工程地质学课件(地质大学学长推荐)

第一节土的组成，结构及工程分类土的三相组成土的结构图由图可看出土是由固体颗粒、液体、水三部分组成散粒结构紧密结构松散结构团聚结构蜂窝状结构絮装结构非均粒集合体结构土的工程分类碎石土砂土粘性土人工填土岩石土的基本物理指标三相草图扫描1、土中固体颗粒的比重（G）土颗粒的重量与同体积4ºC的蒸馏水的重量比1111)4(4vgCvgCGw）水容重（量固体颗粒的单位体积重2、容重（γ）（1）天然容重天然状态下单位体积土的重量叫做天然容重，简称容重（2）干容重假想土处于无水的二相状态时的单位体积重量（3）饱和容重土中孔隙全为水所充满时的单位体积重量（4）浮容重土体淹没在自由水面以下的有效容重，为土饱和时的单位容重减去水的浮力含水量（ω）土孔隙中所含水的重量与土在温度为100-105ºC下烘至恒重时的重量百分比%10012gg4、孔隙比（e）孔隙比是直接反映土的松密程度的，它是指土孔隙部分的体积与土固体部分的体积比5、孔隙度（n）土孔隙部分的体积与土总体积之比，以百分数表示12vve%1002vve6、饱和度（Sr）土中水分所占体积与全部孔隙体积之比，通常以百分数表示%1002vvSwr第三节土的水理性质12粘性土的膨胀、收缩及崩解性3土的毛细性和透水性1、粘性土的状态和指标粘性土由某一种状态转入另一种状态时的分界含水量称为界限含水量。由流动状态变为可塑状态的含水量叫塑性上限含水量，简称液限(wl)；由可塑状态变为半固状态的分界含水量叫塑性下限含水量，简称塑限(wp)。塑性指数（Ip）：液限与塑限的差值Ip=wl-wp液性指数（Il）：判别粘性土的软硬程度的指标pplIwwI2粘性土的膨胀、收缩及崩解性膨胀性：粘性土由于含水量的增加引起土体体积增大的现象膨胀性指标膨胀率膨胀含水量膨胀力收缩性：含水量减小引起土体体积缩小的现象。3土的毛细性和透水性土的毛细性：水通过土的毛细孔隙受毛细作用向各方向运动的性能。第四节土的力学性质1土的压缩性2土的抗剪性1土的压缩性所谓土的压缩性是指土在外界压力作用下体积缩小的性质。从压缩曲线的形状可看出，随着荷载的增加，曲线逐渐变平。压缩曲线的形状与土的成分、结构、状态以及受压历史等有关。一般说来，原状土样因具有结构连结力，压缩性较小，压缩曲线比较平缓。而扰动土样因结构受到破坏，巳失去了一部分结构连结力，所以压缩性较大，压缩曲线较陡。压缩性指标压缩系数：压缩模量：指土在侧限压缩条件下，在受压方向上的应力σz与相应的应变λz之间的比值变形模量:在无限侧限条件下，应力与相应的应变之间的比值（）tgppeepea1221zzsEzz3、受压历史对土的压缩性影响（1）土的回弹曲线和再压缩曲线由图可见，卸荷回弹曲线bc并不沿压缩曲线ab回升，而要平缓的多。说明土受压缩变形，卸荷回弹，变形不能完全恢复，其中可恢复的部分称为弹性变形，不能恢复的部分称为残余变形。卸荷后重新加荷，则土将再压缩，沿cd段进行，当压力超过卸荷的pi后，再压缩曲线与原始压缩曲线重合。（2）土的抗剪性库仑定律τf-土的抗剪强度σ-正应力φ-土的内摩擦角C-土的粘聚力天然休止角砂土天然堆积塌落后形成的最大土坡坡度角称为天然休止角Ctgf第五节特殊性土的工程地质特征1黄土（了解黄土的分布，一般的特征；重点掌握黄土的黄土在全球分布广泛，欧美，中亚均有分布。黄土的一般特征：黄土一般为褐黄色或灰黄色结构比较疏松，孔隙多粒度成分以粉粒为主黄土的矿物成分，粗粒以石英，长石为主，还有方解石，白云石；细粒组的主要矿物成分为粘土矿物，粘土矿物对黄土湿陷性有显著影响黄土的一般物理力学性质密度较低；塑性较弱；含水量较小；强度较高黄土湿陷性：黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著下沉的现象黄土湿陷性判别hp-保持天然的湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的高度hp‵-上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度h0土样的原始高度δs-黄土湿陷系数．0hhhpps湿陷性黄土又分非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土自重湿陷量的判别hz-保持天然的湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的高度hz’-上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度H0-土样的原始高度δzs-自重湿陷系数．1NN0'hhhzzzs2淤泥软土淤泥软土主要分布在我国沿海地带及平原低地，湖沼洼地区。淤泥软土的特征淤泥软土的粘粒含量相对较高，可达60—70%，也含有一定量的粉粒，矿物成分以水云母的粘土矿物和有机质为常见。淤泥软土具有典型的海绵结构和薄层状构造。天然含水量高具有触变性抗剪强度低淤泥软土的成因与分布一般分为三类：滨海沉积，内陆平原沉积，山地型沉积3红粘土在我国云贵高原，四川东部和两广北部等西南和中南地区分布着一种具有特殊工程地质性质的重粘性土，这种土一般呈褐红，棕红，黄褐等颜色，统称为红粘土。红粘土的工程地质特征：表层与底层状态不一红粘土层厚度变化大具有裂隙红粘土的地基承载力，一般采用经验值4膨胀土膨胀土是一种吸水膨胀，失水收缩，具有较大胀缩变形能力，且变形往复的高塑性粘土膨胀土的工程地质性质高分散性的粘性土结构强度较高，压缩性小，天然含水量较低，土体处于硬塑或坚硬—半坚硬状态在干燥时土质坚硬，易脆裂，具明显的垂直和水平的张开裂隙多分布于盆地的边缘和谷地的较高阶地上，下接湖泊或冲积平原，上邻丘陵山地5盐渍土土内含盐量大于0.5%时，该土称盐渍土6冻土温度等于或低于0°C，并含有固体水（冰）的土，称为冻土。习题：1．名词解释：土的压缩性，土的抗剪性，土的毛细性2．计算：推导孔隙率与孔隙比的关系公式；已知土的容重,含水量,土的比重,推导土的孔隙比,饱和度.第二章岩体的工程地质分析本章重点：岩体与岩石土体的区别岩体的物理性质，水理性质岩体的力学性质岩体中的结构面与岩体结构类型岩体地基的稳定性第一节岩体工程地质的特征1坚硬、半坚硬岩石的工程地质特征坚硬岩石的特征不连续性，不均一性，各向异性具有很高的力学强度抗水性很强岩石的强度，压缩性，均一性，不仅由其成因，岩性和产状决定，而且受裂隙发育程度，风化特征及岩溶作用影响半坚硬岩石的特点由于半坚硬岩石是由坚硬岩石经过地质作用变化而来的，所以坚硬岩石的特征在半坚硬岩石中同样具有，只是力学强度降低，具有流变性2岩体与土体、岩石的区别岩体与土体的差别土体岩体由软土组成由坚硬及半坚硬岩石组成对建筑物的承载能力较差，易于变形分散性弱，不常随物理化学性质改变而变力学强度，抗水性能及整体性较好高度分散性，随物理化学性质改变而迅速改变岩体与岩石的关系岩体=岩石块体+结构面岩体的完整性，均一性都比岩石差岩体的力学强度主要的不是取决于组成它的岩石，而是决定于其中的结构面，当然，岩石的强度对岩体也有一定影响岩体力学强度比岩石低第二节岩石的物理性质1岩石的比重（G）和容重（γ）岩石的比重是岩石的固相重量与固相体积之比岩石的容重是指岩石的单位体积重量2岩石的孔隙性岩石的空隙性是用孔隙率指标来衡量的，孔隙率（n）是指岩石的孔隙体积与岩石全体积V之比n=Vn/V*100%nvnv第三节岩石的水理性质1岩石的吸水性几个水理性质的参数吸水率（Wı）岩石在常压下的吸水能力，其数值为吸收水的重量(gw1)与岩石的干重（gd）之比饱水率(W2)岩石在一定的高压条件下（一般为150个大气压）或在真空条件下吸水的重量(gw2)与岩石干重(gd)之比dwggw11dwggw22饱水系数(ka)吸水率与饱水率的比值，称为岩石的饱水系数2岩石的软化性岩石浸水后，其力学性质显著减低的性能称为岩石的软化性岩石的软化性一般用软化系数（η）来表示。软化系数就是浸水后岩石的抗压强度（Pd´）与浸水前的抗压强度（Pd）之比（软化系数越小，岩石的软化性越高）21wwkaddpp,3岩石的抗冻性岩石抵抗冻融破坏的性能称岩石的抗冻性岩石抗冻性的直接指标：A抗冻系数B重量损失率岩石抗冻性的间接指标；饱水系数4岩石的可溶性岩石在水溶液中被溶解的性能叫可溶性可溶岩石被溶解的方式，可分为直接溶解和扩散溶解岩石的可溶性一般用溶解度表示。溶解度随温度，压力，水溶液中的盐分而变化。第四节岩石的力学性质1岩石的变形从图6。4。6可看出，应力应变曲线过A点，变形包括εP和εe两部分。岩石第一次卸荷后应变的恢复部分称弹性应变。第一次加荷的最大压应力与弹性应变之比称弹性模量Eo岩石第一次卸荷后,应变没有恢复的部分称塑性应变。σ与εP之比称塑性模量EPeioEpiPE岩石第一次加荷的最大压应力σi与其相应的应变εi之比称为岩石的变形模量EcR—岩石的极限抗压强度(Mpa)P—试样破坏时的垂直荷载(N)F—试样受压面积面积(cm2)2岩石的强度抗压强度：岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力，叫做岩石的抗压强度。抗剪强度：岩石受剪力作用时抵抗剪切破坏的最大能力。岩石的抗剪强度可表示为FPR：ctgiicE通常分为3种抗剪切试验和3种抗剪强度A：抗切强度：在没有垂直压应力作用下，岩石剪切时剪破面上的最大剪应力。(a)B：抗剪强度：岩石与岩石间沿某一面的摩擦力。(b)C：抗剪断强度：在一定压力下，岩石剪断时破坏面上的最大剪应力。(c)ctgctg3岩石的强度特性岩石破坏的主要形式有：脆性破坏塑性破坏岩体软弱面的剪切破坏4岩石的流变性岩石的流变性是指在恒定荷载作用下，岩石变形随时间的增长而增长。AB段—流变开始阶段BC段—稳定流变阶段CD段—破坏阶段第五节关于岩体工程地质研究的基本概念1岩体中的结构面与岩体结构类型岩体的稳定性主要取决于：（1）结构面的性质及其空间组合（2）2岩体地基的稳定性A：岩基强度低，在施工使用期间进一步恶化而引起的破坏B：岩基内存有抗剪强度低的结构弱面而引起的破坏3岩体工程地质研究的基本内容（1）区域地质及岩体地质历史的一般研究；（2）岩体结构及工程地质特征的研究；（3）岩体物理力学性质研究；（4）岩体稳定的综合工程地质评价；习题：1名词解释:岩石与岩体的区别,岩体稳定性的决定因素2简述岩石的力学性质岩体工程地质研究的基本内容第三章城市建设(工业与民用建筑)的工程地质分析本章重点：地基强度与变形地基承载力的确定地基改良及加固方法工业与名用民用的工程的地质勘测内容和方法。第一节地基强度与变形问题的分析1地基与基础（了解地基与基础的区别，地基基础的分类）地基：这部分由建筑物荷载引起土体内部应力变化的土层叫地基。基础：位于建筑物的下部，又叫下部结构，是建筑物的一部分。其作用是把整个建筑物的重量和作用在建筑物上的所有荷载传给地基，起着承上传下的作用。地基桩基人工土基基础刚性基础柔性基础深基础浅基础2土的极限平衡理论土体的切应力τ抗剪强度，如果τ=τf，则土体处于极限平衡状态。即经计算，土体的极限平衡条件ctgf)245(2)245(231ctgtg3地基中的应力分布A土层自重应力B地基中的附加应力凡是建筑物荷载在地基中产生的应力，称为附加应力。具体计算详见《土力学》4地基的强度大体上将地基土的应力状态划分为三个阶段123在垂直荷载作用下相应于地基变形的三个阶段，有两个临界荷载，即临塑荷载PKP和PMP—土的容重C—土的粘聚力φ—土的内摩擦角h—砌置深度压密阶段局部剪裂阶段完全破坏阶段2)(ctgtgchpkp32454)1(22)1(mmcmhmmbPMP)245(1tgm5地基的沉降变形建筑物的变形有：（1）竖向变形，即沉降（2）倾斜（3）水平变位一般建筑物只能允许有一定的沉降值。过大的沉降，特别是不均匀沉降会使建筑物上部结构产生附加应力，影响建筑物的安全使用。地基最终沉降量的计算A分层总和法B《规范》法分层总和法假设土层只有垂直单向压缩，侧向不能膨胀的条件。《规范》法是对分层总和法的修正。分层总和法的具体步骤1)绘制地基土层分布剖面图和基础剖面图2)计算地基土的