1、緒論講授自然動力及人類活動引起有關物理地質現象方面的根底知識,以及從工程地質角度研究這些動力地質現象的根本方法；通過本課程的學習,具備解決某些重大工程地質實際問題的初步水平；本課程的應用性很強,要求學生盡可能緊密聯系工程實踐進行學習.1、工程地質學概論.李智毅,楊裕云.中國地質大學出版社.2、工程地質分析原理.張倬元,地質出版社3、工程地質學根底.李智毅,王智濟,楊裕云.中國地質大學出版社4、專門工程地質學.張咸恭,李智毅,鄭達輝,李日國.地質出版社5、巖體結構力學.孫廣忠.科學出版社6、工程地質數值模擬的理論與方法.唐輝明,晏鄂川,胡新麗.中國地質大學出版社人類工程活動與地質環境的相互關系地

2、質環境對工程活動的制約關系工程建筑的穩定和正常使用工程活動的平安工程造價工程活動對地質環境的影響工程活動規模愈大,地質環境的變化愈大.總之,地質環境和工程活動之間是相互聯系相互制約的,具表現形式多種多樣.工程地質學的研究對象工程地質條件：與工程建筑有關的地質要素的綜合,包括地層巖性、地質構造、地貌、水文地質條件、自然地質現象和天然建筑材料等方面.I地層巖性：工程地質條件的最根本要素,任何建筑物都脫離不開土體或巖體.巖土的類型不同,其性質有很大差異,工程意義大不一樣.n地形地貌：地形地貌對建筑場地的選擇,特別是線性建筑線路方案的選擇意義重大,如能合理利用地形地貌條件,不但能大量節約投資,而且對建

3、筑群中各種建筑物的布局和建筑物的型式、規模及施工條件也有直接影響.地形地貌還能反映地區的地質結構和水文地質結構特征.m地質結構：包括地質構造、巖土單元的組合關系及各類結構面的性質和空間分布.IV水文地質條件：對工程有影響的因素是：地下水類型,地下水位及其變動幅度,含水層和隔水層的分布及組合關系,各自的厚度,土層或巖層滲透性的強弱及其滲透系數,富水性,承壓含水層的特征及水頭.v物理地質現象指對工程建設有影響的自然地質作用和現象.地殼表層經常處于內動力地質作用和外動力地質作用的強烈影響之下,對建筑物造成威脅和破壞,具規模常巨大,甚至是區域性的.VI天然建筑材料指土和巖石.要盡可能的就地取材.研究巖

4、土體的工程性質及其在自然或人類活動影響下的變化是工程巖土學的根本任務.工程地質問題：工程活動與地質環境相互制約的一些主要形勢.分析這些問題產生的地質條件、力學機制及其開展演化規律,以便正確評價和有效防治它們的不良影響,是工程地質學另一專門分支工程地質學的根本任務.查明工程地質條件并研究查明工程地質條件的方法和手段是工程地質勘察的根本任務.I說明建筑地區的工程地質條件,并指出對建筑物有利和不利的因素；n論證建筑物所存在的工程地質問題,進行定性和定量的評價,作出確切結論；田選擇地質條件優良的建筑場地,并根據場地工程地質條件對建筑物配置提出建議；IV研究工程建筑物興建后對地質環境的影響,預測其開展演

5、化趨勢,提出利用和保護地質環境的對策和舉措；V根據所選定地點的工程地質條件和存在的工程地質問題,提出有關建筑物類型、規模、結構和施工方法的合理建議,以及保證建筑物正常施工和使用所應注意的地質要求；VI為擬定改善和防治不良地質作用的舉措方案提供地質依據.工程地質學的學科性質和任務研究地質環境與人類工程活動之間的相互關系,以便科學評價、合理利用、有效改造和妥善保護地質環境的科學；是地質學與工程學的邊緣學科,是地質學的一個分支.工程地質學的特點是始終與工程實踐緊密聯系.工程地質學的分科巖土工程地質性質的研究工程動力地質作用的研究工程地質勘察理論和技術方法的研究區域工程地質的研究環境工程地質性質的研究

6、Vajont水庫滑坡1963年10月夜間發生在意大利北部山區的Vajont水庫,被公認為是世界上最嚴重的滑坡災害.該水庫庫容10億立方米,壩高267米,是當時世界上最高的雙曲拱壩.水庫蓄水造成水庫岸坡地下水位相應提升,地質環境發生急劇變化,2.6億立方米的石灰巖山體以20M/S以上的速度滑入水庫,最大涌浪高度250M,越過壩頂高度達150M,庫水迅速猛瀉向下游.洪水摧毀了下游數公里以內的5個村莊,2600人在夢中死亡.該水庫也因滑坡填入而報廢.Vajont水庫滑坡Vajont滑坡地質剖面北京地面沉降2004年底,北京平原已形成五個地面沉降區東郊八里莊一一大郊亭722mm東北郊來廣營565mm昌

7、平沙河八仙莊688mm大興榆望一一禮賢661mm順義平各莊250mm北京地面沉降危害對建筑物的破壞和影響.形成地裂縫,直接或間接惡化環境.對地下水井設施的影響.造成地面水準點水準.影響建筑物抗震水平,致使地震災害加重.洪澇災害加劇,防洪排澇工程效能降低.地面沉降是緩發性的地質災害,災后恢復工作很難界定.工程地質分析的根本方法自然歷史分析法定性工程地質學最根本的一種研究方法,是其它研究方法的根底.數學力學分析法定量數學、力學與地質學的結合,將工程地質分析定量化,是工程評價的定量依據.模型模擬試驗法定量+定性研究自然地質作用的規律,再現工程地質問題產生開展的全過程,揭示其發生的力學機制.工程地質學

8、的內容巖土工程地質性質研究土的物質組成、結構、構造；土的物理性質、力學性質；各類土的工程地質特征；巖石的工程地質性質；巖體的工程地質性質及巖體工程分類.工程動力地質作用研究活斷層和地震工程地質研究；斜坡變形破壞工程地質研究；巖溶工程地質研究；泥石流工程地質研究；河流侵蝕和淤積的工程地質研究.工程地質學的學習方法在學習書本根底知識的同時,應廣泛查閱相關的文章,參考具體的工程地質實例,學習其所采取分析方法、治理舉措等,掌握對各種工程動力地質作用分析研究的思路和方法,能夠用來解決實際問題.本課程以講授為主,同時輔以必要的習題、作業.考慮學時的限制,同學們也可以自學.第一章土的物質組成與結構、構造土：

9、由固體顆粒以及顆粒間孔隙中的水和氣體組成的一多相、分散多孔的系統.土層：土具有成層特征,同一層內土的物質組成和結構、構造根本一致,工程地質性質亦大體相同.土體：由性質各異、厚薄不等的假設干土層,以特定的上、下次序組合在一起.§ 1 土的粒度成分粒徑和粒組的劃分粒徑：土顆粒的直徑大小mm.粒組：指粒徑在一定區段內其成分及性質相似的土粒組別.劃分原那么1首先考慮到在一定的粒徑變化范圍內,其工程地質性質是相似的,假設超越了這個變化幅度就要引起質的變化.2要考慮與目前粒度成分的測定技術相適應粒組統稱粒組名稱粒徑d范圍mm分析方法主要特征巨粒漂石塊石粒d>200直接測定透水性很大,壓縮性

10、極小,顆粒間無粘結,無毛細性.卵石碎石粒60<d<200粗粒礫粒粗礫20<d<60篩分法透水性大,壓縮性小,無粘性,有一定毛細性.細礫2<d<20砂粒粗砂0.5<d<2中砂0.25<dW0.5細砂0.075<d<0.25細粒粉米立0.005<d<0.075靜水沉降原理透水性小,壓縮性中等,毛細上升高度大,微粘性.粘小立dw0.005透水性極弱,壓縮性變化大,具粘性和可塑性.粒度成分的測定土的粒度成分：指土中各個粒組的相對百分含量,通常用各粒組占土粒總質量的百分數表示.目的：進行土粒度成分分類,大致判斷土的工程地質性質

11、方法：篩分法、靜水沉降法.粒度成分的表示方法分累積曲線法圖解法分布曲線法表示方法三角圖法表格法不均勻系數：Cud60.ud10Cu越大,曲線越平緩,粒徑分布越不均勻.Cd30曲率系數：Cc(d60dio)Cc<1,中間顆粒偏少,小粒徑顆粒偏多.Cc>3,中間顆粒偏多,小粒徑顆粒偏少.級配良好的±Cu>5且Cc=1-3土按粒度成分的分類礫粒起骨架作用,砂粒、粉粒起充填作用,粘粒起膠結作用.土的粒度不同,其性質差異較大,土的工程地質性質在某種程度上可以認為是各粒組性質的綜合表現.粒度成分的分類多種多樣,我國各建設部門按其工程建筑特點,各擬定了本部門的粒度分類,至今沒有完

12、全統一的通用分類.通常,粒度分類以兩個粒徑界限值將土粒分為三大組：巨粒土和含巨粒的土、粗粒土、細粒土.土的名稱各粒組含量/%巨粒組>60mm粗粒600.075mm礫粒602mm細粒<0.075巨粒土和含巨粒土巨粒土75100?log?琰苣U?log?琰苣U?log?琰苣U混合巨粒土5075?log?琰苣U?log?琰苣U?log?琰苣U含巨粒的混合土1550?log?琰苣U?log?琰苣U?log?琰苣U粗粒土礫類土<1550100>50?log?琰苣U砂類土<1550100<50?log?琰苣U細粒土含砂細粒土<15255025505075粉質細粒土

13、<15<25<2575100練習題1 .取干土重5.10N,通過篩分和水分法測得其結果如表1-1.要求：1繪制土的級配曲線；2確定不均勻系數Cu,并判斷其級配好壞.表1-1顆粒分析成果表粒徑(mm)>22-0.50.5-0.250.25-0.1<0.1<0.05<0.005Mm(N)00.30.830.272 .三種土的土顆粒級配分布曲線如以下圖所示,答復以下說法哪些是正確的1） A的不均勻系數比B大；2） A的有效粒徑比B大；3） C所含的粘粒百分率最多.3.從干土樣中稱取1000g的試樣,經標準篩充分過篩后稱得各級篩上留下來的

14、土粒質量如下表所示.試求土中各粒組的質量的百分含量與小于各級篩孔徑的質量累積百分含量.篩分析試驗結果篩孔徑mm2.01.075底盤各級篩上的土粒質里g100100250350100100§ 2 土的礦物成分土的礦物成分原生礦物石英、長石、云母等次生礦物有機質粘土礦物無定形氧化物膠體可溶鹽原生礦物是巖石經物理風化破碎但成分沒有發生變化的礦物碎屑.原生礦物顆粒一般都較粗大,它們主要存在于卵、礫、砂、粉各粒組中.次生礦物是原生礦物在一定氣候條件下經化學風化作用,使其進一步分解而形成一些顆粒更細小的新礦物.粘土礦物是主要的次生礦物,是組成粘粒的主要礦物成分.粘土礦物中分布

15、較廣且對土性質影響較大的是蒙脫石、高嶺石和伊利J石或水云母三種.高嶺石晶層之間連結牢固,水不能自由滲入,故其親水性差,可塑性低,脹縮性弱；蒙脫石那么反之,晶胞之間連結微弱,活動自由,親水性強,脹縮性亦強；伊利石水云母的性質介于二者之間.親水性：蒙脫石>伊利J石>高嶺石礦物成分與粒度成分的關系粒徑大于0.075mm的各粒組,均由原生礦物所構成,其中漂石粒、卵石粒、礫粒,其粒徑往往大于礦物顆粒,多數是由母巖碎屑構成,一般具有的多礦物結構,砂粒與原生礦物顆粒大小近似,往往是由單礦物組成,以石英最為常見.粉粒組由原生礦物與次生礦物混合組成,其中以石英為主,其次為高嶺石及難溶鹽.粘粒組主要由

16、不可溶性次生礦物與腐植質組成,有時也含難溶鹽,其中粘土礦物是最常見的礦物.§ 3 土中的水和氣體土中水的根本類型與特征礦物成分水結構水：以H+和OH-的形式存在于礦物結晶格架的固定位置上.結晶水：以分子形式和一定數量存在于礦物結晶格架固定位置上.沸石水：以分子形式不定量地存在于礦物相鄰晶胞之間.孔隙中的水固態重力水自由水毛細水孔隙中的水液態強結合水結合水弱結合水氣態粘性土的性質土體中的氣體：要為.2、CO2、N2土粒對氣體的吸附強度：CO2>N2>O2>H2吸附氣體氣體按存在的狀態分為游離氣體密閉氣體§ 4 土中的結構和構造,稱為土的構造.土的結構：在一定

17、土體中,結構相對均一的土層單元體的形態和組合特征它包括土層單元體的大小,形態,排列和相互關系等方面.土粒間的連接關系按水的類型分為：結合水連結：通過結合水膜將相鄰土粒連結起來的形式.毛細水連結：相鄰土粒由毛細壓力作用形成的連結.膠結連結：由于土中某些鹽類結晶將土粒膠結起來的連結.冰連結：冰土的暫時性連結,融化后即失去這種連結.土的結構類型巨粒土及粗粒土的結構類型生成時重力起主要作用,顆粒之間以機械作用為主.細粒土的結構類型蜂窩狀結構均粒團聚結構類型架狀結構非均粒團聚結構土的構造土的構造：在一定土體中,結構相對均一的土層單元體的形態和組合特征,稱為土的構造.它包括土層單元體的大小,形態,排列和相

18、互關系等方面.層狀構造分散構造類型結核狀構造裂隙狀構造第二章土的物理性質概念所謂土的物理性質就是表示土中三相比例關系的一些物理量.土的物理性質指標不僅可以描述土的物理性質和它所處的狀態,而且在一定程度上反映了土的力學性質.土的物理性質指標的分類一類是必須通過試驗測定的,如含水率、密度和土粒比重,稱為直接指標；一類是根據直接指標換算的,如孔隙比、孔隙率、飽和度等,稱為間接指標§1土的根本物理性質?為便于說明這些物理性質指標的定義和它們的換算關系,常用三相圖表外鄉體內三相的相對含量.V:土的總體積cm3Vs:土中固體顆粒的體積Vv:土中孔隙的體積Vw.土中水的體積cm3Va:土中氣體的體

19、積M:土的總質量gMs:土的固體顆粒的質量Mw:土中水的質量gMa:土中空氣的質量g試驗直接測定的物理性質指標土粒密度Ps和土的比重Gs土粒密度比重定義:單位:定義：的質量之比Gs單位體積土粒的質量,用Mg/m3或g/cm3mssVs土的質量或重量與同體積無因次/mss表示4C時純水Vs(w)4c(w)4cGsmsgVs(w)4c土的密度P和谷重Y密度定義：單位體積土的質量,用單位：Mg/m3或g/cm3p表不表達式：mVmsmwmaVsVwVa容重定義：單位體積土的重量,單位：KN/m3用L丫表不W表達式：-mggV土的密度P和容重丫測定方法：環刀法干密度pd干容重yd土烘干,體積要減小,因

20、而土的干密度不等于烘干土的密度.土的干密度或干容重是評價土密實程度的指標,干密度或干容重越大說明土越密實,反之越疏松.常用它來限制填土工程的施工質量.各種密度之間的比擬satd土的含水率測定方法：烘干法先稱出天然濕土的質量,然后放在烘箱里,在100105c下烘干,稱干土的質量.物理性質指標間的換算其中任意3常用的物理性質指標共有9個,一般說,個,通過換算,可以求其余6個.隙與隙的系孔比孔率關飽和度與含水率、比重和孔隙比的關系Wsat飽和含水率當土飽和時,即為Sr=100%UeWsatGsSrWswewGsseVwVv干密度與濕密度和含水率的關系d孔隙比與比重和干密度的關系ed1e1s土顆粒ed

21、1Wd1wdwd1wsmV(1w)sGsw1mssV1e1010<N<15密實度松散N>30浮密度與比重和孔隙比的關系1swwwmssVsGsVD.emaxeminemaxe密實程度疏松的中密的密實的相對密度0<Dr<0,330.33<Dr&0.660.66<Dr<115<N<30質量休枳1e1Fe砂土的密實性密實程度描述：松、密指標：相對密實度(RelativeDensity)標準貫入試驗標準貫入數N63.563.5kg760mm打入深度:300mm1*1J-23標準曲驗設缶T分小鍍心伴般口一用探釬i41KA.Si!i：s5

22、一出水JLi6dj網書圓不方井合而成貫尺皆先,7狙人留靴.習題1 .某地基土試驗中,測得土的干重度丫d=15.7KN/m3,含水量=19.3%,土粒比重Gs=2.71.求:該土的孔隙比e、孔隙度n及飽和度Sr.2 .某地基土樣數據如下：環刀體積為60cm3,濕土質量0.1204kg,土質量0.0992kg,土粒相對密度為2.71,試計算：天然含水量3,天然重度丫,干重度丫d,孔隙比e.3 .測得砂土的天然重度丫=17.6KN/m3,含水量3=8.6%,比重ds=2.66,最小孔隙比emin=0.462,最大孔隙比emax=0.71,試求砂土的相對密度Dr.4 .某工程勘察中,取原狀土60cm3

23、,重99.15g,烘干后重78.05g,比重2.67,求此土的孔隙比飽和度.§2細粒土的稠度和可塑性縮限塑限液限阿太堡界限(Atterberglimit)塑性指數液性指數細粒土的可塑性表示土處于可塑狀態的含水率變化范圍表達式：I.WLwnppIp愈大,說明細粒土可塑性愈強.WWDwWD表達式：IlppWLWPIp為了說明細粒土的稠度狀態.塑性圖及其對細粒土的分類C粘土M-粉土H高液限L低液限O有機土習題1.某地基土試樣有關數據如下：天然重度丫=18.4KN/m3;干重度丫d=13.2KN/m3.液限試驗,取濕土14.5g,烘干后重10.3g.搓條試驗：取濕土條5.2g,烘干后重4.1

24、g,求：1確定土的天然含水量,塑性指數和液性指數；2確定土的名稱和狀2 .從甲、乙兩地土層中各取出土樣進行試驗,液限coL=40%,塑限3p=25%,但甲地的天然含水量=45%,而乙地的=20%,是求甲、乙兩地的地基土的液性指數IL各是多少判斷其狀態.3 .某軟土地基的天然含水量3=40%,塑限、液限試驗測得：3L=35%,3=18%,Ip=17%.使用塑性圖法對它們進行分類、并定出土的名稱.§3細粒土的脹縮性和崩解性細粒土的脹縮性根本概念膨脹性：細粒土由于含水率增加而發生體積增大的性能.收縮性：由于土中失去水分而體積縮小的性能.產生膨脹的原因：土粒外表結合水膜厚度增加,弱結合水含量增加.土體的脹縮性降低了土體的強度,引起土體變形,從而影響建筑物的平安.細粒土的崩解性崩解性：細粒土由于浸水而發生崩散解體的性能.崩解時間：一定體積的土樣完全崩解所需要的時間.崩解特征：土樣在崩解過程中的各種現象.§4土的透水性和毛細性土的透水性崩解速度：土樣