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1、工程地质分析原理一、术语解释0.1工程地质学：工程地质学是研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约关系，以便科学评价、合理利用、有效改造和妥善保护地质环境的科学；是地质学与工程学的边缘学科，是地质学的一个分支。0.2工程地质条件：与人类工程活动密切相关的地质条件，包括岩土类型与工程特性、地形地貌、地质构造、水文地质条件、物理地质现象、天然建筑材料等六个方面。0.3工程地质问题：人类工程活动与地质环境相互联系和相互制约，当出现不协调时，将产生相应的工程地质问题。0.4机制过程分析法：研究工程地质问题必须首先以地质学的观点、自然历史的观点分析地质体与周围因素相互作用的特定方式，随时间发展演化的历史
2、及其发展的阶段性，从全过程上和内部作用机制上把握其形成、演化、现状及未来发展趋势，即地质过程的机制分析。0.5工程地质勘察：采用各种勘察手段和方法，对建筑场地的工程地质条件进行调查研究与分析评价。1.1岩石：组成地壳的矿物集合体。具有不连续性、各向异性、非均质性、有条件转化性等特点。1.2岩体：赋存于一定地质环境，由各类结构面和被其所切割的结构体所构成的地质体。1.3结构面：岩体内分割固相组分的地质界面的统称。包括原生结构面、构造结构面和浅表生结构面三大类。1.4结构体：未经位移的岩体被结构面切割成的块体或岩块。1.5岩体结构：根据结构面的发育程度和特性、结构体的组合排列和接触状态，将岩体结构
3、划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构等类别。1.6软弱结构面：延伸较远、两壁较平滑、充填有一定厚度软弱物质的结构面，如泥化、软化、破碎薄夹层等的面。1.7软弱夹层：岩体中夹有的强度较低或被泥化、软化、破碎的薄层。1.6结构面的连通率：结构面的平均长度与总长度的比值。1.7浅表生作用：在地质体浅表部形成的卸荷断裂、重力扩展变形破裂面、卸荷裂隙、风化裂隙、风化夹层、泥化夹层、次生夹泥等。浅表生作用：在岩体浅表部产生复杂而紊乱的结构面的作用。表生结构面可以分为浅部结构面和表部结构面。浅部结构面包括卸荷断裂及重力扩展变形破裂面。表部结构面包括卸荷裂隙、风化裂隙、风化夹层、泥化夹层和次生夹泥
4、等。1.8泥化夹层：主要是在地下水作用下形成的不连续面（结构面）。是某些粘土质软弱夹层（如泥岩、页岩、板岩、泥质灰岩等）与地下水相接触部位，在地下水的作用下使原岩膨胀软化成软塑或流塑状软泥而成。1.9不连续面：又称结构面，是岩体内分割固相组分的地质界面的统称。系指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带），例如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂裂隙等。2.1天然应力状态：地壳岩体内的天然应力状态，是指未经人为扰动的，主要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态，常称为天然应力或初始应力。2.2感
5、生应力：人类从事工程活动，在岩体天然应力场内，因挖除部分岩体或增加结构物而引起的应力，称为感生应力。2.3自重应力：在重力场作用下生成的应力为自重应力。2.4构造应力：岩石圈运动在岩体内形成的应力称为构造应力。构造应力又可分为活动构造应力和剩余构造应力。2.5变异应力：岩体的物理、化学变化及岩浆的侵入等引起的应力。具体来说是岩体的物理状态、化学性质或赋存条件的变化引起的，通常只具有局部意义，可统称为变异应力。2.6残余应力：承载岩体遭受卸荷或部分卸荷时，岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其他组分的约束，于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应力自相平衡的应力系统，此即残余应力。2.7临界应变速
6、率C0：岩体的应变速率是决定粘弹性介质力学性状的主要因素。当应变速率C小于临界值Ce时，岩体在受力初期随应变的增大而发生应力积累，但当应力增大到一定程度时，应力就不再增大，而变形则不断增大，即进入粘性流动阶段，但不发生破坏。 但当C大于Ce时，则岩体的性状近于弹性，即随着应变的发展，岩体内的应力不断增大，最终导致突然的破坏。2.8隆爆：表现为近地表出现细长的隆褶或类似低角度逆断层的断隆，一般高度较小，而延伸长度较大。隆爆：是地表岩体中的一种“类构造”现象，形态上表现为细长的隆褶或类似于低角度逆断层的断隆，一般高度较小，通常仅1.5-2.0m，而延伸长度则较大。2.9蓆状裂隙：在出露于地表的侵入
7、岩体中，由于区域性卸荷剥蚀，广泛见于一种近地表平行分布的区域性裂隙发育，通常上部较密，向下逐渐变稀疏，即蓆状裂隙。2.10岩体的侧压力系数N0： 岩体侧向应力与竖向应力的比值。2.11凯塞尔（Kaiser）效应：当受拉构件应力达到并超过材料所受过的最大先期应力时产生的有明显声发射出现的现象。凯塞尔（Kaiser）发现材料在单向拉伸或压缩试验时，只有当其应力达到历史上曾经受过的最大应力时才会突然产生明显声发射的现象。2.12岩芯饼化现象：钻进过程中岩芯裂成饼状的现象是高地应力区所特有的岩体力学现象。岩饼的厚度与岩芯的直径有一定的关系，一般约为直径的1/4到1/5；所有岩饼的表面均为新鲜破裂面，而
8、且边缘部分粗糙，多数内部隐约见有顺槽，或沿一个方向的擦痕和与之正交的拉裂坎。2.13应力恢复法：当岩体应力被解除后，通过施加压力，使岩体恢复到原来的状态，以求得岩体应力解除时的应力值。2.14应力解除法：在拟测点附近的一个小岩石单元周围切割出的一个“槽子”，使得这一小部分岩体不再承受旁侧岩体传来的应力。从刻槽前装置好的仪器测出由于这种应力解除而引起的应变。并根据有关岩石已知的应力应变关系换算出解除前岩体内的应力。2.15水压致裂法：通过钻孔向地下某深度处的测点段压液，用高压将孔壁压裂，然后根据破坏压力、关闭压力和破裂面的方位，计算和确定岩体内各主应力的大小和方向。3.1变形：岩体承受应力，就会
9、在体积、形状或宏观连续性方面发生某些变化。宏观连续性无显著变化者称为变形。3.2破坏：岩体承受应力，就会在体积、形状或宏观连续性方面发生某些变化。宏观连续性产生显著变化者称为破坏。3.3屈服强度：岩土体中某点在应力状态下由弹性状态转变为塑性状态是具有的抗压强度。3.4残余强度：岩土体应力应变关系曲线越过峰值点后下降达到的最终稳定应力值。3.5长期强度：岩土体经长期受力以后，应力应变关系曲线峰值点所对应的应力值。3.6峰值强度：岩土体应力应变关系曲线峰值点所对应的应力值。3.7疲劳强度：岩土体抵抗重复荷载破坏作用的能力。3.8蠕变：固体材料在恒定荷载作用下，变形随时间缓慢增长的现象。3.9松弛：
10、粘弹性固体材料在恒定应变下，应力随时间衰减的现象。3.10超空隙水压力：饱和岩土体内一点孔隙水压力中超过静水压力的那部分水压力。3.11累进性破坏：岩体受力超过长期强度时，微破裂的发展出现了质的变化：即使工作应力保持不变，由于应力的集中效应，破裂仍会不断的累进性发展。首先从薄弱环节开始，然后应力在另一个薄弱环节集中，依次下去，直至整体破坏。或者：粘弹性材料在加速蠕变阶段，应力增加时应变不断增加；当应力不再增加时，应变依然增加的现象。3.12累积效应：在动荷载作用下，岩体发生多次位移的累积，如果使剪切面中某些锁固段被突破，或越过某些凸起体，造成抗剪强度显著削弱，则有可能导致最终破坏。3.13触发
11、效应：在动荷载作用下，巳具有或储有足够的剪切应变能的软弱结构面发生破坏，或在动应力作用下可因岩土体骨架的迅速变形造成空隙水压力的突然变化，从而导致岩土体失稳的现象。3.14差异卸荷回弹：在卸荷回弹变形过程中，会因岩体中各组成单元力学性能的差别、应力历史的不同以及岩体结构上的原因，引起差异回弹而在岩体中形成一个被约束的残余应力体系。差异卸荷回弹：岩体中各组成单元力学性能的差别、应力史的不同以及岩体结构上的原因，都可以引起差异卸荷回弹，并在岩体中产生可导致张性破裂的残余应力。3.14格里菲斯强度准则：格里菲斯认为脆性材料内部存在许多呈扁椭圆状的细微裂纹，物体受力后，裂纹尖端产生应力集中，当最大拉应
12、力达到拉伸强度极限时，物体即发生断裂破坏，据此提出的判别材料（如岩石）脆性破坏的准则。4.1活断层：目前还在持续活动的断层，或在历史时期或近期地质时期活动过、极可能在不远的将来重新活动的断层。活断层：輓近地质时期有过活动，或目前正在活动，或具有潜在活动性的断层。4.2潜在活断层：在历史时期或近期地质时期活动过、极可能在不远的将来重新活动的断层。4.3蠕滑（稳滑）：断层持续不断缓慢蠕动的称为蠕滑或稳滑。4.4粘滑：断层间断地、周期性突然错断的为粘滑。4.5错动速率：以一定时间段内的平均错动距离表示。4.6错动周期：两次突然错断之间的时间间隔。5.1地震震级:地震本身能量的大小。它是距震中100k
13、m的标准地震仪（周期0.8s，阻尼比0.8，放大倍率2800倍）所记录的以微米表示的最大振幅A的对数值，即M=lgA.5.2地震烈度:是地震时一定地点的地面振动强弱的尺度，是指该地点范围内的平均水平而言。5.3地震基本烈度：在今后一个时期内（一半取100年）在一定地点的一般场地条件下可能遭遇的最大烈度。5.4震源机制：研究多个地震台的地震谱，可以确定出地震发生的物理过程或震源物理过程，一半称为震源机制。5.5震源参数：根据地震记录图，按弹性变位理论进行复杂计算，可以求出限定震源物理过程的多个物理量，统称为震源参数。5.6震源机制断层面解：震源断层产生突然错动时，对断层的每一盘来说，断层错动的前
14、进方向都会受到压缩，而相反的一个方向就受到拉伸，于是就呈现象限分布，这种象限型初动推拉分布是由于震源断层错动这种物理过程所造成的。这样求得的结果称为震源机制断层面解。5.7地基土的卓越周期：表层沉积能对基岩传来的地震波起选择放大作用，某些周期的地震波在表土层中多次反射叠加而增强，这样就会使表层振动中这类周期的波多而长，这就是该表层土的卓越周期，也就是它的自振周期。5.8震源:弹性波的地下发源地。5.9震中：震源在地面上的投影。5.106震源深度：震中到震源的距离。5.11地震波：地震时震源释放的应变能以弹性波的形式向四面八方传播，这种弹性波就是地震波。它包括两种在介质内部传播的体波，即纵波和横
15、波。5.12纵波：是由震源传出的压缩波，质点振动与波前进方向一致，一疏一密向前推进，它周期短、振幅小。也叫P波（primary wave）。5.13横波：是震源向外传播的剪切波，质点振动方向与波前进方向垂直，传播时介质体积不变但形状改变，周期较长，振幅较大。也叫S波(secondary wave)。5.14面波：是体波到达地表后激发的次声波，限于在地面运动，向地面以下迅速消失。它包括瑞利波和勒夫波两种。5.15瑞利波（R）：质点在平行于波传播方向的垂直平面内做椭圆运动，长轴垂直地面，它与P波的辐射有关。5.16勒夫波（Q）：质点在地面上做蛇形运动，质点在水平面内垂直于波前进方向做水平运动。5.
16、17构造地震：由地壳运动引起的地震。地壳运动使组成地壳的岩层发生倾斜、褶皱、断裂、错动以及大规模岩浆活动等，在此过程中因应力释放、断层错动而造成地壳震动。构造地震约占地震总数的90%。6.1水库诱发地震：在一定条件下，修建水库引起当地出现异常的地震活动。7.1砂土液化：粒间无内聚力的松散砂体，主要靠粒间摩擦力维持本身的稳定性和承受外力。当受到振动时，粒间剪力使砂粒间产生滑移，改变排列状态。如果砂土原处于非紧密排列状态，就会有变为紧密排列状态的趋势；如果砂的孔隙是饱水的，要变密实就需要从孔隙中排出一部分水，如砂粒很细则整个砂体渗透性不良，瞬时振动变形需要从孔隙中排除的水来不及排出于砂体之外，结果必然使砂体中空隙水压力上升，砂粒之间的有效正应力就随之而降低，当空隙水压力上升到使砂粒
