工程地质学基础

工程地质学基础绪论一、名词解释工程地质学：地质学的一个分支学科，是一门研究与工程建设相关的地质环境问题，是工程 科学和地质学相交叉的一门边缘学科。地质工程(Geoengineerig):指以地质体为工程结构.以地质体为工程的建筑材料，以地质环 境为工程的建筑环境修建的一种工程。工程地质条件(Engineering geological condition)：指与工程建筑物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，是一个综合概念。工程地质问题(Engineering geological problem)：工程地质条件与建筑物之间所存在的矛盾 或问题。二、填空 工程地质学发展趋势是环境工程地质、矿山工程地质、地震工程地质、海洋工程地质 五、简答工程地质学的任务是什么？ 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； 论证建筑物所存在的工程地质问题，并进行定性和定量评价，做出确切结论； 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； 研究工程建筑物建成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。工程地质学的研究方法是什么？工程地质学的研究方法主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地 质类比法。自然历史分析法即为地质学的方法，它是工程地质学最基本的一种研究方法。工程地质学所研究的对象地质体和各种地质现象，是自然地质历史过程中形成的，而且 随着所处条件的变化，还在不断地发展演化着。查明各项自然地质条件和各种地质现象以及它们之间的关系，预测其发展演化的趋势及结果数学力学分析法是在自然历史分析的基础上开展的，对某一工程地质问题或工程动力地质现 象在进行自热历史分析之后，根据所确定的边界条件和计算参数，运用理论公式或经验公式 进行定量计算。由于自然地质条件比较复杂，在计算时时常需要把条件适当简化，并将空间问题简化为平面 问题来处理。一般的情况是，先建立一地质模型(物理模型)，随后抽象为数学模型，代入各 项计算参数进行计算。模型模拟试验法在工程地质研究中也常被采用，它可以帮助我们探索，自然地质用的规律， 揭示某一工程动力地质作用或工程地质问题产生的力学机制以及发生、发展演化的全过程， 以便我们作出正确的工程地质评价。工程地质类比法在工程地质研究中也是常用的一种方法，也可以用于定性评价，也可作半定 量评价。它是将已建建筑物工程地质问题的评价经验运用到自然地质条件与之大致相同的拟 建的同类建筑物中去。 我国工程地质的研究现状是什么？ 岩体工程特性研究和岩体工程地质力学的创立 区域工程地质和区域地壳稳定性研究 环境工程地质和地质灾害的研究 特殊土结构和工程特性的研究 工程地质勘察的理论和技术方法1 活断层工程地质名词解释活断层：现在正在活动或在最近地质时间（全新世、1万年）发生过活动。对目前正在活 动着的断层，因有鉴别标志而无可争议“近期”时间上则有一些不同的观点，有的认为 是第四纪以来活动过的断层；有的认为应在晚更新世之内，有的认为在35000年（14C确定 的绝对年龄）之内，还的有认为只限于全新世之内。从工程使用的年限和断层知动资料的 准确性来看，时限不宜过长，一般的工程的使用年限为数十年，一些重大工程也在一二百年 以内。我们关心的更应该是“不久的将来”（例如一二百年）。错动速率：是以某一时期内断层两盘相对位移的平均值来表示3）活断层的错动周期：地震断层两次突然错动之间的时间间隔二、填空1）活动强度是以其长度和错动速率来表征的2）般认为错动速率1mm/a以上的即为较强烈的活断层3）我国活断层的分布，根据活断层的类型和活动方向，可大致以东经 105为界，分为东 西两部。4）如核电站应以场地为中心的 300km 半径范围。简答1）活断层的基本特征是什么？ 活断层的继承性与反复性； 活断层的长度与断距； 活断层的错动速率和错动周期； 活断层的年龄判据；2）活断层的鉴别标志是什么？ 活断层的地质、地貌和水文地质标志一、地质方面保留在最新沉积物中的地层错开是鉴别活断层的最可靠依据。 较新地层被错断；在航卫片上表现为清晰的线性构造； 地震断层陡坎和地裂缝。二、地貌标志 两种截然不同的地貌单元直线相接； 线性分布的断层崖和三角面； 河流沟谷发生明显的转弯； 串珠状新生代小断陷盆地； 夷平面或阶地缺失。三、水文地质标志串珠状泉或湖泊，尤其是温泉；水系的突然转弯；（11）微量元素方面的标志。四、地震历史方面的证据（12）在一定地质历史时期的地震历史资料；（13）地震观测史证据。地震工程地质 一、名词解释I）地震（earthquake）：在地壳表层，因弹性波传播所引起的振动作用或现象；3）震中：震源在地面上的垂直投影；点；八、96）震源参数：地震发生时震源处的一些特征量或震源物理过程的一些物理量7）弹性回跳：当断层突然错动时，断层两侧是向相反方向产生相对位移8）粘滑（stick slip）:断裂面两盘这种因摩擦力而粘结然后又突然滑动而释放应力的过程9）地震震级：衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量大小来决定。释放出来 的能量愈大，则震级愈大。10）地震烈度：衡量地震所引起的地面震动强烈程度的尺度；它不仅取决于地震能量，同时 也受震源深度，震中距，地震波传播介质的性质等因素的制约。II）卓越周期TO:由于表层岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，一种岩土体总是以 某一周期的波选择放大得尤为明显而突出。二、填空1）地震按其发生的原因，可分为构造地震、火山地震和陷落地震。此外，还有因水库蓄水、 深井注水和核爆炸等导致的诱发地震。3）破坏性地震在地球上是有规律地沿一定深度集中分布在特定的部位，总体呈带状展布。 可以划分出环太平洋地震带、地中海喜马拉雅地震带、大洋海岭地震带及大陆裂谷系地震 带四大地震活动带。5）强烈地震的发生，必须具备一定的介质条件，结构条件和构造应力场条件。6）根据介质断裂特征和构造应力状态的不同，可将地震分为四类：单一主震型、主震余 震型、前震主震余震型、群震型7）地震波是一种弹性波，它包括体波和面波两种。体波分为纵波（P波）和横波（S波）两种。 面波也可分为瑞利波（R波）和勒夫波（Q波）两种。4）震级（M）是指距震中100km处的标准地震仪在地面所记录的微米表示的最大振幅A的对 数值改错1）地震烈度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来确定。（）2）地震震级是衡量地震所引起的地面震动强烈程度的尺度。（）五、简答4）简述场地工程地质条件对震害的影响 对震害有重大影响的工程地质条件为岩土类型和性质、断裂、地形地貌及地下水。（1）岩土类型和性质 岩土类型和性质对宏观烈度的影响最为显著在相同的地震力作用下，基岩上震害最轻，其次 为硬土，而软土是最重的。地层结构对震害也有较大影响（2）地质构造 发震断裂是引起地基和建筑物结构振动破坏的地震波的来源（3）地形地貌效应趋势是：突出孤立的地形使地震动加强，震害加剧；而低洼沟谷则使地震活动减弱，震 害减轻。3 砂土地震液化工程地质名词解释1）砂土液化（sand liquefaetion）或振动液化:饱水砂土在地震，动力荷载或其它外力作用下，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。2）乘【J余孔隙水压力或超孔隙水压力（excess pore pressure）: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末完成，下一周期的孔隙度再减少又产生了，应排除的水来不 及排走，而水又是不可压缩的，于是就产生超孔隙水压力3）二、填空1）砂土液化的危害性为: （1）地面下沉（2）地表塌陷（3）地基土承载力丧失（4）地面流滑 四、改错1）地震愈强，历时愈长，则愈易引起砂土液化；且波及范围愈广，破坏愈严重。2）用标准贯入试验判定砂土液化时,若某一土层的实际贯入击数大于临界贯入击数,则该土层 液化。（）五、简答1）影响砂土液化的因素有哪些？（1）沙土的组成 一般来说，细砂比粗砂容易液化，级配均匀的比级配良好的容易液化，细砂比粗砂容易液化，主要原因是粗砂较细砂的透水性好，即使粗砂有液化现象发生，但因孔隙水超压作用 时间短，其液化进行的时间也短。（2）相对密度 松砂比密砂容易液化。在粉土中，由于它是粘性土与无粘性土之间的过渡性土壤，因而其粘性颗粒的含量多少就决定了这类土壤的性质，从而也就影响液化的难易程度。（3）土层的埋深 砂土层埋深越大，即有效覆盖压力越大，砂层就越不容易液化。地震时，液化砂土层的深度一般是在 10m 以内。（4）地下水位 地下水位浅的比地下水位深的容易发生液化。对于砂类土液化区内，一般地下水位深度V4m,容易液化，超过此深度后，就没有液化发生。对粉土的液化，在7度、8度、9度区 内，地下水位分别小于1.5m、2.5m、6.0m,容易液化，超过此值后，则未发生液化现象。（5）地震烈度大小和地震持续时间多次震害调查表明：地震烈度高，地面运动强度大，就容易发生液化。一般56度地 区很少看到有液化现象。实验结果还说明，如地面运动时间长，即使地震烈度低，也可能出 现液化。4 斜坡变形破坏工程地质一、名词解释2）斜坡的变形: 斜坡应力状态的变化，使原有的平衡被打破，局部应力集中超过了该部位岩 体的容许强度，引起局部剪闭错动，拉裂并出现小位移，但还没有造成整体件的破坏，3）弯曲倾倒:由陡倾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、拆裂，并逐渐向坡内发展的变形。4）双沟同源：滑坡体的两侧有沟谷发育，并且有两个沟谷的源头起源于同一位置。 二、填空1)推落式滑坡主要是由于斜坡上都张开裂缝发育或因堆积重物和在坡上部进行建筑等，引起 上部失稳始滑而推动下部滑动2)一般根据始滑部位不同而分为牵引式、推落式、平移式和混合式选择2)由干斜坡变形破坏过程为一累进性破坏过程,变形的基本形式有：拉裂、蠕动和弯曲倾倒， 破坏的基本形式有：崩塌和滑坡五、简答8) 影响斜坡稳定性的因素有哪些？ 因素综合起来可分为两大方面，即内在因素和外在因素。内在因素包括，斜坡岩土的类型和 性质、岩土体结构等；外在因素包括：水文地质条件及地表水和大气水的作用，岩石风化， 地震以及人为因素等。9) 斜坡中的各种结构面对斜坡稳定性的影响 斜坡中的各种结构面对斜坡稳定性有着重要影响特别是软弱结构面与斜坡临空面的关系， 对斜坡稳定起着很大作用(1) 平叠坡主要软弱结构面为水平的这种斜坡一般比较稳定；(2) 顺向坡主要是指软弱结构面的走向与斜坡面的走向平行或比较接近，且倾向一致的斜 坡当结构面倾角小于坡角时，斜坡稳定性最差，极易发生顺层滑坡自然界这种滑坡最为 常见，人工斜坡也易遭破坏。(3) 逆向坡主要软弱结构面的倾向与坡面倾向相反，即岩层面倾向坡内。这种斜坡一般是稳 定的，有时有崩塌现象，而滑动的可能性较小但有其它断裂结构面配合时，也可形成滑坡。(4) 斜交坡主要软弱结构面与坡面走向成斜交关系。其交角越小，稳定性就越差。(5) 横交坡主要软弱结构面的走向与坡面走向近于垂直这类斜坡稳定性较好，很少发生大 规模的滑坡。AB的垂直二等分线CO,在CO上选一点，以OA为半径作圆，使此圆能与任一点的滑面倾 向线相切，此圆弧即为所求之滑面。14)斜坡变形破坏的防治措施有哪些？ 根据防治原则以及实际经验，主要的防治措施不外乎是提高抗滑力和减小下滑力。(1) 抗滑工程抗滑工程是提高斜坡抗滑力最常用的措施，主要有挡墙、抗滑桩，锚杆、(索) 和支撑工程等。主要有：挡墙、抗滑桩、锚杆(索)、支撑(2) 表里排水包括排除地表水和地下水(3) 削坡减荷降低坡体的下滑力(4) 防冲护坡一般修筑导流堤、水下防波堤、丁坝以及砌石、抛石、草皮护坡等措施。(5) 土质改良提高岩土体的抗滑力(6) 防御绕避归纳为：挡、排、削、护、改、绕六字方针；6 渗透变形工程地质一、名词解释1) 渗透变形：地下水在渗流过程中对岩土体作用的力，称渗透力seepage force)或动水压力 (hydrodynamic force)。当此力达到一定值时，岩土中一些颗粒，甚至整体就发生移动，从而 引起卷土体的变形和破坏，这种作用或现象，称之为渗透变形(seepege deformstion)或渗透 破坏(seepage failure)。2) 管涌：在渗流作用下单个生颗粒发生独立移动的现象，叫管涌(piping咸潜蚀.5)流土:在渗流作用下一定体积的土体同时发生移动的现象，叫流土(quicksoil)或硫砂(quick sand)五、简答1)影响土的抗渗强度因素有哪些？ 土的抗渗强度大小，是受其结构特性制约的，它包括土中粗细颗粒直径比例、细粒物质钓含 量和土的级配特征等方面。粗细粒径的比例只有当细颗粒的粒径d小于粗颗粒的骨架孔隙直径dO时，才能发生管涌。 据研究其最优比值为：d0/d=8.(2) 细颗粒的含量天然无帖性土的颗粒组成十分复杂，其分布曲线有单峰型、双峰型和多峰 型。而研究渗透变形意义较大的是曲线为双峰型土(3) 土的级配特征土的级配特征可以它的不均粒系数(n =d6o/dio)表示。当n 10时，主要类型是管涌；当n在io-2o之间时，流土和管涌均有可能发生。 但它对砾质土不适用。3) 管涌和流土的异同点有哪些？ 相同点：都是砂土体在渗透力的作用下发生的变形破坏形式。不同点：在渗流作用下单个生颗粒发生独立移动的现象，叫管涌(piping)或潜蚀.在渗流 作用下一定体积的土体同时发生移动的现象，叫流土(quicksoil)或硫砂(quick sand)。 发生变形破坏时的结构不同，管涌发生在土体给配较好的砂体中，而流土发生在级配不良 的砂土中。 发生变形破坏时的临界水力梯度不同。在渗流作用下，由于无粘性土的结构特性不同，有 的首先表现为管涌，尔后在更强的水动力条件下转化为流土。产生流土的水力梯度往往较管 涌的水力梯度要大。而有的无粘性土在足够的水动力条件下，便直接产生流土。它们主要受 控于土的结构特征。 宏观因素不同，与地层的组合关系和地貌地形也有一定关系。6 岩溶工程地质 一、名词解释1) 岩溶：地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造柞用都叫岩溶作用；这种作用及其所 产生的地貌现象和水文地质现象的总称叫做岩溶，国际上通称喀斯特(karst)2) 混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀性有所增强，这种增强的溶蚀 效应叫做混合溶蚀效应4) 酸效应(acid effect):在自然界中，除了 C02溶于水所形成的碳酸对碳酸盐岩的溶蚀有强烈影响外，其次为硫酸的作用，特别是在硫化矿床氧化带中这种效应最为显著。这是因为在 某些铁细菌的作用下，黄铁矿通过以下反应而生成硫酸，即：4FeS2+15O2+14H20 -4Fe(OH)3+8H2SO45) 同离子效应(common ion effect)：水中如溶有与碳酸盐相同的某种离子的物质，例如CaCl2， 则由于Ca2+浓度增加，就会使碳酸钙的溶解度按质量作用定律而有所减小，从而抑制了碳 酸钙的溶蚀。6) 离子强度效应(ionic strength effect)：溶液中有与碳酸钙不相关的强电解质离子时，这些 离子就会以较强的吸引力吸引Ca2+和CO32-，实质上也就使Ca2+与CO32-之间的引力有所降 低。8)真空吸蚀:随着地下水位的不断下降，因真空腔内外压差效应不断加剧，引起腔外大气压 对覆盖层表画产生一种无形的“冲压”作用，加速了覆盖层结构的宏观破坏，土层强度降低， 地面突然发生变形和破坏。这种由于“真空”压差效应对上覆土拱所产生的“内吸外压”作 用叫做真空吸蚀二、填空1)地下水中的CO2主要来源于土壤。由于土壤中的微生物在其新陈代谢过程中强烈的生物 化学作用，使有机物分解为各种有机酸，同时产生大量的C02。1) 气候类型的特征表现在气温、降水量、降水性质、降水的季节分配及蒸发量的大小和变 化。其中以气温高低及降水量大小对岩溶发育的影响最大。简答2) 以石灰岩为例来说明碳酸盐岩的溶蚀过程南斯拉夫学者伯格里(Bogli, I960)把石灰岩的溶蚀过程分为四个化学阶段：首先，与水接触 的石灰岩，在偶极水分子作用下发生溶解：CaCO3- Ca2+CO32-这时溶解很快，并立即 达到平衡.第二阶段是原溶解于水中的CO2的反应，H20+CO2 - H2CO3 - H+HCO3-碳 酸电离的日+与(7-1)式的CO32-化合成重碳酸根，H+CO32- - HCO3-这两个阶段的最终反 应是：CaCO3+H2O+CO2 Ca2+2HCO3-第三阶段是水中物理溶解的CO2的一部分转入化 学溶解，即水中部分游离 CO2 与水化合成为新的碳酸，这样构成一个链反应，第四阶段是 由于水中CO2含量和外界(土壤和大气)CO2，含量也有一个平衡关系，水中CO2减少， 平衡就受到破坏，必须吸收外界CO2以便使水中CO2含量重新达到新的平衡，这样又构成 一个链反应。4)岩溶发育的基本条件有哪些？岩溶发育的基本条件有四个：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。岩溶发育中最为活跃而积极的是地下水的循环交替条件，它受控于气候、地形地貌、地质结 构、地表非可溶岩复盖及植被发育条件等。9 诱发地震工程地质一、名词解释1) 水库诱发地震:在人类工程活动引起的地震事例中，多数是由于水库蓄水所引起的，称为 水库诱发地震(Reservoir induced seismicity)。二、填空 1)向地下深部注液或抽液,岩溶塌陷,地下采矿场的顶板冒落以及地下核试验等活动，都可能 引起一定强度的地震活动。五、简答1. 水库诱发地震的特征？1、发生地多位于水库附近般仅发生在水库及其周边几公里至十几公里范围内，或发生于水库最大水深处及其附近。 具有一定的规律性。2、时间上与工程活动密切相关 一般发生于水库蓄水后不久，在最高蓄水位的第一、二个周期内可能发生较大的地震。影响 水库地震频率的因素除地质和构造因素外，还与水位增长速率、荷载持续时间、最高水位、 高水位持续时间等有关。 3、震源较浅，震源体小震源深度较浅，一般在地表下10 km以内，个别达20 km，以4km7 km居多，且有初期浅， 后逐渐加深之趋势。震源体小，地震影响范围不大，等震线衰减快，影响范围多属局部性。 4、地震的类型 主要分为震群型和前震一主震一余震型震群型水库地震与水库水位变化有较好的对应关系。 这种诱发地震的分布与库基地型与水体形状有一定的关系，他们的形成还受浅层库基内小断 裂网络的影响，而与大型活动断层关系不明显。前震一主震_余震型水库地震是在水库蓄水以后，一段时间内诱发一系列微小地震，经过持 续的地震活动后出现主震，最后发展成为缓慢衰减的余震活动。8 地面垂直变形工程地质、名词解释1）地面沉降（Land Subsidence）:指地面高程的降低，又称地面下沉或地沉，均指地壳表面某一 局部范围内的总体下降运动2）地面塌陷或沉陷（Land Collapse）:地面垂直变形破坏的另一种形式。它的出现是由于地下地 质环境中存在着天然洞穴或人工采掘活动所留下的矿洞，巷道或采空区而引起的，其地面表 现形式是局部范围内地表岩土体的开裂、不均匀下沉和突然陷落。9 地下工程填空题1）脆性岩石的变形破坏类型2）塑形围岩的变形破坏类型五、简答题1、影响围岩稳定性的因素:1、围岩的完整状态； 2、结构面的性质；3、结构面的组合状态；4、初始应力状态； 5、岩石的本身强度； 6、地下水的影响； 7、人为因素；2、超前预报的常用方法：常规地质法、超前导坑预报法。超前钻探预报法、物探（。本题 不准确，仅参考）10 泥石流五、简答题1.泥石流的形成条件及防护措施。 泥石流是指含有大量泥沙、石块等固体物质、突然爆发、具有很大破坏力的特殊洪流。1）泥石流形成的基本条件包括： 丰富的松散固体物质来源（松散固体物质）； 充沛的突发性水源（水源条件）； 适宜的特殊地形（地形条件）； 人为因素。防治泥石流的主要工程措施2）泥石流的防治原则主要包括两个方面： 确定泥石流的规模和类型。对于大型、特大型泥石流以绕避为好； 无法绕避的，工程应尽可能选择在流通区段和采用合理的工程结构和综合治理措施；及时 清淤。3）防治泥石流的主要工程措施包括 拦挡工程：包括拦挡墙和格栅坝等。主要用于泥石流的上游。目的是将松散的固体物质拦 挡在形成区内，尽可能地减少流入流通区和堆积在沉积区的固体物质数量。及时清淤。 排导工程：包括排洪道、导流槽和导流堤等。主要用于流通区末端的出山口处。目的是控 制泥石流在流出山口后，沿着规定的方向和位路通畅排泄和堆积。及时清淤。水土保持: 包括平整山坡、植树造林、保护植被综合整治措施等。目的是减少水土流失。