工程地质学基础(完整版)

绪论蒲博文工程地质学：是地质学的分支学科，它研究与工程建设有关的地质问题、为工程建设服务，属于应用地质学的范畴。

工程地质学的主要任务：❶阐明建筑地区的工程地质条件，并指出对建筑物有利和不利的因素。

❷论证建筑物所存在的工程地质问题，进行定性和定量的评价，做出确切的结论。

❸选择地质条件优良的建筑场址，并根据场址的地质条件合理配置各个建筑物。

❹研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响，预测其发展演化趋势，并提出对地质环境合理利用和保护的建议。

❺根据建筑场址的具体地质条件，提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议以及保证建筑物正常使用所应注意的地质要求。

❻为拟定防治和改善不良和地质作用的措施方案提供地质依据。

工程地质学的基本研究方法：自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法、工程地质类比法。

工程地质条件：是指与工程建筑有关的地质因素的综合。

地质因素包括岩土类型及其工程性质、地质结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等方面，它是一个综合的概念。

工程地质问题：是指工程地质条件与建筑物之间所存在矛盾。

第四章活断层与地震活断层：一般是是指近期曾有过活动或正在活动或将来有可能重新活动的层。

活断层的基本特征：❶活断层的继承性与反复性。

❷活断层是深大断裂复活运动的产物。

❸活断层的活动方式。

（一种是以地震方式产生间歇性的突然滑动称之为地震断层或者粘滑性断层。

一种是沿断层面两侧岩层连续缓慢的滑动称之为蠕变断层或者蠕滑型断层）活断层的鉴别：❶地质、地貌和水文地质特征①地质特征：最新沉积物的地层错开，是鉴别活断层最可靠的依据。

②地貌特征：活断层往往是两种截然不同的地貌单元的分界线，并加强各地貌单元的差异性。

活断层往往构成同一地貌单元或地貌系统的分解和异常。

走滑型的活断层可使穿过它的河流、沟谷方向发生明显的变化。

在活动断裂带上，滑坡、崩塌和泥石流等工程动力地质现象常呈线性密集分布。

③水文地质方面：活动断裂带的透水性和导水性较强，因此当地型、地貌条件合适时，岩断裂带泉水常呈线性分布，且植被发育。

而且活断层沿线常有温泉出露。

❷历史地震和历史地表错断资料。

❸用仪器测定❹地球化学和地球物理活断层地区的建筑原则：1、建筑场址一般应避开活断层断裂带2、线路工程必须跨越活断层时，尽量与其大角度相交，并尽量避开主断层。

3、必须在活断层地区兴建的建筑物，尽可能的选择稳定地块即“安全岛”，尽量在下盘。

4、在活断层区兴建工程，应采用抗震结构和建筑形式。

地震：在地壳表层，因弹性传播所引起的振动作用或现象。

按构造成因可分为构造地震、火山地震、陷落地震。

震源机制：地震发生的物理过程或者震源物理过程，称为震源机制，它可通过多个地震台的地震记录图来确定。

地震震级：震级是衡量地震本身大小的尺度，有地震所释放出来的能量大小来决定。

地震烈度：一次地震于某地面震动的强烈程度。

地震效应：在地震影响所及的范围内，于地面出现的各种震害或破坏。

（包括振动破坏效应、地面破坏效应）卓越周期（T0）：当地震发生时，由震源发出传至地表岩土体中，迫使其振动。

由于表层岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，某种岩土体总是选择某种周期的波放大的尤为明显突出，使地震记录图上的这种波记录得多而好，这种周期就叫T0。

砂土液化机理：在地震过程中，疏松的饱和砂土在地震中引起的剪应力反复作用下，砂粒间的相互位置必然产生调整，从而使砂土趋于密实。

砂土要变密实就势必排水。

在急剧变化的周期性地震力作用下，伴随砂土的孔隙度减少而透水性变差。

如果砂土透水性不良而排水不通畅的话，则前一周期的排水尚未完成，下一周期的孔隙度再减小又产生不了，应排除的水来不及排走，而水又是不可压缩的，于是就产生了剩余孔隙水压力或超孔隙水压力。

第五章斜坡工程斜坡：斜坡是地表广泛分布的一种地貌形式，指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体。

斜坡中应力状态的变化：①斜坡面附近的主应里迹线均发生明显偏转②由于应力分异的结果，在坡面附近产生应力集中带，尤其在坡脚形成一个明显的应力集中带。

③坡面处的径向应力实际为零，所以坡面处于两向应力状态，而向坡内逐渐变成三向应力状态。

④由于主应力偏转，坡体内最大剪应力迹线也发生变化，由原来的直线变为凹向坡面的近似圆弧状。

斜坡变形破坏：斜坡受到侵蚀卸荷作用造成局部应力集中超过了该部位岩土体戒指的容许强度，引起局部剪切错动、拉裂并出现小位移，但还没有造成斜坡整体性的破坏，这就是斜坡变形。

当变形进一步发展，破坏面不断扩大互相贯通，使岩土体的一部分发生较大位移而分离，这就是斜坡破坏。

斜坡变形划分为：斜坡变形主要有拉裂、蠕滑和弯曲倾倒等类型。

斜坡破坏划分为：崩塌、滑坡等类型。

拉裂：斜坡岩体在局部拉应力集中部位和张力带内，形成的张裂隙变形型式称为拉裂。

蠕滑：斜坡岩土体沿局部滑移面临空方向的缓慢剪切变形称为蠕滑。

弯曲倾倒：由陡倾或直立板状岩石组成的斜坡，当岩层走向与坡面走向大致相同时，在自身重力长期作用下所发生的临空方向同步弯曲，甚至折裂的变形称为弯曲倾倒。

崩塌：斜坡被陡倾的破裂面分割而成的岩石体，突然脱离母体并以垂直位移运动为主，以翻滚、跳跃、坠落方式而堆积于坡脚，这种现象和过程即称崩塌。

崩塌的特征是：一般发生在高陡斜坡的坡肩处；质点位移矢量铅直方向较水平方向要大得多；崩塌发生时无依附面；多是突然发生的，运动较快。

滑坡：斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面，产生以水平运动为主的现象，称为滑坡。

滑坡的特征是：通常是较深层的破坏，滑移面深入到坡体内部以至坡脚以下；质点位移矢量水平方向大于铅直方面；有依附面（即滑移面）存在；滑移速度较慢，多具有“整体性”。

滑坡形态要素：滑坡体、滑坡床、滑坡面、滑坡周界、滑坡壁、滑坡台阶、封闭洼地、滑坡舌、滑坡裂隙、滑坡轴。

滑坡的识别方法：利用遥感信息和航空影像资料、进行地面地质测绘、采用勘探测试方法。

斜坡地质灾害的防治原则：总原则“以防为主，即使治理”1、以查清工程地质条件和了解影响斜坡稳定性的因素为基础。

2、整治前必须查清斜坡的规模和边界条件。

3、按工程的重要性采取不同的防治措施。

防治措施：1、改变边坡的几何形态。

2、排水3、设置支挡结构物4、斜坡内部加固。

5、第六章地下工程影响围岩稳定性的因素：地质构造、岩体的特性及结构、地下水、原岩应力。

围岩应力重分布：我们把地下开挖以后，由于围岩质点应力、应变调整而引起的天然应力大小、方向和性质改变的作用，称为应力重分布作用。

第七章岩溶岩溶作用：地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用。

岩溶：岩溶作用及其产生的地貌现象和水文地质现象的总称。

岩溶发育的基本条件：（索科洛夫）具有可溶性岩石、岩石是透水的、水必须具有侵蚀性、水在岩石中应处于不断运动的状态。

具有可溶性岩石、具有溶蚀能力的水、具有良好水循环交替条件。

岩溶渗漏的防治措施：灌浆、铺盖、堵洞、截渗、疏导第八章泥石流泥石流：发生在山区的一种含有大量泥沙、十块的暂时性湍急水流。

泥石流活动特点：在一个地段上往往突然爆发，能量巨大，来势凶猛，历时短暂，复发频繁，破坏力强大。

泥石流的形成条件：地形条件：(泥石流的形成区、泥石流的流通区、泥石流的堆积区)地质条件：决定了松散固体物质的来源，为泥石流活动提供动能。

气象水文条件：泥石流的形成必须要有强烈的暂时性的地表径流。

泥石流的基本特征：泥石流的密度：泥石流中含有大量的固体物质，所以密度较大。

泥石流的结构：泥石流最主要的结构是由石块、砂粒、泥浆体组成的格架结构。

泥石流的流态：紊动流、扰动流、蠕动流。

泥石流的直进性：泥石流的脉动性：泥石流的分类：按泥石流流域类型分类：标准型泥石流河谷型泥石流、山坡型泥石流。

按泥石流的物质组成分类：水石型泥石流、泥石型泥石流、泥水型泥石流。

按泥石流性质分类：粘性泥石流、稀性泥石流泥石流的治理措施：生物措施、工程措施、支挡工程、拦挡工程、排导工程、储淤工程第九章地面沉降地面沉降：是指地壳表面在内力地质作用、外力地质作用与人类活动的作用下，造成地面某一局部范围内或大面积、区域性的沉降活动，其垂直位移一般大于水平位移。

地面沉降的测量方法：水准测量、全球定位系统、延伸仪测量、合成孔径干涉雷达测量承压水下降引起的地面沉降机制：承压水在开采过程中，由于承压水位的下降导致有效应力增加，土颗粒压密，发生地面沉降。

在孔隙承压含水层中，抽取地下水所引起的承压水位的下降，必然要使含水层本身和其上、下相对隔水层中的孔隙水压力随之减小。

根据有效应力原理可知，土中由覆盖层荷载引起的总应力是由孔隙水和土颗粒骨架共同承担的。

由水承担的部分称为孔隙水压力，它能直接引起土层压密，故称为中性压力。

土骨架承担的部分则能直接造成土层的压密，故称有效应力，二者之和不变。

在抽水过程中孔隙水压力的减小必然导致有效应力的增加，结果就会引起土层成比例的固结。

第十章渗透变形渗透变形：当渗透力达到一定值时，岩土中的颗粒发生移动，甚至一定体积的岩土发生悬浮或移动，这种作用和现象称为渗透变形。

渗透变形的机理上看：渗透压力大于土的抗渗强度时，是发生渗透变形的充分条件；从实用上看:认为渗透的实际水力坡度大于土的临界水力坡度时是渗透变形的充分条件。

渗透变形的类型：（基本类型：管涌、流土）1、管涌：在渗流作用下单个土颗粒发生移动的现象叫管涌。

2、流土：在渗流作用下，一定体积中的土颗粒同时发生移动，或一定体积的土发生悬浮隆起和顶穿现象叫做流土。

3、接触冲刷：渗流沿着渗透系数相差悬殊的两种土层接触面带走土颗粒的现象叫做接触冲刷。

4、接触流失：渗流垂直渗透系数相差悬殊的两种土层接触面运动时，将细粒土层的颗粒带到粗粒层中的现象叫接触流失。

渗透变形的防治方法：垂直防渗工程、水平防渗铺盖、排水减压、反滤盖重。