工程方案地质学概论期末复习预习题目期末专业考试资料工程方案地质学复习预习资料.doc

|工程地质学：是一门研究与工程建设有关的地质问题，为工程建设服务的地质学科，它是地质学的分支学科，属于应用地质学的范畴。工程地质条件：与工程建筑物有关的地质条件的综合。 （岩土类型及其工程性质、地质构造地形地貌水文地质、工程动力地质作用、天然建筑材料）由于不同地区的地质环境不同，工程地质条件不同，对工程建筑物有影响的地质因素的主次关系不同。工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。工程地质研究方法：自然历史分析法 地质学分析 。研究地质体、地质现象、自然地质历史形成演化。地质基础工作。基本的研究方法。例如：斜体变形破坏研究。数学力学分析法 定量分析计算、评价 针对某一具体问题。地质分析为基础 地质模型 数学模型（理论经验公式等） 代入有关参数进行计算。 例如：刚体极限平衡法、弹塑性理论方法、数论统计方法、数值分析方法。还如，灰色理论、逻辑信息、摸糊数学、分形、神经网络等。 模型与模拟实验法 仿实体演绎 模型实验：如渗流、斜坡、地基渗透变形、洞室稳定等方面都可以进行。模拟实验：如光弹实验、电网络模拟（欧姆定律渗流达西定律） 、结构的网络模拟等。工程地质类比法 经验借鉴、对比 基础是相似性（地质条件与建筑工作方法） 如：专家判断、经验参数使用。上述方法各有特点，相互补充，综合应用。活断层指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层（即潜在活断层） 。活断层的类型按照位移方向与水平面的关系：（1）正断型活断层差异升降活动为它的断陷盆地边缘。下降盘分支断层多见，形成地堑式的正断层组合。（2）逆断型活断层 多分布于板块碰撞挤压带。上盘变形带大，出现多分支断|层。 （3）走滑型活断层 常分布于大陆内部的地块之间的接触部位，水平错动量大，断层带宽度不大，很少分支断裂。活断层的活动方式基本有两种：（1）粘滑型活断层间歇性突然滑动，常伴有地震活动，也称为地震断层。发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强，危害大。发震断裂特征：深断裂，裂谷，板块接触带。 （2）蠕滑型活断层沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动发生在强度较低的软岩中，断层带锁固能力弱一般无震发生，有时可伴有小震。活断层的鉴别标志（一）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，是活断层最可靠的地质特征。 （2）地貌特征，由于活断层的构造地貌格局清晰，许多方面可作为其鉴别特征。 （3）水文地质特征，活动断层带的透水性和导水性较强，因此当地形、地貌条件合适时，沿断裂带泉水常呈线状分布，且植被发育。 （二）历史地震和历史地表错断资料，历史上有关地震和地表错断的记录，也是鉴别活断层的证据。 （三）使用仪器鉴定。活断层的调查研究方法通过有效的调查、分析手段，才能确定断层的活动性证据，进而确定活断层的位置、展布方向、活动特征等. 通常采用的方法包括：现有资料查阅；航卫片解读；区域地质调查；现场勘探；年龄测量；监测等。活断层研究首先应从较大的地域范围内进行研究，初步确定活断层展布，和位置、长度等，这些可以采用区域地质资料，大范围地质调查，以及航卫片解译的方法进行。调查分析中，要注重区域大的地质构造背景，水系，地形地貌，第四纪沉积物等研究. 对建筑场地内或附近的活断层，要进行更加深入的研究，开展必要的钻探、坑探、物探工作。采用探槽方式揭露断层带，对揭露断层的地层及活动构造变形形迹进行细致考查研究，通常应配合岩土取样进行构造分析及有关地层的年龄测定。良好的露头，可以显示大量有用的信息，得到断层错动次数、错动量、错动周期等有用参数。 年龄测定可以根据情况分别采取断层构造岩、断层带充填物、断层两侧不同时代的地层物质的样品，采用|C14、热释光、电子自旋共振等方法进行年龄测定。活断层区的建筑原则 1、建筑物场址一般应避开活动断裂带2、 线路工程必须跨越活断层时，尽量使其大角度相交，并尽量避开主断层3、 必须在活断层地区兴建的建筑物，应尽可能地选择相对稳定地块即“安全岛” ，尽量将重大建筑物布置在断层的下盘。4、 在活断层区兴建工程，应采用适当的抗震结构和建筑型式5、震级是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量大小所决定。6、烈度地面震动强烈程度，受地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质条件的影响。在工程应用中常有地震基本烈度和设防烈度(设计烈度) 之分。地震基本烈度：一定时间和一定地区范围内一般场地条件下可能遭遇的最大烈度。一个地区的平均烈度设防烈度(设计烈度) ：是抗震设计所采用的烈度。是根据建筑物的重要性、经济性等的需要，对基本烈度的调整。砂土液化饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。卓越周期地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。震区抗震原则及措施(1)场地选择原则 1)避开活断层 2)尽可能避开具有强烈振动效应和地面效应的地段 3)避开不稳定斜坡地段 4)尽可能避开孤立地区、地下水埋深浅的地区。(2)抗震措施( 持力层和基础方案的选择)1)基础砌置在坚硬土层上 2)砌置深度应大一些，以防发震时倾斜 3)不宜使建筑物跨越性质不明的土层上 4)建筑物结构设计要加强整体强度，提供抗震性能。|斜坡工程斜坡变形的四种形式(1) 卸荷回弹，卸荷、初始应力释放 侧应力减弱 产生张裂面(2) 拉裂，斜坡形成过程中，在坡面和坡顶形成的张力带中拉应力集中形成拉张裂缝。(3) 蠕滑 ， 斜坡岩土体在自重应力为主的长期作用下,向临空面方向的缓慢而持续的变形。 A. 表层蠕滑：斜坡浅层岩土体在重力的长期作用下，向临空面方向缓慢变形构成一个剪变带，其位移由坡面向坡内逐渐降低直至消失。 B. 深层蠕滑：主要发育在斜坡下部或坡体内部。按其形成机制特点可分为两种： 软弱基座蠕滑 坡体蠕滑（受软弱结构面控制） 。(4) 弯曲倾倒： 由陡坡或直立板状岩体组成的斜坡,当岩层走向与坡面走向大致相同时，在自重的长期作用下，由前缘开始向临空方向弯曲、折裂，并逐渐向坡内发展的变形，称为弯曲倾倒。斜坡破坏的两种形式 1.崩塌，陡坡上的岩土体产生以下落运动为主（移动、滚动、跳跃）的破坏现象。 （土崩、岩崩） 。2.滑坡斜坡岩土体依附于内在的或潜在的贯通结构面，在外力作用下，失去原来的平衡状态，产生了以水平运动为主的滑动现象。滑坡指斜坡上不稳定的岩体或土体在重力作用下，沿一定的滑动面（带）整体向下滑动的地质现象。滑坡的识别（一）稳定滑坡地貌特征：1、滑坡后壁较高，长满树木，找不到擦痕和裂隙；2、滑坡前缘的斜坡较缓。土地密实，长满草木，无松散倒塌现象 3、滑坡两侧的自然沟谷切割很深，谷底基岩出露 4、滑坡台阶宽大且已夷平，土地密实。无陷落不均现象。5、滑坡体较干燥，地表一般没有泉水或湿地，滑坡后泉水清澈 6、滑坡前缘舌部有河水冲刷的痕迹，舌部的细碎土石已被河水冲走，残留一些较大的孤石。 （二）不稳定滑坡地貌特征：1、滑坡后壁高陡，未长满草木，常找到擦痕和裂隙；2、滑坡前缘的斜坡较陡。土地松散，|未生草木，不断产生小量倒塌现象 3、滑坡两侧多是新生沟谷切割较浅，沟底多为松散堆积 4、滑坡台阶尚保存台坎，土体松散，地表有裂缝，陷落不均现象。5、滑坡体湿度大，地表泉水和湿地多，舌部泉水流量不稳定 6、滑坡前缘正处在河水冲刷的条件下滑坡的防治措施 1、排，排除地表水（采用截水沟、树枝状排水沟等排水构造物） 、疏干地下水（采用盲沟、盲洞来疏导、引流。 ）2、挡，修建支挡建筑物，如抗滑挡墙、抗滑桩，改善滑坡体的力学平衡条件。3、减，刷方减重以减少下滑力，填方加压以增大抗滑力。4、固，对于较大滑坡，可采用锚固桩，对单斜构造的岩层滑坡可采用锚杆锚固；还可采用焙烧滑面体使之胶结，裂隙土和大孔隙土可用水泥浇灌或沥青胶结。渗透变形当渗透压力达到一定值时，岩土中一些颗粒甚至整体就会发生移动而被渗流携走，从而引起岩土的结构变松，强度降低，甚至整体发生破坏的工程动力地质作用或现象。渗透变形的类型（1）管涌（或潜蚀）：是渗透变形的一种形式，它是指在渗流作用下土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙通道中发生移动并被带走的现象。（2）流土：在渗流作用下一定体积的土体同时发生移动的现象，称流土或流沙 。流土在渗流作用下一定体积的土体同时发生移动的现象，称流土或流沙 。管涌是渗透变形的一种形式，它是指在渗流作用下土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙通道中发生移动并被带走的现象。土石坝防治渗透变形的措施兴建于松散土体上的土石坝，防治渗透变形的主要措施有：垂直截渗，常用的方法有：1.粘土截水槽 2.灌浆帷幕 3.混凝土防渗墙水平铺盖，当透水层很厚，垂直截渗措施难以奏效时，常采用此法。措施是在坝上游铺设粘性土铺盖，该粘性土的渗透系数应较下伏坝基小 2-3 个|数量级，并与坝体的防渗斜墙搭接。水平铺盖措施只是加长渗径而减小水力梯度，它不能完全截断渗流。应注意铺盖被库水水头击穿而失效排水减压，在坝后的坝脚附近设置排水沟和减压井作用：吸收渗流和减小溢出段的实际水力梯度反滤盖重 ，反滤层是保护渗流出口的有效措施。保证排水通畅、降低溢出梯度、盖重作用岩溶水（包括地表水和地下水）对可溶性岩石进行的以化学溶蚀作用为主的改造和破坏地质作用以及由此产生的地貌及水文地质现象的总称。岩溶发育的条件（1）具有可溶性岩石（2）具有溶蚀能力的水（3）具有良好的水循环交替条件混合溶蚀效应不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。1. 两种不同饱和溶液的混合溶蚀效应指两种或两种以上不同饱和度水溶液，在碳酸盐岩体内相遇，混合后的溶液较原来的溶液溶解性增强。两溶液的溶解度相差越大，相混合后，侵蚀性越大。实际上，自然界中溶液大都比较接近，相混合一般能再溶解 1%-2%的 CaCO32. 不同温度溶液的混合溶蚀相效应如果有两种温度不同而饱和度相同的水相混合，或一种水溶液由高温变为低温，都可以加大 CO2 的溶解度，从而加强溶液的溶蚀能力。岩溶渗漏的防治措施归纳起来有两方面措施：一是降低岩体透水性；二是封堵渗漏通道。常用灌、铺、堵、截等措施。1、灌浆：通过钻孔向岩体灌注水泥、沥青、粘土等浆液，充填裂隙、洞穴，降低岩体的透水性，形成防渗墙，达到防渗目的。2、铺盖：在地表水（如库水）入渗地层（如坝上伏）铺设一定高度的粘土等隔水层，阻止水体向地下入渗。3、堵截：用块石、混凝土等材料对规模较大的渗漏通道进行填塞封堵，|截断水流。由于岩溶洞体循环于水位变动与无水饱气等复杂状态，有时封堵不当，在洪水期水位突然上升情况下，形成较高的水气压力，或下水位下降形成负压，即可能对堵体及洞体产生破坏作用，形成塌陷等，从而加剧渗漏作用。对此，常常还可以采取疏导措施。岩溶地基的处理措施，当岩溶地基不能满足要求时，必须进行处理。根据实际情况可考虑选择如下措施：（1）挖填：浅埋洞体，可挖除软弱充填物，回填强度高的土石体。（2）跨盖：当基础下有小溶洞时，可以采用梁板跨越或柱？支架的办法保证基础稳定性。（3）灌浆加固：对于洞体埋深较大时，可采用钻孔灌浆的办法堵填洞穴。（4）对于覆盖层堆可采用夯实等处理办法。此外，可以改变基础形式。如桩基础，或采取绕避等措施。泥石流是发生在山区的一种含有大量泥砂、石块的暂时性急水流。泥石流形成条件（1）地形地貌条件：在地形上具备山高沟深，地形陡峻，沟床纵度降大，流城形状便于水流汇集。泥石流的地貌一般可分为形成区、流通区和堆积区三部分。上游形成区的地形多为三面环山，一面出口的瓢状或漏斗状，地形比较开阔、周围山高坡陡、山体破碎、植被生长不良，这样的地形有利于水和碎屑物质的集中；中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷，谷床纵坡降大，使泥石流能迅猛直泻；下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或河谷阶地，使堆积物有堆积场所。 （2）地质背景条件：地质条件主要决定了松散固体物质的来源。 泥石流强烈发育的山区，都是地质构造复杂、岩石风化破碎、新构造运动活跃、地震频发、崩滑灾害多发的地段。 （3）地层岩性：在地质构造控制下，一个地区的地层岩性与泥石流发育和形成也有密切的关系。由于风化速度的差异，岩性软弱的岩层或软硬相间的岩层比岩性均一的坚硬岩层易|遭破坏，提供松散物质也就越易，对于形成泥石流就越有利。 （4）地震：地震是释放地壳应力和地壳应变能量的重要方式之一。地震特别是强震可显著降低表层的强度，破坏自然斜坡的稳定性。地震所激发的滑坡等，是地震力对斜坡变形的直接效应，7 级以上的强震还可产生大量地震断层，这些都直接增加了泥石流固体物质来源。 地震对泥石流发育和分布的影响大小主要受地震烈度的控制。一般在 7 度以上的地区，地震对泥石流发育和分布影响显著。 （5）气象水文：气象水文是激发泥石流发生的决定性因素，泥石流形成必须有强烈的地表径流，地表径流是暴发泥石流的动力条件。泥石流的地表径流来源于暴雨、高山冰雪强烈融化和水体溃决等。泥石流的形成条件必须具备三大条件：地形条件、地质条件和气象水文条件。1.地形条件：主要指沟谷条件 2.地质条件：主要决定了松散固体物质来源 3.气象水文条件：水动力条件这可以从泥石流的形成、活动过程加以理解泥石流的地貌分区标准型泥石流：流域呈扇形，其面积较大，有十几至几十平方公里，能明显地划分出形成区、流通区和堆积区河谷型泥石流：流域呈狭长条形，形成区多为河流上游的沟谷，固体物质来源于沟谷中分散的坍滑体。沟谷中一般常年有水，故水源较丰富。流通区与堆积区往往不能明显分开，在流通区内既有冲刷，又有堆积。山坡型泥石流：流域面积较小，一般小于 1km2。流域呈斗状，无明显流通区，形成区与堆积区直接相连。泥石流治理措施 1）治水为主的方案：利用蓄水、引水和截水等工程控制地表洪水径流，削减水动力条件，使水土分离，稳定山坡。辅之少量拦挡、排导工程稳定部分土体，适用于水力类泥石流沟的治理。2）治土为主的方案：利用拦挡、支护工程，拦蓄泥石流固体物质，稳定沟岸崩塌及滑坡；同时辅以排导、截水工程等。适用于土力类崩塌滑坡型泥石流沟的治理。3）排导为主的方案：利用排洪道、渡槽等工程，排泄泥石流，控制泥石流的危害。 4）综合治理方|案：在具体实施泥石流的防治时，宜采取坡面、沟道兼顾，上下游统筹的综合治理方案。一般在沟谷上游以治水为主，中游以治土为主，下游以排导为主。冲积平原形成条件在地质构造上须是相对下沉或相对稳定的地区，在相对下沉区形成巨厚冲积平原，在相对稳定区形成厚度不大的冲积平原；在地形上须有相当宽的谷地或平地；须有足够的泥沙来源。地上悬河形成条件：地上悬河，它是平原河流的一种特殊类型。所谓地上悬河，是指河床高于其两岸地面的河流。据研究，地上悬河的形成必须同时具备三个基本条件：河水中抛带着大量的敏感土粒；河水中有相当大部分为敏感水流；河流具有足够广阔可能被泛滥的而积。与河流淤积作用有关的工程地质问题以水库淤积较为典型，其影响也较深远。