综合项目工程地质学电子版.doc

绪 论讲授自然动力及人类活动引起关于物理地质现象方面基本知识，以及从工程地质角度研究这些动力地质现象基本办法；通过本课程学习，具备解决某些重大工程地质实际问题初步能力；本课程应用性很强，规定学生尽量紧密联系工程实践进行学习。1、工程地质学概论. 李智毅，杨裕云.中华人民共和国地质大学出版社。2、工程地质分析原理. 张倬元，地质出版社3、工程地质学基本. 李智毅，王智济，杨裕云. 中华人民共和国地质大学出版社4、专门工程地质学. 张咸恭，李智毅，郑达辉，李日国. 地质出版社5、岩体构造力学. 孙广忠. 科学出版社6、工程地质数值模仿理论与办法. 唐辉明，晏鄂川，胡新丽. 中华人民共和国地质大学出版社人类工程活动与地质环境互有关系地质环境对工程活动制约关系 工程建筑稳定和正常使用 工程活动安全 工程造价工程活动对地质环境影响 工程活动规模愈大，地质环境变化愈大。总之，地质环境和工程活动之间是互相联系互相制约，其体现形式各种各样。 工程地质学研究对象工程地质条件：与工程建筑关于地质要素综合，涉及地层岩性、地质构造、地貌、水文地质条件、自然地质现象和天然建筑材料等方面。 地层岩性： 工程地质条件最基本要素，任何建筑物都脱离不开土体或岩体。岩土类型不同，其性质有很大差别，工程意义大不同样。 地形地貌： 地形地貌对建筑场地选取，特别是线性建筑线路方案选取意义重大，如能合理运用地形地貌条件，不但能大量节约投资，并且对建筑群中各种建筑物布局和建筑物型式、规模及施工条件也有直接影响。 地形地貌还能反映地区地质构造和水文地质构造特性。 地质构造： 涉及地质构造、岩土单元组合关系及各类构造面性质和空间分布。 水文地质条件： 对工程有影响因素是：地下水类型，地下水位及其变动幅度，含水层和隔水层分布及组合关系，各自厚度，土层或岩层渗入性强弱及其渗入系数，富水性，承压含水层特性及水头。 物理地质现象 指对工程建设有影响自然地质作用和现象。地壳表层经常处在内动力地质作用和外动力地质作用强烈影响之下，对建筑物导致威胁和破坏，其规模常巨大，甚至是区域性。 天然建筑材料 指土和岩石。要尽量“就地取材”。 研究岩土体工程性质及其在自然或人类活动影响下变化是工程岩土学基本任务。工程地质问题：工程活动与地质环境互相制约某些重要形势。分析这些问题产生地质条件、力学机制及其发展演化规律，以便对的评价和有效防治它们不良影响，是工程地质学另一专门分支工程地质学基本任务。 查明工程地质条件并研究查明工程地质条件办法和手段是工程地质勘察基本任务。 阐明建筑地区工程地质条件，并指出对建筑物有利和不利因素； 论证建筑物所存在工程地质问题，进行定性和定量评价，作出确切结论； 选取地质条件优良建筑场地，并依照场地工程地质条件对建筑物配备提出建议； 研究工程建筑物兴建后对地质环境影响，预测其发展演化趋势，提出运用和保护地质环境对策和办法； 依照所选定地点工程地质条件和存在工程地质问题，提出关于建筑物类型、规模、构造和施工办法合理建议，以及保证建筑物正常施工和使用所应注意地质规定； 为拟定改进和防治不良地质作用办法方案提供地质根据。 工程地质学学科性质和任务研究地质环境与人类工程活动之间互有关系，以便科学评价、合理运用、有效改造和妥善保护地质环境科学；是地质学与工程学边沿学科，是地质学一种分支。工程地质学特点是始终与工程实践紧密联系。工程地质学分科岩土工程地质性质研究工程动力地质作用研究工程地质勘察理论和技术办法研究区域工程地质研究环境工程地质性质研究Vajont水库滑坡1963年10月夜间发生在乎大利北部山区Vajont水库，被公以为是世界上最严重滑坡灾害。该水库库容10亿立方米，坝高267米，是当时世界上最高双曲拱坝。水库蓄水导致水库岸坡地下水位相应提高，地质环境发生急剧变化，2.6亿立方米石灰岩山体以20M/S以上速度滑入水库，最大涌浪高度250M，越过坝顶高度达150M，库水迅速猛泻向下游。洪水摧毁了下游数公里以内5个村庄，2600人在梦中死亡。该水库也因滑坡填入而报废。北京地面沉降底，北京平原已形成五个地面沉降区 东郊八里庄大郊亭（722mm） 东北郊来广营（565mm） 昌平沙河八仙庄（688mm） 大兴榆垡礼贤（661mm） 顺义平各庄（250mm)北京地面沉降危害对建筑物破坏和影响。形成地裂缝，直接或间接恶化环境。对地下水井设施影响。导致地面水准点水准。影响建筑物抗震能力，致使地震灾害加重。洪涝灾害加剧，防洪排涝工程效能减少。地面沉降是缓发性地质灾害，灾后恢复工作很难界定。工程地质分析基本办法自然历史分析法（定性） 工程地质学最基本一种研究办法，是其他研究办法基本。数学力学分析法（定量） 数学、力学与地质学结合，将工程地质分析定量化，是工程评价定量根据。模型模仿实验法（定量+定性） 研究自然地质作用规律，再现工程地质问题产生发展全过程，揭示其发生力学机制。工程地质学内容 岩土工程地质性质研究 土物质构成、构造、构造； 土物理性质、力学性质； 各类土工程地质特性； 岩石工程地质性质； 岩体工程地质性质及岩体工程分类。工程动力地质作用研究 活断层和地震工程地质研究； 斜坡变形破坏工程地质研究； 岩溶工程地质研究； 泥石流工程地质研究； 河流侵蚀和淤积工程地质研究。工程地质学学习办法在学习课本基本知识同步，应广泛查阅有关文章，参照详细工程地质实例，学习其所采用分析办法、治理办法等，掌握对各种工程动力地质作用分析研究思路和办法，可以用来解决实际问题。本课程以讲授为主，同步辅以必要习题、作业。考虑学时限制，同窗们也可以自学。 第一章 土物质构成与构造、构造 土：由固体颗粒以及颗粒间孔隙中水和气体构成一多相、分散多孔系统。土层：土具备成层特性，同一层内土物质构成和构造、构造基本一致，工程地质性质亦大体相似。土体：由性质各异、厚薄不等若干土层，以特定上、下顺序组合在一起。1 土粒度成分粒径和粒组划分粒径：土颗粒直径大小（mm）。粒组：指粒径在一定区段内其成分及性质相似土粒组别。划分原则（1）一方面考虑到在一定粒径变化范畴内，其工程地质性质是相似，若超越了这个变化幅度就要引起质变化。（2）要考虑与当前粒度成分测定技术相适应粒组统称粒组名称粒径d范畴（mm） 分析办法 主 要 特 征巨 粒漂石（块石）粒 d200 直接测定 透水性很大，压缩性极小，颗粒间无粘结，无毛细性。卵石（碎石）粒 60d200 粗粒砾粒 粗砾 20d60 筛分法 透水性大，压缩性小，无粘性，有一定毛细性。细砾2d20砂粒 粗砂0.5d2 中砂 0.25d0.5 细砂0.075d0.25 细粒粉粒 0.005d0.075 静水沉降原理 透水性小，压缩性中档，毛细上升高度大，微粘性。粘粒 d0.005 透水性极弱，压缩性变化大，具粘性和可塑性。粒度成分测定土粒度成分：指土中各个粒组相对百分含量，通惯用各粒组占土粒总质量百分数表达。目：进行土粒度成分分类，大体判断土工程地质性质办法：筛分法、静水沉降法。粒度成分表达办法 分累积曲线法 图解法 分布曲线法表达办法 三角图法表格法不均匀系数：Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。曲率系数：Cc3，中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少。级配良好土 Cu 5 且 Cc=13土按粒度成分分类砾粒起骨架作用，砂粒、粉粒起充填作用，粘粒起胶结作用。 土粒度不同，其性质差别较大，土工程地质性质在某种限度上可以以为是各粒组性质综合体现。 粒度成分分类各种各样，国内各建设部门按其工程建筑特点，各拟定了本部门粒度分类，至今没有完全统一通用分类。 普通，粒度分类以两个粒径界限值将土粒分为三大组：巨粒土和含巨粒土、粗粒土、细粒土。土名称各粒组含量/巨粒组60mm粗粒600.075mm砾粒602mm细粒0.075巨粒土和含巨粒土巨粒土75100琰茞琰茞琰茞混合巨粒土5075琰茞琰茞琰茞含巨粒混合土1550琰茞琰茞琰茞粗粒土砾类土50琰茞砂类土155010050琰茞细粒土含砂细粒土15255025505075粉质细粒土152522-0.50.5-0.250.25-0.10.10.05伊利石高岭石矿物成分与粒度成分关系粒径不不大于0.075mm各粒组，均由原生矿物所构成，其中漂石粒、卵石粒、砾粒，其粒径往往不不大于矿物颗粒，多数是由母岩碎屑构成，普通具备多矿物构造，砂粒与原生矿物颗粒大小近似，往往是由单矿物构成，以石英最为常用。粉粒组由原生矿物与次生矿物混合构成，其中以石英为主，另一方面为高岭石及难溶盐。粘粒组重要由不可溶性次生矿物与腐植质构成，有时也含难溶盐，其中粘土矿物是最常用矿物。 3 土中水和气体土中水基本类型与特性矿物成分水构造水：以H+和OH-形式存在于矿物结晶格架固定位置上。结晶水：以分子形式和一定数量存在于矿物结晶格架固定位置上。沸石水：以分子形式不定量地存在于矿物相邻晶胞之间。孔隙中水 固 态 重力水 自由水 毛细水孔隙中水 液 态 强结合水 结合水 弱结合水 气 态 粘性土性质土体中气体：要为O2、CO2 、N2 土粒对气体吸附强度： CO2 N2O2 H2 吸附气体 气体按存在状态分为 游离气体 密闭气体 4 土中构造和构造土构造：在一定土体中，构造相对均一土层单元体形态和组合特性,称为土构造。它涉及土层单元体大小，形态，排列和互有关系等方面。土粒间连接关系 按水类型分为：结合水连结：通过结合水膜将相邻土粒连结起来形式。毛细水连结：相邻土粒由毛细压力作用形成连结。胶结连结：由于土中某些盐类结晶将土粒胶结起来连结。冰连结：冰土暂时性连结，融化后即失去这种连结。土构造类型 巨粒土及粗粒土构造类型 生成时重力起重要作用，颗粒之间以机械作用为主。细粒土构造类型 蜂窝状构造 均粒团聚构造类型 架状构造 非均粒团聚构造土构造土构造：在一定土体中，构造相对均一土层单元体形态和组合特性,称为土构造。它涉及土层单元体大小，形态，排列和互有关系等方面。 层状构造 分散构造 类型 结核状构造 裂隙状构造 第二章 土物理性质概 念所谓土物理性质就是表达土中三相比例关系某些物理量。土物理性质指标不但可以描述土物理性质和它所处状态，并且在一定限度上反映了土力学性质。土物理性质指标分类一类是必要通过实验测定，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标；一类是依照直接指标换算，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标 土密度和容重测定办法：环刀法干密度d干容重d土烘干，体积要减小，因而土干密度不等于烘干土密度。土干密度或干容重是评价土密实限度指标，干密度或干容重越大表白土越密实，反之越疏松。惯用它来控制填土工程施工质量。 各种密度之间比较 土含水率测定办法：烘干法 先称出天然湿土质量，然后放在烘箱里，在100105下烘干，称干土质量。 砂土密实性 密实限度描述：松、密指标：相对密实度 （Relative Density ）密实限度疏松中密密实相对密度0Dr0.330.33Dr0.660.66Dr1习 题 1.某地基土实验中，测得土干重度d=15.7KN/m3,含水量=19.3%,土粒比重Gs=2.71。求:该土孔隙比e、孔隙度n及饱和度S r。 2.某地基土样数据如下：环刀体积为60cm3，湿土质量0.1204kg，土质量0.0992kg，土粒相对密度为2.71，试计算：天然含水量，天然重度，干重度d，孔隙比e。3.测得砂土天然重度17.6KN/m3，含水量8.6%，比重ds2.66，最小孔隙比emin0.462，最大孔隙比emax0.71，试求砂土相对密度Dr。4.某工程勘察中，取原状土60cm3，重99.15g，烘干后重78.05g，比重2.67，求此土孔隙比饱和度。 习 题 1.已知某地基土试样关于数据如下：天然重度 18.4KN/m3；干重度d13.2KN/m3 。液限实验，取湿土14.5g，烘干后重10.3g。搓条实验：取湿土条5.2g，烘干后重4.1g，求：(1)拟定土天然含水量，塑性指数和液性指数；(2)拟定土名称和状态。2.从甲、乙两地土层中各取出土样进行实验，液限L=40%，塑限p=25%，但甲地天然含水量=45%，而乙地=20%,是求甲、乙两地地基土液性指数IL各是多少?判断其状态 。3.已知某软土地基天然含水量=40%，塑限、液限实验测得：L=35%，=18%，Ip=17%。使用塑性图法对它们进行分类、并定出土名称。 3 细粒土胀缩性和崩解性细粒土胀缩性基本概念膨胀性：细粒土由于含水率增长而发生体积增大性能。收缩性：由于土中失去水分而体积缩小性能。产生膨胀因素：土粒表面结合水膜厚度增长，弱结合水含量增长。 土体胀缩性减少了土体强度，引起土体变形，从而影响建筑物安全。细粒土崩解性崩解性：细粒土由于浸水而发生崩散解体性能。崩解时间：一定体积土样完全崩解所需要时间。崩解特性：土样在崩解过程中各种现象。崩解速度：土样在崩解过程中质量损失与原土样质量之比关系。粘粒组含量30崩解速度崩解迅速崩解大为减缓崩解最慢各种土渗入系数参照值土名称砾石粗砂中砂细砂粉砂粉土粉质粘土粘土K(m/d)5050-2020-55-11-0.50.5-0.10.1-0.011010-11-0.010.01-0.001尖角石英长石云母粘土矿物成分不同，形成结合水膜厚度不同，土透水性也不同，亲水性粘土矿物成分越多，土透水性越低。3.土密度：土越密实，土中孔隙越小，土透水性减少。4.水溶液成分及密度：溶液中阳离子价数和水溶液浓度增长，土透水性减少。5.土中气体：气体越多，占据孔隙也越多，土透水性减少。6.土构造：土渗入性体现出各向异性特性。 不同类型土毛细上升高度土类别粗砂、中砂粉砂、细砂粘粒较少细粒土普通粘性土粘土毛细上升高度Hc/m0.350.351.21.22.52.03.01.04.0