工程地质学

工程地质学

1 工程地质学是地质科学的一个分支，是研究与工程规划、设计、施工和运用有关的地质问题的科学。

2 工程地质学的任务

（1） 查明各类工程建筑场区的地质条件

（2） 对场区及其有关的各种地质问题进行综合评价

（3） 分析、预估在工程建筑作用下，地质条件可能出现的变化和作用

（4） 为建筑物选择适宜的建筑场址

（5） 对不良地质条件提出防治和改造措施

（6） 为保证工程合理设计、顺利施工、正常使用提供可靠的技术参数

（7） 制定保护地质环境的措施

3 工程地质条件是各种对工程建筑有影响的地质要素的总称，包括地形地貌条件、岩土类型及工程地质性质、地质构造、水文地质条件、物理地质现象、天然建筑材料6个要素。

4 工程地质问题是指工程建筑与地质环境的相互作用、相互矛盾而引起的，对建筑本身的顺利施工和正常运行或对周围环境可能产生影响的地质问题。 5 有效粒径大体上等于与该土透水性相同的均粒土的颗粒直径。 6 土中矿物成分类型

（1） 原生矿物：是岩石经过物理风化破碎但成分没有发生变化的矿物碎屑

（2） 次生矿物：是原生矿物经过化学风化作用，使其进一步分解，形成一些颗

粒更细小的新矿物，又分为可溶性次生矿物（水溶盐）和不可溶性次生矿物（次生二氧化硅、倍半氧化物、粘土矿物）

（3） 有机质：是土中动植物残骸在微生物作用下分解形成的产物

7 粘土矿物：是由原生硅酸盐类经水解作用形成的次生硅酸盐矿物，具有层状或链状晶体结构，外形多呈片状，且含有不同数量的水。

（1） 蒙脱石：由顶底硅氧四面体和中间的铝氧八面体构成，晶胞间连结力极弱，

有较强的活动性，具有巨大的表面能，亲水性特别强烈。

（2） 高岭石：由一个硅氧四面体和一个铝氧八面体构成，晶胞间连接较牢固，

构成不易活动的结晶格架，表面能和亲水性较弱。

（3） 伊利石：结构与蒙脱石相似，性能介于蒙脱石和高岭石之间。 8 土中水的类型

（一） 矿物成分水

（1） 结构水：是以H+和OH-的形式存在于矿物结晶格架的固定位置上

（2） 结晶水：是以水分子形式和一定数量存在于矿物结晶格架固定位置

上

（3） 沸石水：是以水分子形式不定量的存在于矿物相邻晶胞之间。

（二） 空隙中的水

（1） 结合水：由静电引力吸附形成，强结合水和弱结合水

（2） 毛细水：是由于毛细作用保持在土的毛细空隙中的地下水

（3） 重力水：不受颗粒吸附和毛细力作用控制，在重力作用下能自由运

动的地下水

（4） 固态水

（5） 气态水

9 土粒间的连接关系：结合水连接、毛细水连接、胶结连接和冰连接 10 稠度：细粒土因含水率变化而表现出来的各种不同的物理状态

11 可塑性：细粒土的含水率在液限和塑限之间时，在外力作用下可以揉塑成任意形状而不破坏土粒间的连接，并且在外力接触后仍保持已有的形状

12 土的透水性影响因素：粒度成分、矿物成分、土的密度、水溶液成分及浓度、土中的气体、土的构造。

13 土的前期固结压力：是指土层在过去历史上曾经受过的最大固结压力

14 淤泥类土：指在静水或水流缓慢的环境中沉积，有微生物参与作用的条件下形成的，含较多有机质，疏松软弱的细粒土。

（1） 高孔隙比，高含水率

（2） 透水性极弱

（3） 高压缩性

（4） 抗剪强度低

15 黄土：结构为非均质的骨架式架空结构具有明显的湿陷性

（1） 密度小，孔隙率大

（2） 含水较少

（3） 塑性较弱

（4） 透水性较强

（5） 抗水性弱

（6） 压缩性中等，抗剪强度高

16 岩石变形阶段

（1） 裂隙闭合阶段

（2） 可恢复弹性变形阶段

（3） 部分弹性变形至微裂隙扩展阶段

（4） 非稳定裂隙扩展至岩石结构破坏阶段

（5） 破坏后阶段

17 岩体结构包括结构面和结构体两个要素，结构面是指发育于岩体中，具有一定方向和延伸性，有一定厚度的各种地质界面。结构体是指由结构面切割而成的岩石块体。

18 结构面的类型：

原生结构面：沉积结构面：是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的结构面，包括层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面。特点是与沉积岩的成层性有关，一般延伸性强，常贯穿整个岩体，产状随岩层变化而变化

岩浆结构面：是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，通常延伸较远且较稳定

变质结构面：分为残留结构面和重结晶结构面

构造结构面：是在构造运动中形成的破裂面

次生结构面：岩体形成后，在外营力作用下产生的，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生泥化夹层等

19 软弱夹层：是指岩体中那些性质软弱，有一定厚度的软弱结构面或软弱带，与周围岩体相比，软弱夹层具有高压缩性和低强度特征，其中最常见的，且危害较大的是泥化夹层。

20泥化夹层特性：

（1） 由原岩的超固结胶结式结构，变成了泥质散装结构或泥质定向结构

（2） 粘粒含量较原岩增多并达到一定含量

（3） 含水量接近或超过塑限，密度比原岩小

（4） 常具有一定的膨胀性

（5） 力学强度比原岩大为降低，压缩性较大

（6） 由于结构松散，因此抗冲刷能力低

21 岩体的结构类型划分：整体状结构，块状结构，层状结构，碎裂状结构，散体状结构。

22 风化岩体的工程地质性质：岩体在各种风化营力，如太阳能，大气，水及动植物有机体等的作用下，发生物理化学变化的过程，成为岩体风化作用

（1） 岩体的完整性进一步遭到破坏

（2） 岩体的矿物成分和化学成分发生变化

（3） 岩体的工程地质性质发生变化：抗水性降低而亲水性增高，透水性增强，

强度降低，压缩性增大。

23 地下水按埋藏分类

（1） 包气带水：处于地表面以下潜水位以上的包气带岩土层中，受气候控制，

季节性明显，变化大

（2） 潜水：埋藏在地表以下第一层较稳定的隔水层以上具有自由水面的重力

水，

季节性变化明显，水质易污染

（3） 承压水:地表以下充满两个稳定隔水层之间的重力水，动态较稳定

24 地下水按含水层性质分类：裂隙水（风化裂隙水，成岩裂隙水，构造裂隙水），岩溶水，孔隙水

25 地下水对建筑物的影响：

（1） 地下水位下降引起软土地基沉降

（2） 动水压力产生流沙和管涌

（3） 地下水的托付作用

（4） 对基坑的影响

（5） 地下水对钢筋混凝土的腐蚀

（6） 地下水渗流对地下工程施工的影响：

流沙：是指在动水压力作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒群产生的悬浮、移动现象

管涌：当基坑底面以下或周围的土层为疏松的沙土层时，地基土在具有一定渗流速度的水流作用下，其细小颗粒被冲走，土中的空隙逐渐增大，慢慢形成一种能够穿越地基的细管状渗流通路，从而掏空地基，使其变形失稳。

26 活断层活动的基本方式是黏滑和蠕滑，黏滑错动是间断性突然发生的，蠕滑断层是持续不断的缓慢滑动，逐步释放能量

27 活断层区的建筑原则：建筑物场址选择一般应尽可能避开活动断层，高坝和核电站这类重要的永久性建筑物，更不能跨越在活断层上，铁路桥梁运河等线性工程必须跨越活断层时，也应尽量避开主断层。建筑物应放在断层下盘。在活断层区的建筑物应采取与之相适应的建筑形式和结构措施。

28 震级：是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量大小来衡量。烈度：是衡量地震所引起的地面震动强烈程度的尺度。

29 地震效应：

（1） 振动破坏效应：是由地震力直接引起的建筑物破坏，一般包括建筑物的水

平滑动或晃动及共振。

（2） 场地破坏效应：

破坏效应：地震导致岩土体直接出现断层和地裂缝，从而引起跨破裂带及其附近的建筑物的变形或破坏

地基效应：地震导致地基岩土体的振动压密、下沉、液化及塑流，由此造成建筑物的破坏

斜坡效应：地震导致斜坡岩土体失稳，产生各种斜坡变形和破坏引起斜坡地段所设置的建筑物位移和破坏

30 场地工程地质对震害的影响

（1） 岩土类型和性质：软土最严重，松软土厚度越厚越严重，多层土层严重

（2） 断裂：发震断裂，与发震断裂有联系的断裂，与发震断裂无关的断裂

（3） 地形地貌：孤立地形震害严重

（4） 地下水：地下水埋藏浅震害严重

31 建筑场地的选择

（1） 避开活动性断裂带和大断裂破碎带

（2） 尽可能避开强烈振动效应和场地效应的地段作为场地和地基

（3） 避开孤立突出的地形位置作建筑场地

（4） 尽可能避开地下水埋深过浅的地段作为建筑场地

（5） 岩溶地区避开地下不深处有大溶洞的地段

32 斜坡中的应力状况变化

（1） 坡体中主应力方向发生明显偏转：坡面附近的最大主应力与坡面近于平

行，最小主应力近于正交

（2） 坡体中产生应力集中：坡脚附近形成明显的应力集中带

（3） 坡面的岩土体由于侧向压力近于零，实际上变为两向受力状态

（4） 坡面或坡顶的某些部位形成张力带

33 影响斜坡应力分布的主要因素

（1） 原始应力的影响：水平剩余应力的大小对坡体应力状态的影响尤为显著

（2） 坡形的影响：斜坡高度，坡度，坡底厚度，平面形态

（3） 岩土体结构特征：表现在由于岩性的不均一和不连续性造成应力局部集

中，岩体结构不同，集中情况不一样

34 斜坡变形

（1） 松动：在斜坡形成的初始阶段，在斜坡表部出现一系列与坡面近于平行的

陡倾角张开裂隙，是斜坡岩土体向临空方向张开的过程和现象

（2） 蠕滑：是指斜坡岩土体主要在自重应力长期作用下发生的一种向临空方向

的缓慢而持续变形（受最大剪应力面控制的蠕滑、受软弱结构面控制的蠕滑、受软弱基座控制的蠕滑）

斜坡破坏

（1） 崩塌：陡峭斜坡上的块状岩土体高速倾倒、翻滚、坠落于坡脚的现象

（2） 滑坡：是指斜坡岩土体主要在重力和地下水作用下，沿着一定软弱结构面

或软弱带，以水平位移为主的整体向下滑动的作用和现象

35 影响斜坡稳定性的因素：

（1） 岩土类型及性质的影响：根本因素，由粗粒组成的斜坡，其稳定性主要取

决于粒度成分和紧密程度；由细粒土组成的斜坡，其稳定性主要取决于粘粒含量和稠度状态；由沉积岩组成的斜坡的稳定性受层理面控制，尤其是软弱层面对斜坡稳定性影响更为显著；由侵入岩组成的斜坡稳定性一般较好；喷出岩的原生节理和构造裂隙十分丰富，对斜坡稳定不利。

（2） 地质结构的影响：结构面的影响（结构面的强度、结构面的展布范围、结

构面的密集程度），结构面组合及结构面与斜坡临空面的关系

（3） 水的影响：地表水冲刷磨蚀回事斜坡变高变陡，不利于斜坡稳定；地下水

的浸泡会使土体软弱面发生崩解软化，影响稳定性，地下水流动时也对岩土体发生潜蚀作用

（4） 地震作用及人类活动的影响

36斜坡变形破坏的防治

预防措施：

（1） 要正确选择建筑场地，合理的制定人工边坡的布置开挖方案

（2） 查清可能导致斜坡稳定性下降的因素

治理措施：排水工程（地表排水、地下排水），支挡工程（挡墙、抗滑桩、锚固、支撑），减荷反压，其他（护坡、改善岩土性质、防御绕避）

37 岩溶地貌发育的基本条件：

（1） 岩石必须是可溶的

（2） 岩石能够透水

（3） 水必须要有溶蚀能力（4）水必须是流动的

38 影响岩溶发育的因素

（1） 碳酸盐岩岩性对岩溶发育的影响：碳酸盐岩成分对岩溶发育的影响（白云

石含量增大，比溶蚀度减小；酸不溶物质含量增大，比溶蚀度减小；含有硫化物、硫酸盐时，比溶蚀度增大；含有有机质、沥青等，可溶蚀性降低）、岩石结构对岩溶发育的影响

（2） 气候对岩溶发育的影响：降水量大、温度高的地区岩溶发育

（3） 地形地貌对岩溶发育的影响：岩溶水补给区和排泄区高差越大，岩溶越发

育、河谷切割越深岩溶水排泄条件越好，岩溶越发育、地表平缓，岩溶发育。

（4） 地质构造对岩溶发育的影响：断裂构造的影响，褶皱构造的影响（核部较

翼部发育）

（5） 新构造运动的影响:地壳稳定时岩溶规模较大，地壳上升时，不显著，地

壳下降时，停止发育

39 地基：承受建筑物全部荷载的那部分岩土体叫地基

基础：建筑物在地面以下的部分

40 粒径：土颗粒的大小用其直径表示

粒组：土颗粒按大小相近、性质相似合成的组

粒度成分：土中各个粒组的相对比

41 土的基本物理性质：

土粒密度：固体颗粒的质量与其体积之比

天然密度：天然状态下单位体积土的质量

干密度：土的空隙中完全没有水时的密度

饱和密度：土的孔隙完全被水充满时的密度

含水率：土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比

饱和度：土中水的体积与孔隙体积之比

孔隙率：土中孔隙总体积与土的总体积之比

孔隙比：土中孔隙总体积与土中固体总体积之比

42 膨胀性：细粒土由于含水率增加而发生体积增大的性能（主要原因：由于土颗粒表面结合水膜的增厚）

43 崩解性：细粒土由于浸水而发生崩散解离的性能（是由于土体浸水后，水进入孔隙或裂隙的情况不平衡，因而引起粒间结合水膜增厚的速度不同，以致粒间斥力超过引力的情况也不平衡，产生应力集中）

44 毛细性：是指水通过土的毛细孔隙在弯液面的作用下向各个方向运动的性能 45 渗透固结：饱水土在一定荷载作用下的渗透压密过程

46 压缩模量：是指土在有侧限的条件受压时，在受压力方向上的应力与相应应变的比值

变形模量：是指土在无侧限压缩条件下，压应力与相应的压缩应变的比值侧膨胀系数：是指土在无侧限条件下受压时，侧向膨胀应变与竖向压缩应变的比值

47 膨胀土：

（1） 较大的天然密度和干密度，含水率和孔隙比较小

（2） 液限和塑限指数都较大

（3） 一般为超压密的细粒土，遇水强度降低

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