第二章工程地質(zhì)基本知識(shí)

一、概述二、第四紀(jì)沉積物三、地下水學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解地質(zhì)作用的概念、地質(zhì)年頭的概念。理解第四紀(jì)沉積物類(lèi)型及其工程特點(diǎn)。了解地下水的埋藏條件；理解土的滲透性、滲流力、流土、管涌等概念。（一）地質(zhì)作用建筑場(chǎng)地的地形、地貌和組成物質(zhì)（土與巖石）的成分、分布厚度及特性取決于地質(zhì)作用。構(gòu)成自然地基的物質(zhì)是地殼中的巖石和土。地殼厚度為30~80km，它的物質(zhì)、形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造是在不斷地改造和演化的。導(dǎo)致地殼成分變更和構(gòu)造變更的作用，稱(chēng)為地質(zhì)作用，可分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。一、概述1.內(nèi)力地質(zhì)作用一般認(rèn)為是，由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能和放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱能等引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部構(gòu)造以及地表形態(tài)發(fā)生變更的地質(zhì)作用。eg.巖漿活動(dòng)、地殼運(yùn)動(dòng)（構(gòu)造運(yùn)動(dòng)）和變質(zhì)作用。一、概述2.外力地質(zhì)作用由太陽(yáng)輻射能和地球重力位能引起。eg.晝夜和季節(jié)氣溫變更，雨雪、山洪、河流、冰川、風(fēng)及生物等對(duì)母巖產(chǎn)生的風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)與沉積作用。晝夜和季節(jié)以及氣溫的變更可使地表各種原巖不斷發(fā)生熱脹脫離、冷縮開(kāi)裂等機(jī)械裂開(kāi)。水和水溶液的存在，可使原巖不斷發(fā)生水化、氧化、碳酸鹽化、溶解以及縫隙水凍脹引起崩裂化學(xué)變更和機(jī)械裂開(kāi)。動(dòng)植物和微生物的活動(dòng)，也可使原巖不斷發(fā)朝氣械裂開(kāi)和化學(xué)變更。這種外力（包括大氣、水、生物）對(duì)原巖機(jī)械裂開(kāi)和化學(xué)變更的作用，統(tǒng)稱(chēng)為風(fēng)化作用。一、概述外力地質(zhì)作用過(guò)程中的風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)及沉積是彼此親密聯(lián)系的。風(fēng)化作用為剝蝕作用創(chuàng)建了條件，而風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)又為沉積作用供應(yīng)了物質(zhì)的來(lái)源。一、概述（二）地質(zhì)年頭土與巖石的性質(zhì)與其生成的地質(zhì)年頭有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，生成年頭越久，土與巖石的工程性質(zhì)越好。地質(zhì)年頭是指地殼發(fā)展歷史與地殼運(yùn)動(dòng)、沉積環(huán)境及生物演化相應(yīng)的時(shí)代段落。地球形成至今大約有60億年的歷史，在這漫長(zhǎng)的地質(zhì)年頭里，地殼經(jīng)驗(yàn)了一系列困難的演化過(guò)程，形成了各種類(lèi)型的地質(zhì)構(gòu)造和地貌以及困難多樣的巖石和土。一、概述一、概述地質(zhì)年頭有確定和相對(duì)之分相對(duì)地質(zhì)年頭在地史的分析中廣為應(yīng)用。它依據(jù)古生物的演化和巖層形成的依次，將地殼歷史劃分成一些自然階段。分為五大代（太古代、元古代、古生代、中生代和新生代），每代又分為若干紀(jì)，每紀(jì)又細(xì)分為若干世及期。在每一個(gè)地質(zhì)年頭中，都劃分有相應(yīng)的地層。地質(zhì)年頭和地層單位、依次和名稱(chēng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表。通常所說(shuō)的土為新生代第四紀(jì)更新世（距今約100萬(wàn)年），更新世又分為早更新世（Q1）、中更新世（Q2）、晚更新世（Q3），其后為全新世（Q4）。地質(zhì)年頭和地層單位、依次、名稱(chēng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系地質(zhì)年代代紀(jì)世期地層單位界系統(tǒng)階(層)紀(jì)(系)一、概述地表的巖石經(jīng)風(fēng)化，剝蝕成巖屑，又經(jīng)搬運(yùn)、沉積而成的沉積物，年頭不長(zhǎng)，未經(jīng)壓緊硬結(jié)成巖石之前，呈松散狀態(tài)，稱(chēng)為第四紀(jì)沉積物，即土。依據(jù)搬運(yùn)和沉積的狀況不同，可分為以下幾種類(lèi)型：殘積層、坡積層、洪積層、沖積層、海相沉積層、湖沼沉積層。不同成因類(lèi)型的第四紀(jì)沉積物，各具有確定的分布規(guī)律和工程地質(zhì)特性。二、第四紀(jì)沉積物二、第四紀(jì)沉積物（一）殘積物定義：殘留在原地未被搬運(yùn)的那一部分原巖風(fēng)化產(chǎn)物。分布：殘積物主要分布在巖石出露地表，經(jīng)受猛烈風(fēng)化作用的山區(qū)、丘陵地帶與剝蝕平原。由于殘積物沒(méi)有層理構(gòu)造，裂隙多，均質(zhì)性很差，作為建筑物地基應(yīng)留意不勻整沉降和土坡穩(wěn)定性問(wèn)題。特點(diǎn)：顆粒未被磨圓或分選，多為棱角狀粗顆粒土。殘積物與基巖之間沒(méi)有明顯界限，通常經(jīng)過(guò)一個(gè)基巖風(fēng)化帶而干脆過(guò)渡到簇新巖石，其礦物成分很大程度上與下臥基巖一樣。殘積層：應(yīng)注意不均勻沉降和土坡穩(wěn)定性問(wèn)題。坡積層：應(yīng)注意不均勻沉降和地基穩(wěn)定性問(wèn)題。洪積層：應(yīng)注意土層的尖滅和透鏡體引起的不均勻沉降。（二）坡積物定義：雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風(fēng)化產(chǎn)物緩慢地沖刷剝蝕、順著斜坡向下移動(dòng)、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。二、第四紀(jì)沉積物特點(diǎn)：自上而下呈現(xiàn)由粗而細(xì)的分選現(xiàn)象。其礦物成分與下臥基巖沒(méi)有干脆關(guān)系。由于坡積物形成于山坡，常常發(fā)生沿下臥基巖傾斜面滑動(dòng)；還由于組成物質(zhì)粗細(xì)顆?；祀s，土質(zhì)不均，厚度變更大。新近積累物土質(zhì)疏松，壓縮性較大。定義：由暴雨或大量融雪隧然集聚而成的短暫性山洪急流，具有很大的剝蝕、搬運(yùn)實(shí)力。它沖刷地表，挾帶著大量碎屑物質(zhì)積累于山谷沖口或山前傾斜平原而形成洪積層。特點(diǎn):離山漸遠(yuǎn)，顆粒變細(xì)，分布范圍漸漸擴(kuò)大。其地貌特征是靠山近處窄而陡，離山遠(yuǎn)處寬而緩，形如錐體，故稱(chēng)為洪積錐（扇）。由相鄰溝谷口的洪積扇組成洪積扇群。（三）洪積層二、第四紀(jì)沉積物2.淤泥夾粘土透鏡體1.表土層3.黏土尖滅層4.砂土夾黏土層5.礫石層6.石灰?guī)r層土的層理構(gòu)造洪積物的顆粒雖因搬運(yùn)過(guò)程中的分選作用呈現(xiàn)漸變現(xiàn)象,但由于搬運(yùn)距離短,顆粒的磨圓度仍不佳。此外，山洪是周期性產(chǎn)生的，每次的大小不盡相同，積累物質(zhì)也不一樣。因此，洪積物常呈現(xiàn)不規(guī)則的層理構(gòu)造，如具有夾層、尖滅或透鏡體等產(chǎn)狀?？拷降鼗螂x山較遠(yuǎn)地段的洪積物的承載力高，而過(guò)度地帶由于地下水溢出地表造成沼澤地帶，土質(zhì)軟、承載力低。二、第四紀(jì)沉積物（四）沖積層定義：沖積物是河流流水的地質(zhì)作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物剝蝕后搬運(yùn)沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物。特點(diǎn)：呈現(xiàn)明顯的層理構(gòu)造。由于搬運(yùn)作用顯著，碎屑物質(zhì)由帶棱角顆粒經(jīng)滾磨、碰撞漸漸形成亞圓或圓形顆粒，其搬運(yùn)距離越長(zhǎng)，則沉積物質(zhì)越細(xì)。典型的沖積物是形成于河谷內(nèi)的沉積物，可分為平原河谷沖積層和山區(qū)河谷沖積層等。二、第四紀(jì)沉積物二、第四紀(jì)沉積物平原河谷橫斷面礫卵石中粗砂粉細(xì)砂粉質(zhì)黏土粉土黃土淤泥一.巖溶：可溶性巖石在地表水和地下水的長(zhǎng)期地質(zhì)作用下形成的各種溶蝕現(xiàn)象。又叫喀斯特地貌。三、不良地質(zhì)巖溶與土洞因地下水或者地表水流入地下土體內(nèi)，將顆粒間可溶成分溶濾，帶走細(xì)小顆粒，使土體被掏空成洞窟而形成。二、土洞泥石流的定義：一種含大量泥砂石塊的特殊洪流。三、不良地質(zhì)泥石流臺(tái)灣高雄縣泥石流三、地下水地下水：存在于地面下土和巖石的孔隙、裂隙或溶洞中的水。建筑場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件主要包括地下水的埋藏條件，地下水位及其動(dòng)態(tài)變更，地下水化學(xué)成分及其對(duì)混凝土的腐蝕性等。（一）地下水分類(lèi)按埋藏條件不同，分為三類(lèi)：1.上層滯水：地表水下滲，積聚在局部透水性小的黏性土隔水層上的水。為雨水補(bǔ)給，有季節(jié)性。2.潛水：埋藏在地表以下第一個(gè)連續(xù)分布的穩(wěn)定隔水層以上，具有自由水面的重力水。為雨水、河水補(bǔ)給，水位有季節(jié)性變更。一般埋藏在第四紀(jì)沉積層及基巖的風(fēng)化層中。水面標(biāo)高稱(chēng)為地下水位。3.承壓水：埋藏在兩個(gè)連續(xù)分布的隔水層之間，完全充溢的有壓地下水。通常存在于卵石層中，承受確定的靜水壓力。其埋藏區(qū)與地表補(bǔ)給區(qū)不一樣。因此，承壓水的動(dòng)態(tài)變更受局部氣候因素影響不明顯。三、地下水（二）地下水對(duì)工程的影響1.基礎(chǔ)埋深：通常設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深D應(yīng)小于地下水位深度

hw。2.施工排水：當(dāng)?shù)叵滤桓?，基礎(chǔ)埋深D大于地下水位深度時(shí)，基槽開(kāi)挖與基礎(chǔ)施工必需進(jìn)行降水。中小工程可以接受挖排水溝與集水井降水；重大工程應(yīng)接受井點(diǎn)降低地下水位法。3.地下水位升降：濕陷性黃土、膨脹土遇水時(shí)；地下水位大幅下降時(shí)。三、地下水4.地下室防水。5.地下水水質(zhì)侵蝕性。6.空心結(jié)構(gòu)物浮起。7.承壓水沖破基槽。

地下水含有各種化學(xué)成分，當(dāng)某些成分含量過(guò)多時(shí)，會(huì)腐蝕混凝土、石料及金屬管道。三、地下水（三）滲流破壞及防治措施防治流砂的原則：（1）減少或消除坑內(nèi)外地下水的水頭差。（2)增長(zhǎng)滲流路徑。（3)在向上滲流出口處地表用透水材料覆蓋壓重以平衡動(dòng)水力。三、地下水1.流土

當(dāng)水流自下而上流動(dòng)時(shí)，動(dòng)水力方向與重力方向相反，使土顆粒懸浮。當(dāng)動(dòng)水力等于或大于土的浮重度時(shí)，土粒之間毫無(wú)壓力，土隨水流動(dòng)，即

，所以

稱(chēng)為臨界水力坡降。2．管涌當(dāng)土中滲流的水力坡降小于臨界水力坡降時(shí)，雖不致誘發(fā)流土，但在滲流力作用下，無(wú)黏性土中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動(dòng)，以致流失，漸漸在土體中形成貫穿的滲流管道，造成塌陷，這種現(xiàn)象稱(chēng)為管涌或潛蝕。管涌可能發(fā)生在滲流逸出處，也可能發(fā)生在土體內(nèi)部。防治管涌的措施主要有：（1）降低水力坡降，如打板樁。（2）在滲流逸出部位鋪設(shè)反濾層。三、地下水基坑開(kāi)挖防滲措施1.工程降水

接受明溝排水和井點(diǎn)降水的方法人工降低地下水位原地下水位明溝排水原水位面一級(jí)抽水后水位二級(jí)抽水后水位多級(jí)井點(diǎn)降水要求地下水位降得較深，接受井點(diǎn)降水。在基坑四周布置一排至幾排井點(diǎn)，從井中抽水降低水位三、地下水在基坑內(nèi)（外）設(shè)置排水溝、集水井，用抽水設(shè)備將地下水從排水溝或集水井排出三、地下水2.設(shè)置板樁

沿坑壁打入板樁。一方面可以加固坑壁，同時(shí)增加了地下水的滲流路徑，減小水力坡降。鋼板樁3.水下挖掘

在基坑或沉井中用機(jī)械在水下挖掘，避開(kāi)因排水而造成流砂的水頭差。為了增加砂的穩(wěn)定性，也可向基坑中注水，并同時(shí)進(jìn)行挖掘。三、地下水小結(jié)本章主要從工程地質(zhì)的角度介紹了土的生成、土層的類(lèi)型和特點(diǎn)、地下水分類(lèi)、地下水的滲流、滲流造成的破壞及防治等基本概念。這些內(nèi)容是分析與解決地基基礎(chǔ)工程問(wèn)題時(shí)所需的基本學(xué)問(wèn)。1．地質(zhì)相對(duì)年頭：劃分為五大代（太古代、元古代、古生代、中生代和新生代），下分若干紀(jì)、世、期。通常所說(shuō)的土產(chǎn)生于新生代第四紀(jì)更新世（距今0.012百萬(wàn)年～1百萬(wàn)年），更新世又分為