《工程地质》PPT课件

2024/5/211第一章第一章 工程地质工程地质2023/8/41第一章 工程地质2024/5/212由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等引起的物理力使岩体崩解、碎裂的过程等引起的物理力使岩体崩解、碎裂的过程物理风化物理风化量量化学风化化学风化岩体与空气、水和各种水溶液相互作用使岩岩体与空气、水和各种水溶液相互作用使岩石成分发生变化，形成粘粒和可溶盐的过程石成分发生变化，形成粘粒和可溶盐的过程量质量质搬运沉积搬运沉积岩石岩石大小、大小、形状和形状和成分都成分都不相同不相同的松散的松散颗粒集颗粒集合体合体土土土的生成生物风化生物风化由动物、植物和人类活动对岩体的破坏由动物、植物和人类活动对岩体的破坏称生物风化。称生物风化。2023/8/42由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等引1.1 概述v地表的工程地质条件的优劣，直接影响建筑物的地基与基础高计方案的类型，施工工期的长短和工程投资的大小。v建筑场地的形成：v（1）内力地质作用v（2）外力地质作用2024/5/2131.1 概述地表的工程地质条件的优劣，直接影响建筑物的地基与v地质年代：v太古代、元古代、古生代、中生代、新生代（第四纪沉积层）2024/5/214地质年代：2023/8/441.2 矿物与岩石v矿物的种类：原生、次生v矿物的主要物理性质：形态、颜色、光泽、硬度、解理、断口v鉴定：肉眼鉴定、偏光显微镜2024/5/2151.2 矿物与岩石矿物的种类：原生、次生2023/8/45v岩石的类型和性质v岩浆岩v沉积岩v变质岩v岩石的硬度：硬质岩石（fr30kPa）软质岩v风化程度：未风化、微风化、中等风化、强风化。2024/5/216岩石的类型和性质2023/8/462024/5/217洪积土洪积土冲积土冲积土海积土海积土风积土风积土成因成因类型类型湖积土湖积土冰积土冰积土残积土残积土坡积土坡积土指岩石经风化后未被搬运而残留于指岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑堆积物。颗粒表面粗糙、原地的碎屑堆积物。颗粒表面粗糙、多棱角、无分选、无层理多棱角、无分选、无层理残积土受重力和暂时性流水的作用，残积土受重力和暂时性流水的作用，搬运到山坡或坡脚处沉积起来的土，搬运到山坡或坡脚处沉积起来的土，坡积颗粒随斜坡自上而下呈现由粗到坡积颗粒随斜坡自上而下呈现由粗到细的分选性和局部层理细的分选性和局部层理残积土和残积土和坡积土受坡积土受洪水冲刷、洪水冲刷、搬运，在搬运，在山沟出口山沟出口处或山前处或山前平原沉积平原沉积的土。分的土。分选性、磨选性、磨圆度。圆度。河流的流水作用搬运到河谷坡降平缓河流的流水作用搬运到河谷坡降平缓的地带沉积下来的土，这类土经过长的地带沉积下来的土，这类土经过长距离的搬运，颗粒有较好的分选性和距离的搬运，颗粒有较好的分选性和磨圆度，常有层理磨圆度，常有层理在湖泊及沼泽等极为缓慢水流或静水条件在湖泊及沼泽等极为缓慢水流或静水条件下沉积下来的土，或称淤积土，含大量细下沉积下来的土，或称淤积土，含大量细微颗粒、有机物，成为具有特殊性质的淤微颗粒、有机物，成为具有特殊性质的淤泥或淤泥质土泥或淤泥质土由河流流水搬运到海洋由河流流水搬运到海洋环境下沉积下来的土环境下沉积下来的土由风力搬由风力搬运形成的运形成的土，颗粒土，颗粒磨圆度好、磨圆度好、分选性好。分选性好。西北黄土西北黄土由冰川或冰水挟带搬运由冰川或冰水挟带搬运形成的沉积物，颗粒粗形成的沉积物，颗粒粗细变化大，土质不均匀细变化大，土质不均匀1.3 第四纪沉积层2023/8/47洪积土冲积土海积土风积土成因湖积土冰积土残1.4 不良地质条件v断层v岩层节理发育场地v滑坡v河床冲淤v岸坡失稳v河沟侧向位移2024/5/2181.4 不良地质条件断层2023/8/482024/5/2191.5.1 地下水对工程的影响v基础埋深：冻胀的影响v施工排水：基槽开挖与基础施工v地下水位升降：上升：粘性土软化，湿陷等；下降：沉降v地下室防水：v水质侵蚀性：化学物质v空心结构物浮起：地面下的水池、油罐等v承压水冲破基槽：承压水上涌2023/8/491.5.1 地下水对工程的影响基础埋深：冻2024/5/21101.5.2 地下水分类v上层滞水：积聚在局部隔水层上的水v潜水：埋藏在地表下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水。v承压水：埋藏在两个连续分布的隔水层之间完全充满的在压地下水。2023/8/4101.5.2 地下水分类上层滞水：积聚在局2024/5/21111.5.3 地下水位v初见水位：钻孔时，钻头带上水时所测得的水位v稳定水位：钻孔完毕后，将钻孔的孔中保护好，待24小时后再测钻孔的水位为稳定水位。v历年最高水位：重大工程，往往跨年度施工，应考虑地下水历年最高水位。2023/8/4111.5.3 地下水位初见水位：钻孔时，钻2024/5/2112或或层流：层流：即相邻两个水分子运动的轨迹相互平行而不混流。即相邻两个水分子运动的轨迹相互平行而不混流。式中：q单位渗水量，cm3/s；v断面平均渗流速度，cm/s；i水力梯度或水力坡降；k土的渗透系数，cm/s达西定律：达西定律：在层流条件下，土中水渗流速度与能量（水头）损失之间的关系在层流条件下，土中水渗流速度与能量（水头）损失之间的关系的渗流规律的渗流规律h1 h2 达西根据实验发现，达西根据实验发现，单位时间内的渗单位时间内的渗出水量出水量q q与圆筒断面积与圆筒断面积A A和水力梯度和水力梯度i i成正成正比比，且与土的透水性质有关，且与土的透水性质有关写成等式（写成等式（达西定律表达式达西定律表达式）1.5.4 地下水的运动法国学者达西于1856年通过砂土的渗透实验，发现地下水的运动规律，称为达西定律。2023/8/412或层流：即相邻两个水分子运动的轨迹相互平2024/5/2113渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳，主要表现为产生移动，导致土体变形甚至失稳，主要表现为流土流土和管涌；和管涌；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体或结构物失稳，表现为岸坡滑动或挡土墙等构造土体或结构物失稳，表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。物整体失稳。2023/8/413渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：2024/5/2114渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变化对渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变化对土体稳定性有显著的影响土体稳定性有显著的影响渗透力方向与渗透力方向与重力一致，促重力一致，促使土体压密、使土体压密、强度提高，有强度提高，有利于土体稳定利于土体稳定渗流方向近乎水平，使土渗流方向近乎水平，使土粒产生向下游移动的趋势，粒产生向下游移动的趋势，对稳定不利对稳定不利渗流力与重力方向相渗流力与重力方向相反，当渗透力大于土反，当渗透力大于土体的浮重度，土粒将体的浮重度，土粒将被水流冲出被水流冲出abc流土现象2023/8/414渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，2024/5/2115流砂现象的防治原则流砂现象的防治原则（）（）减小或消除水头差减小或消除水头差 采用明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位采用明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位在基坑内（外）设置排在基坑内（外）设置排水沟、集水井，用抽水水沟、集水井，用抽水设备将地下水从排水沟设备将地下水从排水沟或集水井排出或集水井排出原地下水位原地下水位明沟排水明沟排水原水位面原水位面一级抽水后水位一级抽水后水位二级抽水后水位二级抽水后水位多级井点降水多级井点降水要求地下水位降得较深，要求地下水位降得较深，采用井点降水。在基坑周采用井点降水。在基坑周围布置一排至几排井点，围布置一排至几排井点，从井中抽水降低水位从井中抽水降低水位 2023/8/415流砂现象的防治原则（）减小或消除水头差2024/5/2116流砂现象的防治原则流砂现象的防治原则（）（）增长渗流路径增长渗流路径 沿坑壁打入板桩，它一方面可沿坑壁打入板桩，它一方面可以加固坑壁，同时增加了地下水以加固坑壁，同时增加了地下水的渗流路径，减小水力坡降的渗流路径，减小水力坡降钢板桩钢板桩（）（）平衡渗流力平衡渗流力 在向上渗流出口处地表用在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗透水材料覆盖压重以平衡渗流力流力透水材料透水材料（）（）土层加固处理。土层加固处理。如冻结如冻结法、注浆法等。法、注浆法等。2023/8/416流砂现象的防治原则（）增长渗流路径 2024/5/2117在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌管涌。在自然界中这种现象叫。在自然界中这种现象叫潜蚀（分为机械潜蚀和化学潜蚀）潜蚀（分为机械潜蚀和化学潜蚀）。管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏 2023/8/417在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒2024/5/2118管涌现象的防治管涌现象的防治（）（）改变水力条件，降低水力梯度，如打板桩。改变水力条件，降低水力梯度，如打板桩。（同流土）（同流土）（）（）改变几何条件，在渗流逸出部位铺设反滤层是防止管涌改变几何条件，在渗流逸出部位铺设反滤层是防止管涌破坏的有效措施。破坏的有效措施。砂垫层砂垫层水位水位加筋土工布加筋土工布回填中粗砂回填中粗砂抛石棱体抛石棱体设置反滤层，既可通畅水流，又起到保护土体、防止细粒流失而设置反滤层，既可通畅水流，又起到保护土体、防止细粒流失而产生渗透变形的作用产生渗透变形的作用。反滤层可由粒径不等的无粘性土组成，也反滤层可由粒径不等的无粘性土组成，也可由土工布代替，上图为某河堤基础加筋土工布反滤层可由土工布代替，上图为某河堤基础加筋土工布反滤层 2023/8/418管涌现象的防治（）改变水力条件，降低水