工程地質(zhì)學(xué)(電子版)

緒論講授自然動(dòng)力及人類活動(dòng)引起有關(guān)物理地質(zhì)現(xiàn)象方面的基礎(chǔ)知識(shí)，以及從工程地質(zhì)角度研究這些動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象的基本方法；通過本課程的學(xué)習(xí)，具備解決某些重大工程地質(zhì)實(shí)際問題的初步能力；本課程的應(yīng)用性很強(qiáng)，要求學(xué)生盡可能緊密聯(lián)系工程實(shí)踐進(jìn)行學(xué)習(xí)。1、工程地質(zhì)學(xué)概論.李智毅，楊裕云.中國地質(zhì)大學(xué)出版社。2、工程地質(zhì)分析原理.張倬元，地質(zhì)出版社3、工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ).李智毅，王智濟(jì)，楊裕云.中國地質(zhì)大學(xué)出版社4、專門工程地質(zhì)學(xué).張咸恭，李智毅，鄭達(dá)輝，李日國.地質(zhì)出版社5、巖體結(jié)構(gòu)力學(xué).孫廣忠.科學(xué)出版社6、工程地質(zhì)數(shù)值模擬的理論與方法.唐輝明，晏鄂川，胡新麗.中國地質(zhì)大學(xué)出版社人類工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境的相互關(guān)系地質(zhì)環(huán)境對工程活動(dòng)的制約關(guān)系工程建筑的穩(wěn)定和正常使用工程活動(dòng)的安全工程造價(jià)工程活動(dòng)對地質(zhì)環(huán)境的影響工程活動(dòng)規(guī)模愈大，地質(zhì)環(huán)境的變化愈大?？傊?，地質(zhì)環(huán)境和工程活動(dòng)之間是相互聯(lián)系相互制約的，其表現(xiàn)形式多種多樣。工程地質(zhì)學(xué)的研究對象工程地質(zhì)條件：與工程建筑有關(guān)的地質(zhì)要素的綜合，包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地貌、水文地質(zhì)條件、自然地質(zhì)現(xiàn)象和天然建筑材料等方面。I地層巖性：工程地質(zhì)條件的最基本要素，任何建筑物都脫離不開土體或巖體。巖土的類型不同，其性質(zhì)有很大差別，工程意義大不一樣。n地形地貌：地形地貌對建筑場地的選擇，特別是線性建筑線路方案的選擇意義重大，如能合理利用地形地貌條件，不但能大量節(jié)約投資，而且對建筑群中各種建筑物的布局和建筑物的型式、規(guī)模及施工條件也有直接影響。地形地貌還能反映地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征。川地質(zhì)結(jié)構(gòu)：包括地質(zhì)構(gòu)造、巖土單元的組合關(guān)系及各類結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)和空間分布。IV水文地質(zhì)條件：對工程有影響的因素是：地下水類型，地下水位及其變動(dòng)幅度，含水層和隔水層的分布及組合關(guān)系，各自的厚度，土層或巖層滲透性的強(qiáng)弱及其滲透系數(shù)，富水性，承壓含水層的特征及水頭。V物理地質(zhì)現(xiàn)象指對工程建設(shè)有影響的自然地質(zhì)作用和現(xiàn)象。地殼表層經(jīng)常處于內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用和外動(dòng)力地質(zhì)作用的強(qiáng)烈影響之下，對建筑物造成威脅和破壞，其規(guī)模常巨大，甚至是區(qū)域性的。弋天然建筑材料指土和巖石。要盡可能的“就地取材”。研究巖土體的工程性質(zhì)及其在自然或人類活動(dòng)影響下的變化是工程巖土學(xué)的基本任務(wù)。工程地質(zhì)問題：工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境相互制約的一些主要形勢。分析這些問題產(chǎn)生的地質(zhì)條件、力學(xué)機(jī)制及其發(fā)展演化規(guī)律，以便正確評價(jià)和有效防治它們的不

良影響，是工程地質(zhì)學(xué)另一專門分支工程地質(zhì)學(xué)的基本任務(wù)。查明工程地質(zhì)條件并研究查明工程地質(zhì)條件的方法和手段是工程地質(zhì)勘察的基本任務(wù)。I闡明建筑地區(qū)的工程地質(zhì)條件，并指出對建筑物有利和不利的因素；n論證建筑物所存在的工程地質(zhì)問題，進(jìn)行定性和定量的評價(jià)，作出確切結(jié)論；川選擇地質(zhì)條件優(yōu)良的建筑場地，并根據(jù)場地工程地質(zhì)條件對建筑物配置提出建議；IV研究工程建筑物興建后對地質(zhì)環(huán)境的影響，預(yù)測其發(fā)展演化趨勢，提出利用和保護(hù)地質(zhì)環(huán)境的對策和措施；V根據(jù)所選定地點(diǎn)的工程地質(zhì)條件和存在的工程地質(zhì)問題，提出有關(guān)建筑物類型、規(guī)模、結(jié)構(gòu)和施工方法的合理建議，以及保證建筑物正常施工和使用所應(yīng)注意的地質(zhì)要求；W為擬定改善和防治不良地質(zhì)作用的措施方案提供地質(zhì)依據(jù)。工程地質(zhì)學(xué)的學(xué)科性質(zhì)和任務(wù)研究地質(zhì)環(huán)境與人類工程活動(dòng)之間的相互關(guān)系，以便科學(xué)評價(jià)、合理利用、有效改造和妥善保護(hù)地質(zhì)環(huán)境的科學(xué)；是地質(zhì)學(xué)與工程學(xué)的邊緣學(xué)科，是地質(zhì)學(xué)的一個(gè)分支。工程地質(zhì)學(xué)的特點(diǎn)是始終與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系。工程地質(zhì)學(xué)的分科巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的研究工程動(dòng)力地質(zhì)作用的研究工程地質(zhì)勘察理論和技術(shù)方法的研究區(qū)域工程地質(zhì)的研究環(huán)境工程地質(zhì)性質(zhì)的研究Vajont水庫滑坡1963年10月夜間發(fā)生在意大利北部山區(qū)的Vajont水庫，被公認(rèn)為是世界上最嚴(yán)重的滑坡災(zāi)害。該水庫庫容10億立方米，壩高267米，是當(dāng)時(shí)世界上最高的雙曲拱壩。水庫蓄水造成水庫岸坡地下水位相應(yīng)提高，地質(zhì)環(huán)境發(fā)生急劇變化，2.6億立方米的石灰?guī)r山體以20M/S以上的速度滑入水庫，最大涌浪高度250M越過壩頂高度達(dá)150M庫水迅速猛瀉向下游。洪水摧毀了下游數(shù)公里以內(nèi)的5個(gè)村莊，2600人在夢中死亡。該水庫也因滑坡填入而報(bào)廢。Vajont水庫滑坡也而狀灰?guī)r泥灰?guī)r卜一泥灰?guī)r下口堊系巖層丄白坐系巖層Vajont滑坡地質(zhì)剖面

北京地面沉降2004年底，北京平原已形成五個(gè)地面沉降區(qū)東郊八里莊一一大郊亭（722mm東北郊來廣營（565mm昌平沙河——八仙莊（688mm大興榆垡 禮賢（661mm順義平各莊（250mm）北京地面沉降危害對建筑物的破壞和影響。形成地裂縫，直接或間接惡化環(huán)境。對地下水井設(shè)施的影響。造成地面水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)。影響建筑物抗震能力，致使地震災(zāi)害加重。洪澇災(zāi)害加劇，防洪排澇工程效能降低。地面沉降是緩發(fā)性的地質(zhì)災(zāi)害，災(zāi)后恢復(fù)工作很難界定。工程地質(zhì)分析的基本方法自然歷史分析法（定性）工程地質(zhì)學(xué)最基本的一種研究方法，是其它研究方法的基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)力學(xué)分析法（定量）數(shù)學(xué)、力學(xué)與地質(zhì)學(xué)的結(jié)合，將工程地質(zhì)分析定量化，是工程評價(jià)的定量依據(jù)。模型模擬試驗(yàn)法（定量+定性）研究自然地質(zhì)作用的規(guī)律，再現(xiàn)工程地質(zhì)問題產(chǎn)生發(fā)展的全過程，揭示其發(fā)生的力學(xué)機(jī)制。工程地質(zhì)學(xué)的內(nèi)容巖土工程地質(zhì)性質(zhì)研究土的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造；土的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)；各類土的工程地質(zhì)特征；巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)；巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類。工程動(dòng)力地質(zhì)作用研究活斷層和地震工程地質(zhì)研究；斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究；巖溶工程地質(zhì)研究；泥石流工程地質(zhì)研究；河流侵蝕和淤積的工程地質(zhì)研究。工程地質(zhì)學(xué)的學(xué)習(xí)方法在學(xué)習(xí)書本基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，應(yīng)廣泛查閱相關(guān)的文章，參考具體的工程地質(zhì)實(shí)例，學(xué)習(xí)其所采取分析方法、治理措施等，掌握對各種工程動(dòng)力地質(zhì)作用分析研究的思路和方法，能夠用來解決實(shí)際問題。本課程以講授為主，同時(shí)輔以必要的習(xí)題、作業(yè)。考慮學(xué)時(shí)的限制，同學(xué)們也可以自學(xué)。

第一章土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土：由固體顆粒以及顆粒間孔隙中的水和氣體組成的一多相、分散多孔的系統(tǒng)。土層：土具有成層特征，同一層內(nèi)土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造基本一致，工程地質(zhì)性質(zhì)亦大體相同。土體：由性質(zhì)各異、厚薄不等的若干土層，以特定的上、下次序組合在一起?！?土的粒度成分粒徑和粒組的劃分粒徑：土顆粒的直徑大小（mr）粒組：指粒徑在一定區(qū)段內(nèi)其成分及性質(zhì)相似的土粒組別。劃分原則（1）首先考慮到在一定的粒徑變化范圍內(nèi)，其工程地質(zhì)性質(zhì)是相似的，若超越了這個(gè)變化幅度就要引起質(zhì)的變化。（2）要考慮與目前粒度成分的測定技術(shù)相適應(yīng)粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒徑d范圍（mr）分析方法主要特征巨粒粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒徑d范圍（mr）分析方法主要特征巨粒漂石（塊石）粒d>200卵石（碎石）粒60vdw200直接測定透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無粘結(jié)，無毛細(xì)性。礫粗礫20<dw60礫粗礫20<dw60粒細(xì)礫2<dw20粗粒粗砂0.5<dw2透水性大，壓縮性小，無粘性，有一定毛細(xì)性。細(xì)粒砂出刊中砂

細(xì)砂0.25<dw0.50.075<dw0.25粉粒0.005<dw粗粒粗砂0.5<dw2透水性大，壓縮性小，無粘性，有一定毛細(xì)性。細(xì)粒砂出刊中砂

細(xì)砂0.25<dw0.50.075<dw0.25粉粒0.005<dw0.075靜水沉降透水性小，壓縮性中等，毛細(xì)上升高度大，微粘性。粘粒dw0.005原理透水性極弱，壓縮性變化大,具粘性和可塑性。粒度成分的測定土的粒度成分：指土中各個(gè)粒組的相對百分含量，通常用各粒組占土?？傎|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示。目的：進(jìn)行土粒度成分分類，大致判斷土的工程地質(zhì)性質(zhì)方法：篩分法、靜水沉降法。粒度成分的表示方法分累積曲線法圖解法分布曲線法表示方法三角圖法表示方法表格法

★不均勻系數(shù):60/Cu=dioC★不均勻系數(shù):60/Cu=dioCU越大，曲線越平緩粒徑分布越不均勻。★曲率系數(shù):Cccd3o(d60d10)Cod，中間顆粒偏少，小粒徑顆粒偏多。Cc>3,中間顆粒偏多，小粒徑顆粒偏少。級配良好的土Cu>5且Cc=1~~3土按粒度成分的分類礫粒起骨架作用，砂粒、粉粒起充填作用，粘粒起膠結(jié)作用。土的粒度不同，其性質(zhì)差異較大，土的工程地質(zhì)性質(zhì)在某種程度上可以認(rèn)為是各粒組性質(zhì)的綜合表現(xiàn)粒度成分的分類多種多樣，我國各建設(shè)部門按其工程建筑特點(diǎn)， 各擬定了本部門的粒度分類，至今沒有完全統(tǒng)一的通用分類。通常，粒度分類以兩個(gè)粒徑界限值將土粒分為三大組： 巨粒土和含巨粒的土、粗粒土、細(xì)粒土。土的名稱各粒組含量/%土的名稱礫粒60?2mm細(xì)粒<0.075粗粒60礫粒60?2mm細(xì)粒<0.0750.075mm巨粒土和含巨粒土巨粒土巨粒土和含巨粒土巨粒土混合巨粒土含巨粒的混合土礫類土粗粒十砂類土含砂細(xì)粒土細(xì)粒土粉質(zhì)細(xì)粒土75?100??噸？？？琰茞？?U50?75??log???琰茞？?U15?50??log???琰茞？?U<1550?100<1550?100<1525?50<15<25??g?■ ■D■??琰茞？?U??g???琰茞？?U??g??■ ■O1 1茞？?U?琰??g???琰茞？?U??g???琰茞？?U??g???琰茞？?U>50??g???琰茞？?U<50??g???琰茞？?U25?5050?75<2575?1001.測得其結(jié)果如表要求：1）繪制土的級配曲線；21.測得其結(jié)果如表要求：1）繪制土的級配曲線；2）確定不均勻系數(shù)Cu,并判斷其級配好壞。表1-1顆粒分析成果表取干土重5.10N,通過篩分和水分法1-1。粒徑（mr） >2 2-0.5 0.5-0.250.25-0..1 <0.1<0.05 <0.005重量（N） 00.35 1.25 2.51.0 0.83 0.27三種土的土顆粒級配分布曲線如下圖所示，回答下列說法哪些是正確的 ？1） A的不均勻系數(shù)比B大；2） A的有效粒徑比B大；3） C所含的粘粒百分率最多。從干土樣中稱取1000g的試樣，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)篩充分過篩后稱得各級篩上留下來的土粒質(zhì)量如下表所示。試求土中各粒組的質(zhì)量的百分含量與小于各級篩孔徑的質(zhì)量累積百分含量。篩分析試驗(yàn)結(jié)果篩孔徑（mr）篩孔徑（mr）各級篩上的土粒質(zhì)量（g）2.01.00.50.250.075底盤100100250350100100§2土的礦物成分

土的礦物成分原生礦物石英、長石、云母等次生礦物原生礦物石英、長石、云母等次生礦物有機(jī)質(zhì)粘土礦物 無定形氧化物膠體 可溶鹽原生礦物是巖石經(jīng)物理風(fēng)化破碎但成分沒有發(fā)生變化的礦物碎屑。 原生礦物顆粒一般都較粗大，它們主要存在于卵、礫、砂、粉各粒組中。次生礦物是原生礦物在一定氣候條件下經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用， 使其進(jìn)一步分解而形成一些顆粒更細(xì)小的新礦物。粘土礦物是主要的次生礦物，是組成粘粒的主要礦物成分。粘土礦物中分布較廣且對土性質(zhì)影響較大的是蒙脫石、高嶺石和伊利石（或水云母）三種。高嶺石晶層之間連結(jié)牢固，水不能自由滲入，故其親水性差，可塑性低，脹縮性弱；蒙脫石則反之，晶胞之間連結(jié)微弱，活動(dòng)自由，親水性強(qiáng)，脹縮性亦強(qiáng)；伊利石（水云母）的性質(zhì)介于二者之間。親水性：蒙脫石＞伊利石＞高嶺石礦物成分與粒度成分的關(guān)系粒徑大于0.075mm的各粒組，均由原生礦物所構(gòu)成，其中漂石粒、卵石粒、礫粒，其粒徑往往大于礦物顆粒，多數(shù)是由母巖碎屑構(gòu)成，一般具有的多礦物結(jié)構(gòu)，砂粒與原生礦物顆粒大小近似，往往是由單礦物組成，以石英最為常見。粉粒組由原生礦物與次生礦物混合組成，其中以石英為主，其次為高嶺石及難溶鹽。粘粒組主要由不可溶性次生礦物與腐植質(zhì)組成，有時(shí)也含難溶鹽，其中粘土礦物是最常見的礦物。§3土中的水和氣體土中水的基本類型與特征礦物成分水結(jié)構(gòu)水：以H+和0H-的形式存在于礦物結(jié)晶格架的固定位置上。沸石水：以分子形式不定量地存在于礦結(jié)晶水：以分子形式和一定數(shù)量存在于礦物結(jié)晶格架固定位置上物相鄰晶胞之間。孔隙中的水沸石水：以分子形式不定量地存在于礦固態(tài)重力水自由水毛細(xì)水孔隙中的水強(qiáng)結(jié)合水結(jié)合水弱結(jié)合水^氣土體中的氣體：要為02、^氣土體中的氣體：要為02、CO態(tài)、N2土粒對氣體的吸附強(qiáng)度：吸附氣體氣體按存在的狀態(tài)分為游離氣體密閉氣體粘性土的性質(zhì)CO2>N2>O2>H2§4土中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)：在一定土體中，結(jié)構(gòu)相對均一的土層單元體的形態(tài)和組合特征 ,稱為土的構(gòu)造。它包括土層單元體的大小，形態(tài)，排列和相互關(guān)系等方面。土粒間的連接關(guān)系按水的類型分為：結(jié)合水連結(jié)：通過結(jié)合水膜將相鄰?fù)亮＿B結(jié)起來的形式。毛細(xì)水連結(jié)：相鄰?fù)亮Ｓ擅?xì)壓力作用形成的連結(jié)。膠結(jié)連結(jié)：由于土中某些鹽類結(jié)晶將土粒膠結(jié)起來的連結(jié)。冰連結(jié)：冰土的暫時(shí)性連結(jié)，融化后即失去這種連結(jié)。土的結(jié)構(gòu)類型巨粒土及粗粒土的結(jié)構(gòu)類型生成時(shí)重力起主要作用，顆粒之間以機(jī)械