工程地质复习题研

1、一、高弯度河流沉积相模式岩体的主要工程地质特征a.岩体具层状或软硬相间互层状结构特征天然堤和洪泛相（合称顶部相）的泥岩、粉砂岩为这类岩体中分布稳定的软弱层。该层顶部有时可见呈扁豆体状分布的上一旋回的滞留砾岩，如果富含泥砾，为软弱夹层。但往往厚度薄、连续性差，分布范围小。砂岩体厚度与古河流水深相近，厚度变化小。b.砂岩体抗风化性能弱，强度具明显自下而上的递变规律。边滩相砂岩体矿物成分的成熟度低，大多为泥钙质胶结的长石砂岩或硬砂岩，抗风化能力低。单向环流，上升段水流流速随高度增加而降低，砂岩体的粒度成分由下而上逐渐变细，愈靠近上部混入的悬移质成分也愈多，而靠近底部的砂体，成岩过程中其固结和钙质胶结

2、物的补给条件一般较上部有利。最终造成砂岩体强度由下向上递减，有的甚至相差数倍。总之，这类相模式岩体以具有连续性较好的低强度软弱层为其主要特征。岩体抗滑稳定性差、抗风化能力弱。二、辫状河流沉积相模式岩体的主要工程地质特征a.岩体具层状或块状结构特征。岩体中以含泥砾的滞留砾岩层为其主要软弱层，断续分布，起伏差大，多呈槽状。顶部的泥质粉砂岩通常被冲刷殆尽，或呈零星分布。b.砂岩体具较高的抗风化能力和强度。心滩相砂（砾）岩体是水流绕心滩时分时合的侧向加积物，矿物成分较边滩相更复杂，但成熟度较好，以钙质胶结的长石石英砂岩或石英砂岩为主，抗风化能力较边滩相砂岩强。辫状河流坡降陡，砂岩体颗粒较粗，常含有砾石

3、或卵石，悬移质成分很少。砂岩体粗细交错，原始透水性比边滩相砂岩体强，顶部又无连续的粘土隔水层，固结和胶结条件好。因此，其砂岩体强度一般较边滩相砂岩体高。总之，辫状（游荡型）河流相模式岩体的抗滑稳定性较强。但当零星分布有泥岩体时，可能造成不均匀变形。三、构造断裂的机制组合序列构造断裂表现为两种（多种）机制类型的组合。通常随深度的加深和温度增高，机制组合可有如下序列：剪切或拉裂拉裂与弯曲弯曲弯曲与压扁压扁压扁与流动流动。按此序列，地壳可划分为上、中、下三个构造层（如教材中图1-12）。四、构造断裂的组合形式根据板块构造学观点，地质体中构造断裂的组合形式可分为聚合带或山链构造、伸展带或裂谷和走滑断裂

4、带等三种模式。三种模式在空间上可有多种形式的邻接关系；又可以不同规模相互包容或在地质历史进程中相互转化。五、目前关于地壳岩体天然应力状态的三种主要观点地壳岩体天然应力状态取决于地区的地质条件和岩体所经历的地质历史，目前主要有三种观点。1、“静水应力式”观点：瑞士地质学家海姆于1905-1912年提出的，他以岩体具有蠕变的性能为依据，认为地壳岩体内任一点的应力都是各向相等的，均等于上覆岩层的自重。实测资料表明，这一假说只适用于某些具体条件。2、垂直应力为主的观点：这一观点是基于弹性理论提出的，认为岩体内的应力主要是重力场作用下形成的自重应力。由于地质条件的复杂性和多样性，采用这种极端简化的假设条

5、件处理岩体的天然应力状态问题，是不符合全面情况的，仅适用于某些局部条件。3、“水平应力为主的观点”：上世纪20年代，李四光教授就指出，地壳运动是以水平运动为主，应力场是以水平应力为主导的。上世纪50年代瑞典科学家通过在芬-斯地块的矿山大量测量工作验证了这一观点，发现存在于该地区地壳上部的最大主应力大多是水平或接近于水平，而且水平向应力值比垂直向应力值大很多倍，形成了以水平应力为主的应力场。六、地壳岩体内应力状态的三种典型情况已有大量震源机制资料和应力实测资料，清楚地揭示出地壳岩体内的应力状态存在不同类型，其中包括如下三种典型情况。应力场的中间主近于垂直，最大主应力和最小主应力迫于水平。在这种应

6、力状态下，如果发生破坏（或再活动）必然是沿走向与最大主应力成约30-40左右交角的陡立面产生走向滑动型的断裂活动，故此类三向应力状态称为潜在走向滑动型。应力场中最小主应力轴近于垂直，最大主应力与中间主应力轴近于水平。此种应力状态下如果发生破坏，必然是逆断型的，即沿走向与最大主应力垂直的剖面X裂面产生逆断活动，故可称为潜在逆断型。应力场中的最大主应力轴垂直，而其余两主应力水平分布。此种应力状态下发生的破坏（或再活动）必然是沿走向与最小主应力轴相垂直的面，发生正断性质的活动，故可称为潜在正断型。七、地表河谷附近应力重分布具有如下的一般规律：主应力方向在河谷临空面附近发生明显的变化，通常重分布后的最

7、大主应力与临空面近于水平，而最小主应力则与之近于垂直。最大主应力由内向外逐渐增大，至临空面处达最大值，而最小主应力的变化则恰恰相反，即由内向外逐渐减小，至临空面处变为零，有时甚至会出现拉应力。临空面附近的应力集中现象通常在坡脚处及河谷底部表现得最为强烈。八、我国地应力场三向应力状态的空间分布规律我国地应力场三向应力状态呈有规律的空间分布：潜在逆断型应力状态区主要分布在喜马拉雅山前缘一带，其特点是两个水平主应力均大于垂直主应力，最大主应力方向总体呈近南北向，属于强烈的水平挤压区。潜在走滑型应力状态区主要分布在我国的中西部广大地区，其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，左旋

8、型活断层较为发育。潜在正断型和张剪性走滑型应力状态区主要分布在我国东部和东北部。此区主要特点是，新生代以来区内正断层和地堑式断陷盆地十分发育；区内新生代沉积物呈明显的“双层结构”；区内近期地震主要由两个方向的断裂活动引起，即NNE向和NWW向。九、在天然条件下，地壳岩体的应力-应变性状与应变速率的关系：在天然条件下，地壳岩体的应力-应变性状与应变速率的关系可能出现如下三种不同的组合情况：区域构造力的作用使岩体的应变速率大于临界应变率时，地壳岩体整体处于弹性状态，属于强烈的构造变动区（如下图中所示情况）；区域构造力的作用使岩体的应变速率介于临界应变速率和某一临界值之间时，岩体可以发生变形但不发生

9、破坏，但可能导致断裂再活动，引起地震，属于构造新活动区（如下图中所示情况）；区域构造力作用微弱，岩体本身及沿断裂的应变速率均低于临界应变速率，属于构造稳定区（如下图中所示情况）。图 岩体的应力-应变性状与地壳应变速率间的关系十、压应力条件下的拉断破坏过程：在压应力条件下，切向拉应力集中最强的部位位于与主压应力方向夹角为30-40的裂隙端部，破裂首先在这样的一些方位有利的裂隙端部出现，随之扩展而成分支裂隙。其初始方向与原有裂隙长轴方向间夹角约等于2，随后逐渐转向与最大主压应力方向平行，当分支裂隙转为平行于最大主应力方向后自动停止扩展，进入稳定破裂发展阶段。随压应力进一步增高，已出现的分支裂隙进一

10、步扩展，其它方向稍稍不利的裂隙端部也将产生分支裂隙，岩体内出现一系列与最大主应力方向平行的裂隙，直到破坏。图 压应力条件下岩体的拉断破坏过程十一、沿潜在剪切面的剪断机制和过程：岩体进入稳定破裂阶段后，内部的应力应变状态发生明显的变化，并产生一系列新的破裂。拉张分支裂隙的形成与扩展 如图，位于滑移段的后侧端部由于剪切位移的明显差异而产生拉张分支裂隙J2t，在稳定破裂阶段中，这些裂隙的生长方向转向与最大主应力方向平行时，即停止扩展。法向压碎带的形成 进入不稳定破裂阶段后，前述拉张分支裂隙J2t将继续扩展，同时，滑移段前侧端部由于主压应力向裂隙方向的偏转，可造成与之相垂直的法向压碎带。它的出现使各分

11、支裂隙分割的薄梁遭到破坏，削弱了锁固段岩石的强度。潜在剪切面的最后贯通 随剪切位移的发展，锁固段剪切应力集中程度不断提高，同时由于滑移段沿有起伏的裂面剪切位移所产生的剪胀力可使B段承受法向拉应力，加上压碎带的影响，B段抗剪能力被明显削弱。潜在剪切面中那些剪应力集中程度最高且强度又被明显削弱的锁固段将首先被剪断，使剪应力更加集中于另一些未被剪断的锁固段，破裂就会累进性地加速发展，最终形成剪切面。图 潜在剪切面破裂发展模式图 差异剪切位移 分支拉裂纹 剪胀 拉应力 压碎带A微裂隙滑移段 B锁固段十二、我国大陆板内现代运动特征：我国大陆处于欧亚板块的东部，是一个被周围板块挤压围限的区域，影响板内变形

12、与运动状况的边界动力环境十分复杂，有印度板块与亚洲大陆在喜马拉雅一带的碰撞及向亚洲内部的继续挤入；西太平洋板块向亚洲大陆的俯冲与挤压；菲律宾板块向西的俯冲及在台湾一带的会聚；日本海、东海东部冲绳海槽及南海盆地的弧后局部扩张等。板内变形和运动主要以块体为单位，以块体边缘的活断层为主要活动边界，大体上可分为西部以板内聚敛为主的挤压区，东部东北、华北的拉张裂陷区和东南部处于西部挤压与北部围限下整体稳定滑移区。十三、地震场地破坏效应场地破坏效应包括地面破裂效应、地基失效和斜坡破坏效应。地面破裂效应：如果震源较浅，断层的错动可直达地表，或者由于大幅震动导致近地表深厚覆盖层产生永久性的塑性变形，从面导致其

13、上建筑物地震失稳或失效。地基失效：如果地震动强度很大，或地基强度较低，往往会导致地基承载力下降、丧失以至于变位、移动。主要破坏形式有地基强烈沉降与不均匀沉降、地震水平位移，以及砂土液化等。斜坡破坏效应：包括地震诱发的滑坡、崩塌或泥石流等，主要发生在山区或丘陵地区。在所有地震破坏作用中，大规模的崩滑及其引起的泥石流是最不可抗御的，往往能造成大量破坏与伤亡。十四、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

14、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，结果必然使砂体中孔隙水压力上升，砂粒之间的有效正应力就随之而降低，当孔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。砂土液化引起的破坏主要有：涌沙、地基失效、滑塌、地面沉降及地面塌陷等。十五、斜坡稳定性评价与预测方法斜坡稳定性评价与预测方法可概括为过程机制分析法、理论计算法和工程地质类比法三大类。过程机制分析法就是应用斜坡变形、破坏的基本规律，通过追溯斜坡演变的全过程，对斜坡签定性发展的总趋势和区域性特征做出评价和预测。理论计算法是将土力学、岩

15、石力学、弹塑性力学、断裂力学、损伤力学等多种力学和数学计算方法应用于斜坡稳定性的定量评价和预测。工程地质类比法是把已有的天然斜坡或人工边坡的研究或设计经验应用于条件相似的新斜坡的研究及人工边坡的设计中去。十六、改善坝基的稳定性措施改善坝基的稳定性措施主要有：清基、岩体的局部或整体加固、防渗以及改变建筑物的结构以适应不良的地质条件等四种。清基就是将坝基表部的软弱土层、风化破碎岩体或浅部软弱夹层等清除掉，使坝基位于比较完整新鲜的岩体或较致密坚实的土层之上。岩体的局部或整体加固主要是通过固结灌浆、锚固，以及断裂破碎带的回填处理、桩基加固等方法进行处理。防渗是通过帷幕灌浆、修建防渗墙及防渗铺盖等措施进

16、行处理。改变建筑物的结构包括增大坝体、放缓边坡、加深齿墙、延长上游防冲板以增大垂直荷载，以及预留沉降缝以消除不均匀沉陷的危害等。十七、河床砂体的液化性特征河漫滩、一级阶地沉积及时代与上述沉积相当的古河床沉积是易于液化的河床砂体十八、岩石蠕变的三个阶段依次为：减速蠕变、等速蠕变、加速蠕变。十九、斜坡形成后应力状态变化的基本特征表现斜坡形成后应力状态变化的基本特征表现为：坡顶拉应力集中，坡面径向应力降低，坡脚剪应力集中。二十、影响斜坡岩体应力分布的因素影响斜坡岩体应力分布的主要因素有岩体中的原始应力状态、坡形、岩体的特性和结构特征等。二十一、砂土液化的现场判别方法砂土液化的现场判别方法主要有 标准

17、贯入试验法 、 静力触探法 和 剪切波速法。二十二、活断层的粘滑与稳滑特征活断层活动的两种基本方式是粘滑与稳滑：粘滑错动是间断性突然性发生的；稳（蠕)滑的错动是持续、平稳地发生的。二十三、局部地形对震害的影响局部地形对震害的影响显著：孤立的山咀对地震有放大作用；低洼沟谷对地震有减弱作用。二十四、场地条件对震害和地震动的影响国内外震害经验表明，场地条件是引起地表震害或地震动局部变化的主要因素，不同的场地条件地震反应不同，震害也不尽相同。基岩上地震动幅值小、持续时间短，震害轻。已有的实（观）测资料表明，基岩上地震加速度最大幅值总是濒于附近土层上的加速度最大幅值；基岩地基上地震动的持续时间也总是较短

18、的。因而当地震来临时，基岩地基上的建筑物震害也会最轻。深厚松散覆盖上地震动周期长。根据微震观测资料，由下伏刚性较强岩层传来的剪切波，通过表层刚度较小的松散沉积物到达地面后，在传播速度减慢的同时，振幅显著增大，周期有所增长，加速度被放大，因此松散层上的地震动通常比基岩要强烈且卓越周期多为长周期。所以，巨厚冲积层上低加速度的远震可以使高层或其它长周期建筑物遭到破坏。非发震断层对震害无明显影响。发震断层由于突然错动并释放弹性能，造成地面破裂而加重震害，同时发震断层也是引起地基和结构振动的地震波的来源。但是根据震害调查资料，位于非发震断层上的建筑物震害与相同类别场地上的震害相同。这表明，非发震断层对震害无明显影响。局部地形对震害影响显著。地形对震害影响有两种本质和不同：一是地形使振动加强或减弱，造成震害的加重或减轻。使地震动加强的地形为突出孤立地形；而低洼沟谷则使地震动减弱。其次是陡崖、山地或河谷斜坡等发生斜坡失稳，产生崩塌、滑坡等危及工程建筑的地质现象。砂土液化对震害的影响具有双重性。强烈的液化往往引起喷水冒砂，从而导致地裂缝、错位、滑坡、不均匀沉降等地基失稳现象，加剧建筑物的震害。但是当地表2-3m内较密实的粘性土层，能成为荷载小而基础浅的结构物稳定持力层时，在其下伏层砂土液化后，此层仍具有一