点和部位向开采的含水层、含油层人工注水或压水,使含水（油、气层中孔隙液压保持在初始平衡状态
（2限制地下水开采,调整开采层次,以地面水源代替地下水源。
地面塌陷:
是地面垂直变形破坏的另一种形式,是由于地下地质环境中存在着天然洞穴或人工采掘活动所留下的矿洞、巷道或采空区而引起的,其地面表现形式是局部范围内地表岩土体的开裂、不均匀下沉和突然陷落。
其平面范围与地下采空区面积、有效闭合量或洞穴容量有关,一般数平方米或数平方公里或更大一些。
滑坡后壁:
滑坡体上部与不动体脱离的分界面露在外面的部分,高数米至数十米,坡度55~80度左右,似壁状,故称~
滑坡体:
滑坡发生后,与稳定坡体脱离而滑动的部分岩体或土体叫~
滑坡:
指斜坡上的部分岩土体,沿着一丁点贯通性剪切破坏面（带产生以水平运动为主的向下滑移表生地质现象。
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