地质工程学.doc

软王 1地质工程学第一章 地质学概论1.1 地球的构造1. 地球的形状和大小2. 地球的圈层构造外圈层：大气圈、水圈和生物圈内圈层：地壳、地幔和地核地壳深度约为 20~70 km1.2 地质作用定义：由自然动力引起地球和地壳物质组成、内部结构和地壳形态不断变化和发展的作用按照自然动能的来源不同，地质作用可分为内力地质作用和外力地质作用第二章 地质构造及地貌类型第一节 地质构造地壳运动：地壳受到各种内外力的影响，在不断地改变着地球的面貌地壳分裂为板块的活动以及宇宙间引力的活动使地壳产生水平和垂直两种运动 水平运动——使地壳引张、挤压、产生各种断裂、褶皱构造，使地表起伏，故称造山运动 * 垂直运动——是长期交替的升降运动，引起大范围的隆起或拗陷，引起海陆变迁，又称造陆运动地质构造（倾斜构造、褶皱构造、断裂构造）是地壳运动的产物一、倾斜构造——原始沉积地层常是水平展布的或是缓倾角的，由于地壳运动产生倾斜，就是所谓单斜构造，是岩层发生褶曲的一翼二、褶皱构造——岩层受地壳运动后产生弯曲变形称褶皱构造，它是岩层塑性变形的结果，岩层仍是连续的，并未失去其完整性三、断裂构造——岩层受地壳运动的构造应力而破裂，产生裂隙和断层两种类型，使岩体失去完整性和连续性。

1. 断裂构造的力学性质：2. 裂隙——是存在于岩体中的裂缝，是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造A．剪性裂隙：岩层受剪应力产生的破裂面，常交叉成 “X”型B．张性裂隙：岩层受张应力产生的破裂面，常呈锯齿状C．裂隙的工程评价：岩体中存在裂隙，破坏了岩体的整体性，促进岩体风化速度，增强岩体的透水性，因而使岩体的强度和稳定性降低3. 断层——岩体受力断裂后两侧岩块沿断裂面发生了显著位移、错动称为断层大的断层包括断层破碎带和其影响带，称为断裂带，如山东郯城延伸至安徽庐江的大断裂绵延上千公里，为世界上著名的活断层——郯庐断裂断层带的宽度可由几厘米、几米至几十米A．断层的类型——正断层、逆断层、平推断层B．断层的工程评价：由于岩层发生强烈的断裂变动，致使岩体裂隙增多、岩石破碎、风化严重、地下水发育，从而降低了岩石的强度和稳定性，对工程造成了种种不利影响活断层——指目前正在活动着的断层，或是近期曾有过活动而不久将来可能会重新活动的断层活断层对工程建筑物的影响：一方面是由于活断层的地面错动直接损害跨越该断层修建的建筑物；另一方面是伴有地震发生的活断层，强烈的地震对较大范围内建筑物的损害。

震成因的断层学说：（美国地震学家 H. F. Reid, 1910）地壳运动产生的能量以弹性应变能的形式在断层及其附近的岩体长期积累，并使断层两侧相对位移，以 弹性应变的形式表现出来当应变达到一定程度 时，断层突然错动，并使积累在断层及其附近岩体中的应变能快速释放，发生地震强震活动经常发生在断裂带应力集中的特定地段上：活动断裂转折部位、端点部位、分枝部位以及不同方向活动断裂的交汇部位1920 宁夏海原 M8.5 地震——祁连山北缘大断裂由 NWW 向转为 SSE 向的转折处1950 西藏察隅 M8.5 地震——喜马拉雅褶皱断裂带东缘急剧转折部位1927 甘肃古浪 M8 地震——NWW 向皇城—塔儿庄断裂和 NNW 向武威—天祝断裂的交汇处1976 河北唐山 M7.9 地震——活动强烈的 NE 向沧县—唐山断裂与五条向唐山、丰南聚 敛的 NW 向断裂交汇部位建于活断层上的桥梁，同样可采取适 应于该地质条件的结构措施例如日本山阳新干线的新户车站建于一高架桥上，恰好位于六甲山活断层之上断 层带为宽 达 8m 的断层粘土，一 侧为花岗 岩，另一侧为更新世洪积砂砾石层断层活动使全新世沉积软王 2层错动达 70cm。

高架桥基础主要砌置于砂砾石层和断层粘土之上部分在断层另一侧的花岗岩上（见图 l－19） 采取的结构措施有：①采用钢筋混凝土框架基础；②花岗岩一侧基础之下挖除 1m 厚的岩体，并置换以砂层，使整个基 础底面的反力差减小；③将中央高架桥与两侧站台设计为相互分离的独立结构，其连接处允许产生扭转和水平变位；④按花岗岩一侧年平均上升 lmm，使用年限为 50 年时最大上升达 5 cm 计算，中央高架 桥本身设计为允许变形的第二节 地貌类型及其在工程建设中的意义地貌是地质构造在地壳中所引起的地形形态，工程建设中经常遇到的一些地貌类型有：一、山地地貌山岳：是以上升的内力地质作用为主，并受外力地质作用以及岩性、构造等条件制约而演变成的一系列山脉按山脉相对高度＞1000m ，500m-1000m，＜500m ，划分为高山、中山、低山，按山岳成因可划分为：单斜山（由单向倾斜的岩层组成） ．褶皱山（由褶皱的背斜、向斜等岩层组成） ，断块山（由断裂变动所造成）丘陵：低山经过长期剥蚀、切割，外貌成为低矮而平缓的起伏地形，或是孤立的小山基岩一般埋藏较浅，丘顶部基岩直接裸露．风化严重有时表层被残积物所掩盖．丘陵坡底往往堆积有较厚的坡、洪积物或冲积物。

其边缘地带还常堆积有结构松散的新近坡积层在丘陵地区进行工程建设，土、石方量一般均较大，挖方地段岩石出露，承载力高；填方地段土石松散，易积水，承载力低冲沟：冲沟是斜坡上土石受暂时性急流冲刷而形成的具有陡壁的沟谷、这种沟谷平时是没有水的，降雨或融雪时才有暂时性的水流冲沟横断面在山区呈 V 字型，在山口及平原区一般呈 U 字型在平面上，冲沟常具有支叉的形状二、山麓堆积地貌坡积裙：是山坡积水形成的面流，将山坡上方的风化碎屑物质夹带到山坡脚下沉积下来，象给山坡前缘镶了一条裙边，这种地貌叫坡积裙在坡积裙地段进行工程建设时，要注意斜坡土体的稳定性以及山坡顶部是否有危石存在，同时要注意地基土的差异性所导致建（构）筑物的不均匀沉降洪积扇：山区暂时性水流迅速汇集在沟谷、凹地后形成洪流，并以极高的速度由山内向山口流动、出山口后由于过水断面突然增大，坡降骤减，流速急剧降低，变成了无数条支流，分散漫流在山沟口处，洪水夹带下来的碎屑物质大量地堆积下来，象一把打开的折扇，以沟口为顶端向边缘呈缓倾斜延伸，这样的地貌单元我们称之为洪积扇在洪积扇上进行工程建设时，宜将建筑场地设置在洪积扇中、上部，距近代河流要保持一定距离，以防河流摆动或水害的侵蚀。

洪积扇顶部地形狭窄，靠近山边溪流出口处．极易受山洪和泥石流的袭击有的洪水泥石流可携带数百吨碎屑物，最大巨砾可达数十吨这些对附近建（构）筑物的威胁是很大的山前倾斜平原：在干旱、半干旱气候地区，暂时性水流在山前堆积了大量的洪积物，这些洪积物和山坡上面夹带下来的坡积物组合在一起构成了宽广的山前倾斜平原它沿着山前形成一条波状起伏的狭长地形，靠近山麓地形较高，远离山麓地形变低，呈微倾斜状山前倾斜平原上堆积物较庞杂，无论是垂直或水平方向变化均较大山前倾斜平原是进行工程建设的良好场所但山前倾斜平原多由坡积裙、洪积扇、山麓阶地等地貌单元毗连而成，在相邻两地貌单元交接地段设置建（构）筑物时，由于地形、地质岩性的差异所引起的地基变形及不均匀沉降等问题是值得特别注意的三、河谷地貌河谷是河流依靠其本身侵蚀力量塑造出来的地貌形态按其部位特征划分为河床、河漫 滩、阶地、牛轭湖等地貌单元河床：河床是河谷谷底中河水流经的地段在河床上很少设置构筑物（除桥墩外）的河漫滩：当河床左右摆动以及洪水泛滥时，在河床两侧堆积形成的浅滩，称之为河漫滩，在河流中、下游河漫滩、多为砾砂及粘性土所组成河漫滩经常被洪水所淹没，一般不宜设置建（构）筑物。

如需设置取水构筑物等，要注意由于河床摆动而造成的凹岸侵蚀、凸岸堆积的不稳定因素还要了解最大洪水（百年一遇）的最高水位，流量及流速阶地：阶地是分布在谷坡上的，一般不再被洪水所淹没的一些有陡坎的平台，平台面是旧有的河漫摊，而平台的陡坎则是由河流切割老河漫滩而形成的阶地主要是由于地壳下沉、河流堆积，地壳上升、河流切割及摆动共同作用下形成的， 阶地是一类台阶式平缓狭长的条带状地貌地壳有几次间歇性上升，就有几级阶地大多从河漫滩以上算起，自下而上由新至老分别称作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……等级阶地阶地地势平坦、开阔，并向河床及河流下游方向微微倾斜，天然排水条件良好，地下水位埋藏深，土石密度大，质地均匀、承载力高，是设置建（构）筑物良好场地但要注意低阶地常有古河道、河漫滩或牛轭湖的堆积物呈透镜体或条带状分布埋藏在其中 牛轭湖：是当河流在中、下游左右摆动、侵蚀，堆积形成河曲后，进一步截弯取直过程中被遗弃的河床，称之为牛轭湖牛轭湖也可由沙洲、沙岛所阻隔的洼地而造成牛轭湖沉积物主要是由暗色的含大量有机质的亚粘土、亚砂土所组成一般是不适宜设置建（构）筑物的软王 3四、河流冲积平原平原是各个水系的中、下游河流在向海域倾流的过程中，由于河流的摆动、改道及洪水泛滥而堆积成宽广、平坦的开阔地，称作冲积平原。

冲积平原多发生在地壳下沉地区，这里地势平坦、沉积物深厚，物质组成以冲积物为主，其颗粒成分随着河流比降的减缓而由粗变细冲积平原主要有三种类型：一种是山前平原，是由洪积扇群或大的冲积扇所构成；另一种是泛滥平原，即广阔的河漫滩平原，一般分布在河流中、下游或山间盆地；再一种是三角洲平原，主要分布在沿海的江、河出海口的地区冲积平原地形广阔，平坦，松散堆积物厚且变化不大，承载力中等，地下水广布，是进行工程建设的良好场地但在地势低洼地段，可能是过去的古河道、河漫滩，湖沼、牛轭湖等，常有较厚的淤泥软土分布特别是河流洪水位高于平原标高的地区，要考虑建筑场区遭受洪水淹没的问题 五、河口三角洲河流往往是以携带着大量的碎屑物流入海洋或大的湖泊而结束河流把搬运来的碎屑泥、砂、砾堆积在河口附近，构成高出水面的低地，称作河口三角洲三角洲不断地向海洋（湖泊）扩大（黄河三角洲每年扩大 30m） ．由于河口自由水面的坡度减小近于零水体呈散流状，故沉积了厚层的粒度细、分选性好，含有大量有机质的淤泥软土三角洲在平面上的外形，略似顶尖前向陆地的三角形沉积体，其规模不等面积可由几十至几万平方公里，长度可由几十至几百余公里大型三角洲亦称三角洲平原。

在河口三角洲设置建（构）筑物时，要注意由于淤泥土承载力低、变形大而导致地基土破坏或使建筑物长期沉降而处于不稳定的问题第三节 地质年代及第四纪沉积物特征一、地质年代地球形成到现在已有 60 亿年以上的历史，在 这漫长的岁月里，地球经历了一连串的变化，这些变化在整个地球历史中可分为若干发展阶段地球 发展的时间段落称 为地质年代地质年代在工程实践中常被用到，当需要了解一个地区的地 质构造，岩 层的相互关系，以及阅读地质资料或地质图时都必须具备地质年代的知识岩层的地质年代有两种：一种是绝对地质年代，另一种是相对地质年代绝对地质年代：指组成地壳的岩层从形成到现在有多少“年”它能说明岩层形成的确切时间，但不能反映岩层形成的地质过程相对地质年代：能说明岩层形成的先后顺序及其相对的新老关系，如哪些岩层是先形成的，是老的；哪些岩层是后形成的，是新的，它并不包含用“年”表示的时间概念可以看出，相对地质年代虽然不能 说明岩层形成的确切时间 ，但能反映岩 层形成的自然阶段，从而说明地壳发展的历史过程所以在地 质工作中，一般以 应用相对地 质年代为主地址年代表（见课本 28 页）二、第四纪沉积物地质特征地质年代中第四纪时期是距今最近的地质年代。

在第四纪历史上发生了两大变化即人类的出现和冰川作用这反映了第四纪时所特有的自然地理环境，构造运动和火山活动等特点而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，有时就笼统称之为土第四纪沉积物是坚硬岩石经长期地质作用后的产物，广泛分布于地球的陆地和海洋，它是由岩石碎屑、矿物颗粒。