工程地质复习资料

    工程地质条件:是指工程建筑物所在地区地质环境各项因素的综合，包括: 

   A．岩土类型及性质

   B．地质构造

   C．水文地质

   D．地表地质作用(不良地质现象)

   E．地形地貌

   F. 天然建筑材料

工程地质问题:已有的工程地质条件在工程建筑和运行期间会产生一些新的变化和发展，构成威胁影响工程建筑安全的地质问题称为工程地质问题。

主要的工程地质问题包括：

 A．地基稳定性问题：是工业与民用建筑工程常遇到的主要

           工程地质问题，它包括强度和变形两个方面；

 B．斜坡稳定性问题；主要有大规模的崩塌,滑坡,泥石流等,

            是道路工程常遇到的工程地质问题

 C．洞室围岩稳定性问题；是隧道和地下工程常遇到的工程

            地质问题

 D．区域稳定性问题;主要是地球内部构造活动导致的强烈

            地震,是任何工程都将面临的地质问题

2.岩石的水理性质通常包括那些.岩石的吸水性,透水性,软化性和

  抗冻性分别指什么.怎样来表示

3.岩石的力学性质包括那些内容

岩石的力学性质

1.岩石的抗压强度 :岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力

                  σc=P/A

2.岩石的抗拉强度:岩石在单向拉力作用下抵抗破坏的能力

                σt=2Pt/(πdl)

3.抗剪强度：岩石受剪力作用时抵抗剪切破坏的最大能力。岩石

             的抗剪强度可表示为:

  3种抗剪切试验条件下的3种抗剪强度

A：抗切强度：在没有垂直压应力作用下，岩石剪切时剪破面上的

             最大剪应力。(a)

B：抗剪强度：岩石与岩石间沿某一面的摩擦力。(b)

C：抗剪断强度：在一定压力下，岩石剪断时破坏面上的最大剪应

             力。(c)

4.变形模量:应力与应变的比值   E=σi/εi

(1)切线模量

(2)割线模量

(3)初始模量

5.泊松比:岩石在轴向压力作用下,横向应变与轴向应变之比

           μ=εd/εl

4.地球是由哪几部分组成的.人类工程活动区域主要发生在哪部分

1.地核

 半径2883km,由固态内核和液态外核组成,主要成分:Fe,Ni

2.地幔

 地壳以下至2900km,主要由富含Fe,Mg的硅酸盐物质组成.地幔顶部约50-250km的物质多为熔融状态,易于发生塑性流动,地壳固态岩石成许多板块,在软流圈上运动

3.地壳

地带厚35km,海洋地带厚约7-8km,是人类工程的作用区域

5.简述风化作用的定义及风化作用的结果.风化岩层的分带及风化

风化作用:引起岩石物理,化学性质发生变化的作用

分化的结果:使坚硬致密的岩石松散破坏,改变了岩石原有的矿物成分,化学成分,使岩石的强度和稳定性大为降低,对工程建筑条件起着不良影响

风化岩层的分带

风化作用越接近地表越发育,随深度增大,风化作用减弱,岩石的完整性增大

(1)整石带:肉眼见不到风化痕迹,但颗粒间联接因风化作用减弱,强度有所降低

(2)块石带:岩石被切割成大小不同的石块,裂隙面上出现新矿物,工程性质发生变化,强度显著降低,渗透性增强

(3)碎石带:母岩破碎,有大量洗矿物生成,渗透性略有降低,强度大为降低

(4)粉碎带:主要由风化产生的细粒次生矿物组成,渗透性很低,强度降低,压缩性提高,向土过渡

防治岩石风化的措施

(1)对已风化产物合理利用和处理:挖除法

(2)防止岩石进一步风化:抹面法,胶结灌浆法,排水法

6.岩层产状的表示方法

7.简述褶皱的定义和类型及特点,对工程建筑的影响

8.简述断层的定义和类型及特点,对工程建筑的影响

在断层分布密集的断层带内，岩层一般都受到强烈破坏，产状紊乱，岩体裂隙增多、岩层破碎、风化严重、地下水多，从而降低了岩石的强度和稳定性；同时，沟谷斜坡崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象发育。

   因此，在确定路线布局、选择桥位和隧道位置时，要尽量避开大的断层破碎带 

活断层

   活断层是指现在正在活动或在最近地质时期(全新世，1万年)

发生过活动的断层。由于它对工程建设地区稳定性影响大，所以是区域稳定性评价的核心问题。

   活断层对工程建筑物的影响是通过断裂的蠕动、错动和地震对工程造成危害。活断层的蠕动及伴生的地面变形，直接损害断层上及附近的建筑物。

9.我国区域性特殊类土有哪些,并简述在各类特殊性土上进行工程建设可能出现的工程地质问题

软土工程地质问题

1.承载力低

2.沉降量大(主要为不均匀沉降),且沉降稳定时间长

黄土工程地质问题

湿陷性:黄土浸水后,在外荷载或自重作用下发生下沉的现象

湿陷下沉量大大大于固结沉降量,是黄土地区地基失稳的主要因素

膨胀土工程地质问题

1.胀缩性:吸水膨胀，失水收缩的性能

评价胀缩性的指标:

(1)自由膨胀率:人工制备的烘干土,经充分吸水膨胀后,水中增

              的体积与原体积之比

δef＞90,强膨胀土;  65＜δef＜90,中膨胀土

40＜δef＜65,弱膨胀土;  δef＜40,非膨胀土

(2) 膨胀率:在一定压力下,浸水膨胀稳定后,土样增加的高度与

           原高度之比

(3) 膨胀力

(4) 收缩系数

2.崩解性:土体遇水后完全解体的性能

3.多裂隙性

4.易风化性

5.强度衰减性

盐渍土工程地质问题

1.溶陷性:天然状态下盐渍土在自重压力或附加压力作用下,

         受水浸湿时产生的附加变形

2.盐胀性:土体失水后,孔隙水中的盐浓缩并析出晶体所产生

         的体积膨胀

3.腐蚀性:土体中所含的无机盐,对建筑材料的腐蚀性能

红粘土工程地质问题

1.土层厚度不均匀,厚度变化大

2.由于含较多的粘土矿物,失水收缩,裂隙发育,导致土体完整性

   降低,强度衰减大

3.从地表向下,土层逐渐变软

4.红粘土中“土洞”发育,导致地基不均匀沉降

冻土工程地质问题

1.冻胀:温度低于0°C时,孔隙中的水结冰,土体体积增大的现象    

2.融陷:温度高于0°C时,孔隙中的水融化,土体软化下沉现象

10.简述地下水的定义及形成条件

地下水：埋藏和运移在地表以下土层和岩石空隙（孔隙，裂

        隙，空洞）中的水

1.地质条件

岩性：岩土体中空隙大小，数量，连通情况

构造：构造发育程度，越发育，裂隙越多，越连通，透水性能越

       好，储水越多

2.气候条件

   影响地下水水量

3.地貌条件

   水由高向底处流动，故低洼地区，地下水埋藏浅，水量大；

高处埋藏深，水量小。一般平原，山前区易于储水，山区很难储

存大量的地下水

4.人为因素：过量开采地下水，导致地下水水位降低，水量减少

11.简述地下水对土木工程的不良影响

地下水对土木工程的影响

一.地基沉降

   饱和土的有效应力原理:     σ=σ’+υ

   抽取地下水将降低孔隙水压力υ,使有效应力σ’增大,岩土颗

粒在σ’作用下,发生位移,孔隙被压密,宏观上表现为地面沉降

二.流砂和管涌(潜蚀)(又称渗透破坏)

(一)流砂

渗流力(动水压力):水在孔隙中流动时,受到的拖迤力

单位体积土体的动水压力:   D=rwJ

单位体积土体重: Gw=r’V= r’

rw:水的重度,kn/m3            r’:土的有效重度, kn/m3

流砂:地下水自下向上渗透时,渗透产生的动水压力大于土体的

      有效重力,土颗粒之间的有效应力等于零,土颗粒悬浮在水

      中,随水一起流动的现象

当D=Gw时, rwJcr=r’,故有:

当J＞Jcr,发生流砂; J＜Jcr,不会发生流砂; J=Jcr,处于临界状态

流砂对工程的影响:致使地表塌陷或建筑物地基破坏,影响建筑工

               程及附近建筑物的稳定

易于发生流砂的土层:均匀的细砂,粉砂,粉质粘土

流砂的处理措施:

1.人工降低地下水位至流砂层以下,再开挖,或基坑外降水

2.打板桩:可以加大渗径,减小水力坡度,同时起到加固坑壁作用

3.冻结法:冻结地下水,结冰后,再开挖

4.水下挖掘

12.简述基坑突涌的原因及处理措施

当基坑底部有承压水时,由于基坑开挖,减小了土层压力.当土压

力小于承压水的水压力时,承压水将冲破坑底土层,涌入基坑

处理措施:  

1.减小开挖深度

2.减低承压水水位,可通过抽水降低水头

13.简述流砂的定义,流砂的判别方法及处理措施

流砂:地下水自下向上渗透时,渗透产生的动水压力大于土体的

      有效重力,土颗粒之间的有效应力等于零,土颗粒悬浮在水

      中,随水一起流动的现象

当D=Gw时, rwJcr=r’,故有:

当J＞Jcr,发生流砂; J＜Jcr,不会发生流砂; J=Jcr,处于临界状态

流砂对工程的影响:致使地表塌陷或建筑物地基破坏,影响建筑工

               程及附近建筑物的稳定

易于发生流砂的土层:均匀的细砂,粉砂,粉质粘土

流砂的处理措施:

1.人工降低地下水位至流砂层以下,再开挖,或基坑外降水

2.打板桩:可以加大渗径,减小水力坡度,同时起到加固坑壁作用

3.冻结法:冻结地下水,结冰后,再开挖

4.水下挖掘

14.简述细粒土中地下水的运动规律

地下水的运动规律

渗流：地下水在岩土体空隙中运动（在一定压力差作用下，发生

     流动）

水在空隙中流动形式：层流和紊流

（一）对于层流，其运动服从达西定律

      v=kJ

V: 流速，指单位时间通过单位面积的水量，cm/s

K：渗透系数，cm/s

J：水力坡度，水在空隙中流动，由于阻力作用，沿程必然伴随

    着能量损失，表现为渗流路径上的水头损失

            J=△h/L

△h:渗流路径上的水头差

L:渗流路径长

（二）对于紊流，其运动服从哲才定律

         v=kJ1/2

（三）少数粘土,其运动服从修正的达西定律

         v=k（J-J0）

J0：起始水力坡度                     含水层   

                              30     r=19kn/m3                20

思考题                        10     承压水层

1.简述地下水的形成条件

2.简述承压水的特征及对地下工程的影响

3.某建筑工程基槽排水,引起地下水由下向上流动,水头差70cm,水

  流途径为60cm,砂土的饱和重度rsat=20.2kn/m3.问是否会产生流

  砂？

4.某地层分布如图所示,现基坑开挖深度20m,问是否会产生基坑突

  涌？如产生突涌,如何进行处理？

4.解       基坑底的土压力rm=(30-20)×19=190 kpa

              基坑底的水压力rwH =10×20=200 kpa

              水压力＞土压力       产生基坑突涌

              处理措施:

             1)降低承压水位1m

                   190/10=19m       20-19=1m   

             2)减小开挖深度0.53m

               200/19=10.53m     现在开挖深度 30-10.53=19.47m

15.简述潜水等水位线的用途

16.简述崩塌的定义及形成崩塌形成的条件

崩塌:斜坡岩土体被陡倾的拉裂面破坏分割,突然脱离母体而快速 

    位移,翻滚,跳跃和坠落下来,堆于崖下

崩塌的特征:岩块垂向位移大大大于水平向位移,崩塌时无依附面

二.崩塌的形成条件

1.地形条件

   高陡斜坡的前缘,坡面坡度大于55°,坡高大于30米,地形切割

越强烈,高差越大,形成崩塌的可能性就越大,并且破坏也越严重

2.岩性条件

(1)厚层坚硬岩层

  这类岩体能形成高陡的斜坡,坡肩部位的张裂隙,与其他结构面

组合,逐渐形成连续贯通的分离体,在触发因素作用下发生崩塌

(2)近于水平状产出的软硬相间岩层组成的陡坡

  软弱岩层风化剥蚀形成凹龛或蠕变,对上覆岩层失去支撑,形

成崩塌

3.构造条件

岩体中发育有二组或二组以上的陡倾节理,切割岩体成为分离体

4.诱发岩崩的因素

(1)地震,爆破

(2)地下水及地下水位的变化,使岩石与构造裂隙中的充填物软

     化,岩体强度降低

(3)雨水对岩体裂隙产生的润滑作用,裂隙中的动水压力及重力

     劈裂作用

(4)人为地破坏坡脚岩土体

三.崩塌的防治

1.在落石区采用明洞,棚洞等遮挡建筑物

2.建筑物与坡脚要有充足距离,在坡脚或半坡设置落石台,或挡

     石墙

3.可加固危岩,如加固裂隙,锚固危岩

17.简述影响滑坡稳定的主要因素及滑坡防治措施

.影响滑坡稳定的因素

  滑坡滑动的实质：滑动面上抗滑力≤滑动力

1.影响斜坡岩土体强度的因素：

  岩性，岩体结构，风化作用，水对岩土体的软化作用

2.影响斜坡形状的因素：河流的冲刷，人工开挖，填土

3.影响斜坡内应力状态的因素：地震，地下水动力，坡顶堆载，

    坡脚卸载滑坡的防治

(一)排水

   滑坡变形破坏常与水的作用密切有关,因此要采取措施,排出滑

坡地段的地表水和地下水

1.排除地表水

  截水沟 树枝状排水系统

2.排除地下水

 盲沟,盲沟集水井

#排水措施一般与其他措施配合使用

(二)支挡工程(适用于牵引式滑坡)

   改善斜坡力学平衡条件,提高斜坡抗滑力

1.挡墙:位于滑坡的前缘,借助于自身重量以抵挡滑坡的下滑力

2.抗滑桩:位于滑坡的前缘,利用桩体把滑体固定于滑床上

3.锚杆(索)

  利用锚杆(索)上所施加的预应力,以提高滑动面上的法向

应力,进而提高滑动面的抗滑力,改善剪应力的分布状态

(三)减荷反压(适用于推动式滑坡)

  将滑坡后缘岩土体削去一部分,或将较陡的斜坡减缓,以降

低下滑力;同时将减荷削下的土石方堆于滑坡前缘的阻滑部

位,以提高抗滑力

(四)改善滑动面(带)的岩土性质

18.简述泥石流的定义,泥石流各区域的特点及各区域的防治方法

泥石流:发生在山区的一种含有大量泥沙和石块的暂时性急水流

泥石流分区:

1.形成区

  多为三面环山,一面出口的半圆形宽阔地带,周围山坡陡峻,多为

30°-60°陡坡,面积大.这样的地形条件有利于汇集周围山坡上的

水流和固体物质

2.流通区

  为泥石流搬运通过的地段,多为狭窄而深切的峡谷或冲沟,谷壁陡

峻而纵坡降较大.泥石流物质进入本区后具有极强的冲刷能力,将沟

谷和沟壁上的土石冲刷下来携走,形成凶猛直泄之势

3.堆积区

  为泥石流物质的停积场所,一般为山口外或山间盆地边缘,地势较

为平坦.由于地势豁然开阔,泥石流的动能急剧降低,泥石流物质停

积下来,形成扇形,锥形或带状的堆积体

(一)形成区的防治:减少或消除泥石流固体物质的补给来源

1.采用植树造林和护坡草被,来加强水土保持

2.修建坡面排水系统,调节地表径流,以减少沟源侵蚀

（二）流通区的防止:修筑拦坝工程,拦截固体物质

1.沿沟修筑一系列低坝或石墙,坝高一般5米,坝身上应留有水孔以

    排泄水流

2.为了防止规模巨大的泥石流破坏重要的城镇或重大工程,还需修

    筑高大的泥石流拦挡坝

(三)堆积区:采用排导措施

1.泄洪道:起顺畅排泄泥石流的作用,使之在远离保护区停积下来

2.导流堤:起引导泥石流转向的作用,必须修筑于出口处

(四)其它措施

如:护路明洞,护路廊道,隧道,渡槽等

19.简述地震效应

地震效应:在地震影响所及范围内,于地面出现的各种震害或破坏

1.地震力效应

地震力:地震波在岩土体中传播,引起地面运动,使建筑的地基基础

      及上部结构都发生振动,亦即给建筑物施加的一个附加荷载

强烈地震时,建筑物倾倒,毁坏,主要是地震力直接引起的

地震力的分析方法:静力法,动力法

2.地面破坏效应

地面破坏效应:地震波引起地基破坏,从而引起建筑物破坏

(1)破裂效应:强震导致地面出现地震断层和地裂缝,从而引起跨越

            破裂带及其附近建筑物变形和破坏

(2)地基效应:地震使软土震陷,砂土液化,淤泥塑流变形,引起地基

            破坏,从而引起建筑物破坏

a.砂土液化:饱水砂土因地震而受到强烈振动,使砂粒处于悬浮状

           态,丧失强度,致使地基失效的现象

b.软土震陷:厚层软土在强烈地震作用下,孔隙水压力升高,土体的

          刚度和强度急骤降低,在动静剪应力作用下,产生塑性

          流动,导致建筑物过大或不均匀沉陷

3.地震诱发滑坡,崩塌,泥石流等不良地质现象,使建筑场地遭到破

   坏

20.简述地震区抗震设计原则

(一)建筑场地选择(考虑场地岩土类型和性质对震害的影响)

   对防震抗震有力的建筑场地应该是:

1.地形平坦开阔

2.岩土坚硬均匀,若土层较厚,则应较密实

3.地下水埋深较大

4.崩塌,滑坡,泥石流等不良地质现象不发育

(二)地基持力层和基础方案选择(地震的地面破坏效应)

地基持力层:应以基岩为好,避免以高压缩性及液化土层为主

基础方案:

1.若地表高压缩性或液化土层存在,则应采用桩基

2.也可预先将松软,液化土层加固处理,并采用整体性和刚性较强

的筏板基础和箱型基础;基础埋深要加大,以防水平地震力作用时

建筑物倾倒

3.同一建筑物基础,不宜跨越在性质显著不同或厚度变化很大的地

   基上

4.同一建筑物不要并用几种不同型式的基础

(三)建筑物结构型式和抗震措施(地震力效应)

1.建筑物平面型状以简单方整为好,否则应在转折处或荷载变化

   处,留抗震缝

2.减轻结构重量,降低重心,

3.加强结构的整体性,并有足够的刚度和强度

21.简述河流作用及结果

1.河流的侵蚀作用：地表河床泥沙被水流带走的过程

侵蚀作用的结果：塌岸，掏蚀桥基坝基等水工建筑基础

2.河流的搬运作用：水流携带泥沙运动的过程。可以是水流使砂

     砾等粗颗粒沿河床推移，也可以是细小物质呈悬浮状态移动

3.河流的沉积作用：当水流速度降低，搬运物质堆积下来的过程

沉积作用的结果：使河床变浅，影响航运，造成洪水泛滥，水库淤塞

22.简述工程地质勘察方法

23.不宜选为建筑场址的地区地段有哪些

1.不良地质现象发育且对场地稳定性有直接危害或潜在威胁的地区

2.地基土性质严重不良的场地

3.对建筑物抗震危险的地段，即地震时可引发不良地质现象发生地段

4.洪水或地下水对建筑物场地有严重不良影响地段

5.地下有待开采矿区或未稳定的地下采空区

24.阅读工程地质勘察报告