1、 緒論 (introduction)工程地質學Engineering Geology：研究人類工程活動與地質環境相互關系的一門科學。研究對象：工程地質環境；服務對象：工程建設研究內容：（1） 工程地質條件: 與工程有關的地質因素的綜合。具體包括：地形地貌、地層巖性（巖土類型及性質）、地質結構與構造、水文地質條件、不良地質作用（自然地質現象）、天然建筑材料（2） 工程地質問題：地基穩定性問題、斜坡穩定性問題、洞室圍巖穩定性問題、區域穩定穩定性問題工程地質學的基本任務:查明條件、論證問題、選擇場地、擬定措施、預測影響、提出建議 具體來說就是，依據工程地質條件幫助工程選址和進行場地評價第1章 巖石

2、(rock)§ 1.1 地球地球外圈：大氣圈、水圈、生物圈地球內圈：地殼、地幔、地核。地殼與地幔之間分界面是莫霍面，地幔與地核分界面是古登堡面巖石圈包括地殼和上地幔§ 1.2 主要造巖礦物：石英、正長石、方解石Ø 礦物形態morphology of minerals 礦物單晶體、規則連生晶體和集合體的外形特征。礦物單晶體的形態包括晶體的形狀、結晶習性、晶體的大小及晶面花紋等；Ø 顏色(color)：礦物新鮮表面的顏色。分自色（鑒定礦物）、他色、假色。Ø 條痕(streak)：礦物粉末的顏色。Ø 光澤(luster)：礦物表面反射光線的

3、強弱強度。Ø 硬度(hardness)：礦物新鮮面抵抗外力刻劃、研磨的能力。摩氏十級“滑石方，螢磷長，石英黃玉剛金剛”。Ø 解理(cleavage)：礦物受敲擊后裂開成光滑平面的性質Ø 斷口(fracture)：與解理相反沒有光滑平面,不具方向性的不規則破裂面§ 1.3巖石(rock)：一種或多種礦物組成的自然集合體。一、巖漿巖（花崗巖、玄武巖、流紋巖、安山巖）體積最多（一） 巖漿巖的分類(1) 按成巖的地質環境分：侵入巖(深成巖、淺成巖)、噴出巖(2) 根據顏色可分：淺色礦物和深色礦物兩類： (3) 根據SiO2的含量，巖漿巖可分：65%酸性、5265

4、中性、4552基性、45%超基性巖類（二）巖漿巖的結構（微觀)和構造（宏觀）1、結構（texture）：組成巖石的礦物結晶程度、晶粒大小、形狀及組合關系。顯晶、斑狀、隱晶結構2、構造(structure):礦物在巖石中的組合方式和空間分布情況。塊狀構造（深成巖、淺成巖）、流紋狀構造（噴出巖）、氣孔狀構造（噴出巖）、杏仁狀構造（熔巖的表層）二、沉積巖（碎屑巖、泥巖、頁巖、石灰巖）分布最廣（一）沉積巖的物質組成和分類1. 沉積巖的物質組成：碎屑物質、粘土礦物、化學沉積礦物、有機質及生物殘骸2. 沉積巖的分類：碎屑巖類、粘土巖類、化學及生物化學巖類（二）沉積巖的結構和構造：沉積巖最主要的構造是層理構

5、造(stratification)。 層理分為：水平層理、斜層理、交錯層理等。 巖層：層與層之間的界面，稱為層面(bedding plane)。上下兩個層面間成分基本均勻一致的巖石，稱為巖層。它是層理最大的組成單位。一個巖層上下層面之間的垂直距離稱為巖層的厚度。三、變質巖（大理巖、板巖、石英巖、千枚巖）（一）變質巖的一般特征1礦物成分：原來巖石的礦物、變質礦物（特有的變質礦物：石榴子石、滑石、綠泥石、蛇紋石）2. 結構和構造：片理構造和塊狀構造3.變質作用包括：接觸變質作用、區域變質作用、混合巖化作用、動力變質作用§1.4巖石的工程地質性質§1.4.1影響巖石工程性質的因素

6、：礦物成分、結構、構造、風化作用、水§1.4.2巖體的工程地質性質：巖體是指某一地點一種或多種巖石中的各種結構面、結構體（巖石）的總體巖體與土體的區別：巖體具有牢固連接、結構復雜、地應力Ø 飽和單軸抗壓強度fr分類：60堅硬巖、60,30）較硬巖、30,15）較軟巖、15,5）軟巖、5極軟巖Ø 巖體完整性系數（龜裂系數）Kv=（V巖體縱波波速/ V巖塊縱波波速）2，分五級，越大越完整0.75完整、0.750.35較完整、0.550.35較破碎、0.350.15破碎、0.15極破碎 巖芯質量指標RQD=li巖芯中10第2章 第四紀沉積物（土）§2.1 地質

7、年代(geologic age):地質學中主要用相對地質年代）絕對地質年代：同位素法、季節氣候法、沉積法、古生物法、海水含鹽度法相對地質年代：地層層序律（基本方法）、生物層序律（特征化石）、切割律（巖石侵入）、巖性對比法：組成、結構、構造為基礎，局限和不可靠性地層單位： 宇、界、系、統、階、亞階 (從大到小)地質年代單位：宙、代、紀、世、期、亞期(從大到小)兩宙五代12紀QNE KJT PCD SOLE§2.2 第四紀概述： 第四紀三大特征：人類出現、冰川作用、新構造運動地殼運動： 升降運動(造陸)水平運動(造山)§2.3、第四紀沉積物（土）：土是第四紀時期以來由巖石經過風

8、化、剝蝕、搬運和沉積作用形成形成的多相、分散、多孔的松散堆積物。 物理風化：溫差、冰避、鹽結晶、卸載§三類風化作用： 化學風化：溶解、氧化、水解、水化 生物風化：生物物理風化作用、生物化學風化作用風化影響因素：巖性因素 、地質構造因素、氣候因素、地形因素 風化系數（kf）：風化巖石與新鮮巖石的飽和單軸抗壓強度之比。風化帶：全風化、強風化、弱風化、微風化§ 第四紀沉積物§ .1根據地質成因可分為：殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、湖泊沉積物、海洋沉積物、冰水沉積和冰積土、風積土。(殘坡洪沖，湖海冰風)河流階地：由于地殼上升，河流下切形成的階梯狀地貌基座階地：侵蝕階地：

9、堆積階地：埋藏階地：埋藏階地又稱掩埋階地。§ .2 侵蝕作用：方式：機械侵蝕、化學溶蝕；作用方向：下蝕、源蝕、側蝕作用河流的地質作用 搬運作用 ：作用方式：拖運（大顆粒）、懸運（小顆粒）、溶運（易溶物） 沉積作用：原因有三：一是流速減小，二是流量減小，三是進入河流的碎屑過多。 沉積作用三個主要場所：一是河流匯入其它相對靜止的水體處，如河流入海、入湖以及支流入主流處；二是河床縱剖面坡度由陡變緩處；三是河流的凸岸，由單向環流侵蝕凹岸，其產生的碎屑在凸岸沉積。§ .3特殊土：特殊土包括：軟土(觸變性、流變性)、黃土（濕陷性）、紅黏土（不均勻性）、膨脹土（脹縮性）、人工填土（高壓縮

10、性）、凍土（凍脹融沉）鹽漬土（鹽脹性）等 軟土分為：淤泥：天然含水量w大于液限，天然孔隙比e1.5的黏性土。 淤泥質土：天然孔隙比1.0 e 1.5的黏性土。第3章 地質構造 (geologic structure)1 地質構造：構造變動在巖層和巖體中遺留下來的各種構造形跡§3.1巖層的基本產狀：水平構造單斜構造§3-1-1巖層的產狀： 巖層在空間的位置。產狀三要素：走向、傾向和傾角（走向與傾向相差90度）§3-1-2 巖層產狀的測定及表示方法：測定儀器：地質羅盤；表示法：方位角法、象限角法、符號法§3.2褶皺構造：巖層受構造應力的強烈作用，使巖層形成一

11、系列波狀彎曲而未喪失其連續性的構造。（一）褶曲要素：核部、翼、軸面、軸、樞紐（二）褶曲的類型：背斜；軸部巖層老，軸部向兩翼，依次出現的是較新的巖層；老背向斜：軸部巖層新，軸部向兩翼，依次出露的是較老的巖層。向新（三）褶皺的工程地質評價：核部巖層應力集中，易破碎，易透水，翼部巖性較為均一，有利于穩定（四）褶皺野外識別：方法：穿越為主、追索為輔。初期：背斜成山，向斜成谷；侵蝕后，背斜成谷，向斜成山§3-3 斷裂構造：斷裂構造可分為斷層和裂隙（節理）§3.3.1裂隙（節理）：是巖體受力斷裂后兩側巖塊沒有顯著位移的小型斷裂構造。 §3.3.2 斷層（fault）巖體受力作

12、用斷裂后，兩側巖塊沿斷裂面發生了顯著位移的斷裂構造 1斷層要素：斷層面、斷層線、斷層盤、斷距2斷層的基本類型：正斷層（張力重力、45°上下下上）、逆斷層（水平擠壓，45°沖斷層、25°45°逆掩斷層、25°輾掩斷層，上上下下）、平推斷層（水平剪力、斷面較陡，水平錯動）3斷層的組合形式：階狀斷層、地塹、地壘和迭瓦式構造等4斷層的工程地質評價：在確定路線布局、選擇橋位和隧道位置時，要盡量避開大的斷層破碎帶。5斷層的野外識別：根據有關的伴生構造、地貌特征、地層特征等標志來識別。§3.4不整合：年代不相連續的兩套巖層重疊在一起的現象，這種構造

13、形跡，稱為不整合 不整合的類型：平行不整合（假整合）、角度不整合（不整合）§3.5地質圖以及地質構造在地質圖中的表現形式：:水平平行、垂直直線露頭線（巖層層面與地面的交線）與等高線關系表巖層與地面：傾向相反，則彎曲相同且曲率較小傾向相同、巖層傾角地面坡角，則彎曲相反傾向相同、巖層傾角地面坡角，則彎曲相同、曲率較大地質界線“V”字形尖端在溝谷處指向上游，在山脊處指向下坡地質界線“V”字形尖端在溝谷處指向下游，在山脊處指向上坡（與1相反）地質界線“V”字形尖端在溝谷處指向上游，在山脊處指向下坡（與1相同）水平平行（或重合、新上老下）、直立直線（不受地形影響）第4章 地下水（Ground

14、water)4.1 地下水的類型：按埋藏條件：包氣帶水、潛水、承壓水；空隙性質可分為三個亞類：孔隙水、裂隙水、巖溶水。水理性質：巖石與水接觸后表現出的有關性質，即與水分貯容和運移有關的性質稱作巖石的水理性質 n 1.容水性：容水度Wn=VnV （飽和含水量）n 2.持水性：Wr=Vr/V （最大結合水&毛細懸掛水含水量）n 3.給水性：=VgV最大重力水含水量，容水度減去持水度n 4透水性：滲透系數k，q=kIA1包氣帶水 ：處于地表面以下潛水位以上的包氣帶巖上層中2潛水：埋藏在地表以下第一層較穩定的隔水層以上具有自由面的重力水叫潛水3承壓水：地表以下、充滿兩個穩定隔水層之間的重力水。

15、受氣候影響較小，不易受地面污染。適宜形成承壓水的地質構造：自流盆地（向斜構造或盆地）與自流斜地（單斜構造 ）4泉（按補給源分）：（1）包氣帶泉（2）潛水泉(潛水形成下降泉)（3）自流水泉(承壓水形成上升泉)§4.4 地下水對建筑工程的影響 1.地基沉降：靜水壓力、地下水下降 2.流砂和潛蝕（又稱管涌：機械潛蝕和化學潛蝕）：達西定律Q=kIA，v=kI，I=h/L，動水壓力Gd=w.i3.浮托作用：土在地下水位以下取浮重度（有效重度）。4.基坑突涌:承壓水對基坑坑底的頂托力作用，承壓水頂托力上覆土重時發生。 5.腐蝕作用: 地下水對鋼筋混凝土腐蝕：結晶、分解、復合流砂現象及防止原則和方

16、法：在細砂或粉砂土層的基坑開挖時，地下水位以下的土在動水壓力的推動下極易失去穩定，隨著地下水涌入基坑的現象； 防治原則：“治流砂必先治水”。流砂防治的主要途徑一是減小或平衡動水壓力；二是截住地下水流；三是改變動水壓力的方向。具體措施：枯水期施工法；打板樁水中挖土；人工降低地下水位法；搶挖并拋大石塊法，此外采用地下連續墻法、止水帷幕法、壓密注漿法、土壤凍結法等，第5章 不良地質現象的工程地質問題 自然災害：1) 水旱災害,臺風、冰雹、雪、沙塵暴等氣象災害 2) 風暴潮、海嘯等海洋災害 3) 森林草原火災和重大生物災害4) 地質災害：火山、地震、崩塌、滑坡、泥石流、巖溶、地陷、地裂、河流侵蝕、泥沙

17、沉積內動力地質作用引起的火山爆發、地震外動力地質作用引起的滑坡、崩塌、泥石流、巖溶、凍土、河流的侵蝕與淤積 人為地質災害：人工邊坡滑動、水庫誘發地震、地面沉降、水土流失和土地沙漠化 §5.1 滑坡與崩塌一、滑坡是斜坡土體和巖體在重力或外力作用下失去原有的穩定狀態，沿著斜坡內某些滑動面（或滑動帶）作整體向下滑動的現象。二、滑坡要素：、滑坡的分類：、滑坡的發育過程 （一）蠕動變形階段：滑坡前兆（二）滑動破壞階段： “醉林” （三）漸趨穩定階段：馬刀樹5.3.4滑坡穩定分析方法：地質分析法、極限平衡分析法、赤平投影圖解分析法、有限單元法、工程地質類比法滑坡因素有： (1)斜坡外形 (2)巖

18、性 (3)構造 (4)水 (5)地震 (6)人為因素5.3.5 滑坡的治理1、治理原則：以防為主、整治為輔2、治理措施：（1）排水：地表排水：明溝，天溝、地下排水:盲溝（2）支擋：在滑坡體下部修筑擋土墻、抗滑樁或用錨桿加固等工程以增加滑坡下部的抗滑力。（3）刷方減重：通過削減坡角或降低坡高，以減輕斜坡不穩定部位的質量的下滑力。如拆除坡頂處的房屋和搬走重物等。（4）改善滑動面（帶）的巖土性質：主要是為了改良巖土性質、結構，以增加坡體強度。本類措施有：對巖質滑坡采用固結灌漿；對土質滑坡采用電化學加固、凍結、焙燒等5.3.6 崩塌（與滑坡的區別，局部滾動、垂直大于水平運動，突然，坡陡）崩塌: 陡峻或

19、極陡斜坡上，某些大塊或巨塊巖塊，突然地崩落或滑落，順山坡猛烈地翻滾跳躍，巖塊相互撞擊破碎，最后堆積于坡腳，這一過程稱為崩塌，堆積于坡腳的物質為崩塌堆積物（巖堆）；規模極大的崩塌可稱為山崩，而僅個別巨石崩落稱墜石（落石）。崩塌的破壞作用： 建筑物受損、 公路和鐵路受損，交通中斷 堵塞河道2、崩塌發生條件和發育因素(1) 山坡的坡度及其表面的構造：高而且陡竣，其坡度往往50度 如果山坡表面凹凸不平，沿突出部分(2) 巖石性質和節理程度：軟硬巖層互層組成當節理順山坡發育時，山坡表面突出部分(3) 地質構造：巖層產狀 構造作用3、崩塌的防治： 只有小型崩塌，才能防止其不發生。對于大的崩塌只好繞避。路線

20、通過小型崩塌區時防止的方法有：防止產生的措施、攔擋防御措施(1) 防止產生的措施：爆破或打楔、灌漿、調整地表水流、鋪砌覆蓋、坡面噴漿(2) 攔擋防御措施：明硐或御塌棚、護墻及圍護棚、擋土墻5.4 泥石流1泥石流：是指在山區一些流域內，主要是在暴雨降落時所形成的、并由固體物質（石塊、砂礫、粘粒）所飽和的暫時性山地洪流。是山區特有的一種不良地質現象，具有爆發突然、運動快速、歷時短暫和破壞力極大的特點2、分類：(1)水石流：(2)泥水流：(3)泥石流3、泥石流的形成三條件：便于集水集物、運動和停淤的地形地貌，有豐富的松散物質來源；短時間內有大量的水源（水文氣象條件）。4、泥石流的流域可劃分：（1）泥

21、石流形成區（上游）：多為三面環山，一面出口;周圍山坡陡峻。坡體往往光禿破碎，無植被覆蓋，斜坡常被沖溝切割，且有崩塌、滑坡發育。有利于匯集周圍山坡上的水流和固體物質。（2）泥石流流通區（中游）：泥石流流通區是泥石流搬運通過地段。多為狹窄而深切的峽谷或沖溝，谷壁陡峻而坡降較大，且多陡坎和跌水。泥石流進入本區后具有極強的沖刷能力，將溝床和溝壁上的土石沖刷下來攜走。當流通區縱坡陡長而順直時，泥石流流動暢通，可直瀉而下，造成很大危害。（3）泥石流堆積區（下游）：泥石流堆積區是為泥石流物質的停積場所，一般位于山口外或山間盆地邊緣、地形較平緩之地。由于地形豁然開闊平坦，泥石流的動能急劇變小，最終停積下來，形

22、成扇形、錐形或帶形的堆積體，沖積洪積扇。5、防治泥石流的原則是以防為主，兼設工程措施。可采用如下的防范對策。（1）預防：在上游匯水區，做好水土保持工作，如植樹造林，種植草皮等；調整地表徑流，橫穿斜坡修建導流堤，筑排水溝系，使水不沿坡度較大處流動，以降低流速；加固岸坡，以防巖土沖刷和崩塌，減少固體物質來源。（2）攔截：在中游流通區，設置一系列攔截構筑物，如攔截壩、攔柵、溢流壩等，以阻擋泥石流中攜帶的物質。用改變溝床坡降降低流速的方法，防止溝床下切，如修建不太高的擋墻，筑半截堰堤等。（3）排導：在泥石流下游設置排到措施使泥石流順利排除。例如修排洪道、導流壩、急流槽等，用以固定溝槽，約束水流，改善溝

23、床平面，或者引導泥石流避開建筑物而安全地泄走。§6.6地震地震是由于地球的內力作用而產生的一種地殼震動現象。全球主要地震活動帶有3個： 環太平洋地震帶；歐亞地震帶；大洋海嶺地震帶。一.震源和震中Ø 震源：指地球深處因巖石破裂產生地殼振動的發源地。Ø 震源深度：震源與地面的垂直距離。h70km淺源地震；70300km中源地震； 300700km深源地震Ø 震中：震源上方正對著的地面稱為震中；震中及其附近的地方稱為震中區，也稱極震區。震中到地面上任一點的距離叫震中距離（簡稱震中距）。震中距100km地方震；1001000km近震；1000km遠震Ø

24、 其中最初發生的小震動稱為前震，前震之后為主震，主震之后為余震。Ø 地震按其成因可分為：構造地震（最多最強）、火山地震、陷落地震和人工地震（水庫、核爆）。二 地震波（earthquake/seismic wave)   由震源所發出的一種彈性波，它是地震發生時引起建筑物破壞的原動力。1、地震波包括體波和面波兩種。地震破壞主要是：橫波和面波（1）體波：是通過地球本體傳播的波；縱波（P波初波，速度最快，可在液體內傳播）和橫波（S波次波）（2）面波：體波經過反射、折射后沿地面傳播的次生波。瑞利波（R波）和勒夫波（Q波）.6.4震級：一次地震釋放出的能量大小。&

25、#216; 里氏震級分M10個等級，每級能量相差約32倍，7級地震能力是5級地震的322=約1000倍3微震 3,4.5）有感地震4.5，6）中強震6，7）強震7，8）大地震，8巨大地震Ø 烈度：指地震時地面及建筑物的破壞程度。震源深度、震中距離、巖土性質、地質構造、地下水及建筑物的動力性質有關。我國分12個等級。一次地震中只有一個震級，但不同地方有不同的烈度（破壞程度）地震烈度的本身又可分為：1.基本烈度：是指某地區今后一定時期內（50、100、150年內）,在一般場地條件下可能遭受的最大烈度。這就是指從震源發出來的能量在較大區域的影響程度。基本烈度一般靠近震中烈度大，遠離震中烈度

26、少。2.建筑場地烈度：建筑場地烈度也稱小區域烈度，它是指建筑場地內因地質條件、地貌地形條件和水文地質條件的不同而引起基本烈度的降低或提高的烈度，通常建筑場地烈度比基本烈度提高或降低半度至一度。3.設計烈度：設計烈度是指抗震設計所采用的烈度，它是根據建筑物的重要性、永久性、抗震性以及工程的經濟性等條件對基本烈度的調整。設計烈度一般可采用國家批準的基本烈度。但遇不良的地質條件或有特殊重要意義的建筑物，經主管部門批準，可對基本烈度，加以調整作為設計烈度。場地的地震效應有：地震力效應、地震破裂效應、地震液化效應和地震激發地質災害的效應等。建筑抗震三水準設防目標:小震不壞 中震可修 大震不倒；兩階段設計

27、方法：第一階段，對絕大多數結構進行多遇地震作用下的結構和構件承載力驗算和結構彈性變形驗算，對各類結構按規范規定采取抗震措施；第二階段，一些規范規定的結構進行罕遇地震下的彈性變形驗算+最適合+適合VST軟土SPT砂土PMT粘性土，不適合碎石土可進行砂土液化判別的是CPT,SPT,WVT靜力觸探試驗CPT將探頭（單橋、雙橋、多用）均勻打入土中，記錄側阻和端阻動力觸探試驗將圓錐錘擊入土記錘擊數N63.5標準貫入試驗將貫入器錘擊入土記錘擊數N第6章 工程地質現場測試field test第7章 工程地質勘察(Geologic Investigation)工程勘察步驟：查明條件、論證問題、選擇場地、擬定措

28、施、預測影響、提出建議§7.1 建筑工程地質勘察的內容和方法根據工程重要性、場地復雜程度等級和地基復雜程度等級（從大到小分一二三級），勘察分3級： 甲級（至少一個為一級）、乙級（除甲乙外的）、丙級（均為三級）    勘察階段任務勘察方法比例尺可行性研究勘察（選址勘擦）選址（線）、對場址穩定性和適宜性作出評價，經過技術經濟論證選擇最優方案。搜集資料、踏勘、測繪和物探小：1:5000-1:50000初步勘察（初勘）對場地內建筑地段的穩定性作出評價；為確定建筑總平面布置、主要建筑物地基基礎設計方案以及不良地質現象的防治工程方案作出工程地質認證鉆探、試

29、驗、補充測繪和物探中: 1:20001:5000詳細勘察（詳勘）提出詳細工程地質資料和設計所需的巖土技術參數；建筑地基分析評價；為基礎設計、地基處理、不良地質現象的防治等具體方案作出論證、結論和建議勘探、原位測試和室內試驗大: 1:1001:2000施工勘察（施勘）地基驗槽、樁基地基處理效果檢驗、施工監測、解決施工有關的巖土工程問題補充勘察大: 1:1001:2000工程地質勘察的基本方法：測繪、勘探、試驗、監測、整理1.工程地質測繪：工程地質勘察中最重要最基本最先進行的勘察方法，可行性勘察和初勘的主要工作2.工程地質勘探與取樣 ：勘探方法（三探）：坑探(探坑、槽、井)、鉆探、物探（電法、震法

30、）3.工程地質現場測試：原位測試： PLT、CPT/DPT/SPT/DMT/PMT/VST/WVT/FDST4.長期觀測：監測位移、變形、應力等。 5.工程地質資料室內整理：工程地質勘查報告§ 7.2 建筑工程地質勘察的報告書和圖件· 工程地質勘察報告是對工程地質勘察所獲得的各種資料進行分析整理后提交建設部門使用的成果資料。· 工程地質勘察報告:報告書和圖件題目：XXX場地巖土工程勘察報告      一前言      1委托單位   &

31、#160;  2場地地理位置      3工程簡況      4勘察目的任務（要求）      5勘察工作日期      二勘察方法及工作布置      1勘察技術依據      2勘察工作布置      三場地巖土工程條件      1地形地貌    &#