工程地质分析原理复习资料

1、工程地质分析原理复习资料标准化文件发布号：（9456EUATWKMWUB-WUNNINNUL-DDQTY-KII lx工程地质学(Engineering geology):工程地质学是地质学的分支学科。它 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科学，属应用 地质学范畴。2、工程地质条件(Engineering geological condition):指与工程建设有关的地 质因素的综合。它是在自然地质历史发展演化过程中形成的，是客观存在。地 质因素包括岩土类型及其工程性质、地质结构、地貌、水文地质、工程动力地 质作用和天然建筑材料等方面，它是一个综合概念。3、工程地质问题(

2、Engineering geological problem):指工程地质条件与建筑物 之间所存在的矛盾或问题。4、工程地质学的研究对象：就是研究地质环境与工程建筑物之间的关系，促使 二者之间的矛盾转化、解决。K活断层(active fault):指LI前正在活动的断层，或近期曾有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层。砂土液化：饱和砂土住地震、动力荷载或其他外力作用下，受到 强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基是小的作用斜坡(slope):是指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体，是 地表广泛分布的一种地貌形式。一般可分为天然斜坡和人工边坡。天然斜坡：指自然形成、未经人工破坏改

3、造的斜坡，如沟谷岸 坡、山坡、海岸等。人工边坡：指经人工开挖或改造形成的斜坡，如渠道边坡.基坑斜坡变形破坏是内、外动力地质作用及人类活动作用下，斜坡岩土体处于不 稳定状态或失稳的一种现象。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。8斜坡变形：在贯通性破坏面形成之前，斜坡岩体的变形与局部破裂斜坡中已有明显变形破裂迹象的岩土体，或已查明处于进展性变形的岩土 体，称为变形体。9卸荷回弹(unloading rebound)是斜坡岩体内积存的弹性应变能释放而产生的。 10斜坡蠕变是在坡体圧力(以自重应力为主)长期作用下发生的一种缓慢而持续 的变形，这种变形包含某些局部破裂，并产生一些新的

4、表生破裂面。11崩塌：是指陡坡上的岩土被多组结构面分割，在重力和其他外力作用下， 突然脱离母体，以垂直运动为主快速向下崩落的表生地质现象。滑坡：斜坡上的部分岩体，沿着一定的贯通性剪切破坏面，产生以水平运 动未知的向下滑移的表生地质现象。扩离是山于斜坡岩(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。14渗透力(seepage force)或动水压力(hydrodynamic force):地下水在渗 流过程中作用于岩土体上的力。15 渗透变形(seepage deformation)或渗透破坏(seepage failu

5、re) :渗透力达到一定值时，岩土中一些颗粒、其至整体就发生移动，从而引起岩土体的 变形和破坏。这种作用或现象，称为气 抗渗强度：土体抵抗渗透变形的能力。16.管涌(piping)或潜蚀(suffosion)：在渗流作用下，单个土颗粒发生独立 移动的现象。可分为垂直管涌和水平管涌。17流土(quick soil，quick sand):在渗流作用下，一定体积的土体同时发生 移动的现象。一般发生在均质砂土层和亚砂土层中，流沙就是，危害大于管 涌。岩溶作用：地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用。岩溶：岩洛作用及其所产生的地质现象和水文现象的总称。国际上称为 喀斯特(karst)混合溶蚀作用：

6、不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀性有所增加。悬托河：处于上升运动的灰岩山区，有时发现河谷中的地下水位低于河水 位，甚至有的地方地下水位在河床以下数十米至百米。紊动漩涡：随着水团不断地分裂聚合，水团的大小也不断地发生变化，这 样的水团一般称为。壅水淤积：洪水期浑水进入壅水段，泥沙扩散到全断面，随着挟沙能力沿 流程降低，泥沙沉积于库底，且粗粒沉积于上游，细粒沉积在下游，形成淤积 三角洲。异重流淤积：当入库水流含沙量高，并有足够的流速时，浑水进入壅水段 后可不与清水混淆扩散而潜入清水之下，沿库底向下游继续运动，并可一直运 行到坝前，并在回流作用下使水库变浑，细颗粒缓缓落于库底。泥石流是指发生在山

7、区小型流域中、短暂的、饱含泥沙的特殊洪流，是水 土流失发展到严重阶段的表现。地面沉降：是指地面高程的降低。地面塌陷：地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下塌陷，并在地面形 成塌陷坑的一种动力地质现象。基本烈度：指在今后一定时间(一般按100年考虑)和一定地区范圉内一般场 地条件下可能遭受的最大烈度。场地烈度：一般理解为根据建设场地具体的丄程地质条件而对基本烈度的调整 或修正。一般调整范用。设防烈度：亦称设讣烈度，是抗震设讣所采用的烈度。它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。一般建筑物可采用基本烈度为设防 烈度，重大建筑物适当提高。地震效应：在地震作用影响所及的范HI内，于

8、地面出现的各种震害或破坏，称 之为竺振动破坏效应：地震发生时，地震波在岩土体中传播而引起强烈的地面运动， 使建筑物的地基基础以及上部结构都发生振动，给它施加了一个附加荷载，即 地震力。当地震力达到某一限度时，建筑物即发生破坏。这种山地震力作用直 接引起建筑物的破坏，称为震源机制:地震发生的物理工程破裂效应指的是强震导致地面岩土体直接出现破裂和位移，从而引起附近的或 跨越破裂带的建筑物变形或破坏；地基效应指的是地震使松软土体压密下沉、砂土液化、淤泥塑流变形等，而导 致地基失效，使上部建筑物破坏。斜坡破坏效应包括地震导致的滑坡、崩塌或泥石流等，主要发生在山区或丘陵 地带。1、活断层的鉴别标志地质标

9、志：a.断层两侧地层岩性和产状截然不同，被错断，是最本质最重要最可幕的标 志。注意与滑动面区别；b.第四纪沉积层变形，砾石层中的砾石受剪断或压 碎，视断层性质而定；c.断层带（面）的岩石因挤压磨碎，表现为松散、未胶 结的破碎带。d.在强震过程中沿活动性断裂带常常出现地裂缝。地貌标志：a. “风口”、“规口 ” b.夷平面解体c.阶地变化d河流弯曲e.山脊山谷 错动f两种地貌单元直线相接的部位g滑坡、崩塌、泥石流等物理地质现象 发育部位。3 水文地质标志：a.泉水呈线状分布b.温泉呈带状分布c.地下水压力与化学成分异常4.其它标志：a.地形变化明显；b地球物理场异常；c.地应力较高、地震活动频繁

10、。地震震级和地震烈度的区别联系二者都是表征一次地震活动的术语、都是衡量一次地震所引起的地面震动强烈 程度的尺度。地震震级是表示地震本身大小的尺度，是山地震所释放出来的能量大小所决定 的。释放出的能量愈大则震级念大，因为一次地震释放的能量是固定的，所以 无论在任何地方测定只有一个震级。地震烈度是衡量地震所引起的地面震动强烈程度的尺度。它不仅取决于地震能 量，同时也受震源深度、震中距、地震传播介质等因素的制约。一次地震只有 一个震级，但不同地点，烈度大小是不一样的。砂土液化引起的破坏主要有（1）涌砂：涌出的砂掩盖农田，圧死作物，使沃土盐碱化、砂质化，同时造成河 床、渠道、径井筒等淤塞，使农业灌溉设

11、施受到严重损害。（2）地基失效：砂土液化造成地基的承栽能力完全丧失，则其上的建筑物就会产 生强烈沉陷、倾倒，甚至倒塌。（3）滑塌：山于下伏砂层或敬感粘土层震动液化和流动，可引起大规模滑坡。（4） 地面沉降及地面塌陷：饱水疏松砂因扰动而变密，地面也随之而下沉，低平的 滨海湖平原可因下沉而受到海湖及洪水的浸淹，使之不适于作为建筑物地基。影响砂土液化的因素主要土的类型及性质、饱和砂土的埋藏分布条件以及地震动的强度和持续时间。一、土的类型及性质土的类型及性质是砂土液化的内因。研究表明：粉、细砂土最易液化；但随着 地震烈度的增高，亚砂土、轻亚粘土、中砂土等也会液化二、饱水砂土层的埋藏分布条件饱水砂土层的

12、埋藏条件主要包括：饱和砂层的厚度、砂层上非液化粘土层厚度 以及地下水埋深等三个方面。它们决定了超孔隙水压力和有效覆盖压力的大 小。地下水埋深愈浅，非液化盖层愈薄，则愈易液化。三、地震强度及持续时间（历时）引起砂土液化的动力是地震加速度，显然， 地震愈强、加速度愈大，则愈容易引起砂土液化。影响斜坡岩体应力分布的主要因素主要包括：原始应力状态、坡形、岩土特征和结构。一、原（初）始应力状态的影响，岩体的原始应力状态中，水平剩余应力的大 小对坡体应力状态的影响尤为显著。二、坡形的影响，坡形包括斜坡的坡高、坡角、坡底宽度和平面形态等儿个方 面，他们对斜坡应力分布均有一定影响。岩土特征和结构的影响，岩土体

13、的变形模量（弹性模量）（E0）对均质坡 体的应力分布并无明显影响；波松比（H）可以改变主应力（ox）和剪应力 （Txy）的分布，引起张力带变化：U增大，坡面和坡顶张应力带扩展；而在坡 底则相反，U增大，张应力带收缩。影响斜坡稳定性的因素十分复杂，其中最主要的有岩土类型及性质、地质结构、水文地质条件等。除 此之外，还有岩石风化、地表水、大气降水作用、地震及人类活动等。这些因 素综合起来可分为两大方面：内在因素和外在因素。内因是变化的根据，是最根本的因素，决定着斜坡变形破坏的形式和规模，对 斜坡稳定性起控制作用；内因（内在因素）1 地形地貌2地层岩性（岩土类型和性质）3地质结构构造4地下水分布5植

14、被 作用外因是变化的条件，通过内因而起作用，促使斜坡变形破坏的发生和发展，外 因常常成为斜坡灾变破坏的触发因素1 水的作用:（1）地表水（地面径流、河流、水库、湖泊等）作用；（2）地下水作用；（3）降水（融雪）作用。2.地震作用3人为作用:（1）爆破和机械振动:（2）切坡或加载；（3）破坏植被；（4） 矿藏开采。渗透变形产生的必要条件渗透变形产生的必要条件是：渗透水流有足够大的动水压力和土体具有一定的 结构特性。必要条件是根据理论公式推导和实验室研究获得的。在具备必要条件前提下，是否确实出现此问题，还必须有宏观地质因素和工程 因素来决定，这是充分条件岩溶发育的基本条件：？（1）具可洛性岩石；（

15、2）具溶蚀能力的水：（3）具良好的水的循环交替条件，即具有良好的地下水补给、径流和排泄条 件。渗漏的形式按渗漏通道分为：（1）裂隙分散渗漏；（2）管道集中渗漏。按库水漏失特点分为：（1）暂时性渗漏（库水饱和库底包气带的岩溶洞穴和裂 隙所消耗的水量，待洞穴和裂隙饱水后渗漏即停止。库水贮于岩体空隙中，不 会造成水量的损失。）；（2）永久性渗漏（库水通过岩洛化岩体流向本河下 游、邻谷、低地及干流等处，造成库水的损失。）。岩溶渗漏的防治措施采用灌（灌浆）、铺（铺盖）、堵（堵洞）、截（截渗）、导（疏导）等方法 处理岩溶渗漏问题。岩溶地基变形破坏的主要方式（1）地基承载力不足，在覆盖型岩溶区，上覆松软土强

16、度较低，或建筑荷载过 大，引起地基发生剪切破坏，进而导致建筑物的变形和破坏。（2）地基不均匀下沉，在覆盖型岩洛区，下伏石芽、洛沟，落水洞、漏斗等 造成基岩面的较大起伏，当其上部有性质不同、厚度不等的粘性土分布时，在 建筑物附加荷载作用下，产生地基不均匀下沉，从而导致建筑物的倾斜、开 裂、倾倒及破坏。（3）地基滑动，在裸露型岩洛区，当基础砌置在溶沟、洛隙、落水洞、漏斗 附近时，有可能使基础下岩体沿倾向临空的软弱结构面产生滑动，进而引起建 筑物的破坏（图）。（4）地表塌陷。在地基主要受力层范围内，如有帑洞.暗河.土洞等时，在 自然条件下，或因建筑物的附加荷载、抽排地下水等因素作用，产生洞顶坍 塌，

17、引起地面沉陷、开裂，以至使地基突然下沉，形成地表塌陷，进而导致建 筑物的破坏。1K岩溶地基处理措施（7种）（1）挖填。当洞穴埋藏不深时，可挖除其中的软弱充填物，回填碎石、灰 土、混凝土等，以增强地基强度；当基础下溶洞埋藏不深，其顶板乂不稳定 时，可炸开顶板，挖除充填物，回填碎石等；当粘性土地基局部有石芽突岀 时，可将石芽凿去，回填素土，以调整地基变形。（2）跨盖。当基础下有小溶洞、溶沟、落水洞时，可采用钢筋混凝土梁板跨 越，或用刚性大的平板基础覆盖，但支承点必须放在稳定性好的岩石上，也可 调整柱形基础的柱距。（3）灌浆当基础下洞穴埋藏较深时，可通过钻孔灌注水泥沙浆、混凝土、沥 青等，以堵填洞穴

18、、溶隙，提高其强度，或防止洞穴进一步坍塌。（4）桩基当基岩顶面起伏不平，其上覆土层性质较软弱，厚度乂较大，不易 清除时，可视建筑物需要作支承桩（图）或摩擦桩。（5）合理疏导水气 供水或采矿时，抽排地下水的井孔不要过于集中，不要 快速大量集中抽排地下水，应使地下水位均匀的缓慢下降，以免形成过大的水 力梯度或真空腔。同时，井的进水管应作好反滤，以减少泥沙流失。不过量 开采地下水，水位下降不应低于溶洞顶面，以保持岩溶水的承压状态。开采 地下水的方案合理，如有多个含水层时，尽量不采上部含水层的水。在可能 形成真空腔的部位，安置通气管，利用充气法及时补充岩溶空腔中的气体，破 坏其真空状态，避免形成塌陷的

19、条件。在已产生部分塌陷的地区，要采取分 流措施，作好地表水截流和堵漏防渗，防止地表水及降水大量灌入地下，引起 土体冲蚀，并扩大和加剧塌陷的发生。（6）绕避（7）强夯覆盖型岩溶区上覆松软土，通过强夯法使其压缩性降低，强度提 高，能减少或避免土洞及塌陷的形成。当土层中存在隐伏洞穴时，可用强夯法 将其破坏，以消除隐患，达到事先处理的目的。12河流工程地质问题分析一、水库淤积一一壅水淤积、异重流淤积建库后，因洪水期浑水进入壅水段，泥沙扩散到全断面，随着挟沙能力沿流程 降低，泥沙沉积于库底，且粗粒沉积于上游，细粒沉积在下游，形成淤积三角 洲，这就是壅水淤积。异重流淤积：当入库水流含沙量高，并有足够的流速

20、 时，浑水进入壅水段后可不与清水混淆扩散而潜入清水之下，沿库底向下游继 续运动，并可一直运行到坝前，并在回流作用下使水库变浑，细颗粒缓缓落于 库底。坝下游河床再造建库改变了下游河道的水动力条件，破坏了河床原有平衡状态，引起下游河床再 造，建立新的平衡河道。河流地质作用与工程建筑的关系侵蚀作用，威胁着紧黑河岸，其至远离河岸建筑物的安全。河底冲刷，威胁跨 河建筑物（如桥梁、堤坝）地基的稳定性。侧向侵蚀，会引起岸坡滑坡、崩塌 等。四、河流环境工程地质，在河流上兴建建筑物，山于改变了一定范围的地质环 境，从而产生环境工程地质问题。13.泥石流的形成条件必须具备三大条件：地形条件、地质条件和气象水文条件

21、。1 地形条件：主要指沟谷条件2地质条件：主要决定了松散固体物质来源3气 象水文条件：水动力条件14斜坡应力场的基本特征1）山于应力的重分布，斜坡周圉主应力迹线发生明显偏转。无论是在重力场条 件下，还是在以水平应力为主的构造应力场条件下，其总的特征表现为愈靠近 临空面，最大主应力愈接近平行于临空面，最小主应力则与之近于正交（图下）向 坡体内部逐渐恢复到原始应力状态。山于应力分异的结果，在临空面附近造成应力集中带。但坡脚区和坡缘（斜坡 面与坡顶面的交线）区情况有所不同：坡脚附近最大主应力（相当于临空面的切向应力）显著增高，且愈近表面愈高 （图下）；最小主应力（相当于径向应力）显著降低，于表面处降

22、为零，其至转为拉 应力。因而，这一带是斜坡中应力差或最大剪应力最高的部位，形成一最大剪 应力增高带，通常是斜坡中最容易发生变形和破坏的部位，往往因此而产生与 坡面或坡底面平行的压致拉裂面。（3）与主应力迹线偏转相联系，坡体内最大剪应力迹线山原先的直线变为近似圆 弧线，弧的下凹面朝着临空方向。这也正是均质岩土体中斜坡破坏面常成圆弧 状的原因。（4）坡面处由于径向压力实际等于零，所以实际上处于单向应力状态，向内渐变 为两向或三向状态。15水工建筑物（土石坝）防治渗透变形的措施1、垂直截渗：粘土截水墙、灌浆帷幕、混凝土防渗墙等2、水平铺盖：上游粘土铺盖，该法只加长渗径而减小水力梯度，不能完全截 流。

23、3、排水减压，排水井，减压井4、反滤盖重，在渗流溢出段分层铺设儿层粒径不同的砂砾石层，层界面应与渗 流方向正交，粒径有细到粗，常设置三层，即为反滤层。5、工程地质分析的意义：人类活动离不开地质环境，而地质环境乂制约着人类 的工程地质活动，二者之间相互联系相互制约。为了查清地质环境、保证人类 工程活动健康、顺利进行，就必须认真分析地质环境，解决好两者之间的矛盾 和关联关系，就需要合理、正确的工程地质分析。通过分析，系统了解、掌握 工程地质活动中遇到的问题，提出解决这些问题合理、有效、可行的防治措 施，为人类工程地质活动服务。意义重大，具体表现在：在工程建设规划、 可行性论证阶段，结合工程地质经验

24、，及时确定是否存在影响工程建设的工程 地质问题，粗略评价1：程地质问题的严重性，分析、预测在工程建筑作用下， 地质条件可能出现的变化和作用，以便选择最优场地，具有指导建设规划合理 选址的意义。在工程建设初步设计、施工图设计阶段，结合岩土工程勘察资 料，选择正确分析方法，对建设场地区及与其有关的各种地质问题进行综合评 价、进行详细的工程地质问题论证，提出具体的、详细的、可行的工程地质问 题防治措施、手段，将工程地质问题消灭在萌芽阶段，不仅可以大幅度降低工 程成本，而且可以避免工程建设中的安全事故隐患，为工程建设的合理设计、 顺利施工提供科学依据。在工程建成、运营阶段，结合工程设讣、施工材 料，分

25、析特殊位置的工程与地质体间的相互作用，及时发现新生地质问题，及 时采取必要的防护措施，在保证工程效能的同时，可避免造成不必要的人民生 命、财产损失，为人类工程正常运营服务。6、工程地质分析的基本方法：自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试 验发、工程地质类比法。8、活断层与地震的关系：粘滑型断层圉岩强度高，断裂带锁固能力强，能不断 积累应变能，当应力达到一定强度极限后产生突然滑动，迅速而强烈地释放应 变能，造成地震。故沿这种断层往往有周期性地震活动；蠕滑型断层圉岩强度 低，断裂带内含有软弱充填物，或孔隙水压、地温的高异常带内，断裂带锁固 能力弱，不能积累较大的应变能，在受力过程中易于发生持

26、续而缓慢地滑动。 断层活动一般无地震发生，有时可伴有小震。10、我国活断层活动的时空分布规律：空间分布规律：我国活断层一般为板 块内部断层，活动速率小得多。具有明显的区域性。大致以东经105。为界分为 东西两部分。东部以NE和NNE走向正断层为主，西部则以NW和NWW走向 的走滑和逆冲走滑断层为主。时间分布规律：主要体现在其活动频度、强度 随时间的变化上。大量古地震表明，在全新世内活断层的活动速率有明显变化，表现为快速滑动与缓慢活动、活动阶段与静止阶段相互交替的间歇活动特 性。11、地震：地壳表层因弹性波传播所引起的震动作用或现象。12、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

27、播，这种 弹性波就是地震波。（体波：纵波【P波】和横波【S波】面波：瑞利波【R波】和勒夫波【Q波】）13、震源机制和震源参数：震源机制：地震发生的物理过程或震源物理过程 根据地震记录图，按弹性变位理论进行复杂计算，还可求出限定震源物理过 程的多个物理量，称为震源参数。15、我国地震特征：强震活动受活动构造的严格控制；我国大陆地震受控 于现代构造应力场特征；强震活动经常发生在断裂带应力集中的特定阶段 ;绝大多数强震发生在一些稳定断块边缘的深大断裂带上，而稳定断块内 部很少或基本没有强震分布；裂谷型断陷盆地控制了强震的发生。16、场地地震效应：在地震波作用下，场地会出现各种破坏作用，统称场地地 震

28、效应。（震动破坏效应，地面破坏效应，斜坡破坏效应）17、地震小区划：为了更好地为场地防震设计服务，就应具体分析场地的工程 地质条件，并以其差异性为基础进行地震小区划。（静力阶段调整烈度小区 划，准动力反应谱阶段调整反应谱小区划，动力阶段设计地震动小区 划）20、砂土液化判别：地震液化的初判的界限指标现场测试法：标灌判别 法、明切波速判别法.理论计算判别法（剪应力对比法）22、斜坡变形破坏类型：斜坡变形：卸荷回弹、蠕变斜坡破坏：崩塌、滑 坡（落）、（侧向）扩离。26、渗透变形产生的条件：必要条件：渗透水流有足够大的动水压力及临界 水力梯度，岩土体具有一定的结构特性充分条件：a、宏观地质因素（地层组