工程地质学讲义1-6章.docx

工程地质学讲义

学院： 土木工程学院
专业： 土木工程（造价、城镇建设方向）
课程类别： 任选课
教师： 周廷强
日期： 2012年9月

总的教学安排
专 业： 土木工程
课程类别： 选修课
总 学 时： 24学时
上课时间： 2012 – 2013年度第1学期1- 12周，每周2节
上课地点： 一教504、二教305教室
实践环节： 野外地质实习一次
教 材： 《工程地质》，2009，倪宏革主编，北京大学出版社
参考教材： 《工程地质学》，2001，孔宪立主编，中国建筑工业出版社；《工程地质》，2004，臧秀平，高等教育出版社；《工程地质》，2007，孙家齐主编，武汉理工大学出版社

教学纲要及学时分配
第0章　绪论 （2学时）
第1章 地壳及其物质组成（2学时）
§1 地球的总体特征与矿物（0.5学时）
§2　沉积岩（1学时）
§3　岩浆岩与变质岩（0.5学时）
第2章 地质构造（6学时）
§1 岩层及岩层产状（1学时）
§2 褶皱构造及其类型（1学时）
§3 断裂构造（1学时）
§4　地质构造对工程建筑物稳定性的影响（1学时）
§5　地质年代（2学时）
第3章 水的地质作用（2学时）
§1　地表水的地质作用（1学时）
§2　地下水的地质作用（1学时）
第4章 常见的地质灾害（4学时）
§1　滑坡（1学时）
§2　崩塌（1学时）
§3　泥石流（1学时）
§4　岩溶（0.5学时）
§5　地震（0.5学时）
第5章 地下建筑工程地质问题（2学时）
§2　地下洞室变形及破坏的基本类型（0.5学时）
§3　地下洞室特殊地质问题（1学时）
§4　围岩分级及应用（0.5学时）
第6章 边坡工程地质问题（2学时）
§1　边坡变形破坏的基本类型（1学时）
§2　连续稳定分析方法（1学时）
第7章 工程地质勘察（4学时）
§1　工程地质勘察任务和勘察阶段的划分（0.5学时）
§2　工程地质测绘和调查（0.5学时）
§3　工程地质勘探（1学时）
§4　工程地质原位测试（1学时）
§5　现场检验与监测（1学时）

第0章 绪 论
本章要学习要求：了解地球科学、地质学、工程地质学的概念；掌握工程地质条件、工程地质问题的概念；熟悉工程地质学的任务与实际意义。
重点：工程地质条件、工程地质问题的概念理解与掌握。
学时：2学时
§1　地球科学、地质学与工程地质学
一、地球科学与地质学概念
1、地球科学：简称地学，是人类认识、利用和改造人类目前唯一生存环境的关于地球的基础科学。它包括了地理学、天文学、气象学、海洋学、生态学和地质学等多个分支学科。
2、地质学：一门研究地球的科学，目前主要研究固体地球的上层，即地壳和地幔的上部。
①研究组成地球的物质；②阐明地壳及地球的构造特征；③地史；④地质学的研究方法与手段；⑤研究应用地质学以解决资源探寻、环境地质分析和工程防灾问题。
3、地质环境: 在内外营力作用下形成的与工程有关的自然地质条件。
二、工程地质学与水文地质学的概念及研究对象
工程地质学：是介于地学与工程学之间的一门边缘交叉学科，它是一门研究与工程建设有关的地质问题的学科。——目的就是使工程建筑与地质环境互相协调，既要保证工程建筑安全可靠、经济合理、运行正常，又要保证地质环境不会因工程的兴建而恶化，造成对工程建筑本身以及周围环境的危害。
——工程地质学地质学的分支学科，研究的是地质学的应用问题。
§2 工程地质条件与工程地质问题
一、工程地质条件
1、定义：与工程建筑有关的地质要素之综合，包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质构造与地应力、水文地质条件、物理（自然）地质现象、以及天然建筑材料等六个要素。
2、工程地质条件是一个综合的概念，任何一个单一要素，或单独一两个要素不能称之为工程地质条件。一地的工程地质条件各要素之是相互联系、相互制约的，这是因为它们受着同一地质发展历史的控制，形成一定的组合模式。
——认识工程地质条件必须从基础地质入手，了解地区的地质发展历史，各要素的特征及其组合的规律性
二、工程地质问题
1、定义：工程建筑与工程地质条件（地质环境）相互作用、相互制约引起的，对建筑本身的顺利施工和正常运行或对周围环境可能产生影响的地质问题称之为工程地质问题，主要包括：①地基稳定性问题； ②斜坡稳定性问题；③洞室围岩稳定性问题；④区域稳定性问题。
2、工程地质评价，工程地质结论，处理措施方案都是通过工程地质问题分析才能得出，可以说工程地质问题分析是工程地质工作的中心环节。
3、工程地质问题要“吃透两头”：一头是“工程意图”，即工程设计人员对建筑物的机构和规模的构想，以便了解工程的要求；另一头是工程地质条件，哪些因素是有利的，哪些是不利的，深刻认识客观情况。
4、各类建筑物的结构型式不同，其工作条件和工程作用力的大小方向不同，与地质环境的相互作用的特点亦不同，因为各有其工程地质问题。
§1.3 工程地质学的任务与实际意义
一、工程地质学的任务：
1、三大基本任务
①区域稳定性研究与评价，指由内力地质作用引起的断裂活动、地震对工程建设地区稳定性的影响；
②地基稳定性研究与评价，指地基的牢固、坚实性、安全性；
③环境影响评价，指人类工程活动对环境造成的影响。
2、为工程建设进行地质研究，提供工程规划、设计、施工所需的地质资料，回答工程上所遇到的各种地质问题，满足工程上对地质的要求，以保证建筑物的安全可靠、经济合理、运行正常。
3、施工之前必须先进行设计，设计之前必须先进行勘察，而勘察是贯穿于整个工程的。
4、要完成工程地质学的基本任务，还需通过下列具体勘察任务：
（1）研究建筑地区的工程地质条件，指出有利因素和不利因素，阐明工程地质条件特征及其变化规律；
（2）分析存在的工程地质问题，做出定性分析，并在此基础上进行定量分析；
（3）选择地质条件较为优越的建筑场地；
（4）对选定的建筑场地做出工程地质评价；
（5）预测工程兴建后对周围地质环境造成的影响，做出环境质量评价；
（6）改造地质环境，进行工程地质处理，提高岩土体稳定性，保护环境质量。
二、工程地质学的实际意义
工程建筑的最基本要求就是安全可靠，不受破坏，看几个实例：
1、美国加利福尼亚州的圣弗朗西斯坝为一高70米的混凝土坝，修成蓄水两年，于1928年被冲垮。原因就是坝基部分存在泥质胶结的并含有石膏脉的砾石，遇水易受溶蚀崩解，成为坝基的弱点。如果做好地质工作，弱点是可以查清的，也可以避免悲剧的发生。———岩体稳定性问题。
2、我国有一个工厂修建的很好，但是由于工程地质勘察工作做的不够，整个工厂位于滑坡上，建厂后滑坡活动加剧，建筑物受到破坏，无法正常生产。

第1章　地壳及其物质组成
本章要学习要求：了解地球的总体特征；熟悉矿物概念及常见的造岩矿物；掌握沉积岩的概念、物质组成、结构构造、分类及常见沉积岩的工程地质性质；了解岩浆岩、变质岩的概念、结构构造及分类。
重点：常见矿物、沉积岩的工程地质性质。
难点：矿物的野外识别。
学时：2学时

§1  地球的总体特征
一、人类对地球形状的认识
1、最早预测地球的形状和大小的人：公元前3世纪，古希腊的厄拉多塞。基于同一时间位于埃及的两个距离800公里的城市，太阳照射的角度是不同的，于是他推测地球是球体。
2、我国最早，战国时期的哲学家惠施，提出地球是圆的。
3、1519年，葡萄牙航海家麦哲伦环球航行，人类第一次证实了地球是个球体。
二、地球的形状
通过实测和分析，终于得到确切的数据：地球的平均赤道半径为6738.14公里，极半径为6356.76公里，赤道周长和子午线方向的周长分别为40075公里和39941公里。测量还发现，北极地区约高出18.9米，南极地区则低下24～30米。
看起来，地球形状像一只梨子：它的赤道部分鼓起，是它的“梨身”；北极有点放尖，像个“梨蒂”；南极有点凹进去，像个“梨脐”，整个地球像个梨形的旋转体，因此人们称它为“梨形地球” 。其实地球确切地说，是个三轴椭球体。
三、地球的圈层构造
地球不是一个均质体，而是一个具有圈层构造的球体。
以地表为界，分为外圈层和内圈层：
1、外圈层
大气圈：气体圈层，包裹着陆地和海洋
水圈：包括地表水和地下水
生物圈：生物生存和活动范围
2、内圈层
固体地球由外往里分为：地壳、地幔和地核：
莫霍面：位于地下数公里到30 - 40公里，地壳和地幔的分界面(南斯拉夫学者莫霍洛维奇)
古登堡面：位于地下约2900公里，地幔和地核的分界面（美国地球物理学学家）
地壳：上为硅铝层，下为硅镁层
地幔：根据化学成分的不同分为两层：上层——化学成分主要是硅氧；下层——主要是金属氧化物和硫化物组成
地核：主要化学成分是铁、镍
四、地壳中的元素和克拉克值
通过大量岩石组分分析，地壳中主要元素含量由大到小：
O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H，这几种元素占到地壳总重量的98%以上。其中O占到46.3%， Si占到28.15%。
克拉克值：元素在地壳中的平均质量百分数。
§2 矿物
一、 矿物的基本概念：
1、矿物：自然产出并具有一定的化学成分和内部构造的物质
矿物绝大多数是固体，少量呈液态（水、水银）、气态（天然气、硫化氢）。
2、造岩矿物：构成岩石的主要矿物（矿物多达3000多种，但构成岩石的矿物只有二十多种）
3、晶体：内部质点呈有序排列（既在三维空间周期性重复排列）。外表常呈一定形态，几何外形：如岩盐为正方体、方解石为菱面体、云母呈片状等等。
4、在自然中，晶质矿物很少以单体出现，常以集合体形态出现：晶簇（cu）、纤维状、粒状、鲕状、土状，块状等。
二、矿物的物理性质
矿物的物理性质取决于矿物的化学成分和晶体构造，因此，矿物的物理性质是肉眼鉴定矿物大主要依据。
1、颜色
矿物对不同波长的可见光波吸收和反射程度的反映。可分为自色、他色、假色。
2、条痕
矿物粉末的颜色。条痕显示自色
3、光泽
矿物表面对可见光反射的能力。根据矿物光泽的强弱分为：金属光泽、半金属光泽、非金属光泽。
4、透明度
矿物容许可见光透过的能力。通常是指把矿物磨成0.03mm的薄片的情况下。分透明、半透明、不透明三个级别。
5、硬度
矿物抵抗外力刻划、压入、研磨的能力。摩氏硬度计（相对硬度）：
（1） 滑石 （2）石膏 （3）方解石 （4）萤石 （5）磷灰石
（6） 正长石 （7）石英 （8）黄玉 （9）刚玉 （10）金刚石
指甲（2-2.5） 小铁刀（3-3.5） 玻璃片（5-5.5） 钢刀（6-6.5）
6、解理和断口
矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，称为解理。裂开的光滑面称为解理面，如方解石。极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理。
矿物受打击后，沿任意方向发生不规则的断裂，其凹凸不平的断裂面称为断口。如石英，贝壳状断口。
三、常见造岩矿物及鉴别方法
肉眼鉴定：先确定矿物的硬度、光泽、解理和比重；然后观察矿物的颜色、形态和透明度；并注意矿物是否具有磁性、发光性或挠性，如酸是否起泡等特征，逐步缩小范围，最后定出矿物的名称。

§3 岩浆石（自学为主）
岩石：在各种地质作用下，由一种或几种矿物组成的集合体。
自然界有各种各样的岩石，按成因分类，可分为三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩
岩浆岩 （在地表分布约占20%，体积占地壳65%）
1、定义：地幔中具有挥发性成分的高温硅酸盐熔融体，即岩浆，沿着地壳岩石的裂缝上升到地壳中或喷出地表，热量逐渐消失，最后冷却凝固而成的岩石。
2、产状：岩浆岩体的形状、大小、深度以及与围岩的关系。有岩基、岩株、岩盆和岩盘、岩墙、岩床。
3、矿物成分：
1）硅铝矿物：SiO2、Al2O3含量高，不含铁、镁，矿物颜色比较浅，又称浅色矿物；
2）硅镁矿物：SiO2、Al2O3含量低，而FeO、MgO含量高，矿物颜色较深，又称深色或暗色矿物。
4、结构和构造：
1）结构：指组成岩浆岩的矿物颗粒大小和结晶程度等。在实际工作中，结构一般着重微观的室内研究。
常见的有等粒结构、不等粒结构（斑状和似斑状结构：大的矿物颗粒散布于小颗粒之中，大的叫斑晶，小的叫基质，若基质为显晶质，则为似斑状结构）
2）构造：指岩石外表的整体特征，它是由矿物集合体的排列方式和充填方式决定的。
常见的有块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造。
5、岩浆岩的分类：自学(讲解一块标本，花岗岩)按SiO2含量分为四大类：超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩。见P16

§4、沉积岩 （在地表分布约占75%，体积约占7.9%）
1、定义：母岩的风化物质、火山物质、有机物质以及宇宙物质等，经过水、风等介质搬运以后，在一定条件下沉积下来，再经过成岩作用形成的岩石。
2、沉积岩的物质组成：
沉积岩有两部分组成：沉积物颗粒和胶结物。沉积物颗粒主要是单矿物和岩屑（先成的岩浆岩、沉积岩和变质岩经物理风化作用产生的岩石碎屑）组成。
1） 矿物成分：碎屑矿物、粘土矿物和化学沉积矿物
2） 胶结物：泥质胶结、钙质胶结、硅质胶结和铁质胶结。含量超过25%可参与命名。
3、沉积物的结构和构造：
1） 结构：由其组成物质的形态、性质、颗粒大小来决定的。碎屑结构、泥质结构、结晶结构和生物结构
2） 构造：指其组成部分的空间分布及其相互间的排列关系。最主要的构造就是层理构造。
4、沉积岩的分类
根据沉积岩的成因、物质成分及结构构造等，可将沉积岩分为三大类：碎屑岩类、粘土岩类和化学及生物化学岩类。

§5、变质岩（自学为主）
1、定义：地壳内部原由的岩石，由于受到高温、高压或化学流动性流体的作用下，导致其成分、结构和构造发生改变，形成的新岩石。
2、变质岩的矿物成分：
一部分是与岩浆岩和沉积岩共有的矿物，主要有石英、长石、云母等；另一部分是变质岩所特有的矿物：石榴子石、红柱石、蓝晶石等。
3、变质岩的结构和构造
1） 结构：变余结构、变晶结构和压碎结构
2） 构造：片理构造（片状构造、千枚状构造和片麻状构造）、块状构造。
4、变质岩的分类：
按变质岩的成因分为三大类：区域变质岩、接触变质岩和动力变质岩。

第2章　 地质构造
本章要学习要求：掌握岩层、岩层产状的概念及岩层产状的测定与表示方法；掌握构造、褶皱、节理、断层的概念及分类并熟悉其相关的野外识别方法；熟悉地质构造对常见工程建筑物（边坡、隧道、桥基）稳定性的影响；熟悉地质年代的概念及确定方法。
重点：岩层、岩层产状、构造、褶皱、节理、断层、地质年代的概念，岩层产状的测定与表示方法，地质构造对常见工程建筑物稳定性的影响。
难点：构造、褶皱、节理、断层的野外识别；野外岩层地质年代的确定。
学时：6学时
§1 岩层及岩层产状
一、水平岩层和倾斜岩层
1、水平岩层：倾角小于5度的岩层
2、倾斜岩层：沉积岩层由于水平运动的影响，改变了原始状态，形成倾角大于5度的岩层
二、岩层的产状
1、走向：岩层层面与水平面的交线称为该岩层的走向线，走向线所指的方向即走向
2、倾向：在岩层层面上垂直岩层走向线的射线叫做岩层的倾斜线，倾斜线在水平面上的投影，叫倾向先，倾向线所指的方向即为倾向。
3、倾角：岩层层面与水平面之间的二面角，即倾斜线与倾向线之间的夹角。
三、岩层产状的测定与表示方法
1、岩层产状的测定：
2、岩层产状的表示方法：
通常采用方位角法，即只记倾向与倾角。
四、岩层的接触关系（用图说明）
1、整合关系
新老地层大致平行，沉积岩岩性与生物变化都呈渐变关系，它们是连续沉积的。
2、不整合关系
平行不整合关系：上下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层之间缺失了一些时代的地层，表明在这段时期出现过间断沉积。
角度不整合关系：上下两套地层之间缺失了部分地层，且产状不同。

§2 褶皱构造及其类型
一、原生构造与次生构造
1、原生构造：岩层或岩体在成岩过程中形成的构造
2、次生构造：岩层或岩体在内动力地质作用下产生的变形，如褶皱、断层、节理、劈理等。
二、褶皱
1、褶皱现象
1）褶皱构造：地壳中的岩层在褶皱运动的作用下，发生一系列向上或向下的波状弯曲，并保持其连续完整性，这样的变形结果，即为褶皱构造。

2）背斜：其核心部位的岩层时代相对较老，外侧岩层较新一种岩层弯曲变形。
3）向斜：其核心部位的岩层时代较新，外侧岩层较老的一种岩层弯曲变形。
2、褶皱要素
1）核部：泛指褶皱中心部分的岩层。
2）翼部：系指褶皱核部两侧的岩层。
3）转折端：系指从褶皱翼向另一翼过渡的部分。
4）枢纽：在褶皱的各个横剖面上，同一褶皱面的各最大弯曲点的连线。
5）轴面：一个褶皱内各相邻褶皱面上的枢纽连成的面。
6）褶轴：轴面与水平面的交线。
7）脊线：背斜或背行的同一褶皱面的各横剖面上的最高点的连线。
3、褶皱的形态分类
1）按轴面的产状分类：
直立、倾斜、倒转及平卧褶皱。
2）按枢纽产状分类：
水平褶皱、倾伏褶皱
4、褶皱的野外识别
地层呈有规律的对称重复
§3 断裂构造
断裂构造：岩石受力作用超过强度极限时岩石所发生的破裂，同时产生一些破裂面，使岩石丧失了连续完整性。
1、节理：
岩石（层）没有发生显著位移的破裂
1）节理的类型：
根据节理的成因，可分为原生节理、构造节理和次生节理
（1）原生节理：是指岩石在形成过程中所产生的节理。
（2）构造节理：是岩石收构造应力作用产生的。按其力学成因，可分为剪节理和张节理。
剪节理：当岩石所受最大剪应力达到并超过岩石的抗剪强度时，则产生剪节理。
剪节理一般是闭合的，节理面光滑，常有滑动擦痕和擦光面；剪节理的产状稳定，沿走向和倾向一般延伸较远；在砾石或粗砂岩中，剪节理能平整地切割砾石和粗砂岩。
张节理：是岩石受拉张应力而形成的裂隙。
张节理其裂口是张开的，呈上宽下窄的契形；多发育于脆性岩石中，尤其在褶曲转折端等拉张应力集中的部位；节理面粗糙不平，产状不稳定，沿其走向或倾向都延伸不远就尖灭了；一般无滑动擦痕和摩擦镜面；当其发育于砾石中时，长绕过砾石，其裂面明显凹凸不平。
（3）次生节理：由于岩体受卸货、风化、地下水等次生作用而产生的裂隙。
2）节理的工程地质评价
地壳中广泛发育的节理对岩体的强度和稳定性均有不利影响；破坏了岩体的完整性，水容易沿裂隙渗入，加速岩石的风化，降低了基岩的承载力，增大岩石渗透性等。
3）节理的调查、统计和表示方法
调查：先在工点选择一具有代表性的基岩露，对一定面积的内的裂隙，进行测量，包括产状、长度、宽度、条数、成因几充填情况等。
统计：
（1） 裂隙走向玫瑰花图
自圆心沿半径引射线，射线的方位代表每组裂隙平均走向的方位，射线的长度代表每组裂隙的条数。然后用折线把射线的端点连接起来，即可。
（2） 裂隙倾向玫瑰花图（同上）
2、断层
岩层发生断裂后，沿断裂面发生显著位移的断裂构造。
1）断层要素：
断裂面：断层发生滑动的破裂面。
断盘：断层面将岩层分为两个块体，每个块体即称为断盘。
断层带：断层两壁之间的地带。
断层线：
断距：上下盘同一点，沿断层面相对位移，称为总断距；水平方向的距离称为水平断距，垂直方向的称为垂直断距。
2）断层的分类：
根据两盘的相对位移：
（1） 正断层：上盘相对下降，下盘相对上升的断层。
（2） 逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降的断层。逆冲断层：位移量很大的低角度逆断层。
（3） 平移断层：两盘顺走向相对移动。（在垂直方向上没有位移）
3）断层组合：
（1）地堑：由两条走向基本一致的相向倾斜的正断层组成。
（2）地垒：由两条走向基本一致倾向相反的正断层组成。
（3）阶梯状断层：由一系列走向和倾向都基本一直的正断层组成。
3、 活断层（自学为主）
活断层或称活动断裂是指现今仍在活动或者近期有过活动，不久的将来还可能活动的断层，其中后一种也叫潜在活断层。活断层可使岩层产生错动位移或发生地震，对工程建筑造成很大的甚至无法抗拒的危害。
“近期”有不同的标准，有的行业规范定为晚更新世(约12万年)以来。
《岩土工程勘察规范》中将在全新世地质时期(一万年)内有过地震活动或近期正在活动，在将来(今后一百年)可能继续活动的断裂叫做全新活动断裂。
全新活动断裂中，近期(近五百年)发生过地震，且震级M≥5级的断裂，或在未来一百年内预测可能发生M≥5级的断裂叫做发震断裂。
活断层运动引起的地震或错动不是经常发生的，其复发间隔有时长达几百、甚至上千年；而很多工程的使用期或寿期仅50～100年。所以，有些活断层对工程设施不一定有实际的影响。
所以有必要划分出工程活断层：在工程使用期或寿期内(一般为50～100年)，可能影响和危害工程安全的活断层。

§4　地质构造对工程建筑物稳定性的影响
一、 边坡与地质构造的关系
边坡中的各种结构面对斜坡稳定性有着重要的影响。特别是软弱结构面与斜坡临空面的关系，对斜坡稳定起着很大作用。这种关系多种多样，稳定性也各不相同，可以分为以下几种情况：
平叠坡：主要软弱结构面为水平的。这种斜坡一般比较稳定。
顺向坡：主要是指软弱结构面的走向与边坡面的走向平行或比较接近，且倾向一致的边坡。
逆向坡：主要软弱结构面的倾向与坡面倾向相反，这种边坡一般是稳定的。
斜交坡：主要软弱结构面与坡面走向成斜交关系。其交角越小，稳定性越差。
横交坡：主要软弱结构面的走向与坡面走向近于垂直。这类边坡稳定性较好，很少发生大规模的滑坡。
二、 隧道与地质构造的关系
1、水平或倾斜不大的岩层
较坚硬的厚层岩层中较为稳定，软硬相间的岩层中易发生坍方
2、直立岩层
坚硬岩层、地下水很少，一般是较稳定的，层薄又有软弱夹层，只要有少量的地下水活动，也会造成较大的地层压力，将有掉块和坍塌冒顶的可能。
3、倾斜岩层
岩层倾斜角度的大小和岩层的性质是影响隧道稳定性的关键因素。
有时在一个断面上出现几种岩层，或者出现不整合面或断层破碎带等，这时地层压力是比较复杂的，而且是巨大的，同时地下水常沿此活动，在设计施工中都得慎重处理。
4、褶曲
在褶曲地段修筑隧道，最好选在翼部通过或横穿褶曲轴。在选线中对于千枚岩以及粘土岩等地层的褶曲层，应予避开。因为这些岩层石墨化后形成滑面，易引起滑塌。
5、断层
应尽量避开大断裂带；若条件不允许时，线路中线也应与断层走向尽量直交。
三、 桥基与地质构造的关系
1、桥址的选择
选择桥址时，应首先搞清楚地质构造，特别是在山区地质条件复杂地段，更是重要。对大的构造线及断层破碎带、岩层软弱带等一定要调查分析，研究其与桥址的关系。
2、桥墩位置的布置
桥墩一般不宜放置在断层破碎带上。
3、桥基的稳定性
岩层的产状、偏力、断层破碎带、软弱带对桥基的稳定性有很大的影响。
（1）当岩层产状倾向下游，其中又有软弱夹层时会因水的冲蚀影响到基础的稳定性，如果软弱夹层较厚，会使基础受力不均，产生不均匀沉陷以致发生破裂现象；
（2）若地基位于断层破碎带，一般是不稳定的，应加以特别处理，否则会出现不均匀沉陷或产生基础滑动；
（3）当两种不同岩层接触，其接触面较陡时，基础最好设计在单一岩层上，因接触面一般是软弱带。
§5　地质年代
一、地质年代的概念：
1、定义：地质体形成或地质事件发生的时代。
2、两层含义：
1）地质体形成或地质事件发生的先后顺序；
2）地质体形成或地质事件发生距今多少年。
前者称为相对年代，后者成为绝对年代。
二、相对地质年代的确定
1、地层层序律：
原始产出的地层具有下老上新的规律（用图说明）
地层：在一定地质时期内所形成的层状岩石，层状岩石泛称岩层。
2、生物层序律：
化石：埋藏在岩层中的古生物遗体或遗迹称为化石。
动物的骨骼、甲壳、足迹、蛋、粪以及植物的根茎、叶或其痕迹均可以成为化石。
一般地，年代越老的地层中所含生物越简单、原始、低级，不同时期的地层中含有不同类型的化石及其组合，而在相同的时期且在相同的地理环境中形成的地层，只要原先的海洋或陆地相通，都含有相同的化石及其组合，这就是生物层序律。
3、切割律或穿插关系
切割者新，被切割者老；包裹者新，被包裹者老。
三、同位素地质年代确定法
它是根据岩石中所含的放射性同位素和它的蜕变产物的相对含量来确定的。比如：U235——Pb207,1g铀在一年内可以蜕变出7.4×10-9g铅，根据含铀矿物或岩石中的铅铀比率，即可测出该含铀矿物或岩石的实际形成地质年代。
四、地层单位
1、地质年代单位和年代地层单位
地质年代单位 年代地层单位：
(以地质时期中的时间为依据) （以地层形成的地质时代作为划分的依据）
宙 宇
代 界
纪 系
世 统
2、岩石地层单位：
在一个新的地区进行地层工作的时候，首先应根据岩性特征在垂直方向上的差异，将地层分层，建立起地层系统和层序，这样划分出来的地层单位称为岩石地层单位。
群（总体外貌特征一致）、组（一种岩石组成，两种或更多种互层）、段（岩性相当一致）。
五、地质年代表：（见P29）
1、年代越老者延续时间越长，越新者越短。
2、纪以下一般分三世，二叠、白垩和第四纪分两世，第三纪分五世。
3、前寒武纪地层由于形成时间较早，研究难度较大，划分对比粗略，故其长期未能统一。
4、只能称早、中、晚世，上、中、下统。

第3章　 水的地质作用
本章要学习要求：掌握地表水、地下水地质作用的类型及工程地质特征。
重点：地表水、地下水工程地质作用特征。
难点：地下水工程地质作用特征。
学时：2学时
§1 地表水的地质作用
地表流水的地质作用主要包括：
侵蚀作用——不断地使原有地面遭到破坏的作用。
搬运作用——地表流水带走地面上被破坏的破碎物质的作用。
沉积作用——当地表流水流速降低时，部分物质不能被继续搬运而沉积下来的作用。
第四纪沉积层是指现代沉积的松散物质。本章要求掌握下列四种最常见的第四纪沉积层：
残积层、坡积层、洪积层及冲积层的形成过程及其工程地质特征。

§2 地下水的地质作用
一、地下水的物理性质：
温度、颜色、透明度、嗅味、味道、导电性和放射性等。
二、地下水的化学成分：
1）主要离子成分：见书61页
2）主要气体成分：O2、H2S、N2、CO2
3）地下水的胶体成分与有机质
三、岩石中的空隙特征与地下水的存在形式
1、岩石中的空隙
岩石空隙是地下水的储存场所和运移通道。可把空隙分为三类：松散岩石中的孔隙、坚硬岩石中的裂隙和可溶岩中的溶隙。
孔隙：松散岩石是由大小不等的颗粒组成，颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称之为孔隙。
孔隙度 = 孔隙的体积/松散岩石的体积×100%
影响因素：（1）排列方式，立方体排列最松散，四面体排列最紧密；（2）密实程度，越松，孔隙越大越；（3）均匀性，越均匀，孔隙度越大；（4）形状：棱角越明显，通常排列就越松散；（5）胶结程度。
裂隙：固结的岩石，包括沉积岩、变质岩、岩浆岩，受地壳运动及其它内外地质应力作用下，岩石破裂变形产生的空隙。
裂隙率 = 裂隙体积/岩石总体积×100%
注意测定裂隙的方向、宽度、延伸长度、充填程度等。
溶隙：可溶岩中的各种裂隙，被流水溶蚀扩大成为各种形态的溶隙。
岩溶率 =　溶隙的体积／岩石的总体积×100%
溶隙的规模十分悬殊，大的溶洞可宽达数十米，高数十米乃至百余米，长达几至几十公里，而小的溶孔直径只有几毫米。
岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成空隙网络，才能成为地下水有效的储容空间和运移通道。
四、岩石中地下水的存在形式
1、岩石“骨架”中的地下水：沸石水、结晶水（以中性水分子的形式存在，如石膏：Ca[SO4]·2H2O）、结构水（参与晶格中，以H+ 、(OH)-、（H3O））等离子形式存在。
2、岩石中空隙中的地下水：主要形式有：
结合水（强结合水，又称吸着水；弱结合水，薄膜水）、重力水、毛细水、固态水和气态水。
五、含水层与隔水层
1、含水层：
指能够透过并给出相当数量水的岩层。
2、隔水层：不能透过水，或是透过和给出的水的数量微不足道的岩层。
u 所以划分含水层与隔水层的标志不是含不含地下水，关键看所含地下水的性质。
u 两者划分是相对的，并不存在截然的界限或绝对的定量标志。从某种意义上将，两者是相对比较而划分的。
u 两者在一定条件下可以相互转化。如在较大的水头差的作用下，致密粘土含的结合水也可能发生流动，也能透过和给出一定量的地下水。
u 通常是指在松散岩石中，如在岩溶中，地下水分布极不均匀，称岩溶含水系更合适；在裂隙中，如连通良好，称裂隙含水层是适合的，但裂隙受局部构造控制时，例如一条较大的张性断裂穿越岩性不同的地层，断裂带中水分布连续且均匀，这时称含水带更合适。
六、地下水对土木工程的影响
1、地面沉降
当抽水时，在抽水井周围形成降水漏斗。在降水漏斗范围内的土层将发生固结沉降。由于土层的不均匀性和边界条件的复杂性，降水漏斗往往是不对称的，会使周围建筑物或地下管线产生不均匀沉降，甚至开裂。
控制地面沉降最好的方法是合理开采地下水，多年平均开采量不能超过平均补给量。在地面沉降已经严重发生的地区，对含水层进行回灌可使地面沉降适当恢复，但要想大量恢复是不可能的。
2、地面塌陷
地面塌陷是松散土层中所产生的突发性断裂陷落，多发生于岩溶地区，在非岩溶地区也能见到。
地面塌陷多为人为局部改变地下水位引起的。为杜绝地面塌陷的发生，在重大工程附近应严格禁止能大幅度改变地下水位的工程施工。
地面塌陷危害：破坏农田、水利工程、交通线路，引起房屋破裂倒塌、地下管道断裂。
3、流砂和潜蚀
流砂——在饱和土中，如果土颗粒之间的有效应力为零，则土颗粒将悬浮于水中，出现随水一起流出的现象称为流砂。
潜蚀——在地下水渗透力的作用下，土中的细小颗粒穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流逐渐带走，久而久之，在土层中将形成管状空洞，使土体结构破坏，强度降低，压缩性增加，这种现象称为机械潜蚀。

第四章 常见的地质灾害
本章的学习要求：掌握常见的地质灾害如滑坡、崩塌、泥石流、岩溶等的基本概念、形成条件、基本类型、防治原则及措施；熟悉地震的成因类型，掌握震级、烈度的概念，正确认识震级与烈度的关系。
重点：常见的地质灾害的基本概念、形成条件和防治措施。
难点：常见的地质灾害的作用机理。
学时：2学时
§1 滑坡
一、 滑坡及其形态特征
滑坡是岩体、土体在重力作用下，沿着边坡内部的一个或者几个滑动面整体向下滑动，且水平位移大于垂直位移的坡体变形现象。一般具有以下几个形态特征：
1. 滑坡体：沿滑动面向下滑动的那部分岩土体
2. 滑动面：滑坡体沿其下滑的面。
3. 滑坡床和滑坡周界：滑坡面下稳定不动的岩土体叫滑坡床；平面上滑坡体与周围稳定不动的岩土体分界线叫滑坡周界。
4. 滑坡壁：滑体后缘与不动体脱离开后暴露在外面的形似壁状的分界面。
5. 滑坡台阶：滑体滑动时由于各段岩土体滑动速度的差异，在滑坡体表面形成的台阶状错台。
6. 滑坡舌：滑坡体前缘形如舌状的凸出部分。
7. 滑坡裂隙：滑坡活动时在滑体及其边缘所产生的一系列裂缝。
二、 形成条件和影响因素
1. 形成条件
1） 滑动面为平面时，稳定系数k=总抗滑力/总下滑力
若k<1，斜坡平衡条件遭到破坏而产生滑坡；若k≥1.斜坡处于稳定状态或极限平衡状态。
2） 滑动面为圆弧面时
稳定系数K=总抗滑力距/总滑动力矩=
同理，若k<1，斜坡平衡条件遭到破坏而产生滑坡；若k≥1.斜坡处于稳定状态或极限平衡状态。
因此滑坡形成条件为：必须形成一个贯通的滑动面，总下滑力（距）大于总抗滑力（距）。
2. 影响因素
（1）地形地貌条件（2）地层岩性（3）地质构造（4）水的作用（5）人为因素及其他因素。
三、 滑坡分类
目前较常用的滑坡分类有以下几种：
（1）按滑面成因，分为顺层滑坡、切层滑坡和均质滑坡。
（2）按滑动力学性质，分为牵引式滑坡、推动式滑坡。
（3）按滑坡体的主要物质组成分堆积层滑坡、黄土滑坡、粘土滑坡、岩层滑坡。
四、 滑坡防治
1. 防治原则
原则以防为主，整治为辅；查明影响因素，采取综合整治；一次根治，不留后患。
2. 防治措施
工程措施大致分为：排水、力学平衡及改善滑动面土石性质两类。目前常用的主要工程措施有地表排水、地下排水、减重及支挡工程等。选择的工程措施必须针对滑坡的成因、性质及发展变化的具体情况而定。

§2 崩塌及岩堆
一 崩塌
崩塌是陡峻斜坡上的岩土体在重力作用下突然脱离坡体向下崩落的现象。崩落时破碎岩块倾倒、翻滚、跳跃、撞击、破碎，最后坠落堆积在坡脚。
1. 崩塌形成条件
1） 地形地貌条件
2） 岩性条件
3） 构造条件
4） 其他影响因素
2. 防治崩塌的措施
（1） 清楚危岩、排水。（2）镶补与支护；（3）拦挡；（4）绕避
二 岩堆
岩堆是指边坡岩体主要在物理风化作用下形成的岩石碎屑，由重力搬运到坡脚平缓带堆积成的锥状体。
1. 岩堆的特征
岩堆体是以傍边坡脚堆积而成的碎屑物，所以岩堆表面的坡度与岩堆组成物的天然休止角大致相近。
2. 岩堆工程问题的防治
线路通过趋于停止发展或已经停止发展的岩堆时，尽量采用少填少挖或上、下设挡的方法通过。

§3 泥石流
一 泥石流及其分布
泥石流是由暴雨、冰雪融水等水源激发的、产生于山区沟谷中或山坡上，含有大量泥沙石块等固体物质的特殊洪流。我国地域辽阔，山区面积达70%，是世界上泥石流最发育的国家之一。我国泥石流主要分布在西南、西北和华北山区。
二 泥石流的形成条件
1. 松散的固体物质
2. 水源条件
3. 地形条件
三 泥石流的分类
1. 按泥石流固体物质组成分，可分为水石流型泥石流、泥石流型泥石流、泥流型泥石流
2. 按泥石流流域的形态特征分，可分为标准型泥石流、河谷型泥石流、山坡型泥石流
3. 按泥石流流体性质分，可分为黏性泥石流、稀性泥石流。
四 泥石流地区的线路位置选择和防治措施
1. 位置选择
线路穿过泥石流地区，一般有下列几种方案：
（1） 线路在泥石流沟的沟口，即在泥石流的流通区通过。
（2） 线路在堆积区通过，这里河床变迁不定，线路在此通过最为不利，当必须通过堆积区时，应首先考虑提高线路的标高，增大桥下排洪的净高，尽可能使线路与主沟流向正交。
（3） 线路在泥石流洪积扇的边缘通过时，此处的冲刷、预埋情况较泥石流堆积区轻，在流通区方案难以实现时可考虑采用。
（4） 绕避。
2.泥石流的防治措施
防治措施有三类：
1） 水土保持
2） 拦挡
3） 排导

§4 岩溶
一 岩溶及其形态特征
在可溶性岩石地区，地下水和地表水对可溶岩进行化学溶蚀作用、机械侵蚀作用以及与之伴生的迁移、堆积作用