工程地质讲义.

地貌学：是研究地球表面起伏形态及其发生、发展和分布规律的科学。1、地貌单元的分类1.1、构造剥蚀地貌高山：高度大于3500米，以构造作用为主，具有强烈的冰川刨蚀切割作用。①山地：中山：高度1000-3500米，具有强烈剥蚀切割作用和部分冰川刨蚀作用低山：高度500-1000米，具有强烈剥蚀切割作用和部分冰川刨蚀作用②丘陵：高度小于500m，丘陵地区一般基岩埋深较浅，顶部常常直接裸露，风化现象严重。③剥蚀残丘：在长期的构造剥蚀中，大多数低山被夷平成为准平原，个别地段形成比较坚硬的残丘。成为剥蚀残丘。1.2、山麓斜坡堆积地貌洪积扇：洪流搬运的碎屑物质在山口处堆积，形成扇形的的堆积体。坡积裙：是由于山坡上的面流将碎屑物质冲积到山麓下，并围绕着坡分类脚形成的裙状堆积地貌。堆积物颗粒大小不均，分选性差。山前平原：暂时性水流在山前堆积了大量洪积物，洪积物与山坡面流所携带的堆积物在一起，形成广阔的山前倾斜平原。1.3、河流侵蚀堆积地貌形态：河床：谷底部分河水经常流动的地方称为河床河漫滩：分类阶地：河间地块：牛轭湖：1.4河流堆积地貌形态：①冲积平原：是由大河流中下游发生大量堆积形成，岩体埋藏一般很深，堆积巨厚的第四纪沉积物。以细颗粒为主，地下水位较浅。②河口三角洲：河流在入海或入湖的地方堆积形成了大量碎屑物，形成了一个三角形地段，叫河口三角洲。由于河口三角洲是河流的最末端，流速几乎为零，常常有细小的颗粒沉积下来，此处地下水位较浅，常有较厚的淤泥分布，承载力较低，为软土地基。1.5、海成地貌形态①、海岸：海岸是陆地与海洋的边界。根据地貌形态分为：海岸悬崖——直立突出的海岸；崖麓——海岸悬崖的下面部分；海滩——平行于海岸线而伸展的平缓地形。冲蚀阶地：由海浪的冲蚀作用及海岸的上升作用形成。②、海岸阶地堆积阶地：由海水的堆积作用及海岸的上升作用形成。常有软土及淤泥分布。③、海岸平原：是新的沙堤沿海岸线的下降而扩展形成的。地形平坦，缓缓倾向大海。1.6岩溶（卡斯特）地貌形态①岩溶盆地:是大型的溶蚀洼地，一种漏斗状或盆地的凹地。特点：底部比较平坦，常有软土及淤泥分布。发育有落水洞、竖井、漏斗、溶洞、暗河。②峰林地形：岩溶盆地的边缘进一步受到溶蚀破坏，使连续的石灰岩悬崖进一步切割分离，形成柱形或锥形陡峻的石峰，从而形成峰林地形。峰林地区的地面常常崎岖不平，发育有石芽、落水洞、竖井、溶洞、暗河等。③石芽残丘：石芽分布在石灰岩裸露的地面上，形成石崖残丘。石芽之间溶沟底部的红粘土，一般含水量较大，土质较软。④溶蚀准平原：岩溶盆地经过长期的溶蚀破坏，形成比较开阔的平原，叫溶蚀准平原。1.7风成地貌其地貌类型分为：石漠：是地表没有沉积物，主要由巨砾和裸露的基岩组成的地区，也成戈壁滩。沙漠：是风积的细沙广泛分布的地区，面积广阔。泥漠：是沙漠中的粘土被雨水搬运到低洼地段堆积起来形成泥漠。风蚀盆地：沙丘：1.8冰川地貌1、地质构造定义：所谓地质构造是指组成地壳的岩层和岩体在内、外动力地质作用下发生的变形变位，从而形成诸如褶皱、节理、断层、劈理以及其他各种面状和线状的几何体，或残留下的形迹。1.1褶皱岩体受力挤压，弯曲变形形成褶皱，分为两种即向斜和背斜。①向斜：两侧的岩层倾向相向，中部新，两侧老。②背斜：两侧的岩层倾向相背，中部老，两侧新。几种向斜、背斜图片1.2裂隙（或节理）岩石中的断裂，沿断裂面没有或有很小的位移，称为裂隙或节理。1.3断层岩石沿断裂面发生明显的位移，称为断层。断层的基本要素有上盘和下盘。①正断层：是指下盘向上，上盘相对下降的断层。②逆断层：是指下盘下降，上盘相对上升的断层。③平移断层：其两盘顺断层面走向相对位移，无上下垂直移动1岩石的分类1.1岩石按成因分类1.1.1岩浆岩：岩浆在向地表的运移过程中，因冷却作用而形成的岩石。代表性岩石如花岗岩。1.1.2沉积岩：是由岩石、矿物在内、外力作用下破碎成碎屑物质后经过水流风吹等作用的搬运，堆积后再经过胶结、压密作用后而形成的岩石。代表性岩石如砂岩。1.1.3变质岩：是岩浆岩或沉积岩经过高温高压作用而形成的岩石。代表性岩石如片麻岩。1.2、岩石按坚硬程度的定性分类1.3岩石的坚硬程度按饱和单轴抗压强度分类注：1、当无法取得单轴抗压强度时，可用点荷载试验强度换算，换算方法按现行的国家标准（工程岩体分级）执行。2、当岩体完整程度为极破碎时，可不进行坚硬程度的分类。坚硬程度坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩饱和单轴抗压强度（Mpa）fr＞6060≥fr＞3030≥fr＞1515≥fr＞5≤51.4、岩体的完整程度分类1.5岩体的基本质量等级1.6岩石的风化程度分类1.7岩体按岩石的质量指标分类1.8岩石的结构和构造岩石的结构：岩石中的矿物的结晶程度，颗粒大小，和形状以及彼此间的组合方式叫结构。岩石的构造：岩石中矿物集合体之间或集合体和岩石其他组成部分之间的排列方式以及填充方式叫构造。岩体分类RQD（%）好＞90较好75～90较差50～75差25～50极差＜252土的分类2.1按地质成因分类土按地质成因可分为：①残积土、②坡积土、③洪积土、④冲积土、⑤淤积土、⑥冰积土、⑦风积土等类型。2.2按沉积时代分类①老沉积土：第四纪晚更新世及其以前沉积的土，一般具有较高的强度和较低的压缩性。②新近沉积土：第四纪全新世中近期沉积的土，一般为欠固结的，强度较低。2.3按颗粒级配及塑性指数分类土按颗粒级配及塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土、粘性土。2.3.1碎石土粒径大于2mm颗粒质量超过总质量50%的土。2.3.2砂土为粒径大于2mm颗粒质量不超过总质量的50%，粒径大于0.075颗粒质量超过总质量的50%的土。2.3.3粉土为粒径大于0.075的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数等于或小于10的土。2.3.4粘性土为塑性指数大于10的土。2.4按工程特性分类按工程特性分为：①湿陷性土、②红粘土、③软土、④冻土、⑤膨胀土、⑥盐渍土、⑦混合土、⑧填土、⑨污染土2.5按有机质含量分类3、土的野外鉴别特征3.1碎石土的密实度野外鉴别3.2砂土3.3粘性土、粉土的野外鉴别鉴别方法粘土粉质粘土粉土湿润时用刀切切面非常光滑，刀刃有黏腻的阻力稍有光滑面，切面规则无光滑面，切面粗糙用手捻摸时的感觉湿土用手捻摸时有滑腻感，当水分较大时极易沾手，感觉不到有颗粒的存在。仔细捻摸能感觉到有少量的细颗粒存在，稍有滑腻感。感觉到有颗粒存在，或感觉粗糙，有轻微的粘滞感或无粘滞感。湿土搓条情况能搓成小于1mm的条，长度不小于手掌宽。能搓成1-3mm的土条。不能搓成小于3mm的土条，仅能搓成土球。4、用原位测试指标判断碎石土、砂土的密实度4.1碎石土4.1.1用重型圆锥动力触探（N63.5）判断注：本表适用于粒径小于或等于50mm，且最大粒径小于100mm的碎石土，对于平均粒径大于50mm，或最大粒径大于100mm的碎石土可用超重型动力触探鉴别。表中击数为根据《岩土工程勘察规范》附录B修正后的击数。重型动力触探锤击数N63.5密实度重型动力触探锤击数N63.5密实度N63.5≤5松散10＜N63.5≤20中密5＜N63.5≤10稍密N63.5＞20密实4.1.2用超重型圆锥动力触探（N120）判断4.2用标贯试验判断砂土的密实度超重型动力触探锤击数N120密实度超重型动力触探锤击数N120密实度N120≤3松散11＜N120≤14密实3＜N120≤6稍密N120＞14很密6＜N120≤11中密标准贯入锤击数密实度标准贯入锤击数密实度N≤10松散15＜N≤30中密10＜N≤15稍密N＞30密实5、用室内试验指标判断粉土、粘性土的性质5.1粉土的密实度及含水量粉土的密实度根据土的孔隙比划分为密实、中密、稍密；其湿度应根据其含水量划分为稍湿、湿、很湿。粉土密实度分类粉土湿度分类孔隙比密实度e＜0.75密实0.75≤e≤0.90中密e＞0.90稍密含水量湿度w＜20稍湿20≤w≤30湿W＞30很湿6、粘性土的状态划分粘性土的状态应根据液性指数IL划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。粘性土状态分类7、目力鉴别粉土和粘性土的部分特性液性指数状态液性指数状态IL≤0坚硬0.75＜IL≤1软塑0＜IL≤0.25硬塑IL＞1流塑0.25＜IL≤0.75可塑鉴别项目摇振反应光泽反应干强度韧性粉土迅速、中等无光泽反应低低粘性土无有光泽、稍有光泽高、中等高、中等8、各类岩土的野外描述内容1.岩石1.1饱和单轴抗压强度是在单向受压条件下，岩石试件破坏时的单位面积上的极限压应力值，以R表示，单位为MPa。R=F/A，式中：F为试件压破时的总压力（牛）；A为试件面积（mm2）。工程上常用的抗压强度指标有干燥抗压强度、饱和抗压强度、冻结后抗压强度等。1.2单轴抗拉强度2、土的物理性质指标2.1土的三相组成在计算土的物理性质指标时，通常认为土是由空气、水、土颗粒三相组成。Va-空气体积，Vw-水的体积，空隙体积Vv=Va+VwVs——土粒体积，V——总体积，V=Vv+Vs以质量计：ma——空气质量，为0，mw——水的质量，ms——土粒质量，m——总质量，m=mw+ms2.2土的物理指标指标名称符号单位物理意义含水量w%土中水的质量与土粒质量之比质量密度ρg/cm3土的总质量与其体积之比，即单位体积的质量重度γkN/m3土所受的重力与土的总体积之比干密度ρdg/cm3土粒的质量与土的总体积之比孔隙比e——土中孔隙的体积与土粒体积之比孔隙率n%土中孔隙的体积与土的总体积之比饱和度sr%土中水的体积与土中孔隙的体积之比液限wL%土由可塑状态过渡到流动状态的界限含水量塑限WP%土由可塑状态过渡到半固结状态时的界限含水量塑性指数Ip土层可塑状态时含水量的变化范围，代表土的可塑程度液性指数IL土抵抗外力的量度，值越大，抵抗外力的能力越小3、土的力学性质指标3.1压缩性物理意义：土的压缩性，是土体在荷载的作用下产生变形,体积缩小的特性。在室内试验而言，即土在荷载的作用下孔隙体积逐渐变小。通过室内压缩试验，能够测出土的压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、固结系数、先期固结压力、压缩指数、回弹指数等指标。①压缩系数：e_P曲线中某一压力区段的割线斜率称为压缩系数。即a=tanβ=通常采用压力p=100kPa增加到200kPa时所得的压缩系数a1-2来判断土的压缩性，压缩系数越大表明土的压缩性越高。pipPi+1ei+1eie1221ppeepemn②压缩指数e-lgp曲线的后端接近直线，它的斜率CC称为土的压缩指数。与压缩系数一样，其数值越大，压缩性越高。e对数坐标）(p1e2e1p2p0e1221lgp-lgpe-ecc斜率③先期固结压力Pc定义：天然土层在沉积历史上最大的固结压力称为先期固结压力,用Pc表示。对地表下某一深度z处的土层，上覆土重产生的压力为P=a）当Pc＞P时为超固结土b）Pc=P时为正常固结土c）Pc＜P时，为欠固结土eoDABcP对数坐标）(pErz④压缩模量物理意义：在无侧向膨胀条件下，压缩时垂直压力的增量与垂直应变增量的比值，称为压缩模量。按下式计算通常采用压力Pi=100kPa增加到Pi+1=200kPa时所得压缩模量E1-2来判断土的压缩性。压缩模量越大，说明土的压缩性越小。⑤利用压缩系数a1-2判断土的压缩性通常采用压力p=100kPa增加到200kPa时所得的压缩系数a1-2来判断土的压缩性。当a1-2＜0.1MPa-1时，为低压缩性土当0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1时，为中压缩性当a1-2≥0.5MPa-1MPa-1时，为高压缩性aespEs113.2土的抗剪强度3.2.1物理意义：土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。粘性土：无粘性土：ττPP粘性土无粘性土φφccptantanp3.2.2、抗剪强度指标的试验方法①直接剪切试验将环刀切取的土试样置入剪切盒中进行剪切，通过不同垂直压力下的剪切试验所得的抗剪强度，求取土的粘聚力和内摩擦角。有快剪、固结快剪、慢剪三种形式。