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1、工程地质学,第一章 土体的工程地质性质,第一节 土的组成，结构及工程分类 土的三相组成 土的结构 土的工程分类,图,由图可看出 土是由固体颗粒、液体、水三部分组成,散粒结构,团聚结构,土的结构,散粒结构,紧密结构,松散结构,团聚结构,蜂窝状结构,絮装结构,非均粒集合体结构,土的工程分类,碎石土,砂土,粘性土,人工填土,岩石,第二节 土的物理性质,土的基本物理指标,各物理指标的相互换算,土的基本物理指标,三相草图扫描,1、土中固体颗粒的比重（G） 土颗粒的重量与同体积4C的蒸馏水的重量比,2、容重（） （1）天然容重 天然状态下单位体积土的重量叫做天然容重，简称容重 （2）干容重 假想土处于无水

2、的二相状态时的单位体积重量 （3）饱和容重 土中孔隙全为水所充满时的单位体积重量 （4）浮容重 土体淹没在自由水面以下的有效容重，为土饱和时的单位容重减去水的浮力,含水量（） 土孔隙中所含水的重量与土在温度为100-105C下烘至恒重时 的重量百分比,4、孔隙比（e） 孔隙比是直接反映土的松密程度的，它是指土孔隙部分的体积与土固体部分的体积比 5、孔隙度（n） 土孔隙部分的体积与土总体积之比，以百分数表示,6、饱和度（Sr） 土中水分所占体积与全部孔隙体积之比，通常以百分数表示,第三节 土的水理性质 1粘性土的状态及其指标 2粘性土的膨胀、收缩及崩解性 3土的毛细性和透水性,1、粘性土的状态和

3、指标 粘性土由某一种状态转入另一种状态时的分界含水量称为界限含水量。由流动状态变为可塑状态的含水量叫塑性上限含水量，简称液限(wl)；由可塑状态变为半固状态的分界含水量叫塑性下限含水量，简称塑限(wp)。 塑性指数（Ip）：液限与塑限的差值 Ip= wl- wp 液性指数（Il） ：判别粘性土的软硬程度的指标,2粘性土的膨胀、收缩及崩解性 膨胀性：粘性土由于含水量的增加引起土体体积增大的现 象 膨胀性指标 膨胀率 膨胀含水量 膨胀力 收缩性：含水量减小引起土体体积缩小的现象。,3土的毛细性和透水性 土的毛细性：水通过土的毛细孔隙受毛细作用向各方向运动的性能。,第四节 土的力学性质 1土的压缩性

4、 2土的抗剪性,1土的压缩性 所谓土的压缩性是指土在外界压力作用下体积缩小的性质。 从压缩曲线的形状可看出， 随着荷载的增加，曲线逐 渐变平。压缩曲线的形状 与土的成分、结构、状态 以及受压历史等有关。一 般说来，原状土样因具有 结构连结力，压缩性较小 ，压缩曲线比较平缓。而扰动土样因结构受到破坏，巳失去了一部分结构连结力，所以压缩性较大，压缩曲线较陡。,压缩性指标 压缩系数： 压缩模量： 指土在侧限压缩条件下，在受压方向上的应 力z与相应的应变z之间的比值 变形模量:在无限侧限条件下，应力与相应的应变之间的比值（ ）,3、受压历史对土的压缩性影响 （1）土的回弹曲线和再压缩曲线 由图可见，卸

5、荷回弹曲线bc 并不沿压缩曲线ab回升，而 要平缓的多。说明土受压缩 变形，卸荷回弹，变形不能 完全恢复，其中可恢复的部 分称为弹性变形，不能恢复 的部分称为残余变形。卸荷 后重新加荷，则土将再压缩 ，沿cd段进行，当压力超过 卸荷的pi后，再压缩曲线与原始压缩曲线重合。,（2）土的抗剪性 库仑定律 f-土的抗剪强度 -正应力 -土的内摩擦角 C-土的粘聚力 天然休止角 砂土天然堆积塌落后形成的最大土坡坡度角称为天然休止角,第五节 特殊性土的工程地质特征 1黄土（了解黄土的分布，一般的特征；重点掌握黄土的 黄土在全球分布广泛，欧美，中亚均有分布。 黄土的一般特征： 黄土一般为褐黄色或灰黄色 结

6、构比较疏松，孔隙多 粒度成分以粉粒为主 黄土的矿物成分，粗粒以石英，长石 为主，还有方解石，白云石；细粒组的主要矿物成分为粘土矿物，粘土矿物对黄土湿陷性有显著影响 黄土的一般物理力学性质 密度较低；塑性较弱；含水量较小；强度较高,黄土湿陷性：黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著下沉的现象 黄土湿陷性判别 hp-保持天然的湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的高度 hp-上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后 的高度 h0土样的原始高度 s-黄土湿陷系数,湿陷性黄土又分非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土 自重湿陷量的判别 hz-保持天然的湿度和结构的土样，加压至

7、一定压力时，下沉稳定后的高度 hz-上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度 H0-土样的原始高度 zs-自重湿陷系数,2淤泥软土 淤泥软土主要分布在我国沿海地带及平原低地，湖沼洼地区。 淤泥软土的特征 淤泥软土的粘粒含量相对较高，可达6070%，也含有一定量的粉粒，矿物成分以水云母的粘土矿物和有机质为常见。淤泥软土具有典型的海绵结构和薄层状构造。 天然含水量高 具有触变性 抗剪强度低 淤泥软土的成因与分布 一般分为三类：滨海沉积，内陆平原沉积，山地型沉积,3红粘土 在我国云贵高原，四川东部和两广北部等西南和中南地区分布着一种具有特殊工程地质性质的重粘性土，这种土一般呈褐红，棕红，

8、黄褐等颜色，统称为红粘土。 红粘土的工程地质特征： 表层与底层状态不一 红粘土层厚度变化大 具有裂隙 红粘土的地基承载力，一般采用经验值,4膨胀土 膨胀土是一种吸水膨胀，失水收缩，具有较大胀缩变形能力，且变形往复的高塑性粘土 膨胀土的工程地质性质 高分散性的粘性土 结构强度较高，压缩性小，天然含水量较低，土体处于硬塑或坚硬半坚硬状态 在干燥时土质坚硬，易脆裂，具明显的垂直和水平的张开裂隙 多分布于盆地的边缘和谷地的较高 阶地上，下接湖泊或冲积平原，上邻丘陵山地,5盐渍土 土内含盐量大于0.5%时，该土称盐渍土 6冻土 温度等于或低于0C，并含有固体水（冰）的土，称为冻土。,习题： 1 名词解释

9、：土的压缩性，土的抗剪性，土的毛细性 2 计算：推导孔隙率与孔隙比的关系公式； 已知土的容重,含水量,土的比重,推导土的孔隙比,饱和度.,第二章 岩体的工程地质分析 本章重点：岩体与岩石土体的区别 岩体的物理性质，水理性质 岩体的力学性质 岩体中的结构面与岩体结构类型 岩体地基的稳定性,第一节 岩体工程地质的特征 1坚硬、半坚硬岩石的工程地质特征 坚硬岩石的特征 不连续性，不均一性，各向异性 具有很高的力学强度 抗水性很强 岩石的强度，压缩性，均一性，不仅由其成因 ，岩性和产状决定，而且受裂隙发育程度，风化特征及岩溶作用影响 半坚硬岩石的特点 由于半坚硬岩石是由坚硬岩石经过地质作用变化而来的，

10、所以坚硬岩石的特征在半坚硬岩石中同样具有，只是力学强度降低，具有流变性,2岩体与土体、岩石的区别 岩体与土体的差别 土体 岩体,由软土组成,由坚硬及半坚硬 岩石组成,对建筑物的承载 能力较差，易于变形,分散性弱，不常随 物理化学性质改变而 变,力学强度，抗水 性能及整体性较好,高度分散性，随 物理化学性质改变而 迅速改变,岩体与岩石的关系 岩体=岩石块体+结构面 岩体的完整性，均一性都比岩石差 岩体的力学强度主要的不是取决于组成它的岩石，而是决定于其中的结构面，当然，岩石的强度对岩体也有一定影响 岩体力学强度比岩石低,第二节 岩石的物理性质 1岩石的比重（G）和容重（） 岩石的比重是岩石的固相

11、重量与固相体积之比 岩石的容重是指岩石的单位体积重量 2岩石的孔隙性 岩石的空隙性是用孔隙率指标来衡量的，孔隙率（n）是指岩石的孔隙体积 与岩石全体积V之比 n= Vn /V *100%,第三节岩石的水理性质 1 岩石的吸水性 几个水理性质的参数 吸水率（W） 岩石在常压下的吸水能力，其数值为吸收水的重量(gw1 )与岩石的干重（gd）之比 饱水率(W2) 岩石在一定的高压条件下（一般为150个大气压）或在真空条件下吸水的重量(gw2)与岩石干重(gd)之比,饱水系数(ka) 吸水率与饱水率的比值，称为岩石的饱水系数 2 岩石的软化性 岩石浸水后，其力学性质显著减低的性能称为岩石的软化性 岩石

12、的软化性一般用软化系数（）来表示。软化系数就是浸水后岩石的抗压强度（Pd）与浸水前的抗压强度 （ Pd）之比 （软化系数越小，岩石的软化性越高）,3 岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的性能称岩石的抗冻性 岩石抗冻性的直接指标：A抗冻系数 B重量损失率 岩石抗冻性的间接指标；饱水系数 4 岩石的可溶性 岩石在水溶液中被溶解的性能叫可溶性 可溶岩石被溶解的方式，可分为直接溶解和扩散溶解 岩石的可溶性一般用溶解度表示。溶解度随温度，压力，水溶液中的盐分而变化。,第四节 岩石的力学性质 1岩石的变形 从图6。4。6可看出，应力应变曲线过A点，变形包括P和e两部分。 岩石第一次卸荷后应变的恢复部分称弹性应

13、变。第一次加荷的最大压应力与弹性应变之比称弹性模量Eo 岩石第一次卸荷后,应变没有恢复的部分称塑性应变。与P之比称塑性模量EP,岩石第一次加荷的最大压应力i与其相应的应变i之比称为岩石的变形模量Ec R岩石的极限抗压强度(Mpa) P试样破坏时的垂直荷载(N) F试样受压面积面积(cm2) 2 岩石的强度 抗压强度：岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力，叫做岩石的抗压强度。 抗剪强度：岩石受剪力作用时抵抗剪切破坏的最大能力。岩石的抗剪强度可表示为,：,通常分为3种抗剪切试验和3种抗剪强度 A：抗切强度：在没有垂直压应力作用下，岩石剪切时剪破面上的最大剪应力。(a) B：抗剪强度：岩石与岩石间

14、沿某一面的摩擦力。(b) C：抗剪断强度：在一定压力下，岩石剪断时破坏面上的最大剪应力。(c),3 岩石的强度特性 岩石破坏的主要形式有： 脆性破坏 塑性破坏 岩体软弱面的剪切破坏 4岩石的流变性 岩石的流变性是指在恒定荷载作用下，岩石变形随时间的增长而增长。 AB段流变开始阶段 BC段稳定流变阶段 CD段破坏阶段,第五节 关于岩体工程地质研究的基本概念 1岩体中的结构面与岩体结构类型 岩体的稳定性主要取决于： （1）结构面的性质及其空间组合 （2）结构体的性质及其立体形状 2岩体地基的稳定性 岩体地基的破坏方式 A：岩基强度低，在施工使用期间进一步恶化而引起的破坏B：岩基内存有抗剪强度低的结

15、构弱面而引起的破坏 ,3岩体工程地质研究的基本内容 （1）区域地质及岩体地质历史的一般研究； （2）岩体结构及工程地质特征的研究； （3）岩体物理力学性质研究； （4）岩体稳定的综合工程地质评价；,习题： 1 名词解释: 岩石与岩体的区别, 岩体稳定性的决定因素 2 简述 岩石的力学性质 岩体工程地质研究的基本内容,第三章 城市建设(工业与民用建筑)的工程地质分析 本章重点：地基强度与变形 地基承载力的确定 地基改良及加固方法 工业与名用民用的工程的地质勘测内容和方法。,第一节 地基强度与变形问题的分析 1 地基与基础（了解地基与基础的区别，地基基础的分类） 地基：这部分由建筑物荷载引起土体内

16、 部应力变化的土层叫地基。 基础：位于建筑物的下部，又叫下部结构， 是建筑物的一部分。其作用是把整个建筑 物的重量和作用在建筑物上的所有荷载传 给地基，起着承上传下的作用。,地基,桩基,人工土基,基础,刚性基础,柔性基础,深基础,浅基础,2 土的极限平衡理论 土体的切应力抗剪强度，如果= f ，则土体处于极限平衡状态。 即 经计算，土体的极限平衡条件,3 地基中的应力分布 A土层自重应力 B地基中的附加应力 凡是建筑物荷载在地基中产生的应力，称为附加应力。具体计算详见土力学,4 地基的强度 大体上将地基土的应力状态划分为三个阶段 2 3 在垂直荷载作用下相应于地基变形的三个阶段，有两个临界荷载

17、，即临塑荷载PKP和PMP 土的容重 C土的粘聚力 土的内摩擦角 h砌置深度,压密阶段,局部剪裂阶段,完全破坏阶段,5 地基的沉降变形 建筑物的变形有： （1）竖向变形，即沉降 （2）倾斜 （3）水平变位 一般建筑物只能允许有一定的沉降值。过大的沉降，特别是不均匀沉降会使建筑物上部结构产生附加应力，影响建筑物的安全使用。 地基最终沉降量的计算 A分层总和法 B规范法 分层总和法假设土层只有垂直单向压缩，侧向不能膨胀的条件。规范法是对分层总和法的修正。,分层总和法的具体步骤 绘制地基土层分布剖面图和基础剖面图 计算地基土的自重应力，按比例尺画在基础中心线左侧 计算基础底面接触压力。 计算基础底面

18、附加压应力 计算地基中的附加应力分布，每04b深度计算一点，其数值按比例尺绘于基础中心线右侧 确定地基受压层深度 计算分层 计算各土层的压缩量 计算地基最终沉降量，各土层压缩量相加,规范法GB50072002建筑地基基础设计规范,固结度（Ut）是指地基在固结过程中某一时间t的沉降量St与最终沉降量S的比值 应用渗透固结理论也可求出固结度的表达式 e-自然对数的底；N-时间因数 t-时间，年 -系数 a,e1-土层的压缩系数及压缩前的孔隙比 K-土的渗透系数 w-水的容重 h-饱和粘土层中最长的渗透途径,第二节 地基承载力的确定 1 坚硬及半坚硬岩石允许承载力的确定 R=K*R饱和 R岩石地基允

19、许承载力 R饱和饱和抗压强度 K岩石的均质系数 我国1989年颁布的建筑地基基础设计规范GBJ7-89规定岩石和碎石的承载力如表7。2。1和7。2。2,2 松软土地基允许承载力的确定 （1）理论计算法 A 临塑荷载公式 塑性载荷公式 上述公式计算出的塑性荷载一般可直接作为地基承载力使用。唯C，值的可靠程度要求是比较高的,B极限荷载计算公式 1基础底面以上土的容重 2基础底面以下土的容重 NC， ND，Nb承载力系数 地基承载力 取为 = K安全系数,（2）根据规范确定允许承载力 我国的工业与民用建筑地基设计规范所规定的各类土的 承载力是按基础宽度3M，埋深0.5M时考虑的，并分别按室内土的物理

20、，力学指标平均值确定地基承载力和按标准贯入试验击数N、轻便触探试验击数N10确定地基承载力,第三节 工业与民用建筑的工程地质勘测 1 勘测的目的和内容 勘测的目的是查明建筑厂址的工程地质条件，为建筑场的选择，总平面布置，地基基础的设计和施工方案的选择提供依据。 勘测阶段的划分,初勘,详勘,主要包括选择厂址，生命线工程 路线及已定场地的初步勘测,以详细勘探，试验和分析计算 为主,2 测绘工作 测绘工作是指在现场对所有可能反映地区工程地质条件的要素进行划分，研究和追索，并将它们标绘在图上。 3 物探工作 一般有电法，磁法，地震，测井等。不同的勘测目标采用不同的方法，工程上常用电法和地震勘探。,4

21、勘探工作 勘探工作是用一定的技术手段如钻探，坑（槽）探及触探等，来研究某地区所需深度内的工程地质条件的综合地质工作方法。 A钻探法 钻探法是用钻机向地下钻孔进行工程地质勘探。,钻探法,大钻（冲击钻，旋转钻， 铅孔锤）,小钻（洛阳铲，麻花钻）,B触探法 触探就是将带有锥尖顶的探头压入或击入土中，根据土对探头产生的接触力来判断土的密度，强度和其它性质 可分为轻便触叹试验和标准贯入试验 标准贯入试验 标准贯入试验设备主要由标准贯入器、触探杆和穿心锤三部分组成。触探杆般用直径42mm的钻杆，穿心锤重635kg。操作如下： 先用钻具钻至试验土层标高以上约15cra处，以避免下层土受到扰动；贯入前，应检查

22、触探杆的接头，不得松脱。贯入时，穿心锤落距为76cm，使其自由下落，将贯入器竖直打入土层中15cm。以后每打入土层30cra的锤击数，即为实测锤击数；拔出贯入器，取出贯入器中的土样进行鉴别描述，若需继续进行下一深度的贯入试验时，即重复上述操作，,当钻杆长度大于3米时，锤击数应按下式进行杆长校正 N-标准贯入试验锤击数 -触探杆长度校正系数,5 现场试验 优点 A可以测定难以采取不扰动试样土层的有关工程地质性质 B避免采样过程中应力释放的影响 C原位测试的土体积远比室内试验大，因此代表性大 D可大大缩短勘探试验周期 缺点 A各种原位测试都有其适用条件，如果使用不当，则会影响其效果 B有些原位测试

23、所得的参数与土的工程性质间的关系往往是建立在统计经验关系上 C影响原位测试成果的因素较为复杂，使得对测定值的准确判定造成一定困难 D原位测试的主应力方向往往与实际岩石工程问题中的主应力方向并不一致,6 勘测资料的整理 工程地质勘测报告书的基本内容 （1）序言 （2）场地位置，地形，地貌 （3）地质，岩性，构造及不良地质现象 （4）水文地质条件 （5）土石物理力学性质及地基承载力 （6）结论 还包括图件 图件一般包括基础图件，专门性图件和评价图件等,第四节 地基改良及加固方法 1 换土垫层法 砂垫层的作用： (1)提高地基允许承载力， (2)减小垫层下天然土层的压力， (3)排水加速软土固结，

24、(4)防止冻胀 砂垫层的设计 砂垫层的设计般包括厚度和宽度，并要满足安全与经济两个条件确定砂垫层的尺寸一般是按附加压力的扩散情况来确定砂垫层厚度d这是因为地基压力经砂垫层扩散后传给下卧层顶面的附加压力与作用于下卧层顶面的自重压力的总和，应小于下卧层的承载力，即：,Pg 从地面算起在(h +d) 深处的土重压力， Pz 在基底下深d处的附加压力； 在深(h +d)处的地基承载力， h 素填土的厚度 按上式用试算法，可以确定砂垫层的厚度d.垫层底宽确定方法：通常都简单地假定基础荷载按某一角度 向下扩散 b-砂垫层的底宽 b-基础宽度， d-砂垫层的厚度， -砂层中的压力扩散角，通常为砂土之摩擦角或

25、取45,2 机械加固法 (1)机械压实法 疏松软弱地基为了减少沉降量，提高强度，通常采用机械压实法其作用是使影响深度内孔隙破坏而挤密，减小隙比，减小沉降值和透水性，以提高地基的允许承载力。般有重锤夯实法、分层辗压法、振动压实法及强力夯实法等 (2)堆载预压法(砂井预压法) 堆载预压法是在建筑物施工前，堆土或堆放混凝土预制板等荷载对地基进行预压，使地基土压密，以提高地基的强度，减少建筑物建成后的沉降量。堆载预压法适用范围很广，处理深厚的淤泥、淤泥质土，沼泽土和水力冲填土均有效，在确定建筑场地后至施工前有足够时间进行预压的工程都可采用此法 ，,(3)砂桩挤密法 砂桩挤密法是在软弱或松散地基中，先C

26、A桩管成孔，然后在桩管中填粗砂、砾石等坚实土料，桩管底端装有活瓣，边击实边上拔桩管，在地基中形成砂桩，挤密周围软弱或松散土层，使砂桩与挤密后的土共同组成持力层 砂桩尺寸由试验确定，般深度不小于5m，砂桩直径30-60cm该方法适用于松散砂土地基，也可用来加固软弱粘性土地基 (4)振动水冲法 振动水冲法简称振冲法，是应用松砂加水振动后变密的原理，来加固松软地基的一种较新的方法 在饱和粉细砂地基中采用振冲法，使松砂液化，土粒重新排列而密实，可以防止地基液化。由于这种方法施工简单，期限短，不需要更复杂的设备，故工程界目前采用这种加固方法的偏多,3 化学加固法 该方法是利用化学溶液或胶结剂，灌入土中，

27、把土粒胶结起来，以提高地基强度，减少沉降量的一种加固方法目前采用的化学浆有以下几种： (1)水泥浆液：用高标号的硅酸盐水泥和速凝剂组成的浆液，应用较多 (2)以硅酸钠为主的浆液：常用水玻璃和氯化钙溶液 (3)以丙稀酸氨为主的浆液。 (4)以纸浆液为主的浆液：如重铬酸盐木质素浆，加固效果还可以，但有毒性，易污染地下水 加固的施工方法有压力灌注法、旋喷法、旋转搅拌法和电渗硅化法等下面介绍高压旋喷法和电渗硅化法 ,高压旋喷法 高压旋喷法是用钻机钻孔至所需深度，用高压脉冲泵，通过安装在钻杆底端或钻杆壁的喷孔，向四周喷射化学浆液，同时钻杆旋转上提高压射流使立体结构破坏并与化学浆液混合，胶结硬化后形成圆柱

28、体，称旋喷桩 电渗硅化法 硅化法是用硅酸钠(水玻璃)为主的混合溶液进行化学加固地基的方法对渗透系数大于10”一10”cms的砂性土，将水玻璃溶液用压力通过注射管注入土中，硅酸钠分解生成凝胶把土粒胶结可分为水玻璃加磷酸配制的单液法和水玻璃加氯化钙的双液法两种 如果地基土的渗透系数k10”cmg，孔隙很小时，只靠压力难于使水玻璃注入孔隙中，此时则需要用电渗的作用使溶液进入土中，这种方法称电渗硅化法,习题： 1 名词解释: 地基,基础; 2 简述 现场试验的意义 地基改良的加固的方法 3 计算 地基最终沉降量(分层总和法和规范法) 地基承载力设计值,第四章 滑(斜)坡的工程地质分析 本章重点：滑坡的

29、原因和诱发因素， 滑坡的类型， 滑坡稳定性的分析和评价方法（尤其重视力 学分析法的运用）， 水在滑坡中的作用，滑坡的防治。,第一节 滑坡的基本问题 1 滑坡的概念、形态及特征 滑坡是指具有一定地质结构的斜坡，由于外界条件的变化，引起一部分岩体（或土体）脱离母体，沿一个固定的面（或带）向前整体移动的现象,2 滑坡产生的内在条件和诱发因素,岩性土质条件 易滑岩土 易滑软弱层,地质构造条件 活动性大的大地 构造单元 断裂构造 新构造运动和地震 活动强烈地区 地貌条件,滑坡产生的内在条件,产生滑坡的诱发因素,能改变坡面形态的外动 力因素,能改变土体强度的各种 外动力因素,3 滑坡类型 为了概括滑坡的作

30、用，需要对滑坡进行分类。合理的滑坡分类对于认识和防治滑坡是必须的。目前，根据不同目的、原则和指标的滑坡分类很多。下面介绍两个有代表性的分类方案。 (1)铁道部的分类方案 我国铁道部1973年至1976年对分布在铁路沿线的千余例大、中型滑坡进行普查的基础上，提出了滑坡分类新的方案。该方案主要从组成滑体的主要物质成分、主滑面成医及性质这两个角度，提出了滑坡的第一级分类和第二级分类(表811). (2)晏同珍分类方案 中国地质大学的晏同珍教授联系滑坡区域分布提出的分类方案(表812).另外，晏同珍教授还从滑坡主要成因性质上将其分为：切蚀滑坡、潜蚀一溶蚀滑坡、震动滑坡、结构滑坡、接触滑坡、塑流滑坡和超

31、载滑坡等。,第二节 滑坡发育阶段和高速滑坡的机理 1 滑坡发育阶段,蠕动阶段,微动阶段,滑动阶段,剧动阶段,稳定固结阶段,蠕动阶段 这是滑坡变形的第一个阶段，也是坡体由原先所处的（相对）稳定状态向不稳定状态转化的阶段。由于地下水的长期浸泡和风化作用的不断进行，坡体内部软弱结构面的某些部分(常位于中前部的平缓部位)抗剪强度逐渐降低，造成滑动力超过抗滑力，该部分土体开始产生蠕动变形，随着外界促滑因素的逐渐积累，蠕动变形区将沿软弱结构面向前和向后不断扩展般情况下，在后部土体尚未产生位移以前，蠕动区较难向前发展。因此，在蠕动变形之初期，沿软弱面方向上，蠕变区首先向后部扩展，直至沿后部陡倾裂面产生破裂为

32、止。这时，地面可隐现不连续的拉张裂缝，破裂面所包含的土体逐渐脱离母体向前移动，并开始产生沿软弱面方向的向前蠕动挤压处于蠕动阶段的斜坡，其总稳定系数尚高于1，该阶段的坡面仅可见到后部断续裂缝，前部陡坡地段可能出现少量小规模坍塌。整个坡面未见明显变形,微动阶段 当滑坡进入蠕动阶段以后，如果外界促发因素继续作用甚至不断增强，即可进入微动阶段。此阶段的变形，除了沿破裂面继续发生位移挤压并使土的抗剪强度不断降低外，主要反映在地面上有了明显的变形迹象。例如后缘拉张裂缝已经显觋，并且具有了一定的宽度，有时还可以出现因位移而产生的垂直错距；滑坡两侧出现羽状撕裂；前部地面明显出现坍塌，还可出现鼓胀裂缝。但整个地

33、面无明显位移，地表仍保持原有状态，植被及建筑物基本无破坏现象微动阶段斜坡总稳定系数仍大于1，大约为105左右，并逐渐降低到接近于1.0,滑动阶段 滑动阶段是指整个滑体沿滑面作缓慢移动的阶段。由于抗滑段滑带的形成，滑坡的整个滑带已全部贯通，滑体与母体逐渐分离。由于在位移过程中滑体内部各部分移动速度的相对差异，地面开始出现诸如错台、裂缝等迹象。后缘张开裂缝发育完整(在主剪切裂缝附近有典型的羽状裂纹)，前部土体不稳定现象更加发展，鼓胀裂缝及出口一带的挤压裂缝愈益明显，甚至沿前缘挤压裂缝出现向前错移现象。地面建筑物和植被明显变形，表现为房屋的墙体歪斜，地面开裂和拱起，树木歪倒，庄稼地撕裂等。在滑动阶段

34、，斜坡总的稳定系数已降至10以下，并且随着滑动作用的不断进行，稳定系数日趋降低，由该阶段初期的099直至095左右滑动阶段斜坡变形和裂缝发展的一个重要特点是，其速度基本保持均匀，没有明显的加速现象。,剧动阶段 从滑坡作加速移动开始直至滑坡产生急剧滑移这样一个阶段称为剧动(或剧滑)阶段。这一阶段之初期，斜坡变形的主要特征是，位移速度明显加大，并且以加速发展。地表变形十分剧烈，各种滑动迹象愈益典型，并且开始出现各种灾变性滑动的征兆。如斜坡处泉水流量的突然变化，家禽牲畜的异常反应，坡体前缘和滑壁附近大量坍塌等。此时，斜坡的稳定系数已急剧下降到小于090，并且在很短时间内(般为几个小时)斜坡以极快的整

35、体向前滑动，于是斜坡面原来面目彻底改变，形成了典型的滑坡地貌。这一阶段(从开始作加速移动到急剧下滑)所需时间与滑坡类型和性质有关般来说，土质滑坡所经历的时间短，岩质滑坡所经历的时间相对较长。但急剧滑动的历时一般都只有数分钟甚至更短。,2 高速滑坡的机理 有关高速滑坡的机理问题，国内外学者都从不同的角度提出了自己的观点。如A.W.SKEMPTO在研究1963年10月意大利VAJOINT地区峡谷滑坡时，把岩体的残余强度显著降低认为是高速滑坡的机理。S.V.Romero等认为滑动面上的孔隙水压力起着重要作用。Erismann及黄润秋等也从”滚动摩擦”的角度对高速滑坡作了分析。陶振宇从滑动面孔隙水压的

36、形成对高速滑坡作了解释。张佳川等从能量的观点分析了高速滑坡的运动状态。胡广韬提出“滑坡启程剧动和滑坡行程高速”的机理。MullerL提出了滑体振荡的触变液化观点。王家鼎曾利用变分原理研究了高速重力滑坡和地震滑坡的滑动轨迹和速度，而后又提出了高速黄土滑坡的“蠕、滑动液化机理”。,第三节 斜坡稳定性的分析和评价方法 1 地质分析法 地质分析法是从地质条件，地形地貌特征，变形迹象以及各种促发因素及其今后变化趋势，对斜坡当前所处的稳定状态及其发展作出总的分析，判断。 内容包括：发生条件对比 地貌形态对比 促发因素及其变化趋势分析 滑动迹象分析,2 力学计算法 2。1圆弧法,2。2滑面为折线时的计算法

37、（1）水平投影法,K-为稳定性系数， i-为第i块滑体与滑面的摩擦系数,Wi为第i块土条的重量 i为第i块土条滑面段与水平方向的夹角，为第 块土条所在的滑面长度 Ci为i第块土条粘聚力。,（2）传递力系法 下滑力 若抗滑部分有M段则应和起来 Er= 故稳定系数 En第N块土条的下滑力 Er第N+1块土条的抗滑力,第四节 滑坡监测预报 1 滑坡监测 目的：利用这些监测资料分析滑坡的活动特征，为整治设计提供资料 在整治过程中，监视滑坡的发展变化情况，预测发展动向，必要时作出险情预报，以防事故发生。 整治工程完成后，通过一定时期的延续观测，了解滑坡是否逐渐稳定及趋势，并检验以完成工程的整治效果,滑坡

38、监测的 内容,地面及建筑 物位移观测,地表及建筑 物裂缝观测,地面倾斜 变化监测,滑体深部位 移监测,地下水动态 监测及滑坡 推力监测,2 滑坡预报 滑坡预报是指滑坡急剧滑动出现时间的预报。,滑坡预报,长期预报,临滑预报,根据诱发滑坡 产生的各种因素 的影响，来估计 山坡稳定性随时间 变化的细节,滑坡发生具体时间 的确切预报,第五节 滑坡防治 1 恢复斜坡平衡条件的措施,措施,抗滑挡墙,滑坡后部刷方 减重,抗滑桩,填土反压,支撑盲沟,抗滑片石垛,2 消除或减少地面水和地下水作用的措施 3 改善滑带和滑体土壤性质方面的措施,措施,排水 盲峒,渗沟,截水 盲沟,仰斜孔,措施,焙烧法,爆破法,化学灌

39、 浆法,习题： 1 名词解释: 滑坡 2 简述: 滑坡产生的条件和诱发因素 滑坡的发育阶段 滑坡防治的措施 3 计算 圆弧法,滑面折线法计算滑坡的稳定性,第五章 水作用的工程地质问题分析 本章重点：泥石流的产生条件与形成机制， 泥石流的防治措施； 潜蚀的机理和危害， 流沙的机理和危害； 潜蚀流沙的防治措施，岩溶地基的稳定性问题 岩溶的防治措施,第一节 开发地下水引起地面沉降 1 国内外因抽取地下水引起的地面沉降的实例 关于地面沉降的实例，可追溯至1925年的文献记载，那是美国德克萨斯州的鹅河油田，1917年开始采油，1918年发生地面沉降。不久，大致与采油井分布范围相当地区被水淹没在这以后，才

40、发现因开发地下水而引起的地面沉降,2 地面沉降的危害，原因及防治措施 地面沉降对社会、经济的发展、人民生活的提高具有很大的威胁，甚至造成巨大的损失。这种危害大致有以下几个方面： (1)沿海城市、港湾因地面沉降而遭到海水的侵袭。 (2)桥墩下沉、桥梁净空减小，影响水上交通运输如上海苏州河，原来每天有约2000条船通过，吞吐量达120万吨，现因桥下净空减小，大船不能通航，中小船只的通航时间也大为减少。 (3)地面过大沉降而产生了较大的水平位移。 (4)地面沉降常使取水井管上升，而使水井丧失取水功能。也常使地下管道由于改变坡度而产生破裂。,地面沉降的原因 地面沉降可以由于地壳内部的原因而引起，也可由

41、于人为原因引起，前者起因于深部基岩的运动；后者则仅是接近地表的地层在人为影响下发生变化，反映为地面沉降。现象上虽然一样，原因却有本质的区别所以，国内学者目前已提出了很多观点；如新构造运动说，高耸建筑群体压力说，海平面上升说及地面动荷载说等。通过国内外学者长期研究，包括地形测量、地下水位观测、钻探和土工试验以及液体抽取量、土层压缩量、沉降量的统计计算等，基本证实了地面沉降主要是由于过量开采地下液体致使地下水位大幅度下降而造成的。,地面沉降的防治措施 （1）另外寻求供水水源，减少或停止抽用地下水，以控制地下水位过快下降，如西安的“引黑如安”工程 （2）在外援水源未开始供水之前，只准抽吸深层地下水。

42、 （3）向含水层中注入压缩空气，以恢复自由水的压力。 （4）人工补给地下水，以抬高地下水位等。,第二节 开发地下水引起地裂缝 1 西安地裂缝的现状和活动特征 70年代后期以来，在西安地区的地面沉降发生发展范围内，地裂缝活动日趋强烈，对城市建设和人民生命财产的安全造成严重的危害。地裂缝活动通过之处，地表和地下建筑物均遭到不同程度的破坏，如西北大学的“半边楼“，长安立交桥。目前，地裂缝的危害仍在继续发展，已成为古城西安一大环境地质灾害. 地裂缝分布特征 地裂缝的活动特征 定向性 形变量的动态变化：本区 近似等间距性 地裂缝为南倾南降的正断 成带性 层蠕滑活动，形变方式有 地裂缝带的活动程度与 水平

43、张裂，垂直位移，水平 地面沉降强度的相关性 扭动 地裂缝与梁洼地貌的共生性 地裂缝活动的不均匀性,2 地裂缝活动的主要原因 活动性地裂缝与地面沉降活动加剧是同步的。地裂缝也显示了70年代以来活动加剧，且地裂缝活动较强地段，都分布在地面沉降的强沉降区内，如南郊，东南郊。两者弱活动分布区也相致。再者地裂缝垂直位移量为88-338mma，年平均216mm，大于活动断裂量的数倍，甚至1-2个数量级。因此，活动断裂活动速率在地裂缝强或较强活动地段的垂直活动速率中占的比例平均为102，地面沉降块体差异沉降量在其中占的比例为89.9。由上述可看出，地裂缝和较强活动地段现今加剧的垂直位移量，主要受地面沉降控制

44、，而构造因素的影响只居很次的位置。因此，可以通过控制承压水的合理均衡开采，控制地面沉降量，以达到地裂缝活动的目的 3 地裂缝的防治对策 避让法 部分拆除法 适当加固法,第三节 开发地下水引起咸水入侵含水层 1 概述 天然状态下，含水层中的淡水与咸水层以外的咸水保持某种平衡例如当含水层由陆地延伸到海中，由于水自陆地向海洋，含水层保持较高的水头，故能阻止海水侵入。另一种情况，含水层下部存在咸水，上部为淡水，在天然状况下保持平衡而互不相侵。但在开发利用地下水时，由于开采的淡水部分水位下降，破坏了原有平衡，导致含水层中原来保存淡水的部位被咸水入侵，而不易于继续供水。,2格本赫尔兹伯格的研究成果简介 s

45、 咸水的比重 f 淡水的比重 淡水的比重是1，海水的比重是1.025则 3 胡伯特的研究成果简介,4 防治措施,引用地表水回补地下水,引用地表水“掺淡抽咸”,建造“压力脊，压力槽”,第四节 泥石流 1 泥石流的分布特征与种类 泥石流是一种含有大量泥砂，是块等固体物质成分的洪流，它历时短暂，严重破坏。 泥石流的种类： （1）按泥石流的结构和运动，堆积特征分类 粘性泥石流 稀性泥石流 （2）按物质组成分类 泥流 泥石流 水石流 （3）按水源分类 暴雨型泥流 冰雪融水型泥流 溃决型泥石流,2 泥石流产生的条件与形成机制 泥石流的形成条件 固体物质 地形条件 水源 泥石流的形成机制 重力型机制：由于滑

46、坡，崩塌，泻溜或冰川运动而形成的残积物，坡积物，洪积物和冰渍物堆积于山坡和沟谷内，当这些物质的含水量达到饱和状态时（w=15-20%)，便在自重作用下变成流体沿沟床下泄，即为重力泥石流 水动力型机制：这种形式主要是水流的动力强烈冲刷沟谷，使其掘起或坍塌而形成的泥石流。分两种情况其一是水流冲蚀河床物质而形成泥石流。其二是水流冲蚀沟岸坡积，残积物而形成泥石流。,3 泥石流特征指标的确定 泥石流的容重 c- 泥石流容重 G2- 固体物质比重， f - 固体物质体积和水的体积之比 泥石流的流量 (1)汇水面积法；按同一汇水面积内的清水流量乘以沟谷形态和粗糙率修正系数求 QC 泥石流的流量 Qb 清水流

47、量 修正系数 , q河床阻塞附加流量,（2)形态调查法：以过流断面面积与流速的乘积计算 Fc-泥石流流体横断面面积 Vc-泥石流流速 泥石流流速 (1)稀性泥石流流速： 铁道部第设计院据甘肃附近青海扎麻隆峡稀性泥石流的调查资料，提出了稀性泥石流流速公式 Vc-泥石流流速 A-泥石流的阻力系数，按下式计算,H 泥石流中泥砂颗粒容重 C 泥石流容重 H 泥石流流深 i 沟床坡度 (2)粘性泥石流流速 mc-糙率系数,泥石流的防治,第五节 潜蚀与流砂 1 潜蚀 潜蚀是由地下水活动而引起的一种在松散土体内形成空洞的自然地质现象。 产生的条件 （1）岩土性质：潜蚀一般是在颗粒大小极不均匀的岩土中发生的。

48、 （2）水动力条件：潜蚀的发生必须具有较大的水头梯度，这种水头梯度又是由水动力条件来决定的。 （3）具有释放潜蚀颗粒的空间 防治措施 降低水力坡度 反滤层,2 流砂 流砂是饱水松散土在工程开挖（如沟渠，基坑，地下工程，钻孔等）被揭露时，在一定动水压力条件下，土颗粒被悬浮起来而呈现液性的一种现象。 流砂的形成条件 （1）水动力条件：地下水动水压力必须大于颗粒在水中重量，才能使颗粒悬浮起来而产生流砂现象。 （2）土石结构：多发生在土体较疏松，孔隙度较大的松散土中。 （3）胶体颗粒：流砂层土石中是否有胶体颗粒存在是判断真、假流砂的关键因素。,预防措施 （1）特殊施工法：沉井，沉箱等 （2）改良土质：

49、采用冻结法，硅化法，电化学法 （3）板桩加固法：在基坑四周打入板桩 （4）降低土石中的地下水 （5）钻探中常采用跟管钻进,第六节 岩溶 1 岩溶地基的稳定问题 岩溶地基分为裸露型岩溶地基和覆盖型岩溶地基，两类地基的稳定性不尽然相同。 (1)裸露型岩溶地基稳定性问题 这是指岩溶化碳酸岩直接出露于地表或其上仅有很薄的覆盖层的地基前者可称为溶洞地基，后者称为石芽地基 若地基中存在天然溶洞，即溶洞地基，则必须对溶洞稳定性做出评价况且目前岩溶区，常利用溶洞做地下厂房，仓库或旅游场所，这就更需要对洞室本身的稳定性做出评价。(表931)将洞室稳定性分为四级：稳定、基本稳定，稳定性差，不稳定影响因素包括地层岩

50、性、地质、构造、地下水及溶洞暗河、洞室表面特征、洞底堆积物特征以及处理利用的难易程度等这种表是一种宏观的描述，当然可进步采用模糊数学方法做半定量评价,当然我们还利用力学计算法计算其稳定性，如近似结构分析法和洞顶板坍塌堵塞估算法 2)覆盖性岩溶地基稳定性问题 这是由于较厚的第四纪松散土层覆盖于岩溶地区而形成覆盖性岩溶地基。该层中地下水埋藏较浅，当基岩岩溶发育时，由于地下水流动；水位下降或水库渗漏等原因，均可引起地面塌陷，造成建筑下沉或倾倒等，其危害远较基岩溶洞为大岩溶地面塌陷的原因，目前尚处于探索之中，有人提出“潜蚀论”，还有人提出”真空吸蚀论”等 岩溶区地面塌陷是有一定的规律的，在地下水位降落

51、带内，一般下列地段易产生塌陷： 浅部岩溶发育强烈，可溶岩顶角起伏较大，并有溶洞、溶隙作为土粒流失的通道，岩溶洞穴中无充填物或极少； 抽、排地下水点附近和地下水位降落漏斗范围内，覆盖型岩溶水库渗漏处及地下岩溶管道中地下水位会急剧升降的地段；,下伏基岩褶皱轴部和断裂带附近，或是断裂的截切部位，可溶岩与非可溶岩的接触部位 岩溶洼地、积水低地、池塘、河床及其两侧附近地段 地层为砂、轻亚粘土、亚粘土，且厚度小于10m的地段,2 岩溶的防治措施 （1)对个体溶洞与溶蚀裂隙，可采用调整柱距、用钢筋混疆土梁板或桁架跨越的办法这种情况应注意支承端岩体的结构强度及其稳定性 (2)对浅层、薄顶洞体，可进行清、爆、挖

52、、填处理，即清除覆土，爆开顶板，挖去软土，用块石、碎石、粘土或毛石混疑土等分层填实。若洞内有软土充填时，既可用挖、填处理，也可视具体情况采用石砌、灌注桩、换土或沉井等方法处理 (3)若溶洞大，但顶板较厚，这时应判断其稳定性，若稳定性较差，可用石砌柱，拱或用钢筋混疑土柱支撑 (4)溶蚀裂隙，可采用灌注水泥、沥青或粘土浆等处理方法,(5)对地下水易疏不易堵，对于排泄地下水的通道及泉眼应注意清理和疏导，防止因此而使场地水位上升淹没地基等现象的发生 (6)对水工建筑物常遇到的渗漏与塌陷等，可采用设置铺盖、截水墙、防水帷幕、隔离、堵塞和导排等方法,习题： 1 名词解释: 泥石流, 潜蚀, 流砂现象 2

53、简述: 泥石流的防治措施 潜蚀,流砂的危害和防治措施,第六章 水力水电工程地质分析 本章重点：水坝的类型及其对工程地质条件的要求 松散把体的渗漏 渗漏的坝基压力问题 坝基稳定性问题 坝肩的恶毒性问题 坝址的选择,第一节 概述 水利水电工程地质问题复杂而多样，可谓集各类建筑工程 之大成。就枢纽部分来说，有坝基和绕坝渗漏问题，坝基、坝肩抗滑稳定和渗透稳定问题，溢洪道和溢流坝段下游的冲刷问题，引水隧洞围岩稳定问题，隧洞和基坝的施工涌水问题，电站厂房地基的强度和变形问题，船闸高陡边坡的稳定问题，渠道渗漏和湿陷稳定问题，以及渡槽墩基不均匀沉陷问题等。水库区的工程地质问题也较多，如水库渗漏，以及前面所提及

54、的库岸稳定、水库淤积、库周浸没、水库诱发地震等。这些问题均需要通过工程地质勘察，作出预测和分析评价。此外，在库坝位址选择、施工和运行过程中，还有许多问题需要给予地质上的论证。 本章将就水坝、水库和引水渠道的主要工程地质问题进行论述，而其它水工建筑物的工程地质问题因与别的工程建筑类似，故不专门加以论述。此外，略加介绍水利水电工程地质勘察要点。,第二节 水坝工程地质 1水坝类型及其水库工程地质条件的要求 水坝类型 水坝的类型较多，不同类型的水坝其工作特点和对工程地质条件的要求是不同的。按筑坝的材料不同，主要可分为散体堆填坝和混凝土(或浆砌石)坝两大类。前者是适应于较大变形的柔性结构，又可分为土坝，

55、堆石坝、千砌石坝等J而后者则是对变形敏感的相对刚性结构，按结构又可分为重力坝，拱坝和支墩坝等,（一）土坝是利用当地土料堆筑而成的一种历史最悠久，采用最广泛的坝型。它有很多优点：可以就地取材、结构简单，施工技术容易为群众掌握，抗震性能强，而且对地质条件的要求在各类坝型中是最低的。 土坝对工程地质条件的要求是： 1）坝基要有一定的强度。由于土坝允许产生较大的变形，故可以在土基(软基)上修建。但它也是以自身的重力抵挡库水的推力而维持稳定的结构物，体积很大，荷载被分布在较大的面积上，所以要求坝基材料具有一定的承载能力和抗剪强度。选择坝址时，应避免以淤泥软土层，膨胀、崩解性较强的土层，湿陷性较强的黄土层

56、以及易溶盐较高的岩层作为坝基。考虑到高坝地基产生的沉陷量较大，坝体应采取超高建筑的形式，使超高等于所计算的最终沉陷量。 2）坝基透水性要小。坝基若是深厚砂卵石层或岩溶化强烈的碳酸盐岩类，则不仅产生严重的渗漏，影响水库蓄水效益，而且可能会出现渗透稳定问题。在河谷地段地下水位甚低、岩石透水性较强的碳酸盐岩区建坝，常会出现。千库。我国北方的中小型土坝此类问题较突出。 ,3）就近要有数量足够和质量合乎要求的土料，包括一般的堆填料和防渗粘土料，它直接影响坝的经济条件和坝体质量。 4）要有修建溢洪道的合适地形，地质条件。需要修建溢洪道，是土坝的一大特点，在选坝时必须考虑有无修建溢洪道的有利地形地质条件，否

57、则将会增加工程布置的复杂性和造价。 (二)堆石坝(千砌石坝) 坝体用石料堆筑(干砌)而成，它也是一种就地取材的古老坝型。当今由于机械化施工和定向爆破技术的不断发展，堆石坝已成为经济坝型的一种。 堆石坝对工程地质条件的要求与土坝大致相同，但比它要高些。一般岩基均能满足此种坝的要求，而松软的淤泥土，易被冲刷的细砂土、地下水位甚低的强烈岩溶化地目，则不适于修建此种坝型。此外，采用刚性斜墙防渗结构的堆石坝，应修建在岩基上。 室堆石坝的另一重要条件是坝址区要有足够的石料，其质量要求是：有足够的强度和刚度，有较高的抗风化和抗水性能。,(三)重力坝 重力坝也是一种常用坝型，有混凝土重力坝和浆砌石(圬工)重力

58、坝。由于它结构简单，工作可靠，对地形适应性好，所以在各种坝型中的比重仅次于土坝。 重力坝的特点是重量大，依靠其自重与地基间产生的摩擦力来抵抗坝前库水等的水平推力，保持大坝稳定。同时，还利用其自重在上游面产生的压应力，足以抵消库水等在坝体内和坝基接触面上产生的拉应力，使之不致发生拉张破坏。重力坝在满足抗滑稳定及无拉应力两个主要条件的同时，坝体内的压应力通常是不高的。如一座高达70m的重力坝，共坝体最大压应力一般不超过2MNmz，所以材料强度未能被充分利用，不经济。同时，由基础面较宽，地基面上的压应力也是不高的。 浇筑混凝土坝体时，由于温度效应会使其产生裂缝。为了克服上述缺点和节省材料夕近数十年来国内外创造发展了宽缝式、空腹式、空腹填碴式及予应力式等新