全國工程地質(zhì)及土力學復習資料?一、工程地質(zhì)及土力學概述

（一）工程地質(zhì)及土力學的研究對象與任務1.研究對象工程地質(zhì)及土力學主要研究與工程建設有關的地質(zhì)問題以及土的力學性質(zhì)和工程特性。它涉及巖石、土體、地下水等地質(zhì)體，以及它們在工程作用下的變形、強度和穩(wěn)定性等方面。2.任務為工程建設的規(guī)劃、設計、施工和運營提供地質(zhì)依據(jù)和技術支持，確保工程的安全、經(jīng)濟和合理。具體包括：查明建筑場地的工程地質(zhì)條件，包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構造、水文地質(zhì)條件等。分析和評價工程建設可能遇到的工程地質(zhì)問題，如地基沉降、邊坡失穩(wěn)、巖溶塌陷等，并提出相應的防治措施。研究土的物理性質(zhì)、力學性質(zhì)及其工程特性，為地基基礎設計提供參數(shù)。進行巖土工程勘察、測試和監(jiān)測，提供準確可靠的地質(zhì)資料和技術數(shù)據(jù)。

（二）工程地質(zhì)條件的主要內(nèi)容1.地形地貌地形是指地表的高低起伏狀態(tài)，地貌則是地形和地物的總稱。地形地貌對工程建設有重要影響，如山區(qū)和平原地區(qū)的工程建設特點不同。山區(qū)地形起伏大，可能存在滑坡、泥石流等地質(zhì)災害；平原地區(qū)地勢平坦，但可能存在軟土地基等問題。2.地層巖性地層是地殼中一定層位的巖石組合，巖性則是巖石的性質(zhì)。不同的巖石和土層具有不同的工程性質(zhì)，如巖石的強度高、壓縮性小，而軟土的強度低、壓縮性大。了解地層巖性是工程地質(zhì)勘察的重要內(nèi)容。3.地質(zhì)構造地質(zhì)構造是地殼運動中巖石發(fā)生變形和變位的產(chǎn)物，如褶皺、斷層等。地質(zhì)構造對工程建設的影響較大，如斷層附近可能存在地震活動、地下水滲漏等問題。4.水文地質(zhì)條件水文地質(zhì)條件包括地下水的類型、水位、水質(zhì)、水量及其動態(tài)變化等。地下水對工程建設的影響主要表現(xiàn)在地基沉降、基坑涌水、地下水腐蝕等方面。5.不良地質(zhì)現(xiàn)象不良地質(zhì)現(xiàn)象如滑坡、泥石流、巖溶、地震等，會給工程建設帶來嚴重的危害。在工程選址和設計時，需要充分考慮這些不良地質(zhì)現(xiàn)象的影響，并采取相應的防治措施。

二、巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)

（一）巖石的成因類型及特征1.巖漿巖巖漿巖是由巖漿冷凝而成的巖石。根據(jù)巖漿的來源和冷凝環(huán)境不同，可分為侵入巖和噴出巖。侵入巖如花崗巖，結晶程度高，巖石堅硬，抗壓強度大；噴出巖如玄武巖，具有氣孔構造，強度相對較低。2.沉積巖沉積巖是在地表或接近地表的條件下，由風化產(chǎn)物、有機物質(zhì)等經(jīng)過沉積、壓實和膠結作用而形成的巖石。常見的沉積巖有砂巖、頁巖、石灰?guī)r等。沉積巖具有層理構造，一般強度較低，抗水性較差。3.變質(zhì)巖變質(zhì)巖是由原來的巖石在高溫、高壓等條件下發(fā)生變質(zhì)作用而形成的巖石。如石灰?guī)r變質(zhì)后形成大理巖，頁巖變質(zhì)后形成板巖。變質(zhì)巖的工程性質(zhì)取決于原巖的性質(zhì)和變質(zhì)程度，一般來說，變質(zhì)程度越高，巖石的強度越高。

（二）巖石的物理性質(zhì)1.重量指標比重：巖石的比重是指巖石固體顆粒的重量與同體積水的重量之比，反映了巖石中礦物成分的相對含量。重度：巖石的重度是指巖石單位體積的重量，分為天然重度、干重度和飽和重度。天然重度反映巖石在天然狀態(tài)下的重量，干重度反映巖石烘干后的重量，飽和重度反映巖石在飽水狀態(tài)下的重量。2.孔隙性指標孔隙度：巖石的孔隙度是指巖石中孔隙體積與總體積之比，反映了巖石的孔隙發(fā)育程度?？紫抖仍酱螅瑤r石的透水性越強，強度越低。吸水率：巖石的吸水率是指巖石吸收水分的重量與干燥巖石重量之比，反映了巖石的吸水性。吸水率與巖石的孔隙度和孔隙大小有關。3.水理性質(zhì)透水性：巖石的透水性是指巖石允許水透過的能力，與巖石的孔隙度、孔隙大小和連通性有關。軟化性：巖石的軟化性是指巖石在水的作用下強度降低的性質(zhì)，用軟化系數(shù)表示。軟化系數(shù)越小，巖石的軟化性越強?？箖鲂裕簬r石的抗凍性是指巖石抵抗凍融破壞的能力，用抗凍等級表示。抗凍性與巖石的孔隙度、吸水率和巖石礦物成分有關。

（三）巖石的力學性質(zhì)1.抗壓強度巖石的抗壓強度是指巖石抵抗壓力破壞的能力，是巖石力學性質(zhì)的重要指標?？箟簭姸扰c巖石的礦物成分、結構構造、孔隙度等因素有關。2.抗拉強度巖石的抗拉強度是指巖石抵抗拉伸破壞的能力，一般遠小于抗壓強度。3.抗剪強度巖石的抗剪強度是指巖石抵抗剪切破壞的能力，與巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角有關。

三、土的物理性質(zhì)及工程分類

（一）土的三相組成土是由固體顆粒、液體水和氣體三相組成的分散體系。固體顆粒是土的骨架，決定了土的粒度成分和礦物成分；液體水存在于土的孔隙中，對土的性質(zhì)有重要影響；氣體存在于土的孔隙中，影響土的滲透性和壓縮性。

（二）土的粒度成分和礦物成分1.粒度成分土的粒度成分是指土中不同粒徑顆粒的相對含量，常用篩分法和沉降法測定。根據(jù)粒度成分，可將土分為巨粒土、粗粒土和細粒土。2.礦物成分土的礦物成分主要包括原生礦物和次生礦物。原生礦物如石英、長石等，顆粒較大，抗風化能力強；次生礦物如蒙脫石、高嶺土等，顆粒較小，具有較大的比表面積，對土的性質(zhì)影響較大。

（三）土的物理性質(zhì)指標1.基本物理性質(zhì)指標土的密度：土的密度是指土的單位體積質(zhì)量，分為天然密度、干密度和飽和密度。天然密度反映土在天然狀態(tài)下的質(zhì)量，干密度反映土烘干后的質(zhì)量，飽和密度反映土在飽水狀態(tài)下的質(zhì)量。土粒比重：土粒比重是指土粒的質(zhì)量與同體積純水的質(zhì)量之比，反映了土粒的礦物成分。含水量：土的含水量是指土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，常用百分數(shù)表示。含水量對土的性質(zhì)有重要影響，如含水量增加，土的強度降低，壓縮性增大。2.反映土的密實程度指標孔隙比：土的孔隙比是指土中孔隙體積與土粒體積之比，反映了土的孔隙發(fā)育程度。孔隙比越大，土越疏松?？紫堵剩和恋目紫堵适侵竿林锌紫扼w積與總體積之比，與孔隙比類似，反映了土的密實程度。相對密實度：相對密實度是指無粘性土的天然孔隙比與最松狀態(tài)孔隙比之差和最密實狀態(tài)孔隙比與最松狀態(tài)孔隙比之差的比值，用于評價無粘性土的密實程度。3.反映土的濕度狀態(tài)指標飽和度：土的飽和度是指土中孔隙體積被水充滿的程度，用百分數(shù)表示。飽和度越大，土越接近飽水狀態(tài)。液性指數(shù)：液性指數(shù)是指土的天然含水量與塑限之差和液塑限之差的比值，用于評價粘性土的軟硬狀態(tài)。液性指數(shù)小于0，土處于堅硬狀態(tài)；液性指數(shù)大于1，土處于流動狀態(tài)。

（四）土的工程分類1.《土的工程分類標準》（GB/T501452007）分類方法該標準根據(jù)土的粒度成分、塑性指標等將土分為巨粒土、粗粒土、細粒土和特殊土。其中，巨粒土如漂石、卵石等；粗粒土如礫類土、砂類土等；細粒土如粉質(zhì)粘土、粘土等；特殊土如軟土、黃土、膨脹土等。2.工程實踐中土的分類在工程實踐中，還常根據(jù)土的工程性質(zhì)和工程要求對土進行分類，如將土分為填方土料、地基土等，并對不同類型的土提出相應的工程要求。

四、土的壓縮性與地基沉降計算

（一）土的壓縮性1.土的壓縮性概念土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的性質(zhì)。土的壓縮主要是由于土中孔隙體積減小引起的，包括孔隙水的擠出和土粒的重新排列。2.壓縮性指標壓縮系數(shù)：壓縮系數(shù)是指土在側限壓縮試驗中，單位壓力增量所引起的孔隙比增量，用a表示。壓縮系數(shù)越大，土的壓縮性越高。壓縮模量：壓縮模量是指土在側限壓縮試驗中，豎向應力與豎向應變的比值，用Es表示。壓縮模量與壓縮系數(shù)互為倒數(shù)，壓縮模量越大，土的壓縮性越低。

（二）地基沉降計算1.分層總和法分層總和法是計算地基沉降的常用方法。該方法的基本原理是將地基土分層，分別計算各層土的壓縮量，然后將各層土的壓縮量相加得到地基的總沉降量。計算步驟如下：確定地基分層厚度。計算各分層土的自重應力和附加應力。計算各分層土的壓縮量。將各分層土的壓縮量相加得到地基總沉降量。2.規(guī)范法規(guī)范法是根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB500072011）推薦的方法計算地基沉降。該方法考慮了地基土的分層、土的壓縮性指標、基礎形狀和尺寸等因素，計算結果更加符合實際情況。規(guī)范法的計算步驟與分層總和法類似，但在計算過程中采用了一些簡化和修正方法。

（三）影響地基沉降的因素1.土的性質(zhì)土的壓縮性、滲透性、顆粒級配等性質(zhì)對地基沉降有重要影響。壓縮性高的土沉降量大，滲透性差的土沉降穩(wěn)定時間長。2.基礎條件基礎的尺寸、形狀、埋深等對地基沉降有影響?；A尺寸越大，附加應力擴散范圍越大，地基沉降越小；基礎埋深越大，地基土的自重應力越大，地基沉降越小。3.荷載條件荷載的大小、分布和作用時間對地基沉降有影響。荷載越大，地基沉降越大；荷載分布不均勻，地基沉降不均勻；長期作用的荷載會使地基沉降逐漸增大。4.地下水條件地下水的升降會引起地基土的膨脹和收縮，從而影響地基沉降。地下水位下降會使地基土產(chǎn)生附加沉降，地下水位上升會使地基土強度降低，導致地基沉降增大。

五、土的抗剪強度

（一）土的抗剪強度概念土的抗剪強度是指土抵抗剪切破壞的能力。土的抗剪強度與土的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角有關，內(nèi)聚力是土顆粒之間的粘結力，內(nèi)摩擦角是土顆粒之間的摩擦力和咬合力。

（二）抗剪強度試驗方法1.直接剪切試驗直接剪切試驗是最常用的抗剪強度試驗方法。該試驗是將土樣放在剪切盒中，施加垂直壓力和水平剪切力，測定土樣在剪切過程中的應力和應變，從而得到土的抗剪強度指標。直接剪切試驗分為快剪、固結快剪和慢剪三種試驗方法，分別適用于不同的工程情況。2.三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗是在圓柱形土樣上施加周圍壓力和軸向壓力，通過控制軸向壓力使土樣發(fā)生剪切破壞，測定土樣的抗剪強度指標。三軸壓縮試驗分為不固結不排水試驗（UU）、固結不排水試驗（CU）和固結排水試驗（CD）三種試驗方法，分別適用于不同的工程情況。3.無側限抗壓強度試驗無側限抗壓強度試驗是在不施加周圍壓力的情況下，對圓柱形土樣施加軸向壓力，直至土樣破壞，測定土樣的無側限抗壓強度。無側限抗壓強度試驗適用于測定飽和粘性土的抗剪強度指標。

（三）抗剪強度指標的應用1.地基承載力計算地基承載力是指地基土承受建筑物荷載的能力。在計算地基承載力時，需要考慮土的抗剪強度指標，以確保地基的穩(wěn)定性。2.土坡穩(wěn)定性分析土坡穩(wěn)定性是指土坡在自重和外部荷載作用下保持穩(wěn)定的能力。在分析土坡穩(wěn)定性時，需要利用土的抗剪強度指標，計算土坡的安全系數(shù)，判斷土坡是否穩(wěn)定。3.擋土墻設計擋土墻是用于支撐土體、防止土體坍塌的結構物。在設計擋土墻時，需要根據(jù)土的抗剪強度指標計算土壓力，確定擋土墻的尺寸和穩(wěn)定性。

六、工程地質(zhì)勘察

（一）工程地質(zhì)勘察的目的與任務1.目的工程地質(zhì)勘察的目的是為工程建設提供準確的地質(zhì)資料和技術數(shù)據(jù)，查明工程場地的工程地質(zhì)條件，分析和評價工程建設可能遇到的工程地質(zhì)問題，并提出相應的防治措施。2.任務查明地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構造、水文地質(zhì)條件等工程地質(zhì)條件。分析和評價工程建設可能遇到的工程地質(zhì)問題，如地基沉降、邊坡失穩(wěn)、巖溶塌陷等。提供巖土工程設計、施工所需的參數(shù)，如地基承載力、土的抗剪強度指標等。提出工程地質(zhì)建議，如地基處理方案、基礎類型選擇等。

（二）工程地質(zhì)勘察階段1.可行性研究勘察可行性研究勘察是在工程建設的可行性研究階段進行的勘察工作。該階段的目的是對工程場地的穩(wěn)定性和適宜性進行初步評價，為工程選址提供依據(jù)。2.初步勘察初步勘察是在工程建設的初步設計階段進行的勘察工作。該階段的目的是對工程場地的工程地質(zhì)條件進行詳細查明，為工程初步設計提供地質(zhì)資料。3.詳細勘察詳細勘察是在工程建設的施工圖設計階段進行的勘察工作。該階段的目的是對工程場地的工程地質(zhì)條件進行進一步詳細查明，為工程施工圖設計提供準確的地質(zhì)資料和技術數(shù)據(jù)。

（三）工程地質(zhì)勘察方法1.工程地質(zhì)測繪工程地質(zhì)測繪是通過對地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構造等進行現(xiàn)場觀察和測量，繪制工程地質(zhì)圖的方法。工程地質(zhì)測繪是工程地質(zhì)勘察的基礎工作，能夠為后續(xù)的勘察工作提供宏觀指導。2.勘探與取樣勘探是為了查明地下地質(zhì)情況而進行的鉆探、坑探、物探等工作。取樣是從勘探孔中采取土樣和巖樣，進行室內(nèi)試驗，以獲取土和巖石的物理性質(zhì)、力學性質(zhì)等指標。3.原位測試原位測試是在現(xiàn)場對土進行測試的方法，如靜力觸探試驗、標準貫入試驗、十字板剪切試驗等。原位測試能夠獲取土的原位力學性質(zhì)指標，更加真實地反映土的工程性質(zhì)。4.室內(nèi)試驗室內(nèi)試驗是將采取的土樣和巖樣在室內(nèi)進行試驗，如物理性質(zhì)試驗、力學性質(zhì)試驗、化學性質(zhì)試驗等。室內(nèi)試驗能夠獲取土和巖石的各項指標，為工程設計提供依據(jù)。

（四）工程地質(zhì)勘察報告工程地質(zhì)勘察報告是工程地質(zhì)勘察工作的成果總結，包括文字報告和附圖、附表等。文字報告應包括工程概況、勘察目的、勘察方法、工程地質(zhì)條件、工程地質(zhì)問題分析與評價、勘察結論與建議等內(nèi)容。附圖應包括工程地質(zhì)圖、勘探點平面布置圖、地質(zhì)剖面圖等。附表應包括土工試驗成果表、原位測試成果表等。

七、特殊土地基

（一）軟土地基1.軟土的工程特性軟土是指天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、強度低的粘性土和粉土。軟土的工程特性包括：高含水量和高孔隙比：軟土的含水量一般大于液限，孔隙比大于1。低強度：軟土的抗