工程地质教案课件.ppt

工程地质,主讲: 朱德良 高级工程师单位： 武夷学院建筑工程系,工程地质教学大纲,一、本课程的性质与目的本课程是为土木工程专业开设的一门专业基础课。通过本课程的学习,应具备工程地质学中的基本知识,并能运用这些知识,解决土木工程中常见的工程地质问题。二、本课程基本要求1 、系统的掌握有关的工程地质基本理论和知识。2 、能够运用工程地质勘察成果，根据所学的知识，对一般的工程地质问题进行分析和评价，提出合理的防治措施。3 、了解工程地质勘察的基本内容，方法和过程。三、本课程内容主要为：1、岩石的成因类型及其工程地质特征；2、地质构造及其对工程的影响；3、土的工程性质及分类；4、地下水类型、性质及其对工程建设的影响；5、风化作用、河流地质作用、泥石流、滑坡和崩塌、岩溶和土洞、地震效应等不良地质现象的工程地质问题；6、工程地质勘查的基本内容；,地基基础在工程中的重要性,隐蔽工程，处理困难，事故危害大； 工程造价高，占20-25%； 设计上应做方案比较。,比萨斜塔、虎丘塔（地基不均匀沉降）； 加特朗斯康谷仓、巴桩基大厦（地基破坏）； 上海锦江饭店整体下沉、香港宝成大厦失稳。,软弱地基 整体破坏,地基土承载力低，产生强度破坏,地基不均匀沉降， 建筑倾斜,地质剖面图,均质软弱地基整体下沉,绪 论,1、工程地质学研究的主要内容？2、工程地质学研究的具体任务？3、工程地质勘察的目地是什么？4、工程地质学研究的对象？5、工程地质学研究基本方法？6、地质分析法概念？7、地基支撑建筑物荷载、且受建筑物影响的那一部分地层称为地基。8、基础-建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础。9、地基基础设计的先决条件： 在设计建筑物之前，必须进行建筑场地的地基勘察，充分了解、研究地基土(岩)层的成因及构造、它的物理力学性质、地下水情况以及是否存在(或可能发生)影响场地稳定性的不良地质现象(如滑坡、岩溶、地震等)，从而对场地件作出正确的评价。,10、 地基基础设计的两个基本条件： (1)要求作用于地基的荷载力不超过地基的承载能力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备； (2)控制基础沉降使之不超过地基的变形允许值，保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用。11、工程地质条件概念12、土木工程主要工程地质问题？13、土木工程专业学生学习本课程的基本要求？,第一讲 地壳及其物质组成,1-1 地球的构造（圈层）形状：不规则的旋转椭球体半径：6378.14km 质量：59.7万亿吨体积：1.08万亿km3 陆海分布：29.2%,70.8% 外圈：大气圈、水圈、生物圈圈层： 内圈：地壳、地幔、地核 平均厚度：35km（陆：70-80； 洋7-8km）地壳 密度：（陆壳：2.7； 洋壳：2.9） 组成：（陆壳：硅铝层 洋壳：铁镁） 质量比：1.5%地球质量地幔 范围：35-2883km 低速带范围：50-250km 质量比：66%地球质量 平均密度：3.324.64g/cm3,状态：液态，固态地核 范围：28836371km 质量比：32.5%地球质量 平均密度：上地幔3.8 下地幔：5.61-2 地质作用的基本概念一、外动力地质作用1、风化作用2、剥蚀作用3、搬运作用4、沉积作用5、固结成岩作用二、内动力地质作用1、地壳运动2、岩浆作用3、地震作用4、变质作用三、人为地质作用,1-3 造岩矿物一、矿物的基本概念二、矿物的形态特征三、矿物的物理性质1 、颜色（自色，它色） 2、 条痕3、 透明度 4 、光泽5 、硬度 6 、解理与断口四、常见矿物描述硫化物：黄铁矿（黑绿色条痕）氧化物：赤铁矿（樱红色条痕）碳酸盐和硫酸盐 方解石 白云石 石膏硅酸盐 橄榄石 辉石 角闪石 斜长石 正长石 白云母 黑云母 绿泥石 蛇纹石 石英 石榴子石 滑石 高岭石 蒙脱石,1-4 岩石一、岩浆岩 1、 形成作用 2、 分类 按sio2含量：酸性岩、中性岩、基性岩、超基性岩按形成环境：深成岩、浅成岩，喷出岩按产状：岩基=岩株=岩盘=岩床=岩脉与岩墙 3 、岩浆岩的矿物成分4 、岩浆岩的结构和构造 按结晶程度：非晶质、隐晶质、全晶质结构 按颗粒大小：粗=中=细 按相对大小：等粒，不等粒，斑状构造：块状、气孔与杏仁、流纹,5 、常见岩浆岩 （1）花岗岩 （2）闪长岩 （3）辉长岩 （4）流纹岩 （5）安山岩 （6）玄武岩 （7）辉绿岩二 、沉积岩1、 形成作用2 、分类： 碎屑岩（火山与沉积） 化学岩及生物化学岩3、 常见沉积岩 1）、碎屑沉积岩 ：、砾岩和角砾岩、砂岩（粗砂岩0.52mm 中砂岩0.50.25 细纱岩(0.250.05)：）、粉砂岩(0.050.005 mm)、粘土岩（页岩 泥岩） 2）、火山碎宵岩 3）、非蒸发岩 4）、蒸发岩,4、沉积岩的矿物成份 主要的碎屑矿物？ 主要的化学矿物？5、沉积岩的结构（1）碎屑结构 （砾状 2mm 、砂状 20.05mm、 粉砂状 0.05mm0.005mm、 泥质结构 0.005mm)（2）结晶结构（3）生物结构6、沉积岩的构造（1）层理构造（水平 斜层理 交错层理）（2）递变层理（3）波痕与泥裂 7、胶结类型：硅质 泥质 铁质 钙质,三、变质岩 1、 形成作用（动力来源：内部岩浆的高温=岩层的静压力）2、变质岩的矿物成份 特征性矿物 母岩矿物3、变质岩的结构（1）变晶结构（2）变余结构4、变质岩的构造（1）片理构造（2）片麻状构造（3）板状构造（4）斑点构造（5）块状构造（6）变余构造,5、变质作用类型1）接触变质作用2）区域变质作用3）混合岩化作用4）动力变质作用6、常见变质岩1）板岩2）千枚岩3）片岩4）片麻岩5）石英岩6）大理岩,第二讲 地质年代与地质构造,2-1 地质年代一、地质年代的基本概念地质年代是以地球地层划分和对比为依据并综合其同位素年龄建立起来的地质历史编年。1、相对年代与绝对年代2、相对年代的确定方法3、绝对年代的确定方法二、地质年代表：（宙代纪世）三、我国地史概况四、第四纪地质1、第四纪地质概述2、第四纪气候与冰川活动3、板块构造学说概念、六大板块地震成因？,五、第四纪沉积物1、残积物2、坡积物3、冲积物冲积物基本特性冲积物的工程地质特征4、湖泊沉积物5、海洋沉积物6、冰碛与冰水沉积物7、风积物六、土的形成作用成因：风化作用；重力堆积；大陆流水；海水堆积；地下水堆积；冰川堆积；风力堆积。,2-2 地质构造一、构造运动与地质构造的基本概念构造运动概念水平运动概念二、岩层产状三要素三、地层接触关系,四、褶皱构造1、褶皱的概念,2、褶皱要素（核部、翼部、轴面、轴、枢纽）3、 褶皱的基本形态（背斜，向斜） 4、褶皱的类型1）根据轴面产状划分2）根据横剖面形态3）根据枢纽产状4）根据褶皱的平面形态,五、断裂构造1 、断裂构造的基本概念2、节理（裂隙）构造 1）节理的定义 2）节理的类型 按形成：构造节理，非构造节理 按力的性质：张节理、剪节理3、断层构造 1）断层的概念 断层要素（断层面、断层线、断层盘、断距） 2）断层的类型按两盘相对移动：正断层、逆断层、平移断层 按断层组合类型：阶梯状断层、地堑一地垒、叠瓦构造 4、断层的野外识别 1）地质体不连续 2）断层面构造特征 3）地貌和水文标志,5、断层研究的工程意义六、活断层活断层定义活断层对工程建筑物的影响一）活断层的特性1、活动方式2、规模及活动速率3、重复活动周期二）活断层的判别标志1、地质标志2、地貌标志3、地壳形变测量、地球物理和地球化学标志三）活断层评价四）地震振动破坏及对策,3-1 地下水一、地下水的基本概念一）岩石的空隙三大类空隙：孔隙、裂隙、溶隙水在空隙中存在的形式可分为五种：气态水、结合水、重力水、毛细水、固态水二）含水层与隔水层概念三）地下水化学成份1、主要气体成份：O2、 N2、 CO2、 H2S 2、主要离子成份：阳离子:阴离子:主导地位的7种离子： Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, HCO3-,第三讲 地下水及地表地质作用,3、胶体成份与有机质二、地下水的类型一）按埋藏条件划分1、上层滞水2、潜水,3、承压水,二）按含水层的孔隙性质划分1、孔隙水：概念、特征、工程危害2、裂隙水：概念、特征、工程危害3、岩溶水：概念、特征、工程危害三）地下水的补给与排泄1、地下水补给来源：2、地下水排泄方式：3、地下水的经流：四）地下水的运动形式：层流、紊流、混合流,三、 地下水对工程建设的影响1、地基沉降2、流砂与潜蚀3、地下水的浮托作用4、基坑突涌5、地下水对钢筋混凝土的腐蚀性1）结晶类腐蚀2）分解类腐蚀,3-2 地表地质作用,一、风化作用1、基本概念2、风化作用的类型 物理风化（热力风化、冻融风华） 化学风化（水化：CaSO4+H2O=CaSO4.H2O氧化: FeS2+O2=FeSO4(硫酸亚铁)或Fe2O3(褐铁矿)水解：岩石+水+二氧化碳=碳酸化合物（碳酸化作用）溶解：（卤化物=硫酸盐=碳酸岩）+水= 生物风化（物理风化；化学风化）物理风化与化学风化作用之间的相互关系3、影响风化作用的因素气候因素、地形因素、地质因素,4、岩石风化的勘查与防治1）风化作用对工程建设的影响2）岩石风化的主要调查内容5、岩石风化的防治二、河流的侵蚀、搬运与沉积作用一）河流的侵蚀、搬运与沉积1、流水动力学特征紊流环流2、河流的侵蚀作用3、河流的搬运作用4、河流的沉积作用二）河流地貌1、河漫滩,2、河流阶地阶地形态特征阶地的形成三）河流侵蚀、淤积作用的防治1、坍岸的成因2、凹岸坍塌和凸岸淤积3、河床崩岸位置4、防护措施1）直接加固岸坡2）护岸3）顺坝和丁坝4）防止淤积,三、岩溶作用一）基本概念和研究意义岩溶作用喀斯特地貌地质问题二）岩溶作用的基本条件1、岩石的可溶性2、岩石的透水性3、水的溶蚀力4、水的流动性三）岩溶地貌1、地表岩溶地貌（石芽、溶沟、漏斗、竖井、落水洞、溶蚀洼地、坡立谷、干谷、盲谷）2、地下岩溶地貌（溶洞、地下河）3、岩溶地貌组合,四）岩溶区的主要工程地质问题1、地基稳定性和塌陷问题2、渗漏和突水问题四、斜坡与边坡地质作用一）基本概念二）斜坡运动分类1、崩落2、倒塌3、滑动4、扩展运动5、流动6、复合移动三）滑坡的特征,四）影响滑坡的因素五）滑坡的发展阶段六）斜坡变形破坏的防治1、防治原则2、防治措施五、海岸带的地质作用一）海岸带水动力作用1、波浪作用2、潮汐作用3、海流作用二）海岸地貌1、海蚀地貌2、海积地貌,三）沿海岸建筑物的防护措施1、破浪堤2、丁坝3、防坡堤4、护岸墙5、抛石或砌石护岸,第四讲 地基土岩的工程分类,一、概述土的概念土的分类依据工程用土可划分为无粘性土和粘性土两大类无粘性土（粗粒土）是由凭肉眼可见的松散颗粒所堆成，颗粒通过接触点直接接触。粒间除重力、或者有时有些毛细压力外，其它的联结十分微弱，可以忽略不计。主要有碎石土、砂土、粉土。无粘性土的工程性质如透水性、压缩性和强度等，很大程度上取决于土的的粒经级配。粘性土（细粒土）是由肉眼难以辩别的微细颗粒所组成，由于颗粒细小，特别是粘性土之间存在着重力以外的分子引力和静电力的作用，使颗粒之间相互联结。静电力引起结合水膜，颗粒之间常常不再是直接接触而是通过结合水膜相联结，使这类土具有可塑性。粘性土的工程性质不仅决定于粒经级配，还与土粒的矿物成份、液限WL、塑性Wp、塑性指标p等均有密切关系。,国内目前有三种分类方法：一、水电部SD128-84分类法；二、建设部建筑物地基基础设计规范（GB50007-2002）分类法；三、交通部公路土工试验规程（JTJ051-93）分类法。二、地基土的工程分类按建设部建筑物地基基础设计规范分类法，把土分为：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土、特殊土。1、岩石概念、划分2、碎石土概念、划分3、砂土概念、划分4、粉土概念、划分5、粘性土概念、划分6、人工填土概念、划分7、特殊土概念、划分特殊土大体可分为软土、红粘土、黄土、膨胀土、多年冻土、盐渍土等。,本章学习要求：通过本章的学习，要求学生了解各个勘察阶段的任务和要求，工程地质勘察的基本内容和工作方法，熟悉各种原位测试方法的适用性，能正确读图和使用工程地质勘察报告。本章重点：掌握现场原位测试常用的试验方法，工程地质勘察报告的主要内容及编制方法。难点：现场原位测试的试验原理和工程地质勘察报告的正确使用。 第一节：概述一、工程地质勘察的目的与任务 工程地质勘察是工程建设的先行工作，其成果资料是工程项目决策、设计和施工的重要依据。 在地质条件复杂地区，对场地的地质构造、不良地质现象、特殊土类等必须查明其分布及危害程度。 工程地质勘察的任务：1、查明建筑场地工程地质条件；2、查明场地内不良地质作用对建筑场地稳定性的危害程度，为改善和防治不良地质作用提供依据；3、查明建筑物地基岩土的地层年代、岩性、地质构造、土的成因类型及其埋藏分布规律；4、查明地下水类型、水质、埋藏及分布变化；5、提出拟建建筑物的结构形式、基础类型及施工方法的建议；6、对不利建筑的岩土层，提出切实可行的处理方法或防治措施。,第八讲 工程地质勘察,二、工程地质勘察的要求 工业与民用建筑工程的设计分为可行性研究、初步设计和施工图设计三个阶段。为了提供各设计阶段所需的工程地质资料，勘察工作也相应分为选址勘察、初步勘察和详细勘察三个阶段。对于地质条件复杂或有特殊施工要求的重大建筑物地基，尚应进行施工勘察。三、各勘察阶段的任务和工作内容：一）、选址勘察阶段选址勘察工作的目的：是为了取得几个场址方案的主要工程地质资料，对拟选场地的稳定性和适宜性作出工程地质评价和方案比较。选址勘察阶段的主要工作： 1、主要侧重于搜集和分析区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的工程地质资料及当地的建筑经验， 2、并在搜集和分析已有资料的基础上，通过踏勘，了解场地的地层岩性、地质构造，岩石和土的性质、地下水情况以及不良地质现象等工程地质条件。 3、对工程地质条件复杂，已有资料不符合要求，但其它条件较好且倾向于选取的场地，也可以进行工程地质测绘并辅以必要的勘探工作。,二）、初步勘察目地：对场地内建筑地段的稳定性作出评价；为确定建筑总平面布置、主要建筑物地基础设计方案以及不良地质现象的防治工程方案作出工程地质论证。基本要求： 初勘时勘探线的布置应垂直于地貌单元边界线、地质构造线和地层界线，对每个地貌单元都应设有控制性勘探孔(勘探孔是指钻孔、探井、触探孔等)到达预定深度，其它一般性勘探孔只需达到适当深度即可。主要工作： 1、收集地形图、有关工程性质及工程规模的文件； 2、初步查明地层岩性、地质构造，岩石和土的性质、地下水情况以及不良地质现象等工程地质条件。 3、对抗震设防烈度为7度或7度以上的建筑场地，应判定场地或地基的地震效应。,三）、详细勘察 详勘的任务就在于针对具体建筑物地基或具体的地质问题，为进行施工图设计和施工提供可靠的依据或设计计算参数。因此必须查明建筑物范围内的地层结构、岩石和土的物理力学性质，对地基的稳定性及承载能力作出评价，并提供不良地质现象防治工作所需的计算指标及资料，此外，还要查明有关地下水的埋藏条件和腐蚀性、地层的透水性和水位变化规律等情况。 详勘的手段主要以勘探、原位测试和室内土工试验为主，必要时可以补充些物探和工程地质测绘及调查工作。 详勘勘探孔深度以能控制地基主要受力层为原则。 控制性探孔的数量，应根据地基土层的均匀性、代表性和设计要求确定，一般占勘探孔总数的12至23，且每个场地不少于23个。 详细勘察的主要工作：1、取得附有坐标及地形的总平面布置图，各建筑物的地面整平标高、建筑物的性质和规模，可能采取的基础形式和预计埋置的深度，建筑物的单位荷载和总荷载、结构特点和对地基础的特殊要求；,2、查明不良地质现象的成因、类型、分布范围、发展趋势及危害程度，提出评价和整治所需的岩土技术参数和整治方案建议；3、查明建筑物范围内各层岩土的类别、结构、厚度、坡度、工程特性，计算和评价地基的稳定性和承载力；4、对需要进行沉降计算的建筑物，提出地基变形计算参数；5、对抗震设防烈度等于6度或大于6度的建筑场地，应划分场地土类型和场地类别。对抗震设防烈度为7度或7度以上的建筑场地，应分析预测地震效应，判定饱和砂土和粉土的地震液化可能性，并对液化等级作出评价。6、查明地下水的埋藏条件，判定地下水对建筑材料的腐蚀性。7、提供为深基坑开挖的边坡稳定计算和支护设计所需的岩土技术参数，论证和评价基坑开挖、降水等对邻近工程和环境影响。8、为选择桩的类型、长度，确定单桩承载力，计算群桩的沉降以及选择施工方法提供岩土技术参数；,三、工程地质勘察的方法 一)、工程地质测绘与调查 工程地质测绘与调查的目的是通过对场地的地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水与地表水，不良地质现象进行调查研究与必要的测绘工作进行工程地质测绘与调查时，在选址阶段，应搜集研究已有的地质资料，进行现场踏勘，在初勘阶段，当地质条件较复杂时，应继续进行工程地质测绘，详勘阶段，仅在初勘测绘基础上，对某些专门地质问题作必要的补充。测绘与调查的范围，应包括场地及其附近与研究内容有关的地段。 常用的测绘方法是在地形图上布置一定数量的观察点或观察线，以便按点或沿线观察地质现象，常用的测绘方法：像片成图法和实地测绘法。 工程地质测绘调查的内容：1、岩土体的研究；2、地质构造的研究；3、地形地貌的研究；4、水文地质条件的研究；5、天然建筑材料的形容。,二）、工程地质勘探 勘探是地基勘察过程中查明地下地质情况的一种必要手段，它是在地面的工程地质测绘和调查所取得的各项定性资料基础上，进步对场地的工程地质条件进行定量的评价。工程地质勘探的主要方式：钻探、坑探、触探和地球物理勘探等。工程地质勘探的主要任务： P1121、工程地质物探1）电法勘探简介2）地震勘探方法简介2、工程地质钻探 钻探是利用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地层，并可沿孔深取样，用以测定岩石和土层的物理力学性质，此外，土的某些性质也可直接在孔内进行原位测试。 钻机一般分回转式与冲击式两种。 场地内布置的钻孔，一般分技术孔和鉴别孔两类。在技术孔中按不同的土层和深度采取原状土样。原状土样的采取常用取土器。 钻探时，按不同土质条件，常分别采用击入或压入取土器两种方式在钻孔中取得原状土样。,三)坑探 坑探是在建筑场地挖探井(槽)以取得直观资料和原状土样，这是一种不必使用专门机具的一种常用的勘探方法。 探井见图511(a)的平面形状一般采用15mx 1om的矩形或直径为081om的圆形，其深度视地层的土质和地下水埋藏深度等条件而定，探坑一般为12m，探井一般大于3米。,四、现场原位测试现场原位测试概念工程地质现场原位测试的主要方法：1、静力栽荷试验,2、单桩垂直静栽荷试验1）单桩垂直静栽荷试验的基本要求2）单桩垂直静栽荷试验成果的应用确定单桩竖向极限承载力,3、触探 触探是通过探杆用静力或动力将金属探头贯入土层，并量测各层土对触探头的贯入阻力大小的-指标，从而间接地判断土层及其性质的一类勘探方法和原位测试技术。1）、静力触探 静力触探借静压力将触探头压人土层，利用电测技术测得贯入阻力来判定土的力学性质。 常用的静力触探仪可分为机械式和油压式两类；油压式静力触探仪的主要组成部分如图512所示。 静力触探设备中的核心部分是触探头。触探杆将探头匀速页入土层时，一方面引起尖锥以下局部土层的压缩，于是产生了作用于尖锥的阻力。另一方面又在孔壁周围形成一圈挤实层，从而导致作用于探头侧壁的摩阻力。探头的这两种阻力是土的力学性质的综合反映。 探头按其结构可分为单桥和双桥两类。 在现场实测以后进行触探资料整理工作。为了直观地反映勘探深度范围内土层的力学性质，可绘制深度(z)与各种阻力的关系曲线图 515绘出用双桥探头测得的有关曲线。 根据静力触探资料可间接地按地区性的经验关系估算土的承载力、压缩性指标和单桩承载力等。,2）圆锥动力触探 圆锥动力触探是利用锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据打入土中的阴抗大小判别土层的变化，对土层进行力学分层，并确定土层的物理力学性质，对地基土进行工程地质评价。轻便触探试验 试验时，先用轻便钻具开孔至被试土层，然后以手提高质量10kg的穿心锤，使其以50cm的落距自由下落，这样连续冲击，把尖锥头竖直打入土层，每贯人30cm的锤击数称为N10。 圆锥动力触探成果应用：确定砂土和碎石土的密实度；确定地基土的承载力。,4、标准贯入实验标准贯入实验是将一定质量的穿心锤，以一定的高度(落距)自由下落，将探头贯人土中，然后记录贯入一定深度所需的锤击次数，并以此判断土的性质。试验时，将质量为635kg的穿心锤以76cm的落距自由下落，将贯入器垂直打入土层中15cm(此时不计锤击数)；以后打人土层30cm的锤击数，即为实测的锤击数N63.5，然后拔出贯入器，取出其中的土样进行鉴别描述。标准贯入实验是动力触探类型之一。,五、现场监测1、建筑物的沉降观测沉降观测要点2、地下水的监测,六、 工程地质勘察报告的编写 地基勘察的最终成果是以报告书的形式提出的。勘察工作结束后，把取得的野外工作和室内试验的记录和数据以及搜集到的各种直接和间接资料分析控理、检查校对、归纳总结后作出建筑场地的工程地质评价。这些内容， 最后以简要明确的文字和图表编成报告书。 勘察报告书的编制必须配合相应的勘察阶段。 所附的图表可以是下列几种：勘探点平面布置图，工程地质剖面图，地质柱状图或综合地质柱状图，土工试验成果表，其它测试成果图表(如现场载荷试验、标准贯入试验、静力触探试验、旁压试验等)。,七、勘察报告的阅读与使用 为了充分发挥勘察报告在设计和施工工作中的作用，必须重视对勘察报告的阅读和使用阅读勘察报旨应该熟悉勘察报告的主要内容，了解勘察结论和岩土参数的可靠程度，进而判断报告中的建议对该项工程的适用性，从而正确地使用勘察报告。 这里，须把场地的工程地质条件与拟建建筑物具体情况和要求联系起来进行综合分析，既要从场地工程地质条件出发进行设计施工，也要在设计施工中发挥主观能动性，充分利用有利的工程地质条件。,根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及地基问题可能造成建筑物的破坏或影响正常使用的程度，建筑地基础设计规范将地基基础设计分甲、乙、丙三个设计等级。,