《地质工程学综合复习》课件

地质工程学综合复习课程概述与学习目标课程内容回顾学习目标考试重点提示12本次课程将全面回顾地质工程学的通过本次课程的学习，大家应能够核心内容，包括工程地质勘察、岩掌握地质工程学的基本概念和理论土力学、水文地质学、地质灾害防，熟悉工程地质勘察的基本方法和治等方面我们将重点关注各章节流程，能够运用岩土力学原理分析的重点知识和难点问题，帮助大家和解决实际工程问题，具备地质灾系统掌握课程内容害防治的基本知识和技能地质工程学的基本概念定义研究对象分支学科地质工程学是研究工程建设中涉及到地质工程学的研究对象包括岩土体、地质工程学包括工程地质学、水文地的地质问题的科学，包括地质条件对地下水、地质构造、地质营力等地质质学、岩土力学、地质灾害学等分支工程稳定性的影响、地质灾害的防治要素，以及这些要素在工程建设中的学科各分支学科从不同角度研究地以及地质资源的合理利用等其核心相互作用重点研究地质条件对工程质问题，共同构成地质工程学的完整在于将地质知识应用于工程实践，保稳定性的影响，为工程设计、施工和体系，为解决复杂的工程地质问题提障工程安全和可持续发展运营提供地质依据供理论和技术支持工程地质调查的目的和意义目的意义内容工程地质调查旨在查明工程建设场地工程地质调查是工程建设的基础环节工程地质调查内容包括区域地质调查的地质条件，包括岩土类型、地质构，能够有效降低工程风险，减少工程、详细地质调查、水文地质调查、特造、水文地质条件、地质灾害等，为投资，缩短工期，提高工程质量同殊性岩土调查、地质灾害调查等根工程设计、施工和运营提供可靠的地时，也有助于保护环境，实现工程建据工程的性质和规模，选择合适的调质依据，确保工程安全和稳定设与自然环境的和谐发展查内容和方法，获取所需的地质信息工程地质调查的基本方法地质测绘钻探地球物理勘探通过野外地质观察和利用钻机钻取岩土样利用地球物理方法探测量，编制地质图，品，进行岩土性质测测地下地质构造和岩揭示区域地质构造和试，获取地下地质信土体性质，具有快速岩土分布规律息、经济的优点现场试验在工程现场进行岩土力学试验，直接获取岩土体的工程性质指标地质构造与工程建设断层1断层可能引起地基不稳定、地震等地质灾害，工程建设应避开活动断层带褶皱2褶皱构造可能导致岩层倾斜，影响工程的稳定性和开挖难度节理3节理是岩体中常见的裂隙，会降低岩体的强度和稳定性，增加渗水风险软弱夹层4软弱夹层是岩体中的薄弱环节，容易引起滑动和变形，对工程稳定性构成威胁岩石的工程地质分类按成因分类按岩石强度分类按岩石结构分类岩浆岩、沉积岩、变质岩，不同成因坚硬岩石、较硬岩石、软岩、极软岩块状结构、层状结构、碎屑结构等，的岩石具有不同的工程性质，不同强度的岩石具有不同的承载能不同结构的岩石具有不同的变形特性力岩石的物理性质密度孔隙率1单位体积岩石的质量，影响岩石的岩石中孔隙的体积百分比，影响岩2承载能力和稳定性石的渗透性和强度渗透性吸水率4岩石允许流体通过的能力，影响地岩石吸收水分的能力，影响岩石的3下水的运动和工程的渗漏耐久性和抗冻性岩石的力学性质弹性模量1反映岩石抵抗弹性变形的能力抗压强度2反映岩石抵抗压缩破坏的能力抗剪强度3反映岩石抵抗剪切破坏的能力抗拉强度4反映岩石抵抗拉伸破坏的能力岩体的结构特征层理1岩层之间的分界面，影响岩体的整体强度和稳定性节理裂隙2岩体中的裂缝，降低岩体的强度和增加渗透性断层破碎带3断层附近的破碎岩体，强度低，容易发生滑动和变形岩体的变形特性弹性变形塑性变形蠕变在荷载作用下产生的可恢复变形，与在荷载作用下产生的不可恢复变形，在长期荷载作用下产生的缓慢变形，岩石的弹性模量有关与岩石的强度和应力状态有关与岩石的粘滞性和时间效应有关岩体的强度特征岩体的强度受岩石强度、结构面、风化程度等因素的影响完整岩体的强度最高，节理化岩体的强度次之，破碎岩体的强度最低工程设计应充分考虑岩体的强度特征，选择合适的支护措施岩石风化作用及其工程意义物理风化化学风化生物风化温度变化、冻融循环、水楔作用等导氧化、水解、碳酸化等导致岩石成分植物根系生长、微生物活动等加速岩致岩石破碎改变和强度降低石的分解和破坏岩石风化作用降低岩石的强度和稳定性，增加工程风险工程建设应采取措施防止岩石风化，如喷射混凝土、设置排水设施等地下水的类型与分布潜水承压水包气带水赋存于第一个隔水层之上的地下水，赋存于两个隔水层之间的地下水，具赋存于地表至潜水面之间的土壤和岩受降水影响大，水位变化明显有承压性，水位高于顶板石孔隙中的水分，对植物生长和土壤性质有重要影响地下水的物理性质水位1地下水面的高程，反映地下水的赋存状态和变化规律水温2地下水的温度，受地热、气候等因素的影响，对岩土性质和工程稳定性有影响矿化度3地下水中溶解的矿物含量，影响地下水的腐蚀性和结垢性值pH4地下水的酸碱度，影响地下水的腐蚀性和对混凝土的侵蚀性地下水运动规律达西定律地下水流场描述地下水在多孔介质中渗描述地下水在区域范围内的流的规律，渗流量与水力梯流动方向和速度分布，受地度和渗透系数成正比形、地质构造和水文地质条件的影响地下水补给、径流、排泄地下水的补给来源包括降水、地表水和越流补给，径流是地下水在含水层中的流动，排泄方式包括泉、河流和人工开采地下水对工程的影响腐蚀渗透浮力地下水中的化学成分对地下水渗入地基，降低地下水产生浮力，对地混凝土、钢材等工程材地基的强度和稳定性，下工程结构产生上浮力料产生腐蚀作用，降低可能导致地基沉降和滑，需要采取抗浮措施工程结构的耐久性坡冻胀在寒冷地区，地下水冻结产生体积膨胀，对工程结构产生冻胀力，导致结构破坏水文地质勘察方法调查访问水文地质测绘水文地质钻探抽水试验向当地居民、水利部门等了查明区域水文地质条件，绘钻取岩土样品和地下水样品通过抽水试验确定含水层的解地下水情况，收集水文地制水文地质图，揭示地下水，进行水文地质测试，获取渗透系数、储水系数等水文质资料分布规律地下水水位、水温、水量、地质参数水质等信息土的成因与分类坡积土残积土由重力作用沿斜坡移动形成的土，2由岩石风化后残留在原地形成的土成分复杂，结构松散1，颗粒粗，强度高冲积土由河流冲积作用形成的土，分布广3泛，颗粒均匀海积土5湖积土在海洋环境中沉积形成的土，含盐4量高，腐蚀性强在湖泊环境中沉积形成的土，含水量高，压缩性大土的物理性质指标含水量1土中水的质量占土颗粒总质量的百分比密度2单位体积土的质量孔隙比3土中孔隙体积与土颗粒体积之比饱和度4土中水的体积占孔隙体积的百分比液塑限5反映土的软硬程度和塑性范围土的工程分类砂土1颗粒粗大，渗透性好，强度高粉土2颗粒细小，渗透性差，易产生液化黏土3颗粒极细，塑性好，压缩性大有机质土4含有大量有机质，强度低，压缩性大土的压缩性压缩系数压缩模量固结度反映土在压力作用下体积减小的程度反映土抵抗压缩变形的能力，压缩模反映土在固结过程中孔隙水压力消散，压缩系数越大，土的压缩性越大量越大，土的压缩性越小的程度，固结度越高，土的固结程度越高土的抗剪强度土的抗剪强度是土抵抗剪切破坏的能力，是地基稳定性分析的重要参数砂土的抗剪强度最高，黏土的抗剪强度最低影响抗剪强度的因素包括土的类型、密度、含水量、应力历史等土的渗透性渗透系数达西定律反映土允许水通过的能力，渗透系数越大，土的渗透性越好描述土中水的渗流规律，渗流量与水力梯度和渗透系数成正比土的渗透性影响地下水的运动和工程的渗漏砂土的渗透性最好，黏土的渗透性最差工程建设应采取措施控制土的渗透性，如设置截水墙、排水沟等地基土的应力分析自重应力附加应力有效应力由土的自重产生的应力，随深度增加由建筑物荷载产生的应力，随深度增土颗粒之间传递的应力，等于总应力而增大加而减小减去孔隙水压力，是影响土的强度和变形的关键因素地基土的变形计算弹性变形计算固结沉降计算12根据弹性理论计算地基的根据固结理论计算地基的弹性变形，适用于砂土等固结沉降，适用于黏土等地基地基经验公式计算3根据经验公式估算地基的变形，适用于工程实践中常用的方法地基土的稳定性分析强度法极限平衡法根据土的抗剪强度计算地基根据极限平衡理论计算地基的稳定安全系数，适用于各的稳定安全系数，适用于黏种地基土和粉土地基数值分析法利用有限元等数值方法分析地基的稳定性，适用于复杂的地基条件边坡工程地质问题滑坡崩塌泥石流边坡岩土体沿一定滑边坡岩体在重力作用由降雨或融雪引发的动面整体下滑的现象下突然垮塌的现象，携带大量泥沙和石块，是常见的地质灾害具有突发性和破坏性的洪流，具有强大的冲击力和破坏力坡面冲刷降雨或地表径流对坡面土壤的冲刷作用，导致坡面松动和破坏边坡失稳的类型圆弧滑动滑动面呈圆弧形，多发生在均质黏土地基中折线滑动滑动面由多条折线组成，多发生在层状岩土体中楔形滑动滑动体呈楔形，受多个结构面控制，多发生在岩质边坡中顺层滑动滑动面沿岩层层面滑动，多发生在倾斜岩层中边坡稳定性分析方法数值分析法2利用有限元、离散元等数值方法模拟边坡的变形和破坏过程极限平衡法1基于静力平衡条件，计算边坡的稳定安全系数经验法根据工程经验和统计资料，对边坡3的稳定性进行评估边坡防护与加固技术支挡结构1挡土墙、抗滑桩等，用于支撑边坡，防止滑坡排水工程2排水沟、渗沟等，用于降低地下水位，减少边坡的滑动力坡面防护3喷射混凝土、植草防护等，用于防止坡面风化和冲刷加固措施4锚杆、土钉等，用于提高边坡的抗剪强度地下工程地质问题围岩稳定性地下水地应力地下工程围岩的稳定性直接影响工程地下水渗入地下工程，会降低围岩的地应力分布不均可能导致地下工程发的安全和施工进度围岩可能发生坍强度，增加施工难度，并可能腐蚀工生变形和破坏高地应力区需要采取塌、变形等问题程结构特殊的支护措施隧道工程地质条件隧道工程地质条件复杂，岩性、地质构造和地下水等因素对隧道施工和运营产生重要影响良好的地质条件有利于隧道的稳定和安全，不良的地质条件则可能导致隧道坍塌、渗水等问题因此，在隧道设计和施工前，必须进行详细的地质勘察隧道施工中的地质灾害塌方涌水瓦斯爆炸隧道开挖后，围岩失去支撑，发生坍地下水大量涌入隧道，影响施工，并在含有瓦斯的煤矿隧道中，瓦斯浓度塌的现象塌方可能导致人员伤亡和可能导致围岩软化和失稳过高可能引发爆炸，造成严重的安全工程延误事故隧道施工中面临多种地质灾害的威胁，必须加强地质监测和安全管理，采取有效的防治措施，确保施工安全隧道支护设计原则及时性适应性可靠性经济性支护应在隧道开挖后及时支护方案应根据围岩的地支护结构应具有足够的强在满足支护要求的前提下进行，防止围岩变形和失质条件和变形特征进行调度和稳定性，确保隧道的，应尽量选择经济合理的稳整，适应不同的地质情况长期安全支护方案水库工程地质问题库岸稳定性1水库蓄水后，库岸可能发生滑坡、崩塌等问题，威胁水库的安全渗漏2水库蓄水后，可能发生渗漏，导致水资源损失和地基破坏地震3水库蓄水可能诱发地震，对水库大坝和周边地区造成威胁泥沙淤积4水库运行过程中，泥沙淤积会导致水库库容减少，影响水库的效益大坝基础的地质要求强度稳定性大坝基础应具有足够的强度大坝基础应具有良好的稳定，承受大坝的荷载，防止地性，防止地基发生滑坡、沉基破坏降等问题防渗性大坝基础应具有良好的防渗性，防止水库渗漏水库渗漏与防渗处理渗漏原因防渗措施水库渗漏的原因包括地质构造、水库防渗措施包括黏土心墙、混岩石裂隙、土坝的渗透性等凝土防渗墙、帷幕灌浆等地质灾害的类型滑坡边坡岩土体沿一定滑动面整体下滑的现象崩塌边坡岩体在重力作用下突然垮塌的现象泥石流由降雨或融雪引发的携带大量泥沙和石块的洪流地面沉降由于地下水开采、地质构造等原因引起的地面下沉现象岩溶塌陷在岩溶地区，由于地下水溶蚀作用引起的地面塌陷现象滑坡的成因与特征成因特征1降雨、地震、不合理开挖等是滑坡滑坡具有突发性、破坏性和群发性2的主要成因等特征滑坡的调查与评价地质调查1查明滑坡的地质条件、滑动面、滑动体等监测2监测滑坡的变形、地下水位等，为滑坡的评价提供依据稳定性评价3根据调查和监测资料，对滑坡的稳定性进行评价，确定滑坡的危险等级滑坡的防治措施工程措施非工程措施包括支挡结构、排水工程、抗滑桩等，用于提高滑坡的稳包括搬迁避让、监测预警、宣传教育等，用于减少滑坡造定性成的损失崩塌的成因与特征崩塌的主要成因包括降雨、地震和人为开挖等崩塌具有突发性、破坏性和不可预测性等特征崩塌的防治难度大，需要采取综合措施崩塌的预防与治理预防治理加强地质调查和监测，避免在崩塌危险区进行工程建设采取坡面加固、设置拦石网等措施，防止崩塌发生崩塌的预防比治理更重要，应加强地质调查和监测，避免在崩塌危险区进行工程建设泥石流的形成条件地形水源松散固体物质陡峻的地形是泥石流形成的必要条件降雨或融雪是泥石流的触发因素大量的松散泥沙和石块是泥石流的物质来源泥石流灾害防治工程措施1修建拦砂坝、排导沟等，用于拦截和疏导泥石流非工程措施2加强监测预警、搬迁避让等，用于减少泥石流造成的损失地面沉降的原因地下水开采地质构造过量开采地下水导致土层孔地质构造活动可能导致地面隙压力降低，引起地面沉降沉降人为因素不合理的工程建设和土地利用可能引起地面沉降地面沉降的监测水准测量InSAR利用水准仪测量地面高程变化，利用卫星雷达干涉技术监测大范监测地面沉降围的地面沉降地面沉降的防治控制地下水开采限制地下水开采量，维持地下水位的稳定地下水回灌将地表水或处理后的污水回灌到地下，补充地下水资源工程措施加固建筑物地基，提高建筑物的抗沉降能力岩溶地质灾害岩溶地面沉降2由于岩溶发育引起的地面缓慢沉降现象岩溶塌陷1由于地下水溶蚀作用引起的地面塌陷现象岩溶突水3地下水突然涌出地面的现象采空区地质灾害地面塌陷1采空区上覆岩土体失去支撑，发生塌陷的现象地裂缝2采空区地表产生的裂缝滑坡3采空区边坡发生滑坡的现象地震与工程建设地震烈度抗震设计反映地震对地面的破坏程度，是抗震设计的重要依据根据地震烈度进行工程结构的抗震设计，提高结构的抗震能力地震烈度与抗震设计抗震设计需要根据工程所在地区的地震烈度进行，地震烈度越高，设计加速度越大，结构的抗震要求越高抗震设计应综合考虑结构的类型、场地条件和地震烈度等因素工程地质勘察规范规范工程地质勘察应严格按照国家和地方的相关规范进行，确保勘察质量工程地质勘察规范是工程地质勘察的指导性文件，规定了勘察的内容、方法、深度和精度等要求勘察人员应熟悉规范，严格按照规范进行勘察工作勘察报告的编写要求真实性准确性完整性勘察报告应真实反映工程场地的地质勘察报告应准确描述地质参数和地质勘察报告应包含所有必要的勘察内容情况现象工程地质图的绘制图例比例尺12工程地质图应使用规范的工程地质图应选择合适的图例，清晰表达地质信息比例尺，保证图面的清晰度和精度内容3工程地质图应包含地质构造、岩土类型、地下水等信息地质钻探技术回转钻探冲击钻探利用钻头旋转切削岩土，适利用冲击力破碎岩土，适用用于各种地质条件于坚硬岩石螺旋钻探利用螺旋钻头钻取土样，适用于松散土层地球物理勘探方法电法地震勘探磁法根据岩土的导电性差根据地震波的传播速根据岩土的磁性差异异探测地下地质构造度差异探测地下地质探测地下地质构造构造现场试验方法标准贯入试验用于评价土的密实度和强度静力触探试验用于评价土的强度和变形参数载荷试验用于确定地基的承载力和变形模量室内试验方法土工试验岩石试验1用于测定土的物理性质指标和力学用于测定岩石的物理性质指标和力2性质指标学性质指标。