第二章工程地质基本知识

一、概述二、第四纪沉积物三、地下水学习目标：了解地质作用的概念、地质年头的概念。理解第四纪沉积物类型及其工程特点。了解地下水的埋藏条件；理解土的渗透性、渗流力、流土、管涌等概念。（一）地质作用建筑场地的地形、地貌和组成物质（土与岩石）的成分、分布厚度及特性取决于地质作用。构成自然地基的物质是地壳中的岩石和土。地壳厚度为30~80km，它的物质、形态和内部构造是在不断地改造和演化的。导致地壳成分变更和构造变更的作用，称为地质作用，可分为内力地质作用和外力地质作用。一、概述1.内力地质作用一般认为是，由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变更的地质作用。eg.岩浆活动、地壳运动（构造运动）和变质作用。一、概述2.外力地质作用由太阳辐射能和地球重力位能引起。eg.昼夜和季节气温变更，雨雪、山洪、河流、冰川、风及生物等对母岩产生的风化、剥蚀、搬运与沉积作用。昼夜和季节以及气温的变更可使地表各种原岩不断发生热胀脱离、冷缩开裂等机械裂开。水和水溶液的存在，可使原岩不断发生水化、氧化、碳酸盐化、溶解以及缝隙水冻胀引起崩裂化学变更和机械裂开。动植物和微生物的活动，也可使原岩不断发朝气械裂开和化学变更。这种外力（包括大气、水、生物）对原岩机械裂开和化学变更的作用，统称为风化作用。一、概述外力地质作用过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积是彼此亲密联系的。风化作用为剥蚀作用创建了条件，而风化、剥蚀、搬运又为沉积作用供应了物质的来源。一、概述（二）地质年头土与岩石的性质与其生成的地质年头有关。一般说来，生成年头越久，土与岩石的工程性质越好。地质年头是指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。地球形成至今大约有60亿年的历史，在这漫长的地质年头里，地壳经验了一系列困难的演化过程，形成了各种类型的地质构造和地貌以及困难多样的岩石和土。一、概述一、概述地质年头有确定和相对之分相对地质年头在地史的分析中广为应用。它依据古生物的演化和岩层形成的依次，将地壳历史划分成一些自然阶段。分为五大代（太古代、元古代、古生代、中生代和新生代），每代又分为若干纪，每纪又细分为若干世及期。在每一个地质年头中，都划分有相应的地层。地质年头和地层单位、依次和名称的对应关系如下表。通常所说的土为新生代第四纪更新世（距今约100万年），更新世又分为早更新世（Q1）、中更新世（Q2）、晚更新世（Q3），其后为全新世（Q4）。地质年头和地层单位、依次、名称的对应关系地质年代代纪世期地层单位界系统阶(层)纪(系)一、概述地表的岩石经风化，剥蚀成岩屑，又经搬运、沉积而成的沉积物，年头不长，未经压紧硬结成岩石之前，呈松散状态，称为第四纪沉积物，即土。依据搬运和沉积的状况不同，可分为以下几种类型：残积层、坡积层、洪积层、冲积层、海相沉积层、湖沼沉积层。不同成因类型的第四纪沉积物，各具有确定的分布规律和工程地质特性。二、第四纪沉积物二、第四纪沉积物（一）残积物定义：残留在原地未被搬运的那一部分原岩风化产物。分布：残积物主要分布在岩石出露地表，经受猛烈风化作用的山区、丘陵地带与剥蚀平原。由于残积物没有层理构造，裂隙多，均质性很差，作为建筑物地基应留意不匀整沉降和土坡稳定性问题。特点：颗粒未被磨圆或分选，多为棱角状粗颗粒土。残积物与基岩之间没有明显界限，通常经过一个基岩风化带而干脆过渡到簇新岩石，其矿物成分很大程度上与下卧基岩一样。残积层：应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。坡积层：应注意不均匀沉降和地基稳定性问题。洪积层：应注意土层的尖灭和透镜体引起的不均匀沉降。（二）坡积物定义：雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地冲刷剥蚀、顺着斜坡向下移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。二、第四纪沉积物特点：自上而下呈现由粗而细的分选现象。其矿物成分与下卧基岩没有干脆关系。由于坡积物形成于山坡，常常发生沿下卧基岩倾斜面滑动；还由于组成物质粗细颗粒混杂，土质不均，厚度变更大。新近积累物土质疏松，压缩性较大。定义：由暴雨或大量融雪隧然集聚而成的短暂性山洪急流，具有很大的剥蚀、搬运实力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质积累于山谷冲口或山前倾斜平原而形成洪积层。特点:离山渐远，颗粒变细，分布范围渐渐扩大。其地貌特征是靠山近处窄而陡，离山远处宽而缓，形如锥体，故称为洪积锥（扇）。由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群。（三）洪积层二、第四纪沉积物2.淤泥夹粘土透镜体1.表土层3.黏土尖灭层4.砂土夹黏土层5.砾石层6.石灰岩层土的层理构造洪积物的颗粒虽因搬运过程中的分选作用呈现渐变现象,但由于搬运距离短,颗粒的磨圆度仍不佳。此外，山洪是周期性产生的，每次的大小不尽相同，积累物质也不一样。因此，洪积物常呈现不规则的层理构造，如具有夹层、尖灭或透镜体等产状。靠近山地或离山较远地段的洪积物的承载力高，而过度地带由于地下水溢出地表造成沼泽地带，土质软、承载力低。二、第四纪沉积物（四）冲积层定义：冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物剥蚀后搬运沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。特点：呈现明显的层理构造。由于搬运作用显著，碎屑物质由带棱角颗粒经滚磨、碰撞渐渐形成亚圆或圆形颗粒，其搬运距离越长，则沉积物质越细。典型的冲积物是形成于河谷内的沉积物，可分为平原河谷冲积层和山区河谷冲积层等。二、第四纪沉积物二、第四纪沉积物平原河谷横断面砾卵石中粗砂粉细砂粉质黏土粉土黄土淤泥一.岩溶：可溶性岩石在地表水和地下水的长期地质作用下形成的各种溶蚀现象。又叫喀斯特地貌。三、不良地质岩溶与土洞因地下水或者地表水流入地下土体内，将颗粒间可溶成分溶滤，带走细小颗粒，使土体被掏空成洞窟而形成。二、土洞泥石流的定义：一种含大量泥砂石块的特殊洪流。三、不良地质泥石流台湾高雄县泥石流三、地下水地下水：存在于地面下土和岩石的孔隙、裂隙或溶洞中的水。建筑场地的水文地质条件主要包括地下水的埋藏条件，地下水位及其动态变更，地下水化学成分及其对混凝土的腐蚀性等。（一）地下水分类按埋藏条件不同，分为三类：1.上层滞水：地表水下渗，积聚在局部透水性小的黏性土隔水层上的水。为雨水补给，有季节性。2.潜水：埋藏在地表以下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水。为雨水、河水补给，水位有季节性变更。一般埋藏在第四纪沉积层及基岩的风化层中。水面标高称为地下水位。3.承压水：埋藏在两个连续分布的隔水层之间，完全充溢的有压地下水。通常存在于卵石层中，承受确定的静水压力。其埋藏区与地表补给区不一样。因此，承压水的动态变更受局部气候因素影响不明显。三、地下水（二）地下水对工程的影响1.基础埋深：通常设计基础埋深D应小于地下水位深度

hw。2.施工排水：当地下水位高，基础埋深D大于地下水位深度时，基槽开挖与基础施工必需进行降水。中小工程可以接受挖排水沟与集水井降水；重大工程应接受井点降低地下水位法。3.地下水位升降：湿陷性黄土、膨胀土遇水时；地下水位大幅下降时。三、地下水4.地下室防水。5.地下水水质侵蚀性。6.空心结构物浮起。7.承压水冲破基槽。

地下水含有各种化学成分，当某些成分含量过多时，会腐蚀混凝土、石料及金属管道。三、地下水（三）渗流破坏及防治措施防治流砂的原则：（1）减少或消除坑内外地下水的水头差。（2)增长渗流路径。（3)在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡动水力。三、地下水1.流土

当水流自下而上流动时，动水力方向与重力方向相反，使土颗粒悬浮。当动水力等于或大于土的浮重度时，土粒之间毫无压力，土随水流动，即

，所以

称为临界水力坡降。2．管涌当土中渗流的水力坡降小于临界水力坡降时，虽不致诱发流土，但在渗流力作用下，无黏性土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以致流失，渐渐在土体中形成贯穿的渗流管道，造成塌陷，这种现象称为管涌或潜蚀。管涌可能发生在渗流逸出处，也可能发生在土体内部。防治管涌的措施主要有：（1）降低水力坡降，如打板桩。（2）在渗流逸出部位铺设反滤层。三、地下水基坑开挖防渗措施1.工程降水

接受明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位原地下水位明沟排水原水位面一级抽水后水位二级抽水后水位多级井点降水要求地下水位降得较深，接受井点降水。在基坑四周布置一排至几排井点，从井中抽水降低水位三、地下水在基坑内（外）设置排水沟、集水井，用抽水设备将地下水从排水沟或集水井排出三、地下水2.设置板桩

沿坑壁打入板桩。一方面可以加固坑壁，同时增加了地下水的渗流路径，减小水力坡降。钢板桩3.水下挖掘

在基坑或沉井中用机械在水下挖掘，避开因排水而造成流砂的水头差。为了增加砂的稳定性，也可向基坑中注水，并同时进行挖掘。三、地下水小结本章主要从工程地质的角度介绍了土的生成、土层的类型和特点、地下水分类、地下水的渗流、渗流造成的破坏及防治等基本概念。这些内容是分析与解决地基基础工程问题时所需的基本学问。1．地质相对年头：划分为五大代（太古代、元古代、古生代、中生代和新生代），下分若干纪、世、期。通常所说的土产生于新生代第四纪更新世（距今0.012百万年～1百万年），更新世又分为