工程地质学读书报告

一、地下水的类型，主要运动规律及工程意义

1、地下水的类型

根据不同的标准，地下水可以有不同的分类。

按地下水成因可分为凝结水、渗人水、埋藏水、原生水等；

按地下水的含盐量，分为淡水、微咸水、咸水、盐水和卤水；

按地下水的力学性质分为结合水、毛细水和重力水等。

再按含水层空隙性质，分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。

根据地下水的水力特征和埋藏条件，分为包气带水、潜水和承压水。（综合分类法）

包气带水是指储存在包气带（含有空气的岩土层）中以各种形式存在的水。

潜水是埋藏在地表以下，第一隔水层以上，具有自由表面的重力水，直接接受大气降水

的补给，水位、水温和水质随着当地气象因素的变化而发生着相应的变化。主要用于农田灌

溉用水。

承压水是指埋藏在地表以下两个隔水层之间具有压力的地下水。当人们凿井打穿不透水

层，揭露含水层顶板的时候，承压水便会在水头的作用下上升，直到到达某一高度才会稳定

下来。承压水具有稳定的隔水顶板，只能间接接受其上部大气降水和地表水的补给。因此，

承压水受当地气象影响不很显著，存在滞后现象。（图2）

将二者组合成为9种复合类型的地下水。

图1

图2

2、地下水的主要运动规律及工程意义

运动规律：地下水运动分为层流和紊流。地下水在土中或微小裂隙中以不大的速度连续渗透

时为层流运动;在岩石是裂隙或空洞内流动，会产生紊流。地下水是渗透速度一般符合达西

定律。地下水运动分为层流和紊流。地下水在土中或微地下水对工程的影响

1、潜水上升，引起盐渍化，增大腐蚀性。

2、河谷阶地、斜坡及岸边，潜水上升，增大浸湿范围，破坏岩土体的结构和强度。

3、粉土、粉、细砂层中，潜水上升，会产生液化。

4、水位上升，可能使基础上浮使建筑物失稳。

5、膨胀土区，水位上升或土体水分增减，使膨胀岩土产生不均匀胀缩变形。

6、寒冷地区，潜水上升，冻结，地面隆起。解冻降低抗压强度和抗剪强度。导致建筑

物开裂、失稳。

7、地下水位在压缩层范围内突然下降，增加自重应力，使基础产生附加沉降，导致变

形破坏。

另外基坑支护中的地下水的影响、地表塌陷、地面沉降都可能与地下水有关。

二、工程地质勘察及主要手段

1、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。为工程建设的规划、设计、施工提供必要的依据及参数。工程地质条

件通常是指建设场地的地形、地貌、地质构造、地层岩性、不良地质现象以及水文地

质条件等。

勘察内容

主要有以下五项：

①搜集研究区域地质、地形地貌、遥感照片、水文、气象、水文地质、地震等已

有资料，以及工程经验和已有的勘察报告等;

②工程地质调查与测绘；

③工程地质勘探见工程地质测绘和勘探；

④岩土测试和观测见土工试验和现场原型观测、岩体力学试验和测试；

⑤资料整理和编写工程地质勘察报告。

工程地质勘察通常按工程设计阶段分步进行。不同类别的工程，有不同的阶段划

分。对于工程地质条件简单和有一定工程资料的中小型工程，勘察阶段也可适当合并。

勘察方法和工作量

主要根据工程类别与规模、勘察阶段、场地工程地质的复杂程度和研究状况、工

程经验、建筑物等级及其结构特点、地基基础设计与施工的特殊要求等六个方面而定。

2、工程地质勘察的主要手段

工程地质勘察方的手段，包括工程地质测绘、工程地质勘探、实验室或现场试验、长期观测

（或监测）等。

㈠工程地质测绘 在一定范围内调查研究与工程建设活动有关的各种工程地质条件，测制

成一定比例尺的工程地质图，分析可能产生的工程地质作用及其对设计建筑物的影响，并为

勘探、试验、观测等工作的布置提供依据。它是工程地质勘察的一项基础性工作。测绘范围

和比例尺的选择，既取决于建筑区地质条件的复杂程度和已有研究程度，也取决于建筑物的

类型、规模和设计阶段。规划选点阶段，区域性工程地质测绘用小比例尺（1:10万，1:5万）；

设计阶段,水库区测绘大多用中比例尺（1:2.5万，1:1万）,坝址、厂址则用大比例尺(1:5000，

1:2000,1:1000,1:500)。工程地质测绘所需调研的内容有地层岩性、地质构造、地貌及第四

纪地质、水文地质条件、天然建筑材料、自然（物理）地质现象及工程地质现象。对所有地

质条件的研究，都必须以论证或预测工程活动与地质条件的相互作用或相互制约为目的，紧

密结合该项工程活动的特点。当露头不好或这些条件在深部分布不明时，需配合以试坑、探槽、钻孔、平洞、竖井等勘探工作进行必要的揭露。

工程地质测绘通常是以一定比例尺的地形图为底图，以仪器测量方法来测制。采用卫星

像片、航空像片和陆地摄影像片，通过室内判读调绘成草图，到现场有目的地复查，与进一

步的照片判读反复验证，可以测制出更精确的工程地质图。并可提高测绘的精度和效率，减

少地面调查的工作量。

㈡工程地质勘探 包括工程地球物理勘探、钻探和坑探工程等内容。

① 工程地球物理勘探。简称工程物探，其目的是利用专门仪器，测定各类岩、土体或地质

体的密度、导电性、弹性、磁性、放射性等物理性质的差别，通过分析解释判断地面下

的工程地质条件。

②钻探和坑探。采用钻探机械钻进或矿山掘进法，直接揭露建筑物布置范围和影响深度内的

工程地质条件，为工程设计提供准确的工程地质剖面的勘察方法。其任务是：查明建筑物影

响范围内的地质构造，了解岩层的完整性或破坏情况，为建筑物探寻良好的持力层（承受建

筑物附加荷载的主要部分的岩土层）和查明对建筑物稳定性有不利影响的岩体结构或结构面

（如软弱夹层、断层与裂隙）;揭露地下水并观测其动态;采取试验用的岩土试样；为现场测

试或长期观测提供钻孔或坑道。

㈢实验室试验及现场原位测试 获得工程地质设计和施工参数，定量评价工程地质条件和

工程地质问题的手段，是工程地质勘察的组成部分。室内试验包括：岩、土体样品的物理性

质、水理性质和力学性质参数的测定。现场原位测试包括：触探试验、承压板载荷试验、原

位直剪试验以及地应力量测等。

㈣工程地质长期观测是工程地质勘察中一项重要工作。在工程规划、勘察、施工阶段

以至完工以后对某些工程地质条件和某些工程地质问题进行长期观测，以了解其随时

间变化的规律及发展趋势，从而验证、预测和评价对工程建筑和地质环境的影响。观

测内容有地下水动态（水位、水质），各种物理地质现象。如滑坡动态、斜坡岩土体

变形、水库坍岸、岩石风化速度，以及建筑物变形和沉降等。工程地质长期观测必须

在查清工程地质条件基础上进行。长期观测网点的位置应能控制观测埘象在空间上的

变化。观测时间有定期的和不定期的，其间隔和长短，视观测内容需要和变化特点而

定。设计建筑物规模较小，或大型建筑物的早期设计阶段，且易于取得岩、土体试样的情

况下，往往采用实验室试验。但室内试验试样小，缺乏代表性，且难以保持天然结构。

三、土的粒组划分方案与土的工程分类

1、土的粒组划分方案

(1)土的粒组划分

工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。粒组间的分界线是人为划定的，划分时应

使粒组界限与粒组性质的变化相适应，并按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。对粒组

的划分，我国 GB 50021-94 《岩土工程勘察规范》 的粒组划分标准 。

(2)粒度成分及其表示方法

土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量（以干土质量的百分比表示），它可用以描

述土中不同粒径土粒的分布特征。常用的粒度成分的表示方法是累计曲线法，它是一种图示

的方法，通常用半对数纸绘制，横坐标（按对数比例尺）表示某一粒径，纵坐标表示小于某

一粒径的土粒的百分含量， 在 累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：

不均匀系数:

曲率系数:

式中 d 10 ， d 30 ， d 60 分别相当于累计百分含量为 10%， 30%和 60%的粒径， d 10 称为

有效粒径， d 60 称为限制粒径。不均匀系数 C u 反映大小不同粒组的分布情况， C u ＜ 5 的

土称为匀粒土，级配不良； C u 越大，表示粒组分布范围比较广， C u ＞ 10 的土级配良好。

但如 C u 过大，表示可能缺失中间粒径，属不连续级配，故需同时用曲率系数 C c来评价。

曲率系数则是描述累计曲线整体形状的指标。

(3) 粒度成分测定方法

对于粗粒土可以采用筛分法，而对于细粒土（粒径小于 0.075 mm ）则必须用沉降分析法测

定其粒度成分。筛分法是用一套不同孔径的标准筛把各种粒组分离出来的方法。沉降分析法

是根据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比的司笃克斯公式来确定各粒组相对 含

量的方法。

2、土的工程分类

土的工程分类是把不同的土分别安排到各个具有相近性质的组合中去，其目的是为了人们有

可能根据同类土已知的性质去评价其工程特性，或为工程师提供一个可供采用的描述与评价

土的方法。

土的分类标准

一是简明的原则：土得分类体系采用的指标，既要能综合反映土的主要工程性质，又要

其测定方法简单，且使用方便。

二是工程特性差异的原则： 土的分类体系采用的指标要在一定程度上反映不同类工程

用土得不同特性，即同类土的工程性质最大程度相似，异类土的工程性质显著差异。

土得两大类工程分类体系

一是建筑工程系统的分类体系：侧重于把土作为建筑地基和环境，故以原状土为基本对

象。因此，对土得分类除考虑土得组成为，很注重土得天然结构性，即土粒联结与空间排列

特征。

二是工程材料系统的分类体系：侧重于把土作为建筑材料，用于路提，土坝和填土地

基等工程。因此，以扰动土为基本对象，注重土的组成，不考虑土得天然结构性。

按我国《建筑地基基础设计规范》 (GB50007 — 2002) ，把土划分成五种类型：碎石土、

砂土、粉土、粘性土和人工土。

1、碎石土

碎石土是典型的粗粒土，如果土中粒径大于 2mm 的含量高于整个土体的重量的 50 ％，

该土就属于碎石土。按粒粗和颗粒形状，碎石土又可以进一步细分，见下表。

碎石土的分类

2、砂 土

砂土即细—中粒土，无塑性，由细小岩石及矿物碎片组成。砂粒直径变化在 0 ． 75 — 2mm 之间，大于 ０．０75mm 的土粒含量超过 50 ％。按粒组含量，砂土又可以进一步分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂五类，如下表所示。

3、粉土

粉土是细粒土，粒径变化在 0 ． 002 ～ 0 ． 075mm 之间，且土粒大于 0.075mm 的含量不得超过

50 ％，塑性指数 I P ≤ 10 。总之，粉土性质介于砂土和粘土之间。无机质粉土亦称“岩粉”。

4、粘性土

粘性土是典型的细粒土，粒径小于 0.002mm ，形状不规整。粘性土可以细分成两类：粉质粘土和粘土。其划分的依据是塑性指数 I P ，如下表 所示。

粘性土的分类

5、人工填土

土即人为作用形成的土。常见的人工填土有素填土、压实填土、杂填土和冲填土。素填土可含各种土。杂填土是各种垃圾混杂形成的人工土，这些垃圾可能是工业废料，也可能是城市垃圾物。冲填土是水力作用形成的，如河堤和江堤挖沙、挖淤形成的土。 此外，自然界中还分布有许多特殊性质的土，包括淤泥、淤泥质土、膨胀土、湿陷黄土、红粘土等。这些土分布在我国的不同地区。它们的分类都有各自的规范，在实际工程中可选择相应的规范查用。

四、岩石的类型及工程意义

1、岩石的类型

虽然岩石的面貌是千变万化的，但是从它们形成的环境，也就是从成因上来划分，可以把岩石分为三大类：沉积岩、岩浆岩和变质岩。

①沉积岩

沉积岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型。它是由风化产物、火山物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用，最后形成的岩石。

沉积岩的物质来源主要有几个渠道，风化作用是一个主要渠道，它包括机械风化、化学风化和生物风化。机械风化是以崩解的方式把已经形成的岩石破碎成大小不同的碎屑；化学风化是由于水、氧气、二氧化碳引起的化学作用使岩石分解形成碎屑；细菌、真菌、藻类等生物风化作用也能分解岩石。此外，火山爆发喷射出大量的火山物质也是沉积物质的来源之一；植物和动物有机质在沉积岩中也占有一定比例。

不论那种方式形成的碎屑物质都要经历搬运过程，然后在合适的环境中沉积下来，经过漫长的压实作用，石化成坚硬的沉积岩。

②岩浆岩

岩浆岩也叫火成岩，是在地壳深处或在上地幔中形成的岩浆，在侵入到地壳上部或者喷出到地表冷却固结并经过结晶作用而形成的岩石。因为它生成的条件与沉积岩差别很大，因此，它的特点也与沉积岩明显不同。在野外观察，沉积岩常具有成层构造，层状构造是沉积岩所独有的特征。而在岩浆岩发育的地区则常常见到节理，而基本上看不到层理；在矿物组合上，在岩浆岩中出现的矿物，如橄榄石、辉石、角闪石等矿物是在高温高压条件下结晶形成的，在常温常压条件下不容易保存，因此，在岩浆岩中出现的矿物在沉积岩中很少见到。既使是同一族的矿物，比如虽然都有长石出现，它们在成分上也不一样。在沉积岩中的长石一般是钾长石和含钠高的酸性斜长石，而在岩浆岩中常常见到的含钙比较高的基性和中性斜长石，这些在沉积岩中都见不到。

③变质岩

在地壳形成和发展过程中，早先形成的岩石，包括沉积岩、岩浆岩，由于后来地质环境和物理化学条件的变化，在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改变甚至化学成分的变化，而形成一种新的岩石，这种岩石被称为变质岩。变质岩是大陆地壳中最主要的岩石类型之

一。 在变质岩的概念中，有两点必须强调，这是变质岩区别于沉积岩和岩浆岩的关键所在。首先，变质作用形成于地壳一定的深度，也就是发生于一定的温度和压力范围。既不是沉积岩的地表或近地表常温常压条件，也不同于岩浆岩形成时的高温高压条件；另外一点就是变质作用中的矿物转变是在固态情况下完成的，而不是岩浆岩那种从液态的岩浆中结晶形成的。

2、岩石的工程意义

岩石在工程建设中的运用是及其广泛的。岩石可用来做建材，列如大理岩，由于岩面质感细致，常用来作为壁面或地板。由于它是由石灰岩变质而成，主要成分为碳酸钙，因此也是制造水泥的原料。大理岩材质软而细致，是很好的雕塑石材，许多有名的雕像都是由大理岩作成的，如著名的维纳斯像。其他如墙面或摆饰，也常是由大理石加工琢磨而成，如花瓶、烟灰缸、桌子等家用品。

除此以外，花冈岩、板岩、砾岩、石灰岩、安山岩等也是重要的建筑材料。

花岗岩：可用来建筑房屋、道路、桥梁等。

板岩：因其容易裂成薄板状，且在山区极易取得，故原住民至今仍使用板岩作为建材，筑成石板屋或围墙。

砾岩：有些砾岩含有鹅卵石及砂，而且胶结不良，容易将它们分散开来，例如：台湾西部第四纪的头嵙山层中就是这种砾岩，其中卵石和砂都是建材。

石灰岩：台湾最常见的石灰岩是由珊瑚形成的，通称为珊瑚礁石灰岩。在澎湖，珊瑚礁石俗称「石」，居民用以作为围墙建材，以遮蔽强烈的东北季风，保护农作物。

泥岩：由于其主要成分是黏土，自古就被作为砖瓦、陶器的原料。

安山岩：由于材质坚硬，亦常用来作庙宇的龙柱、墙壁的石雕、墓碑、地砖等。

岩石也是混凝土的成分之一。在混凝土中加入规定大小的石粒，可以使混凝土更加牢固，在工程建筑中具有重要意义。