工程地质学 2009.7.12
一、概念
1.工程地质条件：与工程建筑有关的地质要素的综合，包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质结构及地应力、水文地质条件、物理（自然）地质作用以及天然建筑材料等六个要素。
2、工程地质问题：工程建筑与工程地质条件（地质环境）相互作用、相互制约而引起的，对建筑本身的顺利施工和正常运行以及对周围环境可能产生影响的地质问题称为工程地质问题。 3、区域地壳稳定性：是指工程建设地区现今地壳在内外动力地质作用下的稳定程度
4、活断层：是指现今正在活动的断层，或近期曾活动过、不久的将来可能会重新活动的断层。 5、地震：在地壳表层，因弹性波传播所引起的振动作用或现象，称为地震。
6、里氏震级：指距震中100km处的标准地震仪在地面所记录的微米表示的最大振幅A的对数值。M=logA 8、基本烈度：一个地区今后一定时期（100年）内，一般场地条件下可能遭遇到的最大地震烈度。 9、诱发地震：由于人类工程、经济活动而导致发生的地震称为诱发地震。
10、地震效应：在地震作用影响所及的范围内，在地面出现的各种震害或破坏，称为为地震效应。
11、场地和地基的破坏效应：是指造成建筑物破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性引起的，也就是说、地震时首先是场地和地基破坏从而产生建筑物和构筑物破损并引发其他灾害。
12、震动破坏作用地震时地震波在岩土体中传播，给建筑物施加一个附加荷载，即地震力。当地震力达到某一限度时，建筑物即发生破坏。这种由于地震力作用直接引起建筑物破坏的作用成为震动破坏作用。
13、斜坡变形：是指斜坡应力状态的变化，使原有的平衡被打破，局部应力集中超过该部位岩土体的强度，引起局部剪切错动，拉裂并出现小位移但没有造成整体性的破坏。
14、斜坡破坏：当斜坡变形进一步发展，破裂面不断扩大并相互贯通，使斜坡岩土体的一部分分离开来，发生较大的位移，这就是斜坡的破坏。
15、滑坡：斜坡上的岩土体，沿贯通的剪切破坏面（带），产生以水平运动为主的现象。
16、崩塌：斜坡岩土体中被陡倾的张性破裂面分分割的块体突然脱离母体并以垂直运动为主，翻滚跳跃而下，这种现象和过程称为崩塌。
17、边坡稳定系数：滑面上的总抗滑力与总下滑力的比值。 18、渗透压力：渗透的水流作在岩土上的力，称为渗透压力。 19、动水压力：单位体积土体所受的渗透压力。
20、渗透变形或渗透破坏：当渗透压力达到一定值时，岩土中的一些颗粒甚至整体就会发生移动而被渗流带走，从而引起岩土的结构变松，强度降低，甚至整体发生破坏。这种工程地质作用或现象称为渗透变形或渗透破坏。 21、管涌（潜蚀）是在渗流作用下单个土颗粒发生独立移动的现象。 22、流土：是在渗流作用下一定体积的土体同时发生移动的现象。
23、临界水力梯度：当渗透压力等于有效重力时元土体呈悬浮状态，发生流土。此时渗流的水力梯度即为临界水力梯度 24、允许水力梯度：是以临界水力梯度除以安全系数m来获得，即I允=Icr/m
25地面沉降是指地面高程的降低又称地面下沉或地沉，均为地壳表层某一局部范围内的总体下降运动。 26地裂缝是地表岩土体在自然因素和人为因素作用下，产生开裂并在地面形成一定长度和宽度裂缝的现象。 27、岩层与地表移动：矿山开采破坏了岩体内部原有的力学平衡状态，使岩层位移、变形，岩体的完整受到破坏。当开采面积达到一定范围之后，起始于采场附近的移动和破坏将扩展到地表，称为岩层与地表移动，又称为地表沉陷。
28.．地震的震级：是表示地震本身大小的尺度，是由地震所释放出来的能量大小所决定的。地震放出来的能量越
大、则震级越大。
29.地震的烈度：是指某一地区地面和各种建筑物遭受地震影响的强烈程度。地震烈度是衡量地震引起的地面震动
强度的村准。
30．．砂土液化：饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮
状态，致使地基失效的作用或现象 二。填空
1.工程地质条件包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质结构及地应力、水文地质条件、物理（自然）地质作用以及天然建筑材料等六个要素。
2.工程地质研究方法：主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地质类比法。 3.活断层的参数包括：产状、长度、断距、错动速率、错动周期和活动年龄等。 4.活断层按其活动方式分为：地震断层（或粘滑型断层）、蠕变断层（或蠕滑型断层）。
5.地震成因学说有主要有断层学说、岩浆冲击学说、相变学说和温度应力学说等。地震类型：构造地震、火山地震、陷落地震（或塌陷地震）和诱发地震。
6.地震易发生的活断层的部位：活断层的端点、拐点、交汇点、分支点和错列点。
7.世界四大地震带是：环太平洋地震带、地中海-喜马拉雅地震带、大洋海岭地震带及大陆裂谷系地震带。我国六大地震带：台湾与东南沿海地震带、郯城-庐江地震带、南北向地震带、华北地震带、西藏-滇南地震带、天山南北地震带。
8.地震的场地和地基破坏作用的类型：地面破裂、滑坡和崩塌、地基失效
9.斜坡的组成要素坡体、坡高、坡角、坡肩、坡面、坡脚、坡顶面、坡底面等各项要素。 10.斜坡变形的主要形式有三种，即拉裂、蠕动和弯曲倾倒。 11.斜坡破坏的主要形式崩塌，滑坡。
12.按崩塌发生时的受力状况的不同崩塌分：倾倒式崩塌，滑移式崩塌，鼓胀式崩塌，拉裂式崩塌，错断式崩塌。13.根据边坡失稳破坏的具体部位的崩塌的分类：坡体崩塌，边坡崩塌，坡面崩塌。
14.滑坡的形态要素组成：滑坡体、滑坡床、滑动面、滑坡周界、滑坡壁、滑坡台地、封闭洼地、滑坡舌、滑坡裂隙
15.滑坡按滑动面与层面的关系分：均质滑坡，顺层滑坡，切层滑坡。按滑动力学性质的分类牵引式滑坡、推落式--、平移式--和混合式--。
16.滑坡发育的三个阶段：蠕动变形阶段、滑动破坏阶段和压密稳定阶段。
17.斜坡按结构面的产状与临空面关系分：平叠坡，顺向破，逆向坡，斜交坡，横交坡。
18.斜坡变形破坏防治措施的种类：支挡工程、排水、减荷反压、防冲护坡、改善岩土性质、防御绕避。19.斜坡变形破坏防治的支挡工程措施的种类：挡墙、抗滑桩、锚杆或锚索、支撑。 20.渗透变形的类型：管涌和流土。
21.渗透变形预测的步骤： 1根据土体的类型和性质，判定是否会产生渗透变形的可能性以及渗透变形的类型；2确定坝基各点，主要是下游坝脚处的实际水力梯度；3确定临界水力梯度和允许水力梯度；4根据实际水力梯度与允许水力梯度的比较，圈定出可能发生渗透变形的范围。
22.土石坝防渗透变形的主要措施有：垂直截渗、水平铺盖、排水减压和反滤盖重等四项。
23.地面沉降产生的条件：厚层松散细粒土层的存在、长期过量开采地下流体、新构造运动的影响、城市建设对地面沉降的影响。24.沉降标的种类：1基岩标2分层标3地面标。
25.地裂缝的特征：(1) 地裂缝发育的方向性与延展性(2) 地裂缝灾害的非对称性和不均一性(3) 灾害的渐进性(4) 地裂缝灾害的周期性。
26.地裂缝的成因类型：构造地裂缝、非构造地裂缝。
27.我国三大地裂缝发育带：1汾渭盆地地裂缝带2太行山东簏倾斜平原地裂缝带3大别山北簏地裂缝带。 28.地裂缝的防治措施：控制人为因素的诱发作用、建筑设施避让防灾措施、监测预测措施。 29.采矿引起地面破坏的形式：1地表移动盆地2裂缝3台阶状塌陷盆地4塌陷坑。
30.减缓采矿地面塌陷的技术措施：改革开采方法、覆岩离层注浆、迁村、对塌陷区采取复垦措施。 三、简答题
1. 活断层的基本特征
（1）、活断层是深大断裂复活运动的产物。大量研究结果表明，活断层往往是地质历史时期产生的深大断裂，
在晚近期及现代地壳构造应力条件下重新活动而产生的。深大断裂指的是切穿岩石圈、地壳或基底的断裂，其延伸长度达数十、数百甚至数千km，切割深度数km至百余km， （2）、活断层的继承性和反复性。研究表明，活断层往往是继承老的断裂活动的历史而继续发展，而且现今发生地面断裂破坏的地段过去曾多次反复地发生同样的断层运动。
（3）、活断层的活动方式。活断层的活动方式基本有两种：一种是以地震方式产生间歇性地突然滑动，称地震断层或粘滑型断层；另一种是沿断层面两侧岩体连续缓慢地滑动，称蠕变断层或蠕滑型断层。 （4）、断层的减震、隔震作用。减震作用包含两个意思：一是一次大震后，该地段在一定时间内不再发生类似强度的地震；二是一断裂系上发生大震，相邻的平行断裂系将长期无震发生。
隔震作用有三个含义：一是一组断裂阻截另一组断裂，后者孕育的地震完全被限制在前者的某一侧，另一侧无震的；二是地震烈度沿垂直断裂走向衰减很快，尤其在断裂倾向的反方向上；三是沿断裂带走向被另一组大交角的断裂系阻截，地震烈度在该方向上急剧衰减的现象。
2.对防震、抗震有利的建筑场地（地震区建筑场址的选择）
为了做好选址工作，必须进行地震工程地质勘察，联系历史震害的情况，并充分估量在建筑物使用期间可能造成的震害，经综合分析研究后选出抗震性能最好、震害最轻的地段作为建筑场地，同时提出建筑物抗震措施的建议。
对防震、抗震有利的建筑场地有：地形平坦开阔；岩土坚硬均匀，若土层厚度较大，则应较密实；无大的断裂，若有则它与发震断裂无联系，且断裂带胶结较好；地下水埋深较大；崩塌、滑坡、岩溶等不良地质作用不发育。建筑场地一定要避开活动断裂带和不稳定斜坡地段，并尽量避开强震动效应和地面效应的地段、孤突地形和地下水埋深过浅地段。 2. 水库诱发地震的特点
1.在时间上，初震时间和地震震级与水库蓄水时间和水位有明显的相关关系，一般水库蓄水几个月后即有明显的微震活动，且频度和强度随着水库水位升高或库容增大而增大，但地震活动峰值在时间上要滞后库水位或库容峰值，滞后时间一至数月不等，这可能与震源深度及库底岩体的渗透性有关；
2.在空间上，震中主要分布在水库大坝附近或分布于库水最大水深处或水库主体两侧的峡谷区； 3.在地震序列上，前震极为丰富，属于前震余震型，而同一地区的天然地震往往属主震余震型； 4.在震级上，多数为微震，中强震很少；
水库诱发地震的震源较浅，一般都小于10km，有只有几km，因此，震级只有3-4级的水库地震也可造成较严重的破坏。 3. 诱发矿震的条件
诱发矿震的条件是：矿床的顶、底板岩体坚硬，有利于应变能的积聚或存在已积累高度应变能的岩体和断层；存在一定规模的采空区，井巷坑道破坏了岩体的稳定状态；开采深度大，上覆岩体载荷重，差应力变化大，容易引起较大规模的岩体错动。总之，积聚高应变能的坚硬岩体是诱发矿震的基础条件，井巷布置和不同开采方式引起的应力集中是主要的诱发因素。在发震条件具备时，井下放炮常常是一种触发因素。 4. 斜坡应力分布特征
1无论什么样的天然应力场，斜坡面附近的主应力迹线均明显偏转，表现为愈接近坡面，最大主应力愈与坡○
面平行，而最小主应力与坡面近似正交，向坡体内则逐渐恢复到原始状态。
2由于应力分异结果，在坡面附近产生了应力集中带。不同部位的应力状态是不同的。在坡脚附近，最大主○
应力（表现为切向应力）显著增高，而最小主应力（表现为径向应力）显著降低，甚至出现负值（即拉应力）。由于应力差大，于是形成最大剪应力增高带，最易发生剪切破坏。在坡肩附近，在一定条件下坡面的径向应力和坡顶的切向应力可转化为拉应力（应力值为负值），形成一个张力带。斜坡愈逗，则张力带范围愈大。因此，坡肩附近容易拉裂破坏。
3由于主应力偏转，坡体内的最大剪应力迹线也发生变化，由原来的直线变为凹向坡面的圆弧状（图5-3）○。 4坡面处的径向应力实际为零，所以坡面处于二向应力状态。 ○
上述为典型斜坡的应力分布特征，在各种因素影响下实际情况要复杂得多。 5.崩塌形成的条件
崩塌是在特定的自然条件下形成的。地形地貌、岩性和地质构造是崩塌的物质基础；降雨、地下水作用、震动力、风化作用以及人类活动常成为崩塌形成的诱发因素。
崩塌一般发生在块状、厚层状坚硬岩体中。灰岩、砂岩、石英岩等厚层硬脆性岩石常能形成高陡的斜坡，其其前缘常由于卸荷作用产生裂隙或使原有裂隙张开，并与其他结构面组合，逐渐发展而形成连续贯通的分离面，在触发因素作用下发生崩塌。此外，有缓倾角软硬相间岩层组合的陡坡，由于软弱岩层被风化剥蚀而形成凹龛，使上部坚硬岩层凸出坡外，易脱落形成崩塌。
构造和非构造成因的岩石裂隙对崩塌的形成影响很大。硬脆性的岩石中往往发育两组或两组以上陡倾节理，崩塌的形成与地形直接相关。在地形切割强烈的山区，高陡斜坡分布区和深开挖的基坑、矿坑中，崩塌现象多见。发生崩塌的地面坡度一般大于45?，而大部分分布在大于60?的斜坡上。地形切割愈强烈，高差愈大，形成崩塌的可能性和能量也愈大。
5. 刚性极限平衡法评价斜坡稳定性的前提条件
1只考虑破坏面上的极限平衡状态，而不考虑岩土体的变形，也就是将岩土体刚性极限平衡法的前提条件：○
2破坏面（滑动面）上的强度由摩擦力（?衡量）和粘聚力（C衡量）控制，即遵循库伦判据。○3看成是刚性的。○
4以平面（二维）课题来滑体中的应力。以正应力和剪应力的方式集中作用在滑面上，即将它们看成为集中力。○处理，使计算简化。
6. 抽排水引起地面沉降的实质，比较含水砂层与黏土层固结的差异
（1）、抽排水引起地面沉降的实质可以用有效应力原理来解释，随着抽排水的进行，地下水位不断下降，水头下降，静水压力下降，从而导致有效应力上升，压缩岩体，引起地面沉降。
（2）、抽取地下液体引起的地面沉降是由有效应力在起作用。由于透水性能的显著差异，孔隙水压力减小、有效应力增大的过程，在砂层和粘性土层中是截然不同的。在砂层中，随着承压水头降低和多余水分排出，有效应力迅速增至与承压水位降低后相平衡的程度，所以砂层压密是瞬时完成的。在粘性土中，压密过程进行得十分缓慢，往往需要几个月甚至几十年的时间，因而直到应力转变过程最终完成之前，粘土层中始终存在超孔隙水压力。它是衡量该土层在现存应力条件下最终固结压密程度的重要指标。
相对而言，在较低应力下砂层的压缩性小且主要是弹性、可逆的，而粘性土层的压缩性则大得多且主要是非弹性的永久变形。因此，在较低的有效应力增长条件下，粘性土层的压密在地面沉降中起主要作用，而在水位回升过程中，砂层的膨胀回弹则具有决定意义。 7. 覆岩性质对岩层及地表移动影响分析
上覆岩层的强度愈大，各分层厚度愈大，地下开采后使这些岩层移动和破坏所要求的采空区面积也就愈大。 上覆岩层为强度较低的软岩组成时，随着回采工作面的推进，不需很大的采空区面积煤层顶板开始冒落，上覆岩层随之开始移动，并很快传播到地面。
坚硬岩层内部可产生较多的离层裂缝，而软岩层内部一般没有离层发育，因此，坚硬岩层情况下的下沉量较软岩层的要小。
岩移角的大小也与岩层力学性质有关。一般硬岩层的岩移角比软岩层的要大。基岩移动角一般变化在50-90?，表土层移动角一般为45-55?。
地表移动盆地下沉曲线的形状与岩性有关。顶板岩性愈硬，悬顶距愈大，则下沉曲线的拐点位置愈偏向采空区一方。
10、场地工程地质条件对震害的影响
（1）、岩土类型与性质。岩土类型和性质对宏观烈度的影响最为显著。可从岩土的软硬程度、松软土的厚度以及地层结构等三个方面来考察。
一般来说，在相同的地震力作用下，基岩上的震害最轻，其次为硬土，软土做重。
其中与坡面平行的一组常演化为张裂隙。此时裂隙的切割密度对崩塌块体的大小起控制作用。
松软沉积物厚度对震害的影响也很显著。
岩土性质和松软土厚度对震害的影响，根本原因是特征周期的作用。土质愈松软，厚度愈大，特征周期愈长，所以对自振周期较长的高层建筑、烟囱和木架结构房屋能引起共振，加重震害。此外，厚层软土的震动历时加长，也会使震害更加重。若地表分布饱水细砂土、粉土和淤泥土时，会因为震动液化和震陷导致地基失效。
地层结构对震害也有较大的影响。一般情况下，下硬上软的结构震害重，下软上硬则震害较轻。尤其当硬土中有软土夹层时，可削减地震能量。
（2）、断裂。区分发震断裂和非发震断裂。对发震断裂，强震时的地表变形破裂，对跨越其上的建筑物来说是不可抗御的。所以采取提高烈度的办法是无济于事的，而应在选址时避开。非发震断裂若破碎带胶结较好，则并无加大震害的趋势。所以，非发震断裂应根据断裂带物质的性质，按一般岩土对待即可，不应提高烈度。
（3）、地形地貌。大量宏观调查资料和仪器观测、模型试验及理论分析结果表明，场地内微地形对震害影响明显。其总趋势是：孤立突出的地形加重震害，低洼平坦的地形震害相对减轻。
局部地形地貌影响震害的实质是：孤突的地形使山体发生共振或地震波被多次反射，而引起地面位移、速度和加速度的放大。
（4）、地下水。总的趋势是：饱水的岩土体会影响地震波的传播速度，使场地烈度增高。地下水埋深愈浅，则烈度增加值愈大。地下水埋深1-5m范围内影响最明显；地下水埋深大于10m时影响就部明显了。 11.土的结构特性对渗透变形影响分析
土的抗渗强度取决于土体本身的结构。制约渗透变形发生的土体结构特性包括：土中粗细颗粒直径、细粒物质的含量、土的级配特征、颗粒形状及排列方式等。
（1）、粗细粒径的比例
只有当土中细颗粒的粒径d小于粗颗粒的骨架孔隙直径d0时，才能发生潜蚀。据研究其最优比值为d0/d=8。砂土颗粒粒径与其孔隙比值的大小，与颗粒的排列方式关系极大。土愈疏松，则细小颗粒在孔隙中随渗流运动愈顺畅；愈紧密则只能让更细小的颗粒通过。因此，愈疏松的土体愈容易产生渗透变形。
此外，土愈紧密，抗剪强度愈大，抵抗渗透变形的能力愈强。 （2）、细颗粒的含量
天然无粘性土的颗粒组成相当复杂，其分布曲线有单峰型、双峰型和多峰型。我国水利水电科学研究院通过大量室内试验研究，提出了用细颗粒含量百分数来判别双峰型砾土的渗透变形型式：
1当细颗粒含量大于35%时为流土； ○
2当细颗粒含量小于25%时为潜蚀； ○
3当细颗粒含量界于25-35%时，流土和潜蚀均可能发生，主要取决于砾土的密实程度及细颗粒的组成。中等○
以上密实度、细颗粒的不均匀系数较小的砾土，一般发生流土；反之为潜蚀。
此外，细颗粒成分中粘粒含量的增加，可增大土的凝聚力，因而增大土的抗渗强度，使土不容易产生渗透变形。
（3）、土的级配特征
土的级配特征可用土的不均匀系数Cu=d60/d10表示。Cu愈大，土愈不均匀，级配愈好。通过试验发现，在自下而上的渗流出口处无覆盖的条件下，砂土的渗透变形类型及临界水力梯度值都与土的不均匀系数有关：
1当Cu<10时，主要型式为流土； ○
2当Cu>20时，主要型式为潜蚀； ○
3当Cu在10-20之间时，流土和潜蚀都可能发生。 ○
临界水力梯度与不均匀系数之间的关系见右图。从图上可以看出，砂土的不均匀系数愈大，临界水力梯度愈小，也就是说，产生流土的临界水力梯度比潜蚀要大。
需要指出的是，上述的判断对砾质土不适用，而且仅靠上述判别也往往是不全面的。
实验表明：在渗流作用下，由于无粘性土的结构特性不同，有的土首先表现为潜蚀，然后在更强的水动力条件下转化为流土。而有的土则在足够的水动力条件下，直接发生流土。
工程地质学终结版本
