工程地质及土力学资料(3)

发育情况和埋深等对地基的稳定性有影响。尤其是当场地抽水影响到土洞和溶洞顶板的稳定时，将造成地表塌陷，危及地面建筑物的安全。 七、影响岩溶发育的因素有哪些?

影响岩溶发育的因素有：A碳酸盐岩性的影响 方解石含量越高，岩石溶蚀能力越大；反之白云石含量越高，岩石溶蚀能力越小，酸溶物含量越高，岩石溶蚀能力越小。

B气候的影响 降水的影响：1水直接参与岩溶作用，充足的降水是保证岩溶作用强烈进行的必要条件。2水是溶蚀作用的介质和载体，充足的降水保证了水体的良好的循环交替条件，促进岩溶作用的强烈进行。气温的影响：气温升高有利于岩溶作用的进行。

C地形地貌的影响 1平坦地区：地表径流弱，入渗强烈，有利于岩溶发育。2陡峭地区：地表径流强烈，入渗弱，不利于地下岩溶发育。3突起地区：地下水位深，包气带厚度大，垂直岩溶发育。4低洼地区：地下水位浅，汇水地带，岩溶发育强烈，以水平岩溶为主。 D地质构造的影响

断裂的影响：1沿断裂面岩溶发育强烈。2各组破裂面相互交织、延伸进而控制了岩溶发育的形态、规模、速度和空间分布。3各种破裂面相互交织，使地下水混合溶蚀效应明显，促进岩溶发育。

褶皱的影响：1褶皱的不同部位，裂隙发育不均匀，岩溶强度不同。核部比翼部发育。2大型褶皱控制了可溶岩的空间分布和地下水汇水范围及径流条件，影响着岩溶的发育。

岩层组合的影响：1厚而纯的碳酸盐岩 a 包气带：多发育垂直岩溶形态。b地下水季节变动带：两方向岩溶均发育。C饱水带：规模大、连续性好的水平岩溶。d深循环带：岩溶不很发育。2碳酸盐岩夹非可溶性岩层。3非可溶性岩层与碳酸盐岩互层：在同一时期，岩溶呈多层发育。4非可溶性岩层夹碳酸盐岩：岩溶发育极弱。

E新构造运动对岩溶发育的影响 地壳运动的性质、幅度、速度和波及范围，控制着水循环交替条件及其变化趋势，从而控制着岩溶发育的类型、规模、速度、空间分布及岩溶作用的变化趋势。

新构造运动的基本形式有三种：1上升期：侵蚀基准面相对下降，地下水位逐渐下降，侧向岩溶不发育，规模小而少见，分带现象明显，以垂直形态的岩溶为主。2平稳期：侵蚀基准面相对稳定，溶蚀作用充分进行，分带现象明显，侧向岩溶规模大，岩溶地貌较明显典型。3下降期：常形成覆盖岩溶，地下水循环条件差，岩溶作用受到抑制或停止。从更长的地质历史时期来看：a间歇性上升：上升→稳定→再上升→再稳定形成水平溶洞成层分布，高程与阶地相对应。b震荡升降：岩溶作用由弱到强，由强到弱反复进行以垂直形态的岩溶为主，水平溶洞规模不大，而且成层性不明显。C间歇性下降：下降稳定再下降再稳定岩溶多被埋于地下，规模不大，但具成层性，洞穴中有松散物填充。

从层状洞穴的分布情况及充填物的性质，可查明岩溶发育特点及形成的相对年代。 八、试述地震震级和烈度的基本概念及如何确定建筑场地的地震烈度。 震级：是依据地震释放出的能量来划分的。

烈度：是表示某地受地震影响的破坏程度，它不仅取决于地震的能量，同时也受震源深度与震中的距离、地震波的传播介质以及表土性质条件的影响。 地震的设计烈度如何确定？

在基本烈度的基础上，考虑建筑物的重要性、永久性、抗震性及经济性等要求对基本烈度做出一定的调整，得出的设计烈度是抗震设计所采用的烈度。 地震烈度的划分：按地震时破坏程度的不同，可将地震影响的强弱按一定次序作为确定地震烈度的标准，编制地震烈度表。地震烈度可分为1、基本烈度2、建筑场地烈度3、设计烈度三种。基本烈度是指一个地区的可能遭遇的最大地震烈度，可根据《中国地震烈度区划图》确定。建筑物地烈度也称小区域烈度，是指因建筑场地地质条件、地形地貌和水文地质条件不同而引起的基本烈度的提高或降低，一般地说，它比基本烈度提高（或降低）半度至一度。设计烈度是指抗震设计所采用的烈度，是根据建筑物的重要性、耐久性、抗震性及经济性等方面的要求对基本烈度的调整。

地震可按成因分为四类：构造地震（世界上发生的地震90％为构造地震）、火山地震（7％）、陷落地震（3％）和人工触发地震。

九、地震波的传播特性

地震时，震源释放的能量以波动的形成向四面八方传播，这种波称为地震波。地震波又可分为体波和面波。

A体波：地壳内部传播的波称为体波。{体波有纵波（P波<最快的地震波>）和横波（S波）} B面波 ：面波又为瑞雷波（R波）和勒夫波。R波具有如下特点：a地面质点在平行于波传播方向的垂直面内振动，运动轨道为椭圆形。b随着离地表深度的加深，瑞雷波迅速减弱。c面波的传播迅速是所有震波中最慢的，约为横波波速的0.9倍，但振动能量占地震波总能力的73%。d在地面离开震中较远的位置上，表面波比体波相对地占优势，其振动主要是表面波。

振动系统的能量与振幅的平方成正比。地震波在传播的过程中能量逐渐减少，振幅逐渐减小，即发生阻尼振动，因此，离震源愈远，振动越小；在地面上距震中愈远的地方，振动强度越低。

十、地震对建筑物可能产生哪些不利的影响?

不利影响：地震对场地产生的破坏效应有1、地震力效应2、地震破裂效应3、地震液化效应4、地震激发地质灾害效应等破坏效应。地震时，由于地面运动的影响，建筑物产生自由振动。地裂缝是地震区常见的一种效应，是地震产生的构造应力作用于岩土层的破裂现象，对建筑物的危害极大。震陷将直接引起地面建筑物的变形和损坏。强烈的地震作用还能激发斜坡上岩土体松动、失稳，引起滑坡和崩塌等不良地质现象，这种灾害往往是巨大的，可以摧毁房屋和道路交通，甚至掩埋村落，堵塞河道。

十一、地震的破坏方式有：共振破坏、驻波破坏、相位差动破坏和地震液化破坏四种。地震力：地震时，地震波将对地震区内的建筑物直接产生惯性力 十二、地震及其产生的原因？

地震是由于地球的内力作用而产生的一种地壳振动现象，主要发生于近代造山运动区和地球的大断裂带上，即形成于地壳板块的边缘地带。这是由于在板块边缘处，可能因上地幔的对流运动引起地壳的缓慢位移，岩石内的差动位移引起弹性应变和应力，当应力增大超过岩石的强度时就会产生断层。发生断层时，岩石释放的弹性能以震波的形式传播到周围岩石上，引起相邻岩石的振动，称为地震。 十三、什么是卓越周期？

卓越周期：由震源发出的地震波在土层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为卓越周期。 十五、试述场地工程地质条件对地震灾害的影响。 场地工程地质条件对地震灾害的影响有如下几个方面 A岩土类型及性质 软土＞硬土＞，土体＞基岩。

松散沉积物厚度越大，震害越大。土层结构对震害的影响：软弱土层埋藏愈浅、厚度愈大，震害愈大。

B地质构造 离发震断裂越近，震害越大，上盘尤重于下盘。 C地形地貌 突出、孤立地形震害较低洼、沟谷平坦地区震害大。 D水文地质条件 地下水埋深越小，震害越大。 小结：名词解释

1.风化作用：地壳表面的岩石由于风、电、雨和温度等大气应力以及生物活动等因素的影响发生破碎或成分变化的过程称为分化

2.崩塌：陡峻斜坡上的某些大块岩块突然崩落或滑落，顺山坡猛烈地翻滚跳跃，岩块相互撞击破碎，最后堆积于坡脚，这一现象称为崩塌

3.岩溶：岩溶也称喀斯特，它是由地表水或地下水对可溶性岩石溶蚀作用而产生的一系列地质现象

4.潜蚀：地表水过地下水流入地下土体内，将颗粒间可溶成分溶虑，带走细小颗粒，使土体淘成洞穴，这种地质作用称为潜蚀 简答题

1.什么是卓越周期？

答：卓越周期：由震源发出的地震波在土层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为卓越周期

2.什么事地震烈度？

答：地震烈度是表示某地受地震影响的破坏程度，它不仅取决于地震的能量，同时也受震源深度与震中的距离、地震波的传播介质以及表土性质等条件的影响 3.泥石流形成的基本条件有哪些？ 答：形成泥石流必须具备有丰富的松散泥石物质来源，陡峻的山坡和较大的沟谷以及能大量集中水源的地形、地质和水文气象条件 4.导致滑坡的可能因素有哪些？

答：边坡开挖导致的平衡状态的改变；坡顶超载导致下滑力的增加；降雨等因素导致渗流力的增加和土体抗剪强度的降低 5.地震的设计烈度如何确定？

答：在基本烈度的基础上，考虑建筑物的重要性、永久性、抗震性及经济性等要求对烈度做出一定的调整，得出的设计烈度是抗震设计所采用的烈度

第三章 土的渗透性和渗流

一、土：是一种有碎散矿物颗粒组成，并具有连续空隙的多孔介质。

渗流：水通过土中连续孔隙流动。渗透性：土被水渗流通过的性能 渗透力：水在土体中渗流，水流对土颗粒作用形成的作用力 二、达西定律：

1.水在饱和土中渗流是水流运动的一种形式，应遵从水力学的基本规律。

uv22.h?z? {试中：z：该点对任一的基准面O-O′的高度，表示土体中水单位重量?rw2g所具有位能即重力势能。u：土中水压力，又称孔隙水压力，表示土中水具有的压力势能，u/rw（rw为水容重)为孔隙中水压力的水柱高度，或称压力水头，代表该点的压力势能。v：该点的渗透流速，g为重力加速度，v2/2g代表该点所具有的动能。h：总水头高，为该点位能、压力势能、动能的总水头（即能量）。}

3.位能和压力势能水头之和（z+u/rw）称为测压管水头。由于土颗粒的助力往往较大，所以渗透流速很小，可以忽略不计，常用测压管水头表示渗流的总水头，（即h?z?u） rw?h?ha?hb

4.水利力度i：水沿渗透路径方向流动产生总水头的损失率，意义为单位渗透路径的水头损失。即i??h{试中：i：水力梯度，是无因次的，其中负号表示沿水流方向水头降低。ΔL：?L渗透路径的长度。Δh：经过渗透路径长度ΔL对应的水头损失（水头差）} 5. v?Q?ki{试中：Q：渗透流量（cm3/s或m3/d），为单位时间水流通过土试样截面积AA的流出量Q=V/t，V为时间t内流出的水量。A：土试样的截面积，包括土颗粒及孔隙在内的总截面积。v：渗透流量速度或称为截面平均渗透速度，单位为mm/s或m/d。k：渗透系数，为反映土渗透性能的系数，相当于单位水力梯度（i=1）时的渗透流量速度（平均渗透速度），故其量纲与流速相同（mm/s或m/d）}达西定律中渗透流量速度v并不是水在土孔隙中流动的实际平均流速

6.达西定律的适用范围主要与渗透水流在土中的流动状态有关（属于层流状态者适用，紊流状态则不适用），还与土孔隙中液体性质，土颗粒的大小、形状、矿物成分，水的相互作用有关。

7.影响土的渗透因素：渗透水的性质，土的颗粒大小级配，空隙比，矿物成分，围观结构，宏观结构。

粗粒土的渗透性主要决定于孔隙通道的截面积。

粉质土的渗透性的主要因素不是土的有效粒径，而是颗粒矿物质土的渗透性的团粒直径。 粘性土的渗透性因素主要是粘土矿物表面活性作用，原状结构土的孔隙比大小。 粘性土沉积层的渗透性往往各向异性，竖向与水平向的渗透系数是不同的。

8.起始水力梯度i0：水力梯度很小时，不产生渗透，当达到某梯度时，才出现渗透，这一梯度称为起始梯度。对于i＞i0时才产生渗透，这时因为密实粘土的颗粒具有较厚的结合水膜，而且颗粒间相互靠近，阻碍自由通过，只有达到一定水力梯度，客服结合水膜的阻力才产生渗流

三、渗透系数的测定

1.渗透系数的测定可分为现场试验和室内试验。室内试验有常水头试验和变水头试验。 2.常水头试验：Q?V?hVL?kiA?kA? k? (式中：L：试样长度；A：截面tLAt?h积；t：时间；?h：测压管水头差；V：测定历时t流过试样的水量) 3.变水头试验：k?aLhaLhln1 或 k?2.3log1

A(t2?t1)h2A(t2?t1)h2四、流网的性质：①流线与等势线彼此正交②如果在流网中各等势线间的差值相等各流线间

的差值也相等，则网格的长宽比为常数，若令长宽比为1，则流网网格呈曲线正方形③相邻两等势线间的水头损失相等④相邻两流线间的水流通道称为流槽，流网上各流槽的流量相等 五、渗透力：水在土中渗流，受到土骨架的阻力，同时水也土骨架施加推力，单位体积土骨架所受到的推力称为渗透力

由于渗透力的大小与单位体积内水流所受到的阻力大小相等，方向相反，所以渗透力为

j?fs??wi 单位：kNm3。其大小与水力梯度成正比，其方向与渗流（或流线）的方

向一致

六、临界水力梯度icr????sat??wGs?1?? ?w?w1?e 有效重度（浮重度）????sat??w??Gs?1??w1?e

（式中：e：空隙比；?sat：饱和容重；Gs：比重）

当ic＜icr，处于稳定状态；当ic=icr，处于临界状态；当ic＞icr，处于渗透破坏状态 七、若渗透水流自下而上作用于砂土，砂土中的有效重度（浮重度）为??，则当j＞??时，砂土将被渗透力所悬浮，失去其稳定性；当j???时，砂土将处于悬浮的临界状态 八、渗流引起的工程常见问题？

渗透变形（渗透破坏）：当渗透力较大时，就会引起土颗粒的移动，甚至把土颗粒带出而流失，使土体产生变形和破坏。(土木建筑物及地基由于渗流的作用而出现变形或破坏)，其表现形式有1、流土2、管涌3.、接触流土4、接触冲刷。流土：在渗透向上的作用时，土体表面局部隆起或者土颗粒同时发生悬浮和移动的现象。（粘性土引起流土，属于流土型土）；管涌：在渗透水流的作用下，土体中的细土粒在粗土粒间的孔隙通道中随水流移动并被带出流失的现象。（管涌型土）。

九、防治渗透变形的措施：①降低水力梯度，为此，可以采用降低水头或增设加长渗径等办法 ②在渗流溢出处增设反滤层或加盖压重或在建筑下游设计减压井、减压沟等，使渗透水流有畅通的出路。

十、有效应力??：作用于土颗粒骨架上并有效地改变了土的力学性质的作用力称为有效应力

孔隙水压力u：由于水的重量所增加的压力并不引起试样土试样的空隙比产生任何的改变，也不改变试样土的力学性质，测不出试样产生体积变化，这一应力称为中性应力，也称为空隙水压力（u??whw）

?????u （式中：?：总应力；??：有效应力；u：孔隙水压力；）

十一、在静水条件下空隙水压力和有效应力

浸没在水下的饱和土体，设浸没水深为h1，土的饱和容重为?sat，则土面下深度为h2的a-a平面的总应力为???wh1??sath2 孔隙水压力为：u??whw??w?h1?h2? 根据有效应力原理，

a-a

平面上的有效应力为：

?????u?(?wh1??sath2)??w?h1?h2??(?sat??w)???h2

由此可见，静水条件下的孔隙水压力为所研究平面上单位面积的水柱重，它与水深成正比，呈三角形分布；而有效应力为所研究平面上单位面积土柱的有效重，与土层埋置深度成正比，也呈三角形分布，与土面上的静水位无关 十二、在稳定渗流下的空隙水压力和有效应力 ①u??whw??w(h1?h2?h)

?????u???h2??wh （式中：h：???wh1??saht2

a-a面上的孔隙水压力因渗流产生水头损失而减少了h）

与静水情况相比，当有向下渗流时，a-a平面的总应力仍保持不变，孔隙水压力减少了?wh，而有效应力相应增加?wh。因而证明了在总应力不变的条件下，孔隙水压力减少等于有效应力增加。

②???wh1??sath u??whw??w(h1?h2?h)

?????u???h2??wh

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