第一篇

工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)1工程地質(zhì)概述工程地質(zhì)學(xué)介于地質(zhì)學(xué)與工程學(xué)之間的一門(mén)交叉學(xué)科，研究土木工程中的地質(zhì)問(wèn)題，也就是研究在工程建筑設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的實(shí)施過(guò)程中合理地處理和正確的使用自然地質(zhì)條件和改造不良地質(zhì)條件等地質(zhì)問(wèn)題，是為了解決地質(zhì)條件與人類(lèi)工程活動(dòng)之間矛盾的一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科。地質(zhì)作用（GeologicalProcess）在地質(zhì)歷史發(fā)展的過(guò)程中，由自然動(dòng)力引起的地球和地殼物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及地表形態(tài)不斷變化發(fā)展的作用。內(nèi)力地質(zhì)作用由地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能等引起，表現(xiàn)為巖漿活動(dòng)，地殼運(yùn)動(dòng)和變質(zhì)作用。外力地質(zhì)作用由太陽(yáng)輻射能和地球重力勢(shì)能引起，風(fēng)化，剝蝕和搬運(yùn)、沉積。兩種地質(zhì)作用相互聯(lián)系上升——?jiǎng)兾g；下降——沉積。1.1地質(zhì)作用

1.2.2巖石按成因分類(lèi)：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。巖石的主要特征礦物成分結(jié)構(gòu)巖石中礦物顆粒的結(jié)晶程度、大小和形狀及其彼此間的組合方式等特征。構(gòu)造巖石中礦物的排列方式及填充方式。巖石的工程性質(zhì)由巖石的特征決定。金剛石與石墨的區(qū)別。巖漿巖（MagmaticRock）又稱(chēng)火成巖（IgneousRock）由地球內(nèi)部的巖漿侵入地殼或噴出地面冷凝形成。典型花崗巖、玄武巖。沉積巖（SedimentaryRock）又稱(chēng)水成巖（HiydrogenicRock）巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕成碎屑，經(jīng)流水、風(fēng)或冰川搬運(yùn)至低洼處沉積，經(jīng)壓密或化學(xué)作用膠結(jié)成沉積巖。典型石灰?guī)r、礫巖、砂巖。沉積巖組分碎屑礦物、粘土礦物、化學(xué)沉積礦物和有機(jī)質(zhì)及生物殘骸以及膠結(jié)物。膠結(jié)物硅質(zhì)：巖石致密堅(jiān)硬、強(qiáng)度高；鐵質(zhì)：常為紅色或紫紅色，強(qiáng)度較高；鈣質(zhì)：遇冷稀鹽酸起泡，強(qiáng)度中等；泥質(zhì)：巖石質(zhì)地松軟、強(qiáng)度低、易濕軟、易風(fēng)化。沉積巖分類(lèi)參看教材表1.3。變質(zhì)巖（MetamorphicRock）由原來(lái)的巖石在地殼中受到高溫、高壓及化學(xué)成分加入的影響，在固體狀態(tài)下發(fā)生礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造變化后形成的新的巖石。典型大理石巖石的工程性質(zhì)巖石的工程性質(zhì)包括物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，常用一些指標(biāo)表示，參見(jiàn)教材表1.5、表1.6。巖石的工程分類(lèi)依據(jù)：《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）。按巖石的堅(jiān)硬程度分類(lèi)劃分標(biāo)準(zhǔn)：飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值Rc。硬質(zhì)巖石：飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度f(wàn)r≥30MPa，常見(jiàn)：花崗巖、石灰?guī)r、玄武巖。軟質(zhì)巖石：fr＜30MPa，頁(yè)巖、泥巖。Rc（MPa）>6060～3030～1515～5<5堅(jiān)硬程度堅(jiān)硬較堅(jiān)硬較軟軟極軟風(fēng)化作用地殼表層的巖石在太陽(yáng)輻射、大氣、水和生物等風(fēng)化營(yíng)力的作用下，發(fā)生物理和化學(xué)變化，使巖石崩解破碎以致逐漸分解的作用，稱(chēng)為風(fēng)化作用（Weathering）。根據(jù)主要的營(yíng)力以及巖石變化的性質(zhì)分為：物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化生物風(fēng)化1.3風(fēng)化作用物理風(fēng)化指巖石、礦物在原地發(fā)生機(jī)械破碎而不改變其化學(xué)成分的過(guò)程。方式：溫差風(fēng)化、冰劈作用、鹽類(lèi)結(jié)晶脹裂作用等，主要發(fā)生在溫差風(fēng)化強(qiáng)烈的地區(qū)。結(jié)果：巖石的整體性遭到破壞，隨風(fēng)化加劇，逐漸成為巖石碎屑和松散的礦物顆粒?；瘜W(xué)風(fēng)化指巖石、礦物在地表發(fā)生化學(xué)變化并可產(chǎn)生新礦物的過(guò)程。原因：水和氧。土巖石風(fēng)化、剝蝕成巖屑、粘土礦物及化學(xué)溶解物質(zhì)，經(jīng)搬運(yùn)、沉積而成的沉積物，年代不長(zhǎng)，未壓密硬結(jié)成巖石前，呈松散狀態(tài)，第四紀(jì)沉積層。1.4土的成因類(lèi)型搬運(yùn)、沉積風(fēng)化巖石地球土地球殘積土母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖屑或細(xì)小顆粒后，未經(jīng)搬運(yùn)殘留在原地的堆積物。裂隙多，無(wú)層次，平面分布和厚度不均勻。以此層作為建筑物地基，應(yīng)注意不均勻沉降和土坡穩(wěn)定問(wèn)題。具有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，原位測(cè)試結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果。坡積土流水將山頂巖屑順著斜坡搬運(yùn)到較平緩的山坡或山麓處，堆積成坡積層。顆粒物由坡頂向坡腳逐漸變細(xì)，坡度越來(lái)越平緩。厚度不均勻，土質(zhì)極不均勻，空隙大，壓縮性高。作為建筑地基應(yīng)注意不均勻沉降和地基穩(wěn)定性。香港寶成大廈。洪積土山洪急流沖刷搬運(yùn)巖屑，流至山谷口與山前傾斜平原，堆積成洪積層。有分選，近粗遠(yuǎn)細(xì)。谷口窄陡，谷口外寬緩，形狀如扇，也稱(chēng)洪積扇。洪積扇相互連接構(gòu)成更大規(guī)模的洪積群或洪積沖積平原。洪積層一般劃分為三個(gè)工程地質(zhì)條件不同地段：靠近山坡溝口，粗碎屑，空隙大，透水性好，地下水埋藏深，壓縮性小，承載力高，是良好的天然地基；外圍，細(xì)屑，沉積過(guò)程受到周期性的干燥，粘土顆粒發(fā)生凝聚并析出可溶性鹽分，則承載力比較高；兩地段的過(guò)渡帶，常有地下水溢出，水文地質(zhì)條件不良，不宜作為建筑地基。河口三角洲相河流入海（湖）口范圍內(nèi)形成的沉積物。沉積物顆粒細(xì)，含水率大，呈飽和狀態(tài)。上層由于長(zhǎng)期的干燥和壓實(shí)形成“硬殼層”，工程中適當(dāng)加以應(yīng)用。湖積土分為湖邊沉積物和湖心沉積物。湖邊沉積物具有明顯的斜層理構(gòu)造，近岸承載力高，遠(yuǎn)岸較低。湖心沉積物主要為淤泥和粘土，常夾有細(xì)砂、粉砂薄層，壓縮性高，強(qiáng)度低。湖泊淤塞形成沼澤，沼澤土主要由半腐爛的植物殘?bào)w——泥炭組成的，泥炭的含水率極高，承載力極低，一般不宜作為天然地基。海積土海洋分類(lèi)濱海帶、淺海區(qū)、陸坡區(qū)和深海區(qū)。濱海相沉積物（MarineDeposits）主要由卵石、圓礫和砂組成，具有基本水平或緩傾的層理構(gòu)造，其承載力較高，但透水性較大。淺海沉積物主要由細(xì)粒砂土、粘性土、淤泥和生物化學(xué)沉積物組成，具層理構(gòu)造，較濱海相沉積物疏松、含水率高、壓縮性大且強(qiáng)度低。陸坡和深海沉積物主要由有機(jī)質(zhì)軟泥構(gòu)成。注意海底表層砂礫層很不穩(wěn)定，受海浪影響巨大，使用時(shí)應(yīng)慎重對(duì)待。風(fēng)積土（EolianDeposits）在干旱氣候條件下，巖石的風(fēng)化碎屑物被風(fēng)吹揚(yáng)，搬運(yùn)一段距離后，在有利的條件下堆積起來(lái)的一類(lèi)土，常見(jiàn)風(fēng)成砂和風(fēng)成黃土。冰積土（GlacialDeposits）由冰川或冰水夾帶搬運(yùn)所形成的沉積物，不均勻。褶曲的基本形式背斜核部老巖層和翼部新巖層責(zé)成，橫剖面呈凸起彎曲的形態(tài)。向斜核部新巖層和翼部老巖層組成，橫剖面呈向下凹曲的形態(tài)。背斜成谷，向斜成山！破面穩(wěn)定性逆向坡順向坡順向坡的穩(wěn)定性與巖石性質(zhì)、傾角大小和有無(wú)軟弱結(jié)構(gòu)面等因素有關(guān)。斷裂構(gòu)造巖體受力斷裂，使原有的連續(xù)完整性遭受破壞形成斷裂構(gòu)造。節(jié)理（Joint）沿?cái)嗔衙鎯蓚?cè)的巖層未發(fā)生位移或僅有微笑錯(cuò)動(dòng)的斷裂構(gòu)造。斷層（Fault）發(fā)生相對(duì)位移的斷裂構(gòu)造。組成部分上盤(pán)、下盤(pán)和斷層面。斷層分類(lèi)正斷層；逆斷層；平移（推）斷層。斷層帶斷層面是具有一定寬度的斷層帶。斷層規(guī)模越大，斷層帶越寬，破壞程度越嚴(yán)重。斷層形成的年代越新，則斷層的活動(dòng)可能性越大。活動(dòng)性的斷層帶常潛伏著發(fā)生地震的可能。營(yíng)口——郯州——廬江大斷裂帶，超過(guò)2000km，多次發(fā)生大地震，1668年山東郯城8.5級(jí)地震；1969年渤海7.4級(jí)；1975年海城7.3級(jí)。全新活動(dòng)斷層；發(fā)震斷層；工程活斷層。工程設(shè)計(jì)原則上應(yīng)避免將建筑物放在斷層帶上，尤其姚注意避開(kāi)近期活動(dòng)的斷層帶。1.6.1滑坡（Landslide）我國(guó)滑坡發(fā)生次數(shù)多，災(zāi)害嚴(yán)重！山坡失穩(wěn)原因外因人類(lèi)活動(dòng)在山麓建房，為利用土地削去坡腳；在坡上建房，增加坡面荷載；生產(chǎn)與生活用水大量入滲坡積物，降低土抗剪強(qiáng)度。自然環(huán)境因素坡腳被河流沖刷，使原天然邊坡變陡；當(dāng)?shù)剡B降暴雨，大量雨水入滲，降低土的內(nèi)摩擦角。內(nèi)因組成斜坡的巖土性質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和斜坡的外形。1.6不良地質(zhì)條件平移滑動(dòng)崩塌旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)流滑潛水（PhreaticWater）自地表向下第一個(gè)連續(xù)穩(wěn)定隔水層之上的含水層中，具有自由水面的重力水。潛水的自由睡眠稱(chēng)為潛水面；潛水面的標(biāo)高稱(chēng)為潛水位；潛水面至地面的垂直距離稱(chēng)為潛水埋藏深度；由潛水面往下到隔水層頂板之間充滿(mǎn)重力水的部分稱(chēng)為含水層厚度。雨水、河水補(bǔ)給，有季節(jié)性變化。埋藏深度各地區(qū)不同。承壓水（PressureWater）充滿(mǎn)于兩個(gè)隔水層間的含水層中承受水壓力的地下水。通常存在于砂卵石層。自流井。1.7.2地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滲流（Seepage）地下水在巖土體空隙中的運(yùn)動(dòng)。滲透性（Permeability）巖土體可被水透過(guò)的性質(zhì)。達(dá)西定律水在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)容器中砂土的流量Q與滲透長(zhǎng)度L成反比，而與容器的橫截面積Aw、上下兩測(cè)壓管的水頭差h以及砂土的滲透系數(shù)k成正比。1.7.3滲透破壞滲流破壞類(lèi)別由于滲流力作用，使土體顆粒流失或局部土體產(chǎn)生移動(dòng)，導(dǎo)致土體變形甚至失穩(wěn)。流砂和管涌。由于滲流作用，