工程地质基本知识课件

工程地質基本知識1.1概述1.2第四紀沉積層1.3地下水1.1概述1.1.1、地質作用建築場地的地形、地貌和組成物質（土與岩石）的成分、分佈厚度及特性，取決於地質作用。1、內力地質作用：一般認為是，由於地球自轉產生的旋轉能和放射性元素蛻變產生的熱能等引起地殼物質成分、內部構造以及地表形態發生變化的地質作用。eg.岩漿活動，地殼運動（構造運動）和變質作用。

構成天然地基的物質是地殼中的岩石和土。地殼厚度為30~80km，它的物質、形態和內部構造是在不斷地改造和演變的。導致地殼成分變化和構造變化的作用，稱為地質作用。可分為內力地質作用和外力地質作用。2、外力地質作用：由太陽輻射能和地球重力位能引起。eg.晝夜和季節氣溫變化，雨雪、山洪、河流、冰川、風及生物等對母岩產生的風化、剝蝕、搬運與沉積作用。晝夜和季節以及氣溫的變化,可使地表各種原岩不斷發生熱脹脫離,冷縮開裂等機械破碎。水和水溶液的存在，可使原岩不斷發生水化、氧化、碳酸鹽化、溶解以及縫隙水凍脹引起崩裂化學變化和機械破碎。動植物和微生物的活動，也可使原岩不斷發生機械破碎和化學變化。這種外力（包括大氣、水、生物）對原岩機械破碎和化學變化的作用，統稱為風化作用。

外力地質作用過程中的風化、剝蝕、搬運及沉積，是彼此密切聯繫的。風化作用為剝蝕作用創造了條件，而風化、剝蝕、搬運又為沉積作用提供了物質的來源。1.1.2、地質年代1.1概述

土與岩石的性質與其生成的地質年代有關。一般說來，生成年代越久，土與岩石的工程性質越好。

地質年代是指地殼發展歷史與地殼運動、沉積環境及生物演化相應的時代段落。地球形成至今大約有60億年的歷史，在這漫長的地質年代裏，地殼經歷了一系列複雜的演變過程，形成了各種類型的地質構造和地貌以及複雜多樣的岩石和土。地質年代有絕對和相對之分，相對地質年代在地史的分析中廣為應用。它是根據古生物的演化和岩層形成的順序，將地殼歷史劃分成一些自然階段。分為五大代（太古代、元古代、古生代、中生代和新生代），每代又分為若干紀，每紀又細分為若干世及期。在每一個地質年代中，都劃分有相應的地層。地質年代和地層單位、順序和名稱的對應關係如下表。

通常所說的土為新生代第四紀更新世（距今約100萬年），更新世又分為早更新世（Q1）、中更新世（Q2）、晚更新世（Q3），其後為全新世（Q4）。1.1概述地質年代和地層單位、順序、名稱的對應關係地質年代代紀世期地層單位界系統階(層)紀(系)1.2第四紀沉積層

地表的岩石經風化，剝蝕成岩屑，又經搬運、沉積而成的沉積物，年代不長，未經壓緊硬結成岩石之前，呈鬆散狀態，稱為第四紀沉積層，即土。

根據搬運和沉積的情況不同，可分為以下幾種類型：殘積層，坡積層，洪積層，沖積層，海相沉積層，湖沼沉積層。不同成因類型的第四紀沉積物，各具有一定的分佈規律和工程地質特性。1.殘積層殘留在原地未被搬運的那一部分風化產物。顆粒不能被磨圓或分選，沒有層理構造。殘積物與基岩之間沒有明顯界限，其礦物成分很大程度上與下臥基岩一致。由於殘積物沒有層理構造，均質性很差，顆粒多為棱角狀的粗顆粒土，孔隙度較大，作為建築物地基容易引起不均勻沉降。殘積層：應注意不均勻沉降和土坡穩定性問題。坡積層：應注意不均勻沉降和地基穩定性問題。洪積層：應注意土層的尖滅和透鏡體引起的不均勻沉降。２．坡積層

雨雪水流的地質作用將高處岩石風化產物緩慢地沖刷剝蝕、順著斜坡向下移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。自上而下呈現由粗而細的分選現象。其礦物成分與下臥基岩沒有直接關係。由於坡積物形成於山坡，常常發生沿下臥基岩傾斜面滑動；還由於組成物質粗細顆粒混雜，土質不均，厚度變化大。新近堆積物，土質疏鬆，壓縮性較大。1.2第四紀沉積層

由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流,具有很大的剝蝕、搬運能力。它沖刷地表，挾帶著大量碎屑物質堆積於山谷沖口或山前傾斜平原而形成洪積層。

離山漸遠，顆粒變細，分佈範圍逐漸擴大。其地貌特徵是靠山近處窄而陡，離山遠處寬而緩，形如錐體，故稱為洪積錐（扇）。由相鄰溝穀口的洪積扇組成洪積扇群。3.洪積層1.2第四紀沉積層2.淤泥夾粘土透鏡體1.表土層3.粘土尖滅層4.砂土夾粘土層5.礫石層6.石灰岩層土的層理構造

洪積物的顆粒雖因搬運過程中的分選作用呈現漸變現象,但由於搬運距離短,顆粒的磨圓度仍不佳。此外，山洪是週期性產生的，每次的大小不盡相同，堆積物質也不一樣。因此，洪積物常呈現不規則的層理構造，如具有夾層、尖滅或透鏡體等產狀。靠近山地或離山較遠地段的洪積物的承載力高，而過度地帶由於地下水溢出地表造成沼澤地帶，土質軟、承載力低。1.2第四紀沉積層平原河谷橫斷面礫卵石中粗砂粉細砂粉質粘土粉土黃土淤泥4、沖積層沖積物是河流流水的地質作用將兩岸基岩及其上部覆蓋的坡積、洪積物剝蝕後搬運沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物。其特點是呈現明顯的層理構造。由於搬運作用顯著，碎屑物質由帶棱角顆粒經滾磨、碰撞逐漸形成亞圓或圓形顆粒，其搬運距離越長，則沉積物質越細。典型的沖積物是形成於河谷內的沉積物，可分為平原河谷沖積層和山區河谷沖積層等。1.2第四紀沉積層1.3地下水1.3.1、地下水對工程的影響1、基礎埋深：通常設計基礎埋深D應小於地下水位深度hw。2、施工排水：當地下水位高，基礎埋深D大於地下水位深度時，基槽開挖與基礎施工必須進行排水。中小工程可以採用挖排水溝與集水井排水；重大工程應採用井點降低地下水位法。3、地下水位升降：濕陷性黃土、膨脹土遇水時；地下水位大幅下降時。地下水：存在於地面下土和岩石的孔隙、裂隙或溶洞中的水。建築場地的水文地質條件主要包括地下水的埋藏條件，地下水位及其動態變化，地下水化學成分及其對混凝土的腐蝕性等。地下水對工程的影響1.3地下水4、地下室防水。5、地下水水質侵蝕性。6、空心結構物浮起。7、承壓水衝破基槽。

地下水含有各種化學成分，當某些成分含量過多時，會腐蝕混凝土、石料及金屬管道。1.3.2、地下水分類1.3地下水按埋藏條件不同，分為三類：1、上層滯水：地表水下滲積聚在局部透水性小的粘性土隔水層上的水。為雨水補給，有季節性。2、潛水：埋藏在地表以下第一個連續分佈的穩定隔水層以上，具有自由水面的重力水。為雨水、河水補給，水位有季節性變化。一般埋藏在第四紀沉積層及基岩的風化層中。水面標高稱為地下水位。3、承壓水：埋藏在兩個連續分佈的隔水層之間，完全充滿的有壓地下水。通常存在於卵石層中，承受一定的靜水壓力。其埋藏區與地表補給區不一致。因此，承壓水的動態變化受局部氣候因素影響不明顯。1.3.3土的滲透性1.3地下水（1）概念：地下水通過土顆粒之間的孔隙流動，土體可被水透過的性質稱為土的透水性。它表明水通過孔隙的難易程度。應用：工程設計中，計算地基沉降速率，或地下水位以下施工需計算地下水的湧水量，選擇排水措施等均應用滲透性指標。（2）土的滲透性規律1、滲透實驗與達西定律法國學者達西（Darcy,H.）1856年做砂土的滲透實驗，發現達西定律。

Q/t=q=kFh/L=kFiv=k×iq—單位時間內通過砂層滲流出的水量。i=h/L—水力坡降。v—滲透速度cm/s。k—

土的滲透係數cm/s1.3.3土的滲透性1.3地下水注意：達西定律中，v不是某個土孔隙中水的滲流速度，而是水流通過的整個斷面上的平均滲流速度。

k的物理意義：單位水力坡降(i=1)時的滲透速度。

影響土滲透性因素：a、土孔隙大小；b、土粒的大小、形狀、級配以及顆粒的排列和土的結構等。c、地下水溫度、密度及其粘滯性（即內摩阻力）。d、地下水的飽和度。層流運動：地下水在土中孔隙或微小裂縫中以不大的速度連續滲透時。紊流運動：在岩石的裂隙或空洞中流動時，速度較大。其流線有相互交錯的現象。2、動水力GD（KN/m3）1.3.3土的滲透性1.3地下水動水力：水流動時，水對單位體積土的骨架作用的力。是水流對土體施加的體積力。與水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。靜水力：靜水作用在水下物體上的力。則土柱所受的力為：1、兩端點的靜水壓力：2、與土柱同體積水柱的重量：土骨架對水的總阻力：沿地下水流方向取出一個土柱體，長度為L，橫斷面積為F。FhF及γhγ2W1WLFγWTLF（T為土對水的阻力，T=-GD）GD=γw×i由靜力平衡條件：0cos21=-+-TLFLFFhFhWWWaggg得：或：式中：1.3地下水為水力梯度。1.3.3土的滲透性3、流砂：當水流自下而上流動時，動水力方向與重力方向相反，使土顆粒懸浮。當動水力等於或大於土的浮重度時，土粒之間毫無壓力，土隨水流動。即：γw×i=γ’，所以，icr=

γ’/γw稱為臨界水力坡降。1.3