工程地质

　　1.岩浆岩又称火成岩。分为：侵入岩和喷出岩。

　　侵入岩又分为深成岩(形成深度大于5km)和浅成岩(形成深度小于5km)。深成岩常被选为理想的建筑基础，如花岗岩、正长岩、闪长岩、辉长岩; 浅成岩如花岗斑岩、闪长玢岩、辉绿岩、脉岩。

　　喷出岩比侵入岩强度低，透水性强，抗风化能力差，如流纹岩、粗面岩、安山岩、玄武岩、火山碎屑岩。

　　2. 沉积岩主要有碎屑结构、泥质结构、晶粒结构、生物结构。可分为碎屑岩(如砾岩、砂岩、粉砂岩)、黏土岩(如泥岩、页岩)、化学岩及生物化学岩类(如石灰岩、白云岩、泥灰岩)等。

　　3. 变质岩的结构主要有：变余结构、变晶结构、碎裂结构。变质岩的构造主要有板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造、块状构造(如大理岩，石英岩)。

　　如石榴子石、滑石、绿泥石、蛇纹石等.

　　4.地质构造

　　(1)水平构造和单斜构造。水平构造是未经构造变化的沉积岩层。单斜构造是经过构造变动的岩层。

　　(2)褶皱构造

　　对于深路堑和高边坡，当路线垂直岩层走向或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时，对路基边坡的稳定性是有利的。不利的情况是路线走向与岩层的走向平行，边坡与岩层的倾向一致，最不利是边坡的倾角大于岩层的倾角。容易引起顺层滑动，破坏路基稳定。

　　对于隧道工程，一般选线从褶曲的翼部通过是比较有利的。在褶曲构造的轴部，应力作用最集中，容易遇到工程地质问题，是不利的。

　　(3)断裂构造

　　1)裂隙，也称为节理，是存在于岩体中的裂缝。

　　构造裂隙分为张性裂隙和扭(剪)性裂隙。张性裂隙主要发育在背斜和向斜的轴部，裂隙张开较宽，断裂面粗糙，一般很少有擦痕，裂隙间距较大且分布不匀，沿走向和倾向都延伸不远;扭(剪)性裂隙，多是平直闭合的裂隙，分布较密、走向稳定，延伸较深、较远，裂隙面光滑，常有擦痕，一般出现在褶曲的翼部和断层附近。

　　非构造裂隙具有普遍意义的是风化裂隙，其主要发育在岩体靠近地面的部分。裂隙分布零乱，没有规律性，使岩石多成碎块，沿裂隙面岩石的结构和矿物成分也有明显变化。

　　2)断层。(1)断层要素①断层面和破碎带②断层线。③断盘。④断距。

　　(2)断层基本类型①正断层。是上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。在构造变动中多在垂直于张应力的方向上发生，但也有沿已有的剪节理发生。②逆断层。断层线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。断层面从陡倾角至缓倾角都有。③平推断层。大多数与褶皱轴斜交，与“X’节理平行或沿该节理形成，其倾角一般是近于直立的。这种断层的破碎带一般较窄，沿断层面常有近水平的擦痕。

　　5. 岩体结构特征，岩体结构的基本类型可分为整体块状结构(是较理想的各类工程岩体。)、层状结构(作为工程建筑地基时，其变形模量和承载能力一般均能满足要求)、碎裂结构(承载能力不高，工程地质性质较差。)和散体结构()。

　　6. 岩体的力学特性，主要是岩体的变形、流变和强度特征。设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。岩石和岩体均具有流变性。一般有蠕变和松弛两种表现形式。有些工程建筑的失事，往往不是因为荷载过高，而是在应力较低的情况下岩体产生了蠕变。一般情况下，岩体的强度既不等于岩块岩石的强度，也不等于结构面的强度，而是两者共同影响表现出来的强度。

　　7. 岩石的物理力学性质

　　在相同条件下的同一种岩石，重度大就说明岩石的结构致密、孔隙性小，岩石的强度和稳定性较高。

　　未受风化和构造作用侵入岩和某些变质岩，其空隙度一般是很小的，而砾岩、砂岩等一些沉积类的岩石，则经常具有较大的空隙度。

　　未受风化作用的岩浆岩和某些变质岩，软化系数大都接近于1，是弱软化的岩石，其抗水、抗风化和抗冻性强。软化系数小于0.75的岩石，是软化性较强的岩石，工程性质比较差。

　　抗压强度降低率小于25%的岩石，认为是抗冻的;大于25%的岩石，认为是非抗冻的。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。

　　三项强度中，岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。岩石越坚硬，其值相差越大，软弱岩石的差别较小。抗剪强度约为抗压强度的10%～40%，抗拉强度仅是抗压强度的2%～16%。岩石越坚硬，其值相差越大，软弱岩石的差别较小。岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石(岩体)稳定性的主要指标。

　　8. 填土①素填土：堆填时间超过10年的黏性土、超过5年的粉土、超过2年的砂土均具有一定的密实度和强度，可以作为一般建筑物的天然地基。

　　②杂填土：a.以生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为主要成分的杂填土，一般不宜作为建筑物地基;

　　b.对主要以建筑垃圾或一般工业废料组成的杂填土，采用适当(简单、易行、收效好)的措施进行处理后可作为一般建筑物地基。

　　c.在利用杂填土作为地基时，应注意其不均匀性、工程性质随堆填时间而变化、含腐殖质及水化物等问题。

　　③冲填土：冲填土的颗粒组成和成分规律与所冲填泥砂的来源及冲填时的水力条件有着密切的关系，其含水量大，透水性较弱，排水固结差，一般呈软塑或流塑状态，比同类自然沉积饱和土的强度低、压缩性高。

　　9.地下水分为包气带水、潜水、承压水三大类，又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三个亚类。

　　1)包气带水：主要是季节性存在的地下水。无压水。补给区与分布区一致。一般为暂时性水。受季节影响大。基本上是渗入成因，局部才能凝结成因。

　　2)潜水：常为无压水。补给区与分布区一致。水位升降决定地表水的渗入和地下蒸发，并在某些地方决定于水压的传递。①潜水面上无稳定隔水层。②潜水自水位较高处向水位较低处渗流。③在山脊地带潜水位的最高处可形成潜水分水岭。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。基本上是渗入成因，局部才能凝结成因。

　　3)承压水：向斜和盆地、单斜和山前平原一自流水。补给区与分布区不一致。水位的升降决定于水压的传递。承压水不受气候的影响，动态较稳定，不易受污染。渗入成因或海洋成因

　　10.特殊地基

　　原则：浅的挖除换土，深的打桩或水泥浆灌浆和连续墙，裂隙和碎软的水泥浆灌浆。护坡支护。

　　1)松散、软弱土层。

　　1、对不满足承载力要求的松散土层，如砂和砂砾石地层等，可挖除，也可采用固结灌浆、预制桩或灌注桩、地下连续墙或沉井等加固;

　　2、对不满足抗渗要求的，可灌水泥浆或水泥黏土浆，或地下连续墙防渗;

　　3、对于影响边坡稳定的，可喷射混凝土或用土钉支护。

　　4、对不满足承载力的软弱土层，如淤泥及淤泥质土，浅层的挖除，深层的可以采用振冲等方法用砂、砂砾、碎石或块石等置换。

　　2)风化、破碎岩层。

　　1、风化一般在地基表层或破碎岩层有的较浅，可以挖除。

　　2、有的埋藏较深，如断层破碎带，可以用水泥浆灌浆加固或防渗;

　　3、影响边坡稳定的，可喷混凝土或挂网喷混凝土罩面，必要时配合注浆和锚杆加固。

　　4、裂隙发育岩层对于影响边坡稳定的，采用锚杆加固。

　　5、对结构面不利交汇切割和岩体软弱破碎的地下工程围岩，地下工程开挖后，要及时采用支撑、支护和衬砌。支撑多采用柱体、钢管排架、钢筋或型钢拱架，拱架的间距根据围岩破碎的程度决定。支护多采用土钉、锚杆、锚索和喷射混凝土等联合支护方式。衬砌多用混凝土和钢筋混凝土，也可采用钢板衬砌。

　　3)断层、泥化软弱夹层。

　　1、浅埋的尽可能清除回填，深埋的注水泥浆处理;

　　2、浅埋的泥化夹层，尽可能清除回填，深埋的一般不影响承载能力。

　　3、断层、泥化软弱夹层可能是基础或边坡的滑动控制面的，又不便清除回填的，根据埋深和厚度，可采用锚杆、预应力锚索、抗滑桩等进行抗滑处理。

　　4、滑坡发生往往与水有很大关系，渗水降低滑坡体尤其是滑动控制面的摩擦系数和粘聚力，要注重在滑坡体上方修筑截水设施，在滑坡体下方筑好排水设施。

　　5、防止滑坡，经过论证可以在滑坡体的上部刷方减重，未经论证不要扰动滑坡体。

　　6、在滑坡体坡脚采用挡土墙、抗滑桩等支挡措施。

　　7、采用固结灌浆等措施改善滑动面和滑坡体的抗滑性能。

　　8、当地下水发育影响到边坡或围岩稳定时，要及时采用洞、井、沟等措施导水、排水，降低地下水位。

　　4)岩溶与土洞。

　　1、可挖除洞内软弱充填物后回填石料或混凝土。

　　2、不方便挖填的，可采用长梁式、桁架式基础或大平板等方案跨越洞顶，也可对岩溶进行裂隙钻孔注浆，对土洞进行顶板打孔充砂、砂砾，或做桩基处理。

　　11.地下水的影响

　　1)地下水对土体和岩体的软化: 地下水使结构面的粘结力降低和摩擦角减小，使结构面的抗剪强度降低，造成岩体的承载力和稳定性下降。

　　2)地下水位下降引起软土地基沉降。如果抽水井滤网和砂滤层的设计不合理或施工质量差，使周围地面土层很快产生不均匀沉降，造成地面建筑物和地下管线损坏。

　　3)动水压力产生流砂和潜蚀。

　　(1)按其严重程度可分下列三种：轻微流砂;中等流砂;严重流砂。如果在沉井施工中产生严重流砂，那么沉井就突然下沉，无法用人力控制，以致沉 井发生倾斜，甚至发生重大事故。

　　(2)如果地下水渗流产生的动水压力小，土中细小颗粒被渗流携带而走。将在土层中形成管状空洞，这种现象称之为机械潜蚀。

　　4)地下水的浮托作用。1、如果基础位于粉土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，则按地下水位100%计算浮托力;

　　2、如果基础位于节理裂隙不发育的岩石地基上，则按地下水位50%计算浮托力;

　　3、如果基础位于黏性土地基上，其浮托力较难确切地确定，应结合地区的实际经验考虑。

　　5)承压水对基坑的作用。承压水头是否会冲毁基坑底部的黏性土层，通常用压力平衡概念进行验算. 不满足上式的则必须用深井抽汲承压含水层中的地下水，使其承压水头下降。

　　6)地下水对钢筋混凝土的腐蚀。混凝土和钢筋都会受到地下水的腐蚀，造成结构破坏。

　　12.地下水对建设工 程可能造成 的影响：

　　(1)地下水位下降引起软土地基沉降。

　　(2)动水压力产生流砂和潜蚀。当地下渗流动水压力不足以导致流砂，也可能导致潜蚀。

　　(3)地下水的浮托作用。浮托力减少地基对基础底面的正压力，即减小对基础滑动的抗滑力，严重影响基础的抗滑稳定性。

　　(4) 承压水头可能会冲毁基坑底部的黏性土层，破坏地基。

　　(5)地下水对钢筋混凝土的腐蚀。

　　13.边坡稳定

　　影响边坡稳定性的因素有内在因素与外在因素两个方面。

　　①内在因素有组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩体结构、地应力等，它们常常起着主要的控制作用;

　　②外在因素有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。

　　l)地貌条件:深沟峡谷地区，陡峭的岸坡是容易发生边坡变形和破坏的地形条件。

　　2)地层岩性:

　　(1)侵入岩、沉积岩以及片麻岩、石英岩等构成的边坡，一般稳定程度是较高的。只有在节理发育、有软弱结构面穿插且边坡高陡时，才易发生崩塌或滑坡现象。

　　(2)喷出岩边坡，如玄武岩、凝灰岩、火山角砾岩、安山岩等，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。

　　(3)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。

　　(4)千枚岩、板岩及片岩。岩性较软弱且易风化，在产状陡立的地段，临近斜坡表部容易出现蠕动变形现象。当受节理切割遭风化后，常出现顺层(或片理)滑坡。

　　(5)具有垂直节理且疏松透水性强的黄土，浸水后易崩解湿陷。当受水浸泡或作为水库岸边时，极易发生崩塌或塌滑现象。

　　(6)崩塌堆积、坡积及残积层地区，其下伏基岩面常常是一个倾向河谷的斜坡面。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，从而使上部松散堆积 物形成滑坡。

　　3)地质构造与岩体结构: 地质构造因素包括褶皱、断裂、区域新构造运动及地应力等，这些对岩质边坡的稳定也是主要因素。褶皱、断裂发育地区，常是岩层倾角大，甚至陡立，断层、节理纵横切割，构成岩体中的切割面和滑动面，形成有利于崩塌、滑动的条件，并直接控制着边坡破坏的形成和规模。

　　4)地下水:

　　(1)地下水会使岩石软化或溶蚀，导致上覆岩体塌陷，进而发生崩塌或滑坡。

　　(2)地下水产生静水压力或动水压力，促使岩体下滑或崩倒。

　　(3)地下水增加了岩体重量，可使下滑力增大。 .

　　(4)在寒冷地区，渗入裂隙中的水结冰，产生膨胀压力，促使岩体破坏倾倒。

　　(5)地下水产生浮托力，使岩体有效重量减轻，稳定性下降。

　　14.不稳定边坡的防治措施

　　l)防渗和排水: 一般是在滑坡体外围布置截水沟槽，以截断流至滑坡体上的水流。大的滑坡体尚应在其上部部位布置一些排水沟，同时要整平坡面，防止有积水的坑洼，以利于降水迅速排走。针对已渗入滑坡体的水，通常是采用地下排水廊道，利用它可截住渗透的水流或将滑坡体中的积水排出滑坡体以外。另外也有采用钻孔排水的方法，即利用若干个垂直钻孔，打穿滑坡体下部的不透水层，将滑坡体中的水流到其下伏的另一个透水性较强的岩层中去。

　　2)削坡: 削坡是将陡倾的边坡上部的岩体挖除，一部分使边坡变缓，同时也可使滑体重量减轻，以达到稳定的目的。削减下来的土石，可填在坡脚，起反压作用，更有利于稳定。采用这种方法时，要注意滑动面的位置，否则不仅效果不显著，甚至更会促使岩体不稳。

　　3)支挡建筑: 支挡建筑主要是在不稳定岩体的下部修建挡墙或支撑墙(或墩)。材料用混凝土、钢筋混凝土或砌石。支挡建筑物的基础要砌置在滑动面以下。若在挡墙后增加排水措施，效果更好。

　　4)锚固措施:

　　预应力锚索或锚杆适用于加固岩体边坡和不稳定岩块。

　　锚固桩(或称抗滑桩) 适用于浅层或中厚层的滑坡体滑动。它是在滑坡体的中、下部开挖竖井或大口径钻孔，然后浇灌钢筋混凝土。垂直于滑动方向布置一排或两排，桩径通常为l～3m，深度一般要求滑动面以下桩长占全桩长的1/4—1/3。

　　15.地下工程围岩的稳定性

　　1)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、山体稳定及地形、岩性、地质构造、地下水、地应力等因素的影响。

　　(1)地形条件:在地形上要求山体完整，地下工程周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度.

　　(2)岩性条件：

　　①一般在坚硬完整岩层中开挖，围岩稳定、进度快、造价低。

　　②在软弱、破碎、松散岩层中开挖，顶板易坍塌，边墙及底板易产生鼓胀挤出变形等事故，且需边开挖边支护或超前支护，进而影响工程造价和工期。

　　③一般而言，岩浆岩、厚层坚硬的沉积岩及变质岩，围岩的稳定性好，适于修建大型的地下工程。

　　④凝灰岩、黏土岩、页岩、胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩，稳定性差，不宜建大型地下工程。

　　⑤ 松散及破碎的岩石稳定性极差，选址时应尽量避开。

　　(3)地质构造条件。

　　①褶皱的影响。原则上应避开褶皱核部，若必须在褶皱岩层.地段修建地下工程，可以将地下工程放在褶皱的两侧。

　　②断裂的影响。应避免地下工程轴线沿断层带布置。而地下工程轴线垂直或近于垂直断裂带，所需穿越的不稳定地段较短，但也可能产生塌方。因此，在选址时应尽量避开大断层。

　　③岩层产状的影响。在水平岩层中布置地下工程时，应尽量使地下工程位于均质厚层的坚硬岩层中。

　　④若地下工程必须切穿软硬不同的岩层组合时，应将坚硬岩层作为顶板，避免将软弱岩层或软弱夹层置于顶部，后者易于造成顶板悬垂或坍塌。

　　⑤软弱岩层位于地下工程两侧或底部也不利，容易引起边墙或底板鼓胀变形或被挤出。

　　(4)地下水：在选址时最好选在地下水位以上的干燥岩体内，或地下水量不大、无高压含水层的岩体内。

　　(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。

　　16.提高围岩稳定性的措施

　　目前，用以提高围岩稳定性的工程措施主要有传统的支护或衬砌和喷锚支护两大类。

　　(1)支护与衬砌。

　　(2)喷锚支护。喷混凝土具备以下几方面的作用：

　　①能紧跟工作面，速度快，因而缩短了开挖与支护的间隔时间，及时地填补了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由于有较高的喷射速度和压力，浆液能充填张开的裂隙，起着加固岩体的作用，提高了岩体的强度和整体性。

　　③喷层与围岩紧密结合，有较高的粘结力和抗剪强度，能在结合面上传递各种应力，可以起到承载拱的作用。

　　锚杆有楔缝式金属锚杆、钢丝绳砂浆锚杆、普通砂浆金属锚杆、预应力锚杆及木锚杆等，目前在大中型工程中，常用的是楔缝式金属锚杆和砂浆金属锚杆两种。为了防止锚杆之间的碎块塌落，可采用喷层和钢丝网来配合。

　　17.工程地质对建设工程选址的影响

　　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。

　　18.工程地质对建筑结构的影响

　　19.工程地质对工程造价的影响

　　工程地质勘察作为一项基础性工作，对工程造价的影响可归结为三个方面：

　　一是选择工程地质条件有利的路线，对工程造价起着决定作用;

　　二是勘察资料的准确性直接影响工程造价;

　　三是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。