工程地质学基础思考与练习.docx

第一章 绪 论 一、名词解释 1、工程地质学是工程科学与地质科学相互渗透、交叉而形成的一门边沿科学，从事人类工程活动和地质环境相互关系的研究，服务于工程建设的应用科学。 2、工程地质条件指与工程建设有关的地质因素的综合,或是工程建筑物所在地质环境的各项因素。 3、工程地质问题即工程地质条件与工程建筑物之间所存在的矛盾或问题，是人类工程活动与地质环境相互制约的主要形式。 二、问答题 1、人类活动与地质环境关系之间的关系如何 答（1）地质环境对人类工程活动的制约影响工程建筑物的稳定和正常使用；人类在从事工程活动中影响工程活动的安全；影响工程建筑物的稳定和正常使用；地质条件不具备而使工程造价提高； （2）人类工程活动又会以各种方式影响地质环境，即人类工程活动对地质环境的制约； （3）人类活动与地质环境之间的相互制约； 2、工程地质学的基本理论包括那些内容 答成因控制论； 结构控制论； 人地调协论； 极限平衡理论； 有效应力原理理论； 时间效应理论； 渗透----固结理论； 第二章 岩 土 体 的 工 程 性 质 一、名词解释 1、岩土体是非均质、各向异性、厚度不等，具有一定次序并含有一定结构的多层岩土层，且存在于一定的地下水、温度及应力场环境中的地质体。 2、结构面指发育于岩体中，具有一定方向和延伸性,有一定厚度的备种地质界面,如断层、节理、层理及不整合面等.由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续面。 结构体结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成形状、大小不同的块体,称结构体. 岩体通常把在地质历史过程中形成的,具有一定的岩石成分和一定结构,并赋存于一定地应力状态的地质环境中的地质体。 岩体结构结构面和结构体的排列与组合形成。包括结构面和结构体两个要素。 3、软弱夹层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,具有高压缩性和低强度的特征. 4、地形地貌概念 地形 是指地球表面起伏形态的外部特征。 地貌由于内、外力地质作用的长期影响，在地壳表面形成的各种不同成因、不同类型、不同规模的起伏形态. 地貌学专门研究地表形态及其发生、发展和分布规律的科学。 5、平原它是在地壳升降运动微弱或长期稳定的条件下，经长期外力作用的夷平或补偿沉积而形成的。其特点是地势开阔平缓，地面起伏不大。 6、海岸地貌在海洋动力,构造运动及气候,生物等因素作用下形成. 二、问答题 1、岩体与土体的差别有哪些 答（1） 结构形式 岩石--存在断层、节 理、裂隙等结构面;土--一般是连续; （2） 连结形式 岩石--结晶连结、胶结连结--硬连结;土--无连结、水连结或水胶连结等; （3） 力学性质 岩石比土具有强度高、不易变形及整体性和抗水性好，但缺陷是存在断层、节理等构造面; （4） 地应力 岩体--有较高地应力;土体--只有自重应力存在; 2、工程地质单元包括哪些内容，其各部分内容是什么其划分的依据又是什么 答工程地质类型（ET）、岩石类型（LT）、岩石综合体（LC、工程地质岩组LS （1） ET--精度高，物理状态和岩性均匀. （2） LT--包含不同ET其成分、结构和构造是均匀的,但物理状态不均匀,存在一定范围. （3） LC--一组发育在特定古地理和地质构造条件下的成因相关的LT组成,空间分布均一,物理状态不同. （4） LS--在相似的古地理构造条件下形成,具有共同的岩性性质和一般的均匀性. 划分依据 A地层形成时代及顺序； B岩石成因类型、岩性及岩相变化； C岩石的物质组成及组织结构； D成层条件及厚度变化； E岩层的原生结构面标志； F岩石的物理力学性质； 3、结构面的类型和特征又哪些 答结构面的成因分类原生结构面、构造结构面及次生结构面； 特征 a.结构面的产状； b.结构面连续性； c.结构面的密度； d.结构面的形态； e. 结构面的张开度； f.结构面的充填胶结特征； g.结构面的分级及其特征； 4、岩体变形性质包括哪些岩体的强度性质包括哪些内容 答（1）结构面的变形特性 a.法向变形特性； b.剪切变形特征； （2）结构面的剪切强度主要有 a.平直光滑无充填结构面的剪切强度； b．粗糙起伏无充填结构面的剪切强度； c.非贯通断续结构面的剪切强度； d.具充填的软弱结构面的剪切强度； 5、风化作用改变岩体性质实质 答（1）岩体完整性进一步遭到破坏。风化不仅使岩体原有裂隙扩大。还产生了新的风化裂隙，使岩体逐渐破碎，分裂成碎炔、碎片．进而分解成砂粒、粉粒甚至粘粒 （2）岩石的矿物成分和化学成分发生变化。在化学风化作用下，岩石中原生矿物经水解、溶解及氧化等反应．形成新的次生矿物. （3）岩体的工程地质性质发生变化。 岩体经风化后,岩石的抗水性降低而亲水性增高，其次．透水性增强。以上两方面的变化，使岩体力学强度降低，压缩性加大. 6、地貌的形成作用、研究内容及研究意义是什么 答（1）地貌形成的作用 a.内力作用（地壳的构造运动、岩浆运动）--隆起区－大陆、高原、山岭;沉降区海洋、平原、盆地; b.外力作用（风化、流水、冰川、风力、波浪及海流作用等）--削高补底，力图将地表夷平. c.地貌特征平原 地下水,暗河,承载力,不均匀沉降,软土...... 山区 边坡,岩溶,构造...... 岸边 河沟侧向位移,入侵...... （2）研究意义及研究内容 a.研究意义工程地质学的地貌学研究主要是探讨不同地形地貌的工程地质特征及改造方法,为工程建设服务. b.研究内容 1.山区重力地貌,风成地貌,流水地貌; 2.平原流水地貌,湖泊地貌; 3.海岸海岸地貌; 7、山地地貌特点是什么 答（1）分带性 1）水平分带 －山脊地带、斜坡地带、山前地带 2）垂直分带－5000m以上（终年积雪带）、4000m雪线以下、3000－4000m流水侵蚀带、3000m以下干旱流水侵蚀作用带； （2）成层性阶梯状； 8、平原依据各项标准可以分为哪几类 答（1）按高度分高原、高平原、低平原、洼地； （2）按形态分倾斜平原、凹状平原、波状平原； （3）按成因分构造平原、剥蚀平原、堆积平原、剥蚀－堆积平原。 9、湖岸及河岸工程地质问题分别是什么 答（1）湖岸工程地质条件 a. 由湖岸向湖心，沉积物由粗到细； b.由湖岸向湖心，粘土矿物逐渐增多； c.由湖岸向湖心，碎屑中矿物稳定性成分逐渐增多； d.由湖岸向湖心，有机物逐渐增多； e.由湖岸向湖心，磨圆度增高，倾斜度降低； f.湖积物含有化石； （2）河岸工程地质条件 a.以杂碎沉积物为主,其次是粘土,偶夹有沼泽层,缺少化学沉积物； b.分选度,磨圆度,层理发育度比其它陆相沉积要好； c.砾石常呈叠瓦状排列,扁平面倾向上游； d.水平层理,斜层理,波状层理发育； e.化石少； f.厚度大,具有明显韵律构造。 第三章 岩 土 体 赋 存 的 地 质 环 境 一、名词解释 1、地应力地壳岩土体内天然应力状态下所具有的内应力,称为地应力。它分布在岩土体的每一个质点上。 2、应力集中地应力在岩体中分布不均匀、不连续，由于地表起伏及地壳中岩体性质上的差异和存在有各种物理缺陷和结构面，地应力往往在某些部位集中，在另一些部分又可能削弱。 3、流砂渗流过程中一定体积的土体同时发生发生移动的现象.一般发生在均匀砂土层和粉土层中,其危害性非常大,可以使岩土体完全丧失强度,并且流砂和潜蚀是可以转化的. 4、潜蚀在渗流作用下单个土颗粒发生独立移动的现象,一般发生在不均匀的沙层或卵砾层中,细粒物质从粗粒骨架空隙中杯渗流携走,使土层的孔隙和空袭度增大,强度降低,呈现“架空结构“,甚至造成地面坍塌. 二、问答题 1、地应力的分类以及其相关的论点是什么 答（1）分类多把未经人为扰动的岩体内天然状态的应力，称为“初始应力”或“天然应力”；天然应力场内因工程而引起的应力，称为“感生应力”或“次生应力”。 （2）三种观点 a.静水压力式深层; b.垂直应力为主未受构造运动影响,新近沉积; c.水平应力为主σx或σY σz. 2、地应力集中的特点、集中模型及集中规律分别是什么 答地应力集中特点多集中在断裂分支点、交叉点、拐点、端点、以及现代断裂差异运动变化剧烈的大型构造隆起和凹陷转换带等; 断裂周围应力集中模型 以单轴应力场中不同方向的扁椭圆形周边上应力集中的变化为例，如图所示 1当主压应力与断裂面平行β＝90，断裂两端η180, η0产生切向拉应力和剪应力集中。 2当主压应力与断裂面垂直β＝0，可有两种情况。如果断裂紧密闲合，沿断裂不产个明显的应力集中；如果断裂具有一定张开度，则将在其两端产生强烈的切向压应力集中，其中部出现较强烈的切向拉应力集中区。在较大的主压应力作用下，这种断裂易于闭合。 3当主压应力与断裂面斜交，与主压应力轴成30-40交角的断裂，其周边上的拉应力集中最强，剪应力集中也较靠近其端点，但不直接在端点处，出现最大的切向拉应力集中区。若为活动性断裂，在挽近地应力作用下，重新活动的可能性最大; 地应力集中的规律 a.应力集中在裂隙周边,促使裂隙周边或错动; b.应力集中－裂隙扩展－变形和发震;应力集中过大－释放－重新聚集－应力集中. 3、我国地应力场的空间分布特点是什么 答a.各地的最大重应力方向呈明显规律性大致与察隅和伊斯兰堡连线的夹角平分线方向一致。仅伊斯兰堡外侧和察隅外侧不同。 b.三向应力状态与由此决定的现代构造活动呈规律分布。 ①潜在逆断型应力状态主重要分布于喜马拉雅山前缘一带。（与印度板块碰撞有关） α、σ 水平， σ 垂直； ②潜在走滑型应力状态区主要分布于中、西部广大地区。 σ、σ 水平, σ 垂直； ③潜在正断型和张剪性走滑型应力状态区，主要分布于西藏高原（正断型）、东北、华北地区，汾渭地堑（张剪走滑型）。 4、地温利用的方式有哪些 答分采稳,降温,恒温带。 第四章 区 域 地 壳 稳 定 性 一、名词解释 1、区域稳定性指工程建设区域的现今地壳,由于天然或工程因素引起的地应力变化,主要产生构造,火山,地震等活动所造成的具有区域性地壳表层位移和破坏的程度。 2、活断层 现今仍在活动的;近期曾经活动过的;将来可能会活动的断层。 3、错动速率mm/a一般是通过重复精密地形测量和研究第四纪沉积物年代及其错位量而获得的.重复精密地形测量可以精确得测定活断层不同地段得现今错动速率,而第四纪沉积物年代及其错位量的研究,则只能确定活断层在最新地质时期内的平均错动速率. 4、错动周期活断层每两次突然错动的时间间隔.其主要取决于断层周围地壳应变速率和断层面锁固段的强度,与地壳应变速率和断层走向长度有关. 5、地震地壳表层因弹性波传播引起其振动作用的现象。 6、地震波是弹性波,破坏的原动力,是地震发生时引起建筑物破坏的原动力,由震源发出的弹性波。 7、震源机制地震发生时的物理过程； 震源参数地震发生时,震源处的一些物理量来描述震源物理过程.由断层面的走向,倾向,倾角,断层两盘的错动方向,幅度,震源断层长度,震源主应力状态。 震级由地震发生时释放出的能量大小的尺度,能量大则震级大。 8、烈度衡量地震引起的地面振动强烈程度的尺寸； 基本烈度在今后一定时间内100年和一定地区范围内一般场地条件下可能遭遇的最大烈度.作为工程抗震设计的一般依据. 设防烈度使抗震设计采用的烈度.对于一般建筑物采用基本烈度;中大建筑物应提高烈度级别;六级以上必须进行抗震设计。 9、诱发地震为人类工程活动,经济活动所引起而导致的地震活动. 二、问答题 1、对于区域稳定性研究过程中，应采取哪些建筑措施 答所采取的建筑措施 1区域地壳稳定性分析; 2合理选址,避开火山,构造,地震等活动强烈地区; 3分析构造发育史,近期构造活动情况; 2、区域稳定性及边坡稳定性的工程地质研究内容具体为哪些 答区域稳定性重点研究抗震和抗断问题，关键是找出控制区域稳定性的优势断裂和优势段，在应用显微构造包裹体分析确定隐伏优势断裂和应用概率分析法评价区域稳定性方面独具特色，实现了抗震抗断的数值评价。在岩坡破坏机理和系统分析和评价可靠度方面也得进行研究。 3、活断层的基本特征是什么如何区别粘滑断层和蠕滑断层 答活断层的基本特征 1深大断裂反复活动的产物; 2具有继承性,反复性; 3具有两种活动方式 a.粘滑断层由突发性滑动完成,滑动迅速; b.濡滑断层由持续性滑动完成,滑动缓慢; 其中粘滑地震是发震断层,而濡滑地震是非发震断层。 4、活断层的年龄判据主要是什么如何进行活断层的判别 答（1）其主要判据有错断地层年龄和断层物质绝对年龄法. a.错断地层年龄此法适用于错断断层带及其所在地质体上覆盖第四纪沉积物的条件上; b.此法是从断层内采取样品,并用专门仪器测定样品重某些矿物,岩石,化石的物理,化学性质和显微结构的变化等,用以确定绝对年龄. （2）活断层鉴别 1.地质,地貌,水文地质特征 a.地质特征最新沉积物的地层错开,是活断层最可靠的地质特征.一般来说,只要见到第四纪中晚期的沉积物被错断,一般其断裂带由松散的破碎物质组成,滑坡,新断层中的胶结物较少. b.地貌特征活断层往往构成两种截然不同的地貌单元的分界线,并加强各地貌单元之间的差异性.典型的地形是一边是断限区,一边是隆起区,两者界线孑然分明. c.水文地质特征活动断裂带的透水性和导水性较强,因此当地形,地貌条件合适时,沿断裂带泉水常呈现状分布,且植被发育. 2.资料鉴别 历史地震和历史地表错断资料,记录,佐证,考古方法等; 3.仪器测定 利用精密仪器进行位移测定.如利用密集的地震台网能确切的测定小震震中位置,并确定活断层的存在。 5、地震可以分为哪几类型,其研究内容又是什么 答分类构造地震;火山地震;陷落地震;还有水库地震;深井注水地震;采矿和核爆炸地震等. 地震研究 地震研究---对建筑物的破坏; 场地地震效应--砂土液化,地震波传播; 地震小区划; 地震区选址; 工程抗震; 6、发震的地质条件又哪些 答1呈带状分布有太平洋板块;欧亚板块;印度洋板块;美洲板块;地中海--喜马拉雅板块;环太平洋板块等; 2发生的必备条件 a.介质条件岩性呈脆性,硬脆性岩层; b.结构条件构造条件;如活断层断,拐,交汇,分支,错列点; c.构造应力场积累; 7、地震带的分布规律及地震地质基本特征分别是什么 答1基本分布规律板块接缝和板内地震; 2我国有23个地震带; 35点基本特征 a.强震活动发生在区域地震带内;受构造活动影响; b.我国大陆地区地震受控于现代构造应力场特征; c.强震活动经常在断裂带应力集中的特定地段上; d.绝大多数强震发生在一些稳定断块边缘的深大断裂上,而稳定断快内部很少活基本没有强震分布; e.裂谷断陷盆地控制了强震发生; 8、诱发地震的基本特征是哪些内容 答1.空间范围小,影响仅局限于局部范围; 2.与人类的工程经济活动等有关; 3.由序列特征存在主地震和余地震等; 4.掌握地震发生的机制,可以防范; 5.采用的治理方法创新。 第五章 边 坡 稳 定 性 工 程 地 质 分 析 一、名词解释 1、边坡是指地壳表层一切具有侧向临空面的地质体。 2、拉裂在局部拉应力和张力带内,形成张裂隙的变形形式； 濡滑岩土体沿局部剪切面向临控方向的缓慢剪切滑移.若贯通,则演变成滑坡.一般发生在坡体内； 弯折倾倒由陡倾板状岩石组成的斜坡,当走向与破面平行时,在重力作用下所发生的向临空方向同步弯曲的现象； 二、问答题 1、边坡的分类、特征分别是什么 答（1）边坡分类可以分为自然边坡如山坡,海岸,河湖岸等; 人工边坡如路堑,矿坑,人工开挖基坑等; （2）边坡特征 1.边坡在内外营力作用下,不断的改变坡高和坡角,使内力分布随之而变化; 2.自然斜坡破坏是山区重要的工程动力地质作用; 3.人工边坡在水电,铁路,采矿等工程重造成巨大损失; 4.边坡是一类环境地质灾害; 2、斜坡中的应力分布状态及影响斜坡应力分布的因素分别是哪些内容 答A.斜坡中的应力分布状态 1天然状态下,包括自重应力,构造应力,地热,地下水; 2自重应力作用下,主应力为铅直,水平状态; 3形成斜坡后,侧向临空面产生卸荷回弹,引起主应力重新分布,集中; 4应力重分布分析 a.斜坡面附近的主应力轨迹明显发生偏转; b.最大主应力平行于坡面,而最小主应力则垂直于破面,在破面附近产生应力集中带; c.主应力发生偏转,坡体内的最大剪应力也发生变化,由直线状---凹面状弧面; d.坡面处于二向应力状态,坡面处的径向应力实际为0; B.影响斜坡应力分布的因素 1岩体初始应力状态的影响,有水平应力荷构造应力; 2坡形的影响,如坡高和坡角等,W/H; 3岩土体的性质和结构,泊松比,结构面等; 3、斜坡变形破坏形式有哪些 答A.崩塌 1特点突然脱离母体,发生在高陡边坡的坡肩部位,质点位移SySx,在垂直方向运动为主;其无依附面,飞跃而下,规律复杂,爆发突然; 2分类 从规模上,由坠石,山崩等; 从物质成分上,由土崩,岩崩; 3产生的机制是由于动力学平衡条件被打破; B.滑坡 1特点其沿剪切面滑移,形成滑移面,有依附面存在;质点位移,SxSy;速度慢,规模大;具有整体性,破坏严重; 2机制下滑力抗滑力,安全系数K45度; 4风化作用在风化营力作用下,裂隙加深; 5地震地震作用下,裂隙水作用; 崩塌的运动特征是 质点位移,SxSy,在垂直方向运动为主,突然脱离母体;在悬崖处符合自由落体运动规律;其运动形式主要为跳跃和滚动,规律复杂,爆发突然。 5、滑坡的形态要素及其分类是什么 答（1）形态要素 其主要组成为滑坡体,滑坡床,滑动面,滑坡周界,滑坡壁,滑坡台地,封闭洼地,滑坡石,滑坡裂隙,滑坡轴等; （2）分类 a.按滑动面与层面的关系分均质滑坡,顺层滑坡,切层滑坡; b.按滑动力学性能分推落式滑坡,平移式滑坡,牵引式滑坡,组合式滑坡; 6、影响斜坡稳定性的因素主要有哪些 答（1）影响因素分析 主要可以分为三类 岩土体强度,斜坡产状,斜坡内应力分布; 影响程度分为主导因素长期作用,是本质作用所在; 触发因素临时性作用因素 （2）岩土体类型,性质； （3）岩体结构和构造； （4）地形地貌； （5）地下水作用； （6）地震； （7）人类因素； 7、边坡稳定型评介方法包括哪些内容 答（1）意义 实行边坡稳定性评介,是为研究应力平衡,并提出有力的防治措施； （2）自然历史分析法； （3）力学计算法； （4）图解法； （5）类比法； （6）实验法； 8、滑坡预测预报的分类有哪些 答A.滑坡预测分类 依据研究区的范围和目的不同,大致可以分为三类 a.区域性预测; b.地区性预测; c.场地预测; B.滑坡预报分类 1区域性中长期预报,也即趋势预报; 2场地性短期预报 a.根据宏观征兆预报如地形变,地裂缝,地物标志的移动,坡体前缘的浅层坍塌,地下冒出浑泉和泥浆,地声,动物异常反映等现象; b.根据观测资料预报对滑坡进行动态观测,随后进行分析计算观测资料进行滑坡预报; 第六章 地 下 工 程 围 岩 稳 定 性 工 程 地 质 分 析 一、名词解释 1、地下洞室建设在地下岩土体中,具有一定的端面形状荷尺寸,并有较大的延展长度的工程。 2、地下建筑人工开挖或天然形成,存在于岩土体中作为各种用途的建筑物。 3、地下工程修建或改造地下建筑或地下洞室的工程活动。 4、围岩洞室周围的岩土体.洞室周围受到开挖影响的内部岩层,大体相当于地下洞室宽度或直径的三倍范围内的岩体. 原岩保持原始应力状态的岩层,其未经扰动。 5、应力重分布由于地下开挖后,由于围岩质点应力,应变调整而引起天然应力大小,方向,性质改变的作用,即为应力重分布作用。 6、围岩压力围岩变形作用在支护体结构上的压力也称为矿压。 二、问答题 1、塑性圈的应力分布有哪三种情况 答考虑塑性圈的应力分布; 令λσH/σV;则当λ1/3时,洞室底部出现拉应力; 当1/3λ3时,洞室两侧出现拉应力; 2、围岩压力可以分为哪四类 答围岩压力可以分为以下四类 1变形围岩压力由于围岩塑性变形如塑性挤入,膨胀内鼓,弯折内鼓等形成的,具有随时间所增长的特点; 2松动围岩压力由于围岩松动,拉裂滑落,快体滑移及重力坍塌等破坏引起的;是一种有限范围内脱落岩体的自重施加在支护体上的压力; 3膨胀围岩压力由于岩体的膨胀而产生的作用在支护体上的压力; 4冲击围岩压力由于岩爆所引起的,是弹脆性岩体过度受力后突然产生的岩石弹射变形所引起的围岩压力现象; 3、请论述块体极限平衡法 答块体极限平衡从岩体结构分析入手,找出洞壁围岩中不稳定分离体的形态和位置,然后对不稳定分离体进行稳定性分析和校核.当分离体处于稳定状态时,则不产生围岩压力的. 计算公式 1当不稳定分离体位于洞顶上时,所引起的围岩压力为 pvρ*g*V/F 其中,V为不稳定分离体的体积;F为分离体与支护体结构的接触面积; 2当不稳定分离体位于侧壁上时,所引起的水平围岩压力为 phT-Ntgφj*cosα/F 其中,TQAQB*cosα ; NQAQB*sinα ; QA,QB分别是分离体的重量,φj为滑动面的摩擦角;F为分离体与支护体结构的接触面积;α为滑动面的倾角; 4、围岩变形破坏形式可以分为哪几类 答（1）悬垂此过程一直在进行中; 冒落能量已经释放完; （2）侧向围岩突出; 滑塌,渗漏; （3）底鼓; 缩径; （4）岩爆一般发生在地应力较高处; 5、影响围岩稳定性的因素主要有哪些 答（1）岩石性质； （2）岩体结构； （3）天然应力状态； （4）地下水； （5）工程因素； 6、地下工程围岩稳定性分析评介内容主要有哪些内容 答（1） 岩石性质 （2） 岩体结构 （3） 天然应力状态 （4） 地下水 （5） 工程因素 主要为（1）围岩分类； （2）自然历史分析方法； （3）力学分析法； （4）图解法； （5）模拟试验,原位测试； （6）类比法； （7）实测； 第七章 工 程 地 质 灾 害 及 防 治 1、工程地质灾害的研究内容及其研究思路主要是什么 答（1）地质灾害的研究内容主要有 地面坍塌研究； 滑坡,崩塌,泥石流研究； 洪水及地下水问题研究； －－－－－－ （2）研究思路主要是 a.阐明工程地质条件,分析因素利弊; b.论证工程地质条件,作出定性,定量评介,作出确切结论; c.场址选择,提出措施,建议; d.考虑建成后的影响,预测趋势,提出对策; e.根据问题, 确定对策,方案,措施,建议. f.改善和防治不良地质现象; g.进行全国性的地质灾害预报预测;