导图社区 一级造价工程师(一造)技术与计量——第一章工程地质
据环球网校武立叶老师课件编排,一图看懂全章节内容,知识点系统全面,无需死记硬背,框架式结构清晰明了,轻松掌握知识点。
编辑于2024-09-04 09:31:32工程地质
岩体
矿物→→→→岩石→→构造变动、风化作用、卸荷作用→→岩体
建设工程通常将工程影响范围内的岩石综合体称为工程岩体,工程岩体有地基岩体、边坡岩体和地下工程围岩三类
工程岩体的稳定性,直接关系着施工期间和使用期间工程的安全,关系着工程建设的成功与失败
稳定大过天
结构
构成
岩石/土+结构面====岩体→→力→→地质构造
岩石
①岩浆岩 (火成岩)
喷出岩。孔隙和节理发育,强度低。流纹岩、 安山岩、玄武岩、粗面岩、火山碎屑岩
流安武喷粗火
侵入岩(强度高)
浅成岩。花岗斑岩、闪长玢岩、辉绿岩、脉岩
脉绿斑玢
深成岩。花岗岩、正长岩、闪长岩、辉长岩
深花长长长
②沉积岩 (水成岩)
碎屑岩类。砾岩、砂岩、粉砂岩
碎屑砂砾
黏土岩类。泥岩、页岩
黏土泥页
化学岩及生化岩类。石灰岩、白云岩、泥灰岩
生化白灰
石、泥+页+白云
③变质岩。大理岩、石英岩
大英变成千片片板块
主要矿物
依据颜色鉴定矿物的成分和结构,光泽鉴定风化程度,硬度鉴定矿物类别
矿物硬度:滑石甲、方萤磷、刀玻长刀、石黄刚金
三者共有的:石英、长石;①②共有:白云母;①③共有:角闪石、辉石; ②③共有:方解石、白云石、高岭石;③变质后:石榴子石、滑石、绿泥石、蛇纹石
土
组成。由颗粒(固相)、水溶液(液相)和气(气相)所组成的三相体系
结构。分为单粒结构(散粒结构)和集合体结构(团聚结构或絮凝结构),前者为无黏性土,后者为黏性土
构造。其不均匀性特征是根本性特征
分类
黏土→→0.005→→粉土→→0.075→→砂土→→2→→砾石→→60→→卵石→→200→→漂石
紫色为细粒土,有黏性,红色为中粒土,蓝色为巨粒土;塑性指数黏土>10,粉土≤10
颗粒越小工程性质受含水量影响越大
结构面。层面、缝(节理、裂隙、裂缝)、断层等的空间位置定义为结构面的产状。产状有走向、倾向和倾角三个要素
地质构造
水平构造和单斜构造
褶皱构造
定义。组成地壳的岩层,受构造力(水平挤压力、垂直力和力偶)的强烈作用,使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造,它是岩层产生的塑性变形
褶曲。基本形式是背斜和向斜,当地面受剥蚀露出岩层时,背斜新老新、向斜老新老
深路堑 高边坡
路线⊥岩层走向,有利
垂直的好、平行的不好!反的好、顺的不好!
路线∥岩层走向。倾向相反有利,倾向一致不利(此时若倾角边坡>岩层最不利)
隧道。轴部不利,翼部有利
断裂构造
裂隙
发育程度对工程的影响。裂隙不、较、发、很,工程无、不、很、严
分为构造裂隙和非构造裂隙。前者分为张性裂隙(发育在背斜和向斜的轴部,裂隙较宽、少有擦痕)和扭(剪)性裂隙(发育在褶曲的翼部和断层附近,裂隙平直闭合、常有擦痕);后者分为原生裂隙、风化裂隙和卸荷裂隙,风化裂隙具有普遍意义
断层
正断层。受水平张应力或垂直作用力,上盘下降下盘上升
逆断层。受水平强烈挤压力,上盘上升下盘下降;断线层的方向常和岩层走向或 褶皱轴的方向近于一致,和压应力作用的方向垂直
平推断层。受水平扭(剪)应力作用,发生水平位移,与X节理平行、倾角直立
结构特征
①整体块状结构。较理想的各类工程建筑地基、边坡岩体及地下工程围岩
②层状结构。作为边坡岩体时,结构面倾向坡里好!③碎裂结构和④散体结构
倾向坡里好!
力学特征
变形特征。设计人员所关心的主要是变形特征即变形模量或弹性模量
强度性质。岩体强度同时受结构面和岩石强度控制,结构面=0时岩体强度=岩石强度;结构面很明显时,岩体强度=结构面强度
工程地质特征
岩石的工程地质性质
软化性。软化系数=岩石饱和状态下的极限抗压强度/风干状态下极限抗压强度,该系数越小受水的影响越大
抗冻性。在高寒冰冻地区,抗冻性是评价岩石工程性质的一个重要指标
弹性模量。越大表示岩石抵抗变形的能力越高,变形越小
泊松比(横向应变与纵向应变的比)。越大,表示岩石受力作用后的横向变形越大
前两者是评价岩石(岩体)稳定性的指标,是对岩石(岩体)的稳定性进行定量分析的依据
土体的工程地质性质
含水量。=土中水的重量/(干燥)土粒重量
饱和度。=被水充满的孔隙体积/孔隙总体积,<50%稍湿,>80%饱水,中间是很湿
我吧,稍吃点就很饱
塑性指数。=液限-塑限,塑性指数越大、可塑性就越强 液性指数。=(天然含水量-塑限)/塑性指数,液性指数越大、土质越软
特殊土
①软土(高含水性、低渗透性、较显著的触变性、蠕变性)、③红黏土(无湿陷性)、④膨胀土
②湿陷性黄土。黄土地区工程勘察的核心问题是分析判别是否属于湿陷性及其程度、类型和等级;分为自重类和非自重类(少见),前者的判定:渠道初次防水出现平行裂缝,管道漏水后折断,路基受水后严重坍塌,建筑物很大裂缝或砖墙倾斜、很轻的建筑也受破坏
⑤填土。素填土,超过2年的砂土、5年粉土、10年黏性土可作天然地基;建筑垃圾或一般工业废料处理后可作地基,生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料不宜作地基;冲填土比同类自然沉积饱和土的强度低、压缩性高
结构面的工程地质性质
对岩体影响较大主要是结构面的产状、延续性和抗剪强度。延伸长度为 5~10m 的平直结构面,对地下工程围岩的稳定就有很大的影响,对边坡的稳定影响一般不大
规模
I 级。大断层或区域性断层,控制工程建设地区的稳定性,直接影响工程岩体稳定性
Ⅱ、Ⅲ级。对工程岩体力学和对岩体破坏方式有控制意义的边界条件,它们直接威胁工程安全稳定性
Ⅳ级。主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质,数量多且随机,其分布具有统计规律
V 级。又称微结构面,控制岩块的力学性质
地震震级与烈度
震源。传播速度:纵波>横波>面波,前两者被称为体波
震级。按释放能量多少来划分,我国地震分五级:微、轻、强、烈、大灾震
内在强度
烈度
按受破坏的程度来划分,与震级、震源深度、距震中距离以及介质条件有关
分为基本烈度(代表一个地区的最大地震烈度,不是绝对的、相当于概率烈度)、建筑场地烈度(小区域烈度)、设计烈度,后两者可调
外在结果
建筑抗震
抗震设防分类
特殊设防类。涉及国家公共安全、可能发生严重次生灾害
甲类
重点设防类。不能中断或需尽快恢复生命线相关、可能导致大量伤亡
乙类
标准设防类。生活中普通的、大量的,如住宅等
丙类
适度设防类。使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害,
丁类
抗震设防标准。甲、乙类按“本+1”,丙类按“本”,丁类按“本-1”;工程场地为 I 类(条件好)时,甲类和乙类按“本”、丙类按“本-1”,工程场地为Ⅲ、Ⅳ类(条件差)应适当提高
抗震等级
分为四个等级,表示其很严重(一级)、严重(二级)、较严重(三级)及一般(四级)
按6、7、8、9烈度,跨度≥18m的框架为3211;高度≤24m为4321,>24m各升一级
地下水
3主类 (埋藏条件)
对农业有很大意义,对工程意义不大——包气带水(无底)
潜水 (有下底)
多数存在于第四纪松散岩层中。有两个特征:潜水面以上无稳定的隔水层存在;潜水自水位较高处向水位较低处渗流
潜水面常与地形有一定程度的一致性。一般地面坡度越大,潜水面的坡度也越大,但潜水面坡度经常小于当地的地面坡度
无压,补给区与分布区一致 季节性变化明显,渗入和凝结成因
承压水 (自流水) (有上下底)
适宜的地质构造:向斜构造盆地(自流盆地)、单斜构造自流斜地
对向斜构造来讲,正地形成谷、下补上;反地形成峰、上补下
承压,补给区与分布区不一致 气候影响小不易污染,渗入和海洋成因
3亚类 (空隙性)
孔隙水
储存于松散层中
裂隙水
①多数为层状裂隙水,多属潜水;②主要受大气降水的补给,有明显季节性循环交替,常以泉水的形式排泄于河流中——风化裂隙水
①可以是潜水,也可以是承压水;②多呈层状,在一定范围内相互连通——成岩裂隙水
①层状构造裂隙水密集均匀且相互连通;②脉状构造裂隙水分布不连续不沟通;③两者渗透性均显示各向异性——构造裂隙水
储存于基岩裂隙中
岩溶水
在厚层灰岩的包气带中,常有局部非可溶的岩层存在,起着隔水作用,在其上部形成岩溶上层滞水——岩溶上层滞水(包气带水)
广泛分布在大面积出露的厚层灰岩地区——岩溶潜水
岩溶地层被覆盖或岩溶层与砂页岩互层分布时,在一定的构造条件下,就能形成动态较稳定的——岩溶承压水
储存于可溶性岩石溶穴中
石灰岩
常见工程地质问题
特殊地基
⑴不满足承载力的,浅的可挖除,深的可采用固结灌浆、预制桩或灌注桩、地下连续墙或沉井等加固;⑵不满足抗渗要求的,可灌水泥浆或水泥黏土浆,或地下连续墙防渗;⑶影响边坡稳定的,可喷混凝土护面和打土钉支护——①松散土层(砂和砂砾石地层)
主要是不满足承载力要求,浅的可挖除,深层的可以采用振冲等方法用砂、沙砾、碎石或块石等置换——②软弱土层(淤泥及淤泥质土)
⑴不满足对地基要求的,风化、破碎较浅的可挖除,埋藏较深如断层破碎带,可以用水泥浆灌浆加固或防渗;⑵影响边坡稳定的,可采用喷砼或挂网喷砼护面,必要时配合灌浆和锚杆加固,甚至采用砌体、砼和钢砼等格构方式的结构护坡;⑶裂隙发育影响地基承载能力和抗渗要求的,可用水泥浆灌浆加固或防渗——③风化、破碎岩层
⑴浅埋的尽可能清除回填,深埋的断层可灌水泥浆处理、深埋的泥化夹层不影响承载力(不处理);⑵是基础或边坡的滑动控制面、不便清除回填的,可采用锚杆、抗滑桩、预应力锚索等进行抗滑处理——④断层、泥化软弱夹层
⑴塌陷或浅埋溶(土)洞宜采用挖填夯实法、跨越法、充填法、垫层法进行处理;⑵深埋溶(土)洞,宜采用注浆法、桩基法、充填法进行处理;⑶落水洞及浅埋的溶沟(槽)、溶蚀(裂隙、漏斗) 宜采用跨越法、充填法进行处理;⑷岩溶地基处理与施工时,应对岩溶水进行疏导或封堵,减少淘蚀、潜蚀——⑤岩溶与土洞
浅挖 深不定
地下水
①对土体和岩体的软化;②水位下降引起软土地基沉降;⑥地下水对钢筋混凝土的腐蚀
③动水压力产生流砂和潜蚀
当动水压力>土粒的浮容重或水力坡度>临界水力坡度时就会产生流砂;轻微流砂渗漏、中等沟纹、严重沸腾;流砂易产生在细砂、粉砂,粉质黏土等土中。常用的处置方法有人工降低地下水位和打板桩等,特殊可采取化学加固法、爆炸法及加重法等,当突然出现严重流砂时,可立即抛入大块石等阻止流砂——流砂
分为机械潜蚀和化学潜蚀,当动水压力<土颗粒的有效重度或渗流水力坡度<临界水力坡度时会发生机械潜蚀;对潜蚀的处理可以采用堵截地表水流入土层、阻止地下水在土层中流动、设置反滤层、改良土的性质、减小地下水流速及水力坡度等措施——潜蚀
粉砂碎土及裂隙发育的岩石按地下水位100%计算浮托力,裂隙不发育的岩石按地下水位50%计算浮托力,黏性土地基浮托力较复杂、按实际经验考虑——④地下水的浮托作用
当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时,应进行坑底突涌验算,必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施。当坑底含承压水层且上部土体压重不足以抵抗承压水水头时,应布置降压井降低承压水水头压力,防止承压水突涌——⑤承压水对基坑的作用
一无是处
边坡稳定
影响因素
边坡的岩土性质、地质构造、岩体结构、地应力等——内在因素
起着主要的控制作用
地表水和地下水的作用、地震、风化作用,人工挖掘、爆破以及工程荷载等——外在因素
自然(水震风)+人为(挖爆工)
地层岩性
深成侵入岩、厚层坚硬的沉积岩以及片麻岩、石英岩,一般稳定程度是较高的
喷出岩边坡如玄武岩、凝灰岩、火山角砾岩、安山岩其原生的节理,尤其是柱状节理发育时,易形成直立边坡并易发生崩塌
含有黏土质页岩、泥岩、煤层、泥灰岩、石膏等夹层的沉积岩边坡最易发生顺层滑动,或因下部蠕滑而造成上部岩体的崩塌
千枚岩、板岩及片岩①临近斜坡表部容易出现蠕动变形;②受节理切割遭风化后,常出现顺层(或片理)滑坡
黄土湿陷
崩塌堆积、坡积及残积层地区,当有地下水在此受阻,并有黏土质成分沿其分布时,极易形成滑动面,从而形成滑坡
地下水是影响边坡稳定最重要、最活跃的外在因素——地下水
防治措施
防渗和排水,削坡,支挡建筑
①预应力锚索或锚杆适用于加固岩体边坡和不稳定岩块;②锚固桩(或称抗滑桩)适用于浅层或中厚层的滑坡体。一般垂直于滑动方向布置一排或两排,桩径通常为 1~3m,深度一般要求滑动面以下桩长占全桩长的 1/4~1/3。——锚固措施
围岩稳定
地下工程位置选择的影响因素
地下工程位置的选择,除取决于工程目的要求外,还需要考虑区域稳定、山体稳定及①地形(岩层倾向山里好!)、②岩性(一般在坚硬完整的岩层中开挖,选址时应尽量避开松散计破碎的岩石)、③地质构造、④地下水(最好选在地下水位以上的干燥岩体内)及⑤地应力(初始应力状态是决定围岩应力重分布的主要因素)等因素的影响
⑴褶皱。优选两翼、避开核部,向斜尤其易于塌落;⑵断裂。在选址时应尽量避开大断层;⑶产状。垂直的好平行的不好!——③地质构造
围岩的工程地质分析(稳定性分析)
常产生于高地应力地区,与岩石性质、地应力积聚水平及地下工程断面形状等有关——①脆性破裂
岩爆
是块状结构围岩常见的破坏形式,常以结构面交汇切割组合成不同形状的块体滑移、塌落等形式出现。——②块体滑移
是层状围岩变形失稳的主要形式,在倾向层状围岩中“顺滑逆断”——③岩层的弯曲折断
在张力和振动力作用下容易松动、解脱,“顶落墙塌”——④碎裂结构岩体
常产生冒落及塑性变形,常见的形式有边墙挤入、底鼓及洞径收缩等——⑤强烈风化、强烈构造破碎或新近堆积的土体
提高围岩稳定性的措施
支撑是在地下工程开挖过程中用以稳定围岩的临时性措施;衬砌是加固围岩的永久性结构,其作用主要是承受围岩压力及内水压力——支撑与衬砌
一般厚度为5~20cm,类似“膏药”因而能及时有效地控制和调整围岩应力的重分布;其作用包括①能紧跟工作面,及时地填补围岩表面的裂缝和缺损,阻止裂隙切割的碎块脱落松动,使围岩的应力状态得到改善;②浆液提高了岩体整体性;③承载拱——喷锚支护
保安全、保稳定但不防水防渗
具体处理方法
①坚硬的整体围岩“喷(整平)+锚(拉应力)”(锦上添花);②块状围岩“喷(防危石)+锚(防岩面滑动)”;③层状围岩“锚”;④软弱围岩“喷+锚”
按时间:先喷后锚 按效果:喷+锚
对工程建设的影响
工程选址
工程地质对建设工程选址的影响,主要是各种地质缺陷对工程安全和工程技术经济的影响
①一般中小型工程(坡风湿)一定影响范围内的土体松软、湿陷、湿胀、岩体破碎、岩石风化和潜在的斜坡滑动、陡坡崩塌、泥石流等;②大型工程考虑区域地质构造和地质岩性形成的整体滑坡,地下水的性质、状态和活动;③特殊重要的工程尽量避免在高烈度地区建设;④地下工程一是考虑区域稳定性的问题,二是避免工程走向与岩层走向交角太小;⑤道路要避开⑴断层裂谷边坡;⑵岩层倾向与坡面倾向一致的顺向坡,尤其是岩层倾角<坡面倾角的;⑶与裂隙平行,尤其是裂隙倾向与边坡倾向一致的;⑷经过大型滑坡体、不稳定岩堆和泥石流地段及其下方
裂隙(裂缝)对工程建设的影响主要表现在破坏岩体的整体性;主要发育方向与建筑边坡走向平行的,边坡易发生坍塌。裂隙(裂缝)的间距越小,密度越大,对岩体质量的影响越大;公路和隧道建设中,应尽量避开断层破碎带
建筑结构
主要是地质缺陷和地下水造成的地基稳定性、承载力、抗渗性、沉降和不均匀沉降等问题,对建筑结构选型、建筑材料选用、结构尺寸和钢筋配置等多方面的影响
多了“地下水”影响
工程造价
地质资料准确性风险属于发包人应承担的风险范围
①选择工程地质条件有利的路线,对工程造价起着决定作用;②勘察资料的准确性直接影响工程造价;③由于对特殊不良工程地质问题认识不足导致的工程造价增加(施工过程发现造成:处治费用增加+既成工程损失)