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1、中国矿业大学工程地质学复习资料绪论一、工程地质学的任务：阐明建筑地区的工程地质条件；论证建筑物所存在的工程地质问题；选择地质条件优良的建筑场址；研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响；提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议；为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。查明工程地质条件是基本任务，工程地质问题的分析、评价是中心任务。二、工程地质问题：地震，活断层，斜坡，砂土液化，渗透变形，岩溶，地面沉降，诱发地震，地下洞室，岩体风化。三、工程地质条件：工程建筑物有关的地质条件的综合岩土类型及其工程性质地质构造地形地貌水文地质工程动力地质作用：内动力地质作用：火山、地震、活断层,
2、外动力地质作用：滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷、渗透变形工程活动诱发的地质作用：采空塌陷、抽水引起的地面沉降天然建筑材料四、工程地质学的研究对象和任务：定义：工程地质学是一门研究与工程建设有关的地质问题，为工程建设服务的地质学科，它是地质学的分支学科，属于应用地质学的范畴。关于工程地质学科的争议！研究对象：研究地质环境与工程建筑物之间的关系，二者矛盾的转化和解决方法。地质环境：地壳表层和一定深度的地质条件的综合。第一章地震一、震级：是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量大小所决定。M=lgA。A：距震中100公里处标准地震仪在地面所记录的最大振幅(微米)。二、烈度：地面震动强烈程度。受
3、地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质条件的影响。(1)地震基本烈度：在今后一定时间(一般按100年考虑)和一定地区范围内一般场地条件下可能遭遇的最大烈度。-一个地区的平均烈度(2)设防烈度(设计烈度)：是抗震设计所采用的烈度。是根据建筑物的重要性、经济性等的需要，对基本烈度的调整。三、发生条件：1介质条件：坚硬岩石。2结构条件：活断层的一些特定部位：端点拐点交汇点等。3构造应力条件：构造运动强烈的部位：板块交接部位近期构造运动是最活跃的。四、地震效应：在地震作用影响所及的范围内地表出现的各种震害和破坏。与场地的工程地质条件、震级、震中距、震源参数、建筑物类型、结构等因素有关。分为：震
4、动破坏效应；地面破坏效应和斜坡破坏效应。五、静力分析法前提：1建筑物是刚体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惯性力是固定不变的，由地面震动的最大加速度决定。动力分析法前提：1建筑物建构是单质点系的弹性体2作用于建筑物基地的运动为简谐运动。六、卓越周期：地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。卓越周期与土层的厚度、土层的性质，尤其是剪切波在土层中的传播速度有关。七、场地工程地质条件对震
5、害的影响：1岩土类型及性质：软土硬土土体基岩；松散沉积物厚度越大震害越大；软弱土层埋藏越浅厚度越大震害越大。2地质构造：离发震断裂越近震害越大，上盘重于下盘。3地形地貌：突出孤立地形震害较低洼、沟谷平坦地区大。4水文地质条件：地下水埋深越小震害越大。八、震区抗震原则及措施：(一)场地选择原则1、避开活断层2、尽可能避开具有强烈振动效应和地面效应的地段3、避开不稳定斜坡地段4、尽可能避开孤立地区、地下水埋深浅的地区。(二)抗震措施(持力层和基础方案的选择)1、基础砌置在坚硬土层上2、砌置深度应大一些，以防发震时倾斜3、不宜使建筑物跨越性质不明的土层上4、建筑物结构设计要加强整体强度，提高抗震性能
6、。第二章活断层一、活断层定义：指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层(即潜在活断层)。美国原子能委员会(USNRC)(1)在3.5万年内有过一次或多次活动的断层，(2)与其他活动断层有联系的断层，(3)沿该断裂发生过蠕动或微震活动，1994年岩土工程勘察规范全新地质时期(11.1万年)，1989年中国水利水电工程地质勘察规范晚更新世(10万年)国际原子能机构(IAEA)在上述规定的基础上，又增加了两条规定：在晚第四纪它们有过活动；该断裂有地面破裂的证据。二、活断层特征和分类：特征1活断层是深大断裂复活的产物(按照断层的切割深度可以分为：盖层断裂、基底断裂、地壳
7、断裂、岩石圈断裂)2活断层的继承性和反复性。断层分类：按照位移方向与水平面的关系：走滑型活断层逆断型活断层正断型活断层。活断层的活动方式地震断层(粘滑型活断层)以地震方式产生间歇性突然滑动：发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强，危害大。蠕变断层(蠕滑型活断层)沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动：发生在强度较低的软岩中，断层带锁固能力弱，一般无震发生，有时可伴有小震。三、活断层的识别：1地质方面2地貌方面3水文地质方面4历史资料方面5地形变监测资料。地质方面a最新沉积物的错断b活断层带物质结构松散c伴有地震现象的活断层，地表出现断层陡坎和地裂缝。地貌方面a断崖：活断层两侧往往是截然不同的地貌单元
8、直接相接的部位。常表现为：一侧隆起区，一侧凹陷区。b水系：对于走滑型断层(1)一系列的水系河谷向同一方向同步移错(2)主干断裂控制主干河道的走向。c山脊、山谷、阶地和洪积扇错开：走滑型活断层d近期断块的差异升降运动，可使同一级平面分离解体，高程相差较大。水文地质方面a导水性和透水性较强b泉水常沿断裂带呈线状分布，植被发育。历史资料方面a古建筑的错断、地面变形b考古c地震记载。地形变监测方面：水准测量、三角测量。四、活断层区的建筑原则1、建筑物场址一般应避开活动断裂带。2、线路工程必须跨越活断层时，尽量使其大角度相交，并尽量避开主断层。3、必须在活断层地区兴建的建筑物，应尽可能地选择相对稳定地块
9、即安全岛，尽量将重大建筑物布置在断层的下盘。4、在活断层区兴建工程，应采用适当的抗震结构和建筑型式。如：活断层区修水坝，不宜采用混凝土重力坝和拱坝，宜采用土石坝。第三章砂土液化一、砂土液化的定义：饱水砂土在地震、动力荷载和其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使沙粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。(机理见课件)。二、影响因素：1土的类型及性质a粒度粉、细砂土最易液化b密实度松砂极易液化密砂不易液化c成因及年代多为冲积成因的粉细砂土沉积年代较新。2饱和砂土的埋藏分布条件a砂土上覆非液化土层越厚液化可能性越小b地下水位埋深越大越不易液化3地震活动的强度及历时地震越强历时越长则越引起砂
10、土液化而且范围越广。三、判别：见课件主要看标贯试验。四、处理：1慎重选择场地2选择基础类型穿入深度计算：坚硬粘土、砾、粗砂土大于0.5m其它非岩石大于2m。3地基处理标准：应处理至液化深度下限；处理后的土层标贯击数实测值应大于临界值。(压密法：提高天然基土的相对密度；排渗法：通过排渗井等来消散因震动而产生的孔谢水压力；换土或盖重：用非液化土更换地表的液化土层，或在地表液化土层上覆盖填土)。第四章渗透变形一、渗透变形定义：岩土体在地下水渗透力(动水压力)的作用下，部分颗粒或整体发生移动，引起岩土体的变形和破坏的作用和现象。类型：1管涌：在渗流作用下单个颗粒发生独立移动的现象，又称潜蚀。分垂直管涌
11、和水平管涌。接触管涌：当粗细粒土层相互叠置时在接触面上发生的管涌。分垂直接触管涌和水平接触管涌。2流土：在渗透作用下一定体积的土体同时发生移动的现象。常发生在均质砂土层和亚砂土层中。二、渗透变形产生的条件：临界水力梯度和土的结构特性，见课件或书本167-170页。三、预测及防治(了解),见课件或书本171-175页。第五章斜坡地质问题研究一、边坡概念：边坡是指地壳表层一切具有侧向临空面的地质体.2.斜坡变形破坏又称斜坡运动，是一种动力地质现象。是指地表斜坡岩土体在自重应力和其它外力作用下所产生的向坡外的缓慢或快速运动。可以分为自然边坡：如：山坡,海岸,河湖岸等；人工边坡：如：路堑,矿坑,人工开
12、挖基坑等。二、应力分布特征(了解)：1斜坡周围主应力迹线发生明显偏转2在临空面附近造成应力集中，但在坡脚区和坡顶及坡肩附近情况有所不同。坡脚(1)在坡脚附近最大主应力显著增高且愈近表面愈高，最小主应力显著降低，于表面处降为零甚至转化为拉应力。(2)在坡脚和坡面的某些部位，坡面的径向应力和坡顶面的切应力可转化为拉应力，形成张力带，易形成与坡面平行的拉裂面。3与主应力迹线偏转相联系，破体内最大剪切应力迹线由原来的直线变成近似圆弧形，弧的下凹方向朝着临空方向。4坡面处由于侧向应力趋于零，实际上处于二向受力状态，而向坡内逐渐变为三向受力状态。三、影响斜坡应力分布的因素(见课件或课本116-117页)：
13、1岩体初始应力的影响：水平剩余应力的大小使坡体中主应力迹线分布形式有所不同，明显改变了各应力值的大小，使应力分异现象加剧，尤其对坡脚应力集中带和坡肩张力带的影响最大。2坡形的影响(1)坡高：坡高不改变应力等值线图像，但应力值随坡高上升而线性上升；(2)坡角：坡角变化明显改变了应力分布图像。随坡角变陡，张力带的范围有所扩大，坡角应力集中带最大剪应力值也随之增高。(3)坡底宽度：当W小于0.8H时，坡脚最大剪应力随底宽而急剧变化。当W大于0.8H时，则保持为一常值(称为残余坡角应力)。(4)坡面形态：平面上的凹形坡，应力集中明显减缓。圆形和椭圆形边坡，坡角最大剪切力仅为一般斜坡的一半。当水平应力坡
14、平形于椭圆形矿坑长轴时，应力集中较缓和。3、斜坡岩土体特征和结构特征的影响(p117)。四、斜坡变形形式：1拉裂(回弹)a斜坡形成过程中，在坡面和坡顶形成的张力带中拉应力集中形成拉张裂缝b卸荷回弹或初始应力释放时产生拉裂面。2蠕滑：斜坡岩土体在自重应力为主的坡体应力长期作用下,向临空面方向的缓慢而持续的变形。a.表层蠕滑：斜坡浅层岩土体在重力的长期作用下，向临空面方向缓慢变形构成一个剪变带，其位移由坡面向坡内逐渐降低直至消失。b.深层蠕滑：主要发育在斜坡下部或坡体内部。按其形成机制特点可分为两种：软弱基座蠕滑坡体蠕滑(受软弱结构面控制)两种深层蠕滑的区别：不是沿一个统一的滑动面，受软弱基座控制
15、有统一滑动面，受软弱结构面控制。3弯曲倾倒：有陡坡或直立板状岩体组成的斜坡，当岩层走向与坡面走向大致相同时，在自重的长期作用下由前沿开始向临空方向弯曲、拉裂，并逐渐向坡内发展的变形。斜坡的破坏：1崩塌：陡坡上的岩土体所产生的以下落运动为主(移动、滚动、跳跃)的破坏现象。(土崩、岩崩)。2滑坡：斜坡岩土体依附于内在的或潜在的软弱结构面，在外力作用下，失去原来的平衡状态，产生了以水平运动为主的滑动现象。五、崩塌的形成条件：1地层岩性条件厚层状硬脆性岩体2岩体结构条件节理裂隙发育3地形条件地形切割强烈高差大4外力作用风化作用静水压力震动。六、滑坡的形态要素：a滑坡体b滑坡床c滑坡面d滑坡裂隙e滑坡后
16、壁f滑坡台阶g滑坡侧壁h滑坡舌。七、滑坡识别标志、方法、监测：方法一：航片解释，方法二：地面调查标识一：地形地貌：双沟同源(圈形椅)标识二：水文地质方面：泉眼、洼地、湿地等标识三：植被方面：马刀树、醉汉林标识四：地质构造方面：滑体上产生的褶皱、断裂等现，方法三：钻探。八、影响斜坡稳定性因素：地貌、坡形条件地层和岩性条件地质构造和岩体结构条件：坡体中有一组结构面时：顺向破逆向坡横向破斜交坡。坡体中有多组结构面时：两组或以上。地下水的活动：软化或溶蚀岩石产生静水压力产生动水压力增大岩体重量促进风化作用。九、稳定性评价方法：定性和定量(略)。十、治理措施：1、地下水防范水措施：修筑地下排水廊道钻孔排
17、水。2、削坡减重指：挖除边坡上部岩体一部分，起减缓坡度、减轻下滑体重量的作用。注意选择好削坡位置。3、修建支档建筑：注意支挡建筑的作用力应在滑动面以下注意墙体后的排水设计。4、锚固措施：适用于对岩质不稳定边坡的加固采用预应力钢索或钢杆锚固岩。分为系统锚固和随机锚固。5、喷射混凝土护面：防止岩土体表面风化剥落防止小体积松动岩块脱落防止地表水渗入坡体。6、设置马道减缓坡度。7柔性支护8生态护坡。第六章地下洞室一、围岩应力重分布的特征：洞室形成前岩体中任意一点处的应力是平衡的(初始应力状态)，应力形成后：形成自由变形空间围岩向洞内松涨变形引发围岩应力重新调整重分布应力。应力重分布范围一般为6倍洞径。
18、其他形状洞室应力分布：1)椭圆形洞室长轴两端点压应力集中，易出现压应力集中，而短轴易出现拉应力集中。2)正方形洞室容易出现4个角点的应力集中，形成破坏。3)矩形洞室长边中点的应力集中较小，短边中点的围岩应力较大，角点围岩应力集中最大。二、地下洞室位置选择：地形条件：洞室选线应注意山形完整(沿线尽可能无冲沟、山洼、滑坡、塌方)；洞口地段应下陡上缓,无滑坡、崩塌等不良地质现象；注意边坡整体稳定性；注意傍山隧洞或地下厂房的山坡侧应有一定厚度的围岩(对水工隧洞尤为重要)。2岩性条件：尽可能避开不良围岩：软弱岩层破碎岩层松散岩层；在坚硬完整岩层中施工的好处：安全度高掘进速度快。3构造条件：洞室轴线应尽量
19、与岩层走向垂直(围岩稳定对高边墙稳定更为有利；顺倾向开挖较反倾向有利)。若洞室轴线与岩层走向平行：在水平或缓倾岩层中和倾斜岩层中均不宜将软弱层作为边墙或底部。褶皱的影响：尽可能避开核部和转折端部位。断层的影响：坍塌和大规模地下水涌入。地下水对地下工程可能产生的影响：a以静水压力的形式作用于洞室衬砌；b以动水压力的形式作用围岩体及衬砌；c使粘土质岩石软化，降低其强度；d使易溶岩类溶解，使膨胀岩类膨胀；e突然的大量涌水造成人员伤亡、施工机械受损。5地应力对地下工程产生影响。(地下工程活动中可能遭遇的五害：软弱岩体有毒气体岩爆地下水高地温)。三、围岩稳定性工程地质评价：1关于围岩稳定性：指在一定的时
20、间内，在一定的地质力和工程力作用下岩体不产生破坏和失稳。判据：抗压强度抗拉强度抗剪强度。2围岩变形破坏的特点：坚硬完整岩体的脆性破裂(岩爆)；块体滑移；层状弯折和拱曲；碎裂岩体(结构面间距一般小于10cm)的松动解脱；松软岩体。3围岩的自稳时间：指：未对洞壁采取任何支护措施，围岩由变形发展至破坏的时间。自稳时间的影响因素：洞径岩性地质构造岩体结构特征地下水隧洞施工开挖方式。研究围岩自稳时间的意义：保障施工活动的安全；保障施工活动的高效率、经济。围岩自稳时间的确定方法；工程类比法围岩分类法。四、围岩应力：指：围岩的强度适应不了围岩应力而产生塑性变形或破坏时，作用在支护或衬砌上的力。类型：变形围压
21、：由于围岩的弹性恢复或塑性变形所产生的围岩压力；松动围压：由于围岩拉裂塌落、块体滑移、碎裂松动等所引起的围岩压力；冲击围压：由于围岩中积蓄的弹性应变能突然释放所产生的围岩压力。确定松动围压的方法：普氏压力拱理论法：假定：a围岩被视为因节理切割而失去内部联系的松散体，但仍具有粘聚力；b洞室开挖后洞顶因塌落而形成一个自然冒落拱，两帮形成滑动体；c洞顶的山岩压力就是拱形塌落体的重量。围岩压力系数法块体极限平衡法。五、提高围岩稳定性的措施：尽量少扰动围岩a采用先进的隧道工程设计和施工方法(NATM)；b尽可能采用控制爆破和全断面隧道掘进机开挖(TBM)。用连续支护(柔性支护)代替传统支护(刚性支护)：
22、传统支护方法缺点：支护措施未能全面地与围岩紧密而连续接触。围岩，特别是块状围岩的变形破坏方式及基本对策。混凝土喷射法(NATM)的优点：a喷混凝土能紧跟工作面，速度快，因而缩短了掘进与支护的间隔时间b由于喷层与围岩紧密结合，又有相当高的早期强度，在洞室开挖后围岩应力重分布尚未完成，应力降低区还未充分发展之时，就及时地加固了岩体c喷层与围岩紧密结合，有较高的粘结力和抗剪强度，能在结合面上传递各种应力，可以起到承载拱的作用d及时地填补了围岩表面的超挖部分，使围岩应力状态得到改善。锚固：指利用穿过软弱结构面、深入至完整岩体内一定深度的钻孔，插入钢筋、钢棒、钢索、预应力钢筋及回填混凝土，借以提高岩体的
23、磨擦阻力、整体性与抗剪强度的措施。锚杆支护原理：a悬吊原理：指将离层或切割块体悬吊到固定围岩上，锚杆承受游离岩块重力；b组合梁原理：指将层状岩层加固为组合梁，使岩层整体性增强，承载能力及抗弯强度提高，变形减小；c抗剪原理：指将位于滑移面两侧的岩石连接在一起，锚杆起到抵抗两侧岩块相对位移，承受滑移剪切力作用；d挤压原理：指锚杆通过锚头及压板对其周围破碎岩石进行挤压，形成独立的挤压椎，当锚杆足够密时，各挤压椎相互包容，形成挤压拱(带)，挤压拱(带)承受围岩压力作用。第七章岩溶一、岩溶：水对可溶性岩石进行的以化学溶蚀作用为主的综合地质作用以及由此产生的各种现象。二、混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的
24、水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。1、饱和溶液的混合溶蚀效应：指两种或两种以上已失去溶蚀能力的饱和水溶液，在碳酸盐岩体内相遇，混合后的溶液由原来的饱和状态变成不饱和状态，从而产生新的溶蚀作用，继续溶解碳酸盐岩。凡是有利于水混合的地带，岩溶均较其它地带发育。2、不同温度溶液的混合溶蚀效应：如果有两种温度不同的饱和度相同的水相混合，或一种水水溶液由高温变为低温，都可以加大二氧化碳的溶解度，从而加强溶液的溶蚀能力，继续溶蚀作用。三、岩溶发育的条件：1、具有可溶性岩石2岩石是透水的3水必须具有侵蚀性4水在岩石中处于运动状态。四、影响岩溶发育的因素(见课件或书本150页)：1岩性2气候3地形地貌4地质
25、构造5新构造运动。五、防治：1、截断渗漏通道：灌灌浆帷幕、防渗帷幕；铺粘土或混凝土铺盖；堵堵塞岩溶洞穴通道；截截水墙。2、导水导气。六、稳定性评价(见课件或书本163页)：覆盖型岩溶区极限状态时HK=h+Z+D式中：HK为极限状态时上覆土层的厚度；h为土洞高度；D为基础砌置深度；Z为基础底板以下建筑物荷载的有效影响深度。当H大于HK时，地基是稳定的；H小于HK时，地基是不稳定的，是建筑物荷载和土共同作用的结果；当H小于h时，仅土洞的发展就可导致地表塌陷。第八章诱发地震一、定义：由于人类工程活动对特定的地质环境施加影响而导致无震区地震活动或有震区地震加强或减弱的现象。成因(类型)：1水库地震2向
26、地下深部注浆或抽液引起的地震3采矿诱发地震4地下爆炸诱发地震5岩溶气冒型地震。二、水库诱发地震的基本特征(了解)：见课件。三、水岩作用机理：1水的物理化学效应a降低岩体及结构面强度：润滑作用软化作用泥化作用；b促进岩体断裂的生长：锲烈作用应力腐蚀作用。2水的荷载效应：水荷载附加应力垂直变形、挠曲变形：水的孔隙水压力效应：=tg+c=(-u)tg+c四、天然构造应力条件下水库地震的诱发机制：见课件。第九章地面沉降一、定义：在人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动(或工程地质现象)。地面沉降形成的原因：1人类活动原因：(1)抽汲地下水引起的地面沉
27、降；(2)采掘固体矿产引起的地面沉降；(3)开采石油、天然气引起的地面沉降；(4)抽汲卤水引起的地面沉降。2地质运动原因：地面的升降运动。二、地质环境模式：1、现代冲积平原模式：长江中下游平原、黄淮平原；2、三角洲平原模式：长江三角洲(常州、无锡、苏州、嘉兴、肖山)；3、断陷盆地模式：近海式指滨海平原，如宁波；而内陆式则为湖冲积平原，如西安市、大同市的地面沉降可作为代表。三、处理方案：地下水回灌：自流回灌；真空回灌；压力回灌。(减少地下水的使用量，增加地面水补给；含水层存储和修复；改变土地使用类型；节水)。四、监测：1、常规监测：基岩标、分层标、地面标；2、GPS监测；3、合成孔径干涉雷达。特别声明：1：资料来源于互联网，版权归属原作者2：资料内容属于网络意见，与本账号立场无关3：如有侵权，请告知，立即删除。
