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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。
Ⅰ 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。
Ⅱ 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。
Ⅲ 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。
Ⅳ 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。
Ⅴ 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。

Ⅵ 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。
Ⅰ 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；
Ⅱ 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；
Ⅲ 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；
Ⅳ 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；
Ⅴ 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；
Ⅵ 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
d>200
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
60<d≤200
粗粒
砾粒
粗砾
20<d≤60
筛

分

法
透水性大，压缩性小，无粘性，有一定毛细性。
细砾
2<d≤20
砂粒
粗砂
0.5<d≤2
中砂
0.25<d≤0.5
细砂
0.075<d≤0.25
细粒
粉粒
0.005<d≤0.075
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
d≤0.005
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：

Cc<1，中间颗粒偏少，小粒径颗粒偏多。
Cc>3，中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少。
级配良好土 Cu ≥5 且 Cc=1~~3
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60～0.075mm
砾粒60～2mm
细粒<0.075
巨粒土和含巨粒土
巨粒土
75～100
 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü
 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü
 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü
混合巨粒土
50～75
 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü
 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü
 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü
含巨粒混合土
15～50
 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü
 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü
 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü
粗粒土
砾类土
<15
50～100
>50
 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü
砂类土
<15
50～100
<50
 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü
细粒土
含砂细粒土
<15
25～50
25～50
50～75
粉质细粒土
<15
<25
<25
75～100

练习题
1. 取干土重5.10N，通过筛分和水分法测得其成果如表1-1。
规定:
1)绘制土级配曲线；
2)拟定不均匀系数Cu，并判断其级配好坏。
表1-1 颗粒分析成果表

粒径（mm）
>2
2-0.5
0.5-0.25
0.25-0..1
<0.1
<0.05
<0.005
重量（N）
0
0.35
1.25
2.5
1.0
0.83
0.27
2. 三种土土颗粒级配分布曲线如下图所示，回答下列说法哪些是对的?
1) A不均匀系数比B大；
2) A有效粒径比B大；
3) C所含粘粒百分率最多。
3.　从干土样中称取1000g试样，经原则筛充分过筛后称得各级筛上留下来土粒质量如下表所示。试求土中各粒组质量百分含量与不大于各级筛孔径质量累积百分含量。 筛分析实验成果

筛孔径（mm）
2.0
1.0
0.5
0.25
0.075
底盘
各级筛上土粒质量（g）
100
100
250
350
100
100

§2 土矿物成分
土矿物成分

原生矿物 次生矿物 有机质
石英、长石、云母等

粘土矿物 无定形氧化物胶体 可溶盐

原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化矿物碎屑。原生矿物颗粒普通都较粗大，它们重要存在于卵、砾、砂、粉各粒组中。
次生矿物是原生矿物在一定气候条件下经化学风化作用，使其进一步分解而形成某些颗粒更细小新矿物。
粘土矿物是重要次生矿物，是构成粘粒重要矿物成分。
粘土矿物中分布较广且对土性质影响较大是蒙脱石、高岭石和伊利石(或水云母)三种。
高岭石晶层之间连结牢固，水不能自由渗入，故其亲水性差，可塑性低，胀缩性弱；
蒙脱石则反之，晶胞之间连结薄弱，活动自由，亲水性强，胀缩性亦强；
伊利石（水云母）性质介于两者之间。
亲水性：蒙脱石>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 > N2>O2 >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ρ和容重γ
测定办法：环刀法

干密度ρd干容重γd
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100～105℃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
0<Dr≤0.33
0.33<Dr≤0.66
0.66<Dr≤1

习 题
1.某地基土实验中，测得土干重度γd=15.7KN/m3,含水量ω=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ω，天然重度γ，干重度γd，孔隙比e。
3.测得砂土天然重度γ＝17.6KN/m3，含水量ω＝8.6%，比重ds＝2.66，最小孔隙比emin＝0.462，最大孔隙比emax＝0.71，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：①天然重度 γ＝18.4KN/m3；干重度γd＝13.2KN/m3 。②液限实验，取湿土14.5g，烘干后重10.3g。③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ωL=40%，塑限ωp=25%，但甲地天然含水量ω=45%，而乙地ω=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ω=40%，塑限、液限实验测得：ωL=35%，ω=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％
<20
20～30
>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)
>50
50-20
20-5
5-1
1-0.5
0.5-0.1
0.1-0.01
<0.01
按渗入系数（K）对土透水限度分级
透水性强弱分级
极强透水
强透水
中档透水
弱透水
极弱透水
K(m/d)
>10
10-1
1-0.01
0.01-0.001
<0.001
影响土透水性因素
1.粒度成分：细粒土含量越多，土透水性越弱。
2.矿物成分：原生矿物成分不同，土中孔隙形态不同，土透水性不同，
浑圆石英>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/m
<0.35
0.35~1.2
1.2~2.5
2.0~3.0
1.0~4.0