（教学课件）工程地质概述.ppt

1、第二章第二章 Introduction to Engineering Geology第1页，共32页。本章内容本章内容岩石的类型和特征土的成因类型 地质作用与地质构造 不良地质条件 地下水 第2页，共32页。2-1 岩石的类型和特征岩石岩石地球由一种或由一种或多种矿物多种矿物组合而成组合而成的的矿物矿物集合体集合体 强度和稳定性强度和稳定性成分成分性质性质变化变化第3页，共32页。一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物矿物：地壳中天然生成的自然元素或化合矿物：地壳中天然生成的自然元素或化合物物 。造岩矿物造岩矿物 ：组成岩石的矿物（：组成岩石的矿物（3030余种）余种）。矿物矿物 原生矿物：原生

2、矿物：由岩浆冷凝生成由岩浆冷凝生成次生矿物：次生矿物：由原生矿物风化生成由原生矿物风化生成第4页，共32页。二、岩石的成因类型岩石岩石岩浆岩岩浆岩沉积岩沉积岩变质岩变质岩由岩浆侵入地壳或喷出地表而形成由岩浆侵入地壳或喷出地表而形成 在地表由原岩经风化剥蚀作用而形在地表由原岩经风化剥蚀作用而形成的岩石碎屑、溶液析出物或有机成的岩石碎屑、溶液析出物或有机质等，经搬运到陆地低洼处或海洋质等，经搬运到陆地低洼处或海洋中沉积，再经成岩作用而形成中沉积，再经成岩作用而形成 岩石由于地壳运动和岩浆活动等的岩石由于地壳运动和岩浆活动等的影响发生矿物成分、结构构造的改影响发生矿物成分、结构构造的改变而形成新的岩

3、石变而形成新的岩石 地表分布最广地表分布最广根据岩石的外观特征用肉眼和简单工具进行鉴别根据岩石的外观特征用肉眼和简单工具进行鉴别 第5页，共32页。2-2 土的成因类型岩石岩石地球土土地球土：第四纪沉积物土：第四纪沉积物残积土残积土坡积土坡积土湖积土湖积土冲积土冲积土洪积土洪积土海积土海积土冰积土冰积土风积土风积土第6页，共32页。残积土岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组成的土体屑物质所组成的土体 残积土的分布受地形控制残积土的分布受地形控制 残积土中残留碎屑的矿物成分，在很大程残积土中残留碎屑的矿物成分，在很大程度上与下卧母岩一致度上与下卧母岩

4、一致 第7页，共32页。坡积土坡积土l 雨雪水流将高处的岩石风化产物，顺坡向下搬运搬运，或由于重力的作用而沉积在较平缓的山坡或坡角处的土 l 一般分布在坡腰或坡脚，其上部与残积土相接 l 随斜坡自上而下逐渐变缓，呈现由粗而细 l 矿物成分与下卧基岩没有直接关系 第8页，共32页。洪积土洪积土l 由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，将大量的基岩风化产物或将基岩剥蚀、搬运、堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成的堆积物l 离山区由近渐远颗粒呈现由粗到细的分选作用 l地貌特征，靠山近处窄而陡，离山较远处宽而缓，形似扇形或锥体，称为洪积扇（锥）第9页，共32页。冲积土平原河谷横断面示例 山区

5、河谷横断面示例 l 河流两岸的基岩及其上部覆盖的松散物质，被河流流水剥蚀后，经搬运、沉积于河流坡降平缓地带而形成的沉积土 l 具有明显的层理构造，具有明显的分选现象l 可分为平原河谷冲积土、山区河谷冲积土和三角洲冲积土等类型 第10页，共32页。2-3 2-3 地质作用与地质构造地质作用与地质构造一、地质作用一、地质作用概念：概念：引起地壳成分和构造以及地表形态发生变化的作用。分类：分类：内力地质作用和外力地质作用。地貌：地貌：地壳在内力和外力地质作用下，形成了各种类型的地形。基岩：基岩：原来生成的、具有一定连续性的岩石 覆盖土：覆盖土：覆盖在基岩之上的各种成因的沉积物 第11页，共32页。二

6、、地质构造二、地质构造 基本概念：基本概念：地壳中的岩体由于受到地壳运动的作用而发生连续或地壳中的岩体由于受到地壳运动的作用而发生连续或不连续的永久性形变而形成的种种构造形态。不连续的永久性形变而形成的种种构造形态。基本类型基本类型 褶皱构造：褶皱构造：地壳运动使层状岩层在构造应力作用下形成一系列波状弯曲地壳运动使层状岩层在构造应力作用下形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造。分为背斜和向斜两种。而未丧失其连续性的构造。分为背斜和向斜两种。断裂构造：断裂构造：在地壳运动的作用下，岩层丧失了原有的连续完整性，在地壳运动的作用下，岩层丧失了原有的连续完整性，在其内部产生了许多断裂面在其内部产生了

7、许多断裂面。分为节理和断层两种类型。分为节理和断层两种类型。第12页，共32页。地质构造褶皱地质构造褶皱第13页，共32页。地质构造节理地质构造节理第14页，共32页。地质构造断层地质构造断层第15页，共32页。三、地质年代三、地质年代 基本概念：基本概念：地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应的时代段落，地质年代有绝对的和相对的之分，相对地质的时代段落，地质年代有绝对的和相对的之分，相对地质年代在地史的分析中广为应用。年代在地史的分析中广为应用。地质年代的划分：地质年代的划分：代代 纪纪 世世 期期地质年代对应的地层单位：地质年代对应的地

8、层单位：界界 系系 统统 阶（层）阶（层）第16页，共32页。2-4 不良地质条件断层断层岩层节理发育岩层节理发育山坡滑动山坡滑动河床冲淤河床冲淤岸坡失稳岸坡失稳河沟侧向位移河沟侧向位移第17页，共32页。不良地质条件山坡滑动不良地质条件山坡滑动第18页，共32页。不良地质条件岸坡失稳与河床冲淤不良地质条件岸坡失稳与河床冲淤第19页，共32页。2-5 地下水 上层滞水上层滞水 埋藏在地表浅处、局部隔水层（透水埋藏在地表浅处、局部隔水层（透水体）的上部且具有自由体）的上部且具有自由 水面的地下水。水面的地下水。潜水潜水 埋藏在地表以下第一个稳定隔水埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上的具有自由水面

9、的地下水。层以上的具有自由水面的地下水。承压水承压水 充满于两个连续的稳定隔水层充满于两个连续的稳定隔水层之间的含水层中的地下水。之间的含水层中的地下水。1-上层滞水；2-潜水；3-承压水一、地下水的埋藏条件一、地下水的埋藏条件第20页，共32页。二、土的渗透性二、土的渗透性碎散性碎散性多孔介多孔介质质三相体系三相体系孔隙流体流动孔隙流体流动渗流渗流水、气等在土体孔隙中流动的现象水、气等在土体孔隙中流动的现象渗透性渗透性土具有被水、气等流体透过的性质土具有被水、气等流体透过的性质土颗粒土颗粒土中水土中水渗流渗流渗透特性渗透特性强度特性强度特性变形特性变形特性土木工程领域内的许多工程实土木工程领

10、域内的许多工程实践都与土的渗透性密切相关。践都与土的渗透性密切相关。第21页，共32页。渗水压力渗流量渗透变形透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙板桩围护下的基坑渗流第22页，共32页。渗流量透水层透水层不透水层不透水层天然水面天然水面井点降水漏斗状潜水面漏斗状潜水面Q第23页，共32页。ABL透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙达西定律达西定律ABLH1H2zAzBH H00基准基准面面水力坡降线水力坡降线hAhB v=k i 第24页，共32页。达西定律达西定律vk i 渗透定律i：水力梯度，或水力梯度，或水力坡降水力坡降vi注意：注意：l v是假想渗流速度，土体试

11、样全断面的平均渗流速度。是假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度。l 在砂土中水的运动符合于达西定律；而在粘性土中只有当水力梯度超在砂土中水的运动符合于达西定律；而在粘性土中只有当水力梯度超过所谓起始梯度时才开始发生渗流。过所谓起始梯度时才开始发生渗流。l 对于砾石、卵石等粗粒土中的渗流，一般速度较大，达西对于砾石、卵石等粗粒土中的渗流，一般速度较大，达西定律不再适用，工程中采用经验公式求渗透速度。定律不再适用，工程中采用经验公式求渗透速度。l 土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来测定。土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来测定。k:反映土的透水性能的系数，称为渗透系

12、数反映土的透水性能的系数，称为渗透系数物理意义：物理意义：水力坡降水力坡降i1 1时的渗流速度时的渗流速度单位：单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day适用条件：适用条件：层流，即流速不大时，层流，即流速不大时，可用雷诺数可用雷诺数 Re进行判断进行判断第25页，共32页。三、动水力和渗流破坏三、动水力和渗流破坏动水力的概念动水力的概念物理意义：物理意义：地下水的渗流对单位体积地下水的渗流对单位体积 土体内土骨架所产生的力。土体内土骨架所产生的力。GD=wi大小：大小：方向：方向：与与i方向一致（均质土与方向一致（均质土与渗流方向一致）渗流方向一致）作用对象：作用对象：土骨架土骨架一.动水

13、力（渗透力）第26页，共32页。基本类型基本类型 二二.渗流破坏渗流破坏流砂流砂管涌管涌土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的破坏形成条件形成条件 防治措施防治措施 第27页，共32页。粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2坝体坝体1.1.基本类型基本类型 流砂流砂在向上的动水力作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象在向上的动水力作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象criiGW0D和土的密实程度有关cri渗流渗流原因：原因：第28页，共32页。scrFiii Fs:安全系数安全系数1.52.0 i :允许坡降允许坡降i icr:土体处于稳定状态土体处于稳定状态土体发生流砂破坏土体

14、发生流砂破坏土体处于临界状态土体处于临界状态流砂的形成条件流砂的形成条件经验判断：经验判断：无压重时：无压重时：第29页，共32页。管涌管涌原因：原因：内因内因 有足够多的粗颗粒形成大有足够多的粗颗粒形成大于细粒径的孔隙通道于细粒径的孔隙通道外因外因渗透力足够大渗透力足够大 在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。管涌管涌破坏二.渗流破坏第30页，共32页。流土与管涌的比较流土与管涌的比较 流砂流砂土体局部范围的

15、颗粒同时发生土体局部范围的颗粒同时发生移动移动管涌管涌只发生在水流渗出的表层只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发只要渗透力足够大，可发生在任何土中生在任何土中破坏过程短破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等导致下游坡面产生局部滑动等现象现象位置位置土类土类历时历时后果后果土体内细颗粒通过粗粒形成的土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出可发生于土体内部和渗流溢出处处一般发生在特定级配的无一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口导致结构发生塌陷或溃口二.渗透破坏 第31页，共32页。学习要点学习要点 掌握岩石和土的成因类型掌握岩石和土的成因类型了解地质构造的基本类型了解地质构造的基本类型了解常见的不良地质条件了解常见的不良地质条件了解地下水按埋藏条件划分的基本类型了解地下水按埋藏条件划分的基本类型掌握土的渗透性及渗透系数和动水力的概念掌握土的渗透性及渗透系数和动水力的概念 了解产生流砂破坏的条件了解产生流砂破坏的条件 第32页，共32页。