工程地质分析原理

1/6《工程地质分析原理》复习资料一、名词解释【工程地质条件】指的是与工程建筑有关的地质条件的总和。包括地形地貌、岩石与土的类型及其工程地质性质、地质构造、水文地质条件、物理地质作用及天然建筑材料等方面。【工程地质问题】工程建筑与工程地质条件（地质环境）相互作用、相互制约所引起的、对建筑本身的顺利施工和正常运行，对建筑的安全或对周围环境可能产生影响的地质问题，称为工程地质问题。【工程地质任务】研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约，以便合理开发和有效保护地质环境，防治可能发生的地质灾害。【天然斜坡】在一定的地质环境中，在各种地质营力作用下形成和演化的自然历史过程的产物，未经人为扰动。【人工边坡】人类为某种工程、经济目的而开挖的，往往是在自然斜坡的基础上形成的，具有规则的几何形态。【粘滑】活断层出现的间断地、周期性的突然错动现象称为粘滑。【地震效应】在地震作用影响所及的范围内，于地面出现的各种震害或破坏，称之为地震效应。【地基效应】地基效应指的是地震使松软土体出现压密下沉、砂土液化、淤泥塑流变形等，从而导致地基失效，使上部建筑物破坏的效应。【全迹长】裂隙的两个端点在测网上、下界测线位置以内，裂隙的可见迹长称为全迹长。【半迹长】裂隙的一端延伸出测网的顶、底界外，而另一端在测网内出现，且与中线相交时，裂隙在中测线上的交点与裂隙在洞壁上的端点之间的距离称为裂隙的半迹长。【截（断）半迹长】裂隙在中测线的交点至裂隙与测网顶、底界交点之间的距离定义为裂隙的截半迹长。【泥石流】泥石流又称山洪泥流，是发生在山区的一种含有大量泥砂、碎石块的暂时性急水流。【拱坝】是指一种在平面上向上游弯曲，呈曲线形、能把一部分水平荷载传给两岸的挡水建筑，是一个空间壳体结构。【重力坝】重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。【地震烈度】地震时一定地点的地面震动强度的尺度，是指该地点范围内的平均水平而言。【潜蚀】当渗流力达到一定值时，土中的某些颗粒就会被渗透水流携带和搬运，这种地下水的侵蚀作用称为潜蚀。【渗透变形】当渗透力达到一定值时，岩土中一些颗粒、甚至整体就发生移动，从而引起岩土体结构变松，强度变低的变形和破坏现象称为渗透变形。【扬压力】建筑学术语，指建筑物及其地基内的渗水，对某一水平计算截面的浮托力与渗透压力之和。二、填空题2/61.岩体结构是建造和改造两方面的综合产物。2.活断层具有两种基本活动方式，即粘滑或蠕滑（稳滑），其主要活动方式为粘滑。3.逆断层上升盘因离地表较近，因此在活动时更易产生牵引褶皱和弯曲褶皱等地面变形破坏。4.斜坡变形表现为卸荷回弹和蠕变两种主要方式。5.斜坡失稳的基本方式为崩塌、滑坡和扩离。6.工程地质学基本研究方法有数学力学分析法、自然历史分析法、模型模拟实验法、工程地质类比法。7.横弯曲、上隆力、横向力8.斜坡变形破坏的防治原则为以防为主、及时处理、合理制定整治方案。9.随坡脚变陡，坡面附近张力带范围随之扩大和增强。10.岩石坝基的滑动破坏形式分为表面滑动、浅部滑动、深部滑动。11.斜坡变形的基本方式为拉裂、蠕滑和弯曲倾倒；滑坡按照滑坡动力学特征可分为混合式滑坡、推动式滑坡、牵引式滑坡以及平移式滑坡。12.确定中国版图内某一点最大主应力方向的方法为将该点与巴基斯坦的伊斯兰堡以及西藏的察隅分别连线，交角平分线方向即为该点最大主应力方向。13.岩体破坏机制分为剪切破坏和张性破坏。14.岩体工程应用分类一般考虑岩体结构特征、岩体所处环境分析、岩体力学特征等三个指标。15.人类工程地质活动中可能遇到的工程地质问题有区域稳定性问题、岩体稳定性问题、与地下水渗流有关的工程地质问题以及与侵蚀淤积有关的工程地质问题等四个方面。16.纵弯曲、轴向力对应关系如何17.长期强度是使蠕变类型由趋稳蠕变类型转变为典型蠕变类型的临界应力。18.碎裂结构可细分为碎裂状结构、镶嵌碎裂结构，这两方面的结构较发育，岩体勘合紧密，间距30—10cm。19.管涌定义为坝身或坝基内的土壤颗粒被渗流带走的现象。三、选择题1.岩体质量分类代表性方案。考虑了开挖性和开挖后围岩支撑能力等，选择宾尼亚斯基RMR分类、巴顿Q系统分类和谷德振Z系统分类。2.坡底宽度与坡脚应力状态的关系。W＜0.8H时，坡脚最大剪应力随底宽缩小而急剧增高，W＞0.8H时，保持为一常数。3.正方形地下硐室的角点曲率半径，其对应的应力集中情况。最大拉应力产生在最大主应力轴与周边垂直相交的部位。4.我国规定，计算近震（震中距小于1000km）用体波震级ML；计算远震（震中距大于1000km）震级用面波震级Ms。目前震级以面波震级Ms为标准，近震与远震计算公式转化关系为Ms=1.13ML—1.08。5.岩溶发育的基本条件。a.具有一定的孔隙或裂隙系统，为水循环提供通道。b.有适宜的地貌条件和地3/6质结构条件，提供水的补给和排出途径。6.糙面摩擦中剪切力量值范围：σtanΦc＋CτσtanΦc7.岩石变形时间效应介质模型：第一级蠕变为减速蠕变，第二级蠕变为等速蠕变，第三级为加速蠕变。8.潜蚀发生所需土石结构及颗粒成分条件。土的结构愈疏松愈易产生潜蚀，即粒径比n＝d₆₀/d₁₀增大，粗细占D/d₀减小。足够多的粗大颗粒才容易产生潜蚀，n≦10，渗透变形主要形式是流土。n≧20，主要是潜蚀。10n20，二者皆可能。9.地下水运动方式。10.地下硐室洞边应力分布图版解释以及理解：随着向自由隧道周边的接近，径向应力逐渐减小，直到洞壁处为零；切向应力的变化则逐渐增大，至洞壁达最大值，且同一圆周上各点都同等程度地增大。11.坝基滑移控制面确定考虑两种情况：a.坝基内存在有利于滑动的软弱结构面，实际抗滑能力低于基岩接触面，这就是滑移控制面。软弱结构面倾向下游，存在滑移临空条件，将成为滑移控制面。b.另一种是不同方向的裂隙普遍发育，滑移控制面由最大剪应力带的分布所决定。12.土石渗透变形的水动力条件。n为孔隙度，固体颗粒体积为1－n，水的密度为1g/m³，ps为土粒密度，则pf﹦Jcr﹦（ps-1）（1-n）。Jcr为产生潜蚀的临界梯度。13.水库诱发地震的条件。P218-219五、简答题（5小题）1.简述褶皱的不同部位对建筑工程稳定性的不同影响，结合具体工程实际现象分析，并对相关工程地质问题进行评价褶皱核部：由于褶皱核部是岩层受构造应力最为强烈、最为集中的部位，因此在褶皱核部，不论是公路、隧道或桥梁工程，容易遇到工程地质问题，主要是由于岩层破碎产生的岩体稳定问题和向斜核部地下水的问题。褶皱的翼部：主要是单斜构造中倾斜岩层引起的顺层滑坡问题。倾斜岩层作为建筑物地基时，一般无特殊不良的影响，但对于深路堑、高切坡及隧道工程等则有影响。2.请简述反滤层及反滤作用的基本特征反滤层是指在大口井或渗渠进水处铺设的粒径沿水流方向由细到粗的配沙砾层。顺着水流的方向颗粒逐渐增大，任一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙。同一层的颗粒也不能产生相对移动。设置反滤层后渗透水流出时就带不走堤坝体或地基中的土壤，从而可防止管涌和流土的发生。3.简述岩体弹塑性介质发生蠕变的三个阶段，并结合相应模型作解释Ⅰ、初始蠕变阶段(AB段)或称减速蠕变阶段。曲线呈下凹型，应变最初随时间增大较快，但其应变率随时间迅速递减，到B点达到最小值。Ⅱ、等速蠕变阶段(BC段)或称稳定蠕变阶段。曲线呈近似直线，4/6即应变随时间近似等速增加，直到C点。Ⅲ、加速蠕变阶段(CD段)。蠕变加速发展直至岩块破坏(D点)。4.简述滑坡破坏的条件，并指出防治措施和方法A.地质条件与地貌条件：(1)岩土类型：岩土体是产生滑坡的物质基础。(2)地质构造条件：组成斜坡的岩、土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态时，才有可能向下滑动的条件。(3)地形地貌条件：只有处于一定的地貌部位，具备一定坡度的斜坡，才可能发生滑坡。(4)水文地质条件：地下水活动，在滑坡形成中起着主要作用。B.内外营力和人为作用的影响：在现今地壳运动的地区和人类工程活动的频繁地区是滑坡多发区，外界因素和作用，可以使产生滑坡的基本条件发生变化，从而诱发滑坡。常用治理方法：抗滑工程（挡墙、抗滑桩、锚杆、锚索、支撑）、排水工程、削坡减荷、防冲护坡、土质改良、防御绕避等。5.请简述断层中安德森模式与天然应力的关系安德森模式中正断层的三轴应力状态为σ1直立，σ2和σ3水平且σ2与断层走向一致。逆断层的三轴应力状态为σ3直立，σ1和σ3水平，σ2平行断层走向。平移断层的三周应力状态为σ2直立，σ1和σ3水平，σ2垂直走向。6.请简述点源爆破的分带规律爆心一带岩石承受巨大径向压力，并出现巨大压缩使之形成切向压力，岩石遭受挤压剪断破坏，破碎成碎屑。外围区径向压力衰减，径向压缩减小，切向压力降低或消失，产生径向拉裂裂隙，造成环向张裂隙。7.请简述差异性卸荷回弹在颗粒体系中的表现特征（1）材料性能差别造成的差异回弹：紧密相连而材料性质不同的颗粒体系，加荷过程，弹性强的发生纯弹性应变，弹性弱的发生塑形变形。卸荷回弹时，两者膨胀程度不一，分别产生残余压应力和残余拉应力。（2）应力史不同造成的差异回弹：颗粒在被压缩的情况下冲入胶结物。卸荷时，处于压缩状态的颗粒力图膨胀，但受到胶结物的限制，使胶结物转为拉伸状态，一旦被残余拉应力突破，即产生沿颗粒边界与回弹方向近于正交的拉裂面。8.请简述造成坝基岩体不均匀变形的因素和本质特征（1）岩石地基内应力分布的不均匀性。地基内不同部位岩体中附加应力的大小及延展深度各不相同，其变形量也就彼此不等。在岩体个层面交界处产生明显差异沉陷。5/6（2）地基不同地段岩体变形性质差异。一是软硬差别较大的岩层情况下，易产生不均匀沉陷。二是岩体内张裂隙发育不均匀情况下，坝体压力作用下张裂隙发育的一侧压缩变形大于不发育的一侧，造成不均匀沉陷。9.请简述接触碎块转动判据①结构面所夹碎块翻转角小于该面的静摩擦角。②薄层状的岩体中出现与层面正交的剪动带。③通常发生在碎块的原始倾角比较接近倾倒角。④剪切位移的粘滑现象明显，常出现突发性破坏。⑤碎块的边角越多，越趋向于圆球形。10.请简述地下洞室在选址时应遵循的基本原则地形：山形完整，洞室周围包括洞顶及傍山一侧应该有足够的厚度。避免地形条件不良给施工造成困难或使水倒灌进洞室，且避免埋深过大，造成高低应力作用。岩性：以厚层结构且坚硬、完整、力学性能好且风化轻微的岩体为主。最好将洞室置于下盘岩体中。地质构造：选择断裂小规模小及岩体结构简单的地区。洞室轴向与构造带走向45度至60度最佳。11.请简述活断层地区的工程建筑规划原则(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。12.请简述岩溶区水库渗漏的原因，在分析时应抓住的两个关键问题①渗漏通道的分析，即查明通道的类型（洞穴、裂隙、孔隙‘断层破碎带）、规模、位置、延伸方向和连通性，它是水库渗漏的必要条件，其中自水库入渗段至可能渗漏的排泄去之间渗漏通道的规模和连通性，对水库渗漏的影响最大。②水文地质条件的研究，其核心是分析拟建水库的河流和库水位与地下水位的关系，只要河间地块河湾地段的地下水分水岭高于设计水位，即便岩体中渗漏通道规模较大，连通性较好，也不会向邻谷或经河湾地段向本河下游产生永久性渗漏。13.请简述西安市区岩土体与上海市区的岩土体存在的工程地质问题并分析现象不同的本质所在西安市区主要的工程地质问题是地裂缝。其本质是渭河地堑式断陷盆地的扩张导致下部岩体向临空方向扩展失稳。上海市区主要的工程地质问题是建筑物的不规则沉降。本质是其下部为土质极差的淤泥质粘土层，地基承载力低，压缩变形大。6/614.请简述压应力条件下产生的裂缝在压应力撤销后扩展机理在压应力作用下，裂缝端部发生压应力集中，使端部岩石塑性变形或压碎，应力集中部位想内部转移。这样，压应了撤销后裂缝端