工程地质原理

河海大学工程地质原理阿曾整理1工程地质复习资料（根据老师课件整理的，由于资源和时间有限，整理的难免有漏缺或者错误，有异议的部分请以老师讲的为准）绪论1、工程地质学：是研究人类工程活动与地质环境相互作用和相互影响的一门地质科学。工程活动：工程荷载、工程开挖、工程降排水、改变边界条件地质环境：工程地质条件、区域地质条件、构造活动性2、工程地质条件：与工程建设有关的地质条件之综合，包括：①地形地貌、②地层岩性、③地质构造、④水文地质条件、⑤物理地质现象、⑥天然建筑材料、⑦岩土体物理力学性质、⑧物理地质环境。3、工程地质学的研究方法：①以地学学科的理论为基础，应用数学、力学的知识与成果以及工程学科的技术与方法来解决与工程规划、设计、施工和运营有关的地质问题。②自然历史分析法、工程地质力学模型试验、数值模拟分析法、室内及原位试验、现场原型观测。4、工程地质学的基本任务：①评价场地的工程地质条件；②预测分析工程地质条件的变化和工程地质问题；③选择最佳场地，提出工程对策（因工程、因问题、因条件、因目的而异）；④提出各设计阶段所需的地质资料，服务于工程建设全过程。第一章岩土体的工程地质研究1、岩体的工程地质特征：⑴岩体是复杂的地质体①形成过程复杂：地质历史的产物，经历多期构造运动；②组成复杂：岩性、风化状态的多样性；③结构复杂：存在大量各种成因的结构面；④处于复杂的、变化的地质环境中。⑵岩体的强度主要取决于结构面的强度；⑶岩体的变形主要取决结构面的闭合、压缩、张裂和剪切滑移，岩体的破坏形式主要取决结构面的组合形式；⑷岩体中存在复杂的天然应力场、温度场和渗流场。2、结构面：地质历史时期在岩土体中形成的、具有一定方向、延伸长、厚度薄、物理力学性质差的各种地质界面，包括物质分异面、不连续面和软弱夹层。不同成因的结构面的自然特性、力学性质、工程性质不同。3、结构面的成因类型：⑴原生结构面定义：在成岩过程中形成的地质界面，属物质分异面。包括:①沉积结构面；②火成结构面；③变质结构面⑵构造结构面定义：在构造应力作用下形成的破裂面或破碎带，属不连续面。包括:①断层；②节理、裂隙；③层间错动带；④劈理⑶次生结构面定义：在地表条件下，由外动力地质作用所形成的结构面。包括:①风化裂隙；②卸荷裂隙4、结构面的自然特性及定量描述方法：⑴方位（产状）：结构面在空间的分布状态，用倾向、倾角表示。河海大学工程地质原理阿曾整理2⑵间距：相邻结构面之间的垂直距离。①密度Ks:沿测线方向单位长度上结构面或裂隙的条数.(s为结构面平均间距)sKs1②面裂隙率Ka:单位测量面积中裂隙面积所占的百分率.%100)(所测量的岩体面积之和宽长各裂隙面积aK③体积裂隙率Kv:单位测量岩体中裂隙体积所占的百分率.%100)(所测量的岩体体积之和厚宽长各裂隙体积vK④单位体积裂隙数Jv:单位岩体体积内通过的总裂隙数.skSSSvKJn11121sksnssvKKKKJ21⑶延续性：表征结构面的展布范围和延伸长度。很差差中等好的很好的延伸长度(m)11~33~1010~3030⑷粗糙度：指结构面侧壁的粗糙程度，用起伏度和起伏差表示。形态:台阶形;波浪形;平直形剖面类型:粗糙的;平坦的;光滑的⑸侧壁强度⑹张开度：指结构面相邻岩壁间的垂直距离，用插尺测定。⑺充填物：指充填于结构面相邻岩壁间的物质。①机械充填（砂、粘土、粉土、角砾等）；②胶结充填（方解石、石英、石膏）；③敷膜式充填（钙膜、泥膜、铁锰渲染）充填物厚度(t)与起伏差(h)之必:th:填充物决定结构面力学性质；th:侧壁特征决定结构面力学性质。⑻渗流；⑼节理组数；⑽块体大小；⑾岩石质量指标RQD:用直径为75mm的金刚石钻头和双管单动直径岩芯管在岩石中钻进，连续取直径为54mm的岩芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺之比的百分数，表征岩体的节理、裂隙等发育程度的指标。⑿岩体完整性系数：2prpmvVVK；⒀岩体波速比：prpmVVK；⒁结构面强度系数。5、结构面的强度：⑴无充填结构面的强度取决于起伏形态、粗糙度和凸起体强度。⑵有充填结构面的强度取决于充填物的成分（尤其是粒度成分）和厚度。结构面的抗剪强度随着充填物的厚度增加而迅速降低，填充物的厚度t与起伏差h之比称为充填度。现行规范对软弱夹层的分类和抗剪强度取：夹层类型全泥型泥夹碎屑型碎屑夹泥型碎屑型无充填粘力含量（%）≥3010-3010＜少或无无河海大学工程地质原理阿曾整理36、岩体按结构类型分类：整体状结构、块体状结构、层状结构、碎裂状结构、散体状结构。7、岩体基本质量（BQ):岩体所固有的、影响工程岩体稳定的最基本属性，由岩石坚硬程度和岩体完整程度所决定。岩石（体）工程（Rockengineering)：以岩体为工程建筑物地基或环境，并对岩体进行开挖或加固的工程，包括地下工程和地面工程。工程岩体（Engineeringrockmass)：岩石工程影响范围内的岩体，包括地下工程围岩、边坡岩体、坝基和工业与民用建筑地基。8、土的工程分类：作为建筑地基的岩土体，可分为：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等。(1)碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50％的土。可进一步分为：漂石和块石（＞200mm的＞50%）、卵石和碎石（＞20mm的＞50%）、圆粒和角粒（＞2mm的＞50%）。密实度据Ｎ63.5（重型动探）分为：密实（Ｎ63.5＞30）、中密（15＜Ｎ63.5≤30）、稍密（Ｎ63.5≤15）(2)砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50％，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50％的土（老规范：PI不大于3）。可进一步分为：砾砂（＞2mm,25～50%）粗砂（＞0.5mm,＞50%）中砂（＞0.25mm,＞50%）细砂（＞0.25mm,＞85%，老规范：＞0.1mm,＞75%）粉砂（＞0.075mm,＞50%，老规范：＞0.1mm,≯75%）。密实度据Ｎ63.5（标贯）分为：密实（Ｎ63.5＞30）；中密（15＜Ｎ63.5≤30）；稍密（10＜Ｎ63.5≤15）；松散（Ｎ63.5≤10）(3)粘性土：PI＞10的土。据PI可进一步分为：粘土（＞17）；粉质粘土（10＜PI≤17）。南京地区增加：重粉质粘土（13＜PI≤17）。老规范：按工程地质特征分：老粘土（Ｑ3以前）、一般粘土（Ｑ4）、淤泥和淤泥质土（与新规范相同）、红粘土（与新规范不同）老规范：据Ip分为：粘土（＞17）、亚粘土（10＜PI≤17）、轻亚粘土（3＜PI≤10）（相当于粉土）粘性土的状态可按LI分为：坚硬（LI≤0）；硬塑（0＜LI≤0.25）；可塑（0.25＜LI≤0.75）；软塑（0.75＜LI≤1）；流塑（LI＞1）。(4)粉土：PI≤10的土，其性质介于砂土和粘性土之间。(5)淤泥：在静水或缓慢流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，天然含水量ω＞L，河海大学工程地质原理阿曾整理4e0≥1.5的粘性土。9、红粘土：碳酸盐岩系的岩石经红土化作用（气候变化大，年降雨量大于蒸发量，气候潮湿，物理、化学风化强烈）形成的高塑性粘土，其L＞50。经搬运后仍保留红粘土的基本特征，L＞45的土为次生红粘土。主要为残坡积，所以多分布在山区、丘陵地带，区域性强。10、红粘土的基本特性：⑴PLS、、、、r0e均很高，但具有较高的力学强度和较低的压缩性，而且上硬（一般占土层厚度的75%以上）下软；⑵各种指标变化幅度很大；⑶颗粒很细：＜0.005mm的粘粒占60%~80%，其中＜0.002mm的胶粒占40%~70%，所以，具有高分散性、透水性微弱，地下水多为裂隙性潜水和上层滞水；⑷具有明显的收缩性，天然状态膨胀性微小，有些地区具有一定的膨胀性，如广西桂林、贵州贵阳；⑸裂隙发育：在坚硬和硬塑状态的红粘土由于收缩作用形成了大量裂隙，深度一般为3m~4m，也可见6m以上的，裂隙面光滑，有的带擦痕，有的被铁锰渲染，裂隙形成和发展的速度极快，开挖面数日可支离破碎；⑹厚度变化大。但总的厚度有限：贵州3~6m，很少大于10m，云南7~8m,个别达10~20m。补充1、细粒土工程性质取决于含水量；粗粒土工程性质取决于土的级配。2、层面：不同年代地层的分界面（可用来划分地层）；层理面：同一地层不同岩层的分界面。3、结构面按规模一般可分为五级。Ⅰ级结构面：延伸几km~几十km以上，破碎带宽度几十m以上的大断层，对区域构造起控制作用。Ⅱ级结构面：延伸几百m~几km，破碎带宽度几m~几十mm的断层、层间错动带、接触带、风化夹层等，对山体稳定起控制作用。Ⅲ级结构面：延伸几百m的断层、接触带、风化夹层等，宽度小于1m，对岩体稳定起控制作用。Ⅳ级结构面：延伸在几十m范围内的节理、裂隙，未错动、不夹泥，影响岩体质量。Ⅴ级结构面：延伸差，无厚度，随机分布的隐裂隙等细小结构面，影响岩石质量。第二章软弱岩石的工程地质研究1、据Rc的分类:坚硬岩石：Rc＞60MPa；半（次）坚硬岩：30～60MPa；软弱岩石：＜30MPa软弱岩石据成因对软弱岩石的分类：①软质岩（原生型，即通常所指的软岩）：粘粒含量高、胶结差、片理发育，常见的软质岩：粘土岩、泥岩、页岩、泥灰岩；凝灰岩；千枚岩、片岩②构造岩或破碎岩（构造型）：机械破碎、热动力变质作用（重结晶及变质矿物）。常见的构造岩：断层破碎带、侵入接触带。③风化岩（次生型，组成变差、结构疏松）：物理风化、化学风化、生物风化河海大学工程地质原理阿曾整理52、软岩的工程地质特征：①粘粒含量高或胶结差、结构疏松；②强度低:承载能力差;尤其f、c值低,易出现岩体滑动.③变形模量小:易产生较大的沉陷或不均匀变形,导致建筑物失稳.④水理性质差:遇水易软化,崩解；含水量变化时易出现明显得膨胀或收缩;长期高水头作用下；可能出现管涌或潜蚀现象。⑤流变效应明显，长期强度低。岩体强度随时间降低,影响长期稳定性.。3、软弱夹层：由力学强度明显低于周围岩石强度的软弱介质充填、具有泥质和炭质含量高、遇水易软化、延伸长、厚度薄、物理力学性质差等特点的结构面。泥化夹层：岩体中受物理化学作用影响，其原状结构发生显著变异且含有大量粘粒的软弱夹层。4、软弱夹层按成因可分为：原生型、次生型、构造型。5、泥化夹层形成的基本条件:（1）软弱岩层是形成泥化夹层的物质基础：提供泥质和炭质矿物；（2）构造破坏是形成泥化夹层的主导因素：层间错动对软弱岩层的研磨作用；裂隙化破坏了硬岩对软岩的保护作用；（3）地下水和风化作用是形成泥化夹层的必要条件：地下水的浸泡、软化、泥化、溶解和崩解作用；风化的机械破坏和化学作用。6、泥化夹层的基本特性①具有明显的错动面和分带性（裂隙带、劈理带、糜棱岩带、泥化带）；②矿物成分以粘土矿物为主；③粒度成分以粘粒和粉粒为主；④化学成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主(含量比母岩高），次为CaO、MgO、Na2O、K2O等(含量比母岩低）；⑤水理性质:具有明显的膨胀性.尤以蒙脱石为主时，膨胀量可达8%；渗流层状分带性以及集中渗流.⑥物理力学性质差，具有“三高”（高含水量、高崩解性、高分散性）“三低”（低重度、低强度、低模量）的特点；⑦在长期渗水作用下:化学成分发生变化:溶解（盐类、游离氧化物）、溶蚀（CaCO3）、胶溶（SiO2）、阳离子交换（如Na+、K+与Ca+、Mg+）、氧化还原反应等；渗透稳定性恶化：机械管涌、爆发式挤出破坏;抗剪强度降低.⑧具有流变性，宜取长期强度或残余强度（约为峰值强度的70~80%）。2、风化的定义：地表以及接近地表的岩石或矿物，由于温度变化、大气、水溶液和生物的作用，在原地所发生的一系列物理化学变化。8、影响风化的因素：岩性、地质构造、气候、地貌、地下水等。⑴岩石的成分与结构：影响风化的速度、程度和风化岩特性。主要看：①生成条件与风化条件的差异；②颜色；③化学活动性；④均匀性。⑵地质构造：影响完整性→空隙率→增大岩石与地下水等风化因素的接触面积→促使风化向内部和纵深发展。⑶气候：决定气温