1、中國礦業大學工程地質學復習資料緒論一、工程地質學的任務：闡明建筑地區的工程地質條件；論證建筑物所存在的工程地質問題；選擇地質條件優良的建筑場址；研究工程建筑物興建后對地質環境的影響；提出有關建筑物類型、規模、結構和施工方法的合理建議；為擬定改善和防治不良地質作用的措施方案提供地質依據。查明工程地質條件是基本任務，工程地質問題的分析、評價是中心任務。二、工程地質問題：地震，活斷層，斜坡，砂土液化，滲透變形，巖溶，地面沉降，誘發地震，地下洞室，巖體風化。三、工程地質條件：工程建筑物有關的地質條件的綜合巖土類型及其工程性質地質構造地形地貌水文地質工程動力地質作用：內動力地質作用：火山、地震、活斷層,

2、外動力地質作用：滑坡、崩塌、泥石流、巖溶塌陷、滲透變形工程活動誘發的地質作用：采空塌陷、抽水引起的地面沉降天然建筑材料四、工程地質學的研究對象和任務：定義：工程地質學是一門研究與工程建設有關的地質問題，為工程建設服務的地質學科，它是地質學的分支學科，屬于應用地質學的范疇。關于工程地質學科的爭議！研究對象：研究地質環境與工程建筑物之間的關系，二者矛盾的轉化和解決方法。地質環境：地殼表層和一定深度的地質條件的綜合。第一章地震一、震級：是衡量地震本身大小的尺度，由地震所釋放出來的能量大小所決定。m=lga。a：距震中100公里處標準地震儀在地面所記錄的最大振幅(微米)。二、烈度：地面震動強烈程度。受

3、地震釋放的能量大小、震源深度、震中距、震域介質條件的影響。(1)地震基本烈度：在今后一定時間(一般按100年考慮)和一定地區范圍內一般場地條件下可能遭遇的最大烈度。-一個地區的平均烈度(2)設防烈度(設計烈度)：是抗震設計所采用的烈度。是根據建筑物的重要性、經濟性等的需要，對基本烈度的調整。三、發生條件：1介質條件：堅硬巖石。2結構條件：活斷層的一些特定部位：端點拐點交匯點等。3構造應力條件：構造運動強烈的部位：板塊交接部位近期構造運動是最活躍的。四、地震效應：在地震作用影響所及的范圍內地表出現的各種震害和破壞。與場地的工程地質條件、震級、震中距、震源參數、建筑物類型、結構等因素有關。分為：震

4、動破壞效應；地面破壞效應和斜坡破壞效應。五、靜力分析法前提：1建筑物是剛體2建筑物加速度和地面加速度是相同的3地震作用在建筑物上的慣性力是固定不變的，由地面震動的最大加速度決定。動力分析法前提：1建筑物建構是單質點系的彈性體2作用于建筑物基地的運動為簡諧運動。六、卓越周期：地震波在地層中傳播時，經過各種不同性質的界面時，由于多次反射、折射，將出現不同周期的地震波，而土體對于不同的地震波有選擇放大的作用，某種巖土體總是對某種周期的波選擇放大得突出、明顯，這種被選擇放大的波的周期即稱為該巖土體的卓越周期。卓越周期與土層的厚度、土層的性質，尤其是剪切波在土層中的傳播速度有關。七、場地工程地質條件對震

5、害的影響：1巖土類型及性質：軟土硬土土體基巖；松散沉積物厚度越大震害越大；軟弱土層埋藏越淺厚度越大震害越大。2地質構造：離發震斷裂越近震害越大，上盤重于下盤。3地形地貌：突出孤立地形震害較低洼、溝谷平坦地區大。4水文地質條件：地下水埋深越小震害越大。八、震區抗震原則及措施：(一)場地選擇原則1、避開活斷層2、盡可能避開具有強烈振動效應和地面效應的地段3、避開不穩定斜坡地段4、盡可能避開孤立地區、地下水埋深淺的地區。(二)抗震措施(持力層和基礎方案的選擇)1、基礎砌置在堅硬土層上2、砌置深度應大一些，以防發震時傾斜3、不宜使建筑物跨越性質不明的土層上4、建筑物結構設計要加強整體強度，提高抗震性能

6、。第二章活斷層一、活斷層定義：指目前正在活動著的斷層或近期有過活動且不久的將來可能會重新發生活動的斷層(即潛在活斷層)。美國原子能委員會(usnrc)(1)在3.5萬年內有過一次或多次活動的斷層，(2)與其他活動斷層有聯系的斷層，(3)沿該斷裂發生過蠕動或微震活動，1994年巖土工程勘察規范全新地質時期(11.1萬年)，1989年中國水利水電工程地質勘察規范晚更新世(10萬年)國際原子能機構(iaea)在上述規定的基礎上，又增加了兩條規定：在晚第四紀它們有過活動；該斷裂有地面破裂的證據。二、活斷層特征和分類：特征1活斷層是深大斷裂復活的產物(按照斷層的切割深度可以分為：蓋層斷裂、基底斷裂、地殼

7、斷裂、巖石圈斷裂)2活斷層的繼承性和反復性。斷層分類：按照位移方向與水平面的關系：走滑型活斷層逆斷型活斷層正斷型活斷層。活斷層的活動方式地震斷層(粘滑型活斷層)以地震方式產生間歇性突然滑動：發生在強度較高的巖石中，斷層帶鎖固能力強，危害大。蠕變斷層(蠕滑型活斷層)沿斷層面兩側巖層連續緩慢地滑動：發生在強度較低的軟巖中，斷層帶鎖固能力弱，一般無震發生，有時可伴有小震。三、活斷層的識別：1地質方面2地貌方面3水文地質方面4歷史資料方面5地形變監測資料。地質方面a最新沉積物的錯斷b活斷層帶物質結構松散c伴有地震現象的活斷層，地表出現斷層陡坎和地裂縫。地貌方面a斷崖：活斷層兩側往往是截然不同的地貌單元

8、直接相接的部位。常表現為：一側隆起區，一側凹陷區。b水系：對于走滑型斷層(1)一系列的水系河谷向同一方向同步移錯(2)主干斷裂控制主干河道的走向。c山脊、山谷、階地和洪積扇錯開：走滑型活斷層d近期斷塊的差異升降運動，可使同一級平面分離解體，高程相差較大。水文地質方面a導水性和透水性較強b泉水常沿斷裂帶呈線狀分布，植被發育。歷史資料方面a古建筑的錯斷、地面變形b考古c地震記載。地形變監測方面：水準測量、三角測量。四、活斷層區的建筑原則1、建筑物場址一般應避開活動斷裂帶。2、線路工程必須跨越活斷層時，盡量使其大角度相交，并盡量避開主斷層。3、必須在活斷層地區興建的建筑物，應盡可能地選擇相對穩定地塊

9、即安全島，盡量將重大建筑物布置在斷層的下盤。4、在活斷層區興建工程，應采用適當的抗震結構和建筑型式。如：活斷層區修水壩，不宜采用混凝土重力壩和拱壩，宜采用土石壩。第三章砂土液化一、砂土液化的定義：飽水砂土在地震、動力荷載和其它物理作用下，受到強烈振動而喪失抗剪強度，使沙粒處于懸浮狀態，致使地基失效的作用或現象。(機理見課件)。二、影響因素：1土的類型及性質a粒度粉、細砂土最易液化b密實度松砂極易液化密砂不易液化c成因及年代多為沖積成因的粉細砂土沉積年代較新。2飽和砂土的埋藏分布條件a砂土上覆非液化土層越厚液化可能性越小b地下水位埋深越大越不易液化3地震活動的強度及歷時地震越強歷時越長則越引起砂

10、土液化而且范圍越廣。三、判別：見課件主要看標貫試驗。四、處理：1慎重選擇場地2選擇基礎類型穿入深度計算：堅硬粘土、礫、粗砂土大于0.5m其它非巖石大于2m。3地基處理標準：應處理至液化深度下限；處理后的土層標貫擊數實測值應大于臨界值。(壓密法：提高天然基土的相對密度；排滲法：通過排滲井等來消散因震動而產生的孔謝水壓力；換土或蓋重：用非液化土更換地表的液化土層，或在地表液化土層上覆蓋填土)。第四章滲透變形一、滲透變形定義：巖土體在地下水滲透力(動水壓力)的作用下，部分顆粒或整體發生移動，引起巖土體的變形和破壞的作用和現象。類型：1管涌：在滲流作用下單個顆粒發生獨立移動的現象，又稱潛蝕。分垂直管涌

11、和水平管涌。接觸管涌：當粗細粒土層相互疊置時在接觸面上發生的管涌。分垂直接觸管涌和水平接觸管涌。2流土：在滲透作用下一定體積的土體同時發生移動的現象。常發生在均質砂土層和亞砂土層中。二、滲透變形產生的條件：臨界水力梯度和土的結構特性，見課件或書本167-170頁。三、預測及防治(了解),見課件或書本171-175頁。第五章斜坡地質問題研究一、邊坡概念：邊坡是指地殼表層一切具有側向臨空面的地質體.2.斜坡變形破壞又稱斜坡運動，是一種動力地質現象。是指地表斜坡巖土體在自重應力和其它外力作用下所產生的向坡外的緩慢或快速運動。可以分為自然邊坡：如：山坡,海岸,河湖岸等；人工邊坡：如：路塹,礦坑,人工開

12、挖基坑等。二、應力分布特征(了解)：1斜坡周圍主應力跡線發生明顯偏轉2在臨空面附近造成應力集中，但在坡腳區和坡頂及坡肩附近情況有所不同。坡腳(1)在坡腳附近最大主應力顯著增高且愈近表面愈高，最小主應力顯著降低，于表面處降為零甚至轉化為拉應力。(2)在坡腳和坡面的某些部位，坡面的徑向應力和坡頂面的切應力可轉化為拉應力，形成張力帶，易形成與坡面平行的拉裂面。3與主應力跡線偏轉相聯系，破體內最大剪切應力跡線由原來的直線變成近似圓弧形，弧的下凹方向朝著臨空方向。4坡面處由于側向應力趨于零，實際上處于二向受力狀態，而向坡內逐漸變為三向受力狀態。三、影響斜坡應力分布的因素(見課件或課本116-117頁)：

13、1巖體初始應力的影響：水平剩余應力的大小使坡體中主應力跡線分布形式有所不同，明顯改變了各應力值的大小，使應力分異現象加劇，尤其對坡腳應力集中帶和坡肩張力帶的影響最大。2坡形的影響(1)坡高：坡高不改變應力等值線圖像，但應力值隨坡高上升而線性上升；(2)坡角：坡角變化明顯改變了應力分布圖像。隨坡角變陡，張力帶的范圍有所擴大，坡角應力集中帶最大剪應力值也隨之增高。(3)坡底寬度：當w小于0.8h時，坡腳最大剪應力隨底寬而急劇變化。當w大于0.8h時，則保持為一常值(稱為殘余坡角應力)。(4)坡面形態：平面上的凹形坡，應力集中明顯減緩。圓形和橢圓形邊坡，坡角最大剪切力僅為一般斜坡的一半。當水平應力坡

14、平形于橢圓形礦坑長軸時，應力集中較緩和。3、斜坡巖土體特征和結構特征的影響(p117)。四、斜坡變形形式：1拉裂(回彈)a斜坡形成過程中，在坡面和坡頂形成的張力帶中拉應力集中形成拉張裂縫b卸荷回彈或初始應力釋放時產生拉裂面。2蠕滑：斜坡巖土體在自重應力為主的坡體應力長期作用下,向臨空面方向的緩慢而持續的變形。a.表層蠕滑：斜坡淺層巖土體在重力的長期作用下，向臨空面方向緩慢變形構成一個剪變帶，其位移由坡面向坡內逐漸降低直至消失。b.深層蠕滑：主要發育在斜坡下部或坡體內部。按其形成機制特點可分為兩種：軟弱基座蠕滑坡體蠕滑(受軟弱結構面控制)兩種深層蠕滑的區別：不是沿一個統一的滑動面，受軟弱基座控制

15、有統一滑動面，受軟弱結構面控制。3彎曲傾倒：有陡坡或直立板狀巖體組成的斜坡，當巖層走向與坡面走向大致相同時，在自重的長期作用下由前沿開始向臨空方向彎曲、拉裂，并逐漸向坡內發展的變形。斜坡的破壞：1崩塌：陡坡上的巖土體所產生的以下落運動為主(移動、滾動、跳躍)的破壞現象。(土崩、巖崩)。2滑坡：斜坡巖土體依附于內在的或潛在的軟弱結構面，在外力作用下，失去原來的平衡狀態，產生了以水平運動為主的滑動現象。五、崩塌的形成條件：1地層巖性條件厚層狀硬脆性巖體2巖體結構條件節理裂隙發育3地形條件地形切割強烈高差大4外力作用風化作用靜水壓力震動。六、滑坡的形態要素：a滑坡體b滑坡床c滑坡面d滑坡裂隙e滑坡后

16、壁f滑坡臺階g滑坡側壁h滑坡舌。七、滑坡識別標志、方法、監測：方法一：航片解釋，方法二：地面調查標識一：地形地貌：雙溝同源(圈形椅)標識二：水文地質方面：泉眼、洼地、濕地等標識三：植被方面：馬刀樹、醉漢林標識四：地質構造方面：滑體上產生的褶皺、斷裂等現，方法三：鉆探。八、影響斜坡穩定性因素：地貌、坡形條件地層和巖性條件地質構造和巖體結構條件：坡體中有一組結構面時：順向破逆向坡橫向破斜交坡。坡體中有多組結構面時：兩組或以上。地下水的活動：軟化或溶蝕巖石產生靜水壓力產生動水壓力增大巖體重量促進風化作用。九、穩定性評價方法：定性和定量(略)。十、治理措施：1、地下水防范水措施：修筑地下排水廊道鉆孔排

17、水。2、削坡減重指：挖除邊坡上部巖體一部分，起減緩坡度、減輕下滑體重量的作用。注意選擇好削坡位置。3、修建支檔建筑：注意支擋建筑的作用力應在滑動面以下注意墻體后的排水設計。4、錨固措施：適用于對巖質不穩定邊坡的加固采用預應力鋼索或鋼桿錨固巖。分為系統錨固和隨機錨固。5、噴射混凝土護面：防止巖土體表面風化剝落防止小體積松動巖塊脫落防止地表水滲入坡體。6、設置馬道減緩坡度。7柔性支護8生態護坡。第六章地下洞室一、圍巖應力重分布的特征：洞室形成前巖體中任意一點處的應力是平衡的(初始應力狀態)，應力形成后：形成自由變形空間圍巖向洞內松漲變形引發圍巖應力重新調整重分布應力。應力重分布范圍一般為6倍洞徑。

18、其他形狀洞室應力分布：1)橢圓形洞室長軸兩端點壓應力集中，易出現壓應力集中，而短軸易出現拉應力集中。2)正方形洞室容易出現4個角點的應力集中，形成破壞。3)矩形洞室長邊中點的應力集中較小，短邊中點的圍巖應力較大，角點圍巖應力集中最大。二、地下洞室位置選擇：地形條件：洞室選線應注意山形完整(沿線盡可能無沖溝、山洼、滑坡、塌方)；洞口地段應下陡上緩,無滑坡、崩塌等不良地質現象；注意邊坡整體穩定性；注意傍山隧洞或地下廠房的山坡側應有一定厚度的圍巖(對水工隧洞尤為重要)。2巖性條件：盡可能避開不良圍巖：軟弱巖層破碎巖層松散巖層；在堅硬完整巖層中施工的好處：安全度高掘進速度快。3構造條件：洞室軸線應盡量

19、與巖層走向垂直(圍巖穩定對高邊墻穩定更為有利；順傾向開挖較反傾向有利)。若洞室軸線與巖層走向平行：在水平或緩傾巖層中和傾斜巖層中均不宜將軟弱層作為邊墻或底部。褶皺的影響：盡可能避開核部和轉折端部位。斷層的影響：坍塌和大規模地下水涌入。地下水對地下工程可能產生的影響：a以靜水壓力的形式作用于洞室襯砌；b以動水壓力的形式作用圍巖體及襯砌；c使粘土質巖石軟化，降低其強度；d使易溶巖類溶解，使膨脹巖類膨脹；e突然的大量涌水造成人員傷亡、施工機械受損。5地應力對地下工程產生影響。(地下工程活動中可能遭遇的五害：軟弱巖體有毒氣體巖爆地下水高地溫)。三、圍巖穩定性工程地質評價：1關于圍巖穩定性：指在一定的時

20、間內，在一定的地質力和工程力作用下巖體不產生破壞和失穩。判據：抗壓強度抗拉強度抗剪強度。2圍巖變形破壞的特點：堅硬完整巖體的脆性破裂(巖爆)；塊體滑移；層狀彎折和拱曲；碎裂巖體(結構面間距一般小于10cm)的松動解脫；松軟巖體。3圍巖的自穩時間：指：未對洞壁采取任何支護措施，圍巖由變形發展至破壞的時間。自穩時間的影響因素：洞徑巖性地質構造巖體結構特征地下水隧洞施工開挖方式。研究圍巖自穩時間的意義：保障施工活動的安全；保障施工活動的高效率、經濟。圍巖自穩時間的確定方法；工程類比法圍巖分類法。四、圍巖應力：指：圍巖的強度適應不了圍巖應力而產生塑性變形或破壞時，作用在支護或襯砌上的力。類型：變形圍壓

21、：由于圍巖的彈性恢復或塑性變形所產生的圍巖壓力；松動圍壓：由于圍巖拉裂塌落、塊體滑移、碎裂松動等所引起的圍巖壓力；沖擊圍壓：由于圍巖中積蓄的彈性應變能突然釋放所產生的圍巖壓力。確定松動圍壓的方法：普氏壓力拱理論法：假定：a圍巖被視為因節理切割而失去內部聯系的松散體，但仍具有粘聚力；b洞室開挖后洞頂因塌落而形成一個自然冒落拱，兩幫形成滑動體；c洞頂的山巖壓力就是拱形塌落體的重量。圍巖壓力系數法塊體極限平衡法。五、提高圍巖穩定性的措施：盡量少擾動圍巖a采用先進的隧道工程設計和施工方法(natm)；b盡可能采用控制爆破和全斷面隧道掘進機開挖(tbm)。用連續支護(柔性支護)代替傳統支護(剛性支護)：

22、傳統支護方法缺點：支護措施未能全面地與圍巖緊密而連續接觸。圍巖，特別是塊狀圍巖的變形破壞方式及基本對策。混凝土噴射法(natm)的優點：a噴混凝土能緊跟工作面，速度快，因而縮短了掘進與支護的間隔時間b由于噴層與圍巖緊密結合，又有相當高的早期強度，在洞室開挖后圍巖應力重分布尚未完成，應力降低區還未充分發展之時，就及時地加固了巖體c噴層與圍巖緊密結合，有較高的粘結力和抗剪強度，能在結合面上傳遞各種應力，可以起到承載拱的作用d及時地填補了圍巖表面的超挖部分，使圍巖應力狀態得到改善。錨固：指利用穿過軟弱結構面、深入至完整巖體內一定深度的鉆孔，插入鋼筋、鋼棒、鋼索、預應力鋼筋及回填混凝土，借以提高巖體的

23、磨擦阻力、整體性與抗剪強度的措施。錨桿支護原理：a懸吊原理：指將離層或切割塊體懸吊到固定圍巖上，錨桿承受游離巖塊重力；b組合梁原理：指將層狀巖層加固為組合梁，使巖層整體性增強，承載能力及抗彎強度提高，變形減小；c抗剪原理：指將位于滑移面兩側的巖石連接在一起，錨桿起到抵抗兩側巖塊相對位移，承受滑移剪切力作用；d擠壓原理：指錨桿通過錨頭及壓板對其周圍破碎巖石進行擠壓，形成獨立的擠壓椎，當錨桿足夠密時，各擠壓椎相互包容，形成擠壓拱(帶)，擠壓拱(帶)承受圍巖壓力作用。第七章巖溶一、巖溶：水對可溶性巖石進行的以化學溶蝕作用為主的綜合地質作用以及由此產生的各種現象。二、混合溶蝕效應：不同成分或不同溫度的

24、水混合后，其溶蝕能力有所增強的效應。1、飽和溶液的混合溶蝕效應：指兩種或兩種以上已失去溶蝕能力的飽和水溶液，在碳酸鹽巖體內相遇，混合后的溶液由原來的飽和狀態變成不飽和狀態，從而產生新的溶蝕作用，繼續溶解碳酸鹽巖。凡是有利于水混合的地帶，巖溶均較其它地帶發育。2、不同溫度溶液的混合溶蝕效應：如果有兩種溫度不同的飽和度相同的水相混合，或一種水水溶液由高溫變為低溫，都可以加大二氧化碳的溶解度，從而加強溶液的溶蝕能力，繼續溶蝕作用。三、巖溶發育的條件：1、具有可溶性巖石2巖石是透水的3水必須具有侵蝕性4水在巖石中處于運動狀態。四、影響巖溶發育的因素(見課件或書本150頁)：1巖性2氣候3地形地貌4地質構造5新構造運動。五、防治：1、截斷滲漏通道：灌灌漿帷幕、防滲帷幕；鋪粘土或混凝土鋪蓋；堵堵塞巖溶洞穴通道；截截水墻。2、導水導氣。六、穩定性評價(見課件或書本163頁)：覆蓋型巖溶區極限狀態時hk=h+z+d式中：hk為極限狀態時上覆土層的厚度；h為土洞高度；d為基礎砌置深度；z為基礎