土力学与地基基础第一章工程地质.pptx

第一章第一章 工程地质工程地质本章主要内容1 1、地质年代、地质年代2 2、矿物与岩石、矿物与岩石3 3、第四纪沉积层、第四纪沉积层4 4、不良地质条件、不良地质条件5 5、地下水、地下水1 1、地质年代地质年代 生成年代越久，土与岩石的工程性质越好。生成年代越久，土与岩石的工程性质越好。（1 1）太古代：距今）太古代：距今18001800百万百万27002700百万年；百万年；（2 2）元古代：距今）元古代：距今600600百万百万18001800百万年；百万年；（3 3）古生代：距今）古生代：距今225225百万百万600600百万年；百万年；（4 4）中生代：距今）中生代：距今7070百万百万225225百万年；百万年；（5 5）新生代：距今）新生代：距今1200012000年年2525百万年。百万年。2 2、矿物与岩石、矿物与岩石（1 1）地质作用）地质作用 导致地壳物质成分及地表形状、岩层结构、构造发生导致地壳物质成分及地表形状、岩层结构、构造发生变化的一切自然作用都称为地质作用。变化的一切自然作用都称为地质作用。这些作用有些进行这些作用有些进行得剧烈而又迅速，较易为人们所觉察；但在更多的情况下，得剧烈而又迅速，较易为人们所觉察；但在更多的情况下，则进行得非常缓慢，很难为人们直接觉察。这些作用虽然则进行得非常缓慢，很难为人们直接觉察。这些作用虽然进行得十分缓慢，但其作用痕迹却随处可见。它们是海陆进行得十分缓慢，但其作用痕迹却随处可见。它们是海陆变迁、地壳运动留下的有力的证据。按地质作用力的来源变迁、地壳运动留下的有力的证据。按地质作用力的来源不同，可将地质作用划分为内力地质作用和外力地质作用。不同，可将地质作用划分为内力地质作用和外力地质作用。1 1）内力地质作用）内力地质作用 由地球的旋转能和地球中的放射性物质在其衰减过程中由地球的旋转能和地球中的放射性物质在其衰减过程中释放出的热能所引起的地质作用称为内力地质作用。大多数释放出的热能所引起的地质作用称为内力地质作用。大多数的地震以及岩浆活动、地壳运动和变质作用等都属内力地质的地震以及岩浆活动、地壳运动和变质作用等都属内力地质作用现象。作用现象。2 2）外力地质作用）外力地质作用 由太阳的辐射能和地球的重力位能所引起的地质作用称由太阳的辐射能和地球的重力位能所引起的地质作用称为外力地质作用。常见的外力作用现象有气温的变化，雨、为外力地质作用。常见的外力作用现象有气温的变化，雨、雪、风，地面汇流、河流、湖泊、海洋作用，以及生物作用雪、风，地面汇流、河流、湖泊、海洋作用，以及生物作用和重力作用等等。和重力作用等等。3 3）地质循环）地质循环 各内力地质作用及外力地质作用现象进行归类可将其划各内力地质作用及外力地质作用现象进行归类可将其划分为分为风化剥蚀、搬运沉积、变质作用风化剥蚀、搬运沉积、变质作用以及以及构造运动构造运动4 4种类型。种类型。这这4 4种类型的地质作用在地壳上构成了一个巧妙的循环过程，种类型的地质作用在地壳上构成了一个巧妙的循环过程，如图所示。如图所示。风化剥蚀使暴露于地壳表面的岩石破碎剥落，破碎剥落风化剥蚀使暴露于地壳表面的岩石破碎剥落，破碎剥落的岩石碎屑物质被一定的外力地质作用搬运后在一定的地质的岩石碎屑物质被一定的外力地质作用搬运后在一定的地质环境中沉积下来，当这些沉积下来的岩石碎屑物质埋入地下环境中沉积下来，当这些沉积下来的岩石碎屑物质埋入地下一定深处，就会在高温高压作用下变质成岩，变质成岩的岩一定深处，就会在高温高压作用下变质成岩，变质成岩的岩体在构造运动作用下一旦暴露于地壳表面又会重新被风化剥体在构造运动作用下一旦暴露于地壳表面又会重新被风化剥蚀，进入下一个循环过程，我们称这种循环为蚀，进入下一个循环过程，我们称这种循环为地质循环地质循环。（2 2）主要造岩矿物）主要造岩矿物 矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用(自然自然作用作用)下形成的自然产物，是具有一定化学成分、内部构造下形成的自然产物，是具有一定化学成分、内部构造和物理性质的自然元素或化合物。和物理性质的自然元素或化合物。矿物是构成地壳的最基本矿物是构成地壳的最基本物质。物质。构成岩石的矿物，称为造岩矿物。目前发现的地壳中的构成岩石的矿物，称为造岩矿物。目前发现的地壳中的造岩矿物多达造岩矿物多达30003000余种，以硅酸盐类矿物为最多，约占矿物余种，以硅酸盐类矿物为最多，约占矿物总量的总量的9090，其中最常见的矿物约有，其中最常见的矿物约有5050余种。黄铁矿，赤铁余种。黄铁矿，赤铁矿，褐铁矿，磁铁矿等等。矿，褐铁矿，磁铁矿等等。1 1）矿物的种类）矿物的种类A A、原生矿物：由岩浆冷凝而成，主要有石英、长石、角闪石、原生矿物：由岩浆冷凝而成，主要有石英、长石、角闪石、辉石、云母等；辉石、云母等；B B、次生矿物：由原生矿物风化而成，长石、次生矿物：由原生矿物风化而成，长石高岭石；辉石、高岭石；辉石、角闪石角闪石绿泥石。绿泥石。2 2）矿物的主要物理性质）矿物的主要物理性质A A：颜色：颜色自色：指矿物本身固有的颜色，与矿物成分中某些色素离子的自色：指矿物本身固有的颜色，与矿物成分中某些色素离子的 存在以及晶体构造有关。存在以及晶体构造有关。他色：指矿物因含有外来带色杂质的机械混入物所染成的颜他色：指矿物因含有外来带色杂质的机械混入物所染成的颜 色，它与该矿物的本质因素无关。色，它与该矿物的本质因素无关。假色；为矿物表面氧化膜、内部解理面、细小裂缝、薄膜包体假色；为矿物表面氧化膜、内部解理面、细小裂缝、薄膜包体 等引起光波干涉而产生的颜色。等引起光波干涉而产生的颜色。B B：条痕色：条痕色 矿物在无釉白色瓷板上摩擦时所留下的粉末痕迹，即矿矿物在无釉白色瓷板上摩擦时所留下的粉末痕迹，即矿物粉末的颜色，成为条痕色。条痕色可以消除假色，减弱他物粉末的颜色，成为条痕色。条痕色可以消除假色，减弱他色，保存自色，因而比矿物颗粒的颜色更为固定。色，保存自色，因而比矿物颗粒的颜色更为固定。C C：透明度：透明度 矿物的透明度是指矿物允许光通过能力的大小，它决定矿物的透明度是指矿物允许光通过能力的大小，它决定于矿物对光的反射及吸收的程度不同，通常凡是对光吸收越于矿物对光的反射及吸收的程度不同，通常凡是对光吸收越强，其反射亦越强，而透过的光则很少，矿物的透明度就越强，其反射亦越强，而透过的光则很少，矿物的透明度就越弱。弱。D D：光泽：光泽 矿物的光泽是指矿物表面反射光的能力，是用肉眼鉴别矿物的光泽是指矿物表面反射光的能力，是用肉眼鉴别矿物的重要依据之一。根据矿物表面反光强弱可将光泽分为矿物的重要依据之一。根据矿物表面反光强弱可将光泽分为金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、油脂光泽、珍珠光泽、金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、油脂光泽、珍珠光泽、丝绢光泽、蜡状光泽以及土状光泽。丝绢光泽、蜡状光泽以及土状光泽。E E：硬度：硬度 矿物的硬度是指矿物抵抗外来机械作用的强度。一般用矿物的硬度是指矿物抵抗外来机械作用的强度。一般用刻划方法来比较矿物硬度的相对高低。通常选用刻划方法来比较矿物硬度的相对高低。通常选用1010种硬度不种硬度不同的硬度矿物作为标准，根据相互刻划时相对软硬的高低将同的硬度矿物作为标准，根据相互刻划时相对软硬的高低将硬度分为硬度分为l0l0级，这级，这1010种标准的硬度矿物组成了摩氏硬度计，种标准的硬度矿物组成了摩氏硬度计，如表所示。一般矿物硬度等级多在如表所示。一般矿物硬度等级多在2626之间。之间。F F：解理：解理 矿物在外力作用下总是沿一定的结晶方向裂成光滑平面矿物在外力作用下总是沿一定的结晶方向裂成光滑平面的性质即为解理，裂开的光滑平面成为解理。解理总是沿着的性质即为解理，裂开的光滑平面成为解理。解理总是沿着晶体构造中面向与而网之间连接力最弱的平面发生。相互平晶体构造中面向与而网之间连接力最弱的平面发生。相互平行的一系列解理面称一组解理。行的一系列解理面称一组解理。G G：断口：断口 矿物在外力打击下，不以一定结晶方向发生断裂形成的矿物在外力打击下，不以一定结晶方向发生断裂形成的断裂面即为断口。断裂面即为断口。H H：比重：比重 比重指矿物的质量与比重指矿物的质量与44时同体积水的质量的比值。每时同体积水的质量的比值。每种矿物都有其自己的元素和晶体结构，因此都有一定的比重，种矿物都有其自己的元素和晶体结构，因此都有一定的比重，它是鉴别矿物的一项重要物理参数。它是鉴别矿物的一项重要物理参数。造岩矿物绝大部分是结晶质，即组成造岩矿物的质点在造岩矿物绝大部分是结晶质，即组成造岩矿物的质点在矿物内部按一定的规律排列，形成稳定的结晶格子构造，在矿物内部按一定的规律排列，形成稳定的结晶格子构造，在生长过程中，如果不受空间限制，都能自发地长成具有规则生长过程中，如果不受空间限制，都能自发地长成具有规则几何外形的结晶多面体。几何外形的结晶多面体。(a)(a)食盐的内部构造和晶体食盐的内部构造和晶体 (b)(b)石英的晶体石英的晶体 (c)(c)正长石的晶体正长石的晶体(d)(d)斜长石的晶体斜长石的晶体 (e)(e)辉石的短柱状晶体及横切面形状辉石的短柱状晶体及横切面形状 (f)(f)云母的晶形云母的晶形 (g)(g)磁铁矿的晶形磁铁矿的晶形 (h)(h)萤石的立方双晶萤石的立方双晶 (i)(i)方解石的菱面体晶体方解石的菱面体晶体3 3）岩石的类型和性质）岩石的类型和性质A A：岩石的类型：岩石的类型 a a：岩石按成因分为三类：岩浆岩（火成岩）；沉积岩：岩石按成因分为三类：岩浆岩（火成岩）；沉积岩 （水成岩）；变质岩（水成岩）；变质岩 b b：岩石按坚固性分成两类：硬质岩石（饱和单轴极限抗：岩石按坚固性分成两类：硬质岩石（饱和单轴极限抗 压强度不小于压强度不小于300MPa300MPa）；软质岩石（饱和单轴极限抗）；软质岩石（饱和单轴极限抗 压强度小于压强度小于300MPa300MPa）。）。c c：岩石按风化程度分为四类：未风化；微风化；中等风：岩石按风化程度分为四类：未风化；微风化；中等风 化；强风化化；强风化B B：岩石的性质：岩石的性质 主要包括：天然重度；比重；抗压强度；弹性模量；承主要包括：天然重度；比重；抗压强度；弹性模量；承 载力载力3 3、第四纪沉积层、第四纪沉积层1 1）残积层）残积层 母岩经风化、剥蚀，未被搬运，残留在原地的岩石碎屑，母岩经风化、剥蚀，未被搬运，残留在原地的岩石碎屑，称为残积层。称为残积层。以残积层作为建筑物地基时，应注意不均匀沉降和土坡以残积层作为建筑物地基时，应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。稳定性问题。2 2）坡积层）坡积层 雨水和融化雪水洗刷山坡时，将山上的岩屑顺着斜坡搬雨水和融化雪水洗刷山坡时，将山上的岩屑顺着斜坡搬运到较平缓的山坡或山麓处，逐渐堆积形成坡积层。运到较平缓的山坡或山麓处，逐渐堆积形成坡积层。坡积层厚薄不均匀，土质也不均匀，孔隙大，压缩性高。坡积层厚薄不均匀，土质也不均匀，孔隙大，压缩性高。以残积层作为建筑物地基时，应注意不均匀沉降和土坡稳定以残积层作为建筑物地基时，应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。性问题。3 3）洪积层）洪积层 由暴雨或大量融雪形成山洪急流，冲刷并搬运大量岩屑，由暴雨或大量融雪形成山洪急流，冲刷并搬运大量岩屑，流至山谷出口与山前倾斜平原，堆积形成洪积层。流至山谷出口与山前倾斜平原，堆积形成洪积层。以洪积层作为建筑物地基时，应注意土层的尖灭和透镜以洪积层作为建筑物地基时，应注意土层的尖灭和透镜体引起的不均匀沉降，需要详细进行工程勘察。体引起的不均匀沉降，需要详细进行工程勘察。4 4）冲积层）冲积层 由河流的流水将岩屑搬运、沉积在河床较平缓地带，形由河流的流水将岩屑搬运、沉积在河床较平缓地带，形成的沉积物称为冲积层。成的沉积物称为冲积层。主要有以下几类：主要有以下几类：A A：平原河谷冲积层：平原河谷冲积层 a a：河床沉积层；：河床沉积层；b b：河漫滩沉积层；：河漫滩沉积层；c c：河流阶地沉积层；：河流阶地沉积层；d d：古河道沉积层：古河道沉积层 B B：山区河谷冲积层：山区河谷冲积层 C C：山前平原冲积洪积层：山前平原冲积洪积层 D D：三角洲沉积层：三角洲沉积层E E：海相沉积层：海相沉积层 a a：滨海沉积层：滨海沉积层 b b：大陆架浅海沉积物：大陆架浅海沉积物 c c：陆坡沉积物：陆坡沉积物 d d：深海沉积物：深海沉积物F F：湖沼沉积层：湖沼沉积层 a a：湖相沉积层：湖相沉积层 湖边沉积层湖边沉积层 湖心沉积层湖心沉积层 b b：沼泽沉积层：沼泽沉积层4 4、不良地质条件、不良地质条件（1 1）断层）断层 1 1）定义）定义 岩层在地应力作用下形成断裂构造，断裂面两岩层在地应力作用下形成断裂构造，断裂面两侧的岩体显著发生相对位移称为断层。断层显示地壳大范围侧的岩体显著发生相对位移称为断层。断层显示地壳大范围错断，如图所示。错断，如图所示。应注意：断层形成的年代越新，则断层的活动可能性越应注意：断层形成的年代越新，则断层的活动可能性越大。永久性建筑物，尤其是水库大坝应避免横跨在断层上。大。永久性建筑物，尤其是水库大坝应避免横跨在断层上。一旦断层活动，破坏挡水坝，库水下泄，相当于人造洪水，一旦断层活动，破坏挡水坝，库水下泄，相当于人造洪水，后果不堪设想。后果不堪设想。根据断层面两侧岩体的相对位移方向，断层可分为三种根据断层面两侧岩体的相对位移方向，断层可分为三种基本的类型：正断层、逆断层和平移断层，如图所示；基本的类型：正断层、逆断层和平移断层，如图所示；正断层：指上盘相对于下盘做下降运动、下盘相对于上正断层：指上盘相对于下盘做下降运动、下盘相对于上盘做上升运动的断层。盘做上升运动的断层。逆断层：指上盘相对于下盘地上升运动、下盘相对于上逆断层：指上盘相对于下盘地上升运动、下盘相对于上盘做下降运动的断层。盘做下降运动的断层。推断层：指断块沿断层走向相对移动的断层。推断层：指断块沿断层走向相对移动的断层。（a a）正断层）正断层 （b b）逆断层）逆断层 （c c）平移断层）平移断层 2 2）断层与工程的关系）断层与工程的关系 在断层发育地带修建隧道是最不利的一种情况。由于岩在断层发育地带修建隧道是最不利的一种情况。由于岩层的整体性遭到破坏和水的侵入，岩体的强度和稳定性都很层的整体性遭到破坏和水的侵入，岩体的强度和稳定性都很差，容易产生洞顶坍塌、透水等恶性事故，影响施工安全。差，容易产生洞顶坍塌、透水等恶性事故，影响施工安全。因此，当隧道轴线与断层走向平行时，皮尽量避免与断层破因此，当隧道轴线与断层走向平行时，皮尽量避免与断层破碎带接触。隧道横穿断层时，虽然只有个别段落受断层影响，碎带接触。隧道横穿断层时，虽然只有个别段落受断层影响，但因地质条件较差，必须预先考虑措施，保证施工安全。特但因地质条件较差，必须预先考虑措施，保证施工安全。特别是当断层规模很大，或者穿越断层带时会使施工十分困难，别是当断层规模很大，或者穿越断层带时会使施工十分困难，在确保隧道平面位置时，要尽量设法避开。在确保隧道平面位置时，要尽量设法避开。（2）节理）节理 定义定义 岩层在地应力作用下形成断裂构造，但末发生相岩层在地应力作用下形成断裂构造，但末发生相对位移时称为节理。通常节理的长度仅数米，间距小于对位移时称为节理。通常节理的长度仅数米，间距小于0.4m0.4m。互相平行的节理，称为。互相平行的节理，称为组节理。若岩层具有三组以上的组节理。若岩层具有三组以上的节理，称为节理发育，此时，岩体被节理切割成碎块，破坏节理，称为节理发育，此时，岩体被节理切割成碎块，破坏了岩层的整体性。了岩层的整体性。节理的存在，在工程上除有利于开挖外，节理的存在，在工程上除有利于开挖外，对岩体的强度对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。和稳定性均有不利的影响。节理的存在，破坏了岩体的完整节理的存在，破坏了岩体的完整性，促进了岩体风化，增强了岩体的透水性，降低了岩体的性，促进了岩体风化，增强了岩体的透水性，降低了岩体的强度和稳定性。当节理发育方向与线路走向平行，且倾向与强度和稳定性。当节理发育方向与线路走向平行，且倾向与边坡一致时，不论岩体产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌边坡一致时，不论岩体产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌等不稳定现象。在路基施工中，如果岩体存在节理，还会影等不稳定现象。在路基施工中，如果岩体存在节理，还会影响爆破作业的效果。响爆破作业的效果。（3 3）滑坡）滑坡1 1）山坡失稳的原因）山坡失稳的原因 A A：人类活动的因素：人类活动的因素 a a：在山麓建房，为利用土地削去坡脚；：在山麓建房，为利用土地削去坡脚；b b：在坡上建房，增加坡面荷载；：在坡上建房，增加坡面荷载；c c：生产与生活用水大量入渗坡积物，降低土的抗剪强：生产与生活用水大量入渗坡积物，降低土的抗剪强 度。度。B B：自然环境因素：自然环境因素 a a：坡脚被河流冲刷，使原天然土坡变陡；：坡脚被河流冲刷，使原天然土坡变陡；b b：当地连降暴雨，大量雨水入渗，降低土的内摩擦角。：当地连降暴雨，大量雨水入渗，降低土的内摩擦角。2 2）山坡滑动实例）山坡滑动实例（4 4）河床冲淤）河床冲淤 平原河道往往有弯曲，凹岸受水流的冲刷产生坍岸，危平原河道往往有弯曲，凹岸受水流的冲刷产生坍岸，危及岸上建筑物的安全；凸岸水流流速慢，产生淤积，使当地及岸上建筑物的安全；凸岸水流流速慢，产生淤积，使当地的抽水站无水可抽。河岸的冲淤在多沙河上尤为严重，例如，的抽水站无水可抽。河岸的冲淤在多沙河上尤为严重，例如，在渲关上游黄河北干流，河床冲淤频繁，黄河主干流游荡，在渲关上游黄河北干流，河床冲淤频繁，黄河主干流游荡，当地有当地有“二十年河东，二十年河西二十年河东，二十年河西”的民谣。渭河下游华县、的民谣。渭河下游华县、华阴与渣关一段河床冲淤也十分严重。华阴与渣关一段河床冲淤也十分严重。（5 5）岸坡失稳）岸坡失稳 河、湖、海岸在自然环境中通常是稳定的，若在岸边修河、湖、海岸在自然环境中通常是稳定的，若在岸边修建筑物，由于增加了工程的荷重，可能使岸坡失稳，产生滑建筑物，由于增加了工程的荷重，可能使岸坡失稳，产生滑动。若地基土质软弱，还应考虑在地震动荷作用下，土的抗动。若地基土质软弱，还应考虑在地震动荷作用下，土的抗剪强度降低，岸坡可能产生滑动。剪强度降低，岸坡可能产生滑动。（6 6）河沟侧向位移）河沟侧向位移 小河沟宽、深度仅数米，不起眼，但若靠近河沟修建筑小河沟宽、深度仅数米，不起眼，但若靠近河沟修建筑物，当地基土为含水量高、密度低的粘性土则此建筑物地物，当地基土为含水量高、密度低的粘性土则此建筑物地基可能向河沟方向侧向位移，导致工程发生倾斜或墙体开裂基可能向河沟方向侧向位移，导致工程发生倾斜或墙体开裂事故。事故。5 5、地下水、地下水 地下水通常是指地表以下岩上空隙中的重力水，对人类地下水通常是指地表以下岩上空隙中的重力水，对人类和地球上的其他很多生物面言。它是地壳中极其重要的自然和地球上的其他很多生物面言。它是地壳中极其重要的自然资源之一，亦是岩土三相物质中的一个重要组成部分。地下资源之一，亦是岩土三相物质中的一个重要组成部分。地下水在岩上工程中常常起着很重要的作用。水在岩上工程中常常起着很重要的作用。铁路工程中，路基的沉陷常和地下水的活动有着直接铁路工程中，路基的沉陷常和地下水的活动有着直接的联系；公路工程中，地下水位较高时，常会因土的毛细的联系；公路工程中，地下水位较高时，常会因土的毛细作用面改变路基的干湿类型。引起各种路基病害；采矿工作用面改变路基的干湿类型。引起各种路基病害；采矿工程中，地下水引起的工程事故是最主要的采矿工程灾害之程中，地下水引起的工程事故是最主要的采矿工程灾害之一；地下水的渗流可以引起岩土体的渗透变形，直接影响一；地下水的渗流可以引起岩土体的渗透变形，直接影响建筑物及其地基的稳定与安全；地下水位的变化，可使地建筑物及其地基的稳定与安全；地下水位的变化，可使地基土的强度降低，使建筑物产生不均匀沉降；在地基工程基土的强度降低，使建筑物产生不均匀沉降；在地基工程中，深基坑的开挖常常会遇到基坑降水问题，并因为基坑中，深基坑的开挖常常会遇到基坑降水问题，并因为基坑降水引起的地下水渗流问题而造成基坑边坡的移动和基坑降水引起的地下水渗流问题而造成基坑边坡的移动和基坑周围地面的沉陷；当地下水含有较多的酸类物质时，还有周围地面的沉陷；当地下水含有较多的酸类物质时，还有可能造成地下结构物的腐蚀和破坏。可能造成地下结构物的腐蚀和破坏。（1 1）地下水的类型及特征）地下水的类型及特征 地下水埋藏、分布在一定的岩土层和地质构造中，并按地下水埋藏、分布在一定的岩土层和地质构造中，并按照补给、径流和排泄的规律不断地运动和变化着。自然界中照补给、径流和排泄的规律不断地运动和变化着。自然界中的岩上体，无论是松散堆积物还是坚硬的基岩，都具有多少的岩上体，无论是松散堆积物还是坚硬的基岩，都具有多少不等、形状不一的空隙。不同的土体中的空隙形状、多少、不等、形状不一的空隙。不同的土体中的空隙形状、多少、大小、连通程度以及分布状况等待征都有很大的差别，岩石大小、连通程度以及分布状况等待征都有很大的差别，岩石的这些特征统称为岩石的空隙性。岩石中的空隙是地下水储的这些特征统称为岩石的空隙性。岩石中的空隙是地下水储存的场所和运动的通道，因此岩石的空隙性在很大程度上决存的场所和运动的通道，因此岩石的空隙性在很大程度上决定着地下水的埋藏、分布及运动状况。定着地下水的埋藏、分布及运动状况。岩土体中的各类空隙示意图岩土体中的各类空隙示意图 （a a）分选及浑圆良好的砾石）分选及浑圆良好的砾石 （b b）砾石中填充砂浆）砾石中填充砂浆 （c c）石灰岩中的溶隙）石灰岩中的溶隙 （d d）块状结构岩中的裂隙）块状结构岩中的裂隙 1 1）水在岩土体中的储存形式）水在岩土体中的储存形式 天然状态的土一般都含有水，而水常以不同的形式存在天然状态的土一般都含有水，而水常以不同的形式存在于土中，并与土粒相互作用着，它是影响土工程地质性质的于土中，并与土粒相互作用着，它是影响土工程地质性质的重要因素之一。按土中水的存在形式、状态、活动性及其与重要因素之一。按土中水的存在形式、状态、活动性及其与土的相互作用，分为矿物成分水、结合水、自由水；按物质土的相互作用，分为矿物成分水、结合水、自由水；按物质状态分为液态水、气态水和固态水。状态分为液态水、气态水和固态水。2 2）岩土的水理性质）岩土的水理性质 岩土的空隙性为地下水的储存和运动仅提供了空间条件，岩土的空隙性为地下水的储存和运动仅提供了空间条件，但水能否自由地进入这些空间以及进入这些空间的地下水能但水能否自由地进入这些空间以及进入这些空间的地下水能否自由地运动和渗出，则与岩土的水理性质有直接关系。水否自由地运动和渗出，则与岩土的水理性质有直接关系。水与岩土作用后所表现出的各种性质称为岩土的水理性质。岩与岩土作用后所表现出的各种性质称为岩土的水理性质。岩土的水理性质主要包括胀缩性、崩解性、毛细性、容水性、土的水理性质主要包括胀缩性、崩解性、毛细性、容水性、持水性、给水性、透水性和可塑性等等。持水性、给水性、透水性和可塑性等等。A A：胀缩性：胀缩性 土遇水后体积增大的性能，称为土的膨胀性；土失水时土遇水后体积增大的性能，称为土的膨胀性；土失水时体积缩小的性能称为土的收缩性。体积缩小的性能称为土的收缩性。B B：崩解性：崩解性 粘性土在浸水的过程中崩散、解体的现象称为土的崩解。粘性土在浸水的过程中崩散、解体的现象称为土的崩解。粘性土崩解的形式多种多样，有的呈均匀散粒状，有的呈鳞粘性土崩解的形式多种多样，有的呈均匀散粒状，有的呈鳞片状，有的呈块状或块裂状等。崩解是膨胀的特殊形式及其片状，有的呈块状或块裂状等。崩解是膨胀的特殊形式及其进一步的发展，它们都是土粒表面水化膜增厚的结果。进一步的发展，它们都是土粒表面水化膜增厚的结果。C C：毛细性：毛细性 毛细现象是水在空气和水的界面张力作用下沿着途中狭毛细现象是水在空气和水的界面张力作用下沿着途中狭小的毛细管状孔隙上升或以自由水的形式悬挂在毛细管状孔小的毛细管状孔隙上升或以自由水的形式悬挂在毛细管状孔欧内的现象。毛细现象和由此引发的毛细作用统称土的毛细欧内的现象。毛细现象和由此引发的毛细作用统称土的毛细性。性。D D：容水性：容水性 容水性是指岩土能容纳一定水量的性能，用容水度表示。容水性是指岩土能容纳一定水量的性能，用容水度表示。容水度等于岩土中所能容纳水的体积与岩土总体积的百分比容水度等于岩土中所能容纳水的体积与岩土总体积的百分比值。当岩上中的空隙完全被水充填时，水的体积就等于岩土值。当岩上中的空隙完全被水充填时，水的体积就等于岩土空隙的体积，所以容水度与土的孔隙度接近。空隙的体积，所以容水度与土的孔隙度接近。E E：持水性：持水性 岩石依靠分子引力和毛细力在其空隙中能保持一定水量岩石依靠分子引力和毛细力在其空隙中能保持一定水量的性质称为持水性。岩土的持水性用持水度表示，即在重力的性质称为持水性。岩土的持水性用持水度表示，即在重力释水条件下，岩土空隙中所能保持的水的体积占岩土总体积释水条件下，岩土空隙中所能保持的水的体积占岩土总体积的体积分数。根据保持水的形式不同，持水度可细分为毛细的体积分数。根据保持水的形式不同，持水度可细分为毛细持水度和分子持水度。毛细持水度是毛细管孔隙被水充满时，持水度和分子持水度。毛细持水度是毛细管孔隙被水充满时，岩石所保持的水量与岩土体积之比。分子持水度是岩石所能岩石所保持的水量与岩土体积之比。分子持水度是岩石所能保持的最大结合水量与岩土体积之比。保持的最大结合水量与岩土体积之比。结合水是因岩石颗粒表面的吸引力而保持的，因此，岩结合水是因岩石颗粒表面的吸引力而保持的，因此，岩土颗粒愈细小，表面积越大，结合水量便越多。土颗粒愈细小，表面积越大，结合水量便越多。F F：给水性：给水性 各种岩土饱水后，在重力作用下能释出一定水量的性质各种岩土饱水后，在重力作用下能释出一定水量的性质称为岩土的给水性。给水性用给水度来表示，即饱水岩土在称为岩土的给水性。给水性用给水度来表示，即饱水岩土在重力作用下释出水的体积与岩土总体积的体积分数。给水度重力作用下释出水的体积与岩土总体积的体积分数。给水度等于岩土的容水度减去持水度。等于岩土的容水度减去持水度。G G：透水性：透水性 岩土允许重力水通过的性能称为透水性或渗透性。岩土岩土允许重力水通过的性能称为透水性或渗透性。岩土能透水的根本原因在于其本身存在相互连通的空隙，水只能能透水的根本原因在于其本身存在相互连通的空隙，水只能沿着这些空隙通路流经而过。因此，空隙的大小与其连通程沿着这些空隙通路流经而过。因此，空隙的大小与其连通程度直接决定着岩土透水性的强弱，其次才是空隙的多少。衡度直接决定着岩土透水性的强弱，其次才是空隙的多少。衡量岩土透水性强弱的指标是渗透系数量岩土透水性强弱的指标是渗透系数A A。3 3）地下水的分类）地下水的分类 自然界不存在没有空隙的岩土层，也就几乎不存在不合自然界不存在没有空隙的岩土层，也就几乎不存在不合有水的岩土层。其容水、持水和给水性关键在于其水理性质。有水的岩土层。其容水、持水和给水性关键在于其水理性质。空隙小的岩土体，含的几乎全是结合水；空隙较大的岩层，空隙小的岩土体，含的几乎全是结合水；空隙较大的岩层，主要含有重力水，它能给出和透过水。根据岩土层给出和透主要含有重力水，它能给出和透过水。根据岩土层给出和透过重力水的能力，可把岩土层划分为含水层和隔水层。过重力水的能力，可把岩土层划分为含水层和隔水层。含水层是指渗透性大、给水性强且饱含重力水的岩土层。含水层是指渗透性大、给水性强且饱含重力水的岩土层。当岩土层具有地下水储存和运动的空间、有储存地下水的地当岩土层具有地下水储存和运动的空间、有储存地下水的地质条件、并有一定的补给水源时即可形成含水层。质条件、并有一定的补给水源时即可形成含水层。隔水层是指渗透性极小、给水性也极小的岩土层。能储隔水层是指渗透性极小、给水性也极小的岩土层。能储存地下水的地质构造称为储水构造，也就是含水层与闲水层存地下水的地质构造称为储水构造，也就是含水层与闲水层相互组合而形成的能储存地下水的地质环境即地下水的埋藏相互组合而形成的能储存地下水的地质环境即地下水的埋藏条件。在各种不同的地质环境中，含水层与隔水层的形成控条件。在各种不同的地质环境中，含水层与隔水层的形成控制着地下水的聚集、分布和埋藏。根据埋藏条件不同，可以制着地下水的聚集、分布和埋藏。根据埋藏条件不同，可以把地下水分为把地下水分为上层滞水、潜水和承压水上层滞水、潜水和承压水三大类：三大类：A A：上层滞水：上层滞水 上层滞水又称包气带水，是指在包气带中的局部隔水透上层滞水又称包气带水，是指在包气带中的局部隔水透镜体之上、具有自由水而的重力水。上层滞水的形成除受岩镜体之上、具有自由水而的重力水。上层滞水的形成除受岩层组合控制外，还受岩层倾角、分布范围以及地形等因素的层组合控制外，还受岩层倾角、分布范围以及地形等因素的影响。上层滞水不仅可以在松散沉积层中形成，在基岩地区影响。上层滞水不仅可以在松散沉积层中形成，在基岩地区亦同样可以形成。亦同样可以形成。B B：潜水：潜水 埋藏在地表以下第一个连续、稳定分布的隔水层之上的埋藏在地表以下第一个连续、稳定分布的隔水层之上的重力水层称为潜水。重力水层称为潜水。潜水一般具有以下基本特征潜水一般具有以下基本特征(1)(1)无压水：由于潜水面之无压水：由于潜水面之上无稳定的隔水层存在，因此，潜水具有自由的水面，是无上无稳定的隔水层存在，因此，潜水具有自由的水面，是无压水。有时在潜水面之上虽会存在着局部不稳定的隔水层，压水。有时在潜水面之上虽会存在着局部不稳定的隔水层，在此不稳定隔水层内的局部范围内虽现局部的微弱承压现象，在此不稳定隔水层内的局部范围内虽现局部的微弱承压现象，但这并不能影响整个含水层的潜水特征。但这并不能影响整个含水层的潜水特征。C C：层间水：层间水(承压水承压水)层间水是指存在于上、下两个稳定隔水层之间的含水层层间水是指存在于上、下两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。一般情况下，层间水充满于两个稳定隔水层之中的重力水。一般情况下，层间水充满于两个稳定隔水层之间的含水层中，对隔水顶板具有一定的超静水压力作用，因间的含水层中，对隔水顶板具有一定的超静水压力作用，因此人们习惯称层间水简称为承压水。此人们习惯称层间水简称为承压水。（2 2）土的毛细性）土的毛细性 土的毛细性是指能够产生毛细现象的性质。土的毛细性是指能够产生毛细现象的性质。土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着细的土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着细的孔隙向上及其它方向移动的现象。孔隙向上及其它方向移动的现象。1 1）毛细现象对工程的影响：）毛细现象对工程的影响：A A：毛细水的上升是引起路基冻害因素之一；：毛细水的上升是引起路基冻害因素之一；B B：对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿；：对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿；C C：毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化；：毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化；D D：当地下水有浸蚀性时，毛细水上升对建筑物和构：当地下水有浸蚀性时，毛细水上升对建筑物和构筑物的基础中的混凝土、钢筋等形成浸蚀作用。筑物的基础中的混凝土、钢筋等形成浸蚀作用。2 2）地下水上升原理）地下水上升原理 毛细水的上升是由毛细水的上升是由于液体的于液体的“表面张力表面张力”和毛细管的和毛细管的“湿润现象湿润现象”产生的。产生的。（3 3）地下水对工程建设的影响）地下水对工程建设的影响 1 1）对边坡稳定的影响）对边坡稳定的影响 对于遇水容易软化的岩层，地下水常可使岩石内部的联结变弱，强对于遇水容易软化的岩层，地下水常可使岩石内部的联结变弱，强度降低。凡是节理发育、风化严重、层间夹有成土矿物的岩体，除大气度降低。凡是节理发育、风化严重、层间夹有成土矿物的岩体，除大气降水或由其他地表水渗入地面以下形成地下水外，在干旱少雨地区，也降水或由其他地表水渗入地面以下形成地下水外，在干旱少雨地区，也可由空气中的水汽侵入岩石缝隙或土的孔隙，经凝结作用形成地下水。可由空气中的水汽侵入岩石缝隙或土的孔隙，经凝结作用形成地下水。储存在岩质斜坡中的地下水，不仅可以降低岩石的强度，使软弱夹层的储存在岩质斜坡中的地下水，不仅可以降低岩石的强度，使软弱夹层的粘聚力和内摩擦力削弱，或者使岩体发生膨胀、崩解，还可使层间的覆粘聚力和内摩擦力削弱，或者使岩体发生膨胀、崩解，还可使层间的覆土矿物含水饱和而形成润滑剂。土矿物含水饱和而形成润滑剂。对于局部岩体成岩块，地下水还可附加以浮力、静水压力，促使岩对于局部岩体成岩块，地下水还可附加以浮力、静水压力，促使岩块在重力作用下碎落相滑移。由于地下水对岩土边坡经常起到破坏作用，块在重力作用下碎落相滑移。由于地下水对岩土边坡经常起到破坏作用，因此地下水比地面流水对边坡稳定性的危害也更严重。因此地下水比地面流水对边坡稳定性的危害也更严重。2 2）对线路工程施工等的影响）对线路工程施工等的影响 具有一定静水压力的承压水，常常因事先容易被忽略或具有一定静水压力的承压水，常常因事先容易被忽略或因缺乏地质钻探，尤其是缺乏地下水的钻探资料而无法预计，因缺乏地质钻探，尤其是缺乏地下水的钻探资料而无法预计，以致在桥梁基础施工过程中造成严重的影响。在路基或其他以致在桥梁基础施工过程中造成严重的影响。在路基或其他人工构筑物的开挖过程中，有时常见裂隙或土层中溢水影响人工构筑物的开挖过程中，有时常见裂隙或土层中溢水影响工程进度或施工操作，此时，通常用撤去水流或截断水源的工程进度或施工操作，此时，通常用撤去水流或截断水源的方法进行处理。若在选择隧道位置时，除必须注意岩性、地方法进行处理。若在选择隧道位置时，除必须注意岩性、地质构造和岩石风化程度外，还应注意地下水可能对工程施工质构造和岩石风化程度外，还应注意地下水可能对工程施工及工程质量造成的影响。及工程质量造成的影响。3 3）对路基路面养护的影响）对路基路面养护的影响 埋藏较浅的地下潜水，经过土的物理作用，常常影响路埋藏较浅的地下潜水，经过土的物理作用，常常影响路基路面的强度和稳定性。在潮湿多雨或季节性降雨相对集中基路面的强度和稳定性。在潮湿多雨或季节性降雨相对集中的地区，地下水位上升时，可使路基底面天然土层的含水量的地区，地下水位上升时，可使路基底面天然土层的含水量达到饱和，经毛细作用可使路基填土的含水量增大，严重破达到饱和，经毛细作用可使路基填土的含水量增大，严重破坏了路基土原有的干湿状态，使路基的强度下降、变形增大，坏了路基土原有的干湿状态，使路基的强度下降、变形增大，对路面结构的工作状态不利，严重时可导致路面破坏。对路面结构的工作状态不利，严重时可导致路面破坏。在季节性冻融地区，埋藏较浅的地下水，经聚冻作用在季节性冻融地区，埋藏较浅的地下水，经聚冻作用可使表土层的含水量达到饱和状态，冻融时就会导致地面可使表土层的含水量达到饱和状态，冻融时就会导致地面或路基路面产生或路基路面产生严重翻浆严重翻浆，以致公路无法通车。因此，在，以致公路无法通车。因此，在这类地区填筑路堤，应按路面设计规范所要求的路堤设计这类地区填筑路堤，应按路面设计规范所要求的路堤设计高度，一定要保证土基高度，最好要超过最高地下潜水位高度，一定要保证土基高度，最好要超过最高地下潜水位加上填土的毛细高度。若填土高度受到限制，应采取措施加上填土的毛细高度。若填土高度受到限制，应采取措施降低地下水位或隔断地下水的其他措施来改善路基的工作降低地下水位或隔断地下水的其他措施来改善路基的工作性状。性状。4 4）对建筑工程的影响）对建筑工程的影响 地下水位下降，可引起软土地基产生固结沉降，轻者造地下水位下降，可引起软土地基产生固结沉降，轻者造成邻近建筑物或地下管道的成邻近建筑物或地下