工程地质学教学讲义

绪论

（一）工程地质学的学科地位及与其他课程的关系

1．地质学：研究地球的科学，是研究地球的形成、结构和发展规律并利用…

地质学的重点研究对象是地壳。

2．工程地质学：调查、研究、解决与工程建设有关的地质问题的科学，是地质学分支之一。

3．水文地质学：是研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动有关联的地下水的形成、分布、运动规律及其物理化学性质的学科。

4．岩土工程及其特点：人类以地壳的岩土体为对象而进行的一切利用、整治和改造等工程活动等都称为岩土工程。工程地质学、水文地质学、地质力学、土力学、岩体力学等构成了岩土工程的理论基础。

特点：广、综合、实践

5．工程地质学的主要任务是评价建筑工程场地的工程地质条件；正确认识现在，预测工程建设项目的修筑对地质环境的影响以及地质环境对即将修建的工程项目的影响；提出防治不良地质现象的措施，为工程项目的设计提供所需的工程地质参数。

三．岩土工程与地质环境之间的关系

1．地质环境可以影响建筑工程的稳定和正常使用，危及人类工程活动的安全使建筑工程造价大大提高等，其制约程度视地质环境的具体特点和建筑工程活动的方式、规模而不同。

a．西安地裂缝；b．宝成线；c．地震：唐山，土耳其。

2．建筑工程活动反过来又会以各种方式影响地质环境，并因此而引发工程事故。

a．水库；b．开采活动造成的地面沉陷及陷落地震；c．地下水开采。第一章矿物与岩石第一节地壳运动与地质作用一．地球的构造

1．地球的形状和大小：“梨状体”，表面积、蓝色的球体

板块学说介绍：太平洋板块、欧亚板块、美洲板块、非洲板块、大洋洲板块、南极洲板块。

二．地质作用

1．定义：导致地壳物质成分及地表形状、岩层结构、构造发生变化的一切自然作用通称为地质作用：1）剧烈变化的：地震2）缓慢变化的：喜马拉雅山上升

2．分类：

构造地质学：构造运动的形态特征、发生原因以及在空间和时间上的发展

规律。形变与形成。第二节地质年代1．地质年代定义：从地质学的观点出发，根据地球上的生物演化过程、地层的沉积环境和地壳的发展演变过程等划分的用以描述地层形成历史的时代段落。

化石：保存在地层中的古代生物遗体和遗迹。实体、模铸、遗迹三种

2．分类：相对地质年代：只代表时代的相对新老关系。

绝对地质年代：岩石形成或地质事件发生的具体时间，称之绝对地

质年代。

3．说明：（1）通常将某一地质时期所形成的地层称为这一地质时期的地层；

（2）将组成地壳的各种地层从老到新建立起一个完整的国际性的地层系统表，根据地层系统将地壳发展历史作相应的自然分期，形成整个地史时期的地质年代表。地质年代中各阶段的划分是与地层单位的划分相应的、一致的。

年代地层单位地质年代单位

宇宙

界代

系纪

统世

阶期

年代表中的对应关系：地层、地质年代（相、绝）、生物进化情况、构造运动

4．年代表的几个数据：五大代：太古、元古、古生、中生、新生代（7000万年）

测定方法原理：第三节矿物学简论一．矿物的概念

定义：天然形成的、具有一定化学成分、内部构造和物理性质的自然元素或化合物。

二．造岩矿物

岩石是一种或多种矿物的集合体。形成岩石的矿物为造岩矿物。

造岩矿物达3000多种，硅酸盐类占90%以上，最常见50多种

长石：钾KAlSi3O8、钙CaAl2Si2O8

云母：黑、白

硅酸盐类矿物辉石

角闪石

氧化物：石英、磁铁矿、赤铁矿

三．原生矿物和次生矿物

1．原生矿物：由地幔中的岩浆侵入地壳或喷出地表后冷凝而成且未发生任何质及形态变化的矿物。如：正长石、斜长石、黑白云母、辉石、角闪石、石英

2．次生矿物：原生矿物经风化作用生成的新的矿物。直接生成、水溶液析出

四．粘土矿物

1．定义：具有片状或链状结晶格架的铝硅酸盐，它是由原生矿物中的长石、云母等矿物风化形成。

2．分类：结晶质矿物及非结晶质矿物。

3．高岭石、蒙脱石、伊里石结构特点及性质：

五．岩石和矿藏的概念

1．岩石的概念

岩石是一种或多种矿物的集合体自然体

2．矿藏：当某种岩石或地质资源具有很高的利用价值并可供开采时，我们成为矿藏或矿产。

六．常用的矿物鉴别标志：

1．晶体形态2．颜色3．条痕色4．光泽5．透明度6．解理、断口

7．相对密度8．硬度9．磁性

（1）定义：矿物受力后沿一定方向规则开裂形成光滑分裂面的性质称为解理性质，开裂形成的光滑分裂面称为矿物的解里面。

（2）原因：由晶体内部构造所决定，与外形无关。

（3）分五级：极完全、完全、中等、不完全、极不完全贝壳（石英）

平坦

当矿物受力破坏后形成的短裂面呈不规则状时，则称其为断口

参差

锯齿状

七．自然界中常见的主要矿物————自学

八．矿物按结晶程度的分类：伟晶隐晶

结晶质、非结晶质；结晶质显晶斑状（斑晶与基质）第四节岩石学简论一．概述

岩石是一种或多种矿物的集合体，是由矿物或岩屑物质在地质作用下按一定规律聚集而成的自然体。

主要特征：矿物成分、结构和构造

岩石学：研究岩石的一门学科。研究岩石的成因、岩石中的矿物、岩石的化学成份。

结构和构造的特征：研究岩石的生成环境条件、分布规律以及岩石的经济价值和工程性质等。

二．岩石的结构、构造

岩石的结构是指岩石中矿物颗粒的结晶状态、结晶程度、晶粒大小、形状及其彼此间的组合方式等特征。

岩石的构造是指岩石中由矿物的排列填充方式、矿物集合体之间的排列充填方式或矿物集合体与岩石其他组分之间的排列充填方式所反映出来的外表形态。

三．岩石分类：按成因分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。

四．岩浆岩：

1．岩浆岩的形成：岩浆的侵入、火山的喷出

2．岩浆岩的产状：（1）侵入岩：岩基及岩株；岩盘；岩床；岩墙；岩脉

（2）喷出岩的产状：火山锥、熔岩流、岩被。

3．岩浆岩的物质成分：二氧化硅、各种金属氧化物、少量的金属元素、稀有元素、挥发物质。

4．岩浆岩中常见的造岩矿物：长石、云母、辉石、角闪石、石英、磁铁矿、橄榄石

5．岩浆岩的结构形成：粒状结构（矿物为显晶质）、致密结构（矿物为隐晶质）

玻璃质结构、斑状结构、伟晶结构等。

6．岩浆岩的构造形式：块状、流纹、气孔、杏仁。

7．岩浆岩按物质成分（SiO2）的分类：酸性、中酸性、中性、基性岩和超基岩

8．常见的岩浆岩：

（1）花岗岩（2）花岗斑岩石（3）流纹岩（4）闪长岩（5）闪长玢岩

（6）安山岩（7）辉长岩（8）辉绿玢岩（9）玄武岩（10）橄榄岩

五．沉积岩

形成过程：

原岩风化剥蚀、分解、水解搬运沉积脱水胶结形成岩石颗粒成分：块石、碎石、卵石、沙砾、粘土块等；

1．沉积岩的物质成分

胶结物质：胶体化合物Al2O3、Fe2O3、SiO2、MnO2粘土矿物、磷酸盐

颗粒中：石英、长石、云母；

2．沉积岩的造岩矿物

胶结物：粘土矿物及其它水成或氧化新矿物、方解石、石膏、白云岩、岩盐、黄铁矿、赤铁矿

3．沉积岩的常见胶结物质及沉积岩的结构形式：

沉积岩胶结物质的划分：钙质胶结、硅质胶结、铁质胶结、泥质胶结

沉积岩常见的结构形式：碎屑结构、泥质结构、化学和生物结构

碎屑结构：颗粒成分和胶结物质（基质）差异明显。

砾石

按碎屑物质颗粒大小砂石

粉砂岩

泥质胶结的岩石主要有页岩和泥岩；泥质胶结的碎屑结构岩。

钙质胶结、硅质胶结、铁质胶结也属化学结构类的岩石，其中岩盐最典型。

4．沉积岩的产状和构造形式：

（1）岩层的产状：岩层即层状产出的岩石；岩层的产状是指岩层在地壳中的空间位置和产出状态；沉积岩原始产状一般是水平或近水平的。

（2）沉积岩产状：水平岩层、倾斜岩层（走向（线）、倾向（线）、倾角）、直立岩层

（3）沉积岩的常见构造形式：层状、生物化石、结核（层状构造最主要）

5．常见的沉积岩类：

火山碎屑岩（集块、火山角砾、凝灰岩）、正常碎屑岩（砾石、砂岩、粉砂岩）、石英砂岩、长石砂岩、泥岩、页岩、石灰岩、白云岩、泥灰岩、煤岩盐。

六．变质岩

岩浆岩、沉积岩经过变质作用后，使其矿物成分、结构构造发生变化后而形成的岩石被成为变质岩。

1．变质岩的物质成分和变质作用

原生矿物

（1）物质成分

变质矿物：石榴石、硅灰岩、红柱石、滑石、石墨（鉴别依据）

（2）变质作用分类：接触变质、区域变质、动力变质

2．变质言的结构形式：粒状变晶、斑状变晶和碎裂碎屑结构

3．变质岩的构造形式：

块状（矿物无定向排列）、片状（矿物呈片状或柱状且平行排列）

片麻状（深色矿物和浅色矿物相间平行排列成条带状）

板状（岩石可沿一定向开裂成为平整的板状体）

千枚状（比较碎破的薄片状，有丝绢光泽）

4．变质岩常见岩类：大理岩、片麻岩、石英岩、片岩、板岩、千枚岩、角页岩、石墨。第五节岩石的工程性质一．岩石的常用物理性质指标

1．岩石的颗粒相对密度：无量纲，2.6~2.9

2．岩石的密度：g/cm32.1~2.7g/cm3

3．岩石的空隙率：%

二．岩石的吸水特性指标

1．吸水率：w=×100%

2．饱水率（饱和吸水率）：wsat=×100%

3．饱水因素：==（<1）

三．岩石的强度和饱水软化特征

1．岩石的强度

指标：单轴抗压强度、单轴抗拉强度和抗剪强度

试验方法：三轴无围压、劈裂法、三轴c、

2．岩石的软化系数

定义：KRRsat/Rg作用：反映反映软化程度

5．普氏坚固性系数

f=RC/10RC：天然状态岩石的单轴抗压强度MPa

四．岩石按工程特性分类

1．岩石按坚固性分类：硬岩石R>30、软质岩5～30、极软岩<5

2．岩石按风化程度分类：未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化、残积土

3．软化程度分类：KR≤0.75软化石、KR>0.75不软化五、工程影响因素

1．岩石的成因类型

2．岩石中的矿物成分及其特征

3．岩石的结构构造特征

4．岩石的风化状态和微裂隙状况

5．岩石的含水状态和胶结类型

第二章地质构造与岩体结构

第一节褶皱构造一．地质构造的概念

1.地壳一直处于永不停息的演化过程中。

2.地壳运动的两种基本形式：水平运动，垂直运动，李四光理论（地质力学）

3.根据地壳运动的速度和剧烈程度分：一种是不易被人们所觉察的长期，缓慢的运动；另一种是容易被人们看到或感觉到的迅速﹑剧烈的运动。

4.同一时期不同地区可以有不同运动形式：同一地点不同时期也可以有不同运动形式。

5.新构造运动：第三纪以前的地壳运动称为古代地壳运动（或古代构造运动）而把第三纪中，晚期以来的直到今天仍在进行的地壳运动称为现代地壳运动或新地壳运动。

6.构造地质学的主要内容是研究构造变动的形态特征，发生原因以及所在空间和时间上的发展规律，即从形变方面研究地质体和地壳。构造地质的研究实际包括形变和形成两个方面，即改造和建造。形变控制着形成的空间特点，而形成又影响到形变的演化和特征。形变是构造地质研究的主要方面。

地质构造是地壳在其漫长的发展历史过程中遭受构造运动作用后形成的地层形态（岩层或岩体的位置，产状及相互关系），是构造运动在岩石圈中留下的形迹。

二．地质构造的类型：（1）褶皱构造；（2）断裂构造：（3）单斜构造。

三．褶皱构造

定义：构造运动作用下，岩层产生的连续弯曲变形：（1）水平挤压；（2）塑性变形。

（一）褶皱：褶皱构造中岩石的每一个弯曲（一个完整的波形）都成为一个褶曲。

（二）褶曲的特征：向斜﹑背斜﹑核部或轴部﹑轴面﹑轴线﹑脊点﹑脊线。

（三）褶曲的分类：

1．根据横剖面上的形态或轴面位置分：

（1）对称褶曲：两侧岩层倾角相等，直立等。

（2）不对称褶曲

（3）倒转褶曲：两翼岩层向同一方向倾斜，一翼正常，一翼倒转。

（4）平卧褶曲：褶曲的轴面近水平，两翼岩层产状平缓。2．根据褶曲在纵剖面上的形态或脊线的形态分类：

（1）水平褶曲：褶曲的脊线近水平。

（2）倾伏褶曲：褶曲的脊线沿一定方向向或向下倾伏。

（3）穹窿和构造盆地：同层岩层向四面下倾的称穹窿，向四面翘起称构造盆地。

（4）短轴褶曲：介于穹窿﹑构造盆地和一般褶曲之间的一种褶曲，其脊线从最高点向两端显著下沉或上翘。

3．根据褶曲的组合形态分：

（1）全型褶曲：褶曲发育不间断，背﹑向斜相间排列，紧密相连，复背斜、复向斜。

（2）断续褶曲：单向的褶曲，孤立。背斜、穹、构造盆地。

（3）过渡形：介于连续与过渡之间。

四．褶造对工程建设的影响

1．全型褶曲：山区、岩石破碎、顺向坡滑动

2．背向斜脊部：张性节理发育：背斜谷、向斜谷

3．地下洞室：适修筑在背斜核部，不适在向斜核部第二节倾斜构造一．倾斜构造

二．倾斜岩层产状

第三节节理、劈理和压理一．断裂构造：

岩层受构造应力作用发生断裂，使原有的连续，完整性遭到破坏而形成的地层形态被称为断裂构造。按破裂面两侧岩层的位置情况，节理与断层。

二．狭义的节理——构造裂隙

1.定义：两侧岩层未消动或仅发生了微小的错动

2.分类：

（1）剪节理：剪应力形成：特点：裂隙平直，延伸方向稳定，裂面平整光滑，切穿颗粒，X型。

（2）张节理：张拉应力形式：特点：裂口稍宽，裂面粗糙不平直，面上无擦痕，裂面常绕过颗粒。

（3）压性节理：挤压应力形成，节理面与最大主应力方向向垂直，呈紧闭状态，密集成群分布。

三．广义节理：包括构造节理和非构造节理（岩体中的原生和次生裂隙）

四．劈理

1．定义：构造应力作用下形成的沿一定方向大致相平行的密集型细微裂面称为劈理。一般发生在变质岩中，并不破坏岩体的完整性。

2．分类：（1）破劈理：岩石中密集的平行排列的破裂面。裂面平直、光滑、机理近于剪节理。

（2）流劈理：由岩石中矿物的定向排列而显现的易于劈开的软弱面，劈理面较光滑。

（3）滑劈理：指有一些微小位移的劈理。

（4）片理：强烈的变质作用使矿物压扁、拉长并定向排列，重新结晶，由此形成的相互平行、密集排列的薄片状构造形迹称为片理。变质岩特有，属流劈理。

五．节理，劈理和片理工程地质评价（P41）第四节断层一．断层的定义

1．定义

2．术语；断层面、断层线、断层盘、断距、断层带

二．断层的分类

（一）根据断层面产状与两盘岩层产状关系：

1．走向断层2．倾向断层3．斜交断层

（二）根据断层面产状与褶皱轴线（或区域构造线）的关系：

1．纵断层2．横断层3．斜交断层

（三）根据断层两盘相对位移关系：

1．正断层冲断层：断层面倾角>45度

2．逆断层

逆掩断层：断层面倾角<45度

3．平移断层：又称平推、平错、扭断顺时针右行（右旋）

4．正——平移断层

5．逆——平移断层

（四）根据形成断层的力学性质：压、张、扭

（五）断层的几中组合形式：阶梯状（正断层）、##状（逆断层）、地垒（相背倾斜正断层形成）、地堑（相向倾斜正断层形成）

三．断层的工程地质评价

1．断层破碎带

2．断层的活动性

3．断层与地下水

4．断层与地震

5．断层与矿产

第五节岩层岩体的接触关系一．整合接触：岩面相互平行，岩层沉积没有间断。

二．伪（假）整合：岩层沉积出现间断（不连续）或存在一个古风化剥蚀面，但接触面上下岩层平行。

三．不整合接触（角度不整合）：如果岩层的沉积不连续或存在一个古风化剥蚀面，接触上下的岩石又不平行时。

四．侵入接触：侵入岩浆岩与周围其它岩体之间的接触关系称为侵入接触。第六节岩体的结构一．岩体的概念

指一定范围内的自然地质体，它除本身是由岩石构成外，还包括各种构造痕迹。

二．岩体结构的基本要素

构成岩体的结构体（岩石）和将结构体分割开来的结构面（各种构造形迹或裂隙）。

三．岩体结构面的类型

1．成岩结构面：原生结构面，成岩过程中形成：岩浆岩、沉积岩、变质岩

2．构造结构面：构造应力作用下产生的各类剪、张、压、扭。

3．次生裂隙：风化、冰冻、重力卸荷、震动。

四．岩体的结构类型

1）整体结构（巨型块状）；2）块状结构；3）镶嵌结构（火成岩的侵入结构）；

4）层状够；5）碎裂结构（微风化岩体）；6）层状碎裂结构；7）散体结构（强风化岩石）。

岩体的工程特性与软弱面的存在，软弱面的性质、产状有关。

第三章风化作用

一．概述

1．岩石风化成土的过程：湿、温度的变化裂隙大气水进入植物

岩石破碎风、雨、血、重力、剥蚀搬运过程中进一步碎小、磨圆化学作用细小新物质、沉积成土

2．风化与剥蚀的概念

（1）裸露于地壳表面的岩石或裂隙面附近的岩石，外力地质作用，崩解、碎裂、变质作用。

（2）风化岩在风、雨、雪、重力作用下从岩石母体上剥落为破碎状的岩块或碎屑的过程。

3．风化对岩石及工程的影响

4．风化的种类：

根据风化的自然因素和风化物质的性质，分为：物理风化（机械风化）、化学风化、生物风化。

5．风化的特点由岩石本身性质和所处的环境条件两方面决定。时间影响第一节物理风化一．定义：只改变岩石完整性或改变已碎裂岩石颗粒大小和形状，产生新物质的风化作用。

二．物理风化作用的类型

1．温度应力引起的胀缩作用——热胀冷缩

2．裂隙中的冰以及其他结晶体产生的胀缩应力引起的劈裂。

3．岩体卸荷引起的膨胀崩解。

4．树木生长过程中的根劈作用。

5．重力作用下的岩石碎裂和搬运过程中的碰撞、磨圆。

6．风的剥蚀作用。第二节化学风化作用一．定义：一切改变了岩石中原有矿物成分的风化作用统称风化作用。（质变风化）

二．化学风化作用的类型：

1．水的作用

（1）水化、水解作用：水化是水分子进入矿物结晶或微观结构内部成为结晶水。水解是一部分矿物和水分发生化学反应形成新物质。

（2）溶解、溶蚀和再结晶：水从岩体表面或岩体裂隙中流过时，岩石中的一部分成分溶于水中和水流一起流走。水对岩石的这种作用称为溶解溶蚀作用。

溶于水中的物质由于条件改变从水中析出并结晶。

再结晶的情况：a．压力b．温度c．水份蒸发d．不同溶液的混合。

2．气体的作用

（1）氧化作用（2）碳酸化作用（3）酸雨及硫酸化作用

3．生物的化学风化作用

生物生长中的新陈代谢、腐蚀物、分泌物对岩石的破坏作用及微生物的风化作用。第三节影响化学风化作用的因素一．岩石的矿物成份

1．稳定性矿物：白云母、石英、石榴石

2．较稳定性矿物：辉石、角岗石、黑云母、正长石

3．不稳定性矿物：斜长石、橄榄石等。不稳定性矿物含量越高……..

二．岩性

岩石的岩性包括：结构与构造、矿物颗粒大小与形状、孔隙率、吸水率、坚固性等物理力学性质，结构致密、岩性坚固、孔隙率和吸水率小的岩石其抗风化能力好。

三．地质构造与岩体的结构性

地质构造对岩体的结构性有很大的影响，而岩体的结构性（岩体结构面的产状、交汇切割情况、间距大小以及岩体裂隙的张开性、充填情况、渗透性等）又对岩体的抗风化能力有很大影响。岩体结构面愈发育、裂隙愈大、填充情况愈差、渗透性愈好就愈易风化。

四．气候状况与地表水

气温高、雨量足、湿度大、植物茂，南方——化学风化；温差大、雨少、干燥、植被差、风力大。北方——物理风化。

五．地貌与地下水

地貌对岩石风化的影响和水、风、温差、地势以及基岩埋藏条件等多重因素有关。

地下水对岩石的风化则主要体现为溶解溶蚀和再结晶。

六．其它因素

人类活动形成的环境污染等也会成为影响化学风化的重要因素。第四节岩石风化的工程地质研究工程上，岩石风化的情况可通过两个方面来表述，一个是岩石的风化程度，

另一个是岩石层的风化深度或称风化岩层的厚度。

一．岩石的风化程度

岩石风化程度的标志特征：

1．岩石颜色的变化：原岩色泽鲜艳、风化愈重、颜色愈暗；表里、干湿。

2．矿物成份变化：成份变化直接反应风化程度；易于风化的矿物成份、不易风化矿物成份。

3．破碎程度：岩石分级中最重要标志之一。裂隙长、宽、密度、形状及填充物等情况。

4．岩石物理力学性质的改变：

（1）岩石风化程度愈重，其坚硬程度便愈低，整体性愈差，力学性质也就愈差。

（2）野外鉴别方法：手锤敲击、小刀刻划、手折等，原地压缩或剪切试验。

5．岩石按风化程度分级：《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）根据野外特性、波速比Kv、风化系数Kf，将岩石按风化程度分为：未、微、中、强、全、残积土。

二．岩石的风化深度

1．风化程度的空间分布特点：由表及里程度渐轻，同样条件、同种岩石风化层愈厚，表面风化愈强烈。

2．风化厚度的特点：风化程度的渐变性，使风化厚度没明确定义，与工程特定有关。

3．风化厚度的确定方法：钻探、物探。

4．物理风化为主的地区，风化深度一般不超过10米或15米；化学风化为主的地区，岩石风化深度则可达数十米，甚至100余米。

5．风化岩的处理方法：水泥灌浆、粘土灌浆、沥青灌浆、硅化法、边坡工程坡面防护。

第四章第四纪沉积地层与地貌

第一节第四纪的概念一．人类的起源：

在地质历史上，第四纪的另一重含义就是人类纪。

1．人类起源的神话传说

a．盘古开天地b．女娲补天c．圣经说法

2．达尔文《物种起源》：进化论、适者生存。

3．人类进化的历史简述：

森林古猿（1800~2300万）、古猿（肯尼亚800~1400万）、南方古猿（150~400万）、猿人（瓜哇170~300万）、元谋猿人（130万）、蓝田猿人（100~115万）、北京猿人（20~70万）、“南京人”（58~62万）、远祖（800~1400万）、

近祖（20~400万）。“海猿”说。

二．第四纪下界的确定

1．1948年18界国际地质会议确定，意大利，卡拉布里地层，160~188万年

2．1977年国际第四纪协会建议，意大利，费林卡，240~250万年

3．我国：元谋地层（200~250万）、肃灵台雷家河地层（300~350万）、河北泥河弯、上三门地层、陕西渭南游河地层。

通常认为第四纪下界距今200~300万年。

三．第四纪地层的划分

1．划分第四纪地层的依据：

1）古生物；2）气候；3）岩性和岩相；4）古人类进化；5）地貌；6）绝对地质年代

2．第四纪的划分情况全新世`

我国1959年确定采用国际1932年方案：第四纪晚

更新世中

早第二节第四纪沉积物的类型一．关于土的定义：

1．按成因：土是岩石风化的产物。

2．按组成：土是由固体颗粒、液态水和气体组成的一种三相体系。

3．按分布位置和结构、变形性态：覆盖于地壳最表层一种松散或松软颗粒状堆积物。

4．按形成的历史时期：土是第四纪沉积物。

二．第四纪沉积物的类型

（一）陆相沉积

1．残积物

（1）定义：岩石风化、剥蚀、小颗粒搬运别处、较大颗粒残留原处。

（2）残积土的岩性特征：

a．由粘性土或砂类土以及具有棱角状的碎石所组成；

b．有较高的孔隙度，没有经过搬运、分选，无层理；

c．厚度变化大、一般山坡上较薄，在坡角或低洼处较厚。

（3）残积物的其它一些特点：

a．残积物岩性与气候关系：干旱及半干旱地区……，潮湿的温带……

b．残积物与母岩种类关系：花岗岩地区；砂页岩地区；石灰岩地区…

c．残积物与地形关系：

d．残积物与母岩的空间位置关系：

2．坡积物：

（1）坡积物（裙）的形成：

（2）坡积物的特点：

a．常与残积物相连，上薄下厚；

b．底部倾斜度取决于基岩；

c．颗粒具有分选性；

d．矿物成份与下卧基岩无关；

e．位地基时……

3．洪积物

（1）洪积物的形成：山麓洪积扇

（2）洪积扇的地层特点：

a．一般特点：具有明显的分选作用：常呈不规则交互层理构造，有尖灭、夹层等产状；

b．近山区特点：颗粒大、磨圆差、透水性好、地下水深、地层厚、地基好

c．远山区特点：粉细砂、粉土、粘性土、地下水低时差、中部有泉水时…

d．过渡地带：沉积的砾石、砂粒、粉沙、粘土颗粒都有，一般是好地基，泉水发育时不好。

4．冲积物

（1）冲积物的形成：

（2）山区河谷冲积物特点：山区河谷两岸陡峭，仅有河谷，少有河漫滩，含砾、卵，分选差；冲积物透水性大，强度高，压缩性低。

（3）河流的地质作用：

a．河流的侵蚀作用：上、中游，上游以下切为主；中游以侧蚀为主；

b．河流的搬运作用：推移质介质与悬移质介质；

c．河流的沉积作用：上、中、下游的特点。

5．风积物

风的地质作用：侵蚀（吹扬）、搬运（推移质戈壁沙漠与悬移质黄土）沉积。

6．其它沉积物：泥石流、冰川、沼泽、盐湖。

（二）海相沉积

在海洋环境中形成的沉积物称为海相沉积。

分类：滨海、泻湖、溺谷、浅海、深海等。第三节地貌学简述一．地形地貌的概念

1．地形：地壳表面的外部特征，如高低起伏、坡度大小、空间分布等。

2．地貌：地貌学就是研究地球表面的起伏形态、分布及其发生和发展变化规律的科学。如果研究的是地表形态的地质成因及其在漫长的地质历史中不断演化的过程和将来的发展趋势，这种从地貌学和地理学观点所考察的地表形态就叫做地貌。

二．几种常见的地貌单元

1．山地

地球上的大陆表面可以划归为两个大基本类型：山地地形和平原地形。

（1）与山有关的几个概念：山、山麓、山坡、山顶、山岭、山脊、山脉、山系。

（2）山的分类：a．按地质成因和构造形式分：断块山、单斜山、褶皱山、褶皱断块山；b．按山顶与山脚的相对高度差分：高山（1000m）

中山（500~1000m）、低山（500m以下）。

（3）丘陵的特点：a．形成：低山风化形成；b．形态特点；c．基岩浅或出露地表，风化严重。

2．平原地貌：地表高差小

（1）高原（2）地平原（0~200m）（3）洼地（<0）——倾斜、凹状、波状。

3．海岸与海底地貌陆面侵蚀

陆面沉积

原生火山成因

构造成因

（1）海岸地貌海蚀岸

次生堆积岸

海沟

（2）海底地貌：大陆架、大陆坡、洋底

海岭堆积岛冲蚀

大陆岛

（3）岛屿：四面环水的一块陆地构造岛

构造

大洋岛火山

珊瑚岛

4．冲沟：形成条件、影响因素。

5．坡积裙、洪积扇：成因及特点

6．河谷的地貌：河床、河曲、河漫滩、阶地、牛轭湖、河心岛。

7．黄土地貌：片状

影响黄土地貌成因的主要因素：1）新构造运动；2）地表水的侵蚀

线状

（1）黄土塬：顶平、纵向延伸边缘被沟谷切割的高低，洛川、长武。

（2）黄土梁：顶部窄而狭长，两边被沟谷切割。

（3）黄土峁：黄土梁进一步遭受侵蚀切割以后，形成了一种馒头形的黄土丘，成群的黄土丘连在一起就称为黄土峁。

（4）河谷阶地

（5）冲洪积平原：山前冲洪积平原和冲积洪积平原两种。

（6）黄土地区的土洞和陷穴：黄土喀斯特地貌形成过程。

8．风蚀地貌和荒漠地貌

位于季风影响范围内干旱地区山体或荒丘，因长期受风蚀而成的地表态。

荒漠地貌单元：石质荒漠、戈壁滩、沙漠、泥质荒漠及盐沼泥漠。

三．地形地貌对工程的影响

1．山区2．黄土高度3．丘陵4．河谷5．荒漠地区

第五章土的物理性质及其工程分类

第一节土的组成、结构和构造一．土中的固体颗粒

土中的固体颗粒（土粒）的大小、形状、矿物成份及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。

1．土颗粒的矿物成份

成土矿物分类：原生矿物与次生矿物。各自颗粒的特点。

2．土的粒组

（1）研究土颗粒级配的意义：粒径变化性质变化

（2）粒组与界限粒径：按尺寸对颗粒进行分组，分界尺寸的界限粒径。

（3）六大粒组的划分方案

3．土的颗粒级配

（1）定义：各粒组在土中相对百分含量。

（2）颗粒级配的试验分析方法：<1>筛分法:风干、分散，过一套不同孔径的标准筛，对>0.075mm；<2>沉降分析法：a．比重计法；b．移液管法；水力当量直径。

（3）颗粒级配表示方法

a．表格法：常用于土工试验报告书，数据准确。

B．颗粒级配曲线：（为什么用对数；级配曲线表示土粒组成；指标：

Cu=Cc=

C．三角坐标表示法

二．土中的水

1．为什么要研究土中的水：a．自然条件下土中总含水；b．土中细颗粒多时，水对土性影响很大。

2．土中水的存在形态：（1）相态分：固、液、气；（2）与土颗粒相互作用关系：内部结合水、结合水、自由水。

3．结合水（吸附水）

（1）定义：电分子吸附，引力达几千至几万大气压，牢固粘结。

（2）形成机理：负电荷、电场、阳离子、极性水分子、定向排列。

（3）强结合水及特征：受颗粒电场吸引，紧紧吸附于颗粒周围的结合水称为强结合水，厚度几个分子。

特征：没有溶解能力，不能传递水压力，性质近于固体，1.2~1.4g/cm3，难于蒸发，难于结冰（-780C），具很大粘滞性、弹性和抗剪强度。仅有强结合水时，粘土坚硬，沙土散。

（4）弱结合水及特征：弱结合水是强结合水外围的结合水膜。

特征：不能传递静水压力，可向邻近水膜移动；冰点-0.5~-30，弱结合水大时，粘性土可塑。

4．自由水

（1）定义及特点：电场引力之外土中孔隙水，冰点0oC，有溶解能力，能传递静水压力与普通水一样。

（2）重力水：地下水位以下含水层中自由水；重力或压差作用下自由移动，渗流对土粒有浮力作用。

（3）毛细水：a．土中孔隙的结构特点；b．悬挂毛细水与上升毛细水的形成；

c．上升毛细水的上升高度和速度取决于土的孔隙大小和形状，土颗粒的粒径尺寸和表面张力等；d．毛细水负孔压的工程应用：无粘性土的“假粘聚力”，防潮、浸湿、胀冰。

三．土中气

1．分类：自由气体与封闭气体

2．封闭气体对工程影响：渗透性减小，弹性增大，延缓土体变形随时间的发展过程。

四．土的冻胀机理

1．土的冻涨、融陷现象及过程简述：电场力剩余，渗透力

2．影响土冻胀性的三个因素：（1）土的种类；（2）土中水的条件；（3）温度的影响。

五．土的结构和构造

（一）土的结构

1．定义及分类：土粒的结构是指由土粒的大小、形状、相互排列及其联结关系等形成的综合特征。土的结构一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种。

2．单粒结构及特点

由粗大土粒在水中或空气中下沉而形成，全部粗粒土具单粒结构，粒间力弱。

具紧密或疏松单粒结构土的工程特性。

3．蜂窝结构及特点：粉粒（0.005~0.075mm）水中单个下沉，碰上已沉积土粒时，相互引力大于重力，停止下沉于接触点上，逐步形成连环状单元；很多这样的单元连接起来，就形成孔隙较大的蜂窝状结构，单个孔隙远大于土粒尺寸，上覆压力小时，压缩性大。

4．絮状结构：粘粒在水中长期悬浮而不下沉，当遇到电解质浓度较大的环境时，结合水膜变薄，凝聚成集粒下沉，并与已沉积的絮状集粒接触，形成类似蜂窝而孔隙更大的絮状结构。

（二）土的构造

土体中物质成分和颗粒大小，结构形式等都相近的各部分土的集合体之间的相互关系特征。

1．层理构造：不同阶段沉积物成分、颗粒大小或颜色不同而呈现竖向、水平交错成层现象。

2．其它：结核构造、砂类土的分散构造，粘性土的裂隙构造。第二节：土的物理性质指标土是三相组成体系，表时示土的三相组成部分的质量和体积比例关系的指标叫土的物理性质指标。土的三相比例指标反映土的许多基本物理性质，在一定程度上也反应土的力学性质。

土的三相组成示意图：

一．土的实测物理性质指标

二．土的换算物理性质指标

1．土的空隙比e和空隙率ne=n=×100%

反映土中空隙含量的物理量，n直观，但e方便。

2．土的饱和度：Sr=×100%

饱和度反映空隙中被水填充的程度，砂土按饱和度分为：稍湿（Sr<50%），很湿（50%<Sr≤80%），饱和（Sr>80%）

3．土的其它密度指标

=（g/cm3）==(浮密度,有效密度)

土的干密度过去常用以评定土的密实程度的标准<≤≤

4．土的各重度指标

=g=g=g=g(KN/m3)

三．土的物理性质指标的换算

第三节：无粘性土的特性一．无粘性土：包括碎石、砾石和砂类土等单粒结构的土。无粘性土粒间联结力很弱，其工程性质主要取决于其密实度。

二．无粘性土密实程度指标

1．指标e及划分结果.

2．存在问题：不同级配的土e不能反映其相对密实情况。

3．Dr=emax——松砂器法，emin——振密法

Dr>0.67密实,0.33<Dr≤0.67,中密0.20<Dr≤0.33,稍密Dr≤0.2极松散

4．Dr测定存在的问题及标贯法：N>30密实,15<N≤30中密,10<N<15稍密,N10≤松散.

5.N存在的问题及野外描述法第四节粘性土的特性一．粘性土及其状态与w关系

1．粘性土指具有内聚力的所有细粒土。包括粉土,粉质粘土,粘土.

2．粘性土状态与含水量变化关系简述

二．土的界限含水量和含水状态特征

(一)土的界限含水量及指标

1．界限含水量定义

2．指标：(1)液限wL(2)塑限wP(3)缩限wS

(二)界限含水量的测定

1．wL：锥式液限仪76g5s10mm

2．wP：撮条法：球径10mm搓条3mm..裂纹间距<10mm.

3．搓条法存在的问题及解决方法：液、塑联合测定；经验公式wP=awL+b

4.碟式液限仪与锥式液限仪的区别:碟式wL大(相当于17mm)

5．由于结构强度的存在，w大于wL并不一定意味着其处于流动状态。

三．粘性土的塑性指数和液性指数

(一)塑性指数

1．定义：IP=wL-wP

2．物理意义：可塑状态，w范围

3．影响因素：颗粒、矿物成分

4．作用：分类

(二)液性指数

1．定义：IL==

2．物理意义：软硬程度的表示

≤0坚硬

0<IL≤0.25硬塑

3．分类0.25～0.75可塑

0.75～1.0软塑

>1.0流动

四．粘性土的活性数

1．粘粒吸附水的能力与颗粒大小、比表面有关；与颗粒矿物成分有关。

2．An=非活性粘土An<0.75；正常粘土0.75≤An≤1.25；活性粘土An>1.25.

五．粘性土的灵敏度和触变性

（一）粘性土的灵敏度

1．土的结构强度

2．粘性土的灵敏度：St=

3．影响St因素w

（二）土的触变性

被扰动粘性土的这种强度随时间推移而逐渐恢复的胶体化学性质。

工程应用第五节土的工程分类一．土工程分类的意义

（一）评定土的基本性质

（二）对土进行技术交流的需要

二．常见的土的分类体系（土性及用途）

1．根据土的地质成因分类：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、风积土

2．粘性土按沉积年代分：老粘性土（>10万年）、一般粘性土（9千）、新近沉积粘性土

3．按固结程度对粘性土分类：超固结土、正常固结土、欠固结土

4．根据土的特殊性质进行分类：湿陷性黄土、红粘土、膨胀土、多年冻土、盐渍土、软土、人工填土

5．根据土的颗粒级配或塑性指数分类：碎石土、砂土、粉土、粘性土

6．细粒土按塑性图分类

三．根据土的颗粒级配或塑性指数分类

1．碎石土：２㎜＞５０％漂石（块石）２００㎜、卵石（碎石）２０㎜、圆砾（角砾）２㎜

2．砂类土：２㎜＜５０％，０.０７５㎜＞５０％。砾２㎜２５～５０％，

粗０.５，中０.２５，细０.０７５（８５％），粉０.０７５（５０％）

3．粉土：０.０７５㎜＜５０％，ＩＰ＜１０。砂质粉土：小于０.００５

＜１０％，粘质粉土：小于０.００５＞１０％

4．粘性土：ＩＰ＞１０，１０＜ＩＰ≤１７粉质粘土，ＩＰ＞１７粘土

时间、结构性的影响

四．根据土的特殊性质进行分类

1．软土：泛指孔隙比大，天然含水量高（w＞wＬ），渗透性差，压缩性高，强度低的软塑、流塑状粘性土。它包括淤泥质（１.０＜e＜１.５）、淤泥（e＞１.５）、有机质土（＞５％）、泥炭（６０％）

成土环境及分布规律：静水环境，絮状结果

2．红粘土

（1）定义：碳酸盐系出露的岩石经过红土化作用形成并覆盖于基岩上

的棕红、褐黄等色的高塑性粘土。

（2）特点：a、高塑性；b、wL>50%；c、上硬下软,具膨胀性,裂隙发育。

（3）次生红粘土：红粘土经坡积洪积再搬运后仍保持红粘土基本特性,45<wL<50,称红粘土。

（4）红粘土分布特征

3．膨胀土

（1）定义:粘粒成分主要由亲水性矿物伊力石和蒙脱石组成,具有强烈的吸水膨胀和失水收缩特性的粘性土称膨胀土,其自由膨胀率通常大于40%。

（2）膨胀土分布及地貌特征:二级及以上阶地,山前盆地地缘,丘陵地带,地形平坦,无陡坡。

（3）对工程的影响:吸水上抬,失水土裂;浅层滑坡,地裂,基槽及路堑坍塌。

4.盐渍土

（1）定义:地表深度1.0m范围内易溶盐含量大于0.5%的土称盐渍土。

（2）盐渍土生成条件:矿化度高,地下水近,蒸发大于降雨。

（3）分类:a.按其地理分布可分为：滨海盐渍土﹑内陆盐渍土﹑冲击平原盐渍土

b．按盐渍土中易溶盐的化学成分可分为：氯盐型﹑硫酸盐型碳﹑碳酸盐型

（4）盐渍土的工程特性

5.多年冻土

（1）定义:在负温作用下,地壳表层处于冻结状态的土层或岩层为冻土。

（2）分类:季节性冻土﹑多年冻土

（3）冻土的工程危害:a.冬季冻胀和春融翻浆,沉陷；b.冰丘﹑冰锥﹑热融﹑滑塌。

6.湿陷性黄土

（1）黄土定义:具备六条特征,原生黄土与次生黄土

（2）黄土的结构性与湿陷特征

（3）黄土按形成的年代可分为老黄土和新黄土(p57表5-10)

7.人工填土

（1）定义:由人类活动堆积而成的土。

（2）分类:素填土(压实﹑虚填)﹑杂填土﹑冲填土第六章地下水的存在与类型

第一节地下水的基本概念一．自然界的水

1．大气水：以云﹑雾﹑雨﹑雪﹑冰雹等形式存在于大气层中的水分称大气水，降落到地表面时称为大气降水。

2．地表水：一液态或固态的形式存在于江河﹑湖泊﹑海洋﹑南北两极及高山地区的水。

3．地下水：地下水是以固态﹑液态或水气形成存在于岩土体裂隙﹑孔隙和空洞中的水。

二．岩土的空隙性

1．裂隙：构造运动以及其他各种内外地质营力作用下，产生于岩土体中的各种扁平空隙。

2．溶隙：可溶岩体中裂隙经地下水流的长期溶蚀冲刷而成的空隙或空洞。

3．孔隙：存在于土的颗粒之间的小孔状或细管壮的空隙。

三．地下水的形成

1．地下水主要是由渗透作用和凝结作用形成，此外还有极少量的原生水。

2．凝结水的例子：a.草原沙漠；b.山体流水

四．地下水位，包气带和饱水带

1．地下水位是指岩土体中重力水的自由界面

2．地表以下第一个稳定含水层水位以上未被水饱和的岩土体的范围称包气带；

而将该水位下以，孔隙全部被水所充填的岩土体范围称饱水带。

五．岩土体的水理性质：存储和运移水分的性质

1．容水性（度）：nr=×100%

2．持水性（度）：nch=×100%wch=×100%

3．给水性（度）:ng=×100%nr=nch+ng

4．透水性：允许水流透过的性能。

六．自然界水的循环

1．自然界水循环的一般描述

2．大循环（指水在海洋和陆地之间的整个范围内进行循环）

小循环（指自然界的水在陆地或海洋自身内部的运动，相互转化和循环）

七．含水层和隔水层的概念

1．含水层：在常规水力梯度下，有一定给水度并具透水性的饱水岩土层

形成条件：（1）孔隙，裂隙：（2）隔水层，补给源

2．隔水层：常规水力梯度下，渗透性极差，给水度极小的岩土层称隔水层第二节地下水的基本类型一．地下水按埋藏条件分类（地下水不包括水气，结合水，毛细水）

1．包气带水

（1）包气带水（上层滞水）形成

（2）上层滞水一般特点：

a．分布范围小，厚度小，水量少；

b．大气降水或凝结水补给；

c．以蒸发或沿隔水层外缘外泄；

d．动态不稳，季节性变化大；

e．易污染

2．潜水

（1）定义：地表以下第一个稳定的隔水层之上，具有自由水面的重力水称潜水。

（2）特点：a.赋存方式（有底无顶）；b.补给方式（大气﹑江河）；c.排泄方式；d.稳定性；e.易污染

3．层间水

（1）定义：存在于地表以下两个稳定的隔水层之间的含水层中重力水称为层间水，受到超静水压力作用时则称其为承压水，俗称自流水。

（2）特点：a.补给区与分布区不一致；b.污染小，水质好；c.动态变化小，蒸发量小；d.排泄方式；e.承压水形成的有利构造：（山有多高，水有多高）向斜﹑单斜。

二．地下水按含水层性质分类

1．孔隙水：孔隙水的存在条件和特征取决于岩土的孔隙状况——储量，流动，水质

2．裂隙水：风化﹑成岩﹑构造裂隙水。

各种特点：风化：浅，水量小，渗透性差，潜水，滞水，变化大

成岩：成岩裂隙发育的岩石中，潜水或承压水

构造：层状﹑脉状

3.岩溶水：赋存并运移于岩溶裂隙或溶洞中的水成为岩溶水

第三节地下水的物理性质和化学成分一．地下水的物理性质

1．密度：取决于水中其它物质及含量。

2．温度：周期性水温度变化区域（昼夜3～5m，年变1°C，15～30m），年常恒温带和温度递增区域，33m/°C，不同地区，距地表较浅的地下水温度差异巨大，高寒区。

3．颜色：取决于其它物质种类，H2S，Fe2O3污染

4．透明度：透明，微浊，浑浊，极浊

5．气味和口味：H2S臭鸡蛋，有机质霉味，NaCL咸味

6．放射性：

二．地下水的化学成分：

注：a.地下水是溶液；b.地下水中离子含量于该元素在地壳中含量有关也与溶解度有关；c.状态

1．离子状态的元素：K+﹑Na+﹑Ca2+﹑Mg2+﹑Cl-﹑SO42-﹑HCO3-七大元素

2．气态物质：O2﹑N2﹑CO2﹑CH4﹑H2S

3．化合物：Fe2O3﹑Al2O3﹑H2SiO3，多为难溶于水的矿物胶体

三．地下水按总矿化度的分类

1．总矿化度定义：单位体积地下水中所含有的金属离子，化合物以及其它微粒

的总量，g/l。

2．总矿化度测试方法：坩埚或蒸发皿105～110°C，固体残渣

3．地下水按总矿化度分类：淡水<1g/l；微咸水1～3g/l；咸水3～10g/l；

盐水10～50g/l；卤水>50g/l

四．地下水按氢离子浓度的分类

PH=-lg[H+]<5极酸性水;5～7酸性;=7中性（22°C纯水中性）;7～9碱性水;>9强碱性水

五.地下水的硬度

1．定义：用硬度来表示水中钙镁离子含量多少。H°=1表示1升水中含10mgCaO

或7.2mgMgO

2．地下水按硬度分类：极软H°≤4.2；软4.2～8.4；微硬8.4～16.8；硬水16.8～25.2；极硬>25.2

六.影响地下水化学成分的主要作用

地下水中各种化学成分的形成主要和两个方面的因素有关:a.与地下水的补给类型有关。地下水补给类型不同，补给源中所含的物质成分不同，形成的地下水所含的化学元素自然不同；b.影响地下水化学成分的另一重要因素是地下水的存储和运移环境。地下水在存储和径流过程中不断与周围的岩石体物质发生着一系列作用来改变其化学成分。

1．溶解溶滤作用：可溶物质溶于水，难溶物质剩下。

2．浓缩作用：浅层地下水水分蒸发而浓缩，溶解度小的物质析出而改变其化学成分。

3．离子交换和吸附作用：水中的一些化学物质吸附在颗粒表面上与颗粒表面上原来以吸附的某些离子进行交换而改变地下水的化学成分。

4．脱碳酸作用

环境改变而使其温度增高或压力降低，CO2便会从地下水中逸出

Ca2++2HCO3-〈==〉CaCO3↓+CO2↑+H2O

Mg2+

5．生物化学作用：指有细菌参与的一些氧化﹑还原作用

硫酸化反应：2H2S+O2=2H2O+S2，S2+3O2+2H2O=4H++2SO42-

脱硫酸反应：SO42-+2C+2H2O=H2S+2HCO3-

6．混合作用

化学成分不同的地下水相遇混合后，经过一系列的化学反应，生成化学成份与原来都不同的地下水的作用称为混合作用。

（SO42-+2Na+）+（Ca2++2HCO3-）+2H2O=2Na++2HCO3-+CaSO4·2H2O↓

7．人为作用

（1）污染源分类；（2）污染物分类；（3）河流污染。

七．地下水的侵蚀作用

地下水对混凝土的侵蚀是指地下水中的一些化学成分与混凝土结构中的某些化学物质发生化学反应，在混凝土内形成新的化合物，使混凝土体积膨胀，开裂破坏，或者溶解混凝土中的某些物质，使其结构破坏，强度降低的现象。常见的地下水的侵蚀作用有以下几种：

1．氧化﹑水化侵蚀：2Fe+3O2=2Fe2O3，Fe2O3+3H2O=2Fe（OH）3（胶体）

2．酸性侵蚀：CaCO3+H+=Ca2++HCO3-

3．碳酸类侵蚀：Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O，CaCO3+H2O+CO2=Ca2++2HCO3-

4．硫酸类侵蚀：硫酸根离子与混凝土中的Ca（OH）2反应生成石膏，混凝土膨胀，强度降低，开裂。

5．镁盐侵蚀：MgCl+Ca（OH）2=Mg（OH）2+Ca2++2Cl-，Ca2+流失，结构破坏，强度降低。

第七章土的渗流理论

第一节概述一．水的渗流与土的渗透性

水在压力坡降作用下穿过土中连通孔隙发生缓慢流动的现象称为水的渗透。土体被水透过的难易程度称为土的渗透性。

二．研究土的渗透性的工程意义

（1）渗漏问题；（2）渗透稳定性问题；（3）基坑边坡稳定﹑降水﹑固结第二节土的渗透性及达西定律一．达西定律

（一）达西定理

1．适用条件：层流，砂土

2．达西定律不同表示：

（1）v=k·v=ki（1856年法国H·Daroy）

（2）q=kiA

（3）Q=kiAt

（二）渗透系数的测定

1．室内常水头渗透试验

（1）试验方法介绍

（2）计算公式：Q=qt=ktiAt=ktAtkt=

2．室内变水头渗透试验

3．现场抽水试验

（1）潜水完整井试验方法

（三）达西定律适用性讨论

（1）粗粒土的渗透规律：i增大时由于紊流，i﹑v不再是线性关系。

（2）粘性土的渗透规律：由于结合水的阻碍作用，i小时不发生渗流或i，v之间不呈线性关系。适用于粘性土的修正达西定律如下：

v=k（-）（>=）

（3）土中孔隙水的实际流速大于流渗速度：v=v/n，Q=unAt=kiA=vAt

二．影响土渗透性的因素

1．土粒大小﹑形状﹑级配及矿物成分

土粒大小﹑形状和颗粒级配会影响土中孔隙的大小和形状，土粒中含亲水矿

物多时渗透性变差。含有大量有机质的淤泥几乎是不透水的。

2．土的孔隙比

e大小，直接决定土渗透系数的大小。

k=··c2与颗粒形状有关的系数；

ss为土粒的比表面积（cm-1）

3．土的结构构造

单粒>蜂窝>絮状；构造使土渗透具各向异性

4．土中水的温度：ks=kt

5．土中封闭气体的含量

封闭气体减小过水面积

三．流网的性质及应用

1．等势线和流线相互正交

由Vx=-=，Vz=-=-

=-+=0

等势线=c1和流线=c2的斜率各为：

[]=-（）/（）[]=-（）/（）

[]=-1/[]，﹑正交

2．如果流网各等势线之间的差值相等，各流线之间的差值也相等，则各个网格的长宽比b/a（a/b）为常数。

设流网将渗流场划分为m个等势线，n个流槽，相临两等势线间水头差Δh=，时段t内两相临流线面流量为Δq=，由Δ=-=常数，=-=常数，a﹑b为边长则：i=，v=k·i=k·=k·，

Δq=vb=k··，由Δq﹑Δh相等＝>保持不变。

3．在流网图中流线愈密的部位流速愈大：等势线密的部位，水力坡降大。

4．流网的应用：计算流场内个点的压力﹑水力坡降﹑流速及渗流场的渗流量等值。第三节土的动力压力﹑流砂和潜蚀一．动力水力及计算公式

1．动力水：渗流水作用在单位体积土体中土颗粒上的力称为动水压力或渗流压

力，简称动水力或渗流力GD（KN/m3）。

2．动力计算公式

渗流产生的总压力损失：F=H·rw·A

二．流砂和潜蚀现象：

1．流砂（土）产生的条件

（1）渗流自下而上发生

（2）GD=rw·i=·rw令icr=则iicr

2．潜蚀（管涌）﹑机械潜蚀﹑化学潜蚀

3．放生管涌时的临界水力坡降与土的颗粒及级配情况等多种因素有关

（1）竖向渗流时：icr=c

（2）侧向渗流时：icr=ctan，c取42

icr与土的不均匀系数有关，cu越大icr越小

（3）流砂发生在表面，管涌可在任何处。

4．流砂的工程危害及防治

（1）危害

（2）防治：a.降低水头差；b.增大渗径；c.压重平衡动水力；d.反滤第四节渗流作用下土的应力状态一．静水条件下饱和土的有效应力公式

=+u

土中任意点的孔隙压力对各个方向作用是相等的，因此它只能使土粒产

生压缩，而不能使土粒产生位移，土颗粒间传递的有效应力作用才会引起土

颗粒的位移，使土体发生压缩变形。

二．毛细水上升时土中的有效应力计算

1．毛细压力作用：使土颗粒相互靠紧，使有效应力增大。

2．地下水位面以下，由于水对土颗粒的浮力作用，使土的有效应力减小。

三．渗流条件下土中有效应力计算

在渗流的作用下，土体中的有效应力会发生变化（与静水条件下不同），渗流铅直向下发生时，动力水使土的有效应力增大；反之，渗流方向铅直向上时，则动力水使土的有效应力减小。其间的差值为hrw。第五节流网及其应用一．流网的基本概念

1．流线：层流稳定流中水质点的流动图线称为流线。

2．等势线：把各流线上势能相等的点连接成线，称等势线。

3．流网：在渗流场中，用表示不同势能的等势线簇和反映水流状况的流线簇交织而成的网格图称为流网，两条流线之间的空间称为流槽。

4．流线和等势线必然正交。

二．描述稳定渗流场的拉普拉斯方程

1．稳定渗流场：水质点沿固定流线流动，水流情况不随时间变化，土的孔隙比不变，流入任意单元体的水量等于自该单元体流出的水量。

2．稳流场中单元体渗流特征分析

（1）dx﹑dz﹑dy=1，Vx，Vy，ix=-，iz=-

（2）进入单元的流量：Vxdzdy+Vzdxdy

流入单元的流量：Vxdzdy+dxdydz+Vzdxdy

+dxdydz＝>+=0

（3）由达西定律：Vx=-k，Vz=-k代入上式：+=0

（4）引入过度势：=kh则Vx=-，Vz=-则+=0

（5）根据流线与等势线正交的条件，引入流函数

Vx=-=，Vz=-=-＝>+=0

（6）拉普拉斯方程描述的渗流问题的特征：a.渗流是稳定的；b.渗流符合达西定律；c.介质是不可压缩的；d.介质是均匀的或分块均匀的。

第八章工程地质灾害

第一节边坡的变形和破坏

一．边坡及其分类

1．边坡：在地表标高发生突变处，较高的一侧称为边坡。

2．边坡分类

（1）按成因分：天然边坡，指自然地质条件下形成的山体斜坡﹑河谷岸坡﹑冲沟﹑海岸等。

人工边坡，也称工程边坡，指人类工程活动形成的基础﹑路堤﹑路堑﹑采矿等。

（2）按边坡体介质构成情况分：石质边坡，土质边坡。

3．边坡失稳过程的一般特点（过程简述）土石体有降低其重力势能的趋势。

（1）稳定性的弱化是一个缓慢渐进的过程；

（2）最后的破坏是具有突发的特点；

（3）最后破坏常有其它诱发因素。

二．边坡体松弛﹑开裂

1．开挖及切坡过程造成侧向应力消减或解除；

2．应力状态改变；

3．坡角剪应力增大，顶及临空面拉应力产生微裂隙；

4．裂隙进一步发育，风化等作用增强；

5．稳定性降低，诱发因素作用下可能失稳。

三．崩塌

1．定义：土石体从边坡高处突然崩落，塌垮的现象。

2．崩塌以自由坠落为其主要运动形式。山崩﹑坠石。

四．蠕动及滑动（滑坡）

1．定义：斜坡上的土石体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿着斜坡方向向向下作长期而缓慢的整体移动，这种蠕动或缓慢滑动称为滑坡。受外界因素触发时，土坡滑动也可能瞬间完成。

2．分类：滑动面通过岩层情况：均质滑坡﹑顺层﹑切层；受力状态：捱力式，牵引式。

五．泥石流

1．什么是泥石流：在地质不良，地形陡峻的山区，由于暴雨或骤然融雪造成的地面汇流所形成的夹带有大量泥沙﹑石块等固相颗粒物质的特殊洪流。

2．特点：来势猛，速度快，破坏力强

3．分类：广义：泥流﹑泥石流﹑水石流；一般是固相物>15%的泥流和泥石流。

4．干流及特点第二节滑坡一．滑坡的形态特征

1．关于滑坡的几个术语

滑体﹑滑坡床﹑滑面﹑滑坡壁﹑滑坡台阶﹑鼓张裂隙﹑滑坡鼓丘﹑滑坡舌

2．滑坡的基本特征

（1）土质滑坡的特征：a.外形及台地情况；b.上部下部特征；c.滑坡体情况；d滑动面特征；e.醉汉树，醉林；f.稳定滑坡的特征：一般特点及“马刀树”。

（2）石质滑坡的特点：

滑床多呈平面或多级台地，形状常呈U形或平板状，滑石光滑，擦痕明显

滑坡壁上陡下下缓，两侧有摩痕，滑体上部和中部有横向裂纹。

二．滑坡的分类

1．按滑动面与岩土层面的关系分类（滑坡按构造的分类）

（1）均质滑坡：滑动面多为圆柱形

（2）顺层滑坡：岩土层面或弱结构面

（3）切层滑坡：滑动面穿切岩土层面的滑坡，滑面多为曲面和平面的组合形式。

2．按滑动时的受力状态特征分类

（1）推动式滑坡：从上到下发展

（2）牵引式滑坡：从下到上

3．按边坡体岩土类别分类：a.岩层岩体滑坡；b.破碎岩石滑坡：c.堆积物滑坡；

d．粘性土滑坡；e.黄土滑坡；f.堆填土滑坡

4．按滑体厚度分类：浅层（<5m）,中层(5～20m),厚层(20～50m),巨厚

规模分：小,中,大,超大

三．滑坡的形成条件

1．边坡体的岩化条件

2．边坡体内部的结构构造：

（1）硬质岩中的软夹层﹑破碎带﹑薄风化带且面陡；

（2）层状页岩易发生顺层滑坡；

（3）基岩面隔水作用使坡积﹑洪积地层软弱面滑动；

（4）存在断层破坏带﹑节理裂隙密集的边坡体

3．地形地貌条件：边坡的坡高倾角和表面起伏形状对其稳定性有很大影响。

4．水文地质条件

（1）因水的进入而使边坡体的重量发生变化并导致边坡的滑动；

（2）水的进入造成土坡介质力学性质指标的变化而导致边坡的滑动；

（3）断裂带的存在使地下水地表水和不同含水层之间发生水力联系，使坡体内压力水变复杂，导致坡体滑动，或流渗动水力作用导致边坡体受力状态的改变并导致边坡滑动。

（4）a．地下水溶解﹑溶蚀作用；b.冲刷﹑切割作用；c.湿化作用；d.动力压力作用。

5．气候和地震作用

6．人为因素影响

（1）不合理开挖坡脚；（2）不适当的堆载；（3）爆破；（4）管渠渗漏等。

四．滑坡的防治

1．做好滑坡的工程地质勘察：类型﹑影响要素﹑范围﹑规模﹑性质﹑地质背景﹑危害程度。

2．选址时尽量避开不稳定的山坡滑动影响的地段。

3．在建设项目规划时，应尽量避免大挖大填。

4．做好防排水工作：截水沟﹑集水沟﹑护石﹑植被。

5．注意和分析开挖对厚稳定边坡的影响。

6．改变滑坡体表面形态，降低“滑动体”重心。

7．设置支挡构筑物，增大边坡的抗滑移能力。

（1）被动支挡：挡土墙﹑抗滑桩；（2）主动支挡：锚杆；（3）主被动之间；（4）抗滑明洞。

8．采用物理的或化学的方法改变滑动面的力学形状或岩土性质：灌浆法。第三节崩塌特点：急剧﹑短促﹑猛烈﹑突发﹑危害大

一．崩塌的分类：断裂破碎带崩塌﹑节理裂隙崩塌﹑风化破碎体崩塌﹑软硬岩接触带崩塌。

二．崩塌的形成条件

1．地形条件：（1）斜坡陡峭高峻；（2）坡面凹凸不平，坡度>45°,多为55°～75°

2.岩层条件:一般情况,崩塌现象多发生在风化的坚硬岩石构成的高陡斜坡地段,而软质岩石形成的低缓斜坡地带则较为少见。地层结构构成情况如下软上硬时易发生崩塌。

3．边坡岩土体的结构构造条件

受构造作用卸荷作用和其它外力地质作用的影响，结构面将岩体切成不连续块体，使崩塌发生成为可能。

结构面产状对崩塌发生的影响：（1）一组大于倾角或45°，另一组小于倾角；

（2）两组倾向坡面且角度小，最不利；（3）一组反倾，一组陡或缓；（