第1章工程地质基本知识

•2、潜水：埋藏在地表以下第一个连续分布的稳定隔水层以上， 具有自由水面的重力水。为雨水、河水补给，水位有季节性变 化。一般埋藏在第四纪沉积层及基岩的风化层中。水面标高称 为地下水位。
•3、承压水：埋藏在两个连 续分布的隔水层之间，完全 充满的有压地下水。通常存 在于卵石层中，承受一定的 静水压力。其埋藏区与地表 补给区不一致。因此，承压 水的动态变化受局部气候因 素影响不明显。
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第1章工程地质基本知识
•1.5 地下水
•1.5.3 土的渗透 性
•渗流
•土体内部应力状态变化
•土体的局部稳定问题
•管涌、流土等
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•土体的整体稳定问题
•水库塌岸 •岸坡、土坝在水位
•降落时 •引起的滑动
第1章工程地质基本知识
•1.5 地下水
1.5.3 土的渗透性
•（1）概念：地下水通过土颗粒之间的孔隙流动，土体可被水 透过的性质称为土的透水性。它表明水通过孔隙的难易程度。
第1章工程地质基本知识
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2020/11/25
第1章工程地质基本知识
•1.1 概 •述1.2 矿物与岩石 •1.3 第四纪沉积层
•1.4 不良地质条件
•1.5 地下水
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第1章工程地质基本知识
1.1 概述
• 1.1.1、地质作用
•
建筑场地的地形、地貌和组成物质（土与岩石）的成分、
•6、空心结构物浮起。水池 油罐 •7、承压水冲破基槽。
•承压水地区，基槽开挖的深度要考虑承压水上隔水层的自重 压力大于承压水的压力，否则使承压水造成流土破坏。
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第1章工程地质基本知识
•1.5 地下水
1.5.2、地下水分类
•按埋藏条件不同，分为三类：
•1、上层滞水：地表水下渗积聚在局部透水性小的粘性土隔水 层上的水。为雨水补给，有季节性。
•紊流运动：在岩石的裂隙或空洞中流动时，速度较大。其
流线有相互交错的现象。
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第1章工程地质基本知识
•Henry Darcy 1803 年 6 月 10 日 出生于法国第戎 （ Dijon ）。 Darcy 少年时期正值国内政局动荡，因 此其学业也不很稳定。 1821 年， 18 岁的 Darcy 进入 巴黎工艺学校（ Polytechnic School ）学习， 2 年后 入巴黎路桥学校（ School of Bridges and Roads ）， 该校属法国帝国路桥工兵团，法国许多世界级的科学 家如皮托 (Pitot) 、圣文南（ Saint-Venant ）、科里奥 利（ Coriolis ）、纳维叶（ Navier ）等都出自该校， 其中一些还在该校任教。
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第1章工程地质基本知识
•1.3 第四纪沉积层
• 洪积物的颗粒虽 因搬运过程中的分选 作用呈现渐变现象,但 由于搬运距离短,颗粒
•1.表土层 •2.淤泥夹粘 •土透镜体
的磨圆度仍不佳。此
外，山洪是周期性产
•3.粘土尖灭层
生的，每次的大小不 尽相同，堆积物质也
•4.砂土夹粘土 层
不一样。因此，洪积 物常呈现不规则的层
•湖相沉积层 •沼泽沉积层
•湖边沉积层 •湖心沉积层
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第1章工程地质基本知识
•1.4 不良地质条件
•断层 •节理 •滑坡 •河床冲淤 •岸坡失稳
•河沟侧向位移
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第1章工程地质基本知识
1.5 地下水
•1.5.1、地下水对工程的影响
•地下水：存在于地面下土和岩石的孔隙、裂隙或溶洞中的水。
•应用：工程设计中，计算地基沉降速率，或地下水位以下 施工需计算地下水的涌水量，选择排水措施等均应用渗透 性指标。 •（2）土的渗透性规律
•1、渗透实验与达西定律
• 法国学者达西（Darcy,H. ）1856年做砂土的渗透实验，发现 达西定律。
•
Q/t=q=kFh/L=kFi
v=k × i
•q —单位时间内通过砂层渗流出的水量。
• 地表的岩石经风化，剥蚀成岩屑，又经搬运、沉积而成的 沉积物，年代不长，未经压紧硬结成岩石之前，呈松散状态， 称为第四纪沉积层，即土。
• 根据搬运和沉积的情况不同，可分为以下几种类型： •残积层，坡积层，洪积层，冲积层，海相沉积层，湖沼沉积层。 • 不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和 工程地质特性。
•1.残积层
• 残留在原地未被搬运的那一部分 风化产物。颗粒不能被磨圆或分选， 没有层理构造。残积物与基岩之间没 有明显界限，其矿物成分很大程度上 与下卧基岩一致。由于残积物没有层 理构造，均质性很差，颗粒多为棱角 状的粗颗粒土，孔隙度较大，作为建
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第1章工程地质基本知识
•1.3 第四纪沉积层
•粉土 •淤泥
•黄土
•粉质粘 土
•中粗 砂
•粉细 砂
•砾卵石
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•平原河谷横断面
第1章工程地质基本知识
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•山区河谷横断面
第1章工程地质基本知识
•1.3 第四纪沉积层
• 5、海相沉积层
•
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第1章工程地质基本知识
•1.3 第四纪沉积层
• 6、湖沼沉积层
•湖沼沉积层
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第1章工程地质基本知识
•1.1 概述
1.1.2、地质年代
• 土与岩石的性质与其生成的地质年代有关。一般说来， 生成年代越久，土与岩石的工程性质越好。
• 地质年代是指地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生 物演化相应的时代段落。地球形成至今大约有60亿年的历史， 在这漫长的地质年代里，地壳经历了一系列复杂的演变过程， 形成了各种类型的地质构造和地貌以及复杂多样的岩石和土。
•5.砾石层
理构造，如具有夹层、 尖灭或透镜体等产状。
•6.石灰岩 层
•土 的 层 理 构
•靠近山地或离山较远地段的洪积物造的承载力高，而过度地带
由于地下水溢出地表造成沼泽地带，土质软、承载力低。
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第1章工程地质基本知识
•1.3 第四纪沉积层
•残积层：应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。 •坡积层：应注意不均匀沉降和地基稳定性问题。 •洪积层：应注意土层的尖灭和透镜体引起的不均匀沉降。
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第1章工程地质基本知识
•1.5 地下水
•3、地下水位升降：
•地下水上升，粘性土软化，增大压缩性；
•地下大幅下降，建筑物下沉或开裂；
•膨胀土遇水时膨胀，可顶起基础； •4、地下室防水。防渗 和倒灌
•5、地下水水质侵蚀性。 • 地下水含有各种化学成分，当某些成分含量过多时， 会腐蚀混凝土、石料及金属管道。
•２．坡积层
• 雨雪水流的地质作用将高 处岩石风化产物缓慢地冲刷剥蚀、 顺着斜坡向下移动、沉积在较平 缓的山坡上而形成的沉积物。自 上而下呈现由粗而细的分选现象。 其矿物成分与下卧基岩没有直接 关系。由于坡积物形成于山坡， 常常发生沿下卧基岩倾斜面滑动； 还由于组成物质粗细颗粒混杂， 土质不均，厚度变化大。新近堆 积物，土质疏松，压缩性较大。
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第1章工程地质基本知识
•1.2 矿物与岩石
• 二、矿物与岩石的概念
• 岩石：一种或多种矿物的集合体。
•
矿物：地壳中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的
物理性质、化学成份和形态．
• (一) 造岩矿物
• 组成岩石的矿物称为造岩矿物。
• 矿物按生成条件可分为原生矿物和次生矿物两大类。
• 区分矿物可以矿物的形状、颜色、光泽、硬度、解理、比重
等特征为依据。
•
（二）岩石
•
岩石的主要特征包括矿物成分、结构和构造三方面。
•
岩石的结构—岩石中矿物颗粒的结晶程度、大小和形状、及
其彼此之间的组合方式。
•
岩石的构造--岩石中矿物的排列方式及填充方式。
•
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第1章工程地质基本知识
1.3 第四纪沉积层
• 地质年代有绝对和相对之分，相对地质年代在地史的分
析中广为应用。它是根据古生物的演化和岩层形成的顺序，
将地壳历史划分成一些自然阶段。分为五大代（太古代、元
古代、古生代、中生代和新生代），每代又分为若干纪，每
纪又细分为若干世及期。在每一个地质年代中，都划分有相
应的地层。地质年代和地层单位、顺序和名称的对应关系如
• 影响土渗透性因素：
•a、土的粒径大小与级配
•b、土孔隙大小
•c、土的结构与矿物 •絮状结相比蜂窝结构具有更大的渗透性：天然沉积的层状粘性 土层，由于扁平状粘土颗粒的水平排列，土层水平方向的透水 性远大于垂直层面方向的透水性。
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第1章工程地质基本知识
•1.5 地下水
•d、土中封闭气体含量 • 如果土中存在着与大气不相通的气泡或从渗水中分 离 出来的气体，它们都会阻塞渗流通道，从而使渗透 系数大大减小。因此，为了保证测定渗透系数的试验精 度，要求试样必须充分饱和。
下表。
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第1章工程地质基本知识
•1.1 概述
•地质年代和地层单位、顺序、名称的对应关系
地质年代 代
纪
世
源自文库
期
地层单位 界
系
统
阶(层)
•纪(系)
• 通常所说的土: 新生代第四纪更新世（距今约100万年）， 更新世又分为早更新世（Q1）、中更新世（Q2）、晚更新世 （Q3），其后为全新世（Q4）。
•e、水的动力粘滞系数
•土的渗透系数与水的重度和动力粘滞系数有关，而这两 个数值又取决于水的温度。水的重度随温度的变化不大， 可忽略不计。但动力粘滞系数却会随水温发生明显的变化。 故密度相同的同一种土，在不同温度下将具有不同的渗透 系数。 •层流运动：地下水在土中孔隙或微小裂缝中以不大的速度 连续渗透。
• 建筑场地的水文地质条件主要包括地下水的埋藏条件，地下
水位及其动态变化，地下水化学成分及其对混凝土的腐蚀性等。
•地下水对工程的影 •1、响基础埋深：通常设计基础埋深D应小于地下水位深度 hw。
•2、施工排水：当地下水位高，基础埋深D大于地下水位深度时， 基槽开挖与基础施工必须进行排水。中小工程可以采用挖排水 沟与集水井排水；重大工程应采用井点降低地下水位法。
崩裂化学变化和机械破碎。动植物和微生物的活动，也可使原
岩不断发生机械破碎和化学变化。这种外力（包括大气、水、
生物）对原岩机械破碎和化学变化的作用，统称为风化作用。
• 外力地质作用过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此 密切联系的。风化作用为剥蚀作用创造了条件，而风化、剥蚀、 搬运又为沉积作用提供了物质的来源。
• 分布厚度及特性，取决于地质作用。 • 构成天然地基的物质是地壳中的岩石和土。地壳厚度为 30~80km，它的物质、形态和内部构造是在不断地改造和演 变的。导致地壳成分变化和构造变化的作用，称为地质作用。
可分为内力地质作用和外力地质作用。
•1、内力地质作用：
• 一般认为是，由于地球自转产生的旋转能和放射性元素 蜕变产生的热能等引起地壳物质成分、内部构造以及地表形 态发生变化的地质作用。eg. 岩浆活动，地壳运动（构造运 动）和变质作用。
•i=h/L —水力坡降。v —渗透速度cm/s。k — 土的渗透系数cm/s
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第1章工程地质基本知识
•1.•51.5地.3下土水的渗透
性
•注意：达西定律中，v 不是某个土孔隙中水的渗流速度， 而是水流通过的整个断面上的平均渗流速度。 • k的物理意义：单位水力坡降(i=1)时的渗透速度。
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•2、外力地质作用：
• 由太阳辐射能和地球重力位能引起。 eg. 昼夜和季节气 温变化，雨雪、山洪、河流、冰川、风及生物等对母岩产生 的风化、剥蚀、搬运与沉积作用。 • 昼夜和季节以及气温的变化,可使地表各种原岩不断发生 热胀脱离,冷缩开裂等机械破碎。水和水溶液的存在，可使原 岩不断发生水化、氧化、碳酸盐化、溶解以及缝隙水冻胀引起
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第1章工程地质基本知识
•1.3 第四纪沉积层
•3.洪积层
• 由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流,具
有很大的剥蚀、搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物 质堆积于山谷冲口或山前倾斜平原而形成洪积层。
• 离山渐远，颗粒变细，
分布范围逐渐扩大。其地貌 特征是靠山近处窄而陡，离 山远处宽而缓，形如锥体， 故称为洪积锥（扇）。由相 邻沟谷口的洪积扇组成洪积 扇群。
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第1章工程地质基本知识
•1.3 第四纪沉积层
• 4、冲积层
• 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡 积、洪积物剥蚀后搬运沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。其 特点是呈现明显的层理构造。由于搬运作用显著，碎屑物质由带棱 角颗粒经滚磨、碰撞逐渐形成亚圆或圆形颗粒，其搬运距离越长， 则沉积物质越细。典型的冲积物是形成于河谷内的沉积物，可分为 平原河谷冲积层、山区河谷冲积层、山前平原冲积洪积层、三角洲 沉积层等。