工程地质分析原理总复习

1、工程地质分析原理一、术语解释0.1工程地质学：工程地质学是研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约关系，以便科学评价、合理利用、有效改造和妥善保护地质环境的科学；是地质学与工程学的边缘学科，是地质学的一个分支。0.2工程地质条件：与人类工程活动密切相关的地质条件，包括岩土类型与工程特性、地形地貌、地质构造、水文地质条件、物理地质现象、天然建筑材料等六个方面。0.3工程地质问题：人类工程活动与地质环境相互联系和相互制约，当出现不协调时，将产生相应的工程地质问题。0.4机制过程分析法：研究工程地质问题必须首先以地质学的观点、自然历史的观点分析地质体与周围因素相互作用的特定方式，随时间发展演化的历史

2、及其发展的阶段性，从全过程上和内部作用机制上把握其形成、演化、现状及未来发展趋势，即地质过程的机制分析。0.5工程地质勘察：采用各种勘察手段和方法，对建筑场地的工程地质条件进行调查研究与分析评价。1.1岩石：组成地壳的矿物集合体。具有不连续性、各向异性、非均质性、有条件转化性等特点。1.2岩体：赋存于一定地质环境，由各类结构面和被其所切割的结构体所构成的地质体。1.3结构面：岩体内分割固相组分的地质界面的统称。包括原生结构面、构造结构面和浅表生结构面三大类。1.4结构体：未经位移的岩体被结构面切割成的块体或岩块。1.5岩体结构：根据结构面的发育程度和特性、结构体的组合排列和接触状态，将岩体结构

3、划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构等类别。1.6软弱结构面：延伸较远、两壁较平滑、充填有一定厚度软弱物质的结构面，如泥化、软化、破碎薄夹层等的面。1.7软弱夹层：岩体中夹有的强度较低或被泥化、软化、破碎的薄层。1.6结构面的连通率：结构面的平均长度与总长度的比值。1.7浅表生作用：在地质体浅表部形成的卸荷断裂、重力扩展变形破裂面、卸荷裂隙、风化裂隙、风化夹层、泥化夹层、次生夹泥等。浅表生作用：在岩体浅表部产生复杂而紊乱的结构面的作用。表生结构面可以分为浅部结构面和表部结构面。浅部结构面包括卸荷断裂及重力扩展变形破裂面。表部结构面包括卸荷裂隙、风化裂隙、风化夹层、泥化夹层和次生夹泥

4、等。1.8泥化夹层：主要是在地下水作用下形成的不连续面（结构面）。是某些粘土质软弱夹层（如泥岩、页岩、板岩、泥质灰岩等）与地下水相接触部位，在地下水的作用下使原岩膨胀软化成软塑或流塑状软泥而成。1.9不连续面：又称结构面，是岩体内分割固相组分的地质界面的统称。系指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带），例如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂裂隙等。2.1天然应力状态：地壳岩体内的天然应力状态，是指未经人为扰动的，主要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态，常称为天然应力或初始应力。2.2感

5、生应力：人类从事工程活动，在岩体天然应力场内，因挖除部分岩体或增加结构物而引起的应力，称为感生应力。2.3自重应力：在重力场作用下生成的应力为自重应力。2.4构造应力：岩石圈运动在岩体内形成的应力称为构造应力。构造应力又可分为活动构造应力和剩余构造应力。2.5变异应力：岩体的物理、化学变化及岩浆的侵入等引起的应力。具体来说是岩体的物理状态、化学性质或赋存条件的变化引起的，通常只具有局部意义，可统称为变异应力。2.6残余应力：承载岩体遭受卸荷或部分卸荷时，岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其他组分的约束，于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应力自相平衡的应力系统，此即残余应力。2.7临界应变速

6、率C0：岩体的应变速率是决定粘弹性介质力学性状的主要因素。当应变速率C小于临界值Ce时，岩体在受力初期随应变的增大而发生应力积累，但当应力增大到一定程度时，应力就不再增大，而变形则不断增大，即进入粘性流动阶段，但不发生破坏。 但当C大于Ce时，则岩体的性状近于弹性，即随着应变的发展，岩体内的应力不断增大，最终导致突然的破坏。2.8隆爆：表现为近地表出现细长的隆褶或类似低角度逆断层的断隆，一般高度较小，而延伸长度较大。隆爆：是地表岩体中的一种“类构造”现象，形态上表现为细长的隆褶或类似于低角度逆断层的断隆，一般高度较小，通常仅1.5-2.0m，而延伸长度则较大。2.9蓆状裂隙：在出露于地表的侵入

7、岩体中，由于区域性卸荷剥蚀，广泛见于一种近地表平行分布的区域性裂隙发育，通常上部较密，向下逐渐变稀疏，即蓆状裂隙。2.10岩体的侧压力系数N0： 岩体侧向应力与竖向应力的比值。2.11凯塞尔（Kaiser）效应：当受拉构件应力达到并超过材料所受过的最大先期应力时产生的有明显声发射出现的现象。凯塞尔（Kaiser）发现材料在单向拉伸或压缩试验时，只有当其应力达到历史上曾经受过的最大应力时才会突然产生明显声发射的现象。2.12岩芯饼化现象：钻进过程中岩芯裂成饼状的现象是高地应力区所特有的岩体力学现象。岩饼的厚度与岩芯的直径有一定的关系，一般约为直径的1/4到1/5；所有岩饼的表面均为新鲜破裂面，而

8、且边缘部分粗糙，多数内部隐约见有顺槽，或沿一个方向的擦痕和与之正交的拉裂坎。2.13应力恢复法：当岩体应力被解除后，通过施加压力，使岩体恢复到原来的状态，以求得岩体应力解除时的应力值。2.14应力解除法：在拟测点附近的一个小岩石单元周围切割出的一个“槽子”，使得这一小部分岩体不再承受旁侧岩体传来的应力。从刻槽前装置好的仪器测出由于这种应力解除而引起的应变。并根据有关岩石已知的应力应变关系换算出解除前岩体内的应力。2.15水压致裂法：通过钻孔向地下某深度处的测点段压液，用高压将孔壁压裂，然后根据破坏压力、关闭压力和破裂面的方位，计算和确定岩体内各主应力的大小和方向。3.1变形：岩体承受应力，就会

9、在体积、形状或宏观连续性方面发生某些变化。宏观连续性无显著变化者称为变形。3.2破坏：岩体承受应力，就会在体积、形状或宏观连续性方面发生某些变化。宏观连续性产生显著变化者称为破坏。3.3屈服强度：岩土体中某点在应力状态下由弹性状态转变为塑性状态是具有的抗压强度。3.4残余强度：岩土体应力应变关系曲线越过峰值点后下降达到的最终稳定应力值。3.5长期强度：岩土体经长期受力以后，应力应变关系曲线峰值点所对应的应力值。3.6峰值强度：岩土体应力应变关系曲线峰值点所对应的应力值。3.7疲劳强度：岩土体抵抗重复荷载破坏作用的能力。3.8蠕变：固体材料在恒定荷载作用下，变形随时间缓慢增长的现象。3.9松弛：

10、粘弹性固体材料在恒定应变下，应力随时间衰减的现象。3.10超空隙水压力：饱和岩土体内一点孔隙水压力中超过静水压力的那部分水压力。3.11累进性破坏：岩体受力超过长期强度时，微破裂的发展出现了质的变化：即使工作应力保持不变，由于应力的集中效应，破裂仍会不断的累进性发展。首先从薄弱环节开始，然后应力在另一个薄弱环节集中，依次下去，直至整体破坏。或者：粘弹性材料在加速蠕变阶段，应力增加时应变不断增加；当应力不再增加时，应变依然增加的现象。3.12累积效应：在动荷载作用下，岩体发生多次位移的累积，如果使剪切面中某些锁固段被突破，或越过某些凸起体，造成抗剪强度显著削弱，则有可能导致最终破坏。3.13触发

11、效应：在动荷载作用下，巳具有或储有足够的剪切应变能的软弱结构面发生破坏，或在动应力作用下可因岩土体骨架的迅速变形造成空隙水压力的突然变化，从而导致岩土体失稳的现象。3.14差异卸荷回弹：在卸荷回弹变形过程中，会因岩体中各组成单元力学性能的差别、应力历史的不同以及岩体结构上的原因，引起差异回弹而在岩体中形成一个被约束的残余应力体系。差异卸荷回弹：岩体中各组成单元力学性能的差别、应力史的不同以及岩体结构上的原因，都可以引起差异卸荷回弹，并在岩体中产生可导致张性破裂的残余应力。3.14格里菲斯强度准则：格里菲斯认为脆性材料内部存在许多呈扁椭圆状的细微裂纹，物体受力后，裂纹尖端产生应力集中，当最大拉应

12、力达到拉伸强度极限时，物体即发生断裂破坏，据此提出的判别材料（如岩石）脆性破坏的准则。4.1活断层：目前还在持续活动的断层，或在历史时期或近期地质时期活动过、极可能在不远的将来重新活动的断层。活断层：輓近地质时期有过活动，或目前正在活动，或具有潜在活动性的断层。4.2潜在活断层：在历史时期或近期地质时期活动过、极可能在不远的将来重新活动的断层。4.3蠕滑（稳滑）：断层持续不断缓慢蠕动的称为蠕滑或稳滑。4.4粘滑：断层间断地、周期性突然错断的为粘滑。4.5错动速率：以一定时间段内的平均错动距离表示。4.6错动周期：两次突然错断之间的时间间隔。5.1地震震级:地震本身能量的大小。它是距震中100k

13、m的标准地震仪（周期0.8s，阻尼比0.8，放大倍率2800倍）所记录的以微米表示的最大振幅A的对数值，即M=lgA.5.2地震烈度:是地震时一定地点的地面振动强弱的尺度，是指该地点范围内的平均水平而言。5.3地震基本烈度：在今后一个时期内（一半取100年）在一定地点的一般场地条件下可能遭遇的最大烈度。5.4震源机制：研究多个地震台的地震谱，可以确定出地震发生的物理过程或震源物理过程，一半称为震源机制。5.5震源参数：根据地震记录图，按弹性变位理论进行复杂计算，可以求出限定震源物理过程的多个物理量，统称为震源参数。5.6震源机制断层面解：震源断层产生突然错动时，对断层的每一盘来说，断层错动的前

14、进方向都会受到压缩，而相反的一个方向就受到拉伸，于是就呈现象限分布，这种象限型初动推拉分布是由于震源断层错动这种物理过程所造成的。这样求得的结果称为震源机制断层面解。5.7地基土的卓越周期：表层沉积能对基岩传来的地震波起选择放大作用，某些周期的地震波在表土层中多次反射叠加而增强，这样就会使表层振动中这类周期的波多而长，这就是该表层土的卓越周期，也就是它的自振周期。5.8震源:弹性波的地下发源地。5.9震中：震源在地面上的投影。5.106震源深度：震中到震源的距离。5.11地震波：地震时震源释放的应变能以弹性波的形式向四面八方传播，这种弹性波就是地震波。它包括两种在介质内部传播的体波，即纵波和横

15、波。5.12纵波：是由震源传出的压缩波，质点振动与波前进方向一致，一疏一密向前推进，它周期短、振幅小。也叫P波（primary wave）。5.13横波：是震源向外传播的剪切波，质点振动方向与波前进方向垂直，传播时介质体积不变但形状改变，周期较长，振幅较大。也叫S波(secondary wave)。5.14面波：是体波到达地表后激发的次声波，限于在地面运动，向地面以下迅速消失。它包括瑞利波和勒夫波两种。5.15瑞利波（R）：质点在平行于波传播方向的垂直平面内做椭圆运动，长轴垂直地面，它与P波的辐射有关。5.16勒夫波（Q）：质点在地面上做蛇形运动，质点在水平面内垂直于波前进方向做水平运动。5.

16、17构造地震：由地壳运动引起的地震。地壳运动使组成地壳的岩层发生倾斜、褶皱、断裂、错动以及大规模岩浆活动等，在此过程中因应力释放、断层错动而造成地壳震动。构造地震约占地震总数的90%。6.1水库诱发地震：在一定条件下，修建水库引起当地出现异常的地震活动。7.1砂土液化：粒间无内聚力的松散砂体，主要靠粒间摩擦力维持本身的稳定性和承受外力。当受到振动时，粒间剪力使砂粒间产生滑移，改变排列状态。如果砂土原处于非紧密排列状态，就会有变为紧密排列状态的趋势；如果砂的孔隙是饱水的，要变密实就需要从孔隙中排出一部分水，如砂粒很细则整个砂体渗透性不良，瞬时振动变形需要从孔隙中排除的水来不及排出于砂体之外，结果

17、必然使砂体中空隙水压力上升，砂粒之间的有效正应力就随之而降低，当空隙水压力上升到使砂粒间有效正应力降为零时，砂粒就会悬浮于水中，砂体也就完全丧失了强度和承载能力，这就是砂土液化(sand liquefaction)。砂土液化：饱和松砂的抗剪强度趋于零，由固体状态转化为液体状态的过程和现象。7.2振动液化：饱和砂土在地震荷载作用下，产生超孔隙水压力。随着超孔隙水压力的不断增加，砂土的抗剪强度降为零，完全不能承受外荷载而达到液化状态。7.3渗流液化：砂土经振动液化之后，超孔隙水压力产生水头差，形成一定的水力梯度。当水力梯度达到临界值时，砂粒就在自下而上的渗流中失重，产生渗流液化。7.4震陷：由于地

18、震引起高压缩性土软化而产生地基基础或地面沉陷的现象。7.5涌沙：砂土液化后在薄弱部位开裂，阻力减小，上升水流流速大、水头损失小。因而在裂缝处出现喷水冒砂现象。涌沙：饱水砂土在强烈地震作用下先产生振动液化，使孔隙水压力迅速上升，产生上下水头差和孔隙水自下而上的运动，动水压力推动砂粒向悬浮状态转化，形成渗流液化，使砂层变松，在薄弱环节形成涌沙现象。7.6流砂：饱和松砂中剪应力增大时，在不排水条件下的剪缩势使土内孔隙水压力大幅度提高，土强度骤然下降，导致砂土无限流动的现象。7.7管涌：在渗流作用下，土中细颗粒随渗流水从自由面向内部逐渐流失形成管状通道的现象。7.8流土：在渗流作用下，水流出逸处土体处

19、于悬浮状态的现象。7.9地基失效：在地震作用下，随粒间有效正应力的降低，地基土层的承裁能力也迅速下降，直至砂体呈悬浮状态时地基的承栽能力完全丧失。建于这类地基上的建筑物就会产生强烈沉陷、倾倒以至倒塌。7.10液化指数：假设某层土厚为d，在地震作用下发生了液化，用标贯进行判别，临界值为Ncr，实测值为N，则液化势A=(Ncr-N)d,相对液化势a=(1-N/Ncr)d。引入深度权函数W，可得该层土的加权相对液化势aW=(1-N/Ncr)dW。将多个液化层的加权相对液化势总和起来就是液化指数。8.1地面沉降：由于大范围过量抽汲地下流体，引起水位下降，土层进一步固结压缩而造成的地面向下沉降。地面沉降

20、：因承压水位降低引起应力转移以及土层压密，从而导致地面大面积沉降。9.1弯曲拉裂：主要发育在陡立或陡倾内层状体组成的中-极陡坡中。主要发生在斜坡前缘，陡倾的板状岩体在自重弯矩作用下,于前缘开始向临空方向作悬臂梁弯曲，并逐渐向坡内发展。弯曲的板梁之间互相错动并伴有拉裂，弯曲体后缘出现拉裂缝，形成平行于坡向的反坡台阶和槽沟。板梁弯曲剧烈部位往往产生横切板梁的折裂。 9.2蠕滑拉裂：这类变形导致斜坡岩体向坡前临空方向发生剪切蠕变，其后缘发育自坡面向深部发展的拉裂。主要发育在均质或似均质体斜坡中，倾内薄层状层状体坡中也可发生。一般发生在中等坡度(40。)斜坡中。9.3滑移拉裂：斜坡岩体沿下伏软弱面向坡

21、前临空方向滑移，并使滑移体拉裂解体。主要发生在缓倾外层状体坡和块状体斜坡中。9.4滑移压致拉裂：这类变形主要发育在坡度中等至陡的平缓层状体斜坡中。坡体沿平缓结构面自下而上向坡前临空方向产生缓慢的蠕变性滑移。9.5滑移弯曲：主要发育在中-陡倾外层状体斜坡中，尤以簿层状岩体及延性较强的碳酸盐类层状岩体中为多见。这两类斜坡的滑移控制面倾角已明显大于该面的峰值摩擦角，上覆岩体具备沿滑移面下滑条件。但由于滑移面未临空，使下滑受阻，造成坡脚附近顺层板梁承受纵向压应力，在一定条件下可使之发生弯曲变形。9.6塑流拉裂：这类变形主要发生在软弱基座体斜坡中。下伏软岩在上段岩层压力作用下，产生塑性流动并向临空方向挤

22、出，导致上覆较坚硬的岩层拉裂、解体和不均匀沉陷。9.7侧向扩离：扩离是由于斜坡岩(土)体中下伏平缓产状的软弱层塑性破坏或流动引起的破坏，软层上覆岩(土)体或做整体，或被解体为系列块体向坡前方向“漂移”。9.8斜坡破坏; 斜坡破坏系指斜坡岩(土)体中已形成贯通性破坏面时的变动。9.9斜坡变形：指斜坡岩(土)体在贯通性破坏面形成之前，斜坡岩体的变形与局部破裂，称为斜坡变形。9.10斜坡变形体：斜坡中已有明显变形破裂迹象的岩体，或已查明处于进展性变形的岩体，称为变形体。9.11卸荷回弹：是斜坡岩体内积存的弹性应变能释放而产生的。在高地应力区的岩质斜坡中尤为明显。9.12卸荷带：斜坡中经卸荷回弹而松弛

23、，并含有与之有关的表生结构面的那部分岩体，通常称为卸荷带。9.13崩塌：崩塌包括了小规模块石的坠落(free fall)和大规模的山(岩)崩(rock avalanches)崩塌体通常破碎成碎块堆积于坡脚，形成具有一定天然休止角的岩堆。在一定条件下，可在继续运动过程中发展为碎屑流。10.1地下洞室围岩：由开挖洞室引起的应力状态的重大变化局限在洞周一定范围之内。通常此范围等于地下洞室横剖面中最大尺寸的35倍，习惯上将此范围内的岩体称为“围岩”。围岩：由于开挖，地下洞室周围初试应力状态发生了变化的岩体。10.2围岩应力：开挖地下洞室时发生重分布后的围岩中的应力。10.3松动圈：洞室开挖后，如果围岩

24、岩体承受不了回弹应力或重分布的应力的作用，围岩即将发生塑性变形成破坏。这种变形或破坏通常是从洞室周边，特别是那些最大压或拉应力集中的部位开始，而后逐步向围岩内部发展的。其结果常可在洞室周围形成松动带或松动圈。松动圈：岩土体应力重分布后，会产生应力降低带和应力集中带以及应力正常带。其中应力降低带范围内的围岩称为松动圈。10.4山岩压力（山压）：支撑结构与围岩之间相互作用时，对于衬砌结构来说就是山岩压力。10.5岩爆：在高强度脆性岩体中开挖地下洞室时，围岩突然破坏，引起爆炸式的应变能释放，并有破碎岩块向外抛射的现象。10.6临空面：岩土体和空气或水的外部分界面。10.7冒顶：地下洞室顶部围岩发生塌

25、落的现象。10.8岩石质量指标RQD：用直径75mm金刚石钻头在钻孔中连续采取同一层的岩芯，其长度大雨10cm的芯段之和与该岩层钻探总进尺的比值，以百分率表示。10.9弯折内鼓：当薄层状岩层与地下洞室洞壁平行或近于平行时，洞室开挖后薄层状围岩就会在回弹应力的作用下发生回弹应力的作用下发生弯曲、拉裂和折断，最终挤入洞内而坍倒。10.10张裂塌落：通常发生于厚层状或块体状岩体内的洞室顶拱拉应力集中部位。10.11劈裂剥落：过大的切向压应力使围岩表部发生平行于洞室周边的破裂。10.12剪切滑移：发生于厚层状或块体状结构的剪应力集中岩体内。随围岩应力条件的不同，可发生在边墙上，也可发生于顶拱。10.1

26、3碎裂松动：是碎裂结构岩体变形、破坏的主要形式，洞体开挖后，如果围岩应力超过了围岩的屈服强度，这类围岩就会因沿多组已有断裂结构面发生剪切错动而松驰，并围绕洞体形成一定的碎裂松动带或松动圈。碎裂松动：围岩应力超过围岩的屈服强度时，围岩因沿断裂结构面发生剪切错动而松弛，并围绕洞体产生一定范围的碎裂松动。10.14塑性挤出：洞室开挖后，当围岩应力超过塑性围岩的屈服强度时，软弱的塑性物质就会沿最大应力梯度方向向消除了阻力的自由空间挤出。10.15膨胀内鼓：洞室开挖后围岩表部减压区的形成往往促使水分由内部高应力区向围岩表部转移，结果常使某些易于吸水膨胀的岩层发生强烈的膨胀内鼓变形。10.16塑流涌出：当

27、开挖揭穿了饱水的断裂带内的松散破碎物质时，这些物质就会和水一起在压力下呈夹有大量碎屑物的泥浆状突然地涌人洞中。10.17重力坍塌：破碎松散岩体在重力作用下发生的塌方。10.18新奥法：以岩石力学理论和现场变形观测资料为基础，采取一定措施，以充分发挥围岩自身承载能力，进行隧道开挖和支护的一套工程技术。10.19隧道衬砌：为保证隧道围岩稳定，防止其过度变形和坍落，保证洞室断面尺寸或使洞内有良好水流条件而沿洞内壁构筑的永久性支护结构层。10.20喷射混凝土：运用机械设备向围岩或开挖岩坡表面喷射混凝土层以加固围岩的技术。10.21喷锚支护：应用锚杆与喷射混凝土形成复合体以加固围岩的措施。10.22锚固

28、：利用锚定在洞室围岩或岩体边坡中的锚杆来加固岩体的工程措施。10.23抗滑桩：用于抵抗边坡或斜坡岩土体滑动而设置的横向受力桩。10.24脆性围岩：包括各种块体状结构或层状结构的坚硬或半坚硬的脆性岩体。10.25塑性围岩：包括各种软弱的层状结构岩体(如页岩、泥岩和粘土岩等)和散体结构岩体。11.1灌浆：利用浆液压力或浆液自重，经过钻孔将浆液压到岩石、砂砾石层、混凝土或土体裂隙、接缝或空洞内，以改善地基水文地质和工程地质条件，提高建筑物整体性的工程措施。11.2固结灌浆：将浆液灌入地基岩石裂缝，以改善岩体力学性能的灌浆工程。11.3帷幕灌浆：在大坝的靠近上游面地基中布置一排或几排密布的钻孔，在高压

29、下将水泥浆压入基岩的裂隙或断层破碎带中，以形成一道横过河床的不透水墙。它可以大幅度地减小帷幕后面的孔隙水压力和浮托力。帷幕灌浆：在岩石或砂砾石地基中，用灌浆方法建造连续防渗体以减小地基渗漏，减少渗透水对地基的扬压力和防止地基冲刷的工程。11.4化学灌浆：将配置好的化学药剂，通过导管注入岩土体孔隙中，使与裂隙壁发生化学反应，起到联结与堵塞的作用，从而提高岩土体的强度，减小其压缩性和渗透性的地基处理方法。11.5表层滑动：当坝基岩体的强度远大于坝体砼强度，且岩体完整，无控制滑移的软弱面时，沿接触面产生剪切破坏的现象。11.6浅层滑动：当坝基表层岩体的抗剪强度低于坝体混凝土时，剪切破坏往往发生在浅部

30、岩体之内，造成浅层滑动。11.7深层滑动：在工程应力条件下岩体的深层滑动主要是沿已有的软弱结构面发生。因此，只有当地基岩体内存在有软弱结构面，且按一定组合能构成危险滑移体时，才有发生深层滑动的可能。二、简述或阐述题0.1.简述工程地质学的主要研究内容？研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约并保证这种制约关系向良性方向发展(合理开发和妥善保护)的科学称之为工程地质学。工程地质学的主要研究内容包括：（1）岩土体的分布规律及其工程地质性质研究；（2）不良地质现象及其防治的研究；（3）工程地质勘察技术的研究；（4）区域工程地质研究。0.2.阐述人类工程活动与地质环境的相互关系。人类工程活动都是在一定

31、的地质环境中进行的，两者之间必然产生特定方式的相互关联和相互制约。地质环境对人来工程活动的制约是多方面的。既可以表现为以一定作用影响工程建筑物的稳定和正常使用，也可以表现为以一定作用影响工程活动的安全；还可以表现为由于某些地质条件不具备而提高了工程造价，视地质环境的具体特点和人类工程活动的方式和规模而异。人类工程活动又会以各种方式影响地质环境。例如房屋建筑物引起地基土层的压密，又如桥梁改变了局部水流条件从而使局部河段的侵蚀淤积规律发生变化等。0.3.简述工程地质学的基本任务、研究对象?基本任务：研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约，以便合理开发和妥善保护地质环境。研究对象：工程活动的地质环

32、境。0.4.人类工程活动中可能遇到的主要工程地质问题有哪些？（1）与区域稳定性有关的工程地质问题，如活断层、地震、水库诱发地震、区域性砂土液化、地裂缝、地面沉降、地面塌陷等。（2）与岩土体稳定性有关的工程地质问题，如斜坡岩土体稳定性问题、地下工程围岩稳定性问题、地基岩土体稳定性问题等。（3）与地下水渗流有关的工程地质问题，如岩溶及岩溶渗漏、渗透变形等工程地质问题。（4）与侵蚀淤积有关的工程地质问题，如河流侵蚀与淤积问题、湖海变岸磨蚀与堆积问题等。0.5.工程地质分析的基本方法有哪些？可举例说明。定性研究：通过实验、详细的实地研究，对地质过程的形成机制进行分析，得出定性评价。 定量评价：定性分析

33、基础上，通过定量计算，进行定性与定量评价相结合的地质过程机制分析定量评价。 0.6.简述工程地质学的研究现状及发展方向。1.1.简述岩体的基本特征？（1）不连续性（2）各向异性（3）非均质性（4）有条件转化性1.2.简述岩体结构的研究意义。岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。只有掌握岩体的结构特征，才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分布和应力状况。 岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。岩体中的软弱结构面，常常成为决定岩体稳定性的控制面，各结构面分别为确定坝肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。

34、靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的改造进程。这是由于结构面往往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位，也常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要通道，往往发展为重要的控制面。总之，对岩体的结构特征的研究，是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据。或者：对岩体结构特征的研究是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据。（1）岩体中的结构面是岩体中力学强度相对薄弱的部位，它导致了岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。（2）岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。（3）靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的

35、改造进程。（4）可以推广应用到区域稳定性评价之中。1.3.简述岩体结构面的成因类型及主要特征。按照成因类型可分为原生结构面、构造结构面和浅、表生结构面三大类型。其中，原生结构面又可分为沉积结构面、火成结构面和变质结构面。沉积结构面是沉积过程中形成的层面、层理、软弱夹层、不整合面、假整合面、局部侵蚀冲刷面，以及成岩和后生过程中形成的成岩裂隙面和古风化面的等。火成结构面是侵入体与围岩的接触面、岩脉和岩墙接触面、侵入岩的流线流面、原生冷凝节理、火山喷发间断界面。变质结构面是区域变质的片理、片麻理、板劈理、片岩软弱夹层等。构造结构面包括节理（形节理、张节理）、断层（张性断层或正断层，压性断层或逆断层，

36、扭性断层或平移断层）、层间错动面、羽状裂隙、破劈理。 表生结构面可以分为浅部结构面和表部结构面。浅部结构面包括卸荷断裂及重力扩展变形破裂面。表部结构面包括卸荷裂隙、风化裂隙、风化夹层、泥化夹层和次生夹泥等。1.4简述岩体结构的主要类型及其特征。岩体的主要结构类型有：（1）整体块状结构：包括整体结构和块状结构。（2）层状结构：包括层状结构、薄层状结构。（3）碎裂结构：包括镶嵌结构、层状碎裂结构和碎裂结构。（4）散体结构。特征如下：（1）块体状结构代表岩性均一、无软弱面的岩体，含有的原生结构面具有较强的结合力，间距大于100厘米。应力应变性能与均匀完整岩石相近。多呈脆性。地下水对其影响较小。块状结

37、构代表岩性较均一、含有23组结构面，间距约100-50厘米。属于不连续介质体。变形破坏明显受软弱面控制。地下水作用较活跃。（2）层状结构代表含有1组连续性好、抗剪性能显著偏低的软弱面的岩体，一般岩性不均一。可分为层状、薄层状、互层状等。属于不连续介质体。变形破坏明显受软弱面控制。地下水作用较活跃。（3）碎裂结构代表含有多组结构面、完整性很差的岩体。可分为镶嵌结构、层状碎裂结构和碎裂结构等。一般可视为似连续介质体。受力变形以随机分布密集的结构面呀岁和滑移为主，破坏方式主要表现为塑性破坏。地下水作用更为活跃。（4）散体结构代表松散介质体。一般可视为似连续介质体。受力变形以随机分布密集的结构面呀岁和

38、滑移为主，破坏方式主要表现为塑性破坏。地下水作用更为活跃。1.4.简述岩体结构分类方案。首先，按建造特征可将岩体划分为块体状（或整体状）结构、块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。另外按岩体的改变程度(建造)可划分为完整的、块裂化或板裂化、碎裂化、散体化的等四个等级。 经过建造和改造，岩体结构类型可以分为4类： 完整块状体结构 块状、层状结构（层状、薄层状、互层状） 碎裂（碎块状）结构 散体状结构1.5.简述建造和改造对岩体结构的影响。（按照建造和改造，岩体结构可以分为哪些类型？）（1）按照建造特征，可将岩体划分为块体状（整体状）结构、块状结构、层状结构、碎块结构和散体结构等类型。

39、（2）按照改变的程度，可划分为完整的、块裂化或板裂化的、随裂化的、散体化的等四个等级。2.1.举例说明研究岩体天然应力状态的意义。地表开挖导致的岩体变形和破坏主要有以下几种类型： 基坑底部的隆起、爆裂和沿已有结构面的逆冲错动。边墙向临空方向的水平位移和沿已有的近水平的结构面发生剪切错动。 边墙或边坡岩体的倾斜。 高地应力区，地下开挖产生的岩体变形和破坏也有不同的类型： 拱顶裂缝掉块； 边墙内鼓张裂； 底鼓及中心线偏移； 施工导坑缩径。 此外，修建高坝、大型水库和深大的地下硐室等，常能在更大范围内破坏天然应力的平衡，引起一系列诸如断层复活、水库地震以及大型岩爆等严重危害建筑物和人民生命财产的工程

40、地质作用。对于天然岩体应力状态的研究，是工程地质工作者的一项重要任务。 2.2.分析影响岩体天然应力状态的主要因素及其作用。（1）岩体类型和工程地质特征；（2）地形地貌条件；（3）地质结构和构造；（4）局部应力集中；（5）水文地质条件；（6）人类工程活动。2.3.阐述我国地应力场的空间分布特点，及其与板块运动的关系。 （1）各地最大主应力的发育呈明显的规律性：各地的1方向均与由各该点向我国的察隅和巴基斯坦的伊斯兰堡联线所构成的夹角等分线方向相吻合或相近似，仅在两侧边缘地带略有偏转，即东侧向顺时针偏转，西侧向逆时针偏转。 （2）三向应力状态及其所决定的现代构造活动类型呈有规律的空间分布：潜在逆断

41、型应力状态区主要分布于喜马拉雅山前缘一带，其主要特点是两个水平主应力均大于垂直主应力。潜在走滑型应力状态区主要分布于我国中西部广大地区，其主要特点是只有一个水平主应力大于垂直主应力，具中等挤压区的特征。潜在正断型和张剪性走滑应力状态区主要分布于我国的东部和东北部。我国大部分地区最大主应力方向和量值的上述变化规律，完全是由印度板块与欧亚板块的碰撞、挤压所导致的。一般认为，白垩纪末印度板块从西南向北北东方向推移，并在始新世中期末，即大约距今3800万年前与欧亚板块相碰撞（对接）。此后印度板块仍以每年约5cm的速度向北北东方向推进，这样一种巨大而持续的板块间的相互作用是控制我国西部地区地应力场的决定

42、性因素；在同一时期，东部太平洋板块和菲律宾海板块则分别从北东东和南东方向向欧亚大陆之下俯冲，从而分别对我国华北和华南地区地应力场的形成产生重大影响；并认为华北地区目前处于太平洋板块俯冲带的内侧，大洋扳块俯冲引起地幔内高温、低波速的熔融或半熔融物质上涌并挤入地壳，使地壳受拉而变簿，表面发生裂谷型断裂作用，这样形成的北西一南东向拉张和太平洋板块于上地幔深处对欧亚板块所造成的南西西向的挤压相结合，就决定了华北地区现代地应力场和最新构造活动的特征。2.4.局部构造应力集中区的发育与活断层的关系。对于一个三向受力的岩体，那些与最大主应力成3040左右交角的断裂，特别是这类方向的雁行式或断续直线式排列的断

43、裂组，应力集中程度最高。特别是在断裂端点、首尾错列段、局部拐点、分枝点或与其它断裂的交汇点，总之一切能对继续活动起阻碍作用的地方，都是应力高度集中的部位，所以这些地方常成为强震发生的特殊部位。活断层或活动断块的这些特定部位，往往形成很高的局部构造应力集中地区。 2.5.试述岩体中残余应力的形成机制。承载岩体遭受卸荷或部分卸荷时，岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其他组分的约束，于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应力自相平衡的应力系统，此即残余应力。2.6.按照成因，岩体应力有哪些类型？各有何特征？（1）自重应力：在重力场作用下生成的应力为自重应力。在地表近于水平的情况下，重力场在岩体内的任

44、一点上造成相当于上覆岩层重量的垂直正应力v=*h。它相当于该点三向应力中的最大主应力。同时，由于泊松效应造成水平正应力h，它相当于该点三向应力中最小主应力h=N0*v。在地表近处，N0在0-0.5之间；在地表下的较深部位，N0值趋近于1。（2）构造应力：地壳运动在岩体内造成的应力，又可分为活动和残余的两类。活动的构造应力即狭义的地应力，是地壳内现代正在积累的，能够导致岩层变形和破裂的应力，它与区域稳定性和岩体稳定性均有密切的关系。剩余构造应力是古构造运动残留下来的应力。（3）变异及残余应力：变异应力是岩体的物理、化学变化及岩浆的侵入等造成的，与岩体内天然应力形成的关系也比较密切，通常只具有局部

45、的意义。残余应力是承载岩体遭受卸荷或部分卸荷时，岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其它组分的约束，于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应力自相平衡的应力系统。（4）感生应力：人类从事工程活动时，在岩体天然应力场内，因挖除部分岩体或增加结构物而引起的应力。2.7地壳表层岩体应力分布的一般规律？岩体应力状态主要有三种不同的典型情况：（1）地应力场的中间主应力2近于垂直，最大主应力1和最小主应力3近于水平。（2）地应力场的最小主应力3近于垂直，最大主应力1和中间主应力2近于水平。（3）地应力场的最大主应力1近于垂直，中间主应力2和最小主应力3近于水平。2.8断裂带的哪些部位最容易出现局部构造应力集

46、中作用？ 通常在断层的端点、首尾错列段、局部拐点、分支点、或与其他方向断裂的交汇点，总之一切能对其继续活动起阻碍作用的地方，都将是应力高度集中的部位。2.9阐述高地应力区岩体的特征。1与天然条件下高水平应力释放有关的浅、表生时效变形现象1.1 隆爆：形态上表现为细长的隆褶或类似于低角度逆断层的断隆，一般角度较小，通常仅1.52cm，而延伸长度则较大（大者可达1.5km）。1.2 席状裂隙：在出露于地表的侵入岩体内，广泛见有一种近水平平行分布的区域性裂隙发育，通常上部较密，向下逐渐变稀疏。据认为，其生成乃是区域性剥蚀卸荷的结果。1.3 谷下水平卸荷裂隙及谷坡内的水平剪切蠕动变形带：是一种应力释放

47、型表生时效变形现象。大量的勘探资料表明，在高地应力区内的较开阔的河谷下经常有一系列开口良好、透水性很强的水平卸荷裂隙发育；特别是在走向垂直于现今区域最大主应力方向的河谷段，这类卸荷裂隙往往尤为发育。它们多沿已有的层面或断裂结构面发育而成，故最易于产生在近水平产出的沉积岩分布区和缓倾角裂隙发育的岩浆岩分布区。由于导致这类裂隙形成的区域水平应力的量级相对较底，所以变形仅局限于谷地岩层的微量上拱和沿层间或已有缓倾结构面的错动与拉开而未进一步发展。1.4 应力释放型的深大拉张变形带：在水电工程地质勘察实践中发现在一些地段的谷坡后缘发育有深大的拉裂缝及拉张陷落带。其规模大、延伸方向稳定及发育深而区别于通

48、常的卸荷裂隙。它是属于在特殊地质、地貌条件下由河谷形成过程中的水平卸荷所导致的应力释放型的时效变形现象，其与其它类型的区别，主要在于这类变形现象是挽近地质历史时期的形成物，其发展已经过减速蠕变及相应的应力释放而达到平衡。2 与钻进有关的岩体应力释放及伴生的现象2.1 岩芯饼化现象：最常见的现象。2.2 钻孔塌落现象：钻孔的孔径并不呈圆形，而是在某一方向上孔径显著增大，其长短轴之差可达318cm。3开挖时表现的特征3.1 基坑底部的隆起、爆裂和沿已有倾斜结构面的逆冲错动。3.2 边墙向临空面方向的水平位移和沿已有的近水平的结构面发生剪切错动。3.3 边墙或边坡岩体的倾倒。3.4 对于隧道而言：拱

49、顶裂缝掉块；边墙内鼓张裂；底鼓及中心线偏移；施工导坑缩径等等。3.1.根据裂隙岩石三轴压缩过程曲线，分析岩体变形破坏基本过程和阶段划分。（1）压密阶段：岩体中原有张开的结构面逐渐闭合，充填物被压密，压缩变形具有非线性特征，应力应变曲线呈缓坡下凹型。 （2）弹性变形阶段：经压密后，岩体可由不连续介质转化为似连续介质，进入弹性变形阶段，过程长短主要视岩性坚硬程度而顶。 （3）稳定破裂发展阶段：超过弹性极限以后，岩体进入塑性变形阶段，岩体内开始出现微裂隙，且随应力差的增大而发展，当应力保持不变时，破裂也停止发展。由于微裂隙出现，岩体体积压缩速率减缓，而轴向应变速率和侧向应变速率均有所增高。 （4）不

50、稳定的破裂发展阶段：又称为累进性破坏阶段，进入本阶段以后，微破裂的发展出现了质的变化，由于破裂过程中所造成的应力集中效应显著，即使工作应力保持不变，破裂仍然会不断地累进性发展，通常是最薄弱环节首先破坏，应力重分布的结果又引起次薄弱环节破坏，依次进行下去直至整体破坏。 （5）强度丧失和完全破坏阶段：岩体内部的微破裂面发展为贯通性破坏面，岩体强度迅速减弱，变形继续发展，直至岩体被分成相互脱离的块体而完全破坏。3.2.简述岩体破坏的基本形式和特点。根据岩体破坏机制可将岩体破坏划分为剪性破坏和张性（或拉断）破坏两类。按剪切面的特征又可将剪切破坏划分为切断岩石的剪断破坏，沿已有结构面发展的剪切滑动破坏，

51、以及沿密集交错的面发生错动的塑性破坏三种情况。岩体以何种方式破坏，不仅与其荷载条件和岩性、结构以及所处环境特征有关，也视两者相互配合的情况而定。3.3.分析岩体破坏形式与结构面的关系。（1）块体状结构代表岩性均一、无软弱面的岩体，含有的原生结构面具有较强的结合力，间距大于100厘米。应力应变性能与均匀完整岩石相近。多呈脆性。地下水对其影响较小。块状结构代表岩性较均一、含有23组结构面，间距约100-50厘米。属于不连续介质体。变形破坏明显受软弱面控制。地下水作用较活跃。（2）层状结构代表含有1组连续性好、抗剪性能显著偏低的软弱面的岩体，一般岩性不均一。可分为层状、薄层状、互层状等。属于不连续介

52、质体。变形破坏明显受软弱面控制。地下水作用较活跃。（3）碎裂结构代表含有多组结构面、完整性很差的岩体。可分为镶嵌结构、层状碎裂结构和碎裂结构等。一般可视为似连续介质体。受力变形以随机分布密集的结构面呀岁和滑移为主，破坏方式主要表现为塑性破坏。地下水作用更为活跃。（4）散体结构代表松散介质体。一般可视为似连续介质体。受力变形以随机分布密集的结构面压碎和滑移为主，破坏方式主要表现为塑性破坏。地下水作用更为活跃。3.4.试分析岩体压致拉裂裂纹的形成过程。压应力条件下，切向拉应力集中最强的部位位于与主应力方向夹角为30-40 的裂隙的端部，因而破坏首先在这样一些方位有利的裂隙端部出现，随之扩展为分支裂

53、隙（J2t）。其初始方向与原有裂隙长轴方向间夹角为2，随后逐渐转向与最大主应力平行。随破裂的发展，隙壁上切向拉应力集中程度也随之而降低，当分支裂隙转为平行于最大主应力方向后即自动停止扩展。故此阶段属稳定破裂发展阶段。随着压应力的进一步增高，已出现的分支裂隙将进一步扩展，其它方向稍稍不利的裂隙端部也将产生分支裂隙。岩体中出现一系列与最大主应力方向平行的裂隙。这些裂隙可表现为具有一定的等距特征，是岩体板裂化的主要形成机制之一。压应力增高至裂隙贯通，则导致破坏。3.5.试分析岩石（体）沿原有结构面的剪切机制与过程。（1）平面摩擦：通常为地质历史过程中曾经遭受过剪切滑动、随后又未胶结的结构面 。（2）

54、糙面摩擦：通常为地质历史过程中未遭受过明显剪动的结构面。可能有3种情况：越过凸起体、剪断凸起体、刻痕或犁槽。()转动摩擦和滚动摩擦：当剪切是沿某一碎块体构成的剪切带，或沿夹有许多碎块的断裂面发生时，被两组或两组以上的结构面切割的块体可能发生转动或滚动。3.6.试分析岩石（体）弯曲变形破坏机制与过程。近地表岩体和工程岩体中所发生的弯曲变形，都表现为具有一定塑性和延性变形特征，并伴有脆性破裂。按受力状况，可分为横弯曲和纵弯曲两类，按弯曲板梁约束支承情况，可分为简支梁、外伸梁和悬臂梁弯曲等。同时，弯曲板梁的轴部和翼部变形破裂的机制与过程有明显差别。轴部区(或枢纽部位)是压应力和拉应力的集中部位，也是

55、变形破裂最显著的部位，并且这个部位的变形破裂对整个板梁的演化起着重要控制作用。 翼部区则主要表现为剪应力集中所造成的变形与破裂，这种滑脱脱离现象的产生，使轴部区的应力集中现象有所缓解。 3.7.解释高地应力区钻进过程中“岩饼”形成的原因。钻进中切出的岩柱由于受根部受限面的约束而不能充分回弹，其回弹的充分程度随距受限面高度h而增大。这种差异回弹使受限面上产生残余剪应力，其值视切出的岩柱中被约束而末释放的回弹力之大小而定。根据弹性力学森维南原理，受限面只能在一个局部范围内约束岩柱的回弹，超过某一临界高度h0的部分则已充分回弹，所以沿岩柱短轴方向中垂面上法向残余压应力与受限面上残余剪应力两者发生变化

56、。当切出的岩柱所达到的高度已足以使岩柱边缘的最大剪应力达到以致超过岩石的抗剪强度，则岩柱沿受限面被迅速剪断，所以在一定的地应力环境中，同类岩石的岩饼，其厚度与直径的比值十分相近。3.8.试分析空隙水压力在岩体变形破坏中的作用。地下水普遍赋存于岩体之中，它与岩体间的相互作用主要可归为两个方面：一是地下水与岩体间发生机械的、物理的或化学的相互作用，使岩体和地下水的性质或状态发生不断的变化；二是地下水与岩体间发生的力学方面的相互作用，它不断地改变着作用双方的力学状态和特性。3.9.岩体变形破坏机制的基本地质力学模式有哪些？(1)蠕滑拉裂，(2)滑移拉裂，(3)滑移压致拉裂，(4)滑移弯曲，(5)弯曲

57、拉裂，(6)塑流拉裂3.10.简述差异卸荷回弹造成的破裂特点。1、差异卸荷回弹造成的张性破裂 （1）材料性能差别造成的差异回弹 ：岩体中紧密相连而材料性质不同的颗粒体系，如果在加荷过程中，弹性强的单元引起纯弹性应变，而弹性弱的单元则在弹性变形后发生了塑性变形。卸荷回弹时，两者膨胀程度不一，于是分别在各自单元内产生了残余压应力和残余拉应力。一旦残余拉应力达到颗粒材料的抗拉强度，则产生拉裂面。（2）应力史不同造成的差异回弹：碎屑岩中碎屑颗粒和胶结物两者可具有不同的应力史，颗粒承受荷载被压缩，或产生切过颗粒的张性破裂面。在颗粒被压缩的情况下充入胶结物，因此卸荷时，处于压缩状态的颗粒力图膨胀，但这种膨胀受到胶结物的限制，使胶结物转为拉伸状态，一旦被残