单元1工程地质与勘察

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1、1,1 工程地质与勘察,同济大学出版社,2,目录,1.1 工程地质常识,1.2 土的特性,1.3 工程地质勘察,3,1. 1,工程地质常识,4,地质构造在层状岩体中表现最显著，主要有褶皱构造和断裂构造两种基本类型。 地质年代,基本概念,把地史划分为5个代，代以下再分纪、世等；与地质时代单位相应的地层单位称界、系、统等。地质时代单位有代、纪、世、期、时。,5,2.第四纪沉积物,“沉积土”基本上是在离我们最近的新生代第四纪（Q）形成的（距今约160万年），因此把土称为“第四纪沉积物”。由于沉积历史不长，尚未胶结岩化，通常是松散软弱的多孔体，与岩石的性质有较大的差别。,6,1.地质构造,7,褶曲要素

2、 :为了正确描述和表示褶曲在空间的形态特征， 对褶曲的各个组成部分给予了一定的名称，称为褶曲要素， 褶曲要素主要有：,8,断裂构造,1）按与岩层产状的关系分类 走向节理 与所在岩层走向大致平行； 倾向节理 与所在岩层走向大致垂直； 斜交节理 与所在岩层走向斜交。 岩层走向,分为二大类，一类是没有或只有微小断裂变位的节理；另一类是沿着断裂面有明显的相对位移的断层。断裂构造是地壳上发育最广泛的地质构造。,9,断层,断层是指岩石在构造应力作用下发生断裂，沿断裂面两侧的岩块发生明显的相对位移的断裂构造。,10,断层的组合类型,11,一般将水在空隙中存在的形式分为五种，即：气态水、结合水、毛细水、重力水

3、、固态水。,图1-10 包气带,基本概念,12,岩土按其透水性的强弱分为透水的、半透水的和不透水的三类。表1-3给出常见岩土在常压下按透水程度的分类。,表1-3 岩土按透水程度的分类,2水文地质,13,地下水分类及其特征 按地下水的埋藏条件，可将地下水分为包气带水、潜水和承压水三类；,土壤水 包气带表层土壤中的气态水、结合水、毛细水和下渗的重力水统称为土壤水。上层滞水 贮存于包气带中局部隔水层之上的重力水称为上层滞水。,潜水 埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水叫潜水。,14,承压水 充满于两个稳定的隔水层之间的含水层中的重力水称为承压水。其上部的隔水层称作隔水顶板，下部的隔

4、水层称作隔水底板。,15,地下水对土木工程的影响,（1）地面沉降 （2）地面塌陷,16,（3）流砂,17,（4）管涌,18,（5）浮托作用 当建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水对基础底面产生静水压力，即产生浮托力。地下水不仅对建筑物基础产生浮托力，同样对其水位以下的岩石、土体也产生浮托力。 （6）基坑突涌 当基坑下伏有承压含水层时，开挖基坑减小了隔水层顶板的厚度。当隔水层较薄经受不住承压水头压力作用时，承压水的水头压力会冲破基坑底板，这种工程地质现象称为基坑突涌。 （7）地下水对混凝土的侵蚀,19,1. 2,土 的 特 性,20,物理风化产物，石英、长石、云母等。颗粒粗，为砂、砾组主要成

5、分。,（1）原生矿物,化学风化产物，颗粒细，为粘粒组的主要成分。,（2）次生矿物,化学性质稳定，水稳性强。,颗粒细，比表面积大，活性大，亲水性强。,1.土的三相组成,土的固体颗粒土的矿物成分,21,a. 粘土矿物,复合的铝硅酸盐晶体，片状。,高岭石：,伊利石：,蒙脱石：,亲水性：,蒙脱石伊利石高岭石,b. 倍半氧化物及次生二氧化硅,c. 可溶性次生矿物,（3）有机质,蒙 脱 石,22,粉粒的矿物成分是多样性的，主要是石英和MgCO3、CaCO3等难溶盐的颗粒；,土颗粒的大小和形状 在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒组成的，土的粒径由粗到细逐渐变化时,土的性质相应地发生变化。因此可将大小相

6、近，性质相似的颗粒划归为一组，称为粒组，划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。常用200、20、2、0.075、0.005mm把土粒分为六大粒组:漂石(块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、圆砾（角砾）颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。见下表。,粘土的矿物成分主要有粘土矿物、氧化物、氢氧化物和各种难溶盐类，它们都是次生矿物。,23,0.0750.01,0.10.075,24,土的颗粒级配（粒径级配） 土粒大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。 用途：这是决定无粘性土工程性质的主要因素。用它作为确定土的名称和选用建筑材料的重要依据。 粒径分析方法 颗分试验：

7、（1）筛分法：粒径0.075mm。 （2）比重计法或移液管法：粒径0.075mm。 颗分曲线：根据颗分试验成果，可以绘制颗粒级配曲线。如下图。,25,26,级配良好的判别： 由曲线的坡度大致可判别土的均匀程度，如曲线较陡，则表示粒径大小相差不多，土粒较均匀；反之，曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好。 利用不均匀系数Cu和曲率系数Cc定量判别：,27,土中的水,固 态,自由水,气 态,液 态,结合水,重力水,毛细水,强结合水,弱结合水,土的三相组成土中的水和气体,基本概念：,28,（一）土中水：,29,粘土颗粒,水分子,极 性,2. 土中的气体,30,31,（二）土中气 1

8、.开敞气体：对土无影响； 2.封闭气体：使土的渗透性减小，弹性增大和拖延了土的压缩和膨胀变形随时间的发展。,32,单粒结构,蜂窝结构,絮状结构,33,土的结构变化,（1） 砂土的振动密实和液化,1964年6月16日日本新瀉7.5级地震,34,土的构造 土的构造分为层理构造、分散构造和裂隙构造。,35,表示土的三相组成比例关系的指标,称为土的物理性质指标。,一、指标定义 为了便于说明和计算，用三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系。,3.土的物理性质指标,36,（一）土粒比重（土粒相对密度） ds,ds可用比重瓶法测定,但由于变化幅度不大（2.62.8),通常可按经验数值选用，如下表。,粘性土

9、,土的名称,砂土,粉土,粉质粘土,粘土,土粒比重,2.652.69,2.702.71,2.722.73,2.742.76,土粒比重参考值,37,（二）土的含水量,含水量是标志土的湿度的一个重要物理指标，一般用烘箱法测定。 （三）土的密度,土的密度用环刀法测定。,38,（四）干密度d、饱和密度sat、和有效密度,m,计算自重应力时，须采用土的重力密度，简称重度。土的湿重度、干重度d、饱和重度sat、有效重度分别按下式计算：,单位：,39,土的干重度d,(1)表达式：,d,=,=,(2)物理意义：单位体积的土在水分烘干后的重力，即干土的重力密度。,(3)常见值：1318KN/m,3,(4)工程应用

10、：常用做填方工程中土体压实质量控制的标准。,(5)换算公式：,40,2.土的饱和重度sat,(1)表达式：,sat,=,孔隙全部充满水的总重力,总体积,=,w,s,v,(2)物理意义：孔隙中全部充满水时单位体积的重力，即饱和度为100%时的重力密度。,(3)常见值：1823KN/m,3,+Vv w,(1)表达式：,=,w,s,v,(2)物理意义：地下水位以下土体受水的浮力作用时单位体积的重力。,(3)常见值：813KN/m,3,+Vv w,-,v,Vw,=,sat w,-,41,42,43,基本概念 土的物理状态指标，即要研究土的松密和软硬。,一、无粘性土的密实度 密实度：单位体积土中固体颗粒

11、的含量。 密实度指标： a.孔隙比e 规范以孔隙比e作为砂土密实度的划分标准，分为：密实、中密、稍密、松散四状态。 b.标准贯入试验 用标准贯入试验锤击数划分砂土密实度。,4.土的物理状态指标,44,c.野外鉴别方法 对碎石土，通过观察，根据骨架颗粒含量和排列、可挖性、可钻性将其密实度划分为密实、中密、稍密。 d.相对密度Dr Dr=(emax-e)/(emax-emin), 考虑颗粒级配的影响。,45,(3) 砂土的密实度 砂土的密实度可用天然孔隙比衡量。一般e小于0.6，属密实的砂土，是良好的天然地基，当e大于0.95时，为松散状态，不宜作天然地基。但未考虑土颗粒级配的影响。若考虑级配因素

12、，可采用相对密实度Dr来表示砂土的密实度：,按Dr值可将砂土的密实状态划分如下三类： 1Dr0.67 密实的 0.67 Dr0.33 中密的 0.33 Dr0 松散的,无粘性土的密实度,46,标准贯入试验 （Standard Penetration Test）,标准贯入数 N63.5,锤 重：63.5kg,落 距：760mm,打入深度：300mm,无粘性土的密实度,47,虽然相对密实度从理论上能反映颗粒级配、颗粒形状等因素。但由于对砂土很难采取原状土样，故天然孔隙比不宜测准。规范用标准贯入试验的锤击数来划分砂土的密实度。,48,（4）碎石土的密实度 碎石土更不宜取得原状土样，也难于将贯入器击入

13、其中。对这类土可在现场进行观察,根据其骨架颗粒含量、排列、可挖性及可钻性鉴别。将碎石土分为密实、中密和稍密三种。,(5) 碎石土密实度野外鉴别方法（见下表）：,49,粘性土最主要的性质是土粒与水相互作用产生的稠度。它反映土粒之间连接强度随含水量高低而变化的性质。 A、稠度：是指土的软硬状态或土对受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力。 B、稠度界限：粘性土由某一种状态过渡到另一状态的分界含水量。,粘性土的物理特征,50,一、粘性土的界限含水量 同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量。,界限含水量的测定方法：

14、塑限 ：搓条法（滚搓法）； 液限 ：锥式液限仪（如下图）。,粘性土的物理特征,51,自由水,液 态,可塑态,固态或半固态,52,IP表示土处于可塑状态的含水量范围大小。它与颗粒粗细、矿物成分和水中离子成分的浓度有关。 土颗粒越细且含量越多，则比表面越大，土的结合水含量越高， IP越大。当水中高价阳离子浓度增加时，土粒表面吸附的反离子层厚度变薄结合水含量相应减少， IP也小；反之， IP变大。,1）.塑性指数IP：,二、粘性土的塑性指数和液性指数,53,粘性土的物理特征,54,液性指数,反映粘性土软硬程度（稠度，潮湿程度）。,固态或半固态,可塑态,液 态,重塑土和原状土,55,天然状态的粘性土当

15、受扰动后，其强度降低、压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，可用灵敏度 衡量：,根据灵敏度将饱和粘性土分为：低灵敏,中灵敏,和高灵敏,三类。,触变性：饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但当扰动停止后，强度又随时间增大，这种特性称为触变性。,qu,qu原状、重塑试样的无侧限抗压强度,三、粘性土的灵敏度和触变性,56,地基土（岩）分类的任务是根据分类用途和土（岩）的各种性质的差异将其划分为一定的类别。下面介绍（岩）土的工程分类：,本节的分类方法为地基规范分类法。,一、岩石 1、定义：颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。 按坚固性分为：硬质岩石、软质岩石。 按岩石风化程度分为：微风化、中等风化、强风化。 按成因分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩。,5.地基土（岩）的工程分类,57,二、碎石土 1、定义：粒径d2mm的颗粒含量超过全重50%的土。 2、分类依据：土的粒组含量及颗粒形状。 3、定名：漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾。 4、工程性质：根据骨架颗粒含量占总重的百分比，颗粒的排列，可挖性与可钻性分为密实、中密、稍密三等。 常见碎石土强度大、压缩性小、渗透性大，为良好地基。,58,三、砂土 1、定义：粒径d2mm的颗粒含量不超过全重的50%，且粒径d0.075mm的颗粒超过全重