中国矿业大学《工程地质学》复习资料

中国矿业大学《工程地质学》复习资料一、工程地质学的任务：①阐明建筑地区的工程地质条件；②论证建筑物所存在的工程地质问题；③选择地质条件优良的建筑场址；④研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响；⑤提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议；⑥为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。查明工程地质条件是基本任务，工程地质问题的分析、评价是中心任务。二、工程地质问题：地震，活断层，斜坡，砂土液化，渗透变形，岩溶，地面沉降，诱发地震，地下洞室，岩体风化。三、工程地质条件：工程建筑物有关的地质条件的综合①岩土类型及其工程性质②地质构造③地形地貌④水文地质⑤工程动力地质作用:内动力地质作用:火山、地震、活断层,外动力地质作用:滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷、渗透变形…工程活动诱发的地质作用:采空塌陷、抽水引起的地面沉降…⑥天然建筑材料四、工程地质学的研究对象和任务:定义:工程地质学是一门研究与工程建设有关的地质问题，为工程建设服务的地质学科，它是地质学的分支学科，属于应用地质学的范畴。关于工程地质学科的争议！研究对象：研究地质环境与工程建筑物之间的关系，二者矛盾的转化和解决方法。地质环境：地壳表层和一定深度的地质条件的综合。第一章地震一、震级：是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量大小所决定。M＝lgA。A：距震中100公里处标准地震仪在地面所记录的最大振幅（微米）。二、烈度：地面震动强烈程度。受地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质条件的影响。（1）地震基本烈度：在今后一定时间（一般按１００年考虑）和一定地区范围内一般场地条件下可能遭遇的最大烈度。——一个地区的平均烈度（2）设防烈度（设计烈度）：是抗震设计所采用的烈度。是根据建筑物的重要性、经济性等的需要，对基本烈度的调整。三、发生条件：1介质条件：坚硬岩石。2结构条件：活断层的一些特定部位：端点拐点交汇点等。3构造应力条件：构造运动强烈的部位：板块交接部位近期构造运动是最活跃的。四、地震效应：在地震作用影响所及的范围内地表出现的各种震害和破坏。与场地的工程地质条件、震级、震中距、震源参数、建筑物类型、结构等因素有关。分为：震动破坏效应；地面破坏效应和斜坡破坏效应。五、静力分析法前提：1建筑物是刚体2建筑物加速度和地面加速度是相同的3地震作用在建筑物上的惯性力是固定不变的，由地面震动的最大加速度决定。动力分析法前提：1建筑物建构是单质点系的弹性体2作用于建筑物基地的运动为简谐运动。六、卓越周期：地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。卓越周期与土层的厚度、土层的性质，尤其是剪切波在土层中的传播速度有关。七、场地工程地质条件对震害的影响：1岩土类型及性质：软土﹥硬土土体﹥基岩；松散沉积物厚度越大震害越大；软弱土层埋藏越浅厚度越大震害越大。2地质构造：离发震断裂越近震害越大，上盘重于下盘。3地形地貌：突出孤立地形震害较低洼、沟谷平坦地区大。4水文地质条件：地下水埋深越小震害越大。八、震区抗震原则及措施：（一）场地选择原则1、避开活断层2、尽可能避开具有强烈振动效应和地面效应的地段3、避开不稳定斜坡地段4、尽可能避开孤立地区、地下水埋深浅的地区。（二）抗震措施（持力层和基础方案的选择）1、基础砌置在坚硬土层上2、砌置深度应大一些，以防发震时倾斜3、不宜使建筑物跨越性质不明的土层上4、建筑物结构设计要加强整体强度，提高抗震性能。第二章活断层一、活断层定义：指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层（即潜在活断层）。美国原子能委员会（USNRC）（1）在3.5万年内有过一次或多次活动的断层，（2）与其他活动断层有联系的断层，（3）沿该断裂发生过蠕动或微震活动，1994年《岩土工程勘察规范》全新地质时期（1～1.1万年），1989年《中国水利水电工程地质勘察规范》晚更新世（10万年）国际原子能机构(IAEA)在上述规定的基础上，又增加了两条规定：①在晚第四纪它们有过活动；②该断裂有地面破裂的证据。二、活断层特征和分类：特征1活断层是深大断裂复活的产物（按照断层的切割深度可以分为：盖层断裂、基底断裂、地壳断裂、岩石圈断裂）2活断层的继承性和反复性。断层分类：按照位移方向与水平面的关系：①走滑型活断层②逆断型活断层③正断型活断层。活断层的活动方式①地震断层（粘滑型活断层）以地震方式产生间歇性突然滑动：发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强，危害大。②蠕变断层（蠕滑型活断层）沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动：发生在强度较低的软岩中，断层带锁固能力弱，一般无震发生，有时可伴有小震。三、活断层的识别：1地质方面2地貌方面3水文地质方面4历史资料方面5地形变监测资料。地质方面a最新沉积物的错断b活断层带物质结构松散c伴有地震现象的活断层，地表出现断层陡坎和地裂缝。地貌方面a断崖：活断层两侧往往是截然不同的地貌单元直接相接的部位。常表现为：一侧隆起区，一侧凹陷区。b水系：对于走滑型断层（1）一系列的水系河谷向同一方向同步移错（2）主干断裂控制主干河道的走向。c山脊、山谷、阶地和洪积扇错开：走滑型活断层d近期断块的差异升降运动，可使同一级平面分离解体，高程相差较大。水文地质方面a导水性和透水性较强b泉水常沿断裂带呈线状分布，植被发育。历史资料方面a古建筑的错断、地面变形b考古c地震记载。地形变监测方面：水准测量、三角测量。四、活断层区的建筑原则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。如：活断层区修水坝，不宜采用混凝土重力坝和拱坝，宜采用土石坝。第三章砂土液化一、砂土液化的定义：饱水砂土在地震、动力荷载和其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使沙粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。（机理见课件）。二、影响因素：1土的类型及性质a粒度粉、细砂土最易液化b密实度松砂极易液化密砂不易液化c成因及年代多为冲积成因的粉细砂土沉积年代较新。2饱和砂土的埋藏分布条件a砂土上覆非液化土层越厚液化可能性越小b地下水位埋深越大越不易液化3地震活动的强度及历时地震越强历时越长则越引起砂土液化而且范围越广。三、判别：见课件主要看标贯试验。四、处理：1慎重选择场地2选择基础类型穿入深度计算：坚硬粘土、砾、粗砂土大于0.5m其它非岩石大于2m。3地基处理标准：应处理至液化深度下限；处理后的土层标贯击数实测值应大于临界值。（压密法：提高天然基土的相对密度；排渗法：通过排渗井等来消散因震动而产生的孔谢水压力；换土或盖重：用非液化土更换地表的液化土层，或在地表液化土层上覆盖填土）。第四章渗透变形一、渗透变形定义：岩土体在地下水渗透力（动水压力）的作用下，部分颗粒或整体发生移动，引起岩土体的变形和破坏的作用和现象。类型：1管涌：在渗流作用下单个颗粒发生独立移动的现象，又称潜蚀。分垂直管涌和水平管涌。接触管涌：当粗细粒土层相互叠置时在接触面上发生的管涌。分垂直接触管涌和水平接触管涌。2流土：在渗透作用下一定体积的土体同时发生移动的现象。常发生在均质砂土层和亚砂土层中。二、渗透变形产生的条件：临界水力梯度和土的结构特性，见课件或书本167-170页。三、预测及防治（了解）,见课件或书本171-175页。第五章斜坡地质问题研究一、边坡概念：边坡是指地壳表层一切具有侧向临空面的地质体.2.斜坡变形破坏又称斜坡运动，是一种动力地质现象。是指地表斜坡岩土体在自重应力和其它外力作用下所产生的向坡外的缓慢或快速运动。可以分为自然边坡:如:山坡,海岸,河湖岸等;人工边坡:如:路堑,矿坑,人工开挖基坑等。二、应力分布特征（了解）：1斜坡周围主应力迹线发生明显偏转2在临空面附近造成应力集中，但在坡脚区和坡顶及坡肩附近情况有所不同。坡脚（1）在坡脚附近最大主应力显著增高且愈近表面愈高，最小主应力显著降低，于表面处降为零甚至转化为拉应力。（2）在坡脚和坡面的某些部位，坡面的径向应力和坡顶面的切应力可转化为拉应力，形成张力带，易形成与坡面平行的拉裂面。3与主应力迹线偏转相联系，破体内最大剪切应力迹线由原来的直线变成近似圆弧形，弧的下凹方向朝着临空方向。4坡面处由于侧向应力趋于零，实际上处于二向受力状态，而向坡内逐渐变为三向受力状态。三、影响斜坡应力分布的因素（见课件或课本116-117页）：1岩体初始应力的影响：水平剩余应力的大小使坡体中主应力迹线分布形式有所不同，明显改变了各应力值的大小，使应力分异现象加剧，尤其对坡脚应力集中带和坡肩张力带的影响最大。2坡形的影响（1）坡高：坡高不改变应力等值线图像，但应力值随坡高上升而线性上升;(2)坡角：坡角变化明显改变了应力分布图像。随坡角变陡，张力带的范围有所扩大，坡角应力集中带最大剪应力值也随之增高。（3）坡底宽度：当W小于0.8H时，坡脚最大剪应力随底宽而急剧变化。当W大于0.8H时，则保持为一常值（称为“残余坡角应力”）。（4）坡面形态：平面上的凹形坡，应力集中明显减缓。圆形和椭圆形边坡，坡角最大剪切力仅为一般斜坡的一半。当水平应力坡平形于椭圆形矿坑长轴时，应力集中较缓和。3、斜坡岩土体特征和结构特征的影响（p117）。四、斜坡变形形式：1拉裂（回弹）a斜坡形成过程中，在坡面和坡顶形成的张力带中拉应力集中形成拉张裂缝b卸荷回弹或初始应力释放时产生拉裂面。2蠕滑：斜坡岩土体在自重应力为主的坡体应力长期作用下,向临空面方向的缓慢而持续的变形。a.表层蠕滑：斜坡浅层岩土体在重力的长期作用下，向临空面方向缓慢变形构成一个剪变带，其位移由坡面向坡内逐渐降低直至消失。b.深层蠕滑：主要发育在斜坡下部或坡体内部。按其形成机制特点可分为两种：①软弱基座蠕滑②坡体蠕滑（受软弱结构面控制）两种深层蠕滑的区别：①不是沿一个统一的滑动面，受软弱基座控制②有统一滑动面，受软弱结构面控制。3弯曲倾倒：有陡坡或直立板状岩体组成的斜坡，当岩层走向与坡面走向大致相同时，在自重的长期作用下由前沿开始向临空方向弯曲、拉裂，并逐渐向坡内发展的变形。斜坡的破坏：1崩塌：陡坡上的岩土体所产生的以下落运动为主（移动、滚动、跳跃）的破坏现象。（土崩、岩崩）。2滑坡：斜坡岩土体依附于内在的或潜在的软弱结构面，在外力作用下，失去原来的平衡状态，产生了以水平运动为主的滑动现象。五、崩塌的形成条件：1地层岩性条件厚层状硬脆性岩体2岩体结构条件节理裂隙发育3地形条件地形切割强烈高差大4外力作用风化作用静水压力震动。六、滑坡的形态要素：a滑坡体b滑坡床c滑坡面d滑坡裂隙e滑坡后壁f滑坡台阶g滑坡侧壁h滑坡舌。七、滑坡识别标志、方法、监测：方法一：航片解释，方法二：地面调查标识一：地形地貌：双沟同源（圈形椅）标识二：水文地质方面：泉眼、洼地、湿地等标识三：植被方面：马刀树、醉汉林标识四：地质构造方面：滑体上产生的褶皱、断裂等现，方法三：钻探。八、影响斜坡稳定性因素：⑴地貌、坡形条件⑵地层和岩性条件⑶地质构造和岩体结构条件：坡体中有一组结构面时：顺向破逆向坡横向破斜交坡。坡体中有多组结构面时：两组或以上。⑷地下水的活动：软化或溶蚀岩石产生静水压力产生动水压力增大岩体重量促进风化作用。九、稳定性评价方法：定性和定量（略）。十、治理措施：1、地下水防范水措施：修筑地下排水廊道钻孔排水。2、削坡减重指：挖除边坡上部岩体一部分，起减缓坡度、减轻下滑体重量的作用。注意选择好削坡位置。3、修建支档建筑：注意支挡建筑的作用力应在滑动面以下注意墙体后的排水设计。4、锚固措施：适用于对岩质不稳定边坡的加固采用预应力钢索或钢杆锚固岩。分为系统锚固和随机锚固。5、喷射混凝土护面：防止岩土体表面风化剥落防止小体积