工程地质分析原理总结

⼯程地质分析原理总结
第⼀篇区域稳定及岩体稳定分析的⼏个基本问题
⼀、地壳岩体结构特征的⼯程地质分析(5分)
1、岩体、结构⾯、结构体
岩体：通常指地质体中与⼯程建设有关的那⼀部分岩⽯，它处于⼀定的应⼒状态，被各种结构⾯所分割。

结构⾯：指岩体中具有⼀定⽅向、⼒学强度相对较低、两向延伸的地质界⾯或带。

结构体：结构⾯在空间的分布与组合可将岩体分割成形状、⼤⼩不同的块体，称为结构体
2、结构⾯的主要类型（按照成因、规模分类）及特征（如何描述结构⾯）
按成因：原⽣结构⾯、构造结构⾯、浅表⽣结构⾯
按规模：A类（贯通）、B类（显现）、C（隐微）
3、岩体的分类：岩体结构分类（哪5类？）；岩体的⼯程分类（考虑三⽅⾯因素？）
按结构特征分类：块体状结构、块状结构、层状结构、碎块状结构、散体状结构
三⽅⾯因素：⼒学性质、岩体结构、赋存条件
4、岩体的变形随深度有何变化特点？
剪切或拉裂拉裂与弯曲弯曲弯曲与压扁压扁压扁与流动流动。

⼆、地壳岩体的天然应⼒状态（10分）
1、岩体应⼒：
天然应⼒和初始应⼒
⾃重应⼒:指在重⼒场作⽤下⽣成的应⼒。

σv=γh
（µ为岩体的泊松⽐，N。

称为岩体的侧压⼒系数。

）
构造应⼒：指岩⽯圈运动在岩体内形成的应⼒。

⼜可分为活动构造应⼒和剩余构造应⼒。

变异及残余应⼒
变异应⼒：指岩体的物理、化学变化及岩浆的侵⼊等引起的应⼒。

残余应⼒：承载岩体遭受卸荷或部分卸荷后，岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其他组分的约束，于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应⼒相平衡的应⼒系统
感⽣应⼒
2、岩体天然应⼒状态类型
（1）σx=σy=σv=rh 注：越往地壳的深部，存在静⽔应⼒式的可能性越⼤。

（2）垂直应⼒为主的观点地壳岩体内的应⼒以⾃重应⼒为主，主要存在于地表
（3）⽔平应⼒为主的观点地壳岩体内的应⼒主要受构造运动影响，最⼤主应⼒近于⽔平。

3、影响岩体天然应⼒状态的主要因素及其作⽤
（1）地区地质条件及岩体所经历的地质历史对岩体天然状态的影响：
岩体的岩性及结构特征：决定着岩体的容重和泊松⽐，从⽽影响⾃重应⼒场的特征；统⼀区域构造应⼒作⽤下，岩体内应⼒分布的特征主要取决于岩性、结构特征及其⾮均⼀性；决定着岩体的强度及蠕变特性，因⽽决定了岩体承受及传递应⼒的能⼒。

构造作⽤及其演变历史：活动的构造应⼒对天然应⼒状态起决定性作⽤。

区域卸荷作⽤：在增⼤某些岩体的⽔平应⼒⽅⾯有重要的作⽤。

（2）岩体内⾃由临空⾯（地表的和地下）附近的应⼒重分布及应⼒集中作⽤；
应⼒集中：通常指最⼤主应⼒或剪应⼒在临空⾯附近增⼤或减⼩的现象。

（3）岩体切割⾯附近的残余应⼒效应
4、我国地应⼒场的空间分布特点
潜在逆断型、潜在⾛滑型、潜在正断型
5、断裂带附近的局部构造应⼒集中作⽤
断裂端点、⾸尾错列段、局部拐点、分⽀点或与其它断裂的交汇点
6、地壳表层岩体应⼒分布的规律
垂直应⼒的分布特点：σv =A+ γh
⽔平应⼒的分布特点：三种情况
⼆者⽐较分析
7、地表⾼应⼒区及其地质地貌标志
（1）天然条件下⾼⽔平应⼒释放有关的浅表⽣时效变形现象
隆爆、蓆状裂隙、⾕下⽔平卸荷裂隙及⾕坡内⽔平剪切蠕动变形带、应⼒释放型的深⼤拉张变形带
（2）与钻进有关的岩体应⼒释放及伴⽣现象
岩⼼饼化现象、钻孔崩落现象
8、岩体应⼒测量的⽅法
直接测量法：应⼒恢复法
应⼒解除法
⽔压致裂法
间接测量法：钻孔崩落法
定向岩⼼⾮弹性应变恢复法
凯塞尔效应测试法
三、岩体的变形与破坏（10分）
1、裂隙岩⽯的三轴压缩实验过程曲线
轴向应变、侧向应变、体积应变在不同阶段的特点
2、岩体破坏的基本形式
破坏机制分类：剪性破坏：剪切滑动破坏、剪断破坏、塑性破坏
张性破坏
破坏⽅式影响因素：荷载条件、岩性、结构及所处的环境特征
三轴试验表明破坏形式与围压⼤⼩有明显的关系（与荷载条件的关系）
低围压三轴试验表明：岩⽯越破碎，破坏形式变化趋势为张性破坏、剪切滑动破坏、塑性破坏（与岩体结构特征的关系）岩体拉断、剪断的破坏机制分析：
拉断：拉致拉裂、压致拉裂
剪断：完整岩体的剪断破坏机制（沿潜在剪切⾯、单剪）、沿原有结构⾯的剪切破坏机制
岩体沿原有结构⾯的剪切破坏类型
平⾯摩擦：可⽤库伦公式来判定
糙⾯摩擦：越过凸起体、剪断凸起体、刻痕和犁槽
转动摩擦：分离“碎块”的转动摩擦、紧贴碎块的转动摩擦
3、岩体弯曲变形的基本类型与主要特征
横弯曲和纵弯曲；背斜式滑脱和向斜式滑脱（纵弯曲过程中的滑脱）
4、岩体变形破坏的动应⼒效应、时间效应、空隙⽔压⼒效应
动应⼒效应：触发效应、累积效应
时间效应：蠕变：在应⼒恒定的情况下岩⽯变形随时间⽽发展
应⼒松弛：在变形恒定的情况下，岩⽯内的应⼒随时间降低的现象孔隙⽔压⼒效应
5、岩体变形破坏的地质⼒学模式
拉裂、蠕滑(滑移)、弯曲和塑流四种
后三者具有明显的时间效应，各变形破裂单元并⾮单独存在，在斜坡岩⼟体破坏类型为这四种地质⼒学模型的两两组合
第⼆篇与区域稳定性有关的⼯程地质问题
四、活断层的⼯程地质研究（10分）
1、活断层的概念、研究意义
定义：指在⽬前还在继续活动断层，或者在历史时期或近期地质时期活动过、极可极可能在不远的将来从新活动的断层。

研究意义：(1)断层的地⾯错动及其附近的伴⽣的地⾯变形，往往会直接损害跨断层修建或建于其邻近的建筑物;(2)活断层多伴有地震，⽽强烈地震⼜会使建于活断层附近的较⼤范围内的建筑物受到损害。

2、活断层的类型、活动⽅式（粘滑与稳滑）、应⼒特点
类型及应⼒特点：（1）⾛滑断层：中间主应⼒近垂直
（2）正断层：⼤主应⼒近垂直
（3）逆断层：⼩主应⼒近垂直
3、活断层错动的地质证据有哪些？
（1）错断第四纪地层
（2）形成地震崩落楔或地震充填楔
（3）由于错动伴⽣地震的震动效应造成的沙⼟液化
（4）由于快速错动产⽣⾼温⽽在断层物质中保存的热淬⽕证据
4、活断层活动的时空不均匀性：
时间：群集期(活跃期)和平静期，不同活断层上错动事件在时间分布的组合⽅式⽅⾯是多种多样的，⼤致可分为三种类型，即：单发式、群发式和混合式。

空间：七个断块区: 新疆、青藏、东北、华北、华南、台湾、南海
5、活断层的调查：低阳光⾓航空摄影、开挖探槽
五、地震的⼯程地质研究（10分）
1、地震的概念、分类；地震波的分类
地震：弹性波在接近地球表⾯的岩层中传播时所引起的震动。

分类（按成因）：构造地震、⽕⼭地震、陷落地震
地震波：体波（横波、纵波）、⾯波（瑞利波、勒夫波）
2、不同地震的震源机制解
正断层、逆断层、⾛滑断层
3、震源参数、地震震级、烈度概念；震级上限、震级-频度关系、年平均发⽣率。

震源参数：断层⾯长度(L)、断层宽度(W)、断层⾛向、断层倾向和倾⾓、断层错动⽅向、断层错距(D)、断层破裂的扩展速度
地震震级：⾥式震级、体波震级、⾯波震级
烈度：
震级上限M u 指潜在震源区可能发⽣的最⼤震级
震级-频度关系：
年平均发⽣率：指⼀定范围内每年发⽣等于和⼤于震级M0以上的地震数
4、场地地震效应；地震动三要素；
场地地震效应：
场地破坏效应：地⾯破坏效应、地基失效、斜坡破坏效应
强烈地震动（三要素）：振幅、频谱特征、持续时间
5、场地条件对震害和地震动的影响（基岩、深厚软⼟层、局部地形、砂⼟液化）
（1）基岩上地震动幅值⼩、持时短、震害轻
（2）深厚覆盖层上地震动周期长，滤掉⾼频、放⼤低频
（3）沙⼟液化对震害的影响有双重性，既能引起地基失效，在⼀定条件下⼜能起隔震作⽤
六、⽔库诱发地震活动的⼯程地质分析（10分）
1、⽔库诱发地震的类型：
卡⾥巴-科列马斯塔型、科因纳-新丰江型、塔吉克斯坦的努列克型
2、⽔库诱发地震的共同特点：
地震产⽣空间和地震活动随时间的变化与⽔库所在空间和⽔库⽔位随时间的变化密切相关；诱发应⼒场与同⼀地区天然地震应⼒场⼀致⼀致
3、⽔库诱发地震序列的特点：
前震丰富、余震衰减慢、主余震震级差别⼩
4、⽔库蓄⽔对库底岩体的各种效应
（1）⽔的物理化学效应；
（2）⽔库的荷载效应；
（3）空隙⽔压⼒效应；
！各种天然应⼒状态下的诱发机制
荷载效应仅使潜在正断型的稳定状况有所恶化，⽽使⾛向滑动型和逆断型在不同程度上有所改善。

孔隙⽔压⼒效应是三种状况都有所恶化。

因此，潜在正断型强烈恶化，⾛向滑动型因为荷载效应使摩尔圆离开包络线的距离⼩
于孔隙⽔压⼒效应使之接近包络线的距离，故最终情况有所恶化。

潜在逆断型则是最终情况稍有改善。

七、地震导致的区域性砂⼟液化（15分）
1、砂⼟液化的定义、破坏表现。

沙⼟液化定义：地⾯以下⼀定深度处，饱和松散的细沙、粉细砂在外荷载的反复作⽤下，空隙⽔压⼒上升，导致⾻架应⼒趋于零，砂⼟颗粒处于悬浮状态，继⽽在上覆⼟压⼒作⽤下喷出地表，这就是砂⼟液化现象
破坏表现（4种）：涌砂、地基失效、滑塌、地⾯沉降及地⾯塌陷
2、砂⼟液化的形成条件
砂⼟层本⾝⽅⾯：砂⼟的成分、结构以及饱⽔砂层的埋藏条件（近代河⼝三⾓洲及河床）地震⽅⾯：地震的强烈程度和持续时间
砂⼟特性：地震时砂⼟有明显的体积缩⼩，砂体渗透性不良。

通常⽤相对密实度和砂⼟的粒径和级配来表征砂⼟的液化条件
饱⽔砂⼟层的埋藏条件：地下⽔埋深愈浅，⾮液化盖层愈薄，则愈易液化。

地震强度及持续时间：地震愈强、加速度愈⼤、持续时间愈长，则愈容易引起砂⼟液化
3、砂⼟液化的判别⽅法：
初判：地震条件：液化区最低烈度为VI度
地质条件：全新世乃⾄近代河湖相沉积平原，河⼝三⾓洲
埋深条件：最⼤液化深度不超过20⽶，地下⽔埋深⼀般不超过3⽶
⼟质条件：
详判：标贯判别
静⼒触探判别
剪切波速判别
液化指数
4、砂⼟地震液化的防护措施
(1)选择的良好场地
(2)⼈⼯改良地基：增加盖重、换⼟、改善饱⽔砂层的密实程度、消散剩余孔隙⽔压⼒、围封法
(3)选择合适的基础形式
⼋、地⾯沉降问题的⼯程地质分析（10分）
1、地⾯沉降的基本类型和危害。

类型：区域性地⾯沉降、洞⽳塌陷型地⾯沉降
危害：
2、地⾯沉降的形成机制、影响因素。

3、地裂缝的成因、破裂模式。

九、斜坡岩(⼟)体稳定性的⼯程地质分析（10分）
1、斜坡岩体的应⼒分布特征、影响因素。

特征:（1）⼤主应⼒平⾏于临空⾯，⼩主应⼒则与之垂直；
（2）临空⾯附近形成应⼒集中带，坡缘拉应⼒集中，坡脚剪应⼒集中
影响因素：（1）原始应⼒状态；
（2）坡形：坡⾼、坡脚、底宽、平⾯形态
2、斜坡变形、破坏的主要⽅式。

变形主要⽅式：卸荷回弹、蠕变
破坏形式：崩塌、滑坡、扩离
3、崩塌、滑坡、泥⽯流的成因、影响因素、危害、治理措施
崩塌：指较陡斜坡上的岩⼟体在重⼒作⽤下突然脱离母体崩落、滚动、堆积在坡脚（或沟⾕）的地质现象
治理：削坡、清除危⽯、胶结岩⽯裂隙、引导地表⽔流，以避免岩⽯强度迅速变化，防⽌差异风化等
滑坡：斜坡⼟体或岩体在重⼒作⽤下失去原有的稳定状态，沿着斜坡内某些滑动⾯（或滑动带）作整体向下滑动的现象
影响因素：斜坡外形、岩性、构造、⽔、地震、⼈为因素
治理：排⽔、⽀挡、刷⽅减重、改善滑动⾯的岩⼟性质
泥⽯流定义：影响指在⼭区⼀些流域内，主要是在暴⾬降落治时形成的、并由固体物质和⽔组成的饱和的暂时性⼭地洪流。

泥⽯流形成的条件：具备有丰富的松散泥⽯物质来源，⼭坡陡峻和较⼤沟⾕以及能⼤量集中⽔源的地形、地质和⽔⽂⽓象条件。

泥⽯流防治措施：形成区（⽔⼟保持），流通区（拦渣），沉积区（拦导、绕避）
4、斜坡变形破坏机制与演化
变形破坏⽅式：蠕滑--拉裂、滑移—压致拉裂、弯曲—拉裂、塑流—拉裂、滑移—弯曲
⼗、地下洞室围岩稳定性的⼯程地质分析（5分）
1、地下硐室的基本概念：
洞室：为各种⽬的修建在地下的中空通道称为地下洞室，它具有⼀定的横断⾯形状和尺⼨，并有较⼤的延伸长度
围岩：洞室开挖，周边岩体卸荷⽽形成应⼒重分布，把洞室周边应⼒重分布范围内的岩体
次⽣应⼒：由于开挖⽽重新分布的应⼒
围岩稳定性：即保证洞室安全和正常使⽤的情况下，允许围岩变形、破坏的限度
2、围岩应⼒重分布的⼀般特点、影响因素
3、围岩的变形破坏形式及其围岩岩性及结构的关系
4、硐室初期⽀护、⼆次衬砌的概念
⼗⼀地基岩体稳定性的⼯程地质分析（5分）
1、坝基的受⼒特点、破坏形式主要有哪些。

坝基特点：（1）坝体承受巨⼤的⽔平推⼒和竖向压⼒，会导致坝基发⽣变形和滑动，最终坝体失稳；（2）库⽔下渗，对坝体产⽣扬压⼒，降低坝基抗滑能⼒；3）库⽔下渗，导致坝基⼟体产⽣潜蚀，使坝基强度和稳定性降低。

破坏形式：（1）坝基强度较低遭到破坏；（2）坝基（肩）抗滑稳定性较低造成滑动破坏；（3）坝基中存在软⼟层造成坍滑；（4）坝基被渗透的⽔流掏空造成破坏；（5）坝肩岩体稳定性较低造成坝肩滑动破坏；（6）坝的下游岩体被冲刷掏空造成破坏；（7）由地震或⽔库地震造成的破坏。

2、坝基中存在松软⼟导致坝体破坏的三种情况机制分析。

（1）地基⼟层中存在有饱⽔的塑性软粘⼟或淤泥夹层
（2）通常发⽣在地基⼟层中发育有软粘⼟，且其中部夹有砂或粉砂之类的波层或透镜体
（3）地基⼟主要由透⽔性良好的砂质⼟组成的
3、岩⽯坝基的破坏形式：
不均匀沉降、滑动破坏
4、坝基稳定性的⼯程地质分析
强度与变形
抗滑稳定性分析：（1）分析确定坝基岩体滑移破坏的基本形式（2）确定潜在滑移体的形态和规模
5、改善坝基的⼯程性质的措施。

（1）清基
（2）岩体的局部或整体加固
（3）防渗和排⽔措施。