工程地质：第4章 土体的工程地质研究

1第第4章章 土体的工程地质研究土体的工程地质研究 第第1节节 土体及其基本性质土体及其基本性质 第第2节节 土体工程地质性质形成的因素土体工程地质性质形成的因素 第第3节节 土体稳定破坏的因素土体稳定破坏的因素 第第4节节 土体工程地质研究方法土体工程地质研究方法第第5节节 土体主要成因类型的基本特征土体主要成因类型的基本特征 2第第1节节 土体及其基本性质土体及其基本性质 土体：土体：是由岩石经过物理与化学风化、是由岩石经过物理与化学风化、搬运、沉积作用后的产物，是由各种大小不搬运、沉积作用后的产物，是由各种大小不同的土粒按各种比例组成的集合体。同的土粒按各种比例组成的集合体。3 土体层状构造中的土体层状构造中的软弱面软弱面常是影响斜坡稳定常是影响斜坡稳定性，产生滑坡的主要原因。当土层上覆于岩层时，性，产生滑坡的主要原因。当土层上覆于岩层时，岩层与土层的交界面常是一软弱面，是控制土体稳岩层与土层的交界面常是一软弱面，是控制土体稳定的关键。定的关键。水对土体的性质影响非常大。土体的强度一般水对土体的性质影响非常大。土体的强度一般随着含水量的增大而降低；土体的层理构造决定了随着含水量的增大而降低；土体的层理构造决定了土体力学、水理性质的非均匀性和各向异性。土体力学、水理性质的非均匀性和各向异性。4第第2节节 土体工程地质性质形成的因素土体工程地质性质形成的因素 土体工程地质性质与其土体工程地质性质与其成因成因、物质组成成分物质组成成分（矿物与水）（矿物与水）、结构结构、构造构造以及以及土质类型土质类型有关。有关。一、土体的成因一、土体的成因 土体的成因一般包括两个方面的作用：土体的成因一般包括两个方面的作用：1.风化作用风化作用各类岩石被破坏生成岩屑、新矿物各类岩石被破坏生成岩屑、新矿物 等物质；等物质；52.沉积作用沉积作用物质搬运和堆积形成沉积物。物质搬运和堆积形成沉积物。土体的成因可决定土体的性质。土体的成因可决定土体的性质。二、土体的物质组成与结构构造二、土体的物质组成与结构构造 土体的物质成分和结构构造可反映它的地质土体的物质成分和结构构造可反映它的地质形成历史。形成历史。土体的工程地质性质与其地质历史成因和地土体的工程地质性质与其地质历史成因和地质结构构造特征密切相关。质结构构造特征密切相关。6第第3节节 土体稳定破坏的因素土体稳定破坏的因素 控制土体稳定破坏的主要因素有：土体的控制土体稳定破坏的主要因素有：土体的宏观宏观结构面结构面，水文气象条件水文气象条件，地下水地下水，人类工程经济活人类工程经济活动动等。等。一、土体的宏观结构面一、土体的宏观结构面 土体的各类宏观结构面是土体稳定破坏的主要土体的各类宏观结构面是土体稳定破坏的主要控制因素，它们大多是土体稳定破坏的控制因素，它们大多是土体稳定破坏的滑移面滑移面。7 1.土体的风化界面土体的风化界面 2.与下伏基岩的接触面与下伏基岩的接触面 3.土体中的软弱夹层与裂隙面土体中的软弱夹层与裂隙面 二、水文气象条件二、水文气象条件 土体内部结构面的存在是控制其稳定破坏的内土体内部结构面的存在是控制其稳定破坏的内在因素，水文气象条件则是外在因素，由地表水、在因素，水文气象条件则是外在因素，由地表水、大气降水对上述结构面的软化，使得结构面强度降大气降水对上述结构面的软化，使得结构面强度降低，导致土体失稳破坏。低，导致土体失稳破坏。8 降雨量与滑坡的关系降雨量与滑坡的关系滑坡次数滑坡次数降雨量降雨量9 土体的滑移破坏除了与降雨量有关外，还土体的滑移破坏除了与降雨量有关外，还与降雨持续的时间有关。连续长时间降细雨，与降雨持续的时间有关。连续长时间降细雨，由于小雨能充分下渗，可增加土体重量和降低由于小雨能充分下渗，可增加土体重量和降低土体强度，从而造成土体失稳。土体强度，从而造成土体失稳。三、人类的工程经济活动三、人类的工程经济活动 人类的工程经济活动愈来愈成为土体稳定人类的工程经济活动愈来愈成为土体稳定破坏的主要威胁。破坏的主要威胁。10 人类工程经济活动是外在因素，外因必须人类工程经济活动是外在因素，外因必须通过内因而起作用。如土体内部具备有一定的通过内因而起作用。如土体内部具备有一定的软弱结构面，则切割坡脚、上部堆载等活动都软弱结构面，则切割坡脚、上部堆载等活动都会引起土体的稳定破坏。会引起土体的稳定破坏。为此，在规划人类的工程经济活动时，必为此，在规划人类的工程经济活动时，必须结合土体结构和自然地理条件的特点，为合须结合土体结构和自然地理条件的特点，为合理利用土体，保持土体稳定提出科学依据。理利用土体，保持土体稳定提出科学依据。11第第4节节 土体工程地质研究方法土体工程地质研究方法 在工程地质学中，可在在工程地质学中，可在分子结构分子结构、微观结微观结构构和和宏观结构宏观结构三个不同的水平上研究土体。三个不同的水平上研究土体。1.分子结构研究分子结构研究 分子结构研究是了解土体结构要素之间结分子结构研究是了解土体结构要素之间结构联结本质的必要手段，对于评价土体强度、构联结本质的必要手段，对于评价土体强度、变形和稳定性极为重要；变形和稳定性极为重要；12 2.微观结构研究微观结构研究 通过微观结构研究可以鉴定土体的矿物和通过微观结构研究可以鉴定土体的矿物和化学成分、微结构和构造特征，以及它们与土化学成分、微结构和构造特征，以及它们与土体物理、力学性质的关系；体物理、力学性质的关系；3.宏观结构研究宏观结构研究 为了确定土体的实地产出条件、形状、大为了确定土体的实地产出条件、形状、大小规格和连续性，土体结构及其空间分布规律，小规格和连续性，土体结构及其空间分布规律，以及评价土体稳定破坏的条件等，则必须进行以及评价土体稳定破坏的条件等，则必须进行宏观地质研究。宏观地质研究。13 但是，也必须看到，在进行土体微观结构但是，也必须看到，在进行土体微观结构研究的同时，千万不可忽视对土体宏观结构的研究的同时，千万不可忽视对土体宏观结构的研究，不能研究，不能“只见树木，不见森林只见树木，不见森林”。在土体工程地质研究方法方面，必须坚持在土体工程地质研究方法方面，必须坚持“宏观指导微观，微观论证宏观宏观指导微观，微观论证宏观”的研究路线。的研究路线。14 在进行土体微观结构研究之前首先应进行在进行土体微观结构研究之前首先应进行土体宏观结构、构造的野外现场研究，根据宏土体宏观结构、构造的野外现场研究，根据宏观研究的结果进行取样再到室内开展微观鉴定观研究的结果进行取样再到室内开展微观鉴定工作，具体的室内微观鉴定结果再反过来去解工作，具体的室内微观鉴定结果再反过来去解释宏观所确定的结论。有关土体稳定破坏的正释宏观所确定的结论。有关土体稳定破坏的正确结论，必须是宏观确结论，必须是宏观微观，微观微观，微观宏观多次宏观多次反复印证的结果。反复印证的结果。15第第5节节 土体主要成因类型的基本特征土体主要成因类型的基本特征 地质年代中的第四纪时期是距今最近的地质地质年代中的第四纪时期是距今最近的地质年代。第四纪时期沉积的历史相对较短，一般又年代。第四纪时期沉积的历史相对较短，一般又未经固结硬化成岩作用，因此在第四纪形成的各未经固结硬化成岩作用，因此在第四纪形成的各种沉积物通常是松散的、软弱的、多孔的，与岩种沉积物通常是松散的、软弱的、多孔的，与岩石的性质有着显著的差异，就称之为石的性质有着显著的差异，就称之为土土。16 第四纪沉积物是坚硬岩石经过长期地质作用第四纪沉积物是坚硬岩石经过长期地质作用后的产物，广泛分布于地球的陆地和海洋，由岩后的产物，广泛分布于地球的陆地和海洋，由岩石碎屑、矿物颗粒组成，其孔隙中充填着水和气石碎屑、矿物颗粒组成，其孔隙中充填着水和气体，是由体，是由固相固相、液相液相、气相气相组成的三相体系。组成的三相体系。工程地质学中所说的工程地质学中所说的土体土体，它与人们通常所，它与人们通常所称的称的土壤土壤不同。当第四纪松散物质沉积成土后，不同。当第四纪松散物质沉积成土后，再在一个相当长的稳定环境中经受再在一个相当长的稳定环境中经受生物化学生物化学及及物物理化学理化学的的成壤作用成壤作用所形成的土体，统称为所形成的土体，统称为土壤土壤。17 未经受成壤作用的松散物质受到外力的剥未经受成壤作用的松散物质受到外力的剥蚀、侵蚀、搬运、沉积等地质作用，时代较老蚀、侵蚀、搬运、沉积等地质作用，时代较老的土体在上覆沉积物的自重压力和地下水作用的土体在上覆沉积物的自重压力和地下水作用下，经受压密固结作用，逐渐形成具有一定强下，经受压密固结作用，逐渐形成具有一定强度和稳定性的土体，这就是工程地质学中所说度和稳定性的土体，这就是工程地质学中所说的的土体土体，是人类活动和工程建设研究的对象。，是人类活动和工程建设研究的对象。18 土体按其形成条件可分为土体按其形成条件可分为陆相陆相和和海相海相沉积沉积物。陆相有：残积物、坡积物、冲积物、洪积物。陆相有：残积物、坡积物、冲积物、洪积物、冰碛物、冰水堆积物、湖积物、风积物；物、冰碛物、冰水堆积物、湖积物、风积物；海相有：浅海沉积，水深为海相有：浅海沉积，水深为200m以内以内大陆大陆架沉积；大陆斜坡沉积，水深为架沉积；大陆斜坡沉积，水深为2001000m的的沉积；深海沉积，水深超过沉积；深海沉积，水深超过1000m的沉积。的沉积。19 1.残积物残积物 岩石在遭受风化作用后，在原地形成的松散堆岩石在遭受风化作用后，在原地形成的松散堆积物。积物。残积物与母岩的关系为渐变过渡关系。残积物的残积物与母岩的关系为渐变过渡关系。残积物的层理性不明显，如果有层理性也是其母岩原有的。层理性不明显，如果有层理性也是其母岩原有的。2.坡积物坡积物 坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化坡积物是雨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。在较平缓的山坡上而形成的沉积物。20 坡积物一般无层理性，矿物成分与周围基岩坡积物一般无层理性，矿物成分与周围基岩的岩石成分密切相关。坡积物的物理、力学性质与的岩石成分密切相关。坡积物的物理、力学性质与其组成成分直接相关。其组成成分直接相关。斜坡区的坡积物易产生滑坡，滑动面主要是它斜坡区的坡积物易产生滑坡，滑动面主要是它与下伏基岩的接触面。与下伏基岩的接触面。3.洪积物洪积物 山区河流或暴雨时期暂时性洪水流及融雪水山区河流或暴雨时期暂时性洪水流及融雪水流，具有很大的剥蚀和搬运能力，它冲刷地表，挟流，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山前倾斜带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成洪积物。平原而形成洪积物。21 洪积物的岩性成分十分复杂；土性不均匀，一洪积物的岩性成分十分复杂；土性不均匀，一般无层理性。此类土的密度和强度一般要比均匀土般无层理性。此类土的密度和强度一般要比均匀土体的高。体的高。4.冲积物冲积物 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物剥蚀后搬运、沉积在河流上部覆盖的坡积、洪积物剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带所形成的沉积物。坡降平缓地带所形成的沉积物。22 5.湖积物湖积物 此类土体一般是多种多样，其成分与地区的此类土体一般是多种多样，其成分与地区的气候条件、所处位置、范围大小、深度、周围地形气候条件、所处位置、范围大小、深度、周围地形特点等因素有关。特点等因素有关。湖积物常含有机质；具层理性，各向异性。湖积物常含有机质；具层理性，各向异性。6.风积物风积物 7.海洋沉积物海洋沉积物 23 海洋沉积物分布范围广，厚度大，成分均海洋沉积物分布范围广，厚度大，成分均匀，具层理性和各向异性。匀，具层理性和各向异性。从以上对不同成因类型土体特征的描述可从以上对不同成因类型土体特征的描述可以得出结论，它们的形成最终都是各类岩石物以得出结论，它们的形成最终都是各类岩石物理、化学风化产物再沉积的结果理、化学风化产物再沉积的结果。