工程地质学基础.doc

1、工程地质学基础 绪 论 一、含义 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。 1. 地质学的一个分支科学。 2.属于应用地质学范畴。 二、工程地质学的任务 查明各类工程建筑场区的地质条件。 对场区及其有关的各种地质问题进行综合评价。 分析、预料在工程建筑作用下，地质条件可能出现的变化和作用。 为建筑物选择适宜的建筑场址。 对不良地质条件提出防治和改造措施。 为保证工程合理设计，顺利施工为正常使用提供可靠的技术参数。 三、几个概念 1.工程地质条件 工程地质条件可 以理解为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

2、、地质构造、水文地质条件、物理地质现象五个要素。 2.工程地质问题 工程地质问题是指工程建筑与地质环境相互作用、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。 四、工程地质学的研究内容 岩土工程地质性质研究。 工程动力地质作用的研究。 工程地质勘察理论和技术方法的研究。 区域工程地质的研究。 五、工程地质学的研究方法 地质分析法 试验法 计算法 第一章 土的物质组成与结构、构造 第一节 土的粒度成分 土颗粒的大小以其直径来表示，称为“粒径”，其单位一般采用毫米。 土颗粒按大小相近、性质相似合成的组叫粒组。 一、粒度成分 土的粒度成分是指土中各个粒组的相对百

3、分含量，通常用各粒组占土粒总质量的的百分数表示。 1. 粒径（ d）土颗粒的直径（ mm） 2. 粒组土颗粒按大小相近、性质相似合成的组叫粒组（粒级）。 表 1-1 粒组划分方案 粒 组 统 称 粒 组 名 称 粒径（ d）范围（ mm） 巨 粒 漂 石（块石）粒 d 200 卵 石（碎石）粒 200 d 60 粗 粒 砾 粒 粗 砾 60 d 20 细 砾 20 d 2 砂 粒 2 d 0.075 细 粒 粉 粒 0.075 d 0.005 粘 粒 0.005 d 二、粒度分析 测定土中各颗粒直径大小及百分含量的过程 主要测试方法： 筛析法主要用于粗粒土的粒度分析 静水沉淀主要用于细粒土的粒

4、度分析 表 1-2 土的粒度成分表 土样编号 粒组的百分含量 2 mm 20.5 mm 0.50.25 mm 0.250.075mm 0.0750.005 mm 5 时，称为级配良好的非均粒土； 定义土的粒径级配累积曲线的曲率系数为： 曲线系数描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状；或 称反映累积曲线的斜率是否连续。 Cc 1 3 的土，称为级配良好的土； Cc 3 的土称为级配不良的土。 三、土按粒度成分的分类 粒度分类土按粒度成分的分类 巨粒土和含巨粒的土：巨粒组质量多于总质量 15% 砾类土：砾粒组质量多于总质量 50% 砂类土 : 砾粒组质量少于或等于总质量 50% 细粒土 :

5、 细粒组质量多于或等于总质量的 50%的土 第四节 土的结构和构造 土的结构是指组成土的土粒大小、形状、表面特征、土粒间的连结关系和土粒的排列情况。 一、土粒间的连结关系 组成土的土粒间的连接、结合关系 。 主要连接形式：结合水连结：通过结合水膜而将相邻土粒连结起来的连结形式。毛细水连结：相邻土粒由毛细压力作用形成的连结。胶结连结：由于土中某些盐类的结晶将土粒胶结起来的连结。 二、土的结构类型 巨粒土和粗粒土 通常具有单一颗粒相互堆砌在一起的单粒结构。 细粒土 颗粒细小，具胶体特性，在水中一般都不能以单个颗粒沉积，而凝聚成较复杂的集合体进行沉积，形成细粒土特有的团聚结构。 3. 重力水 分布在

6、毛细水层以外，存在于较粗大的孔隙中。水分子不受土粒表面静电引力的影响，具有自由活动的能力，只受重力的控制，能传递静水压力。 机 械潜蚀作用： 水在流动时产生动水压力，冲刷带走土中的细小颗粒的作用。 化学潜蚀作用： 溶解矿物颗粒的能力。潜蚀作用的结果使土体中的孔隙增大，压缩性提高，抗剪强度降低。 第二章 土的物理性质 第一节 土的基本物理性质 自然界的土通常是由固态相的土粒、液态相的水和气态相的空气所组成的，从物理概念上说土通常是三相体系的，所以土粒、水和空气称为土的三相组成部分。 一、土粒密度和土的密度 1. 土粒密度（比重） 土粒密度是指固体颗粒的质量与其体积之比，即单位体积土粒的质量，其单

7、位是 g cm3，表达式为 土粒的密度大小决定于土粒的矿物成分，与土的孔隙情况和含水多少无关。它的数值一般在 2.60 2.80g cm3 之间 (表 2-1)。一般情况下，随有机质含量增多而减小，随铁镁质矿物增多而加大。它是土中各种矿物密度的加仅平均值。 土粒密度是实测指标 ，可在实验室内直接测定。该指标一方面可以间接地 说明土中矿物成分特征，另一方面主要用来计算其他指标。 土 的 种 类 砾类土 砂类土 粉 土 粉质粘土 粘 土 土粒密度 常见值 2.65 2.75 2.65 2.70 2.65 2.70 2.68 2.73 2.72 2.76 (g cm3) 平均值 2.66 2.68

8、2.71 2.74 表 2-1 各种主要类型土的土粒密度 2. 土的密度 土的密度是指土的总质量与总体积之比，即单位体积土的质量，其单位也是 g cm3。根据土所处的状态不同，土的密度可分为天然密度、干密度和饱和密度三种。（以前曾称： 容重、重度） （ 1） 天然密度 天然状态下单位体积土的质量称天然密度 天然密度的大小取决于土的矿物成分、孔隙和含水情况，其数值一般为 1.6 2.2g cm3(表 2-2)。天然密度在数值上小于土粒密度，是一个 实测指标 ，可在室内及野外直接测定，是工程地质计算中不可 缺少的参数。 (2)干密度 土的孔隙中完全没有水时的密度，称土的干密度，是指单位体积干土的质

9、量，即 干密度与土中含水多少无关，只取决于土的矿物成分和孔隙性。对于某一种土来说。矿物成分是固定的，土的干密度大小只取决于土的孔隙性，所以干密度能说明土中孔隙多少和表征 土的密实程度。干密度愈大，土愈密实；反之则疏松。 (3)饱和密度 土的孔隙完全被水充满时的密度称饱和密度，是指土孔隙中全部充满液态水时的单位体积土的质量，即 式中：为水的密度 (g cm3)。 土的饱和密度是土的密度中的最大值，是个计算指标，常见值为 1.80 一 2.30g cm3。 二、土的含水性 1. 土的含水率 土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比称含水率，常用百分率表示。 对结构相同的土而言，含水率越大，说明土中水分

10、越多。由于土层所处的自然条件和土层孔隙发育程度的不同，土的含水率差别极大。近代沉积的三角洲相软粘 土或湖相粘土的含水率可达 50一 200，坚硬粘土的含水率可小于 20。一般砂类土的含水率不超过 40，常见值为 10一30，细粒土的常见值为 20一 50。 2.饱和度 含水率是个绝对指标，只能表明土中水的含量，而不能反映土中孔隙被水充满的程度。土的饱和度是土中水的体积与孔隙体积的百分比值，它能说明孔隙中水的充填程度，表达式为 饱和度的数值变化在 0 -100之间：当土处于干燥状态时，饱和度等于零；当土的孔隙全部被水充填时，饱和度等于 100。在工程实际中，按饱和度的大小将含水砂土划分为 稍湿的

11、 ( 50 )、很湿的 (50 80） 饱和的 ( 80 )饱和度是一个计算指标。 三、土的孔隙性 土中孔隙的大小、形状、分布特征、连通情况和总体积称为土的孔隙性。目前，主要用孔隙的总体积来表示土的孔隙性。 1. 土的孔隙率和孔隙比 土中孔隙的数量，通常用孔隙率和孔隙比来 表示。它们只能反映土内孔隙总体积大小，而不能反映单个孔隙的大小，主要用来说明土的松密程度。孔隙率是土中孔隙总体积与土的总体积之比也叫孔隙度，常用百分率表示 孔隙比是土中孔隙总体积与土中固体颗粒总体积的比值，常用小数表示 孔隙率与孔隙比都是反映土孔隙性的指标，两个指标之间的关系为 土的孔隙率和孔隙比的大小，主要取决于土的粒度成

12、分和结构。孔隙率的常见值为 33一 50，但新近沉积淤泥的孔隙率可达 80。一般情况下，土的孔隙比值为 0.5 1.0，细粒土的孔隙比有时大于 1，淤泥的孔隙比可达 1.5 以上。 四、土的基本物理 性质指标间关系 土粒密度、天然密度、干密度、含水率、饱和度、孔隙率和孔隙比是研究土的基本物理性质的 7个基本指标。其中，土粒密度、天然密度、含水率为实测指标，其余指标可由这 3 个指标换算取得，称导出指标或计算指标。 在土的基本物理性质中，孔隙性占有支配地位，它对土的密度和含水性都有决定性的作用。对于某一种土来说，其矿物成分和粒度成分是 定的，固体部分的质量不变，而其结构，尤其是土粒排列的松密程度则因条件而有所变化，孔隙性可以不同，所以很多基本物理性质指标随孔隙性指标的变化而改变。由此可见，土的孔隙性对土的基本物 理性质有着决定性的意义。