工程地质概述课件

1、工程地质概述 第二章第二章 Introduction to Engineering Geology 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 本章内容本章内容 岩石的类型和特征 土的成因类型 地质作用与地质构造 不良地质条件 地下水 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 2-1 岩石的类型和特征 岩石岩石 地球 由一种或由一种或 多种矿物多种矿物 组合而成组合而成 的的矿物矿物 集合体集合体 强度和稳定性强度和稳定性 成分成分 性质性质 变化变化 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物 矿物：地壳中天然生成的自然元素或化合矿物：地壳中天然生成的

2、自然元素或化合 物物 。 造岩矿物造岩矿物 ：组成岩石的矿物（：组成岩石的矿物（3030余种）余种） 。 矿物矿物 原生矿物：原生矿物：由岩浆冷凝生成由岩浆冷凝生成 次生矿物：次生矿物：由原生矿物风化生成由原生矿物风化生成 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 二、岩石的成因类型 岩石岩石 岩浆岩岩浆岩 沉积岩沉积岩 变质岩变质岩 由岩浆侵入地壳或喷出地表而形成由岩浆侵入地壳或喷出地表而形成 在地表由原岩经风化剥蚀作用而形在地表由原岩经风化剥蚀作用而形 成的岩石碎屑、溶液析出物或有机成的岩石碎屑、溶液析出物或有机 质等，经搬运到陆地低洼处或海洋质等，经搬运到陆地低洼处或海洋 中沉积，再经

3、成岩作用而形成中沉积，再经成岩作用而形成 岩石由于地壳运动和岩浆活动等的岩石由于地壳运动和岩浆活动等的 影响发生矿物成分、结构构造的改影响发生矿物成分、结构构造的改 变而形成新的岩石变而形成新的岩石 地表分布最广地表分布最广 根据岩石的外观特征用肉眼和简单工具进行鉴别根据岩石的外观特征用肉眼和简单工具进行鉴别 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 2-2 土的成因类型 岩石岩石 地球 土土 地球 土：第四纪沉积物土：第四纪沉积物 残积土残积土 坡积土坡积土 湖积土湖积土 冲积土冲积土 洪积土洪积土 海积土海积土 冰积土冰积土 风积土风积土 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 残积

4、土 岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎 屑物质所组成的土体屑物质所组成的土体 残积土的分布受地形控制残积土的分布受地形控制 残积土中残留碎屑的矿物成分，在很大程残积土中残留碎屑的矿物成分，在很大程 度上与下卧母岩一致度上与下卧母岩一致 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 坡积土坡积土 l 雨雪水流将高处的岩石风 化产物，顺坡向下搬运搬 运，或由于重力的作用而 沉积在较平缓的山坡或坡 角处的土 l 一般分布在坡腰或坡脚， 其上部与残积土相接 l 随斜坡自上而下逐渐变缓， 呈现由粗而细 l 矿物成分与下卧基岩没有直接关系 2 工程地质概述工程地质概述

5、工程地质概述 洪积土洪积土 l 由暴雨或大量融雪骤然集 聚而成的暂时性山洪急流， 将大量的基岩风化产物或 将基岩剥蚀、搬运、堆积 于山谷冲沟出口或山前倾 斜平原而形成的堆积物 l 离山区由近渐远颗粒呈现 由粗到细的分选作用 l地貌特征，靠山近处窄 而陡，离山较远处宽而缓， 形似扇形或锥体，称为洪 积扇（锥） 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 冲积土 平原河谷横断面示例 山区河谷横断面示例 l 河流两岸的基岩及其上部覆盖的松散物质，被河流流水剥 蚀后，经搬运、沉积于河流坡降平缓地带而形成的沉积土 l 具有明显的层理构造 ，具有明显的分选现象 l 可分为平原河谷冲积土、山区河谷冲积土和三

6、角洲冲积土 等类型 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 2-3 2-3 地质作用与地质构造地质作用与地质构造 一、地质作用一、地质作用 概念：概念：引起地壳成分和构造以及地表形态发生 变化的作用。 分类：分类：内力地质作用和外力地质作用。 地貌：地貌：地壳在内力和外力地质作用下，形成了 各种类型的地形。 基岩：基岩：原来生成的、具有一定连续性的岩石 覆盖土：覆盖土：覆盖在基岩之上的各种成因的沉积物 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 二、地质构造二、地质构造 基本概念：基本概念：地壳中的岩体由于受到地壳运动的作用而地壳中的岩体由于受到地壳运动的作用而 发生连续或不连续的永久性形

7、变而形成的种种构造形态。发生连续或不连续的永久性形变而形成的种种构造形态。 基本类型基本类型 褶皱构造：褶皱构造：地壳运动使层状岩层在构造应力作用下形成一系地壳运动使层状岩层在构造应力作用下形成一系 列波状弯曲而未丧失其连续性的构造。分为背斜和向斜两种。列波状弯曲而未丧失其连续性的构造。分为背斜和向斜两种。 断裂构造：断裂构造：在地壳运动的作用下，岩层丧失了原有的连续完在地壳运动的作用下，岩层丧失了原有的连续完 整性，在其内部产生了许多断裂面整性，在其内部产生了许多断裂面。分为节理和断层两种类型。分为节理和断层两种类型。 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 地质构造褶皱地质构造褶皱 2

8、 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 地质构造节理地质构造节理 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 地质构造断层地质构造断层 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 三、地质年代三、地质年代 基本概念：基本概念： 地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化 相应的时代段落，地质年代有绝对的和相对的之分，相应的时代段落，地质年代有绝对的和相对的之分， 相对地质年代在地史的分析中广为应用。相对地质年代在地史的分析中广为应用。 地质年代的划分：地质年代的划分： 代代 纪纪 世世 期期 地质年代对应的地层单位：地质年代对应的地层单位： 界界 系

9、系 统统 阶（层）阶（层） 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 2-4 不良地质条件 断层断层 岩层节理发育岩层节理发育 山坡滑动山坡滑动 河床冲淤河床冲淤 岸坡失稳岸坡失稳 河沟侧向位移河沟侧向位移 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 不良地质条件山坡滑动不良地质条件山坡滑动 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 不良地质条件岸坡失稳与河床冲淤不良地质条件岸坡失稳与河床冲淤 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 2-5 地下水 上层滞水上层滞水 埋藏在地表浅处、局部隔水层埋藏在地表浅处、局部隔水层 （透水体）的上部且具有自由（透水体）的上部且具有自由 水面水面 的

10、地下水。的地下水。 潜水潜水 埋藏在地表以下第一个稳埋藏在地表以下第一个稳 定隔水层以上的具有自由水面定隔水层以上的具有自由水面 的地下水。的地下水。 承压水承压水 充满于两个连续的稳定隔充满于两个连续的稳定隔 水层之间的含水层中的地下水。水层之间的含水层中的地下水。 1-上层滞水；2-潜水；3-承压水 一、地下水的埋藏条件一、地下水的埋藏条件 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 二、土的渗透性二、土的渗透性 碎散性碎散性多孔介质多孔介质 三相体系三相体系 孔隙流体流动孔隙流体流动 渗流渗流水、气等在土体孔隙中流动的现象水、气等在土体孔隙中流动的现象 渗透性渗透性土具有被水、气等流体透

11、过的性质土具有被水、气等流体透过的性质 土颗粒土颗粒土中水土中水 渗流渗流 渗透特性渗透特性 强度特性强度特性 变形特性变形特性 土木工程领域内的许多工程实践土木工程领域内的许多工程实践 都与土的渗透性密切相关。都与土的渗透性密切相关。 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 渗水压力 渗流量 渗透变形 透水层透水层 不透水层不透水层 基坑基坑 板桩墙板桩墙 板桩围护下的基坑渗流 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 渗流量 透水层透水层 不透水层不透水层 天然水面天然水面 井点降水 漏斗状潜水面漏斗状潜水面 Q 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 A B L 透水层透水层

12、不透水层不透水层 基坑基坑 板桩墙板桩墙 达西定律达西定律 A B L H1 H2 zA zB H H 00 基准基准 面面 水力坡降线水力坡降线 hA hB v = k i 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 达西定律达西定律 vk i 渗透定 律 i：水力梯度，或水力梯度，或水力坡降水力坡降 vi 注意：注意： l v是假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度。是假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度。 l 在砂土中水的运动符合于达西定律；而在粘性土中只有在砂土中水的运动符合于达西定律；而在粘性土中只有 当水力梯度超过所谓起始梯度时才开始发生渗流。当水力梯度超过所谓起始梯度时

13、才开始发生渗流。 l 对于砾石、卵石等粗粒土中的渗流，一般速度较大，达对于砾石、卵石等粗粒土中的渗流，一般速度较大，达 西定律不再适用，工程中采用经验公式求渗透速度。西定律不再适用，工程中采用经验公式求渗透速度。 l 土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来 测定。测定。 k: : 反映土的透水性能的系数，称为渗透系数反映土的透水性能的系数，称为渗透系数 物理意义：物理意义：水力坡降水力坡降i1 1时的渗流速度时的渗流速度 单位：单位：mm/s, cm/s, m/s, m/day 适用条件：适用条件：层流，即流速不大时，层流，即流速不大时

14、，可用雷诺数可用雷诺数 Re进行判断进行判断 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 三、动水力和渗流破坏三、动水力和渗流破坏 动水力的概念动水力的概念 物理意义：物理意义：地下水的渗流对单位体积地下水的渗流对单位体积 土体内土骨架所产生的力。土体内土骨架所产生的力。 GD= wi大小：大小： 方向：方向：与与i方向一致（均质土与方向一致（均质土与渗流方向一致）渗流方向一致） 作用对象：作用对象：土骨架土骨架 一. 动水力（渗透力） 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 基本类型基本类型 二二. . 渗流破坏渗流破坏 流砂流砂 管涌管涌 土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的破坏 形成

15、条件形成条件 防治措施防治措施 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 粘性土粘性土k1k2 砂性土砂性土k2 坝体坝体 1.1. 基本类型基本类型 流砂流砂 在向上的动水力作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象在向上的动水力作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象 cr iiGW0D 和土的密实程度有关 cr i 渗流渗流 原因：原因： 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 s cr F i ii Fs: 安全系数安全系数1.52.0 i : 允许坡降允许坡降 i icr : 土体处于稳定状态土体处于稳定状态 土体发生流砂破坏土体发生流砂破坏 土体处于临界状态土体处于

16、临界状态 流砂的形成条件流砂的形成条件 经验判断：经验判断： 无压重时：无压重时： 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 管涌管涌 原因：原因： 内因内因 有足够多的粗颗粒形有足够多的粗颗粒形 成大于细粒径的孔隙通道成大于细粒径的孔隙通道 外因外因渗透力足够大渗透力足够大 在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗 粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。 管涌 管涌破坏 二. 渗流破坏 2 工程地质概述工程地质概述 工程地质概述 流土与管涌的比较流土与管涌的比较 流砂流砂 土体局部范围的颗粒同时发土体局部范围的颗粒同时发 生移动生移动 管涌管涌 只发生在水流渗出的表层只发生在水流渗出的表层 只要渗透力足够大，可只要渗透力足够大，可 发生在任何土中发生在任何土中 破坏过程短破坏过程短 导致下游坡面产生局部滑动等导致下游坡面产生局部滑动等 现象现象 位置位置 土类土类 历时历时 后果后果 土体内细颗粒通过粗粒形成的土体内细颗粒通过粗粒形成的 孔隙通道移动孔隙通道移动 可发生于土体内部和渗流可发生于土体内部和渗流 溢出处溢出处 一般发生在特定级配的无一般发生在特定级