工程地质与水文教案

绪论教学目的与规定了解工程地质，水文地质等基本概念说明工程地质在公路建设中的作用论述本课程的重要内容及学习规定重点与难点1、工程地质与此地质工程的不同2、了解工程地质的学习及工程应用导入实际的工程例证，分析工程地质对工程的影响及重要性新课内容绪论一、三峡工程1、由三峡工程的施工建设说明工程地质的重要性192023孙中山初次提出1953年毛泽东再次提出1984年—1992年，可行性研究1994年—2023年，主体建设完毕2023年，讯期水位达成期175米水位引发的灾害岩石的应力与应变特性导致灾害，滑坡，诱发地震，失稳，融洞，著名的千将坪悲剧2023年月13日，二期蓄水落石出35米，2023万立方土滑坡导致24人死亡，经济损失无数二、工程地质的发展一方面，做为土木工程的分支学科，后来由于重要性提高成为独立学科。科技的进步，工程的发展，楼房的高低。地质体改造，地质灾害防治。工程地质的研究范围及学科分类三、工程地质发展的三个阶段1二战前后,地质条件的研究评价工作260年代——80年代，稳定性分析，预测研究380年代后，新技术，改造防冶地质技术：一勘察技术二测试实验技术三改造技术第一章教学目的及规定描述地球演化史说明内外动力作用重点与难点地球的内外作用及分类导入地球起源及构造新课内容概况地球构造外圈：大气圈、水圈、生物圈。内圈：地壳、地幔、地核。形状及大小陆地地形：海底地形；物理性质重力G；温度；地磁：弹塑性：地质年代与地层单位相对相代、，绝支年龄时代单位地层单位宙宇代界纪系世流地质作用内动力作用地壳运动，岩桨作用，变质作用，地震作用，能量来源外动力作用风化，剥蚀，搬运，沉积，地质作用，或岩石的作用能量来源对地球的改造补充：地质的（时间与空间）观念。趣闻故事/蒙古自治区第二章矿物与岩石教学目的及规定描述并辨认重要矿物辨认岩石，并描述其成因，矿物组成，结构和构造描述其工程性质重点与难点辨认重要矿物岩石的工程性质导入：地球的物质组成，工程的地质研究范围的物质新课内容凿岩矿物矿物组成岩石，岩石是矿物集合体，地质作用性质和所处环境不同，各有差异。岩石结构：岩石构造：按成因分类：三大岩石（岩浆岩，沉积岩，变质岩）。稳定性及强度的影响，为工程地质服务。凿岩矿物矿物：地壳的基本物质。发现的3300多种。常见200多种。常见凿岩矿物30余种。结晶质：特点。非结晶质：特点。单体和积合体形态：片状、放射状。矿物成因分类：原生矿，此生矿，变质矿，物理性质(1)、光学性质：颜色，条痕，光泽，透明度（2）、力学性质：硬度，解离断口。（3）、其它性质：磁性，弹性，发光性，3、常见的重要凿岩矿物区别：化学成分，内部构造，物理性质。岩浆岩一|、成因：侵入岩，喷出岩二、产状：岩石生成的空间位置，大小，形状。重要特性化学成分：O,SiALFeCaNakMgH九种占百分之98.13.矿物成分：有规律共生，但有区别。岩浆岩的矿物成分即可以反映的化学成分和生成条件，是岩浆岩分类命名的重要依据之一，同时矿物成分也直接影响岩石的工程地质性质。岩浆岩的结构，概念。（1）、按晶粒的绝对大小划分：显晶质结构，降晶质结构。（2）按晶粒的相对大小划分：等粒结构，不等粒结构。4、岩浆岩的构造概念：块状构造、流沙状构造、气孔及杏仁状构造。、常见岩浆岩类型综合特性分类：酸性岩，中性岩，基性岩，超基性岩。沉积岩（类比自学提问法）形成过程概念及过程图解重要特性化学成分：物质组成：结构：构造：常见类型火山賥硝岩类沉积碎硝岩类粘土岩类生物化学岩类第四节变质岩成因重要类型1、接触变质作用2、动力变质作用3、区域变质作用重要特性矿物成分结构构造常见的变质岩片理状岩类块状岩类三大岩类区分结构比较构造比较第三章地质构造教学目的与规定分析各种地质构导致因和基本类型辨认岩层产状三要素，褶皱和断层的形态要素分析各种地质构造对公路工程的影响阅读地质图重点与难点结识各种地质构造阅读地质图导入：地壳运动学说三大要素（地槽地台说板块说，地壳应力说）新课内容;地壳运动——构造运动——地质构造（新构造运动_现代构造运动）岩层构造水平构造岩层与地形特性：倾斜构造:产状三要素；走向。倾向.倾角产状表达：方位角法（举例）象限角法。符号法产状要素测定：单斜岩层的重要特性三;直立构造第二节褶皱构造褶皱构造:稳定的连联构造,大至卫星显示,小至显微镜下显示.一、褶皱的形态1、背斜：中间老但两边新。2、向斜：中间新，两边老。之初，背斜成山，向斜成谷，然后剥蚀。二、褶皱要素褶曲的要素：核，翼，转折端，轴面，枢纽。三、形态分布1、根据横剖面图形态和轴面产状分类。1）按褶皱轴面和两翼产状分类。2）按褶皱岩层弯曲形态分类*直立褶皱圆弧褶皱*倾斜褶皱尖棱褶皱*倒转褶皱箱形褶皱*平卧褶皱扇形褶皱2、根据纵剖面上枢纽产状分类1）水平褶皱2倾伏褶皱3、按褶皱在横剖面上的组合类型分类1）复背斜·2）复向斜四、成因1、水平侧压作用力2、垂直作用力3、力偶作用五、野外辨认可以、背斜成谷，向斜成山一方面，垂直于岩层走向，地层对称分布时，然后，垂直于岩层走向，调查两翼伸方向及倾向变化。第三节断裂构造节理1、按成因分类；一，构造节理，二，非构造节理2、几何分类：1）走向节理，倾向节理，斜向节理，2）纵节理，横节理，3、力学成因分类：张节理。剪节理4、节理记录（方法）5、研究意义：二、断层1、几何要素：1）断层面2）断层带3）断层线4）断盘5）断距2、基本类型：1）正断层：上盘下移，下盘上移2）逆断层：下盘下移，上盘上移。3）平移断层：相对移动3、断层组合类型1）阶梯状断层，2）地堑和地垒，3）叠瓦状构造4、野外辨认1）构造线，地质体的不连续2）地层的反复与缺失3）断层面的构造特性4）地貌和水文特性第四节地质构造与公路工程的关系路基工程岩层水平直立，单斜层面及节理面背向路基时，对边坡稳定有利，防风化。岩层层面及节理面倾向路基，倾角大于是10*，且平行或小交角，易坍塌断层碎裂带，节理发育，易滑塌下伏基岩陡且倾向路基，地下水，易滑节理发育带桥基工程隧道工程第四节地貌教学目的与规定描绘地貌的形成和发展的动力，规律及影响因素辨认山岭地貌的形态要素辨认平原地貌的成因及类型重点与难点：地貌的分级和分类描述河流阶梯的工程地质条件导入：地形与地貌新课内容地貌概述形成和发展内动力地质作用1）褶皱带，断裂带，大陆，高原，山岭，海洋，平原，盆地。2）岩浆作用；火山锥，熔岩盖3）影响外动力地质作用2、外动力地质作用：1）风化，剥蚀，搬运，沉积，成岩，2）对内力作用地貌起雕塑，加工，改造作用3）趋势：削高补低，打破平衡，引发新内力作用发展决定与影响外力之间的成对比；2）取决于地貌水准面3）地质构造，岩性，气侯。地貌的分类和分类分级：1）巨型2）大型3）中型4）小型分类：如表：（山，平原，界线）成因分类：1）内力地貌：构造地貌,火山地貌2）外力地貌：水成——冰川——风成——岩溶——重力第二节山岭地貌形态要素：山顶，山坡，山脚。类型；高度划分，成因划分。1、构造运动1）平顶山：顶部坚硬，下卧软弱2）单面山：单斜岩层3）褶皱山：褶皱岩层4）断块山：断裂运动5）褶皱断块山：2、火山作用：锥状火山，盾状火山。3、剥蚀作用：形态特性取决于山体岩性及环境。三、垭口和山坡1、构造型垭口：1）断层破碎型垭口2）背斜张裂带型垭口3）单斜软弱层型垭口2、剥蚀型垭口：3、剥蚀堆积型垭口：水文地质条件差。山坡1）按山坡的纵向轮廓分类：2）按山坡的纵向坡度分类：第三节平原地貌特点：地势平坦开阔，地形走伏不大。构造平原：海成平原，在陆坳曲平原剥蚀平原：1）河流冲积平原2）山前洪积平原3）湖积平原4）三角洲平原堆积平原：河谷地貌形态要素谷底：谷坡：阶地：类型：按发展阶段：1）未成形河谷2）河漫滩河谷3）成形河谷河谷走向与地质构造：1）背斜谷2）向斜谷3）单斜谷4）断层谷5）横谷与斜面谷阶地：成因：侵蚀过程类型：1）侵蚀阶地2）堆积阶地3）侵蚀堆积阶地第五章河流与水的地质作用教学目的与规定描述河流作用。描述地下水及其物理化学性质描述重型力水，毛细水，等地下水对土木工程影响辨认坡面细流与洪流描述地下水运动的基本规律重点与难点地下水对土木工程的影响地下水运动力规律导入：地球水的作用及水循环新课内容河流和流域河流的形成和分段地面径流，侵蚀成河流，组成要素：河谷，河床时水素：流域，支流，干流的概念，分段：河源，上游，中游，下游，河口河流基本特性河流断面：纵，横，表达河床形态特性河流长度：沿中泓浅量取河流比降：坡度，高程差，河长——表达平均值流域分类与性质水循环过程地质流水暂时性流水的地质作用：洗刷作用，坡积层，洪积层河流的地质作用：侵蚀，搬运，沉积地下水（滑坡，沉陷，冻胀，翻浆）公路灾害。化学侵蚀含水层，隔水层分类：（固，液，气）液态：吸着水，薄膜水，毛细水，重力水按埋藏条件划分：包气带水，潜水，承压水物理性质及化学特性物理性质：温度，颜色，透明度，气味，味道，导电性等化学特性：七种离子：————————————结晶腐蚀，分解腐蚀，结晶腐蚀地下运动规律概念：渗流，渗流场，层流运动，紊流运动。达西定律：V=Q/A=KI渗流系数，水力梯度：I=（H-h）/L水头差途径工程应用：渗流量，降水地下水与工程：1）地基沉降2）流沙：解决方法3）潜蚀：机械潜蚀，化学潜蚀4）付托作用河川径流及对土木工和影响径流过程：10降水过程2）流域蓄渗过程3）坡面漫流过程4）河槽集坑过程影响因素：1）降水2）蒸发，3）下垫面因素4）人类活动因素汇水区的几何参数1）汇水面积F2）主河沟长度L主河沟平均坡度I3）汇水区平均宽度B横向平均坡度I补给类型雨源类2）雨雪源类3）雪源类泥沙运动泥沙分类：悬移质，扒移质，床沙重要特性：粒径表达：等到容粒径，平均粒径，中值粒径重力特性：重度水力特性：沉速WCM/S过程说明泥沙起动：床沙在水流作用下，静止到运动，监界状态为起动条件泥沙起动流速V研究河床冲游的重要参数。输沙率与水流特性能力输沙率KN/S含沙量KN/S挟沙能力KG/S重要影响条件：流速，颗粒大小。第六节水文测验和资料搜集与整理水文观测水位：基准面：假定基面，冻传基面，绝对基面记录：水尺，人工或自动得到：特性水位，平均水位，水位过程线，水面比降等流速：流速仪，浮标法小桥涵形态：资料来源：水文站的观测资料，洪水调查资料，文献考证资料思绪：建形态断面，通过洪水调查，拟定各种洪水位和洪水比降，拟定流速和流量形态断面：1）选择2）测绘洪水调查：历史洪水位，数年平均洪水位防部调查2）洪痕调查3）水文资料调查河道及既有沙河工程调查洪水比降拟定：第六章教学目的及规定结合实例分析4种计算方法分析其优缺陷及合用性重点与难点小桥涵流量计算导入：小桥涵流量计算4种方法暴雨推理法，径流形成法，形态调查法直接类比法暴雨推理法1、原理：运用成因分析与经验推断相结合，从实例的暴雨资历料入手。应用综上所述合分析法，推求设计流量（半理论半经验）重要影响因素：1）降雨量2）降雨强度3）时空分布4）下垫面等思绪：把分析条件简化，引入假定，建立因素与流量之间的关系，通过流计分析，推求参数，得到公式已知参数：雨力SP全国等值线图，暴动雨递减指数N值锢分区图，分区参数值二、公式及应用：1、推理：交通部公路科学研究所2、经验：三、算例：第二节经流形成法一、1、原理：同暴雨推理法，2、影响因素：汇水区几何参数，地面情况，降雨情况，地壤及推被情况，经流，主河沟特性水库调节能力等，3、区别：对暴动雨的产流，汇流的因素解决方法不同二、经验公式：三、算例：第三节直接类比法1、原理：通过对已有桥涵的调查计算，求小桥涵历史洪水洪峰流量，换算为天然流量，推算该处洪峰流量。2、概念：1）临界水深：——2）天然水深：——3、两种水力图式：自由出流，非自由出流，鉴定条件：天然水深，——天然水深——4、原有小桥的洪峰流量计算：1）自由出流式：2）非自由出流式：5、三种涵洞水力图式6、原有涵洞通过洪峰流量计算1）无压，半压式，可查不计算2）压力式，7、原有小桥涵处洪峰流量，换算天然洪峰流量山地，重丘、区，河沟底纵坡较大，挤来较小，近似等于，平原，微丘区，8、拟建小桥涵流量推算接第四节，拟定洪水频率P推求频率下的流量9算例第四节形态调查法一、1|、思绪：建立形态断面，绘制形态断面图，拟定参数，拟定洪水位及流速，推算形态断面的历史洪流流量，求设计流量二、参数拟定1、流速1）用均匀流公式计算流速：普通式：水位升高式；小河沟：2）结算流速成：山区河沟中：平原区河沟中：2、历史洪山峰注量：1）以昀匀流公式拟定形太断面处流量：单式断面：复式断面：2）按沉积物粒径或土的类属特性估算流速成后的流量拟定：三、规定频繁率P的设计流量1、按流量变差系数推算：2、频率P时，流量、推算3、参数拟定1）经验法2）暴雨强度变差系数已知推求查6——283）已知频率P查6——29推算关系式四、算例第五节各种方法比较暴雨推理法：优点：影响因素多，计算简朴缺陷：参数简化，分类粗略，与实际情况有出入经验公式，地区差异性大径流形成法优点：影响因素多，计算简朴缺陷：分级分区粗略，差异较大，有出入，短期资历料推算，与表达理论频率曲线，差异较大，分别计算，比较送。3|、形态调查法：优点；现场调查资料，客观真实缺陷：小流域，洪流历时短，调查难，计算值偏大，偏小应与前二种方法比较使用，4、直接类比法：优点：资料真实可靠，优先选用，缺陷：新建公式时无法类比。第七章小桥涵孔径拟定及形式布置教学目的及规定规定学生了解各种方法的不同水力图式下的小桥涵孔径计算描述涵洞的分类及各种类型的合用条件描述小桥涵进出口的形式及其特点重点与难点小桥涵孔径的计算方法涵洞的分类及合用条件导入：设计流量与孔径尺寸的关系新课内容桥涵分类标准：特大桥大桥中桥小桥涵洞计算目的：台理地拟定桥涵孔径的大小，河床加固的类型及尺寸，雍水高度，桥涵处路基和桥涵顶面的最低标高，小桥涵设计的一般规定及原则设计任务与内容设计任务：外业勘测：沿线地质水文，地形，环境内业设计：分析研究，设计方案，j具体内容内容涉及：1）信置与类型2）勘测，水文计算3）计算孔径尺寸等4）绘图5）工程数量计算二、设计原则与规定1、设计原则：1）安全，经济，合用，美观，2）因地制宜，就地取材3）排灌需要及综合运用，2、设计规定：1）行车规定2）排水规定3）构造规定4）其它规定第二节水文计算环节：HT——HK——L——标高等小桥水文计算天然水深HT和天然流速VT拟定收集资料：洪峰流量QP断面几何形状，糙率N纵坡I等均匀流公式：原则Q与QP相差正负百分之十内桥下临界水深HK拟定计算通式：矩形梯形桥孔断面的HK矩形：宽与成梯形：狭而深梯形:小桥涵计算图式判别图式及鉴定条件1）自由出流：淹设出流：涵洞水文计算：分类：无压力式半压力式，压力式，倒台式吸管鉴定条件：1）无压力式：涵前水深，进口端节能抬商半压力式：压力式；小桥孔径计算小桥水文计算——设计流量与施工技术——跨径与孔数，（自由出流，淹及出流）小桥孔径长度L的拟定自由出流时，侧向束挟水流影响节单孔时桥孔断面矩形时桥孔断面梯形时淹没出流淹高出流，天然水深桥孔矩形时桥孔梯形时注意事项：鉴定标准桥前水深H的拟定自由出流：桥孔矩形时，简化：2|、淹没出流：桥头路堤最低标高=桥前河沟底面标高+桥前水深H+D（安全值）桥面最低标高=桥前河沟底面标高+桥前水深H+X+D设计标高应大于时于最低标高涵洞孔径计算无压力式涵洞：涵内水深数大：重规定也较大，不经济，少采用二、半压力式涵洞：当路堤较高，上游较高的雍水水位不致使用附近农田等变影响等，压力式涵洞采用进水口升高式的调口建筑，使涵顶与水流线形基本一致倒虹吸管，竖井式，斜井式两种，涵洞方形或圆形涵洞类型的选择涵洞的组成：洞身，洞口，基础三部分涵洞的分类与选择圆管涵，拱涵，盖扳涵，箱涵圆管涵：砼，受力好，适应性好，造价低，过水能力小，填土，拱涵：浆砌石。于砌石。孔径大，洪流量大，取材易盖板涵：对填土高度规