工程地質(zhì)課件

第一章工程地質(zhì)（平均考10分）第一節(jié)巖體的特征第二節(jié)地下水的類型與特征第三節(jié)常見工程地質(zhì)問題及其處理方法第四節(jié)工程地質(zhì)對工程建設(shè)的影響 第一節(jié)巖體特征巖體和巖石：巖體是巖石受節(jié)理、斷層、層面及片理面等結(jié)構(gòu)面切割而具有一定結(jié)構(gòu)的、受地下水影響的多裂隙綜合體；巖石是礦物的集合體。工程巖體有地基巖體、邊坡巖體和地下工程圍巖三類。一、巖體的結(jié)構(gòu)（一）巖體的構(gòu)成1．巖石（1）巖石的主要礦物。礦物是存在于地殼中的具有一定化學成分和物理性質(zhì)的自然元素和化合物。礦物的成分、性質(zhì)及其在各種因素影響下的變化，都會對巖石發(fā)生影響。例如，巖石中的石英含量越多，鉆孔的難度就越大，鉆頭、鉆機等消耗量就越多。物理性質(zhì)是鑒別礦物的主要依據(jù)，例如，依據(jù)顏色鑒定礦物的成分和結(jié)構(gòu)，依據(jù)光澤鑒定風化程度，依據(jù)硬度鑒定礦物類別，礦物的顏色分為自色、他色和假色，自色可以作為鑒別礦物的特征，而他色和假色則不能。

在實際工作中常用可刻劃物品來大致測定礦物的相對硬度，如指甲約為2～2.5度，小刀約為5～5.5度，玻璃約為5.5～6度，鋼刀約為6～7度。（2）巖石的成因類型及其特征巖石按成因可分為巖漿巖（火成巖）、沉積巖（水成巖）和變質(zhì)巖三大類。巖漿巖

巖漿巖又稱火成巖，是巖漿通過地殼運動，沿地殼薄弱地帶上升冷卻凝結(jié)后形成的巖石。巖漿巖分為噴出巖和侵入巖。侵入巖又分為深成巖（形成深度大于5km）和淺成巖（形成深度小于5km）。深成巖常形成巖基等大型侵入體，巖性一般較單一，以中、粗粒結(jié)構(gòu)為主，致密堅硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性強，故其常被選為理想的建筑基礎(chǔ)，如花崗巖、正長巖、閃長巖、輝長巖；（花長3長）淺成巖多以巖床、巖墻、巖脈等狀態(tài)產(chǎn)出，有時相互穿插。顆粒細小，巖石強度高不易風化，這些小型侵入體與周圍巖體接觸部位，巖性不均勻，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎，風化蝕變嚴重，透水性增大，如花崗斑巖、閃長玢巖、輝綠巖、脈巖。（花腸脈綠）噴出巖是指噴出地表形成的巖漿巖，一般呈原生孔隙和節(jié)理發(fā)育，產(chǎn)狀不規(guī)則，厚度變化大，巖性很不均一，比侵入巖強度低，透水性強，抗風能力差，如流紋巖、粗面巖、安山巖、玄武巖、火山碎屑巖。②沉積巖根據(jù)沉積巖的組成成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和形成條件，可分為碎屑巖（如礫巖、砂巖、粉砂巖）、黏土巖（如泥巖、頁巖）、化學巖及生物化學巖類（如石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r）等。變質(zhì)巖變質(zhì)巖是地殼中原有的巖漿巖或沉積巖，由于地殼運動和巖漿活動等造成物理化學環(huán)境的改變，使原來巖石的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā)生一系列變化所形成的新的巖石。如大理巖、石英巖等。2．土（1）土的組成。土是由顆粒（固相）、水溶液（液相）和氣（氣相）所組成的三相體系。根據(jù)組成土的固體顆粒礦物成分的性質(zhì)及其對土的工程性質(zhì)影響不同，組成土的固體顆粒礦物可分為原生礦物、不溶于水的次生礦物、可溶鹽類及易分解的礦物、有機質(zhì)等四種。（2）土的結(jié)構(gòu)。土的結(jié)構(gòu)是指上顆粒本身的特點和顆粒間相互關(guān)聯(lián)的綜合特征，一般可分為兩大基本類型：

（2）土的結(jié)構(gòu)。①單粒結(jié)構(gòu)。也稱散粒結(jié)構(gòu)，是碎石（卵石）、礫石類土和砂土等無黏性土的基本結(jié)構(gòu)形式，其對土的工程性質(zhì)影響主要在于其松密程度。②集合體結(jié)構(gòu)。也稱團聚結(jié)構(gòu)或絮凝結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)為黏性土所特有。黏性土組成顆粒細小，表面能大，顆粒帶電，沉積過程中粒間引力大于重力，并形成結(jié)合水膜連接，使之在水中不能以單個顆粒沉積下來，而是凝聚成較復(fù)雜的集合體進行沉積。①①單粒結(jié)構(gòu)②集合體結(jié)構(gòu)。

（3）土的構(gòu)造土的構(gòu)造，是指整個土層構(gòu)成上的不均勻性特征的總和，反映土體力學性質(zhì)和其他工程性質(zhì)的各向異性或土體各部位的不均勻性，是決定勘探、取樣或原位測試布置方案和數(shù)量的重要因素之一。整個土體構(gòu)成上的不均勻性包括：層理、夾層、透鏡體、結(jié)核、組成顆粒大小懸殊及裂隙特征與發(fā)育程度等。

（4）土的分類。1)根據(jù)有機含量分類；2）根據(jù)顆粒級配和塑性指數(shù)分類；3）根據(jù)地質(zhì)成因分類；4）根據(jù)顆粒大小及含量分類；（4）土的分類。②根據(jù)顆粒級配和塑性指數(shù)分類。根據(jù)顆粒級配和塑性指數(shù)分為碎石土、砂土、粉土和黏性土。碎石土粒徑>2mm的顆粒含量>全重50%的土，砂土粒徑>0.075mm的顆粒含量>全重50%的土；黏性土塑性指數(shù)>10的土。粉土粒徑>0.075mm的顆粒不超過全重50%，且塑性指數(shù)≤10

3．結(jié)構(gòu)面（1）概念：結(jié)構(gòu)面是切割巖體的各種地質(zhì)界面的統(tǒng)稱，是一些具有一定方向，延展較廣較薄的二維地質(zhì)界面，如層面、沉積間斷面、節(jié)理、裂隙、裂縫、斷層等，也包括厚度較薄的軟弱夾層。

（2）結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：層面、節(jié)理、裂隙、裂縫、斷層等結(jié)構(gòu)面的空間位置定義為結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀。結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀由走向、傾向和傾角三個要素表示。4．地質(zhì)構(gòu)造（1）水平構(gòu)造和單斜構(gòu)造。（2）褶皺構(gòu)造概念：褶皺構(gòu)造是組成地殼的巖層受構(gòu)造力的強烈作用，使巖層形成一系列波狀彎曲而未喪失其連續(xù)性的構(gòu)造，它是巖層產(chǎn)生的塑性變形。絕大多數(shù)褶皺是在水平擠壓力作用下形成的，但也有少數(shù)是在垂直力或力偶作用下形成的。褶皺在層狀巖層常見，在塊狀巖體中則很難見到。4．地質(zhì)構(gòu)造（1）水平構(gòu)造和單斜構(gòu)造。（2）褶皺構(gòu)造（3）斷裂構(gòu)造。

（1）水平構(gòu)造和單斜構(gòu)造。

概念：褶曲是褶皺構(gòu)造中的一個彎曲，兩個或兩個以上褶曲的組合構(gòu)成褶皺構(gòu)造，每一個褶曲都有核部、翼、軸面、軸及樞紐等幾個褶曲要素。褶曲的基本形態(tài)是背斜和向斜。

褶皺構(gòu)造對選址的影響：1）深路塹和高邊坡2）隧道工程

（3）斷裂構(gòu)造斷裂構(gòu)造是構(gòu)成地殼的巖體受力作用發(fā)生變形，當變形達到一定程度后，使巖體的連續(xù)性和完整性遭到破壞，產(chǎn)生各種大小不一的斷裂。分為裂隙和斷層兩類。1）裂隙裂隙，也稱為節(jié)理，是存在于巖體中的裂縫，是巖體受力斷裂后兩側(cè)巖塊沒有顯著位移的小型斷裂構(gòu)造。一般用裂隙率（巖石中裂隙的面積與巖石總面積的百分比）表示，裂隙率越大．表示巖石中的裂隙越發(fā)育。1）裂隙裂隙的分類：（1）按發(fā)育等級分；（2）裂隙的成因（構(gòu)造裂隙和非構(gòu)造裂隙）。構(gòu)造裂隙分為張性裂隙和扭（剪）性裂隙。張性裂隙主要發(fā)育在背斜和向斜的軸部，裂隙張開較寬，斷裂面粗糙，一般很少有擦痕，裂隙間距較大且分布不勻，沿走向和傾向都延伸不遠；扭（剪）性裂隙，一般出現(xiàn)在褶曲的翼部和斷層附近。等級基本特征附注不發(fā)育裂隙1～2組，規(guī)則，構(gòu)造型，間距在1m以上，多為密閉裂隙（裂隙寬度＜1mm）。巖體被切割成巨塊狀對基礎(chǔ)工程無影響，在不含水且無其他不良因素時，對巖體穩(wěn)定性影響不大較發(fā)育裂隙2～3組，呈X型，較規(guī)則，以構(gòu)造型為主，多數(shù)間距大于0.4m，多為密閉裂隙，少有填充物。巖體被切割成大塊狀對基礎(chǔ)工程影響不大，對其他工程可能產(chǎn)生相當影響發(fā)育裂隙3組以上，不規(guī)則，以構(gòu)造型或風化型為主，多數(shù)間距小于0.4m，大部分為張開裂隙（3～5mm），部分有填充物.巖體被切割成小塊狀對工程建筑物可能產(chǎn)生很大影響很發(fā)育裂隙3組以上，雜亂，以風化型和構(gòu)造型為主，多數(shù)間距小于0.2m，以張開裂隙為主，一般均有填充物。巖體被切割成碎石狀對工程建筑物產(chǎn)生嚴重影響2）斷層斷層是巖體受力作用斷裂后，兩側(cè)巖塊沿斷裂面發(fā)生顯著相對位移的斷裂構(gòu)造。斷層要素。2斷層基本類型。

（二）巖體結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)體形狀根據(jù)其外形特征柱狀、板狀、楔形、菱形和錐形等六種基本形態(tài)巖體強烈變形破碎時片狀、碎塊狀、鱗片狀等結(jié)構(gòu)體平緩產(chǎn)狀的層狀巖體方塊體、三角形柱體等在陡立的巖層地區(qū)塊體、錐形體和各種柱巖體結(jié)構(gòu)類型整體塊狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)一般沿層面方向的抗剪強度明顯比垂直層面方向的更低。當結(jié)構(gòu)面傾向坡外時要比傾向坡里時的工程地質(zhì)性質(zhì)差得多。碎裂結(jié)構(gòu)散體結(jié)構(gòu)二、巖體的力學特性變形特征設(shè)計人員所關(guān)心的主要是巖體的變形特性。巖體變形參數(shù)由變形模量或彈性模量反映。巖體彈塑性變形＞巖石

彈塑性變形流變特征蠕變：變形隨時間的持續(xù)而逐漸增加松弛：應(yīng)力隨時間增長而逐漸減小強度特征

巖體的強度≠巖塊巖石的強度

巖體的強度≠結(jié)構(gòu)面的強度而是二者共同影響表現(xiàn)出來的強度。三、巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)（一）巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)1．巖石的物理力學性質(zhì)（1）巖石的主要物理性質(zhì)①重量一般用比重和重度兩個指標表示。a.比重是巖石固體（不包括孔隙）部分單位體積的重量。數(shù)值上等于巖石固體顆粒重量與同體積水在4℃時的重量比。巖石的比重決定于組成巖石的礦物的比重及其在巖石中的相對含量。b.重度也稱容重，是巖石單位體積的重量，在數(shù)值上等于巖石試件的總重量（包括孔隙中的水重）與其總體積（包括孔隙體積）之比。巖石重度的大小決定于巖石中礦物的比重、巖石的孔隙性及其含水情況。一般來講，組成巖石的礦物比重大，或巖石的孔隙性小，則巖石的重度就大。在相同條件下的同一種巖石，重度大就說明巖石的結(jié)構(gòu)致密、孔隙性小，巖石的強度和穩(wěn)定性也較高。孔隙性巖石的孔隙性用孔隙度表示，反映巖石中各種孔隙的發(fā)育程度。在數(shù)值上等于巖石中各種孔隙的總體積與巖石總體積的比，以百分數(shù)計。

③吸水性用吸水率表示，在數(shù)值上等于巖石的吸水重量與同體積干燥巖石重量的比，以百分數(shù)計。巖石的吸水率與巖石孔隙度的大小、孔隙張開程度等因素有關(guān)。巖石的吸水率大，則水對巖石顆粒間結(jié)合物的浸潤、軟化作用就強，巖石強度和穩(wěn)定性受水作用的影響也就越顯著。④軟化性用軟化系數(shù)作為巖石軟化性的指標，在數(shù)值上等于巖石飽和狀態(tài)下的極限抗壓強度與風干狀態(tài)下極限抗壓強度的比。其值越小，表示巖石的強度和穩(wěn)定性受水作用的影響越大。⑤抗凍性巖石孔隙中的水結(jié)冰時體積膨脹，會產(chǎn)生巨大的壓力。巖石抵抗這種壓力作用的能力，稱為巖石的抗凍性。在高寒冰凍地區(qū)，抗凍性是評價巖石工程性質(zhì)的一個重要指標。（2）巖石主要力學性質(zhì)①巖石的變形巖石受力作用會產(chǎn)生變形，在彈性變形范圍內(nèi)用彈性模量和泊桑比兩個指標表示。相同受力條件下，巖石彈性模量越大，變形越小。泊桑比是橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比。泊桑比越大，表示巖石受力作用后的橫向變形越大。②巖石的強度巖石受力作用破壞，表現(xiàn)為壓碎、拉斷和剪切等，故有抗壓強度、抗拉強度和抗剪強度等。a．抗壓強度?？箟簭姸仁菐r石在單向壓力作用下抵抗壓碎破壞的能力，是巖石最基本最常用的力學指標。巖石的抗壓強度相差很大，膠結(jié)不良礫巖和軟弱頁巖的小于20MPa。堅硬巖漿巖的大于245MPa。b．抗拉強度?？估瓘姸仁菐r石抵抗拉伸破壞的能力，在數(shù)值上等于巖石單向拉伸破壞時的最大張應(yīng)力。c．抗剪強度。抗剪強度是指巖石抵抗剪切破壞的能力，在數(shù)值上等于巖石受剪破壞時的極限剪應(yīng)力。在一定壓應(yīng)力下巖石剪斷時，剪破面上的最大剪應(yīng)力，稱為抗剪斷強度，其值一般都比較高。抗剪強度是沿巖石裂隙或軟弱面等發(fā)生剪切滑動時的指標，其強度遠遠低于抗剪斷強度。

巖石的抗壓強度最高，抗剪強度居中，抗拉強度最小?？辜魪姸燃s為抗壓強度的10%～40%，抗拉強度僅是抗壓強度的2%～16%。巖石越堅硬，其值相差越大，軟弱巖石的差別較小。巖石的抗壓強度和抗剪強度，是評價巖石（巖體）穩(wěn)定性的主要指標，是對巖石（巖體）的穩(wěn)定性進行定量分析的依據(jù)之一。

（二）土體的工程地質(zhì)性質(zhì)1．土的物理力學性質(zhì)（1）土的主要性能參數(shù)①土的含水量。是土中水的質(zhì)量與土顆粒重量之比。②土的飽和度。土的飽和度是土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，飽和度Sr越大，表明土孔隙中充水愈多。Sr<50%是稍濕狀態(tài)，Sr在50%～80%之間是很濕狀態(tài)，Sr>80%是飽水狀態(tài)。③土的孔隙比。是土中孔隙體積與土粒體積之比，反映天然土層的密實程度，一般孔隙比小于0.6的土是密實的低壓縮性土，大于1.0的土是疏松的高壓縮性土。④土的孔隙率。孔隙體積與土的體積（三相）之比。⑤土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)碎石土和砂土為無黏性土，緊密狀態(tài)是判定其工程性質(zhì)的重要指標。顆粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的工程性質(zhì)受含水量的影響特別大。黏性土的界限含水量，有縮限、塑限和液限。液限和塑限的差值稱為塑性指數(shù)，它表示黏性土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。塑性指數(shù)愈大，可塑性就愈強。黏性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，稱為液性指數(shù)。液性指數(shù)愈大，土質(zhì)愈軟。（2）土的力學性質(zhì)1）土的壓縮性：是土在壓力作用下體積縮小的特性。在荷載作用下，透水性大的飽和無粘性土，其壓縮過程在短時間內(nèi)就可以結(jié)束。2）土的抗剪強度：在土的自重或外荷載作用下，土體中某一個曲面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力值達到了土對剪切破壞的極限抗力時，土體就會沿著該曲面發(fā)生相對滑移而失穩(wěn)。涉及地基承載力、路堤等工程邊坡、天然土坡的穩(wěn)定性。2．特殊土的工程性質(zhì)軟土高含水量、高孔隙性、低滲透性、高壓縮性、低抗剪強度、較顯著的觸變性和蠕變性。紅黏土強度高，壓縮性低，無濕陷性，飽和水下仍堅硬膨脹土明顯的吸水膨脹，失水收縮，且往復(fù)可逆濕陷性黃土一般分為自重濕陷性和非自重濕陷性黃土兩種類型，濕陷性黃土受水浸濕后，在其自重壓力下發(fā)生濕陷的，稱為自重濕陷性黃土。而在其自重壓力與附加壓力共同作用下才發(fā)生濕陷的，稱為非自重濕陷性黃土。素填土天然地基：堆填>10年黏性土、>5年粉土，>2年砂土工程性質(zhì)：密實性，不均勻性。關(guān)鍵：防止不均勻沉降雜填土以生活垃圾和腐蝕性及易變性工業(yè)廢料，不宜作地基；以建筑垃圾或一般工業(yè)廢料，處理后可作為地基。注意：不均勻性，工程性質(zhì)隨時間變化，含腐殖質(zhì)及水化物沖填土含水量大透水差，比自然沉積飽和土強度低、壓縮性高。（三）結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)性質(zhì)對巖體影響較大的結(jié)構(gòu)面的物理力學性質(zhì)主要是結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、延續(xù)性和抗剪強度。延伸長度為5-10m的平直結(jié)構(gòu)面，對地下工程圍巖的穩(wěn)定就有很大的影響，對邊坡的穩(wěn)定影響一般不大。結(jié)構(gòu)面的規(guī)模是結(jié)構(gòu)面影響工程建設(shè)的重要性質(zhì)。結(jié)構(gòu)面分為Ⅰ～Ⅴ級。Ⅰ級控制工程建設(shè)地區(qū)的穩(wěn)定性，直接影響工程巖體穩(wěn)定性。Ⅱ級指延伸長而寬度不大的區(qū)域性地質(zhì)界面Ⅲ是指十米至數(shù)百米的斷層、區(qū)域性節(jié)理、延伸較好的層面及層間錯動等Ⅳ結(jié)構(gòu)面主要控制著巖體的結(jié)構(gòu)、完整性和物理力學性質(zhì)。Ⅴ級結(jié)構(gòu)面又稱微結(jié)構(gòu)面，常包含在巖塊內(nèi)，主要影響巖塊的物理力學性質(zhì)，控制巖塊的力學性質(zhì)。Ⅱ、Ⅲ級結(jié)構(gòu)面往往是對工程巖體力學和對巖體破壞方式有控制意義的邊界條件，它們的組合往往構(gòu)成可能滑移巖體的邊界面，直接威脅工程安全穩(wěn)定性。（四）地震的震級與烈度1.地震震源震源是深部巖石破裂產(chǎn)生地殼震動的發(fā)源地。震源在地面上的垂直投影稱為震中。地震所引起的震動以彈性波的形式向各個方向傳播，其強度隨距離的增加而減小。地震波首、先傳達到震中，震中區(qū)受破壞最大，距震中越遠破壞程度越小。地面上受震動破壞程度相同點的外包線稱為等震線。

（四）地震的震級與烈度1.地震震源地震波通過地球內(nèi)部介質(zhì)傳播的稱為體波。體波分為縱波和橫波?？v波的質(zhì)點振動方向與震波傳播方向一致，周期短、振幅小、傳播速度快。橫波的質(zhì)點振動方向與震波傳播方向垂直，周期長、振幅大、傳播速度較慢。體波經(jīng)過反射、折射而沿地面附近傳播的波稱為面波，面波的傳播速度最慢。

2.地震震級地震是依據(jù)地震釋放出來的能量多少來劃分震級的。釋放出來的能量越多，震級就越大。中國科學院將地震震級分為五級：微震、輕震、強震、烈震和大災(zāi)震。3.地震烈度地震烈度是指某一地區(qū)的地面和建筑物遭受一次地震破壞的程度。其不僅與震級有關(guān)，還和震源深度，距震中距離以及地震波通過介質(zhì)條件（巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地下水埋深）等多種因素有關(guān)。地震烈度又可分為基本烈度、建筑場地烈度和設(shè)計烈度?；玖叶却硪粋€地區(qū)的最大地震烈度；建筑場地烈度也稱小區(qū)域烈度，是建筑場地內(nèi)因地質(zhì)條件、地貌地形條件和水文地質(zhì)條件的不同而引起的相對基本烈度有所降低或提高的烈度。一般降低或提高半度至一度；設(shè)計烈度是抗震設(shè)計所采用的烈度，是根據(jù)建筑物的重要性、永久性、抗震性以及工程的經(jīng)濟性等條件對基本烈度的調(diào)整。4.震級與烈度的關(guān)系震級與地震烈度既有區(qū)別，又相互聯(lián)系。一般情況下，震級越高、震源越淺，距震中越近，地震烈度就越高，一次地震只有一個震級，但震中周圍地區(qū)的破壞程度，隨距震中距離的加大而逐漸減小，形成多個不同的地震烈度區(qū)，它們由大到小依次分布。但因地質(zhì)條件的差異，可能出現(xiàn)偏大或偏小的烈度異常區(qū)。（四）地震的震級和烈度震中震源在地面上的垂直投影等震線受震破壞程度相同點的外包線震波縱波質(zhì)點振動與震波傳播方向一致，周期短，振幅小，傳播快橫波質(zhì)點振動與震波傳播方向垂直，周期長，振幅大，傳播慢面波傳播速度最慢地震震級中國科學院：微震、輕震、強震、烈震和大災(zāi)震。（四）地震的震級和烈度地震烈度基本烈度一個地區(qū)的最大地震烈度不可調(diào)整建筑場地烈度考慮建筑場地條件小區(qū)域地震烈度可調(diào)整設(shè)計烈度考慮建筑物地位、作用，在基本烈度基礎(chǔ)上調(diào)整的烈度?？烧{(diào)整震級與烈度關(guān)系一次地震只有一個震級，多個不同的地震烈度區(qū)

第二節(jié)地下水類型與特征

一、根據(jù)埋藏條件，將地下水分為包氣帶水、潛水、承壓水三大類。一、地下水的類型（一）包氣帶水：季節(jié)性存在的水（二）潛水：受氣候條件影響，季節(jié)性變化明顯（三）承壓水：充滿兩個穩(wěn)定隔水層之間的重力水（四）裂隙水：風化裂隙水、成巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水。（五）巖溶水（一）包氣帶水包氣帶水處于地表面以下潛水位以上的包氣帶巖土層中，包括土壤水、沼澤水、上層滯水以及巖層風化殼（站土裂隙）中季節(jié)性存在的水。

（二）潛水潛水是埋藏在地表以下第一層較穩(wěn)定的隔水層以上具有自由水面的重力水，其自由表面承受大氣壓力，受氣候條件影響，季節(jié)性變化明顯。如春、夏季多雨，水位上升，冬季少雨，水位下降。水溫也隨季節(jié)而有規(guī)律的變化。潛水主要分布在地表各種巖土里，多數(shù)存在于第四紀松散巖層中，堅硬的沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖的裂隙及洞穴中也有潛水分布。（三）承壓水承壓水也稱為自流水，是地表以下充滿兩個穩(wěn)定隔水層之間的重力水。一為向斜構(gòu)造盆地，也稱為自流盆地；二為單斜構(gòu)造自流斜地。分類特征按埋藏分包氣帶水受大氣降水影響上層滯水補給區(qū)分布區(qū)一致土壤水潛水（重力水）受氣候，地質(zhì)，地形影響承壓水（重力水）不受氣候影響補給區(qū)分布區(qū)不一致適宜形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造向斜構(gòu)造盆地(自流盆地)單斜構(gòu)造自流斜地（四）裂隙水裂隙水是指埋藏在基巖裂隙中的地下水。根據(jù)基巖裂隙成因，將裂隙水分為風化裂隙水、成巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水。(1）風化裂隙水，多屬潛水。(2）成巖裂隙水，可以是潛水，也可以是承壓水。(3）構(gòu)造裂隙水，張開性構(gòu)造裂隙，存層狀構(gòu)造裂隙水。分布不連續(xù)不溝通，則賦存脈狀構(gòu)造裂隙水。（五）巖溶水根據(jù)埋藏條件，將巖潛水分為巖溶上層滯水、巖溶潛水及巖溶承壓水。第三節(jié)常見工程地質(zhì)問題及其處理辦法一、特殊地址（一）松散、軟弱土層松散、軟弱土層強度、剛度低，承載力低，抗?jié)B性差。（二）風化、破碎巖層風化、破碎，用噴混凝土或掛網(wǎng)噴混凝土護面地下工程圍巖，采用支撐、支護和襯砌。裂隙，用水泥漿灌漿加固或防滲。

一、特殊地址（三）斷層、泥化軟弱夾層泥化夾層，深埋的一般不影響承載能力。斷層、泥化軟弱夾層，對于不便清除回填的，可采用錨桿、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索等進行抗滑處理。上方修筑截水設(shè)施，下方筑好排水設(shè)施；在滑坡體坡腳采用擋土墻、抗滑樁等支擋措施，固結(jié)灌漿等措施改善滑動面和滑坡體的抗滑性能。

（四）巖溶與土洞對塌陷或淺埋溶（土）洞宜采用挖填夯實法、跨越法、充填法、墊層法進行處理；對深埋溶（土）洞宜采用注漿法、樁基法、充填法進行處理。對落水洞及淺埋的溶溝（槽）、溶蝕（裂隙、漏斗）等，宜采用跨越法、充填法進行處理。對于巖溶地區(qū)地貌、地質(zhì)、水文條件復(fù)雜及塌陷量大、影響范圍大的地段，可采用多種方法綜合處理。巖搭地基處理與施工時，應(yīng)對巖溶水進行疏導或封堵，減少淘蝕、潛蝕。一、特殊地基松散(砂、砂礫地層)不滿足承載力較淺挖除較深固結(jié)灌漿預(yù)制樁灌注樁地下連續(xù)墻沉井不滿足滲要求灌水泥漿灌水泥黏土漿地下連續(xù)墻影響邊坡穩(wěn)定噴砼打土釘軟弱淤泥不滿足承載力較淺挖除較深振沖置換二、地下水（一）地下水對土體和巖體的軟化（二）地下水位下降引起軟土地基沉降（三）動水壓力產(chǎn)生流砂和潛蝕兩種現(xiàn)象：流砂和潛蝕。地下水滲流產(chǎn)生的動水壓力大于土顆粒的有效重度，即滲流水力坡度大于臨界水力坡度，發(fā)生流砂現(xiàn)象；反之潛蝕。（四）地下水的浮托作用（基礎(chǔ)位于粉土、砂土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位100%計算浮托力；基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位50%計算浮托力；基礎(chǔ)位于黏性土地基上，其浮托力較難確切地確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實際經(jīng)驗考慮。）（五）承壓水對基坑的作用（六）地下水對鋼筋混凝土的腐蝕

基礎(chǔ)位于粉土、砂土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位100%計算浮托力；基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位50%計算浮托力；基礎(chǔ)位于黏性土地基上，其浮托力較難確切地確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實際經(jīng)驗考慮。三、邊坡穩(wěn)定（一）影響邊坡穩(wěn)定因素內(nèi)在因素有組成邊坡巖土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力等，它們常常起著主要的控制作用；外在因素有地表水和地下水的作用、地震、風化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷載等。下面從地貌條件、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造與巖體結(jié)構(gòu)、地下水四個因素來介紹具體的影響作用。1．地貌條件2．地層巖性（注意前3條）3．地質(zhì)構(gòu)造與巖體結(jié)構(gòu)4．地下水(影響邊坡穩(wěn)定最重要、最活躍外在因素）三、邊坡穩(wěn)定（一）影響邊坡穩(wěn)定的因素1.地貌條件一般來說，坡度越陡，坡高越大，對穩(wěn)定越不利。例如，崩塌現(xiàn)象均發(fā)生在坡度大于60。的斜坡上。（一）影響邊坡穩(wěn)定的因素2.地層巖性(1）對于深成侵入巖、厚層堅硬的沉積巖以及片麻巖、石英巖等構(gòu)成的邊坡，一般穩(wěn)定程度是較高的。只有在節(jié)理發(fā)育、有軟弱結(jié)構(gòu)面穿插且邊坡高陡時，才易發(fā)生崩塌或滑坡現(xiàn)象。(2）對于噴出巖邊坡，如玄武巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、安山巖等，其原生的節(jié)理，尤其是柱狀節(jié)理發(fā)育時，易形成直立邊坡并易發(fā)生崩塌。(3）對于含有粘土質(zhì)頁巖、泥巖、煤層、泥灰?guī)r、石膏等夾層的沉積巖邊坡，最易發(fā)生順層滑動，或因下部蠕滑而造成上部巖體的崩塌。2.地層巖性(4）對于千枚巖、板巖及片巖，巖性較軟弱且易風化，在產(chǎn)狀陡立的地段，臨近斜坡表部容易出現(xiàn)蠕動變形現(xiàn)象。當受節(jié)理切割遭風化后，常出現(xiàn)順層（或片理〉滑坡。(5）對于黃土，當具有垂直節(jié)理、疏松透水，浸水后易崩解濕陷。當受水浸泡或作為水庫岸邊時，極易發(fā)生崩塌或塌滑現(xiàn)象。(6）對于崩塌堆積、坡積及殘積層地區(qū)，其下伏基巖面常常是一個傾向河谷的斜坡面。當有地下水在此受阻，并有結(jié)土質(zhì)成分沿其分布時，極易形成滑動面，從而使上部松散堆積物形成滑坡。3.地質(zhì)構(gòu)造與巖體結(jié)構(gòu)地質(zhì)構(gòu)造因素包括褶皺、斷裂、區(qū)域新構(gòu)造運動及地應(yīng)力等，這些對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定也是主要因素。褶皺、斷裂發(fā)育地區(qū)，常是巖層傾角大，甚至陡立，斷層、節(jié)理縱橫切割，構(gòu)成巖體中的切割面和滑動面，形成有利于崩塌、滑動的條件，并直接控制著邊坡破壞的形成和規(guī)模。4.地下水地下水是影響邊坡穩(wěn)定最重要、最活躍的外在因素，絕大多數(shù)滑坡都與地下水的活動有關(guān)。許多滑坡、崩塌均發(fā)生在降雨之后，原因在于降水滲入巖土體后，產(chǎn)生不良影響所致。地下水的作用是很復(fù)雜的，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

4.地下水(1）地下水會使巖石軟化或溶蝕，導致上覆巖體塌陷，進而發(fā)生崩塌或滑坡。(2）地下水產(chǎn)生靜水壓力或動水壓力，促使巖體下滑或崩倒。(3）地下水增加了巖體重量，可使下滑力增大。(4）在寒冷地區(qū)，滲入裂隙中的水結(jié)冰，產(chǎn)生膨脹壓力，促使巖體破壞傾倒。(5）地下水產(chǎn)生浮托力，使巖體有效重量減輕，穩(wěn)定性下降。（二）不穩(wěn)定邊坡的防治措施常用的方法有：防止地表水向巖體中滲透與排除不穩(wěn)定巖體中的地下水，削緩斜坡、上部減重，修建支擋建筑，錨固等。1．防滲和排水為了防止大氣降水向巖體中滲透，一般是在滑坡體外圍布置截水溝槽，以截斷流至滑坡體上的水流。應(yīng)在大的滑坡體上布置一些排水溝，同時要整平坡面，防止有積水的坑洼，以利于降水迅速排走。針對已滲入滑坡體的水，通常是采用地下排水廊道，截住滲透的水流或?qū)⒒麦w中的積水排出滑坡體以外。2．削坡削坡是將陡傾的邊坡上部的巖體挖除，一部分使邊坡變緩，同時也可使滑體重量減輕，以達到穩(wěn)定的目的。削減下來的土石，可填在坡腳，起反壓作用，更有利于穩(wěn)定。3．支擋建筑支擋建筑主要是在不穩(wěn)定巖體的下部修建擋墻或支撐墻（或墩），也是一種應(yīng)用廣泛而有效的方法。材料用混凝土、鋼筋混凝土或砌石。支擋建筑物的基礎(chǔ)要砌置在滑動面以下。若在擋墻后增加排水措施，效果更好。4．錨固措施錨固措施，有錨桿（或錨索）和混凝土錨固樁兩種類型。預(yù)應(yīng)力錨索或錨桿錨固不穩(wěn)定巖體的方法，適用于加固巖體邊坡和不穩(wěn)定巖塊。錨固樁（或稱抗滑樁）適用于淺層或中厚層的滑坡體滑動。它是在滑坡體的中、下部開挖豎井或大口徑鉆孔，然后澆灌鋼筋混凝土。垂直于滑動方向布置一排或兩排，樁徑通常為1～3m，深度一般要求滑動面以下樁長占全樁長的1/4—1/3。四、地下工程圍巖的穩(wěn)定性1．地下工程位置選則的影響因素地下工程位置的選擇，除取決于工程目的要求外，還需要考慮區(qū)域穩(wěn)定、山體穩(wěn)定及地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地應(yīng)力等因素的影響。（1）地形條件在地形上要求山體完整，地下工程周圍包括洞頂及傍山側(cè)應(yīng)有足夠的山體厚度。如選擇隧洞位置時，隧洞進出口地段的邊坡應(yīng)下陡上緩，無滑坡、崩塌等現(xiàn)象存在。洞口巖石應(yīng)直接出露或坡積層薄，巖層最好傾向山里以保證洞口坡的安全。（2）巖性條件一般而言，巖漿巖、厚層堅硬的沉積巖及變質(zhì)巖，圍巖的穩(wěn)定性好，適于修建大型的地下工程。凝灰?guī)r、黏土巖、頁巖、膠結(jié)不好的砂礫巖、千枚巖及某些片巖，穩(wěn)定性差，不宜建大型地下工程。（3）地質(zhì)構(gòu)造條件①褶皺的影響。因此，在布置地下工程時，原則上應(yīng)避開褶皺核部。若必須在榴皺巖層地段修建地下工程，可以將地下工程放在褶皺的兩側(cè)。②斷裂的影響。③巖層產(chǎn)狀的影響。（順傾向一側(cè)的圍巖易于變形或滑動，造成很大的偏壓，逆傾向一側(cè)圍巖側(cè)壓力小，有利于穩(wěn)定。）（4）地下水在選址時最好選在地下水位以上的干燥巖體內(nèi)，或地下水量不大、無高壓含水層的巖體內(nèi)。（5）地應(yīng)力初始應(yīng)力狀態(tài)是決定圍巖應(yīng)力重分布的主要因素。2．圍巖的工程地質(zhì)分析（1）圍巖穩(wěn)定性分析圍巖穩(wěn)定，是指在一定時間內(nèi)，在一定的地質(zhì)力和工程力作用下，巖體不產(chǎn)生破壞和失穩(wěn)。圍巖在壓應(yīng)力、拉應(yīng)力作用下能否破壞，一般可采用如下判據(jù)：一是圍巖的抗壓強度和抗拉強度是否適應(yīng)圍巖應(yīng)力；二是圍巖的抗剪強度是否適應(yīng)圍巖的剪應(yīng)力。由于巖體在強度和結(jié)構(gòu)方面的差異，隧道、豎井、和地下車站、倉庫、廠房等地下工程的圍巖變形與破壞的形式主要由五種：①脆性破裂，經(jīng)常產(chǎn)生于高地應(yīng)力地區(qū)，其形成的機理是復(fù)雜的，它是儲存有很大彈性應(yīng)變能的巖體，在開挖卸荷后，能量突然釋放形成的，它與巖石性質(zhì)、地應(yīng)力積聚水平及地下工程斷面形狀等因素有關(guān)。②塊體滑移，是塊狀結(jié)構(gòu)圍巖常見的破壞形式，常以結(jié)構(gòu)面交匯切割組合成不同形狀的塊體滑移、塌落等形式出現(xiàn)。③巖層的彎曲折斷，是層狀圍巖變形失穩(wěn)的主要形式，當巖層很薄或軟硬相間時，頂板容易下沉彎曲折斷。在傾斜層狀圍巖中，當層間結(jié)合不良時，順傾向一側(cè)拱腳以上部分巖層易彎曲折斷，逆傾向一側(cè)邊墻或頂拱易滑落掉塊。在陡傾或直立巖層中，因洞周的切向應(yīng)力與邊墻巖層近于平行，所以邊墻容易凸邦彎曲。④碎裂結(jié)構(gòu)巖體在張力和振動力作用下容易松動、解脫，在洞頂則產(chǎn)生崩落，在邊墻上則表現(xiàn)為滑塌或碎塊的坍塌。當結(jié)構(gòu)面間夾泥時，往往會產(chǎn)生大規(guī)模的塌方，如不及時支護，將愈演愈烈，直至冒頂。⑤一般強烈風化、強烈構(gòu)造破碎或新近堆積的土體，在重力、圍巖應(yīng)力和地下水作用下常產(chǎn)生冒落及塑性變形。常見的塑性變形和破壞形式有邊墻擠入、底鼓及洞徑收縮等。3．提高圍巖穩(wěn)定性的措施兩大類：傳統(tǒng)的支撐或襯砌、噴錨支護。（1）支撐與襯砌。支撐是在地下工程開挖過程中用以穩(wěn)定圍巖用的臨時性措施。按照選用材料的不同，有木支撐、鋼支撐及混凝土支撐等。襯砌是加固圍巖的永久性結(jié)構(gòu)，其作用主要是承受圍巖壓力及內(nèi)水壓力，有混凝土及鋼筋混凝土襯砌，也可以用漿砌條石襯砌。（2）噴錨支護。噴錨支護是在地下工程開挖后，及時地向圍巖表面噴一薄層混凝土（一般厚度為5～20cm），有時再增加一些錨桿，從而部分地阻止圍巖向洞內(nèi)變形，以達到支護的目的。

噴混凝土具備以下幾方面的作用：首先，能緊跟工作面，速度快，因而縮短了開挖與支護的間隔時間，及時地填補了圍巖表面的裂縫和缺損，阻止裂隙切割的碎塊脫落松動，使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)得到改善；其次，由于有較高的噴射速度和壓力，漿液能充填張開的裂隙，起著加固巖體的作用，提高了巖體的強度和整體性。此外，噴層與圍巖緊密結(jié)合，有較高的粘結(jié)力和抗剪強度，能在結(jié)合面上傳遞各種應(yīng)力，可以起到承載拱的作用。（3）各類圍巖的具體處理方法。1）對于堅硬的整體圍巖，巖塊強度高，整體性好，在下工程開挖后自身穩(wěn)定性好，基本上不存在支護向題。這種情況下噴混凝土的作用主要防止圍巖表面風化，消除開挖后表面的凹凸不平及防止個別巖塊掉落，其噴層厚度一般3～5cm。當?shù)叵鹿こ虈鷰r中出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)時，應(yīng)采用錨桿穩(wěn)定圍巖。2）對于塊狀圍巖，這類圍巖的坍塌總是從個別石塊——“危石”掉落開始，再逐漸發(fā)展擴大，只要及時有效地防止個別“危石”掉落，就能保證圍巖整體的穩(wěn)定性。一般而言，對于此類圍巖，噴混凝土支護即可，但對于邊墻部分巖塊可能沿某一結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑動時，應(yīng)該用錨桿加固。3）對于層狀圍巖，在開挖地下工程時，往往不易打成拱形（或圓形），爆破后頂面經(jīng)常成平板狀，如不加支護，圍巖常常先發(fā)生彎曲張開，然后