工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)01工程地質(zhì)概論ppt課件

1、第一章 工程地質(zhì)概論1.1 地質(zhì)作用 1.2 礦物和巖石1.3 風(fēng)化作用1.4 土的成因類型1.5 地質(zhì)構(gòu)造1.6 不良地質(zhì)條件1.7 地下水1.1 地質(zhì)作用 按動(dòng)力來(lái)源分為：內(nèi)力地質(zhì)作用 (endogenic geological process)外力地質(zhì)作用 (exogenic geological process)建筑場(chǎng)地的地形地貌和物質(zhì)組成，取決于地質(zhì)作用引起地殼物質(zhì)成分和構(gòu)造改造及地表形狀發(fā)生變化的作用。內(nèi)力地質(zhì)作用：由地球內(nèi)部的能旋轉(zhuǎn)能、重力能、輻射熱能引起。地殼運(yùn)動(dòng)巖漿作用變質(zhì)作用地震作用內(nèi)力地質(zhì)作用地殼運(yùn)動(dòng)巖漿作用蛻變作用地震作用外力地質(zhì)作用：由太陽(yáng)輻射能引起，產(chǎn)生大氣環(huán)流，構(gòu)

2、成水的循環(huán)，動(dòng)植物生長(zhǎng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中改造地表.外力地質(zhì)作用的營(yíng)力： 河流的侵蝕； 地下水的潛蝕； 風(fēng)的吹蝕； 冰川的刨蝕； 湖泊海洋的沖蝕等。普通按風(fēng)化剝蝕搬運(yùn)堆積硬結(jié)成巖的程序進(jìn)展內(nèi)力和外力地質(zhì)作用的關(guān)系：內(nèi)力地質(zhì)作用決議地表的根本形狀和內(nèi)部構(gòu)造。地表形狀的塑造者。外力地質(zhì)作用破壞和重塑地表形狀。地表形狀的雕刻者。 地殼在內(nèi)力和外力地質(zhì)作用下，構(gòu)成各種類型的地形，稱為地貌。1.2 礦物和巖石(mineral and rock) 地殼由巖石組成，巖石由礦物組成。 巖石按成因分為三大類： 巖漿巖(magmatic rock) 堆積巖(sedimentary rock) 蛻變巖(metamorp

3、hic rock)代表性礦物：石英和黃鐵礦代表性巖漿巖：花崗巖和玄武巖代表性堆積巖：砂頁(yè)巖和石灰?guī)r代表性蛻變巖：花崗片麻巖和大理巖巖石的工程分類1.1.(GB50021(GB500212019)2019)根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度規(guī)范值根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度規(guī)范值RcRc劃分巖石的劃分巖石的鞏固程度鞏固程度: : 5153060Rc極軟巖軟巖較軟巖較鞏固巖鞏固巖常見(jiàn)硬質(zhì)巖石有：花崗巖、石灰?guī)r、石英巖、閃長(zhǎng)巖、玄武巖、石英砂巖、硅質(zhì)礫巖、花崗片麻巖等常見(jiàn)軟質(zhì)巖石有：頁(yè)巖、泥巖、片巖等2.2.(GB50021(GB500212019)2019)根據(jù)巖體的完好性指數(shù)劃分巖石的完好程度根據(jù)巖體的完

4、好性指數(shù)劃分巖石的完好程度: : 0.150.350.550.75完好性指數(shù)極破碎破碎較破碎較完好完好巖體緊縮波速度與巖塊緊縮波速度之比的平方 3.3.(GB50021(GB500212019)2019)根據(jù)巖石鞏固程度和巖體完好程度綜合分五個(gè)巖體根據(jù)巖石鞏固程度和巖體完好程度綜合分五個(gè)巖體根本質(zhì)量等級(jí)根本質(zhì)量等級(jí) : : 完好程度 鞏固程度完好較完好較破碎破碎極破碎鞏固巖IIIIIIIVV較硬巖IIIIIIVIVV較軟巖IIIIVIVVV軟巖IVIVVVV極軟巖VVVVV4.4.(GB50021(GB500212019)2019)根據(jù)巖石質(zhì)量目的根據(jù)巖石質(zhì)量目的RQDRQD分類：分類： RQ

5、D分類類別RQD巖石質(zhì)量123459010075905075255025好較好較差差極差RQD值是用直徑為75mm的金剛石鉆頭和雙層巖芯管在巖石中鉆進(jìn)，延續(xù)取芯，回次鉆進(jìn)所取巖芯中，長(zhǎng)度大于10cm的巖芯段長(zhǎng)度之和與該回次進(jìn)尺的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。1.3 風(fēng)化作用(weathering) 在地表?xiàng)l件下，自然界的巖石受大氣、水、生物等要素影響，在原地發(fā)活力械崩解或化學(xué)分解，構(gòu)成松散堆積物的過(guò)程。風(fēng)化類型：物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化生物風(fēng)化物理風(fēng)化的結(jié)果：破壞巖體的完好性?；瘜W(xué)風(fēng)化的結(jié)果：改動(dòng)巖石的成分，構(gòu)成次生礦物。巖體的工程性質(zhì)發(fā)生如下幾方面變化：1、親水性變大，透水性加強(qiáng)。表現(xiàn)出膨脹、崩解、泥化等性質(zhì)

6、。2、力學(xué)強(qiáng)度降低，緊縮性變大。 巖石風(fēng)化程度劃分表 GB500212019風(fēng)化程度特 征殘積土組織結(jié)構(gòu)全部破壞，已風(fēng)化成土狀，鍬鎬易挖掘，干鉆易鉆進(jìn)，具可塑性全風(fēng)化結(jié)構(gòu)基本破壞，但尚可辨認(rèn)，有殘余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可用鎬挖，干鉆可鉆進(jìn)。強(qiáng)風(fēng)化結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物成分顯著變化，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖體破碎，用鎬可挖，干鉆不易鉆進(jìn)。中等風(fēng)化結(jié)構(gòu)部分破壞，沿節(jié)理面有次生礦物，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體被切割成巖塊。用鎬難挖，巖芯鉆方可鉆進(jìn)。微風(fēng)化結(jié)構(gòu)基本未變，僅節(jié)理面有渲染或略有變色，有少量風(fēng)化裂隙。未風(fēng)化巖質(zhì)新鮮，偶見(jiàn)風(fēng)化痕跡花崗巖全、強(qiáng)中風(fēng)化帶攝自三峽工程左岸永久船閘邊坡 殘積土 Qel 坡積土 Qdl 洪積土

7、Qpl 沖積土 Qal 湖積土 Ql 冰積土 Qgl 風(fēng)積土 Qeol 海積土 Qm1.4 土的成因類型巖石經(jīng)風(fēng)化后未被搬運(yùn)而殘留于原地的碎屑物質(zhì)所組成的土體，它處于巖石風(fēng)化殼的上部。殘積土(residual soil)：殘積土的工程性質(zhì)：粒度成分和礦物成分受氣候和母巖巖性的控制。其發(fā)育情況還和地形有關(guān)?？紫抖?、強(qiáng)度、緊縮性，均質(zhì)性差，但具有一定的構(gòu)造強(qiáng)度。原位測(cè)試強(qiáng)度室內(nèi)測(cè)試值。 雨水將山坡高處的風(fēng)化碎屑物順坡沖洗，堆積在較平緩的山坡腳處而構(gòu)成。坡積土(slope soil)：坡積土的工程性質(zhì)：構(gòu)造疏松，普通具較高的緊縮性。坡積構(gòu)成的黃土濕陷性較大。 由暴雨構(gòu)成的暫時(shí)由暴雨構(gòu)成的暫時(shí)性山洪急

8、流帶來(lái)的碎屑性山洪急流帶來(lái)的碎屑物質(zhì)在山溝出口處堆積物質(zhì)在山溝出口處堆積而成。而成。 洪積土(pluvial soil):分選性較好，離山前較近的洪積土顆粒粗，地下水位埋藏深，具有較高的承載力，緊縮性低，是工民建的良好地基。離山較遠(yuǎn)的地帶，洪積土的顆粒細(xì)，透水性不好，土質(zhì)弱，承載力低，作為建筑物地基時(shí)應(yīng)慎重對(duì)待。4山山 前前 洪洪 積積 扇扇 剖剖 面面 圖圖洪積土的工程性質(zhì)： 由河流的流水作用將由河流的流水作用將碎屑物質(zhì)搬運(yùn)到河谷碎屑物質(zhì)搬運(yùn)到河谷坡降平緩的地帶堆積坡降平緩的地帶堆積而成。而成。沖積土沖積土(alluvial soil)：河床相沖積土：在河流上游多是粗大的石塊、礫石和粗砂，中

9、下游或平原地域堆積物變細(xì)，磨圓度好，厚度很大。 古河床相土的緊縮性低，強(qiáng)度高。 現(xiàn)代河床堆積物的密實(shí)度差，透水性強(qiáng)，假設(shè)作為水工建筑物的地基將引起壩下滲漏。飽水砂土還能夠由于振動(dòng)而引起液化河漫灘相沖積土：是在洪水期河水漫溢河床兩側(cè)，攜帶碎屑物質(zhì)堆積而成。土粒較細(xì)，可以是粉土、粉質(zhì)粘土或粘土，并夾有淤泥或泥炭等脆弱土層，覆蓋于河床相沖積土之上，構(gòu)成上細(xì)下粗的“二元構(gòu)造。牛軛湖相沖積土：是在廢河道構(gòu)成的牛軛湖中堆積的松軟土，顆粒很細(xì)，常含大量有機(jī)質(zhì)，有時(shí)構(gòu)成泥炭。緊縮性很高，承載力很低，不宜作為建筑物的天然地基。河口?？谌侵尴鄾_積土：通常是淤泥質(zhì)土或典型淤泥。面積廣大而厚度極大。不宜作為建筑物的

10、天然地基。但表層硬殼層，有時(shí)可用作低層建筑物的地基。湖積土湖積土( limnetic soil )( limnetic soil )：湖邊堆積物是湖浪沖蝕湖岸構(gòu)成的碎屑湖邊堆積物是湖浪沖蝕湖岸構(gòu)成的碎屑物質(zhì)在湖邊堆積而構(gòu)成的。近岸帶堆物質(zhì)在湖邊堆積而構(gòu)成的。近岸帶堆積的多是粗顆粒的卵石、圓礫和砂土，積的多是粗顆粒的卵石、圓礫和砂土，遠(yuǎn)岸帶那么是細(xì)顆粒的砂土和粘性土。遠(yuǎn)岸帶那么是細(xì)顆粒的砂土和粘性土。湖心堆積物是由河流攜帶的細(xì)小懸浮顆湖心堆積物是由河流攜帶的細(xì)小懸浮顆粒到達(dá)湖心后堆積構(gòu)成，主要是粘土粒到達(dá)湖心后堆積構(gòu)成，主要是粘土和淤泥，常夾有細(xì)砂、粉砂薄層，土和淤泥，常夾有細(xì)砂、粉砂薄層，土的

11、緊縮性高，強(qiáng)度低。的緊縮性高，強(qiáng)度低。沼澤土主要由半腐爛的植物殘?bào)w泥炭沼澤土主要由半腐爛的植物殘?bào)w泥炭組成，含水量極高，承載力極低，不組成，含水量極高，承載力極低，不宜作天然地基。宜作天然地基。海積土海積土(marine sediment)(marine sediment)：濱海堆積物主要由卵石、圓礫和濱海堆積物主要由卵石、圓礫和砂組成，承載力較高。砂組成，承載力較高。淺海堆積物主要由細(xì)粒砂土、粘淺海堆積物主要由細(xì)粒砂土、粘性土、淤泥和生物化學(xué)堆積物性土、淤泥和生物化學(xué)堆積物組成，有層理構(gòu)造，較疏松，組成，有層理構(gòu)造，較疏松，含水量高，緊縮性大而強(qiáng)度低。含水量高，緊縮性大而強(qiáng)度低。深海堆積物主

12、要是有機(jī)質(zhì)軟泥。深海堆積物主要是有機(jī)質(zhì)軟泥。冰積土冰積土(moraine soil)(moraine soil)由冰川或冰水挾帶搬運(yùn)所構(gòu)成的堆由冰川或冰水挾帶搬運(yùn)所構(gòu)成的堆積物積物. .分選性極差分選性極差, ,石料占多數(shù)石料占多數(shù), ,冰水冰水堆積物可有一定成層性、分選性。堆積物可有一定成層性、分選性。風(fēng)積土風(fēng)積土(aeolian soil)： 在干旱的氣候條件下，巖石的在干旱的氣候條件下，巖石的風(fēng)化碎屑物被風(fēng)吹揚(yáng)，搬運(yùn)一段間風(fēng)化碎屑物被風(fēng)吹揚(yáng)，搬運(yùn)一段間隔隔 后，在有利的條件下堆積起來(lái)的后，在有利的條件下堆積起來(lái)的一類土，最常見(jiàn)的是風(fēng)成砂和風(fēng)成一類土，最常見(jiàn)的是風(fēng)成砂和風(fēng)成黃土。黃土。 土

13、的生成與工程特性的關(guān)系：土的生成與工程特性的關(guān)系： 流水搬運(yùn)堆積的土優(yōu)于風(fēng)力搬運(yùn)堆積的土流水搬運(yùn)堆積的土優(yōu)于風(fēng)力搬運(yùn)堆積的土 堆積年代越長(zhǎng)，土的工程性質(zhì)越好堆積年代越長(zhǎng)，土的工程性質(zhì)越好 堆積的自然地理環(huán)境不同，土的性質(zhì)不同堆積的自然地理環(huán)境不同，土的性質(zhì)不同1.5 地質(zhì)構(gòu)造 背斜 向斜 節(jié)理 斷層活斷層：第四紀(jì)以來(lái)仍在活動(dòng)的斷層。注：2019年指全新地質(zhì)時(shí)期11.1萬(wàn)年以來(lái)活動(dòng)著的斷層，且在今后100年能夠繼續(xù)活動(dòng)。在全新活動(dòng)斷裂中，近期(近五百年)發(fā)生過(guò)地震，且震級(jí)M5或在未來(lái)一百年內(nèi)預(yù)測(cè)能夠發(fā)生M5發(fā)震斷裂在工程運(yùn)用期或壽期內(nèi)(普通為50100年)，能夠影響和危害工程平安的活斷層工程活斷

14、層活斷層的活動(dòng)方式：忽然錯(cuò)動(dòng)粘滑型伴隨地震發(fā)生。發(fā)生在強(qiáng)度較高的巖土中，斷層帶鎖固才干強(qiáng)，危害大。緩慢蠕動(dòng)蠕滑型不直接產(chǎn)生地震。發(fā)生在強(qiáng)度較低的軟巖土中，斷層帶鎖固才干弱，危害小?；顢鄬訁^(qū)的建筑原那么：建筑物場(chǎng)址普通應(yīng)避開(kāi)活斷層；線路工程必需跨越活斷層時(shí)，盡量使其大角度相交；盡能夠選擇相對(duì)穩(wěn)定的“平安島，將建筑物布置在斷層的下盤；例：大亞灣核電站采取抗震構(gòu)造和建筑型式。湖北省巴東縣滑坡湖北遠(yuǎn)安鹽池河磷礦崩塌(后)崩塌(前)1.6 不良地質(zhì)條件泥石流淤埋房屋。體物總量10萬(wàn)方，龍頭高8米毀民房，中斷行車，1988年7月。1964年日本新瀉Niigata地下水類型1.7 1.7 地下水地下水潛水(

15、phreatic water)1砂層 2隔水層 3含水層4潛水面 5基準(zhǔn) 面 埋藏在地面以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上具自在水面的重力水。特征：與大氣相通，具自在水面，補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)一致，動(dòng)態(tài)受氣候影響較大。潛水面外形受地形影響。承壓水(pressure water)充溢于兩個(gè)隔水層之間的含水層中接受水壓力的重力水。A A補(bǔ)給區(qū)補(bǔ)給區(qū) B B承壓區(qū)承壓區(qū) C C排泄區(qū)排泄區(qū) 特征：不具自在水面，并接受一定的水頭壓力。分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)不一致。動(dòng)態(tài)變化較穩(wěn)定。不易受地面污染。承壓含水層部分H1初見(jiàn)水位 H2承壓水位H承壓水頭 h承壓水位埋深 地下水運(yùn)動(dòng)的根本規(guī)律Darcy定律：QkFi 或vki (線性)

16、式中：Q滲流量(cm3/s) k浸透系數(shù)(cm/s)表征巖土透水性能大小。還與水的粘滯性有關(guān)。 F過(guò)水?dāng)嗝?i=h/L水力坡降 v浸透流速(cm/s) Darcy定律適宜于層流砂土 浸透變形(seepage deformation)管涌(潛蝕)：細(xì)小土粒經(jīng)過(guò)孔隙發(fā)生挪動(dòng)的景象。多發(fā)生在不均勻的砂礫土中。流砂(流土)：一定體積土粒發(fā)生懸浮挪動(dòng)的景象。多發(fā)生在均質(zhì)砂土層和粉土層中。發(fā)生部位在滲流出逸處。 流砂問(wèn)題的分析：取土樣脫離體：土樣重力 W=FLr(向下)動(dòng)水力 GDFL=rwiFL (向上)平衡時(shí)W= GDFL有r = rwi 即icr= r / rw icr 稱為土的臨界水力坡降當(dāng)實(shí)踐i icr 時(shí)，發(fā)生流砂設(shè)水流方向向上，單位動(dòng)水力GDrwi地下水對(duì)建筑工程的影響：影響根底埋深的選擇影響施工排水軟化地基地下室防水空心構(gòu)造物浮起對(duì)根底具侵蝕性環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題地面沉降、地面塌陷地下水對(duì)建筑資料的腐蝕性結(jié)晶性侵蝕：水中SO4-2與混凝土作用生成新的化合物，由于體積膨脹而脹裂。分解性侵蝕：含侵蝕性co2的水溶解混凝土中的鈣質(zhì)而使混凝土崩解。酸性侵蝕：PH值低的酸性水對(duì)混凝土具腐蝕性。鎂鹽侵蝕：水中鎂鹽與混凝土作用后生成化合物溶解于水。作業(yè)