1工程岩土学环境科学与工程学院 刘红军 2013年3月绪论绪论提纲提纲一、工程岩土学的研究意义一、工程岩土学的研究意义二、工程岩土学研究的对象、特征及内容二、工程岩土学研究的对象、特征及内容三、工程岩土学的发展概况三、工程岩土学的发展概况四、学习方法四、学习方法（一）人类工程活动与地质环境的关系（一）人类工程活动与地质环境的关系一、 工程岩土学的研究意义一、 工程岩土学的研究意义人类工程活动包括：人类工程活动包括：(1)各种工程建设活动：工民建、地下工程、道桥、海港各种工程建设活动：工民建、地下工程、道桥、海港 (2)开发矿产活动：地下开采、露天开采开发矿产活动：地下开采、露天开采 (3) 农业生产活动：农田水利灌溉农业生产活动：农田水利灌溉1、地质环境对人类工程活动的制约作用、地质环境对人类工程活动的制约作用 (1)影响工程建筑物的稳定性和正常使用，如水库、滑坡影响工程建筑物的稳定性和正常使用，如水库、滑坡 (2)影响工程活动的安全，如井下开采、地铁隧道施工影响工程活动的安全，如井下开采、地铁隧道施工 (3)由于地质条件不具备而提高工程造价，如软基处理、边坡支护由于地质条件不具备而提高工程造价，如软基处理、边坡支护2、人类工程活动对地质环境的影响作用、人类工程活动对地质环境的影响作用 (1)大量抽取地下水大量抽取地下水导致导致地地面沉降面沉降，如，如上上海、天海、天津津、苏锡苏锡常地常地区区 (2)露天开露天开挖引起挖引起边坡边坡失失稳，如稳，如抚顺西抚顺西露天矿露天矿 (3)修修建水库建水库引起引起的的浸没浸没、水库、水库诱诱发地发地震震（二）工程地质学的研究内容（二）工程地质学的研究内容1、工程地质学的研究内容工程地质学的研究内容 定定义义：工程地质：工程地质学是研究学是研究工程建设工程建设规划规划、选址选址、施工施工、运营运营这这一系一系列过列过程程 的地质的地质问题问题，要保证要保证建筑物的建筑物的安全稳定安全稳定、正常使用正常使用、并考虑到并考虑到合合理理经济经济，同时同时 又要又要保保护护自然自然环境环境的一的一门科学门科学，是是地质地质学学的的重要分科。重要分科。2、工程地质学的分科工程地质学的分科 一一般分为般分为：(1)工程工程岩土学岩土学 (2)土力学土力学和和岩体力学岩体力学（岩土力学岩土力学） (3)工程地质工程地质分析原分析原理（工程动理（工程动力力地质地质学学） (4)工程地质工程地质勘察勘察 现在兴起现在兴起的的: (5)环境工程地质环境工程地质(6)城市城市工程地质工程地质 (7)海海洋洋工程地质工程地质(8)地地震震工程地质工程地质研究内容研究内容：及及人人来来工程活动的地质环境，工程活动的地质环境，也称也称工程地质条件，包括：工程地质条件，包括：岩石岩石 和和土土的性质、地质的性质、地质构构造、地造、地形形地地貌貌、水、水文文地质条件、地质条件、自然自然地质地质现象现象、天、天然然建建材材。不同的建筑要求不同的工程地质条件，不同的工程地质条件又决定了建筑物不同的建筑要求不同的工程地质条件，不同的工程地质条件又决定了建筑物 的特点。的特点。2高架桥隧道山区桥梁山区桥梁隧道外景高速公路3山区隧道填海造陆地基失稳工程地质问题斜坡滑动金阳新区某隧道塌方现场（2007.7）4二、 工程岩土学的研究内容和对象二、 工程岩土学的研究内容和对象1、工程岩土定义工程岩土定义 工程工程岩土学是研究岩土体岩土学是研究岩土体的物理的物理力学力学性质性质及其形成变化规律及其形成变化规律，并探讨改良并探讨改良 途径途径的一的一门学科门学科，是是工程地质工程地质学学的基的基础部础部分。分。 2、工程岩土研究对象工程岩土研究对象 岩土体岩土体：由一定的：由一定的岩土材岩土材料组料组成成，具，具有有一定一定岩土岩土结结构构的，的，赋存赋存于一定地于一定地 质环境（质环境（地下水和地下水和应应力力状态状态）中中地质地质体。体。黄土地貌多年冻土土样照片3、工程岩土研究内容工程岩土研究内容 (1)岩土体岩土体的工程地质性质：物理性质的工程地质性质：物理性质(密度密度、干湿干湿、孔隙孔隙)，水理性质，水理性质 （塑塑性、性、膨胀膨胀、渗透渗透、软、软化化），），力学力学性质性质(外外力力作用下的作用下的变形变形、强度强度)； (2)岩土体岩土体的工程地质性质的的工程地质性质的形成形成和和分分布布规律规律；(3) 预测预测自然自然环境环境或或人类活动影响下，人类活动影响下，岩土体岩土体性质性质可能可能发生的发生的变化及变化及对对 建建(构构)物的物的危害；危害； (4)研究岩土体研究岩土体的工程地质的工程地质分分类类 (5)研究岩土体研究岩土体工程地质性质工程地质性质指标指标的的分析分析测试方法测试方法、技术；技术； (6)研究岩土体研究岩土体不不良良性质的性质的改良原改良原则则和和方法方法组成组成结构结构物理性质物理性质水理性质水理性质力学性质力学性质分类分类人工改良人工改良工程地质性质工程地质性质组成与结构对工程性质影响组成与结构对工程性质影响工程地质分类工程地质分类测测 试试 方方 法法 与与 技技 术术工程地质性质变化规律工程地质性质变化规律原则与方法原则与方法研究内容研究内容5研究方法研究方法定性定性定量定量室内实验室内实验地质学方法地质学方法现场原位测试现场原位测试岩土工程三、 工程岩土学的发展概况三、 工程岩土学的发展概况国际上：20年代末期形成，苏联土质学 欧美等国，纳入20年代的土力学， 50年代的岩体力学我国：1、50年代前，松软土，以粒度方面为主； 2、 5060年代，着重土，以化学成分与性质关系为主 注意到土质改良及岩体岩石研究； 3、60年代后，发展较大，以土的结构及土体结构为主 岩石岩体的研究也有较大发展； 最近20年，岩土体的本构模型 研究、非饱和土研究发展动向：力学性质测试技术特殊土研究运用力学、数学、物理方法，地质学与力学结合大力发展和引进现代测试研究某些特殊岩土体研究，特殊环境的土数学分析试验数据的统计分析今后还需加强的研究方面： 1）土的微观结构和宏观结构 2）动力性质的研究 3）新测试技术，室内外试验的结合 4）与其它基础学科的联系。1.基本理论：土体的形成、土的物质组成与结构、土粒与水的相 互作用、土体结构的基本特征；2.基本知识：土的工程地质性质和指标，特殊土的工程地质特 征，土的物理力学性质及指标，土的工程地质分类，土的性质及 人工改良的基本原理；3.基本技能：土的工程地质性质指标的室内常规试验方法及试验 资料的整理与分析。四、学习方法四、学习方法1环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院 刘红军刘红军刘红军刘红军第一篇第一篇第一篇第一篇 土和土体的工程地质研究土和土体的工程地质研究土和土体的工程地质研究土和土体的工程地质研究自然界中土分布广泛，约占地球的2/5，各种各样，性质差异巨大。第一篇第一篇第一篇第一篇 土和土体的工程地质研究土和土体的工程地质研究土和土体的工程地质研究土和土体的工程地质研究土体与人类关系密切:(1)地下水储存空间,(2)工程建筑地基,(3)天然建材(砂、 粘土) 土的性质差异巨大，影响工程的规划、设计、施工、运营，研究土的工程性质 为工程设计、施工提供指标参数是工程岩土学的首要任务。一、土和土体的概念一、土和土体的概念 土：是具有一定的成因的各种矿物各种矿物的松散集合体，有母岩风化而来。 土体：是由一定的土体材料土体材料组成，具有一定的土体结构土体结构，赋存于一定地一定地 质环境中质环境中的地质体。 二、土的相系组成二、土的相系组成表现为：三相湿土，二相干土、饱和土，单相冻土土：是多相体系的物质：固相的土颗粒骨架孔隙中液相的水溶液 气相的气体第一章第一章第一章第一章 土的物质组成及结构构造土的物质组成及结构构造土的物质组成及结构构造土的物质组成及结构构造 1.1.1 1 土的粒度成分土的粒度成分土的粒度成分土的粒度成分 1.2 1.2 土的矿物成分土的矿物成分土的矿物成分土的矿物成分 1.3 1.3 土中的胶体土中的胶体土中的胶体土中的胶体 1.4 1.4 土中的水和土中的水和气气体体土中的水和土中的水和气气体体 1.5 1.5 土的结构和土体结构土的结构和土体结构土的结构和土体结构土的结构和土体结构1.1 1.1 土的粒度成分土的粒度成分土的粒度成分土的粒度成分一、粒组的概念及一、粒组的概念及其划其划分分1、粒组的概念 粒径：土粒的大小通常以其平均粒径的大小来表示，称粒径，又称粒 度。(单位：mm) 范围：10- 4mm103mm 粒组：为了便于分析、归纳各种土粒的特性，根据土粒特性与其粒径的 变化关系，将组成土的土粒按粒径大小还分为若干个组别，这种 大小相近、性质相似的组别称为粒组，也称粒级。每个粒组都以 土粒的两个粒径的数值作为上下限。2、粒组的划分 划分原则：(1)符合粒径大小量变到质变的规律。2mm毛细力，0.05mm粘 着力，0.005mm胶体特性 (2)分组与测试条件技术适应。0.1mm,筛分，2mm肉眼鉴别 (3)便于记忆，符合一定的数学规律。200，20，2，1/2， 1/20，1/200粒组划分方案： 岩土工程勘察规范（GB50021- 2001）一般粉六大组，由粗到细依次为：粒 径（mm） 800- 200 200- 20 20- 2 2- 0.075（0.05） 0.075- 0.005 0.1mm的粗粒土 (2)比重计法 (3)移液管法 (4)虹吸比重瓶法 (5)激光粒度仪用土量少静水沉降，细粒土2(二)土的粒度成分的表示方法 1、数字表格法3520.0554020相对百分含量%2粒组(mm)98.70.12.90.250.0195.80.2563.30.50.254.40.531.420.51.121.12累计百分含量%累计粒径（mm）相对百分含量%粒组（mm）数字表格数字表格法特法特点：点：内容内容详细，不易得出详细，不易得出规律规律，大，大量量样品难于比较样品难于比较分分析析2、图解法 包括：累计曲线法、分布曲线法、三角图法3、累计曲线法定义：累计曲线图是以土粒粒径为横坐标(对数)，以粒组累计百分含量（小 于该粒径的所有土粒的百分含量）为纵坐标，在坐标系中所得点的连线。10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.075200g10 16 18 24 22 38 72100 95 87 78 66 55 36水分法水分法101013.513.52626百百分分数数百百分分数数P(%)P(%)0.0050.0050.010.010.050.05粒粒径径粒粒径径(mm)(mm)标准筛标准筛及及孔径孔径(mm)小于某小于某粒粒径径的土粒质量的土粒质量(g)含含量量P(%)200 200-10=190 190-16=174 174-18=156 156-24=132 132-22=110 110-38=72100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（）（）10 5.01.0 0.50.10 0.050.01 0.0050.001粒径粒径(mm)4、累计曲线的特点及作用（1）特点：曲线平缓，说明分选差，级配良好 曲线陡倾，说明分选好，级配不好100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数（）（）10 5.01.0 0.50.10 0.050.01 0.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d50d10d306666C Cu u2.412.410.0630.063