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1、1/63,第一章 工程地质概论,1.1 地质作用 1.2 矿物和岩石 1.3 风化作用 1.4 土的成因类型 1.5 地质构造 1.6 不良地质条件 1.7 地下水,主要内容,2/63,1.1 地质作用,按动力来源分为： 内力地质作用 (endogenic geological process) 外力地质作用 (exogenic geological process),建筑场地的地形地貌和物质组成，取决于地 质作用引起地壳物质成分和结构改造及地表 形态发生变化的作用。,3/63,内力地质作用：由地球内部的能 （旋转能、重力能、辐射热能）引起。,4/63,地壳运动,岩浆作用,变质作用,地震作用,
2、5/63,外力地质作用：由太阳辐射能引起，产生大气环流，形成水的循环，动植物生长，在运动的过程中改造地表.,6/63,外力地质作用的营力：,河流的侵蚀；,地下水的潜蚀；,风的吹蚀；,冰川的刨蚀；,湖泊海洋的冲蚀等。,一般按风化剥蚀搬运沉积硬结成岩的程序进行,7/63,河流的侵蚀,地下水的潜蚀,风的吹蚀,冰川的刨蚀,湖泊海洋的冲蚀,8/63,内力和外力地质作用的关系： 内力地质作用决定地表的基本形态和内部构造。 地表形态的塑造者。 外力地质作用破坏和重塑地表形态。 地表形态的雕刻者。 地壳在内力和外力地质作用下，形成各种类型的地形，称为地貌。,9/63,1.2 矿物和岩石(mineral and
3、 rock),地壳由岩石组成，岩石由矿物组成。 岩石按成因分为三大类： 岩浆岩(magmatic rock) 沉积岩(sedimentary rock) 变质岩(metamorphic rock),10/63,代表性矿物：石英和黄铁矿,11/63,代表性岩浆岩：花岗岩和玄武岩,12/63,代表性沉积岩：砂页岩和石灰岩,13/63,代表性变质岩：花岗片麻岩和大理岩,14/63,岩石的工程分类,1.岩土工程勘察规范(GB500212001) 根据岩块的饱和单轴抗压强度标准值Rc划分岩石的坚硬程度:,5,15,30,60,Rc,极软岩,软岩,较软岩,较坚硬岩,坚硬岩,常见硬质岩石有：花岗岩、石灰岩、
4、石英岩、闪长岩、玄武岩、石英砂岩、硅质砾岩、花岗片麻岩等 常见软质岩石有：页岩、泥岩、片岩等,15/63,2.岩土工程勘察规范(GB500212001) 根据岩体的完整性指数划分岩石的完整程度:,0.15,0.35,0.55,0.75,完整性指数,极破碎,破碎,较破碎,较完整,完整,岩体压缩波速度与岩块压缩波速度之比的平方,16/63,3.岩土工程勘察规范(GB500212001) 根据岩石坚硬程度和岩体完整程度综合分五个岩体基本质量等级 :,17/63,4.岩土工程勘察规范(GB500212001) 根据岩石质量指标RQD分类：,RQD值是用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进
5、，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分数表示。,18/63,1.3 风化作用(weathering) 在地表条件下，自然界的岩石受大气、水、生物等因素影响，在原地发生机械崩解或化学分解，形成松散堆积物的过程。,风化类型：物理风化 化学风化 生物风化,19/63,物理风化的结果：破坏岩体的完整性。 化学风化的结果：改变岩石的成分，形成次生矿物。,岩体的工程性质发生如下几方面变化： 1、亲水性变大，透水性增强。表现出膨胀、崩解、泥化等性质。 2、力学强度降低，压缩性变大。,20/63,岩石风化程度划分表 岩土工程勘察规范（GB500212001）
6、,21/63,花岗岩全、强中风化带,摄自三峡工程左岸永久船闸边坡,22/63,残积土 （Qel） 坡积土 （Qdl） 洪积土 （Qpl） 冲积土 （Qal） 湖积土 （Ql） 冰积土 （Qgl） 风积土 （Qeol） 海积土 （Qm）,1.4 土的成因类型,23/63,岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组成的土体，它处于岩石风化壳的上部。,残积土(residual soil)：,24/63,残积土的工程性质： 粒度成分和矿物成分受气候和母岩岩性的控制。其发育情况还和地形有关。孔隙度、强度、压缩性，均质性差，但具有一定的结构强度。原位测试强度室内测试值。,25/63,雨水将山坡高处的风
7、化碎屑物顺坡冲洗，堆积在较平缓的山坡脚处而形成。,坡积土(slope soil)：,26/63,坡积土的工程性质： 结构疏松，一般具较高的压缩性。坡积形成的黄土湿陷性较大。,27/63,由暴雨形成的暂时性山洪急流带来的碎屑物质在山沟出口处堆积而成。,洪积土(pluvial soil):,28/63,分选性较好，离山前较近的洪积土颗粒粗，地下水位埋藏深，具有较高的承载力，压缩性低，是工民建的良好地基。离山较远的地带，洪积土的颗粒细，透水性不好，土质弱，承载力低，作为建筑物地基时应慎重对待。,洪积土的工程性质：,29/63,由河流的流水作用将碎屑物质搬运到河谷坡降平缓的地带堆积而成。,冲积土(al
8、luvial soil)：,30/63,河床相冲积土：在河流上游多是粗大的石块、砾石和粗砂，中下游或平原地区沉积物变细，磨圆度好，厚度很大。 古河床相土的压缩性低，强度高。 现代河床堆积物的密实度差，透水性强，若作为水工建筑物的地基将引起坝下渗漏。饱水砂土还可能由于振动而引起液化,31/63,河漫滩相冲积土： 是在洪水期河水漫溢河床两侧，携带碎屑物质堆积而成。土粒较细，可以是粉土、粉质粘土或粘土，并夹有淤泥或泥炭等软弱土层，覆盖于河床相冲积土之上，形成上细下粗的“二元结构”。,32/63,牛轭湖相冲积土：是在废河道形成的牛轭湖中沉积的松软土，颗粒很细，常含大量有机质，有时形成泥炭。压缩性很高，
9、承载力很低，不宜作为建筑物的天然地基。,33/63,河口（海口）三角洲相冲积土：通常是淤泥质土或典型淤泥。面积宽广而厚度极大。不宜作为建筑物的天然地基。但表层硬壳层，有时可用作低层建筑物的地基。,34/63,湖积土( limnetic soil )： 湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的。近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带则是细颗粒的砂土和粘性土。 湖心沉积物是由河流携带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成，主要是粘土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度低。 沼泽土主要由半腐烂的植物残体泥炭组成，含水量极高，承载力极低，不宜作天然地基。,35/63,3
10、6/63,海积土(marine sediment)： 滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂组成，承载力较高。 浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构造，较疏松，含水量高，压缩性大而强度低。 深海沉积物主要是有机质软泥。,37/63,38/63,冰积土(moraine soil) 由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积物.分选性极差,石料占多数,冰水沉积物可有一定成层性、分选性。,39/63,风积土(aeolian soil)： 在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一类土，最常见的是风成砂和风成黄土。,40/63,41/63,土
11、的生成与工程特性的关系： 流水搬运沉积的土优于风力搬运沉积的土 沉积年代越长，土的工程性质越好 沉积的自然地理环境不同，土的性质不同,42/63,1.5 地质构造,褶皱构造,断裂构造,背斜 向斜,节理 断层,43/63,活断层：第四纪以来仍在活动的断层。注：2001年岩土工程勘察规范指全新地质时期（11.1万年）以来活动着的断层，且在今后100年可能继续活动。,44/63,在全新活动断裂中， 近期(近五百年)发生过地震，且震级M,5,或在未来一百年内预测可能发生M,5,发震断裂,在工程使用期或寿期内(一般为50100年)，可能影响和危害工程安全的活断层 工程活断层,45/63,活断层的活动方式
12、： 突然错动（粘滑型）伴随地震发生。 发生在强度较高的岩土中，断层带锁固能力强，危害大。 缓慢蠕动（蠕滑型）不直接产生地震。 发生在强度较低的软岩土中，断层带锁固能力弱，危害小。,46/63,活断层区的建筑原则： 建筑物场址一般应避开活断层； 线路工程必须跨越活断层时，尽量使其大角度相交； 尽可能选择相对稳定的“安全岛”，将建筑物布置在断层的下盘；（例：大亚湾核电站） 采取抗震结构和建筑型式。,48/63,湖北省巴东县滑坡,湖北远安盐池河磷矿崩塌(后),崩塌(前),1.6 不良地质条件,49/63,泥石流淤埋房屋。体物总量10万方，龙头高 8米毁民房，中断行车，1988年7月。,泥石流,50/
13、63,河岸失稳,51/63,岩溶塌陷,52/63,地震液化,1964年日本新泻（Niigata）,53/63,地下水类型,1.7 地下水,54/63,潜水(phreatic water),1砂层 2隔水层 3含水层 4潜水面 5基准 面,埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水。 特征：与大气相通，具自由水面，补给区与分布区一致，动态受气候影响较大。潜水面形状受地形影响。,55/63,承压水(pressure water),充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。,A补给区 B承压区 C排泄区,56/63,特征：不具自由水面，并承受一定的水头压力。分布区和补给区不一致。动
14、态变化较稳定。不易受地面污染。,承压含水层局部,H1初见水位 H2承压水位 H承压水头 h承压水位埋深,57/63,地下水运动的基本规律 Darcy定律：QkFi 或vki (线性) 式中：Q渗流量(cm3/s) k渗透系数(cm/s) 表征岩土透水性能大小。 还与水的粘滞性有关。 F过水断面 i=h/L水力坡降 v渗透流速(cm/s) Darcy定律适合于层流（砂土）,58/63,渗透变形(seepage deformation) 管涌(潜蚀)：细小土粒通过孔隙发生移动的现象。多发生在不均匀的砂砾土中。 流砂(流土)：一定体积土粒发生悬浮移动的现象。多发生在均质砂土层和粉土层中。发生部位在渗
15、流出逸处。,59/63,流砂问题的分析：,取土样脱离体： 土样重力 W=FLr(向下) 动水力 GDFL=rwiFL (向上) 平衡时W= GDFL 有r = rwi 即icr= r / rw icr 称为土的临界水力坡降 当实际i icr 时，发生流砂,设水流方向向上， 单位动水力GDrwi,60/63,地下水对建筑工程的影响： 影响基础埋深的选择 影响施工排水 软化地基 地下室防水 空心结构物浮起 对基础具侵蚀性 环境地质问题（地面沉降、地面塌陷）,61/63,地下水对建筑材料的腐蚀性,结晶性侵蚀：水中SO4-2与混凝土作用生成新的化合物，由于体积膨胀而胀裂。 分解性侵蚀：含侵蚀性co2的水溶解混凝土中的钙质而使混凝土崩解。 酸性侵蚀：PH值低的酸性水对混凝土具腐蚀性。 镁盐侵蚀：水中镁盐与混凝土作用后生成化合物溶解于水。,62/63,作业题： 1.某工程基槽开挖深度为4.0m，地下水位深5.0m。地基土的天然重度：水上20kN/m3，水下21kN/m3。地面以下6.0m处存在承压水，承压水的水头为3.2m。问基槽是否安全？ 2.某工程基槽排水，引起地下水由下往上流动。水头差70cm，渗径为60cm，砂土的饱和重度为20.2kN/m3，问是否会发生流土？,
