工程地质分析原理

【工程地质学】

工程地质学是研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约关系,以便科学评价、合理利用、有效改造和妥善保护地质环境的科学;是地质学与工程学相结合的边缘学科,是地质学的一个分支学科。

工程地质学的特点是始终与工程实践紧密联系。

【工程地质条件】

工程活动的地质环境

工程地质条件包括地层岩性、地质构造、地貌、水文地质条件、岩土体的工程性质、物理地质现象和天然建筑材料等方面。

【工程地质问题】

地质环境与人类工程活动相互制约的一些主要形式

【工程地质勘察】

研究、评价建设场地的工程地质条件所进行的地质测绘、勘探、室内实验、原位测试等工作的统称。

【天然应力状态】

是指为经人为扰动、主要是在重力场和构造应力场的综合作用下,有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力所形成的应力状态。

【岩体的变形与破坏】

岩体因承受应力而在体积、形状或宏观连续性方面发生某种变化,宏观连续性无显著变化者称为变形,宏观连续性有显著变化者称为破坏。

【岩体】

通常指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石,它处于一定的应力状态、被各种结构面所分割。岩体具有一定的结构特征,它由岩体中含有的不同类型的结构面及其在空间的分布和组合状况所确定。

【构造结构面】

就是指岩体受构造应力作用所产生的破裂面或破裂带。包括构造节理、断层、劈理以及层间错动面等。

【结构面】

是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸(或具有一定厚度)的地质界面(或带)。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。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将岩体切割成的形状,大小不同的块体。

【软弱夹层】

岩体内存在的层状或带状的软弱薄层。

【岩体结构】

岩体内结构面和结构体的排列组合形式。

【岩体结构特征】

岩体内不同类型的结构面及其空间发育分布,组合切割的总体特征。

【自重应力】

在重力场作用下生成的应力为自重应力

【构造应力】

地壳运动在岩体内形成的应力称为构造应力

【变异应力】

岩体的物理、化学变化及岩浆的侵入等引起的应力

【残余应力】

承载岩体遭受卸荷或部分卸荷时,岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其它组分的约束,于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应力自相平衡的应力系统。

【应力集中】

通常将最大主应力或剪应力在自由临空面附近增大或减小的现象称为应力集中。

【蓆状裂隙】

在出露于地表的侵入岩体中,有一种近地表平行分布的区域性裂隙发育, 通常上部较密, 向下逐渐变稀疏, 即席状裂隙. 这是区域性卸荷剥蚀的结果.(解释:初始为深部静水应力状态, 随着侵蚀, 垂直应力减少, 应力差逐渐增大, 当超过岩体极限事, 形成水平破裂.

【凯塞尔效应】

受单向拉伸力作用的金属材料,只有当应力达到并超过材料所受过的最大先期应力时才会开始有明显的声发射现象出现的效应

【屈服强度】

岩体由弹性变形阶段进入塑性变形阶段的临界应力称为岩体的屈服强度

【长期强度】

应力超过屈服强度后,岩体中即开始出现局部破裂,岩体进入不稳定破裂发展阶段的临界应力

【残余强度】

岩体遭受最终破坏以后仍然保存有一定的强度,称为残余强度

【蠕变】

在应力恒定的情况下岩体变形随时间而发展的过程

【松弛】

在变形恒定的情况下岩石内应力随时间而降低的过程

【差异卸荷】

卸荷作用引起的卸荷面附近岩体内部应力重分布,造成局部应力集中效应,并在卸荷回弹变形过程中,因差异回弹在岩石中形成被约束残余应力体系,应力状态在这两方面引起变形和破坏。

【超空隙水压力】

饱水土体所承受的附加应力P 由颗粒和水共同承担(有效压力Ps 、中性压力PWe ),由附加应力引起的中性压力PWe 区别于土体中原有的静水压力,称之为超孔隙水压力(或剩余孔隙水压力)。

【活断层】

目前还在持续活动的断层,或在历史时期或近期地质时期活动过、极可能在不远的将来重新活动的断层。后一种情况也可称为潜在活断层

【地震】

接近地球表面的岩层中弹性波传播所引起的震动. 按其成因可分为构造地震、火山地震和陷落地震。

【地震波】

地震时震源释放的应变能以弹性波的形式向四面八方传播,这种弹性被就是地震波. 地震波包括两种在介质内部传播的体波和两种限于界面附近传播的面波, 体波包括纵波和横波

【发震断层】

能产生突然错动并释放弹性应变能的活断层

【场地地震效应】

在地震波作用下,场地会痴线各种破坏作用,统称场地地震效应

【地震的震级和烈度】

衡量地震本身大小和震动强烈程度的两个尺度

【地震震级】

是表示地震本身大小的尺度,是由地震所释放出来的能量大小所决定的。释放出的能量愈大则震级愈大,因为一次地震释放的能量是固定的,所以无论在任何地方测定只有一个震级。

【震级】

是距震中100km 的标准地震仪(周期0.8s ,阻尼比0.8,放大倍率2800倍) 所记录的以微米表示的最大振幅

【烈度】

是表征地震时震动强烈程度的尺度,其定义为“地震时一定地点的地面震动强度(破坏程度),是指该地点范围内的平均水平”。

对于一次地震而言,烈度随震中距的增加而逐渐减小。震中点的烈度称为“震中烈度”。

【地震基本烈度】

基本烈度:一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。用Ib 表示。

相当于500年一遇的最大地震的烈度。

【震源机制和震源参数】

研究多个地震台的地震谱,可以确定地震性的物理过程和震源物理过程,称为震源机制 根据地震记录图,按照弹性变位理论进行复杂计算,还可以求出限定震源物理过程的多个物理量,通称为震源参数

(1)断层面长度(L);(2)断层宽度(W);(3)断层走向;(4)断层倾向和倾角;(5)断层错动方向;

(6)断层错距(D);(7)断层破裂的扩展速度。这些量统称震源参数

【震源机制断层面解】

当震源断层发生突然错动时,对于断层每一盘的岩体,其错动的前进方向都会因运动受阻而形成压应力集中区,相反的方向也因受拉而形成拉应力集中区。于是在断层两盘岩体中,出现拉、压应力的象限分布情况,即这种四象限分布的拉、压应力场是由于震源断层错动的物理过程造成的,由此求得的结果称为“震源机制断层面解”,简称“震源机制解”。

【地基土的卓越周期】

表层沉积能对基岩传来的地震波起选择放大作用,某些周期的地震波在表土层中多次反射的结果,由于叠加而增强,这样就会使表层震动中这类周期的波多而长,这就是该表层土的卓越周期。也就是它的自震周期。

【粘滑现象】

剪切过程中,由于动、静摩擦角的差异,或由于凸起体被剪断、越过,或由于转动摩擦中翻转等所造成的剪切位移的突跃现象

【粘滑】

粘滑:间断地、周期性突然错断的活动为粘滑

【粘滑断层】

间断的周期性突然错断的断层

【蠕滑】

持续不断缓慢蠕动的称为蠕滑或稳滑

【蠕滑断层】

持续不断缓慢蠕动的断层

【地裂缝】

由于地壳块体或断裂带蠕动,导致在地面产生一系列微型破裂构造

【水库诱发地震】

由于水库蓄水而导致库区地震活动显著增强的现象。

【砂土液化 地基失效】

松散砂体受到振动时,粒间剪力使砂粒间产生滑移,改变排列状态。如果砂土原处于非紧密排列状态,就会有变为紧密排列状态的趋势。此时,如果砂土是饱水的,则需要从孔隙中排出一部分水。若砂粒很细则砂体渗透性不良,瞬时振动变形需要从孔隙中排除的水来不及排出于砂体之外。结果必然使砂体中空隙水压力上升,砂粒之间的有效正应力就随之而降低。当空隙水压力上升到使砂粒间有效正应力降为零时,砂粒就会悬浮于水中,砂体也就完全丧失了强度和承载能力。

【弯曲-拉裂(倾倒) 】

主要发育在陡立或陡倾内层状体(II4、II5类) 组成的中-极陡坡中。主要发生在斜坡前缘,陡倾的板状岩体在自重弯矩作用下,于前缘开始向临空方向作悬臂梁弯曲,并逐渐向坡内发展。弯曲的板梁之间互相错动并伴有拉裂,弯曲体后缘出现拉裂缝,形成平行于走向的反坡台阶和槽沟。板梁弯曲剧烈部位往往产生横切板梁的折裂

【岩体卸荷带】

斜坡中经卸荷回弹而松弛、并含有与之有关的表生结构面的那部分岩体。

【地下洞室围岩】

地下洞室:是指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。

硐室围岩:由开挖洞室引起的应力状态发生重大变化的范围内的岩体,习惯上称为“围岩”。

【松动圈】

洞体开挖后,围岩应力超过了围岩的屈服强度,这类围岩就会沿多组已有的断裂结构面发生剪切措动而松弛,并围绕洞体形成一定的碎裂松动带或松动圈。

【山岩压力(山压)】

地下洞室开挖后由于围岩的变形,松动和破坏作用在支护或衬砌上产生的压力

【围岩压力】

围岩作用在支护结构上的力

【岩爆】

地下开挖或开采过程中,高储能岩体中的应变能集中释放,造成洞壁或基坑突发性岩片爆裂的现象

【岩心饼化现象】

钻进过程中岩心裂成饼状的现象是高地应力区所特有的岩体力学现象.

【塑流涌出】

当开挖揭穿了饱水的断裂带内的松散破碎物质时,这些物质就会和水一起在压力下呈央有大量碎屑物的泥浆状突然地涌人洞中.有时甚至可以堵塞坑道,给施工造成很大的困难。

【新奥法】

是在软弱岩层中修建隧道时,开挖后立即喷射水泥混凝土作为临时支撑(必要时加锚杆) 以稳定围岩,然后再进行衬砌的施工方法。

【表层滑动】

表面滑动是沿混凝土基础与基岩接触面发生的剪切滑动。

【浅层滑动】

当坝基表层岩体的抗剪强度低于坝体混凝土时,剪切破坏往往发生在浅部岩体之内,造成浅层滑动。

【深层滑动】

在工程应力条件下岩体的深层滑动主要是沿已有的软弱结构面发生。因此.只有当地基岩体内存在有软弱结构面,且按一定组合能构成危险滑移体时,才有发生深层滑动的可能。

【固结灌浆】

为改善节理裂隙发育或有破碎带的岩石的物理力学性能而进行的灌浆工程。其主要作用是:①提高岩石的整体性与均质性; ②提高岩石的抗压强度与弹性模量; ③减少岩石的变形与不均匀沉陷。

【混合溶蚀效应】

对碳酸钙岩溶发育有特别重要意义的极其特有的效应。

【岩溶】

是在以碳酸盐类为主的可溶性岩石分布区,由于水特别是地下水,对岩石以溶蚀为主的作用所形成的诸现象的综合。

【潜蚀】

当地下渗流的动水压力达到一定值时,不均质砂层中的细小颗粒被渗透水流带走,地下水的这种侵蚀作用称为潜蚀。

【管涌】

强烈的渗透变形会在渗流出口处侵蚀成孔洞,孔洞又会促使渗透途经已经缩短、水力梯度有所增大的渗流向它集中,而在孔洞末端集中的渗透水流就具有更大的侵蚀能力,所以孔洞就不断沿最大水力梯度线溯源发展,最终形成一条水流集中的管道,由管道中涌出的水携带较大量的土颗粒,即管涌

【流土】

即土体表层某一部分土粒在垂直土层的渗透水流作用下全部浮动和流走。

【渗透变形 渗透破坏】

由于潜蚀使得岩土中一些颗粒甚至整体发生移动而被渗流携走,从而引起岩土的结构变松,强度降降低,甚至整体发生破坏的工程动力地质作用或现象称之为渗透变形或渗透破坏。

【斜坡】

地壳表部一切具有侧向临空面的地质体。特点是具有一定的坡度和高度。

【变形体】

斜坡中存在的已在明显变形破裂迹象的岩体或已查明处于进展性变形的岩体称为变形体。

【卸荷回弹】

成坡过程中,岩体向临空方向回弹膨胀、原有结构松弛,斜坡岩体内积存的弹性应变能释放而产生的。在高地应力区的岩质斜坡中尤为明显。

【碎屑流】

指由滑坡体或崩塌体自身转化而成的流体。是一种高速散体状流体

【泥石流】

是在有足够的外部水流(或降雨) 参与下形成的一种高密度“流体”。

【累进性破坏】

也称不稳定的破裂发展阶段。由于破裂过程中所造成的应力集中效应显著,即使工作应力保持不变,破裂仍会不断地累进性发展,通常某些最薄弱环节首先破坏,应力重分布的结果又引起次薄弱环节破坏,依次进行下去直至整体破坏。体积应变转为膨胀,轴应变速率和侧向应变速率加速地增大。

【RQD 岩石质量指标】

用直径75mm 金刚石钻头及双层岩芯管

【RMR 分类】

由岩块强度,RQD 值,节理间距,节理条件(倾伏,粗糙度)及地下水5类参数组成。


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