工程地质学(考研背诵版)

#/181O1O/18粗细颗粒直径比例：土体的排列方式决定着D/dO的值：当排列疏松时，D/dO减小，D/d减小，渗透变形广泛。当排列密实时，D/dO增大，D/d增大，渗透变形不广泛。细颗粒的含量：用细颗粒含量来判别双峰型砾土的渗透变形型式：细颗粒成分中粘粒含量增加，可增大土的凝聚力，土的抗渗强度增加，不易发生渗透变形。土的级配特征：土的级配特征用土的不均匀系数Cu表征当Cu〈10时，主要型式是流土；当Cu>2O时，主要型式是潜蚀；当Cu在1O-2O之间时，流土和潜蚀均可能发生。(3)宏观地质因素地层组合关系：单一型：多位于河流的上游，一般为砂卵(砾)石层，一般发生管涌，随着细粒成分的增多，可能流土。双层型：主要考虑表层粘性土的性质、厚度、完整程度。多层型：除考虑表层粘性土层外，还考虑砂层透镜体或粘性土层透镜体或相变等造成水力梯度的突变等原因。地形地貌条件：沟谷切割等改变了渗流的补给、渗流的长度、出口条件等。(4)工程因素施工等破坏了表层具有防渗作用的弱透水层。渗透变形预测思路及评价方法根据土体类型和性质，判定是否容易发生渗透变形及变形的类型确定土体中各点的实际水力梯度，尤其是最大水力梯度确定相对于该土体的临界水力梯度和允许水力梯度⑷判定渗透变形的可能性及其X围渗透变形的防治原则及防治措施渗透变形的防治，通常采用三方面措施，即改变渗流的动力条件，保护渗流出口和改善土石环境。建筑物基坑及地下巷道施工时流沙的防治措施：建筑物基坑主要采取人工降低潜水位的办法，使潜水位低于基坑底板。也可采用板桩防护墙施工。水平巷道、竖井开挖遇到流沙时，可采用特殊的施工方法，如水平巷道可采用盾构法施工，竖井可采用沉井式支护掘进。也有采用冻结法或电动硅化法等改善砂土性质的办法，使施工顺利进行。汲水井防止管涌的措施主要措施是在过滤管与井壁间隙内充填反滤料，以保护渗流出口。反滤料的粒径选择，必须要考虑到被保护含水层中管涌颗粒的大小，使细颗粒不能通过反滤料的孔隙为原则，又能顺畅排泄水流。此外，过滤管外若缠绕丝网的话，要选择合适的网眼直径。非主要含水层的管涌土层，应采用止水措施将其与过滤管隔绝。土石坝防治渗透变形的措施主要措施有：垂直截渗、水平铺盖、排水减压和反滤盖重。垂直截渗常用方法有：粘土截水槽、灌浆帷幕和混凝土防渗墙等。第七章岩溶工程地质研究理解溶蚀机理，包括溶蚀过程、混合溶蚀效应、其他粒子的作用等岩溶发育的基本条件及影响因素基本条件：1)具可溶性岩石；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的补给、径流和排泄条件。影响因素：碳酸盐岩岩性的影响碳酸盐岩成分的影响方解石含量越高，Kr越大；反之白云石含量越高，Kr越小。酸不溶物含量越高，Kr越小。岩石结构的影响实践证明，碳酸盐岩的结构与其溶蚀性有着密切的关系。(2)气候的影响：降水：水直接参与岩溶作用，充足的降水是保证岩溶作用强烈进行的必要条件。水是溶蚀作用的介质和载体，充足的降水保证了水体的良好的循环交替条件，促进岩溶作用的强烈进行。气温：气温升高，生物新陈代谢加快，土壤中有更多的C02富集，但水中的C02的溶解度减小，不利于岩溶作用。气温升高，溶蚀速率增大，有利于岩溶作用。总体上：气温升高有利于岩溶作用的进行。温热潮湿的热带、亚热带地区：岩溶作用较强烈高寒干燥的极地、寒带地区：岩溶现象不发育地形地貌的影响平坦地区：地表径流弱，入渗强烈，有利于岩溶发育陡峭地区：地表径流强烈，入渗弱，不利于地下岩溶发育突起地区：地下水位深，包气带厚度大，垂直岩溶发育低洼地区：地下水位浅，汇水地带，岩溶发育强烈，以水平岩溶为主。地质构造的影响断裂的影响：沿断裂面岩溶发育强烈各组破裂面相互交织、延伸进而控制了岩溶发育的形态、规模、速度和空间分布。各种破裂面相互交织，使地下水混合溶蚀效应明显，促进岩溶发育。褶皱的影响：褶皱的不同部位，裂隙发育不均匀，岩溶强度不同。核部比翼部发育。大型褶皱控制了可溶岩的空间分布和地下水汇水X围及径流条件，影响着岩溶的发育。岩层组合的影响：厚而纯的碳酸盐岩包气带：多发育垂直岩溶形态地下水季节变动带：两方向岩溶均发育饱水带：规模大、连续性好的水平岩溶W.深循环带：岩溶不很发育碳酸盐岩夹非可溶性岩层非可溶性岩层与碳酸盐岩互层：在同一时期，岩溶呈多层发育非可溶性岩层夹碳酸盐岩：岩溶发育极弱⑸新构造运动的影响：地壳运动的性质、幅度、速度和波及X围，控制着水循环交替条件及其变化趋势，从而控制着岩溶发育的类型、规模、速度、空间分布及岩溶作用的变化趋势。上升期：侵蚀基准面相对下降，地下水位逐渐下降，侧向岩溶不发育，规模小而少见，分带现象明显，以垂直形态的岩溶为主。平稳期：侵蚀基准面相对稳定，溶蚀作用充分进行，分带现象明显，侧向岩溶规模大，岩溶地貌较明显典型。下降期：常形成覆盖型岩溶，地下水循环条件变差，岩溶作用受到抑制或停止。间歇性上升：形成水平溶洞成层分布，高程与阶地相对应。振荡升降：岩溶作用由弱到强，由强到弱反复进行，形成以垂直形态的岩溶为主，水平溶洞规模不大，而且成层性不明显。间歇性下降：岩溶多被埋于地下，规模不大，但具成层性，洞穴中有松散物充填。（水库）岩溶渗漏的类型、影响因素及工程地质研究的主要内容岩溶渗漏的类型：按渗漏通道分类：裂隙分散渗漏和管道集中渗漏。按库水漏失的特点分类：暂时性渗漏和永久性渗漏。影响水库渗漏的因素：在预测水库是否产生渗漏及其严重程度时，应抓住反映渗漏问题的两个关键：①渗漏通道的分析；②水文地质条件的研究。1）岩溶的影响岩溶发育程度是决定渗漏通道大小的根本因素，又是影响渗漏通道连通性的重要因素。2）地质构造的影响如果说渗漏通道的大小主要受控于岩溶的规模，那么渗漏通道的连通性主要决定于地质构造的特点。着重研究褶皱和断层对碳酸盐岩空间分布的影响。3）河谷区水文地质特征的影响补给型：渗漏与否视库水位与地下水的补给关系而定。若建库后仍为补给型，不永久渗漏。若建库后为排泄型，则渗漏。排泄型：建库后肯定会产生永久渗漏。悬托型：一定渗漏。水库渗漏的研究内容：（1）查明岩溶发育、分布规律重点查明溶洞、暗河的展布位置、规模等，进行岩溶泉水流量、高程调查，确定通道的位置及可能影响程度。（2）分析地质条件岩层组合：当夹有非可溶岩地层时，可借助该层防止渗透地质构造：褶皱纵谷：与河流所处褶皱的部位有关横谷：修水库不利，但充分利用隔水层，可能防止坝区渗漏。斜交谷：具体分析断层：既可有利于渗漏，又可不利于渗漏岩体侵入：相对隔水层的分布位置查明河间地块的水文地质条件补给型:渗漏与否视蓄水后库水位与地下水位的补给关系而定。若建库后仍为补给型,不永久渗漏。若建库后为排泄型，则渗漏。排泄型：建库后肯定会产生永久渗漏悬托型：一定渗漏岩溶区选择库坝位址的原则岩溶渗漏的防治措施在水利水电建设中，防治岩溶渗漏的措施较多，其所起作用主要在于两个方面：一是降低岩体的透水性，堵截渗漏的通道；二是合理导水导气。具体措施有：灌浆:借助钻孔向地下渗漏通道灌注水泥、沥青或粘土浆液,充填岩体中的裂隙及洞穴，形成灌浆帷幕，以降低岩体的透水性。铺盖：在坝上游或库盆内，用透水性较小的粘性土或混凝土填筑成人工铺盖，以处理地表附近面积较大的分散性渗漏通道。堵洞：用块石、砂、混凝土、粘性土等材料，堵塞地表规模较大的岩溶洞穴，如井状落水洞、漏斗等。截渗：在地下岩溶管道的集中漏水处，用混凝土或浆砌块石等筑成截水墙，以截断地下水平集中渗流通道。疏导：在库水较深的岩溶洞穴上修建自动启闭闸门，或在库水较浅的岩溶洞穴上修建烟囱式调压井；当岩溶洞穴位于库岸时，可在其上修建卧管式调压井。上述措施能合理调节岩溶洞穴中的水气压力，不仅能够有效地防止库水渗漏，还能利用高压地下水对水库的补给。岩溶地基变形破坏的主要形式主要形式有：①地基承载力不足；②地基不均匀沉降；③地基滑动；④地表塌陷。岩溶塌陷的特征及其形成机理(潜蚀论、吸蚀论)我国地表塌陷的分布具有以下特征：当覆盖层厚度较小时，地表塌陷比厚度大时要严重。一般来说，覆盖层厚度小于10m者，塌陷严重，厚度大于30m者塌陷极少。地表塌陷多发生在岩溶发育强烈的地区，如在断裂带附近、褶皱核部、硫化矿床的氧化带、非可溶盐岩与碳酸盐岩接触部位等。在抽、排地下水的降落漏斗中心附近，地表塌陷最为密集。地表塌陷常沿地下水的主要径流方向分布。在接近地下水的排泄区，因地下水位变化受河水位变化的影响频繁而强烈，故地表塌陷亦较强烈。在地形低洼及河谷两岸平缓处易于塌陷。形成机理：潜蚀说：P162真空吸蚀说：岩溶地基稳定性评价方法岩溶地基稳定性评价可采用工程地质类比法和力学计算法。覆盖型岩溶区P163裸露型岩溶区岩溶地基的处理措施当洞穴埋藏不深时，可挖除洞中松软充填物，回填碎石、灰土、混凝土等，以增强地基强度；或以刚性较大的板梁跨越，也可调整柱距；或用强夯法，事先破坏已存在的岩洞和土洞，提高地基强度，降低其压缩性。当洞穴埋藏较深时，可通过钻孔灌注水泥砂浆、混凝土、沥青等，以堵填洞穴、溶隙，提高其强度。当基岩顶面起伏不平，上覆土层性质软弱，厚度又较大时，可用桩基处理，以调节地基沉降和强度的不均匀性。对岩溶区地下水的处理应持谨慎态度。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，以免形成过大的水利梯度或真空腔；不过量开采地下水，以保持岩溶水的承压状态；如有多个含水层时，宜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，破坏其真空状体，避免形成塌陷的条件。在已产生部分塌陷的地区，要采取分流措施，做好地表水截流和堵漏措施，防止地表水和降水大量灌入地下，避免土体的冲蚀和加剧塌陷的发生。第八章泥石流工程地质研究泥石流的基本概念泥石流是发生在山区的一种含有大量泥砂和石块的暂时性急水流。泥石流的形成条件1）地形条件。地表崎岖，高差悬殊，切割强烈，是泥石流分布区的地形特征。2）地质因素。松散固体物质的来源及数量多少取决于地质因素。地质因素包括地质构造、地层岩性、新构造运动及地震、不良物理地质现象等。它们以不同方式提供松散碎屑物，是泥石流形成的物质基础。3）气候水文条件气候水文因素与泥石流形成关系极为密切，既影响形成泥石流的松散碎屑物质，又影响形成泥石流的水体成分和水动力条件，而且还往往是泥石流暴发的激发因素。泥石流的基本特征1）泥石流的密度：泥石流中含有大量固体物质，所以密度较大，具有很强的搬运能力。2）泥石流的结构：泥石流是由石块、砂粒和泥浆体所共同组成的格架结构。石块在浆体中可悬浮、支承和沉底，并随着石块含量的增加和粒径的变化还可分为，星悬型、支承型、叠置型和镶嵌型等四种类型。3）泥石流的流态：泥石流主要的流态有紊动流、扰动流和蠕动流等三种。4）泥石流具有直进性；5）泥石流具有脉动性。泥石流的常用分类依据及方案1）按泥石流流域形态分类：标准型泥石流，河谷型泥石流和山坡型泥石流。2）按泥石流物质组成分类：水石流型泥石流，泥石流型泥石流和泥水型泥石流。3）按泥石流流体性质分类：粘性泥石流和稀性泥石流。泥石流的防治原则及措施为了有效地防治泥石流灾害，应从山地环境的特点和泥石流演化发展规律出发，贯彻综合治理的原则，整个泥石流沟流域全面规划，并突出重点；工程措施与生物措施相结合，要因地制宜，因害设防。泥石流形成区是全流域防治的重点地段。一般采用植树造林和护坡草地，来加强水土保持，并修建坡面排水系统调节地表径流，以防止沟源侵蚀。泥石流流通区一般修筑拦挡工程。最常采用的措施是沿沟修筑一系列不高的低坝或石墙，以拦截泥石。为了防止规模巨大的泥石流破坏重要城镇或重大工程，还需修建高达的泥石流拦挡坝。泥石流堆积区一般采用排导措施，以保护附近的居民点、工矿企业、农田及交通线路。主要的排导工程是泄洪道和导流堤。此外，为了确保交通线路的安全，还需采取一些行之有效的专门措施。第九章水库诱发地震工程地质研究诱发地震的类型（以诱发成因分类）以诱发成因可分为：构造型（内动力型）、非构造型（外动力型）和综合型。构造型指的是由于人类活动的触发，使原来已积累一定量级弹性应变能的断裂锁固段破裂而发震，故也可称为断裂活化型。非构造型指的是由于人类活动引起地下岩溶洞穴和采空区塌陷所诱发的地震。综合型指的是有构造型和非构造型综合作用所引起的地震活动。水库诱发地震的基本特征（1）空间分布特征：震中位置震中主要集中在断层破碎带附近，往往密集成条带状或团块状，其延伸方向大体与库区主要断裂线平行或与X型共轭剪切断裂平行常分布于库区岩溶发育部位或断裂构造与岩溶裂隙带的复合部位；震源较浅，震源体较小，一般发生在低烈度区；等震线形状：主要与库区构造、岩性条件有关构造型水库地震：椭圆形，长轴方向与所在地段的主要构造线或发震断层走向一致或平行。发生于新老地层接合部位的水库地震：等震线的长轴方向与新老地层的接合线方向一致。岩溶区发生的水库地震：等震线多为不规则的多边形或近似圆形，且与当地发育的岩溶形态一致或基本一致。（2）地震活动与库水位的关系绝大多数水库的地震活动与库水位呈正相关少数水库区的地震活动性随着库水位的增加而明显地降低，呈负相关（3）地震活动的序列特点震型：内生成因水库地震序列以前震一一余震型为主，偶尔见群震型。外生成因水库诱发地震常属单发式主震型或多发式群震型。地震频度与震级的关系：logN=a-bM水库地震：b值大于当地同震级的天然地震，b±1，前震的b值一般略高于余震。主震M0与最大余震M1的震级关系水库地震：M0—M1V1M1/M0~1天然地震：M0—M1=1.2（浅源大震）M0—M1与地震区应力状态和介质的不均一性有关水库诱发地震发生的地质背景条件诱发地震的地质背景条件：一、区域地质背景：1）地质背景的多样性；2）区域构造背景与强震的相关性：产生强烈诱发地震活动的地质背景具有专属型。据统计，发生MS4.0以上地震的水库，几乎全部位于构造活动区内；3）发震区应变能积累程度及速率：震源区岩体应力集中或应变能积累程度与岩体破裂极限所需应变能的差值，是控制诱发地震的时间滞后的主要因素。天然构造应力场的应变能积累速率也是产生诱发地震的重要背景之一。二、发震区地质条件：1）构造条件：这是断裂活化型诱发地震的必要条件。2）岩性条件：发震机率与岩石性质有关，震级大小与岩石强度有关。3）水文地质条件：水文地质条件是控制水库诱发地震的重要因素，它决定着诱发地震的机制。4）外动力地质作用：外动力地质作用的类型和发育程度及其在人类工程活动条件下所可能产生的变化，是外生成因诱发地震的控制因素。水库诱发地震的诱发机制（水岩作用、水诱发机制、不同构造背景条件下的诱发机制）水库诱发地震的水岩作用机理：一、降低岩体及结构面的强度水渗入岩体后通常产生软化、泥化和润滑作用。水对岩石的软化作用表现为岩石浸水后强度的降低。对于含泥质及亲水矿物较大的岩石或破碎带，水的软化作用最为明显。泥化作用一般产生于岩体的断裂错动带和软弱结构面上。二、促进岩体中断裂的生长1）应力腐蚀作用：在地下水和应力的持续作用下，当应力强度因子高于某一界限值，但又低于快速破裂传播的临界应力强度因子时，岩石所发生的缓慢的、亚临界的裂纹生长过程，被称为应力腐蚀。2）楔裂作用：当裂隙岩体处于封闭水环境中时，由于高于水体局部集中于有限的裂隙带而产生“楔入推移力”，造成裂缝尖端的破坏和裂隙的发展。三、水体荷载作用水库蓄水后，巨大的水体荷载对库基岩体产生附加应力并引起岩体垂直变形及挠曲变形（弯梁效应）。四、空隙水压力效应水库蓄水后，水体向深部渗入或人工注水均将引起原地下水位以上岩体裂缝或孔隙的充水饱和，由此导致与地面水体有连通关系的深部断裂带中空隙水压力的升高和有效应力的变化，从而改变了岩体和断裂带的应力状态，称为空隙水压力效应。综合因素诱发型：在一定的地质条件下，诱发地震可以由内、外动力地质因素综合引起，或以某一类因素为主导，所产生的诱发地震又构成了另一类因素产生地震的必要条件，由此产生连锁反应。第十章地面沉降工程地质研究1.地面沉降的基本概念地面沉降：指