2023年工程地质及土力学笔记.docx

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1、第一章岩石和地质构造1地球：外部：大气圈，水圈，生物圈内部：地壳，地幔，地核2地壳以大陆漂移，板块运动，火山，地震等不同形式运动。3地幔：上地幔的物质成份重要为镁铁的硅酸盐，物质呈结晶质的固体，塑性增大。下地幔的物质成份除硅酸盐外尚有金属氧化物硫化物，特别是铁镍成分增长。4组成地壳的基本物质是岩石，按其成因分为岩浆岩，沉积岩，变质岩。5造岩矿物：指组成岩石的矿物，常见矿物有：斜长石，正长石，石英，白云母，角闪石，辉石，橄榄石，方解石，石榴石。6造矿矿物：指组成矿石的矿物，常见的有磁铁矿，黄铁矿，黄铜矿，方铅矿。7次生矿物：自然界的矿物在地质作用形成的过程中，同时又受到各种地质作用而不断发生变化

2、，当外界条件改变时，矿物内部构造和性质就会发生变化，形成新的次生矿物。8硬度等级：滑石(1)石膏(2)方解石(3)萤石(4)磷灰石(5)正长石(6)石英(7)黄玉 (8)刚玉(9)金刚石(10)9岩浆岩：深成岩：花岗岩，正长岩，闪长岩，辉岩，橄榄岩。产状：岩基，岩株（等粒状，有时为斑状）浅成岩：花岗斑岩，正长斑岩，玢岩，辉绿岩。产状：岩脉，岩床，岩盘（斑状）喷出岩：流纹岩，粗面岩，安山岩，玄武岩。产状：熔岩流（玻璃状，有时为细粒斑状）10根据岩浆岩的化学成分和矿物成分，可分为下几类酸性岩类：以石英，正长石为主，含少量的角闪石和黑云母，岩石的颜色为浅色，比重小。中性岩类：以正长石，斜长石，角闪石

3、为主并含少量的黑云母及辉石，颜色比较深，比重大。基性岩类：以斜长石，辉石为主，含少量角闪石及橄榄石，岩石的颜色深比重大。超基性岩类：以橄榄石，辉石为主，含少量的硅铝矿物，岩石的颜色很深比重较大。11岩浆岩结构：玻璃质结构（非晶质结构）隐晶质结构，全晶质粒状结构（粗粒，中粒，细粒，微粒，等粒，不等粒，斑状结构）。12岩浆岩的构造：块状构造（如花岗岩，花岗斑岩等深成，浅成岩体）流纹状构造（如波纹岩构造）气孔构造或杏仁构造（如玄武岩）13酸性岩类：花岗岩，花岗斑岩，流纹岩中性岩类：正长岩，正长斑岩，粗面岩，闪长岩，闪长玢岩，安山岩基性岩类：辉长岩，辉绿岩，玄武岩14岩浆岩的表观鉴定：了解它的来源及野

4、外产状;颜色辨识拟定岩石标本的酸性或基性类别，基性色深，酸性色浅; 辨识矿物成分，区分岩石类别; 观测辨认岩石的结构和构造，拟定岩石的名称。15沉积岩的组成物质：碎屑物质，粘土矿物，化学沉积矿物，有机质及生物残骸。16沉积岩的结构：碎屑结构（砾状结构，砂质结构，硅质胶结，铁质胶结，钙质胶结，泥质胶结）泥质结构，结晶结构，生物结构。17沉积岩的构造：层理构造是沉积岩的重要构造形式。层理构造，层面特性和含化石等是沉积岩区别于基它岩类的特性。18沉积岩的表观鉴定:一方面区分岩石类别，拟定属于沉积岩后再作进一步分析。沉积岩与其它岩类的区别：沉积岩重要的组成成分为沉积岩矿物；具有明显的层理构造，层理面光

5、滑清楚，易于辨认；具有碎屑结构，泥质结构和单一全晶质结构。区分沉积岩的结构特性，拟定沉积岩类型。按照组成岩石的矿物成分和颗粒大小拟定岩石的名称。19由于地球内力和外力作用的影响，使地球物质和物理化学条件发生了变化，引起原地壳中固体岩石发生矿物成分、结构和构造甚至化学成分的改变，从而形成新的岩石,这一促使岩石发生性质改变的作用称为变质作用。由岩石经变质作用后形成新的一类岩石称为变质岩。20重要的变质类型：热液变质作用、接触变质作用、动力变质作用、区域变质作用。21变质岩特点:矿物成分中具有特有的变质矿物;具有变质岩结构（粗粒变晶结构 、斑状变晶结构、碎裂结构、糜棱结构）；变质岩的构造（片麻状构造

6、，片状构造，千枚层状构造，板状构造。块状构造）。22变质岩的鉴定方法：一方面区分变质岩类属，观测岩样外观构造与结构，辨识矿物成分，凡具有片理构造与块状构造、变晶质结构和变质矿物者为变质岩。进一步观测变质岩构造类型。辨识岩样的矿物成分及变晶结构，拟定岩石的名称。23地质年代划分的依据：按照古生物演化的规律区分地层的相对年代。按照沉积岩的沉积规律通过对比分析，拟定相对地质年代。按岩浆侵入体与围岩的关系拟定岩浆的相对地质年代。24水平运动造山运动，垂直运动造陆运动。25新生代第四纪Q第三纪R晚第三纪N早第三纪E中生代白垩纪K中生代侏罗纪J三叠纪T古生代上古生代二叠纪P石炭纪C泥盆纪D下古生代志留纪S

7、奥陶纪O寒武纪26产状的三要素：走向、倾向、倾角。27褶曲的基本形态：背斜褶曲：岩层向上拱起，轴部为较老的岩层，两翼为较新的岩层。向斜褶曲：岩层向下凹的弯曲。轴部为较新的岩层，两翼为较新的岩层。28褶皱构造：地壳中的岩层受到地壳运动应力的强烈作用，或是挤压，或是不均匀升降和隆起，使岩层形成一系列波浪起伏有弯曲状而未丧失其连续性的构造，称为褶皱构造。29褶曲的形态类型：直立褶曲，倾斜褶曲，倒转褶曲，平卧褶曲。上述各种类型的褶曲构造中，褶曲轴面和两翼产状、岩层的倾斜限度以及枢纽的倾斜和延伸的长短等，充足反映地层组成岩层的性质与地壳运动作用力的大小和强烈限度有关。30褶皱是褶曲的组合形态。两个或两个

8、以上褶曲构造的组合，称为褶皱构造。31穿越地质观测：假如在观测线路通过的地带，岩层有规律的反复出现必然为褶曲构造。32根据断裂发育的限度，按断裂后相邻两岩块间的相对位移，把断裂构造分为节理和断层。33张节理的特点：节理裂口是张开的，裂口较宽，往深处逐渐变小而闭合；节理面粗糙，很少有擦痕；节理间距较大而不均匀，沿走向和倾向均延伸不远。34剪(扭)节理的特点：节理面多为垂直闭合的裂缝；走向稳定，分布较密，延伸较远；裂隙面光滑，常有擦痕；由于挤压力作用，剪节理常形成互相交叉“X”状节理；受扭应力作用，常形成平行分布。35岩体中存在节理构造，会使岩体的完整性受到破坏，减少岩体的强度和变形性能，增大其透

9、水性，促进岩层的风化的发展，且按照其发育的限度、性质、产状及分布规律，影响工程设计岩体的变形，渗透和稳定性。36断层受力作用断裂后，岩层沿着破裂面产生显著位移的断裂构造，称为断层。37断层面上常留有擦痕及糜棱岩、断层角砾和断层泥等。38正断层：上盘沿断层面相对下降，下盘沿断层面相对上升的断层，称为正断层。逆断层：上盘沿断层面相对上升，下盘沿断层面相对下降的断层，称为逆断层。39断层的地层特性：断层引起岩层沿断层产生显著的位移，必然使地层顺序产生错位，使不同时代岩层的顺序地表出露产生缺失、反复、岩脉错开和岩层沿走向忽然发生中断与不同岩层忽然接触的现象。40断层的地貌特性：断层三角面地形，沟谷地形

10、，山脊被错断，错开，河谷跌水瀑布，河谷方向产生忽然转折。41断层的形迹特性：岩层牵引弯曲断层角砾，断层擦痕以及断层泥，糜棱岩。42断层及断层破碎带对工程的影响：由于断层两盘和互相错动，到使断层面及两侧岩层形成一定范围的破碎带，岩石破碎，节理裂隙发育，风化严重，强度显著减少，渗透性增大，形成地下水集中渗流的通道。断层对工程建筑会导致极为不利的影响，引起地基的不均匀变形和局部破坏，边坡失稳、坍塌；堤坝通过断层将产处渗流；隧道则会洞顶塌落、涌水等，严重影响工程正常施工和工程安全，妨碍工程正常使用。43岩石的工程性质重要与组成的矿物成分，结构与构造及风化作用限度等有关，而岩体的工程性质除了决定于岩石的

11、物理力学性质外，重要与岩体内部被裂隙等切割密度，软弱破碎带等有关44岩石比重（G）G=WsVs . ws:体积为V的岩石固体部分的重量（g）Vs:岩石固体部分（不涉及孔隙）的体积（m3） :单位体积水（4）的重量（kmm3）岩石重度（） =WV W:岩石试件重量V：试件的体积干重量(d) d=WsV Ws:岩石试件烘干后的重量 V：岩石试件的体积孔隙率n=VnV+G-dG100; nb=VnbV100; n0=Vn0V100%; ns=VnsV100%; nc=VncV100%V:岩石体积（m3）Vn ：岩石孔隙总体积（m3）Vnb:岩石大开型孔隙体积（m3）Vns:岩石小开型孔隙体积（m3）

12、Vnc:岩石闭型孔隙体积(m3)45岩石吸水率（1） 1=WWlWs100%Wwl:吸水的重量Ws=nb=VnbV=d146岩石是指由一种或多种矿物所组成，并具有结构与构造特性的固体岩块；而岩体则为由一种或多种岩石构成的地质体，包含岩层的层理，节理断层，软弱夹层等类结构面和由结构切割成大小不一、形状各异的岩块（或称结构体）所组成的复合体。岩体的强度较低，变形较大。47形成土层的自然地质条件（如风化、剥蚀、搬运、沉积）和沉积环境（如河流、湖泊、海洋、洞穴等）是多种多样的。48残积土层：简称残积层，上残留在原地未被搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物，而另一部分则被风和降水所带走。49坡积土层：是雨

13、雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。50洪积土层：由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或出前倾斜平原而形成洪积土层。51冲积土层：是由河流的流水作用将碎屑物质搬运到河谷中坡缓的地段堆积而成的，它发育于河谷内及山区外的冲积平原中。根据河流冲积物的形成条件，其可分为河床、河漫滩相、牛轭湖、河口三角洲相及溺谷相。52岩石通过风化和其它外力地质作用及人类活动等被破碎、分散和搬运，在各种地质沉积环境、下形成具有一定结构性的松散产物，称为土。在土的形成

14、过程中，有些残留在原地形成残积层，有些通过风、水、冰川等的剥蚀、侵蚀，搬运，在某一适当的沉积环境下，按一定的沉积规律形成层状的沉积层，称为土层。第二章建筑工程地质问题1风化作用：指岩石中发生的物理和化学作用，其结果导致岩石的强度和稳定性减少，对工程建筑条件导致不良的影响。2风化作用的类型：物理风化，化学风化，生物风化。3物理风化作用：指岩石在风化力的影响下产生的一种机械破碎作用。（它不改变岩石的化学成分，引起岩石物理风化作用的重要因素是温度变化和岩石裂隙中水的冻结。）4化学风化作用：指地表岩石在与水、氧气、二氧化碳和生物分解的气体及有机质等长期接触的条件下逐渐发生化学反映而分解破坏的过程。（它

15、不仅改变岩石的物理状态，并且改变其化学成分。5岩石风化有产物重要为风化壳和残积土层。6地面流水涉及坡流、洪流和河流三种。7河流的地质作用涉及侵蚀，搬运和堆积。8流水产生的侵蚀作用涉及溶蚀和机械侵蚀（冲刷，淘蚀）。9由于侧蚀作用，河道愈来愈曲，河谷不断加宽。10当河曲发展到一定限度时，在河曲的上下段河槽最窄处易被洪水冲开，河流可顺利取直畅流，这称为河流的截弯取直现象。被废弃的河曲逐渐淤塞断流形成牛轭湖，继而发展为沼泽。11河岸的防护：对河岸淘蚀破坏地段采用的防护措施可分两类：一类是采用直接防护边岸不受冲蚀人措施，如抛砖、铺砌、混凝土块堆砌、混凝土板、护岸挡墙、岸坡绿化等；另一类是调节径流以改变水

16、流方向、流速和流量。12滑坡是斜坡上的岩土体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿斜坡内某些滑动面整体向下滑移的现象。13滑坡形成的条件一方面是滑动的岩土体具的整体性；另一方面斜坡上岩体的移动方式为滑动。14滑坡有发育过程：蠕动员变形阶段，滑动破坏阶段，渐趋稳定阶段。15影响滑坡的重要因素：斜坡外形，岩性，构造，水，地震，人为因素。16滑坡的治理原则是：防止为主，防治结合；查明情况，对症下药；综合整治，有主有次；早治小治，贵在及时；力求根治，以防后患；因地制宜，就地取材；安全经济，对的施工。17滑坡的治理措施：绕避滑坡：在选择场址时，应通过工程地质勘察，对场址的稳定性作出判断，查明是否有滑坡存在，

17、对大、中型滑坡，以绕避为宜，以免对场址导致危害削坡减载：重要是通过削减坡角或减少坡高来减轻斜坡不稳定部位的重量，以减少滑坡下滑力。支挡：采用抗滑桩、挡土墙和抗滑锚杆等形式增长滑坡下部的抗滑力排水防水：做好地表和地下排水工作，减轻水对滑坡导致的危害性。18岩石节理的发育限度是决定出坡稳定性的重要因素。19防止崩塌的措施：通过爆破或打楔的方式来削缓陡崖，清除危石；堵塞岩体裂隙或向裂隙内灌浆，以胶结岩石，提高危岩的稳定性；引导地表水，以免岩石强度发生迅速变化；对斜坡进行铺砌覆盖，或在坡面上喷浆，以防止岩坡风化，避免斜坡进一步变形，提高其稳定性。20泥石流是出区特有的一种不良地质现象，它是由暴雨或上游

18、冰雪消融形成有携带有大量泥土和石块的间歇性洪流。21泥石流具有忽然发生、来势凶猛、历时短暂、破坏力强的特点。22泥石流的流域可划分为形成区，流通区和排泄区。23泥石流一般以防为主，采用避“强”制“弱”、局部防护、重点解决和综合治理的原则。24泥石流的防止措施：上游地段做好水土保持工作；疏导地表水和地下水；修筑防护工程；修筑支挡工程；25泥石流的治理措施：拦截措施，滞流措施，、疏排和利导措施。26地表水和地下水对土层的溶蚀和冲刷作用导致产生空洞，空洞扩展而导致地表陷落，形成土洞。27岩溶和土洞对建筑物的稳定性和安全性有不利影响。这是由于：岩溶水对可溶岩体进行溶蚀，使岩石产生孔洞，结构变得松散，从

19、而减少了岩石的强度，增大其透水性；石芽、溶沟和溶槽导致地表基岩面不均匀；漏斗的形成和扩张影响地面的稳定性；溶洞的土洞的分布密度、发育情况和埋深等对地基的稳定性有影响，特别是当场地抽水影响到土洞和溶洞顶板的稳定期，将导致地表塌陷，危及地面建筑物的安全。28岩溶与土洞地基的防治：挖填：挖除溶洞或土洞中的软弱充填物，回填以碎石，块石或混凝土等并分层夯实，以达成改良顾基的目的。跨盖：当洞埋藏较深或洞顶板不稳定期，可采用跨盖方案。当溶洞或土洞埋藏较深，不也许采用挖填和跨盖方法解决时，对于溶洞，可采用水泥或水泥粘土混合灌浆于岩溶裂隙中；对于土洞，可在洞体范围内的顶板打孔灌砂或砂砾，应注意灌满和密实。对自然

20、降雨和生产用水应防止下渗，采用截排水措施，将水引至它处排泄。打桩：土洞埋深较大时可用桩基解决。29地震是由于地球的内力作用而产生的一种地壳振动现象，重要发生于近代造出运动区和地球的大断裂带上。30发生断层时，岩石释放的弹性能以振波的形式传播到周边岩石上，引起相邻岩石的振动，称为地震。31地震可按成因分为四类：构造地震、火山地震、陷落地震和人工触发地震。32地震波分为体波和面波，体波有两种纵波和横波其传播速度是所有震波中最快的。面波的传播速度是所有震波中最慢的。33震级是依据地震释放出的能量来划分的，地震释放的能量越多，震级就越大。34地震烈度是表达某地受地震影响的破坏限度，它不仅取决于地震的能

21、量，同时也受震源深度，与震中的距离，地震波的传播介质以及表土性质等条件的影响。35地震烈度可分为基本烈度、建筑场地烈度和设计烈度三种。36地震对场地产生的破坏效应有地震力效应、地震破裂效应、地震液化效应和地震激发地质灾害效应等。37地震破坏方式有共振破坏、驻波破坏、相位差动破坏和地震液化破坏四种。第三章土的渗透性与渗流1水通过土中连续孔隙流动称为渗流，土被水渗流通过的性能称为渗透性。2总水头高度 h=z+u+v22gZ:该点对任一点选定的基准面的高度，表达土体中水单位重量所具的的位能。U:土中水压力，又表达土中水具有的压力势能，u为孔隙中水压力的水柱高度，或称压力水头，代表该点的压力势能。V:

22、该点的渗透流速，g为重力加速度，v22g代表该点的流速水头，为该点所具有的动能。h:总水头高，为该点的位能，动能的总水头。3达西定律：v=QA=kiV:流速 Q:流量 A：土试样截面积 K:渗透系数。4在稳定层流状态下，渗透流量速度v与水力梯度i的一次方成正比，并与土的渗透性能系数k有关。5渗透水流实际的平均渗透流速vs=1nvn：土的孔隙率 n=e1+e e：孔隙比6密实粘土的非达西渗透v=k(i-i0) i0：起始水利梯度7常水头实验：Q=vt=kiA=kAhL k=VAtLh (V：水量)8变水头实验：k=aLA(t1-t2)lnh1h2 k=2.3aLA(t2-t1)logh1h29一

23、般粘性土水平向渗透系数与竖向渗透系数之比为11.510流网的性质：流线与等势线彼此正交；假如在流网中各等势线间的差值相等，各流线间的差值也相等，则网格的长宽比为1，则流网网格呈曲线正方形；相邻两等势间的水头损失相等；相邻两流线间的水流通道称为流槽，流网上各流槽的流量相等。11渗透流量q=vA=kis*1=khLs 当L=s时q=kh12渗透阻力Fs=Lh 渗透力 j=fs=i13临界水力梯度ic= =(Gs-1)1+e ic=GS-11+e （Gs、e分别为土粒的比重和孔隙比）14流土：在渗流向上作用时，土体表面局部隆起或者土颗粒群同时发生悬浮和移动的现象称为流土。15管涌：是渗透变形的另一种形式。是指在渗透水流的作用下，土体中的细土粒在粗土粒间的孔隙通道中随水流移动并被带出流失的现象。（管涌一般产生在砂砾石地基中）16=+u u=h=h1+h2 （ :总应力 有效应力 u：孔隙水压力）