1、第一章工程地质第一节工程地质对建设工程的影响工程地质是建设工程地基及其一定影响区域的地层性质。建设工程根据其规模、功能、质量、建筑布置、结构构成、使用年限、运营方式和安全保证等，要求地基及其一定区域的地层有一定的强度、刚度、稳定性和抗渗性。有的工程地质能满足这些要求；有的土体松散、软弱、湿陷、湿胀以及受杂质和水的影响，致使岩体的岩石软弱、软化、风化、泥化、破碎和岩层褶皱、断裂、不整合以及受地下水的渗透和侵蚀等，不能满足工程要求。许多建设工程不得不根据工程地质条件调整建筑结构设计，或者根据建筑结构设计要求处理工程地质缺陷，这些都会增加工程造价，有的甚至必须改变工程选址。因此，必须正确认识工程地质
2、问题，研究对工程地质问题的处理，在实现功能和安全要求的前提下，选择技术经济合理的建设方案。一、工程地质对建设工程选址的影响建设工程选址，除了受社会经济条件和地形、气象、水文等自然地理条件的影响外，也受工程地质条件的影响。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。工程选址的正确与否决定工程建设的技术经济效果乃至工程建设的成败，是工程建设在工程技术方面较为关键的工作。如长江三峡工程之所以选择三斗坪坝址，其中一个重要原因是漫长的石灰岩河流基岩在此嵌有一段难得的花岗岩地段。一般中小型建设工程的选址，工程地质的影响主要是在工程建设一定影响范围内，地质构造和地层岩性形
3、成的土体松软、湿陷、湿胀、岩体破碎、岩石风化和潜在的斜坡滑动、陡坡崩塌、泥石流等地质问题对工程建设的影响和威胁。大型建设工程的选址，工程地质的影响还要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、状态和活动对地基的危害。特殊重要的工业、能源、国防、科技和教育等方面新建项目的工程选址，要高度重视地区的地震烈度，尽量避免在高烈度地区建设。来源：建设工程教育网 地下工程的选址，工程地质的影响要考虑区域稳定性的问题。对区域性深大断裂交汇、近期活动断层和现代构造运动较为强烈的地段，要给予足够的注意。也要注意避免工程走来源：建设工程教育网 向与岩层走向交角太小甚至近乎平行的地质构造。道路选线，
4、因线性展布跨越地域多，受技术经济和地形地貌各方面的限制，对地质缺陷难以回避，工程地质的影响更为复杂。道路选线尽量避开断层裂谷边坡，尤其是不稳定边坡；避开岩层倾向与坡面倾向一致的顺向坡，尤其是岩层倾角小于坡面倾角的顺向坡；避免路线与主要裂隙发育方向平行，尤其是裂隙倾来源：建设工程教育网 向与边坡倾向一致的；避免经过大型滑坡体、不稳定岩堆和泥石流地段及其下方。二、工程地质对建筑结构的影响工程地质对建筑结构的影响，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。这些影响在各个工程项目的差别较大，具体分为以下几方面：（
5、1）对建筑结构选型和建筑材料选择的影响。例如，按功能要求可以选用砖混或框架结构的，因工程地质原因造成的地基承载力、承载变形及其不均匀性的问题，而要采用框架结构、简体结构；可以选用钢筋混凝土结构的，而要采用钢结构；可以选用砌体的，而要采用混凝土或钢筋混凝土。（2）对基础选型和结构尺寸的影响。有的由于地基土层松散软弱或岩层破碎等工程地质原因，不能采用条形基础，而要采用片筏基础甚至箱形基础。对较深松散地层有的要采用桩基础加固。有的要根据地质缺陷的不同程度，加大基础的结构尺寸。（3）对结构尺寸和钢筋配来源：建设工程教育网 置的影响。为了应对地质缺陷造成的受力和变形问题，有时要加大承载和传力结构的尺寸
6、，提高钢筋混凝土的配筋率。（4）地震烈度对建筑结构和构造的影响。工程所在区域的地震烈度越高，构造柱和圈梁等抗震结构的布置密度、断面尺寸和配筋率要相应增大。三、工程地质对工程造价的影响工程建筑物种类多，不同的工程建筑物对场地地基的适应程度不同，工程地质问题也就格外复杂。能否正确认识工程地质条件和处理工程地质问题，关系到工程能否顺利建设、安全运营甚至关系到投资成败。对于工程地质问题认识不足、处理不当，不但会带来工程事故，大幅度增加工程造价，而且会遗留无尽的工程病害，从而导致维修整治费用来源：建设工程教育网 的增加。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
7、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。通常，存在着直到施工过程才发现特殊不良地质的现象。这样，不但处治特殊不良地质的工程费用因施工技术条件相对困难而增加，而且造成的既成工程损失，诸如路基沉陷、边坡倒塌、桥梁破坏、隧道变形等等，也很棘手。此外来源：建设工程教育网 ，特殊不良地质的处治是典型的岩土工程，包含着地质和土木工程的复合技术。四、常见工程地质问题与防治来源：建设工程教育网 影响工程建设的工程地质问题及其防治处理方法很多，这里仅就常见的作一些简要说明来源：建设工程教育网 。（1）松散、软弱土层
8、。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；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；对于影响边坡稳定的，可喷射混凝土或用土钉支护。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。来源：建设工程教育网 （2）风化、破碎岩层。风化一般在地基表层，可以挖除。破碎岩层有的较浅，可以挖除。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；风化、破碎处于边坡影响稳定的，可根据情况采用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。（3）裂
9、隙发育岩层。对于影响地基承载能力和抗渗要求的，可以用水泥浆注浆加固或防渗。对于影响边坡稳定的，采用锚杆加固。（4）断层、泥化软弱夹层。对充填胶结差，影响承载力或抗渗要求的断层，浅埋的尽可能清除回填，深埋的注水泥浆处理；浅埋的泥化夹层可能影响承载能力，尽可能清除回填，深埋的一般不影响承载能力。断层、泥化软弱夹层可能是基础或边坡的滑动控制面来源：建设工程教育网 ，对于不便清除回填的，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。（5）岩溶与土洞。当建筑工程不可能避开时，可挖除洞内软弱充填物后回填石料或混凝土。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
10、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。（6）地下水发育地层。当地来源：建设工程教育网 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。（7）滑坡体。斜坡内可能沿滑动面下滑的岩体称为滑坡体。滑坡发生往来源：建设工程教育网 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黏聚力，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。防止滑坡，经过论证可以在滑坡体的上部刷方减重，未经论证不要轻易扰动滑坡体。在滑坡体坡脚采用挡土墙、抗滑桩等支挡措施。采用固结灌浆等措施改善滑动面和滑坡体的抗滑性能。（8）对结构面不利交汇切割和
11、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。第二节地质岩性一、岩石矿物特性矿物是存在于地壳中的具有一定物理性质和化学成分的自然元素和化合物。其中构成岩石的矿物，称为造岩矿物。组成地壳的岩石，都是在一定的地质条件下，由一种或几种矿物自然组合而成的矿物集合体。矿物的成分、性质及其在各种因素影响下的变化，都会对岩石的强度和稳定性发生影响。目前，已发现的矿物有 3000 多种，但造岩矿物仅 30 余种
12、。由于成分和结构的不同，每种矿物都有自己特有的物理性质，物理性质是鉴别矿物的主要依据。（1）颜色。颜色是矿物最明显、最直观的物理性质。根据成色原因，可分为白色、他色和假色。白色是矿物本身固有的成分、结构所决定的颜色，具有鉴定意义；他色是由于混入物引起的颜色；假色则是由于某种物理光学过程所致。（2）光泽。光泽是矿物表面的反光能力，用类比方法常分为四个等级：金属光泽、半金属光泽、金刚光泽及玻璃光泽。另外，由于矿物表面不平、内部裂纹等，可形成某种独特的光泽，如丝绢光泽、油脂光泽、蜡状光泽、珍珠光泽、土状光泽等。矿物遭受风化后，光泽强度就会有不同程度的降低，如玻璃光泽变为油脂光泽等。（3）硬度。硬度是
13、矿物来源：建设工程教育网 抵抗外力刻划、压人或研磨等机械作用的能力。鉴定矿物常用一些矿物互相刻划来测定其相对硬度，一般分为 10 个标准等级，如表 121 矿物硬度表所列。表 121 矿物硬度表硬度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101矿物 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石在实际工作中常用可刻划物品来大致测定矿物的相对硬度，如指甲约为 225 度，玻璃约为 556 度，钢刀约为 67 度。二、岩石物理力学性质（一）岩石的主要物理性质来源：建设工程教育网 1重量岩石的重量是岩石最基本的物理性质之一，一般用比重和重度两个指标表示。岩石的比重是岩石固体（不包括
14、孔隙）部分单位体积的重量，在数值上等于岩石固体颗粒的重量与同体积的水在 4时重量的比。常见的岩石的比重一般介于 2433 之间。岩石的比重决定于组成岩石的矿物的比重及其在岩石中的相对含量。来源：建设工程教育网 岩石的重度也称容重，是岩石单位体积的重量，在数值上等于岩石试件的总重量（包括孔隙中的水重）与其总体积（包括孔隙体积）之比。岩石重度的大小决定于岩石中矿物的比重、岩石的孔隙性及其含水情况。岩石孔隙中完全没有水存在时的重度，称为干重度；孔隙全部被水充满时的重度，称为饱和重度。一般来讲，组成岩石的矿物比重大，或岩石的孔隙性小，则岩石的重度就大。在相同条件下的同一种岩石，重度大就说明岩石的结来源
15、：建设工程教育网 构致密、孔隙性小，岩石的强度和稳定性也较高。2孔隙性岩石的孔隙性用孔隙度表示，反映岩石中各种孔隙的发育程度。在数值上等于岩石中各种孔隙的总体积与岩石总体积的比，以百分数计。孔隙性对岩石的强度和稳定性产生重要的影响。岩石孔隙度的大小，主要取决于岩石的结构和构造，同时也受外力因素的影响。未受风化或构造作用的侵入岩和某些变质岩，其孔隙度一般是很小的，而砾岩、砂岩等一些沉积岩类的岩石，则经常具有较大的孔隙度。3吸水性岩石的吸水性一来源：建设工程教育网 般用吸水率表示，反映岩石在一定条件下（在通常大气压下）的吸水能力。在数值上等于岩石的吸水重量与同体积干燥岩石重量的比，也可以百分数计
16、。岩石的吸水率与岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度等因素有关。岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸润、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水作用的影响也就越大。4软化性岩石的软化性是指岩石受水作用后，强度和稳定性发生变化的性质，主要取决于岩石的矿物成分、结构和构造特征。黏土矿物含量高、孔隙度大、吸水率高的岩石，与水作用容易软化而丧失其强度和稳定性。用软化系数作为岩石软化性的指标，在数值上等于岩石饱和状态下的极限抗压强度与风于状态下极限抗压强度的比。其值越小，表示岩石的强度和稳定性受水作用的影响越大。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
17、。软化系数小于 075 的岩石，是软化性较强的岩石，工程性质比较差。5抗冻性岩石孔隙中的水结冰时体积膨胀，会产生巨大的压力。岩石抵抗这种压力作用的能力，称为岩石的抗冻性。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。岩石的抗冻性，有不同的表示方法，一般用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率表示。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。（二）卷石主要力学性质1岩石的变形岩石受力作用会产生变形，在弹性变形范围内用弹性模量和泊松比两个指标表示。弹性模量是应力与应变之比，以“帕斯卡”为单位，用符号 Pa 表示。相同受力条件下，岩石的弹性模量越大，变形越小
18、。即弹性模量越大，岩石抵抗变形的能力越强。泊松比是横向应变与纵向应变的比。泊松比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越大。岩石并不是理想的弹性体，岩石变形特性的物理量也不是一个常数。通常所提供的弹性模量和泊松比，只是在一定条件下的平均值。2岩石的强度岩石的强度是岩石抵抗外力破坏的能力，也以“帕斯卡”为单位，用符号 Pa 表示。岩石受力作用破坏，表现为压碎、拉断和剪切等，故有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等。（1）抗压强度。抗压强度是岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力，是岩石最基本最常用的力学指标。在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力。抗压强度主要与岩石的结构、构造、风化程度和含水情况等有关
19、，也受岩石的矿物成分和生成条件的影响。所以，岩石的抗压强度相差很大，胶结不良的砾岩和软弱页岩小于 20MPa，坚硬岩浆岩大于 250MPa。（2）抗拉强度。抗拉强度是岩石抵抗拉伸破坏的能力，在数值上等于岩石单向拉伸破坏时的最大张应力。岩石的抗拉强度远小于抗压强度，故当岩层受到挤压形成褶皱时，常在弯曲变形较大的部位受拉破坏，产生张性裂隙。（3）抗剪强度。抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力，在数值上等于岩石受剪破坏时的极限剪应力。在一定压应力下岩石剪断时，剪破面上的最大剪应力，称为抗剪断强度，其值一般都比较高。抗剪强度是沿岩石裂隙或软弱面等发生剪切滑动时的指标，其强度远远低于抗剪断强度。三项强度中
20、，岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。抗剪强度约为抗压强度的 1040，抗拉强度仅是抗压强度的 216。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，是对岩石（岩体）的稳定性进行定量分析的依据之一。三、岩石成因类型及其特征地球固体的表层是由岩石组成的硬壳地壳，组成地壳的岩石按成因可分为岩浆岩（火成岩） 、沉积岩（水成岩）和变质岩三大类。它们在地壳中的分布并不均匀。从各类岩石在地壳表面的分布面积看，沉积岩约占陆地面积的 75，变质岩和岩浆岩占 25；按质量百分比计算，沉积岩仅占地壳质量的 5，变质岩占 6，而岩浆岩占 89
21、。不同成因的岩石形成条件、物质成分、结构和构造各不相同，故它们的物理力学性质也不一样，这些都关系到工程建设的规划、设计和施工。1岩浆岩岩浆岩又称火成岩，是岩浆通过地壳运动，沿地壳薄弱地带上升冷却凝结后形成的岩石。岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小与形状，以及它们的相互组合关系不同，形成岩浆岩的不同结构。岩石中的矿物在空间的排列、配置和充填方式不同，形成岩浆岩的不同构造。结构和构造特征直接影响岩石的强度等工程性质。根据形成条件，岩浆岩分为喷出岩和侵入岩。侵入岩是侵入到周围岩层（简称围岩）中形成的岩浆岩。根据形成深度，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）深成岩常形
22、成岩基等大型侵入体，岩性一般较单一，以中、粗粒结构为主，致密坚硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性强，故其常被选为理想的建筑基础，如花岗岩、正长岩、闪长岩、辉长岩；浅成岩多以岩床、岩墙、岩脉等状态产出，有时相互穿插。颗粒细小，岩石强度高，不易风化，但这些小型侵入体与围岩的接触部位，岩性不均一，节理裂隙发育，岩石破碎，风化蚀变严重，透水性增大，如花岗斑岩、闪长玢岩、辉绿岩、脉岩。喷出岩是指喷出地表形成的岩浆岩，一般呈原生孔隙和节理发育，产状不规则，厚度变化大，岩性很不均一，比侵入岩强度低，透水性强，抗风能力差，如流纹岩、粗面岩、安山岩、玄武岩、火山碎屑岩。2沉积岩沉积岩是在地壳表层常温常压条件下，由风
23、化产物、有机物质和某些火山作用产生的物质，经风化、搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层状岩石。沉积岩主要有碎屑结构（碎屑物质被胶结物粘结起来而形成的结构） 、泥质结构（由粒径小于 0005mm 的黏土颗粒组成的结构） 、晶粒结构（由岩石颗粒在水溶液中结晶或呈胶体形态凝结沉淀而成的结构） 、生物结构（由生物遗体组成的结构）沉积岩的构造，是沉积岩各个组成部分的空间分布和排列方式。常见的构造有层理构造、层面构造、结核（与周围沉积岩不同的、规模不大的团块体） 、生物成因构造（如生物礁体、叠层构造、虫迹、虫孔等）根据沉积岩的组成成分、结构、构造和形成条件，可分为碎屑岩（如砾岩、砂岩、粉砂岩） 、黏
24、土岩（如泥岩、页岩） 、化学岩及生物化学岩类（如石灰岩、自云岩、泥灰岩）等。3变质岩变质岩是地壳中原有的岩浆岩或沉积岩，由于地壳运动和岩浆活动等造成物理化学环境的改变，使原来岩石的成分、结构和构造发生一系列变化所形成的新的岩石。变质岩的结构主要有变余结构（重结晶或变质结晶作用不完全使原岩结构特征保留） 、变晶结构（岩石发生重结晶或变质结晶所形成的结构） 、碎裂结构（岩石受定向压力作用发生破裂，形成碎块甚至粉末状后又被胶结在一起的结构）变质岩的构造主要有板状构造（平行、较密集而平坦的破裂面分裂岩石成板状体） 、千枚状构造（岩石呈薄板状） 、片状构造（含大量呈平行定向排列的片状矿物） 、片麻状构造
25、（粒状变晶矿物间夹鳞片状、柱状变晶矿物并呈大致平行的断续带状分布） 、块状构造（矿物均匀分布、结构均一、无定向排列，如大理岩、石英岩）等。四、土的工程性质土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。土是由颗粒（固相） 、水溶液（液相）和气（气相）所组成的三相体系。组成土的固体颗粒矿物有原生矿物、不溶于水的次生矿物、可溶盐类、易分解的矿物以及有机质。各种土的颗粒大小和矿物成分差别很大，土的三相问的数量比例也不尽相同，而且土粒与其孔隙水溶液及环境水之间又有复杂的物理化学作用。1土的孔隙比和含水量土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体
26、积之比，反映天然土层的密实程度，一般孔隙比小于 06 的是密实的低压缩性土，大于 10 的土是疏松的高压缩性土。天然土层的含水量变化范围很大，一般干的粗砂土，其值接近于 0，而饱和砂土可达 35；坚硬的黏性土含水量为 2030，而饱和状态的软黏性土（如淤泥）可达 60以上。一般而言，土的含水量增大时，其强度就降低。土的饱和度是土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，饱和度 Sr 越大，表明土孔隙中充水愈多。Sr80是饱水状态。碎石土和砂土为无黏性土，紧密状态是判定其工程性质的重要指标。颗粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的工程性质受含水量的影响特别大。当含水量很小时，黏性土比较坚硬，处于固体状态，具
27、有较大的力学强度。随着土中含水量的增大，土逐渐变软，并在外力作用下可任意改变形状，即土处于可塑状态。若再继续增大土的含水量，土变得愈来愈软弱，甚至不能保持一定的形状，呈现流塑或流动状态。黏性土这种因含水量变化而表现出的各种不同物理状态，称为土的稠度。黏性土能在一定的含水量范围内呈现出可塑性，这是黏性土区别于砂土和碎石土的一大特性，据此特点，黏性土也可称为塑性土。土的可塑性是指土在外力作用下可以形成任意形状而不裂缝，且当外力解除后仍可保持既得形状的性能。随着含水量的变化，黏性土由一种稠度状态转变为另一种状态，对应于转变点的含水量称为界限含水量，也称为稠度界限，是黏性土的重要特性指标，对黏性土的工
28、程性质评价及分类等有重要意义。黏性土的界限含水量，有缩限、塑限和液限。半固态黏性土随水分蒸发体积逐渐缩小，直到体积不再缩小时的界限含水量叫缩限，体积不再随水分蒸发而缩小的状态为固态。半固态黏性土随含水量增加转到可塑状态的界限含水量叫塑限，也称塑性下限。由可塑状态转到流塑、流动状态的界限含水量叫液限。液限和塑限的差值称为塑性指数，它表示黏性土处在可塑状态的含水量变化范围。塑性指数愈大，可塑性就愈强。黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，称为液限指数。液限指数愈大，土质愈软。2土的力学性质土的力学性质主要是压缩性和抗剪强度。土的压缩性是土在压力作用下体积缩小的特性。在荷载作用下，透水性大的
29、饱和无黏性土，其压缩过程在短时间内就可以结束。然而，黏性土的透水性低，其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多，其固结变形往往需要几年甚至几十年。在土的自重或外荷载作用下，土体中某一个曲面上产生的剪应力值达到了土对剪切破坏的极限抗力时，土体就会沿着该曲面发生相对滑移而失稳。土对剪切破坏的极限抗力称为土的抗剪强度。3特殊土的工程性质根据土中有机质含量，土可以分为无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭；根据土的颗粒级配和塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和黏性土；根据土的地质成因分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖泊沉积物、海洋沉积物、冰积土和冰水沉积土、风积土。这里强调的是要注意一些特殊土的工程性质。（1）淤
30、泥及淤泥质土。具有高含水量、高孔隙性、低渗透性、高压缩性、低抗剪强度、较显著的触变性和蠕变性等特性。（2）湿陷性黄土。在天然含水量时一般呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强度和低的或中等偏低的压缩性，但遇水浸湿后，强度迅速降低，有的即使在其自重作用下也会发生剧烈的沉陷。黄土在我国分布很广，其中湿陷性黄土约占 3/4，遍及甘、陕、晋的大部分地区以及豫、宁、冀部分地区。湿陷性黄土受水浸湿后，在其自重压力下发生湿陷的，称为自重湿陷性黄土。而在其自重压力与附加压力共同作用下才发生湿陷的，称为非自重湿陷性黄土。在自重湿陷性黄土地区修筑渠道，初次放水时就可能产生地面下沉，两岸出现与渠道平行的裂缝；管道漏水后由于
31、自重湿陷可能导致管道折断；路基受水后由于自重湿陷而发生局部严重坍塌；地基土的自重湿陷往往使建筑物发生很大的裂缝或使砖墙倾斜，甚至使一些很轻的建筑物也受到破坏。而在非自重湿陷性黄土地区，这类现象极为少见。所以在这两种不同湿陷性黄土地区所采取的地基设计、地基处理、防护措施及施工要求等方面均应有较大差别。（3）红黏土。天然含水量高（一般为 4060，最高达 90） 、密度小（天然孔隙比一般为 1.417，最高为 20） 、塑性高（塑限一般为 4060，最高达 90，塑性指数一般为 2050） ，通常呈现较高的强度和较低的压缩性，不具有湿陷性。由于塑性很高，所以尽管天然含水量高，一般仍处于坚硬或硬可塑
32、状态，甚至饱水的红黏土也是坚硬状态的。广泛分布予我国的云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西等地区的低山、丘陵地带顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚地段。（4）膨胀土。含有大量的强亲水性黏土矿物成分，具有显著的吸水膨胀（自由膨胀量一般超过 40，也有超过 100的）和失水收缩，且胀缩变形往复可逆。在天然条件下一般处于硬塑或坚硬状态，强度较高，压缩性较低，易被误认为是工程性能较好的土，但一旦地表水浸入或地下水位上升使含水量剧烈增大，或土的原状结构被扰动时，土体会骤然强度降低、压缩性增高。在膨胀土地区进行工程建筑，如果不采取必要的设计和施工措施，会导致大批建筑物的开裂和损坏，甚至造成坡地建筑场地
33、崩塌、滑坡、地裂。膨胀土多分布于级以上的河谷阶地或山前丘陵地区，个别处于级阶地。（5）填土。是在一定的地质、地貌和社会历史条件下，由于人类活动而堆填的土。填土分为素填土、杂填土、冲填土。素填土是由碎石、砂土、粉土或黏性土等一种或几种材料组成的填土。一般密实度较差，但若堆积时间较长，由于土的自重压密作用，也能达到一定密实度。如堆填时间超过 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。素填土地基具有不均匀性，防止建筑物不均匀沉降是填土地基的关键；杂填土是含有大量杂物的填土。试验证明，以生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为主要成分的
34、杂填土，一般不宜作为建筑物地基。主要以建筑垃圾或一般工业废料组成的杂填土，采用适当的措施进行处理后可作为一般建筑物地基。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；冲填土是由水力冲填泥砂形成的沉积土，如在整理和疏浚江河航道时，送至江河两岸形成的填土。冲填土的含水量大，透水性较弱，排水固结差，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。第三节 地质构造地质构造是构造变动在岩层和岩体中遗留下来的各种构造形迹。由于地壳中存在很大的压力，组成地壳的上部岩层，在地应力的长期作用下就会发生变形形成构造变动的形迹，如在野外经常见到的岩层褶曲和断
35、层等。地质构造的规模，有大有小，大的如构造带，可以纵横数千公里，小的则如岩石的片理等。一、水平构造和单斜构造水平构造是指未经构造变动的沉积岩层，形成时的原始产状是水平的，先沉积的老岩层在下，后沉积的新岩层在上。单斜构造是指原来水平的岩层，在受到地壳运动的影响后产状发生变动，岩层向同一个方向倾斜。一般将岩层在空间中的位置定义为岩层产状。倾斜岩层的产状，是用岩层层面的走向、倾向和倾角三个产状要素（如图 131 所示）来表示的。一般而言，通过岩层产状的三个要素，可以表达出经过构造后的构造形态在空间的位置。（1）岩层走向，是指岩层层面与水平面交线的方位角，表示岩层在空间延伸的方向。（2）岩层的倾向，是
36、垂直走向顺倾斜面引出的一条直线与水平面投影的方位角，表示岩层在空间的倾斜方向。（3）岩层的倾角，是岩层层面与水平面所夹的锐角，表示岩层在空问倾斜角度的大小。后面的褶曲的轴面、裂隙面和断层面等的产状意义和表达形式与岩层的相同。二、褶皱构造褶皱构造是组成地壳的岩层受构造力的强烈作用，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。绝大多数褶皱是在水平挤压力作用下形成的，但也有少数是在垂直力或力偶作用下形成的。褶皱在层状岩层中最明显，在块状岩体中则很难见到。褶曲是褶皱构造中的一个弯曲，两个或两个以上褶曲构造的组合构成褶皱构造，每一个褶曲都有核部、翼、轴面、轴及枢纽等几个要素。
37、褶曲的基本形态是背斜和向斜，如图132 所示。背斜褶曲是岩层向上拱起的弯曲，以褶曲轴为中心向两翼倾斜。当地面受到剥蚀而露出不同地质年代的岩层时，较老的岩层出现在褶曲的轴部，从轴部向两翼，依次出现的是较新的岩层。向斜褶曲，是岩层向下凹的弯曲，其岩层的倾向与背斜相反，两翼的岩层都向褶曲的轴部倾斜。当地面遭受剥蚀，在褶曲轴部露出的是较新的岩层，向两翼依次露出的是较老的岩层。在褶皱比较强烈的地区，一般都是线形的背斜与向斜相问排列，以大体一致的走向平行延伸，有规律的组成不同形式的褶皱构造。工程在褶曲的翼部遇到的基本上是单斜构造，一般没有特殊不良的影响，但对于以下两种情况，则需要根据具体情况进行分析：（1
38、）对于深路堑和高边坡来说，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，尤其是边坡的倾角大于岩层的倾角最为不利。（2）对于隧道工程来说，在褶曲构造的轴部，岩层倾向发生显著变化，应力作用最集中，容易遇到：程地质问题。例如，由于岩层破碎而产生的岩体稳定问题和向斜轴部地下水的问题。一般选线从褶曲的翼部通过是比较有利的。三、断裂构造断裂构造是构成地壳的岩体受力作用发生变形，当变形达到一定程度后，使岩体的连续性和完整性遭到破坏，产生各种大小不一的断裂。它是地壳上层常见的地质构造，其分布很广，特别在
39、一些断裂构造发育的地带，常成群分布，形成断裂带。根据岩体断裂后两侧岩块相对位移的情况，将其分为裂隙和断层两类。1裂隙裂隙，也称为节理，是存在于岩体中的裂缝，是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造。一般用裂隙率（岩石中裂隙的面积与岩石总面积的百分比）表示，裂隙率越大表示岩石中的裂隙越发育。根据裂隙的成因。将其分为构造裂隙和非构造裂隙两类。（1）构造裂隙。构造裂隙是岩体受地应力作用随岩体变形而产生的裂隙。由于构造裂隙在成因上与相关构造（如褶曲、断层等）和应力作用的方向及性质有密切联系，所以它在空间分布上具有一定的规律性。按裂隙的力学性质，可将构造裂隙分为张性裂隙和扭（剪）性裂隙。张性裂
40、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，一般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。扭性裂隙常沿剪切面成群平行分布，形成扭裂带，将岩体切割成板状。有时两组裂隙在不同的方向上同时出现，交叉成“X”形，将岩体切割成菱形块体。（2）非构造裂隙。非构造裂隙是由成岩作用、外动力、重力等非构造因素形成的裂隙。如岩石在形成过程中产生的原生裂隙、风化裂隙以及沿沟壁岸坡发育的卸荷裂隙等。其中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，
41、一般很少达到地面下1O15m 的深度。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。岩体中的裂隙，在工程上除有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。其破坏了岩体的整体性，促进了岩体的风化速度，增强了岩体的透水性，进而使岩体的强度和稳定性降低。当裂隙主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致时，不论岩体的产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌等不稳定现象。在路基施工中，如果岩体存在裂隙，还会影响爆破作业的效果。因而，当裂隙有可能成为影响工程设计的重要因素时，应当对裂隙进行深入的调查研究，详细论证裂隙对工程建设的影响。2断层断层是岩体受力作用断裂后，两侧岩
42、块沿断裂丽发生显著相对位移的断裂构造。（1）断层要素。断层一般由四个部分组成，如图 133 所示。断层面和破碎带。断层面是指两侧岩块发生相对位移的断裂面，可以是直立的，也可以是倾斜的，一般情况下为倾斜状态，其产状可以通过断层面的走向、倾向和倾角来表示。规模大的断层，一般不是沿着一个简单的面发生，而往往是沿着一个错动带发生，称之为断层破碎带。断层的规模越大，破碎带也就越宽，越复杂。断层线。是断层面与地面的交线，表示断层的延伸方向，其形状决定于断层面的形状和地面的起伏情况。断盘。是断层面两侧相对位移的岩体。当断层面倾斜时，位于断层面上部的称为上盘，位于断层面下部的称为下盘。若断层面直立则无上下盘之
43、分。断距。是断层两盘相对错开的距离。岩层原来相连的两点，沿断层面错开的距离称为总断距，其水平分量称为水平断距，垂直分量称为垂直断距。注：AB 一断层线；C 一断层面； 一惭层倾角；E 一上盘；F 一下盘；DB 一总断距（2）断层基本类型。根据断层两盘相对位移的情况，可分为正断层、逆断层、平推断层。正断层。是上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。它一般是受水平张应力或垂直作用力使上盘相对向下滑动而形成的，所以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的。其断距可从几厘米到数十米，延伸范围一般自几十米至数公里。倾角一般较陡，多在 5060，甚至更陡。如由数条正断层排列组合
44、在一起，则形成阶地式断层、地垒和地堑等。逆断层。是上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。它一般是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用，使上盘沿断面向上错动而成。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。根据断层面的倾角大小，可将逆断层分为三种类型：冲断层，其断层面倾角大于 45；逆掩断层，其断层面倾角介于 2545之间；辗掩断层，其断层面倾角小于 25。平推断层。是由于岩体受水平扭应力作用，使两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。由于多系受剪（扭）应力形成，因此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
45、。这种断层的破碎带一般较窄，沿断层面常有近水平的擦痕。断层的形成和分布不是孤立的现象，它受着区域性或地区性地应力场的控制，并经常与相关构造伴生，很少孤立出现。各构造之间总是依一定的力学性质，以一定的排列方式有规律地组合在一起，形成不同形式的断层带。如阶状断层、地堑、地垒和叠瓦式构造等，就是分布比较广泛的几种断层的组合形式。（3）断层对工程建设的影响。由于岩层发生强烈的断裂变动，致使岩体裂隙增多、岩石破碎、风化严重、地下水发育，从而降低了岩石的强度和稳定性，对工程建筑造成种种不利的影响。公路工程路线布局，应尽量避开大的断层破碎带。特别在安排河谷路线时，要注意河谷地貌与断层构造的关系。当路线与断层
46、走向平行，路基靠近断层破碎带时，开挖路基容易引起边坡发生大规模坍塌，直接影响施工和公路的正常使用。在进行大桥桥位勘测时，要注意查明桥基部分有无断层存在，及其影响程度如何，以便根据不同的情况，在设计基础工程时采取相应的处理措施。在断层发育地带修建隧道，由于岩层的整体性遭到破坏，加之地面水或地下水的侵入，其强度和稳定性都很差，容易产生洞顶塌落，影响施工安全。因此，当隧道轴线与断层走向平行时，应尽量避免与断层破碎带接触。隧道横穿断层时，虽然只是个别段落受断层影响，但因地质及水文地质条件不良，必须预先考虑措施，保证施工安全。特别当岩层破碎带规模很大，或者穿越断层带时，会使施工十分困难，在确定隧道平面布
47、置时间，应尽量设法避开。四、地震的震级和烈度地震是一种地质现象，主要是由于地球的内力作用而产生的一种地壳振动现象，其中绝大多数伴随岩层断裂错动产生。火山爆发、洞穴陷落、山崩等也可引起地震，但其所占比例很小，且强度低、影响范围小。此外，也有由人类活动导致断层错动而产生的诱发地震，如水库诱发地震等。目前，世界上有两个地震活动频繁的地震带，即阿尔卑斯一喜马拉雅地震带和环太平洋地震带。前者约占地震总数的 15，后者约占 80，这两个地震带都延伸到我国境内，所以我国是个多地震的国家，尤其西南、西北、华北、东南沿海及台湾等地区，强烈地震经常发生。1地震震源震源是深部岩石破裂产生地壳震动的发源地。震源在地面
48、上的垂直投影称为震中。地震所引起的震动以弹性波的形式向各个方向传播，其强度随距离的增加而减小。地震波首先传达到震中，震中区受破坏最大，距震中越远破坏程度越小。地面上受震动破坏程度相同点的外包线称为等震线。地震波通过地球内部介质传播的称为体波。体波分为纵波和横波，纵波的质点振动方向与震波传播方向一致，周期短、振幅小、传播速度快；横波的质点振动方向与震波传播方向垂直，周期长、振幅大、传播速度较慢。体波经过反射、折射而沿地面附近传播的波称为面波，面波的传播速度最慢。2地震震级地震是依据所释放出来的能量多少来划分震级的。释放出来的能量越多，震级就越大。中国科学院将地震震级分为五级：微震、轻震、强震、烈震和大灾震。目前国际通用的李希特古登堡震级是以距震中 100km 的标准地震仪所记录的最大振幅的 m 的对数表示。如记录的最大振幅是 10mm，即 10000m，取其对数等于 4，则为 4 级地震。3地震烈度地震烈度，是指某一地区的地面和建筑物遭受一次地震破坏的程度。其不仅与震级有关，还和震源深度，距震中距离以及地震波通过介质条件（岩石性质、地质构造、地下水埋深）等多种因素有关。我国已制定出地震烈度表，可供
