第1章工程地質(zhì)基本知識課件

第1章工程地質(zhì)1第1章工程地質(zhì)11.1概述1.4不良地質(zhì)條件1.5地下水1.2礦物與巖石1.3第四紀(jì)沉積層21.1概述1.4不良地質(zhì)條件1.5地下水1.21.1概述1.1.1、地質(zhì)作用建筑場地的地形、地貌和組成物質(zhì)（土與巖石）的成分、分布厚度及特性，取決于地質(zhì)作用。1、內(nèi)力地質(zhì)作用：一般認(rèn)為是，由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能和放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱能等引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部構(gòu)造以及地表形態(tài)發(fā)生變化的地質(zhì)作用。eg.巖漿活動，地殼運(yùn)動（構(gòu)造運(yùn)動）和變質(zhì)作用。

構(gòu)成天然地基的物質(zhì)是地殼中的巖石和土。地殼厚度為30~80km，它的物質(zhì)、形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造是在不斷地改造和演變的。導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化的作用，稱為地質(zhì)作用。可分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。31.1概述1.1.1、地質(zhì)作用1、內(nèi)力地質(zhì)作用：2、外力地質(zhì)作用：由太陽輻射能和地球重力位能引起。eg.晝夜和季節(jié)氣溫變化，雨雪、山洪、河流、冰川、風(fēng)及生物等對母巖產(chǎn)生的風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)與沉積作用。

晝夜和季節(jié)以及氣溫的變化,可使地表各種原巖不斷發(fā)生熱脹脫離,冷縮開裂等機(jī)械破碎。水和水溶液的存在，可使原巖不斷發(fā)生水化、氧化、碳酸鹽化、溶解以及縫隙水凍脹引起崩裂化學(xué)變化和機(jī)械破碎。動植物和微生物的活動，也可使原巖不斷發(fā)生機(jī)械破碎和化學(xué)變化。這種外力（包括大氣、水、生物）對原巖機(jī)械破碎和化學(xué)變化的作用，統(tǒng)稱為風(fēng)化作用。

外力地質(zhì)作用過程中的風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)及沉積，是彼此密切聯(lián)系的。風(fēng)化作用為剝蝕作用創(chuàng)造了條件，而風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)又為沉積作用提供了物質(zhì)的來源。42、外力地質(zhì)作用：晝夜和季節(jié)以及氣溫的變化1.1.2、地質(zhì)年代1.1概述

土與巖石的性質(zhì)與其生成的地質(zhì)年代有關(guān)。一般說來，生成年代越久，土與巖石的工程性質(zhì)越好。

地質(zhì)年代是指地殼發(fā)展歷史與地殼運(yùn)動、沉積環(huán)境及生物演化相應(yīng)的時代段落。地球形成至今大約有60億年的歷史，在這漫長的地質(zhì)年代里，地殼經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的演變過程，形成了各種類型的地質(zhì)構(gòu)造和地貌以及復(fù)雜多樣的巖石和土。地質(zhì)年代有絕對和相對之分，相對地質(zhì)年代在地史的分析中廣為應(yīng)用。它是根據(jù)古生物的演化和巖層形成的順序，將地殼歷史劃分成一些自然階段。分為五大代（太古代、元古代、古生代、中生代和新生代），每代又分為若干紀(jì)，每紀(jì)又細(xì)分為若干世及期。在每一個地質(zhì)年代中，都劃分有相應(yīng)的地層。地質(zhì)年代和地層單位、順序和名稱的對應(yīng)關(guān)系如下表。51.1.2、地質(zhì)年代1.1概述土與巖石的

通常所說的土:新生代第四紀(jì)更新世（距今約100萬年），更新世又分為早更新世（Q1）、中更新世（Q2）、晚更新世（Q3），其后為全新世（Q4）。1.1概述地質(zhì)年代和地層單位、順序、名稱的對應(yīng)關(guān)系地質(zhì)年代代紀(jì)世期地層單位界系統(tǒng)階(層)紀(jì)(系)6通常所說的土:新生代第四紀(jì)更新世（距今約1

二、礦物與巖石的概念巖石：一種或多種礦物的集合體。礦物：地殼中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理性質(zhì)、化學(xué)成份和形態(tài)．

(一)造巖礦物組成巖石的礦物稱為造巖礦物。礦物按生成條件可分為原生礦物和次生礦物兩大類。區(qū)分礦物可以礦物的形狀、顏色、光澤、硬度、解理、比重等特征為依據(jù)。（二）巖石巖石的主要特征包括礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造三方面。巖石的結(jié)構(gòu)—巖石中礦物顆粒的結(jié)晶程度、大小和形狀、及其彼此之間的組合方式。巖石的構(gòu)造--巖石中礦物的排列方式及填充方式。

1.2礦物與巖石7二、礦物與巖石的概念1.2礦物與巖石71.3第四紀(jì)沉積層

地表的巖石經(jīng)風(fēng)化，剝蝕成巖屑，又經(jīng)搬運(yùn)、沉積而成的沉積物，年代不長，未經(jīng)壓緊硬結(jié)成巖石之前，呈松散狀態(tài)，稱為第四紀(jì)沉積層，即土。

根據(jù)搬運(yùn)和沉積的情況不同，可分為以下幾種類型：殘積層，坡積層，洪積層，沖積層，海相沉積層，湖沼沉積層。不同成因類型的第四紀(jì)沉積物，各具有一定的分布規(guī)律和工程地質(zhì)特性。1.殘積層殘留在原地未被搬運(yùn)的那一部分風(fēng)化產(chǎn)物。顆粒不能被磨圓或分選，沒有層理構(gòu)造。殘積物與基巖之間沒有明顯界限，其礦物成分很大程度上與下臥基巖一致。由于殘積物沒有層理構(gòu)造，均質(zhì)性很差，顆粒多為棱角狀的粗顆粒土，孔隙度較大，作為建筑物地基容易引起不均勻沉降。81.3第四紀(jì)沉積層地表的巖石經(jīng)風(fēng)化，剝蝕２．坡積層

雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風(fēng)化產(chǎn)物緩慢地沖刷剝蝕、順著斜坡向下移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。自上而下呈現(xiàn)由粗而細(xì)的分選現(xiàn)象。其礦物成分與下臥基巖沒有直接關(guān)系。由于坡積物形成于山坡，常常發(fā)生沿下臥基巖傾斜面滑動；還由于組成物質(zhì)粗細(xì)顆?；祀s，土質(zhì)不均，厚度變化大。新近堆積物，土質(zhì)疏松，壓縮性較大。1.3第四紀(jì)沉積層9２．坡積層雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風(fēng)化

由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流,具有很大的剝蝕、搬運(yùn)能力。它沖刷地表，挾帶著大量碎屑物質(zhì)堆積于山谷沖口或山前傾斜平原而形成洪積層。

離山漸遠(yuǎn)，顆粒變細(xì)，分布范圍逐漸擴(kuò)大。其地貌特征是靠山近處窄而陡，離山遠(yuǎn)處寬而緩，形如錐體，故稱為洪積錐（扇）。由相鄰溝谷口的洪積扇組成洪積扇群。3.洪積層1.3第四紀(jì)沉積層10由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流2.淤泥夾粘土透鏡體1.表土層3.粘土尖滅層4.砂土夾粘土層5.礫石層6.石灰?guī)r層土的層理構(gòu)造

洪積物的顆粒雖因搬運(yùn)過程中的分選作用呈現(xiàn)漸變現(xiàn)象,但由于搬運(yùn)距離短,顆粒的磨圓度仍不佳。此外，山洪是周期性產(chǎn)生的，每次的大小不盡相同，堆積物質(zhì)也不一樣。因此，洪積物常呈現(xiàn)不規(guī)則的層理構(gòu)造，如具有夾層、尖滅或透鏡體等產(chǎn)狀?？拷降鼗螂x山較遠(yuǎn)地段的洪積物的承載力高，而過度地帶由于地下水溢出地表造成沼澤地帶，土質(zhì)軟、承載力低。1.3第四紀(jì)沉積層112.淤泥夾粘1.表土層3.粘土尖滅層4.砂土夾粘土層5.礫石殘積層：應(yīng)注意不均勻沉降和土坡穩(wěn)定性問題。坡積層：應(yīng)注意不均勻沉降和地基穩(wěn)定性問題。洪積層：應(yīng)注意土層的尖滅和透鏡體引起的不均勻沉降。1.3第四紀(jì)沉積層12殘積層：應(yīng)注意不均勻沉降和土坡穩(wěn)定性問題。坡積層：應(yīng)注意不均平原河谷橫斷面礫卵石中粗砂粉細(xì)砂粉質(zhì)粘土粉土黃土淤泥4、沖積層沖積物是河流流水的地質(zhì)作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物剝蝕后搬運(yùn)沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物。其特點(diǎn)是呈現(xiàn)明顯的層理構(gòu)造。由于搬運(yùn)作用顯著，碎屑物質(zhì)由帶棱角顆粒經(jīng)滾磨、碰撞逐漸形成亞圓或圓形顆粒，其搬運(yùn)距離越長，則沉積物質(zhì)越細(xì)。典型的沖積物是形成于河谷內(nèi)的沉積物，可分為平原河谷沖積層、山區(qū)河谷沖積層、山前平原沖積洪積層、三角洲沉積層等。1.3第四紀(jì)沉積層13平原河谷橫斷面礫卵石中粗砂粉細(xì)砂粉質(zhì)粘土粉土黃土淤泥山區(qū)河谷橫斷面14山區(qū)河谷橫斷面141.3第四紀(jì)沉積層5、海相沉積層

151.3第四紀(jì)沉積層5、海相沉積層151.3第四紀(jì)沉積層6、湖沼沉積層湖沼沉積層湖相沉積層沼澤沉積層湖邊沉積層湖心沉積層161.3第四紀(jì)沉積層6、湖沼沉積層湖沼沉積層湖相沉1.4不良地質(zhì)條件斷層節(jié)理滑坡河床沖淤岸坡失穩(wěn)河溝側(cè)向位移171.4不良地質(zhì)條件斷層節(jié)理滑坡河床沖淤岸坡失穩(wěn)河溝側(cè)向位1.5地下水1.5.1、地下水對工程的影響1、基礎(chǔ)埋深：通常設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深D應(yīng)小于地下水位深度hw。2、施工排水：當(dāng)?shù)叵滤桓撸A(chǔ)埋深D大于地下水位深度時，基槽開挖與基礎(chǔ)施工必須進(jìn)行排水。中小工程可以采用挖排水溝與集水井排水；重大工程應(yīng)采用井點(diǎn)降低地下水位法。地下水：存在于地面下土和巖石的孔隙、裂隙或溶洞中的水。建筑場地的水文地質(zhì)條件主要包括地下水的埋藏條件，地下水位及其動態(tài)變化，地下水化學(xué)成分及其對混凝土的腐蝕性等。地下水對工程的影響181.5地下水1.5.1、地下水對工程的影響1、基礎(chǔ)埋深：1.5地下水4、地下室防水。防滲和倒灌5、地下水水質(zhì)侵蝕性。6、空心結(jié)構(gòu)物浮起。水池油罐7、承壓水沖破基槽。承壓水地區(qū)，基槽開挖的深度要考慮承壓水上隔水層的自重壓力大于承壓水的壓力，否則使承壓水造成流土破壞。

地下水含有各種化學(xué)成分，當(dāng)某些成分含量過多時，會腐蝕混凝土、石料及金屬管道。3、地下水位升降：地下水上升，粘性土軟化，增大壓縮性；地下大幅下降，建筑物下沉或開裂；膨脹土遇水時膨脹，可頂起基礎(chǔ)；191.5地下水4、地下室防水。防滲和倒灌5、地下水水質(zhì)侵1.5.2、地下水分類1.5地下水按埋藏條件不同，分為三類：1、上層滯水：地表水下滲積聚在局部透水性小的粘性土隔水層上的水。為雨水補(bǔ)給，有季節(jié)性。2、潛水：埋藏在地表以下第一個連續(xù)分布的穩(wěn)定隔水層以上，具有自由水面的重力水。為雨水、河水補(bǔ)給，水位有季節(jié)性變化。一般埋藏在第四紀(jì)沉積層及基巖的風(fēng)化層中。水面標(biāo)高稱為地下水位。3、承壓水：埋藏在兩個連續(xù)分布的隔水層之間，完全充滿的有壓地下水。通常存在于卵石層中，承受一定的靜水壓力。其埋藏區(qū)與地表補(bǔ)給區(qū)不一致。因此，承壓水的動態(tài)變化受局部氣候因素影響不明顯。201.5.2、地下水分類1.5地下水按埋藏條件不同，分為三滲流土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)變化土體的局部穩(wěn)定問題土體的整體穩(wěn)定問題管涌、流土等水庫塌岸岸坡、土壩在水位降落時引起的滑動1.5.3土的滲透性1.5地下水21滲流土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)變化土體的局部穩(wěn)定問題土體的整體穩(wěn)定問題1.5.3土的滲透性1.5地下水（1）概念：地下水通過土顆粒之間的孔隙流動，土體可被水透過的性質(zhì)稱為土的透水性。它表明水通過孔隙的難易程度。應(yīng)用：工程設(shè)計(jì)中，計(jì)算地基沉降速率，或地下水位以下施工需計(jì)算地下水的涌水量，選擇排水措施等均應(yīng)用滲透性指標(biāo)。（2）土的滲透性規(guī)律1、滲透實(shí)驗(yàn)與達(dá)西定律法國學(xué)者達(dá)西（Darcy,H.）1856年做砂土的滲透實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)達(dá)西定律。

Q/t=q=kFh/L=kFiv=k×iq—單位時間內(nèi)通過砂層滲流出的水量。i=h/L—水力坡降。v—滲透速度cm/s。k—土的滲透系數(shù)cm/s221.5.3土的滲透性1.5地下水（1）概念：地下水通1.5.3土的滲透性1.5地下水注意：達(dá)西定律中，v不是某個土孔隙中水的滲流速度，而是水流通過的整個斷面上的平均滲流速度。

k的物理意義：單位水力坡降(i=1)時的滲透速度。

影響土滲透性因素：a、土的粒徑大小與級配b、土孔隙大小c、土的結(jié)構(gòu)與礦物絮狀結(jié)相比蜂窩結(jié)構(gòu)具有更大的滲透性：天然沉積的層狀粘性土層，由于扁平狀粘土顆粒的水平排列，土層水平方向的透水性遠(yuǎn)大于垂直層面方向的透水性。231.5.3土的滲透性1.5地下水注意：達(dá)西定律中，v1.5地下水層流運(yùn)動：地下水在土中孔隙或微小裂縫中以不大的速度連續(xù)滲透。紊流運(yùn)動：在巖石的裂隙或空洞中流動時，速度較大。其流線有相互交錯的現(xiàn)象。d、土中封閉氣體含量

如果土中存在著與大氣不相通的氣泡或從滲水中分離出來的氣體，它們都會阻塞滲流通道，從而使?jié)B透系數(shù)大大減小。因此，為了保證測定滲透系數(shù)的試驗(yàn)精度，要求試樣必須充分飽和。e、水的動力粘滯系數(shù)土的滲透系數(shù)與水的重度和動力粘滯系數(shù)有關(guān)，而這兩個數(shù)值又取決于水的溫度。水的重度隨溫度的變化不大，可忽略不計(jì)。但動力粘滯系數(shù)卻會隨水溫發(fā)生明顯的變化。故密度相同的同一種土，在不同溫度下將具有不同的滲透系數(shù)。241.5地下水層流運(yùn)動：地下水在土中孔隙或微小裂縫中以不大HenryDarcy1803年6月10日出生于法國第戎（Dijon）。Darcy少年時期正值國內(nèi)政局動蕩，因此其學(xué)業(yè)也不很穩(wěn)定。1821年，18歲的Darcy進(jìn)入巴黎工藝學(xué)校（PolytechnicSchool）學(xué)習(xí)，2年后入巴黎路橋?qū)W校（SchoolofBridgesandRoads），該校屬法國帝國路橋工兵團(tuán)，法國許多世界級的科學(xué)家如皮托(Pitot)、圣文南（Saint-Venant）、科里奧利（Coriolis）、納維葉（Navier）等都出自該校，其中一些還在該校任教。

Darcy的一項(xiàng)杰出成就是第戎供水系統(tǒng)的建造。19世紀(jì)上半葉，大多數(shù)城市都沒有供水和排水系統(tǒng)，供水依靠馬車從城市附近的河流、井、泉運(yùn)送。1839～1840年，Darcy設(shè)計(jì)和主持建造了第戎鎮(zhèn)的供水系統(tǒng)，它甚至比巴黎的供水系統(tǒng)早了20年。為了感謝Darcy對家鄉(xiāng)的貢獻(xiàn)，人們將該鎮(zhèn)的中心廣場以他的名字命名。Darcy拒絕了鎮(zhèn)上欲付給他的高額補(bǔ)償，他最終得到的好處是他本人及親屬可免費(fèi)用水。

1856年，Darcy在經(jīng)過大量的試驗(yàn)后，于第戎發(fā)表了他對孔隙介質(zhì)中水流的研究成果，即著名的Darcy定律。HenryDarcy25HenryDarcy1803年6月10日出生水在土中流動能量消耗力圖拖曳土粒水頭損失滲透水流施于單位土體內(nèi)土粒上的拖曳力稱為滲流力、動水壓力1.5.3土的滲透性1.5地下水2、動水力GD（KN/m3）26水在土中流動能量消耗力圖拖曳土粒水頭損失滲透水流施于單位土體2、動水力GD（KN/m3）1.5.3土的滲透性1.5地下水動水力：水流動時，水對單位體積土的骨架作用的力。是水流對土體施加的體積力。與水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。靜水力：靜水作用在水下物體上的力。GD的推導(dǎo)P34GD=γw×i272、動水力GD（KN/m3）1.5.3土的滲透性1.51點(diǎn)，滲流力與重力方向一致，滲流力促使土體壓密，對穩(wěn)定有利2點(diǎn)，3點(diǎn)，滲流力與重力方向正交，對穩(wěn)定不利4點(diǎn)，滲流力與重力方向相反，對穩(wěn)定特別不利1.5地下水1.5.3土的滲透性3、流土和管涌：281點(diǎn)，滲流力與重力方向一致，滲流力促使土體壓密，對穩(wěn)定有利1按照滲透水流引起的局部破壞特征，滲透變形可分為流土和管涌兩種基本形式流土是指在滲流作用下局部土體表面隆起，或土粒群同時起動而流失的現(xiàn)象。它主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流逸出處。基坑或渠道開挖時所出現(xiàn)的流砂現(xiàn)象是流土的一種常見形式29按照滲透水流引起的局部破壞特征，滲透變形可分為流土和管涌兩種流土30流土30流土：當(dāng)水流自下而上流動時，動水力方向與重力方向相反，使土顆粒懸浮。當(dāng)動水力等于或大于土的浮重度時，土粒之間毫無壓力，土隨水流動。發(fā)生在粘性土中。即：γw×i=γ’，所以，icr=

γ’/γw稱為臨界水力坡降。1.5地下水1.5.3土的滲透性

流土一般發(fā)生在滲流逸出處。因此只要求出滲流逸出處的水力梯度，就可判別流土的可能性。31流土：當(dāng)水流自下而上流動時，動水力方向與重力方向相反，使土顆1.5地下水1.5.3土的滲透性土處于穩(wěn)定狀態(tài)土處于臨界狀態(tài)土處于流土狀態(tài)321.5地下水1.5.3土的滲透性土處于穩(wěn)定狀態(tài)土處于滲透逸出的水力梯度實(shí)際上是不可求出的，通常是把滲流逸出處的流網(wǎng)網(wǎng)格的平均水力梯度作為逸出梯度。在設(shè)計(jì)時，為保證建筑物的安全，通常要求將逸出梯度限制在容許梯度之內(nèi)33滲透逸出的水力梯度實(shí)際上是不可求出的，通常是把滲流逸出處的流防治流砂的原則：a、減少或消除坑內(nèi)外地下水的水頭差。b、增長滲流路徑。c、在向上滲流出口處地表用透水材料覆蓋壓重以平衡動水力。34防治流砂的原則：34管涌：指在滲流作用下土體的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象。主要發(fā)生在砂礫土中。35管涌：指在滲流作用下土體的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生管涌36管涌36管涌37管涌37管涌的治理反濾倒?jié)B38管涌的治理反濾倒?jié)B38反濾圍井39反濾圍井39放映結(jié)束！無悔無愧于昨天，豐碩殷實(shí)的今天，充滿希望的明天。40放映結(jié)束！無悔無愧于昨天，豐碩殷實(shí)的今天，充滿希望的明天。4第1章工程地質(zhì)41第1章工程地質(zhì)11.1概述1.4不良地質(zhì)條件1.5地下水1.2礦物與巖石1.3第四紀(jì)沉積層421.1概述1.4不良地質(zhì)條件1.5地下水1.21.1概述1.1.1、地質(zhì)作用建筑場地的地形、地貌和組成物質(zhì)（土與巖石）的成分、分布厚度及特性，取決于地質(zhì)作用。1、內(nèi)力地質(zhì)作用：一般認(rèn)為是，由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能和放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱能等引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部構(gòu)造以及地表形態(tài)發(fā)生變化的地質(zhì)作用。eg.巖漿活動，地殼運(yùn)動（構(gòu)造運(yùn)動）和變質(zhì)作用。

構(gòu)成天然地基的物質(zhì)是地殼中的巖石和土。地殼厚度為30~80km，它的物質(zhì)、形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造是在不斷地改造和演變的。導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化的作用，稱為地質(zhì)作用?？煞譃閮?nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。431.1概述1.1.1、地質(zhì)作用1、內(nèi)力地質(zhì)作用：2、外力地質(zhì)作用：由太陽輻射能和地球重力位能引起。eg.晝夜和季節(jié)氣溫變化，雨雪、山洪、河流、冰川、風(fēng)及生物等對母巖產(chǎn)生的風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)與沉積作用。

晝夜和季節(jié)以及氣溫的變化,可使地表各種原巖不斷發(fā)生熱脹脫離,冷縮開裂等機(jī)械破碎。水和水溶液的存在，可使原巖不斷發(fā)生水化、氧化、碳酸鹽化、溶解以及縫隙水凍脹引起崩裂化學(xué)變化和機(jī)械破碎。動植物和微生物的活動，也可使原巖不斷發(fā)生機(jī)械破碎和化學(xué)變化。這種外力（包括大氣、水、生物）對原巖機(jī)械破碎和化學(xué)變化的作用，統(tǒng)稱為風(fēng)化作用。

外力地質(zhì)作用過程中的風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)及沉積，是彼此密切聯(lián)系的。風(fēng)化作用為剝蝕作用創(chuàng)造了條件，而風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)又為沉積作用提供了物質(zhì)的來源。442、外力地質(zhì)作用：晝夜和季節(jié)以及氣溫的變化1.1.2、地質(zhì)年代1.1概述

土與巖石的性質(zhì)與其生成的地質(zhì)年代有關(guān)。一般說來，生成年代越久，土與巖石的工程性質(zhì)越好。

地質(zhì)年代是指地殼發(fā)展歷史與地殼運(yùn)動、沉積環(huán)境及生物演化相應(yīng)的時代段落。地球形成至今大約有60億年的歷史，在這漫長的地質(zhì)年代里，地殼經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的演變過程，形成了各種類型的地質(zhì)構(gòu)造和地貌以及復(fù)雜多樣的巖石和土。地質(zhì)年代有絕對和相對之分，相對地質(zhì)年代在地史的分析中廣為應(yīng)用。它是根據(jù)古生物的演化和巖層形成的順序，將地殼歷史劃分成一些自然階段。分為五大代（太古代、元古代、古生代、中生代和新生代），每代又分為若干紀(jì)，每紀(jì)又細(xì)分為若干世及期。在每一個地質(zhì)年代中，都劃分有相應(yīng)的地層。地質(zhì)年代和地層單位、順序和名稱的對應(yīng)關(guān)系如下表。451.1.2、地質(zhì)年代1.1概述土與巖石的

通常所說的土:新生代第四紀(jì)更新世（距今約100萬年），更新世又分為早更新世（Q1）、中更新世（Q2）、晚更新世（Q3），其后為全新世（Q4）。1.1概述地質(zhì)年代和地層單位、順序、名稱的對應(yīng)關(guān)系地質(zhì)年代代紀(jì)世期地層單位界系統(tǒng)階(層)紀(jì)(系)46通常所說的土:新生代第四紀(jì)更新世（距今約1

二、礦物與巖石的概念巖石：一種或多種礦物的集合體。礦物：地殼中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理性質(zhì)、化學(xué)成份和形態(tài)．

(一)造巖礦物組成巖石的礦物稱為造巖礦物。礦物按生成條件可分為原生礦物和次生礦物兩大類。區(qū)分礦物可以礦物的形狀、顏色、光澤、硬度、解理、比重等特征為依據(jù)。（二）巖石巖石的主要特征包括礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造三方面。巖石的結(jié)構(gòu)—巖石中礦物顆粒的結(jié)晶程度、大小和形狀、及其彼此之間的組合方式。巖石的構(gòu)造--巖石中礦物的排列方式及填充方式。

1.2礦物與巖石47二、礦物與巖石的概念1.2礦物與巖石71.3第四紀(jì)沉積層

地表的巖石經(jīng)風(fēng)化，剝蝕成巖屑，又經(jīng)搬運(yùn)、沉積而成的沉積物，年代不長，未經(jīng)壓緊硬結(jié)成巖石之前，呈松散狀態(tài)，稱為第四紀(jì)沉積層，即土。

根據(jù)搬運(yùn)和沉積的情況不同，可分為以下幾種類型：殘積層，坡積層，洪積層，沖積層，海相沉積層，湖沼沉積層。不同成因類型的第四紀(jì)沉積物，各具有一定的分布規(guī)律和工程地質(zhì)特性。1.殘積層殘留在原地未被搬運(yùn)的那一部分風(fēng)化產(chǎn)物。顆粒不能被磨圓或分選，沒有層理構(gòu)造。殘積物與基巖之間沒有明顯界限，其礦物成分很大程度上與下臥基巖一致。由于殘積物沒有層理構(gòu)造，均質(zhì)性很差，顆粒多為棱角狀的粗顆粒土，孔隙度較大，作為建筑物地基容易引起不均勻沉降。481.3第四紀(jì)沉積層地表的巖石經(jīng)風(fēng)化，剝蝕２．坡積層

雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風(fēng)化產(chǎn)物緩慢地沖刷剝蝕、順著斜坡向下移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。自上而下呈現(xiàn)由粗而細(xì)的分選現(xiàn)象。其礦物成分與下臥基巖沒有直接關(guān)系。由于坡積物形成于山坡，常常發(fā)生沿下臥基巖傾斜面滑動；還由于組成物質(zhì)粗細(xì)顆?；祀s，土質(zhì)不均，厚度變化大。新近堆積物，土質(zhì)疏松，壓縮性較大。1.3第四紀(jì)沉積層49２．坡積層雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風(fēng)化

由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流,具有很大的剝蝕、搬運(yùn)能力。它沖刷地表，挾帶著大量碎屑物質(zhì)堆積于山谷沖口或山前傾斜平原而形成洪積層。

離山漸遠(yuǎn)，顆粒變細(xì)，分布范圍逐漸擴(kuò)大。其地貌特征是靠山近處窄而陡，離山遠(yuǎn)處寬而緩，形如錐體，故稱為洪積錐（扇）。由相鄰溝谷口的洪積扇組成洪積扇群。3.洪積層1.3第四紀(jì)沉積層50由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流2.淤泥夾粘土透鏡體1.表土層3.粘土尖滅層4.砂土夾粘土層5.礫石層6.石灰?guī)r層土的層理構(gòu)造

洪積物的顆粒雖因搬運(yùn)過程中的分選作用呈現(xiàn)漸變現(xiàn)象,但由于搬運(yùn)距離短,顆粒的磨圓度仍不佳。此外，山洪是周期性產(chǎn)生的，每次的大小不盡相同，堆積物質(zhì)也不一樣。因此，洪積物常呈現(xiàn)不規(guī)則的層理構(gòu)造，如具有夾層、尖滅或透鏡體等產(chǎn)狀?？拷降鼗螂x山較遠(yuǎn)地段的洪積物的承載力高，而過度地帶由于地下水溢出地表造成沼澤地帶，土質(zhì)軟、承載力低。1.3第四紀(jì)沉積層512.淤泥夾粘1.表土層3.粘土尖滅層4.砂土夾粘土層5.礫石殘積層：應(yīng)注意不均勻沉降和土坡穩(wěn)定性問題。坡積層：應(yīng)注意不均勻沉降和地基穩(wěn)定性問題。洪積層：應(yīng)注意土層的尖滅和透鏡體引起的不均勻沉降。1.3第四紀(jì)沉積層52殘積層：應(yīng)注意不均勻沉降和土坡穩(wěn)定性問題。坡積層：應(yīng)注意不均平原河谷橫斷面礫卵石中粗砂粉細(xì)砂粉質(zhì)粘土粉土黃土淤泥4、沖積層沖積物是河流流水的地質(zhì)作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物剝蝕后搬運(yùn)沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物。其特點(diǎn)是呈現(xiàn)明顯的層理構(gòu)造。由于搬運(yùn)作用顯著，碎屑物質(zhì)由帶棱角顆粒經(jīng)滾磨、碰撞逐漸形成亞圓或圓形顆粒，其搬運(yùn)距離越長，則沉積物質(zhì)越細(xì)。典型的沖積物是形成于河谷內(nèi)的沉積物，可分為平原河谷沖積層、山區(qū)河谷沖積層、山前平原沖積洪積層、三角洲沉積層等。1.3第四紀(jì)沉積層53平原河谷橫斷面礫卵石中粗砂粉細(xì)砂粉質(zhì)粘土粉土黃土淤泥山區(qū)河谷橫斷面54山區(qū)河谷橫斷面141.3第四紀(jì)沉積層5、海相沉積層

551.3第四紀(jì)沉積層5、海相沉積層151.3第四紀(jì)沉積層6、湖沼沉積層湖沼沉積層湖相沉積層沼澤沉積層湖邊沉積層湖心沉積層561.3第四紀(jì)沉積層6、湖沼沉積層湖沼沉積層湖相沉1.4不良地質(zhì)條件斷層節(jié)理滑坡河床沖淤岸坡失穩(wěn)河溝側(cè)向位移571.4不良地質(zhì)條件斷層節(jié)理滑坡河床沖淤岸坡失穩(wěn)河溝側(cè)向位1.5地下水1.5.1、地下水對工程的影響1、基礎(chǔ)埋深：通常設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深D應(yīng)小于地下水位深度hw。2、施工排水：當(dāng)?shù)叵滤桓?，基礎(chǔ)埋深D大于地下水位深度時，基槽開挖與基礎(chǔ)施工必須進(jìn)行排水。中小工程可以采用挖排水溝與集水井排水；重大工程應(yīng)采用井點(diǎn)降低地下水位法。地下水：存在于地面下土和巖石的孔隙、裂隙或溶洞中的水。建筑場地的水文地質(zhì)條件主要包括地下水的埋藏條件，地下水位及其動態(tài)變化，地下水化學(xué)成分及其對混凝土的腐蝕性等。地下水對工程的影響581.5地下水1.5.1、地下水對工程的影響1、基礎(chǔ)埋深：1.5地下水4、地下室防水。防滲和倒灌5、地下水水質(zhì)侵蝕性。6、空心結(jié)構(gòu)物浮起。水池油罐7、承壓水沖破基槽。承壓水地區(qū)，基槽開挖的深度要考慮承壓水上隔水層的自重壓力大于承壓水的壓力，否則使承壓水造成流土破壞。

地下水含有各種化學(xué)成分，當(dāng)某些成分含量過多時，會腐蝕混凝土、石料及金屬管道。3、地下水位升降：地下水上升，粘性土軟化，增大壓縮性；地下大幅下降，建筑物下沉或開裂；膨脹土遇水時膨脹，可頂起基礎(chǔ)；591.5地下水4、地下室防水。防滲和倒灌5、地下水水質(zhì)侵1.5.2、地下水分類1.5地下水按埋藏條件不同，分為三類：1、上層滯水：地表水下滲積聚在局部透水性小的粘性土隔水層上的水。為雨水補(bǔ)給，有季節(jié)性。2、潛水：埋藏在地表以下第一個連續(xù)分布的穩(wěn)定隔水層以上，具有自由水面的重力水。為雨水、河水補(bǔ)給，水位有季節(jié)性變化。一般埋藏在第四紀(jì)沉積層及基巖的風(fēng)化層中。水面標(biāo)高稱為地下水位。3、承壓水：埋藏在兩個連續(xù)分布的隔水層之間，完全充滿的有壓地下水。通常存在于卵石層中，承受一定的靜水壓力。其埋藏區(qū)與地表補(bǔ)給區(qū)不一致。因此，承壓水的動態(tài)變化受局部氣候因素影響不明顯。601.5.2、地下水分類1.5地下水按埋藏條件不同，分為三滲流土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)變化土體的局部穩(wěn)定問題土體的整體穩(wěn)定問題管涌、流土等水庫塌岸岸坡、土壩在水位降落時引起的滑動1.5.3土的滲透性1.5地下水61滲流土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)變化土體的局部穩(wěn)定問題土體的整體穩(wěn)定問題1.5.3土的滲透性1.5地下水（1）概念：地下水通過土顆粒之間的孔隙流動，土體可被水透過的性質(zhì)稱為土的透水性。它表明水通過孔隙的難易程度。應(yīng)用：工程設(shè)計(jì)中，計(jì)算地基沉降速率，或地下水位以下施工需計(jì)算地下水的涌水量，選擇排水措施等均應(yīng)用滲透性指標(biāo)。（2）土的滲透性規(guī)律1、滲透實(shí)驗(yàn)與達(dá)西定律法國學(xué)者達(dá)西（Darcy,H.）1856年做砂土的滲透實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)達(dá)西定律。

Q/t=q=kFh/L=kFiv=k×iq—單位時間內(nèi)通過砂層滲流出的水量。i=h/L—水力坡降。v—滲透速度cm/s。k—土的滲透系數(shù)cm/s621.5.3土的滲透性1.5地下水（1）概念：地下水通1.5.3土的滲透性1.5地下水注意：達(dá)西定律中，v不是某個土孔隙中水的滲流速度，而是水流通過的整個斷面上的平均滲流速度。

k的物理意義：單位水力坡降(i=1)時的滲透速度。

影響土滲透性因素：a、土的粒徑大小與級配b、土孔隙大小c、土的結(jié)構(gòu)與礦物絮狀結(jié)相比蜂窩結(jié)構(gòu)具有更大的滲透性：天然沉積的層狀粘性土層，由于扁平狀粘土顆粒的水平排列，土層水平方向的透水性遠(yuǎn)大于垂直層面方向的透水性。631.5.3土的滲透性1.5地下水注意：達(dá)西定律中，v1.5地下水層流運(yùn)動：地下水在土中孔隙或微小裂縫中以不大的速度連續(xù)滲透。紊流運(yùn)動：在巖石的裂隙或空洞中流動時，速度較大。其流線有相互交錯的現(xiàn)象。d、土中封閉氣體含量

如果土中存在著與大氣不相通的氣泡或從滲水中分離出來的氣體，它們都會阻塞滲流通道，從而使?jié)B透系數(shù)大大減小。因此，為了保證測定滲透系數(shù)的試驗(yàn)精度，要求試樣必須充分飽和。e、水的動力粘滯系數(shù)土的滲透系數(shù)與水的重度和動力粘滯系數(shù)有關(guān)，而這兩個數(shù)值又取決于水的溫度。水的重度隨溫度的變化不大，可忽略不計(jì)。但動力粘滯系數(shù)卻會隨水溫發(fā)生明顯的變化。故密度相同的同一種土，在不同溫度下將具有不同的滲透系數(shù)。641.5地下水層流運(yùn)動：地下水在土中孔隙或微小裂縫中以不大HenryDarcy1803年6月10日出生于法國第戎（Dijon）。Darcy少年時期正值國內(nèi)政局動蕩，因此其學(xué)業(yè)也不很穩(wěn)定。1821年，18歲的Darcy進(jìn)入巴黎工藝學(xué)校（PolytechnicSchool）學(xué)習(xí)，2年后入巴黎路橋?qū)W校（SchoolofBridgesandRoads），該校屬法國帝國路橋工兵團(tuán)，法國許多世界級的科學(xué)家如皮托(Pitot)、圣文南（Saint-Venant）、科里奧利（Coriolis）、納維葉（Navier）等都出自該校，其中一些還在該校任教。

Darcy的一項(xiàng)杰出成就是第戎供水系統(tǒng)的建造。19世紀(jì)上半葉，大多數(shù)城市都沒有供水和排水系統(tǒng)，供水依靠馬車從城市附近的河流、井、泉運(yùn)送。1839～1840年，Darcy設(shè)計(jì)和主持建造了第戎鎮(zhèn)的供水系統(tǒng)，它甚至比巴黎的供水系統(tǒng)早了20年。為了感謝Darcy對家鄉(xiāng)的貢獻(xiàn)，人們將該鎮(zhèn)的中心廣場以他的名字命名。Darcy拒絕了鎮(zhèn)上欲付給他的高額補(bǔ)償，他最終