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1、. word 专业资料 绪论 讲授自然动力及人类活动引起有关物理地质现象方面的基础知识，以及 从工程地质角度研究这些动力地质现象的基本方法； 通过本课程的学习，具备解决某些重大工程地质实际问题的初步能力； 本课程的应用性很强，要求学生尽可能紧密联系工程实践进行学习。 1、工程地质学概论 . 李智毅，杨裕云 .中国地质大学出版社。 2、工程地质分析原理 . 张倬元，地质出版社 3、工程地质学基础 . 李智毅，王智济，杨裕云. 中国地质大学出版社 4、专门工程地质学 . 张咸恭，李智毅，郑达辉，李日国. 地质出版社 5、岩体结构力学 . 孙广忠 . 科学出版社 6、工程地质数值模拟的理论与方法.
2、唐辉明，晏鄂川，胡新丽. 中国地 质大学出版社 人类工程活动与地质环境的相互关系 地质环境对工程活动的制约关系 工程建筑的稳定和正常使用 工程活动的安全 工程造价 工程活动对地质环境的影响 工程活动规模愈大，地质环境的变化愈大。 总之，地质环境和工程活动之间是相互联系相互制约的，其表现形式多种多 样。 工程地质学的研究对象 . word 专业资料 工程地质条件 ：与工程建筑有关的地质要素的综合，包括地层岩性、地质 构造、地貌、水文地质条件、自然地质现象和天然建筑材料等方面。 地层岩性： 工程地质条件的最基本要素， 任何建筑物都脱离不开土体或岩体。岩土的类 型不同，其性质有很大差别，工程意义大不
3、一样。 地形地貌： 地形地貌对建筑场地的选择， 特别是线性建筑线路方案的选择意义重大，如 能合理利用地形地貌条件， 不但能大量节约投资， 而且对建筑群中各种建筑物的 布局和建筑物的型式、规模及施工条件也有直接影响。 地形地貌还能反映地区的地质结构和水文地质结构特征。 地质结构： 包括地质构造、岩土单元的组合关系及各类结构面的性质和空间分布。 水文地质条件： 对工程有影响的因素是： 地下水类型， 地下水位及其变动幅度， 含水层和隔 水层的分布及组合关系，各自的厚度，土层或岩层渗透性的强弱及其渗透系数， 富水性，承压含水层的特征及水头。 物理地质现象 指对工程建设有 影响的自然地质作用和现象。 地
4、壳表层经常处于内动力地质 作用和外动力地质作用的强烈影响之下，对建筑物造成威胁和破坏， 其规模常巨 大，甚至是区域性的。 天然建筑材料 . word 专业资料 指土和岩石。要尽可能的“就地取材”。 研究岩土体的工程性质及其在自然或人类活动影响下的变化是工程岩土学 的基本任务。 工程地质问题 ：工程活动与地质环境相互制约的一些主要形势。 分析这些问题产生的地质条件、 力学机制及其发展演化规律， 以便正确评价 和有效防治它们的不良影响，是工程地质学另一专门分支工程地质学 的基本任 务。 查明工程地质条件并研究查明工程地质条件的方法和手段是工程地质勘察 的基本任务。 阐明建筑地区的工程地质条件，并指
5、出对建筑物有利和不利的因素； 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， 作出确切 结论； 选择地质条件优良的建筑场地，并根据场地工程地质条件对建筑物配置 提出建议； 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，提出 利用和保护地质环境的对策和措施； 根据所选定地点的工程地质条件和存在的工程地质问题，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施工和使用所 应注意的地质要求； 为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。 工程地质学的学科性质和任务 研究地质环境与人类工程活动之间的相互关系，以便科学评价 、合理利用 、 . word
6、 专业资料 有效改造 和妥善保护 地质环境的科学； 是地质学与工程学的边缘学科， 是地质学 的一个分支。 工程地质学的特点是始终与工程实践紧密联系。 工程地质学的分科 岩土工程地质性质的研究 工程动力地质作用的研究 工程地质勘察理论和技术方法的研究 区域工程地质的研究 环境工程地质性质的研究 Vajont 水库滑坡 1963 年 10 月夜间发生在意大利北部山区的Vajont 水库，被公认为是世界 上最严重的滑坡灾害。该水库库容10 亿立方米，坝高 267 米，是当时世界上最 高的双曲拱坝。 水库蓄水造成水库岸坡地下水位相应提高，地质环境发生急剧变化，2.6 亿 立方米的石灰岩山体以20M/S
7、 以上的速度滑入水库，最大涌浪高度250M ，越 过坝顶高度达150M ，库水迅速猛泻向下游。洪水摧毁了下游数公里以内的5 个村庄， 2600 人在梦中死亡。该水库也因滑坡填入而报废。 . word 专业资料 Vaj ont 水库滑坡 Vajont滑坡地质剖面 鲕状灰岩 泥灰岩 上泥灰岩 下白垩系岩层 上白垩系岩层 北京地面沉降 2004 年底，北京平原已形成五个地面沉降区 东郊八里庄大郊亭（722mm ） 东北郊来广营（ 565mm ） 昌平沙河八仙庄（688mm ） 大兴榆垡礼贤（ 661mm ） 顺义平各庄（ 250mm) 北京地面沉降危害 对建筑物的破坏和影响。 形成地裂缝，直接或间接
8、恶化环境。 对地下水井设施的影响。 造成地面水准点水准。 . word 专业资料 影响建筑物抗震能力，致使地震灾害加重。 洪涝灾害加剧，防洪排涝工程效能降低。 地面沉降是 缓发性 的地质灾害，灾后恢复工作很难界定。 工程地质分析的基本方法 自然历史分析法（定性） 工程地质学最基本的一种研究方法，是其它研究方法的基础。 数学力学分析法（定量） 数学、力学与地质学的结合， 将工程地质分析定量化， 是工程评价的定量依 据。 模型模拟试验法（定量 + 定性） 研究自然地质作用的规律， 再现工程地质问题产生发展的全过程，揭示其发 生的力学机制。 工程地质学的内容 岩土工程地质性质研究 土的物质组成、结构
9、、构造； 土的物理性质、力学性质； 各类土的工程地质特征； 岩石的工程地质性质； 岩体的工程地质性质及岩体工程分类。 工程动力地质作用研究 活断层和地震工程地质研究； . word 专业资料 斜坡变形破坏工程地质研究； 岩溶工程地质研究； 泥石流工程地质研究； 河流侵蚀和淤积的工程地质研究。 工程地质学的学习方法 在学习书本基础知识的同时， 应广泛查阅相关的文章， 参考具体的工程地质 实例，学习其所采取分析方法、 治理措施等， 掌握对各种工程动力地质作用分析 研究的思路和方法，能够用来解决实际问题。 本课程以讲授为主，同时辅以必要的习题、作业。考虑学时的限制，同学们 也可以自学。 . word
10、 专业资料 第一章土的物质组成与结构、构造 土： 由固体颗粒以及颗粒间孔隙中的水和气体组成的一多相、分散多孔的系统。 土层： 土具有成层特征，同一层内土的物质组成和结构、构造基本一致，工程地质性质 亦大体相同。 土体： 由性质各异、厚薄不等的若干土层，以特定的上、下次序组合在一起。 1 土的粒度成分 粒径和粒组的划分 粒径： 土颗粒的直径大小（mm ） 。 粒组： 指粒径在一定区段内其成分及性质相似的土粒组别。 划分原则 （1）首先考虑到在一定的粒径变化范围内，其工程地质性质是相似的，若超越了这个变化 幅度就要引起质的变化。 （2）要考虑与目前粒度成分的测定技术相适应 粒 组 统 称 粒组名称
11、粒径 d 范围（mm ） 分析 方法 主要特征 巨粒 漂石（块石）粒d200 直接 测定 透水性很大，压缩性极 小， 颗粒间无粘结， 无毛细性。 卵石（碎石）粒603 ，中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少。 级配良好的土Cu 5 且Cc=13 土按粒度成分的分类 砾粒起骨架作用，砂粒、粉粒起充填作用，粘粒起胶结作用。 土的粒度不同， 其性质差异较大， 土的工程地质性质在某种程度上可以认为是各粒组性 质的综合表现。 粒度成分的分类多种多样，我国各建设部门按其工程建筑特点，各拟定了本部门的粒度 分类，至今没有完全统一的通用分类。 通常， 粒度分类以两个粒径界限值将土粒分为三大组：巨粒土和含巨粒的土、粗粒
12、土、 细粒土。 土的名称 各粒组含量 / 巨粒 组60mm 粗 粒60 0.075mm 砾 粒60 2mm 细粒 50 ? ? ? ? 琰 茞 ? ? 砂类土2 2-0.5 0.5-0.25 0.25-01 伊利石 高岭石 矿物成分与粒度成分的关系 粒径大于0.075mm的各粒组，均由原生矿物所构成，其中漂石粒、卵石粒、砾粒， 其粒径往往大于矿物颗粒，多数是由母岩碎屑构成，一般具有的多矿物结构， 砂粒与原生矿物颗粒大小近似，往往是由单矿物组成，以石英最为常见。 粉粒组由原生矿物与次生矿物混合组成，其中以石英为主，其次为高岭石及难溶盐。 . word 专业资料 粘粒组主要由不可溶性次生矿物与腐植
13、质组成，有时也含难溶盐，其中粘土矿物是最 常见的矿物。 3 土中的水和气体 土中水的基本类型与特征 矿物成分水 结构水： 以 H+ 和 OH- 的形式存在于矿物结晶格架的固定位置上。 结晶水： 以分子形式和一定数量存在于矿物结晶格架固定位置上。 沸石水： 以分子形式不定量地存在于矿物相邻晶胞之间。 孔隙中的水 固态 重力水 自由水 毛细水 孔隙中的水液态 强结合水 结合水 弱结合水 气态粘性土的性质 土体中的气体 ：要为 O2、CO2、N2 土粒对气体的吸附强度：CO2 N2O2 H2 . word 专业资料 吸附气体 气体按存在的状态分为游离气体 密闭气体 4 土中的结构和构造 土的结构 ：
14、在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征,称为土的构造。 它包括土层单元体的大小，形态，排列和相互关系等方面。 土粒间的连接关系 按水的类型分为： 结合水连结：通过结合水膜将相邻土粒连结起来的形式。 毛细水连结：相邻土粒由毛细压力作用形成的连结。 胶结连结：由于土中某些盐类结晶将土粒胶结起来的连结。 冰连结：冰土的暂时性连结，融化后即失去这种连结。 土的结构类型 巨粒土及粗粒土的结构类型生成时重力起主要作用，颗粒之间以机械作用为主。 细粒土的结构类型 蜂窝状结构 均粒团聚结构 类型架状结构 . word 专业资料 非均粒团聚结构 土的构造 土的构造：在一定土体中，结构相对均一的土
15、层单元体的形态和组合特征,称为土的构 造。它包括土层单元体的大小，形态，排列和相互关系等方面。 层状构造 分散构造 类型 结核状构造 裂隙状构造 第二章土的物理性质 概念 所谓 土的物理性质 就是表示土中三相比例关系的一些物理量。 土的物理性质指标不仅可以描述土的物理性质和它所处的状态，而且在一定程度上反映 了土的力学性质。 土的物理性质指标的分类 一类是必须通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标； 一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标 . word 专业资料 ?为便于说明这些物理性质指标的定义和它们的换算关系， 常用三相图表示土体内三相的相对含量
16、。 1土的基本物理性质 V: 土的总体积(cm 3) Vs: 土中固体颗粒的体积 Vv: 土中孔隙的体积 Vw: 土中水的体积（cm 3） Va: 土中气体的体积 M:土的总质量（g) Ms: 土的固体颗粒的质量 Mw:土中水的质量（g） Ma:土中空气的质量（g） m V V v V s V a V w m a m w m s m v 固体 气体 液体 试验直接测定的物理性质指标 土粒密度 s和土的比重 Gs 定义：土的质量（或重量）与同体积4时纯水 的质量之比（无因次） cw s cws s s V m G 44 )()( cws s s V gm G 4 )( 土 粒 密 度 单位体积土
17、粒的质量，用s表示定义： 单位：Mg/m 3或 g/cm3 比 重 s s s V m . word 专业资料 土的比重Gs ?测定方法： 比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m 1。 然后把烘干土若干克(ms)装入空比重瓶内，再加纯水至满， 称瓶加水加土的质量m 2，按下式计算土粒比重 21 mmm m G s s s 土的密度和容重 密 度 单位体积土的质量，用表示定义： 单位：Mg/m 3 或g/cm 3 表达式： aws aws VVV mmm V m 容 重 定义：单位体积土的重量，用表示 单位：KN/m 3 表达式： g V gm V W 土的密度和容重 测定方法：环刀法
18、 . word 专业资料 干密度 d干容重d ?定义：单位体积内土粒的质量或重量 ?表达式： V m s d g V gm d s d 干密度 d干容重 d 土烘干，体积要减小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。 土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标，干密度或干容重越大表明土越密实，反 之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。 饱和密度 sat 与饱和容重 sat ?定义： 土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的 质量或重量 ?表达式： V Vm wvs sat g V VW sat wvs sat . word 专业资料 浮密度与浮容重 ?定义： 单位体积内土粒质量与同体积
19、水质量之差 ? 表达式： V Vm wss g wsat 各种密度之间的比较 土的含水率 ? 含水率： 土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示 ? 表达式： %100 s w m m w 土的含水率 测定方法：烘干法 先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在100 105 下烘干，称干土的质量。 dsat . word 专业资料 间接换算的物理性质指标 土的孔隙比e ? 定义： 土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示 表达式： s v V V e 土中孔隙率n ?定义： 土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示 表达式： %100 V V n v 土的饱和度S r ?定义： 土中孔
20、隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示 ?表达式： %100 v w r V V S . word 专业资料 物理性质指标间的换算 ? 常用的物理性质指标共有9个，一般说，已知其中任意3 个，通过换算，可以求其余6个。 孔隙 比与 孔隙 率的 关系 e e V V n v 1 n n e 1 干密度与湿密度和含水率的关系 w w V m d dd 1 1 w d 1 . word 专业资料 孔隙比与比重和干密度的关系 eV m ss d 1 1 d ws G e土颗粒 水 气体 e 1e s w s (1)w 1 s 饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系 e wG eV V S s w v w
21、r w s 当土饱和时，即为Sr=100则 ssat Gwe sat w饱和含水率 . word 专业资料 浮密度与比重和孔隙比的关系 e G eV Vm wswswss 1 1 1 砂土的密实性 密实程度描述：松、密 指标：相对密实度 （Relative Density ） 密实程度疏松的中密的密实的 相对密度0301510.7530 崩解速度崩解迅速崩解大为减缓崩解最慢 4 土的透水性和毛细性 土的透水性 ?透水性 ：水在土孔隙中渗透流动的性能。 达西定律（层流） 哲才定律（紊流） KIv 2 1 KIv 各种土渗透系数参考值 土的名称砾石粗砂中砂细砂粉砂粉土粉质粘土粘土 K(m/d) 5
22、0 50-20 20-5 5-1 1-0.5 0.5-0.1 0.1-0.01 10 10-1 1-0.01 0.01-0.001 尖角石英 长石 云母 粘土矿物 成分不同， 形成的结合水膜厚度不同，土的透水性也不同，亲水性粘土矿物成 分越多，土的透水性越低。 3.土的密 度：土越密实，土中孔隙越小，土的透水性降低。 4.水溶液的成分及密度：溶液中阳离子价数和水溶液浓度的增加，土的透水性降低。 5.土中的气体 ：气体越多，占据的孔隙也越多，土的透水性降低。 6.土的构造 ：土的渗透性表现出各向异性特征。 土的毛细性 ? 毛细性：指水通过土的毛细孔隙在弯液面力作用下向各个方 向运动的性能。（0.
23、002 0.5mm ） 常会造成土的沼泽化和盐渍化。 评价指标有：弯液面力、毛细上升 速度、毛细上升高度。 弯液面力 D D D P 4 4 2 DgDg P P ww c 03.04 H 1mmH2O =9.8067Pa 用水柱高度表示（m ） . word 专业资料 弯液面上升速度 A 、 B 间水力梯度为： l lP l Pl I cc )(0 弯液面上升速度 )( )( 0 0 0 0 I l lP n K II n K u c 弯液面上升高度 01I P H c c 不同类型土毛细上升高度 土的类别粗砂、中砂粉砂、细砂 粘 粒 较 少 的 细粒土 一般粘性土粘土 毛细上升高 度 Hc/m 0.35 0.351.2 1.22.5 2.03.0 1.04.0