高等工程地質(zhì)學(xué)考試試題2(I)

1、高等工程地質(zhì)學(xué)一、 簡答題（共8個小題，每題5）（1） 巖石的物質(zhì)成分，巖石結(jié)構(gòu)，巖石構(gòu)造三方面分析碎屑巖的工程地質(zhì)特征。碎屑巖的物質(zhì)成分取決于母巖的成分，主要由碎屑物質(zhì)、雜基和膠結(jié)物構(gòu)成。碎屑巖中碎屑含量達50以上，除此之外，還含有基質(zhì)與膠結(jié)物。基質(zhì)和膠結(jié)物膠結(jié)了碎屑，形成碎屑結(jié)構(gòu)。碎屑巖的礦物成分以石英和長石為主，它們對儲層物性的影響不同。 碎屑巖的結(jié)構(gòu)包括碎屑顆粒的大?。剑?、形狀（圓度、球度）、分選性和膠結(jié)類型等。a表示立方體排列，堆積最疏松，孔隙度最大，其理論孔隙度為47.6%，孔徑大，滲透率也大。b表示菱面體排列。排列最緊密，孔隙度小，其理論孔隙度為25.9%，孔徑小，滲透率低。

2、所以理論上的孔隙度介于46.7%-25.9%之間。這種理想情況在自然界是不存在的。自然界的實際情況比這種理想情況要復(fù)雜得多。碎屑巖的結(jié)構(gòu)包括碎屑顆粒的大小（粒徑）、形狀（圓度、球度）、分選性和膠結(jié)類型等。（2） 節(jié)理野外觀測的內(nèi)容有哪些？ 答：節(jié)理野外觀測的內(nèi)容有： 觀察地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造，測量地層產(chǎn)狀以及確定測點所在構(gòu)造部位。所選定觀 測點的數(shù)目，依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度而定，構(gòu)造越復(fù)雜，測點數(shù)目越多。 觀察節(jié)理性質(zhì)及發(fā)育規(guī)律。首先區(qū)別非構(gòu)造與構(gòu)造節(jié)理，然后區(qū)分其力學(xué)性質(zhì)是張節(jié)理還是剪節(jié)理。 測量與登記，包括測量節(jié)理的產(chǎn)狀、粗糙度、節(jié)理密度、觀察節(jié)理充填物和測量節(jié)理壁距以及測量節(jié)理的持續(xù)性。（3

3、） 地基承載力指什么，必須滿足哪兩個要求？確定地基承載力有哪些方法？答：地基承載力是指地基所能承受由建筑物基礎(chǔ)傳遞來的荷載的能力。滿足條件：保證地基受荷后不發(fā)生強度地基破壞而喪失穩(wěn)定性；地基變形不超過建（構(gòu)）筑物對地基要求的容許變形值。方法： 現(xiàn)場原位測試法：是一種通過現(xiàn)場直接試驗確定承載力的方法。包括（靜）載荷試驗、靜力觸探試驗、標準貫入試驗、旁壓試驗等，其中以載荷試驗法為最可靠的基本的原位測試法。 理論公式法：是根據(jù)土的抗剪強度指標計算的理論公式確定承載力的方法。 規(guī)范表格法：是根據(jù)室內(nèi)試驗指標、現(xiàn)場測試指標或野外鑒別指標，通過查規(guī)范所列表格得到承載力的方法。 當?shù)亟?jīng)驗法：是一種基于地區(qū)的

4、使用經(jīng)驗，進行類比判斷確定承載力的方法，它是一種宏觀輔助方法。（4） 什么是工程地質(zhì)條件，工程地質(zhì)問題包括的因素和內(nèi)容有哪些？工程地質(zhì)條件是指工程建筑物所在地區(qū)地質(zhì)環(huán)境各項因素的綜合。這些自然條件包括地層、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、地表地質(zhì)作用、地形地貌和天然建筑材料等要素。工程地質(zhì)問題是多樣的，依據(jù)建筑物特點和地質(zhì)條件，概括起來有兩個方面：一是區(qū)域穩(wěn)定問題；二是地基穩(wěn)定問題。公路工程常遇到的工程地質(zhì)問題有邊坡穩(wěn)定和路基（橋基）穩(wěn)定問題；隧道工程中遇到的主要問題有圍巖穩(wěn)定和突然涌水問題；還有天然建筑材料的儲量和質(zhì)量問題等。（5） 從汶川地震發(fā)生的構(gòu)造背景，誘發(fā)了哪些類型的地質(zhì)災(zāi)害？答：&#

5、160;汶川地震的發(fā)震斷裂    汶川地震的發(fā)震斷裂位于龍門山斷裂帶內(nèi)。龍門山斷裂帶自西向東有三條主要斷裂組成：汶川-茂縣斷裂、北川-映秀斷裂和安縣-灌縣斷裂。嚴重地震災(zāi)害包括房屋倒塌與部分坍塌、房屋平移、房屋傾斜變形、墻體破裂與結(jié)構(gòu)破壞、橋梁垮塌等。地震觸發(fā)嚴重地質(zhì)災(zāi)害包括山體滑坡、山體滑塌、巖塊崩塌，局部產(chǎn)生泥石流與沙土液化。地震引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害隱患包括潛在滑坡、不穩(wěn)定邊坡與滑塌隱患、危巖體與崩塌隱患及泥石流災(zāi)害隱患。泥石流、滑坡、崩塌、地裂縫、地面塌陷和地面沉降，不穩(wěn)定斜坡（6） 巖土工程勘察規(guī)范中如何進行土的分類？1、 晚更新世Q3及其以前沉積的土，應(yīng)定為老沉

6、積土；第四系全新世中近期沉積的土，應(yīng)定為新近沉積土。根據(jù)地質(zhì)成因，可劃分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、淤泥土、冰積土和風(fēng)積土等。粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的50%的土，應(yīng)定名為碎石土，按表a進一步分類。表a 碎石土分類土的分類顆粒形狀顆粒級配漂石圓形及亞圓形為主粒徑大于200mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的20%塊石棱角形為主卵石圓形及亞圓形為主粒徑大于20mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的50%碎石棱角形為主圓礫圓形及亞圓形為主粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的50%角礫棱角形為主注：定名時，應(yīng)根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定。2、 粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量的50%，粒徑大于

7、0.075mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的50%的土，定名為砂土，并按表b進一步分類。表b 砂土分類土的名稱顆粒級配礫砂粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的25%50%粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的50%細砂粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的80%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的50%注：定名時應(yīng)根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定。3、 粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量的50%，且塑性指數(shù)等于或小于10的土，應(yīng)定名為粉土。4、 塑性指數(shù)大于10的土應(yīng)定名為黏性土。 黏性土應(yīng)根據(jù)塑性指數(shù)分為粉質(zhì)黏土和黏土。

8、塑性指數(shù)大于10，且小于或等于17的土，應(yīng)定名為粉質(zhì)黏土;塑性指數(shù)大于17的土定名為黏土。 注：塑性指數(shù)應(yīng)由相應(yīng)于76g圓錐儀沉入土中深度為10mm時測定的液限計算而得。（7）擋土墻上的土壓力根據(jù)墻體位移方向分為哪三種？在相同的條件下相對大小如何？土力學(xué)P204 205 答：分為靜止土壓力（E0）、主動土壓力（Ea）、被動土壓力（Ep）。在相同條件下，主動土壓力小于靜止土壓力，而靜止土壓力又小于被動土壓力，即EaE0Ep。（8）工程地質(zhì)勘察的目的，以及報告內(nèi)容又有哪些？巖土工程勘察P1規(guī)范匯編1-52解：1)目的：是通過各種勘察手段和方法，調(diào)查研究和分析評價建筑場地和地基的工程地質(zhì)條件為工程設(shè)

9、計和施工提供可靠和所需的工程地質(zhì)資料。從而提高設(shè)計和施工的質(zhì)量。 2）內(nèi)容： 勘察目的、任務(wù)要求、勘察工程概況及依據(jù)的技術(shù)標準； 擬建工程概況； 勘察方法和勘察工作布置； 場地地形、地貌、地層、地質(zhì)構(gòu)造、巖土性質(zhì)及其均勻性、地下水、不良地質(zhì)現(xiàn)象的描述與評價； 場地穩(wěn)定性與適宜性的評價； 巖土參數(shù)的分析和選用； 提出地基基礎(chǔ)方案的建議，工程施工和使用期間可能發(fā)生的巖土工程問題的預(yù)測及監(jiān)控，預(yù)防措施的建議； 勘察成果表及所附圖件。二、 論述題（共三個小題，每題20）（1） 土體直接剪切試驗，三軸剪切試驗確定抗剪強度的原理，試驗方法 直接剪切試驗a試驗原理 直接試驗中采用圓柱狀試驗，在豎直方向加法向

10、力P，在預(yù)定剪切面上、下加一對剪切T使試樣剪切，試驗時，剪力T自零開始增加，剪切位移也自零增加。剪破時，剪力T達到最大值Tmax，對應(yīng)剪破面上剪應(yīng)力達到抗剪強度，即： 。式中，三剪破面上的法向應(yīng)力：P、T代表法向力和剪力；fj剪破面上抗剪強度；Tmax試樣受最大剪力；A剪破面面積。 當采用4個試樣，用不同的1應(yīng)力作用于豎直方向，剪切時得到不同的抗剪強度。將4組（，），在圖中1的坐標系中，用最小二乘法作強度線，強度線在縱坐標上的截距為凝聚力c，與水平線的夾角為內(nèi)摩擦角。圖1 直接剪切試驗強度曲線b試驗方法剪切實驗根據(jù)排水條件，法向力P和剪力T施加速度或作用時間長短的不同，可分為下述三種：1、不固

11、結(jié)、不排水實驗（）是在試樣上施加垂直壓力后，立即施加水平剪切力。在剪切過程中，不允許排水，俗稱快剪。2、固結(jié)不排水剪實驗（）是在試樣上施加垂直壓力，待排水固結(jié)穩(wěn)定，施加水平剪切力。在剪切過程中，不允許排水俗稱固結(jié)快剪。3、固結(jié)排水剪實驗()是試樣上施加垂直壓力及水平剪應(yīng)力的過程中，均應(yīng)使試樣排水，俗稱慢剪。直接剪切實驗是測定土的抗剪強度的常用方法，通常采用四個試樣，分別在不同的垂直壓力下，施加水平剪切力進行剪切，獲得破壞時的剪應(yīng)力，然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強度系數(shù)，內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力。本實驗采用固結(jié)快剪，適用于土顆粒小2mm的粘性土。 三軸剪切試驗a試驗原理一般認為，土體的破壞條件用莫爾庫侖

12、（Mohr-Coulomb）破壞準則：土體在各向主應(yīng)力作用下，作用在某一應(yīng)力面上的剪應(yīng)力與法向應(yīng)力之比達到某一比值，土體將沿該面發(fā)生剪切破壞。莫爾庫侖破壞準則的表達式為：。大主應(yīng)力，小主應(yīng)力，C土的粘聚力，土的內(nèi)摩擦角。三軸剪切試驗就是根據(jù)莫爾庫侖破壞準則測定土的強度參數(shù)粘聚力C和內(nèi)摩擦角。b試驗方法根據(jù)加載類型的不同，三軸剪切試驗可分為三種試驗方法：1、不固結(jié)不排水剪（）實驗是在施加周圍壓力和增加軸向壓力直至破壞過程中均不允許試件排水。本實驗可以測得總抗剪強度參數(shù)、，通常稱為快剪。2、固結(jié)不排水剪（或）實驗是使試樣先在某一周圍壓力作用下排水固結(jié)，然后在保持水的情況下，增加軸向壓力直至破壞。本

13、實驗可測得總抗剪強度參數(shù)、或有效抗剪或度參數(shù)、和孔隙壓力系數(shù)，常稱固結(jié)快剪。3、固結(jié)排水剪（）實驗是使度樣先在某一周圍壓力作用下排水固結(jié)，然后在允許度樣充分排水情況下增加軸向壓力直至破壞，可測得抗剪或率參數(shù)、常稱慢剪。（2） 解釋建立在GSI基礎(chǔ)上的Hoek-Brown經(jīng)驗準則，如何確定巖體抗剪強度指標五章  確定邊坡巖體綜合抗剪強度指標的經(jīng)驗方法里面對基于國標BQ值得方法，HoekBrown經(jīng)驗準則，建立在GSI基礎(chǔ)上的HoekBrown經(jīng)驗準則都有非常詳細的論述5.3.3建立在RMR基礎(chǔ)上的Hoek-Brown準則(Hoek and Brown, 1985) 如前所述，

14、在使用式(5.1)時，巖體材料常數(shù)m,s需通過試驗資料得到，在工程可行性研究階段或幾乎沒有試驗資料時，給使用上述公式帶來了一定的困難。因此，1998年Hoek和Brown對原始的Hoek-Brown經(jīng)驗公式，進行了修正。修正的內(nèi)容主要包括兩部分:(1)明確公式(5.1)中的和用有效應(yīng)力來表示。(2)提出了確定巖體材料常數(shù)m,s以及等效凝聚力c和摩擦角的方法。 對于巖體材料常數(shù)m,，在本次修正中，提出了用巖體質(zhì)量分類指標的經(jīng)驗方法。根據(jù)南非巖體質(zhì)量分類指標RMR (Bieniawski,1976)，m、s可由表5.4或通過下面的公式確對于未擾動巖體： （5.2） （5.3） 對于受擾動巖體： （

15、5.4） （5.5） 式中：RMR是1976版的Bieniawski的巖體分類評分值，具體評分原則見第2. 7節(jié)；mi為完整巖石的m值，可根據(jù)巖石的三軸試驗資料求取，當無試驗資料可利用時，也可按不同巖性取表5. 4中第1行“完整巖石試樣”的數(shù)值。Hoek要求，在應(yīng)用上述公式確定巖體抗剪強度參數(shù)時，RMR評分系統(tǒng)中對地下水的評分一律采用10分，相當于完全干燥狀態(tài)。而在穩(wěn)定分析時，根據(jù)實際情況，輸人相應(yīng)的孔隙水壓力值。 當m,s和單軸抗壓強度已知后，任意給定一組值，由式(5. 1)可計算出相應(yīng)的，由這組和值，根據(jù)Mohr-Coulomb破壞準則： (5 .6) 可反求出相應(yīng)的。但實際應(yīng)用該法時十分

16、不方便。在使用摩爾-庫倫強度準則的邊坡穩(wěn)定分析計算中，通常采用下面的步驟將抗剪強度表達為的形式。相應(yīng)某一有效法向應(yīng)力，抗剪強度可表示為 (5 .7)其中：（5.85.10）通過式(5. 7)首先計算不同法向應(yīng)力對應(yīng)的剪應(yīng)力，然后通過線性回歸的方法，確定一定應(yīng)力水平范圍內(nèi)線性化后的和值。RMR值和變形模量E的經(jīng)驗公式如下:當RMR<58時， （5.11）當RMR58時， （5.12）上式中E的單位為GPa。5. 3. 4建立在GSI基礎(chǔ)上的Hoek-Brown經(jīng)驗準則 近期Hoek和Brown針對已有經(jīng)驗公式存在的不足發(fā)展了一種新的方法，即地質(zhì)強度指標(GSI)法，GSI為Geologic

17、al Strength Index的簡稱(Hoek, 1994; Hoek et al.，1995; Hoek and Brwon, 1997; Hoek et al.，1998)。這一體系是Hoek教授多年來與世界各地與之合作的地質(zhì)工程師共同發(fā)展起來的一種方法，特別適用于風(fēng)化巖體及非均質(zhì)巖體(Marinos and Hvek，2000)。 GSI法中GSI指標的確定主要基于巖體的巖性、結(jié)構(gòu)和不連續(xù)面的條件等，對路塹、洞臉及鉆孔巖芯等表面開挖或暴露的巖體進行肉眼觀察來評價確定的。與巖體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)面特征的關(guān)系見表5. 7，在第5. 3. 7節(jié)中還將詳細討論這一問題。是通過GSI值5. 3. 4建

18、立在GSI基礎(chǔ)上的Hoek-Brown經(jīng)驗準則 近期Hoek和Brown針對已有經(jīng)驗公式存在的不足發(fā)展了一種新的方法，即地質(zhì)強度指標(GSI)法，GSI為Geological Strength Index的簡稱(Hoek, 1994; Hoek et al.，1995; Hoek and Brvron, 1997; Hoek et al.，1998)。這一體系是Hoek教授多年來與世界各地與之合作的地質(zhì)工程師共同發(fā)展起來的一種方法，特別適用于風(fēng)化巖體及非均質(zhì)巖體(Marinos and Hvek，2000)。 GSI法中GSI指標的確定主要基于巖體的巖性、結(jié)構(gòu)和不連續(xù)面的條件等，對路塹、洞臉及

19、鉆孔巖芯等表面開挖或暴露的巖體進行肉眼觀察來評價確定的。與巖體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)面特征的關(guān)系見表5. 7，在第5. 3. 7節(jié)中還將詳細討論這一問題。延續(xù)上面的符號定義，建立在GSI基礎(chǔ)上的Hoek-Brown經(jīng)驗公式可表示為(5 .14)式(5. 14)中、和三個參數(shù)與GSI指標的關(guān)系在下面將做進一步的說明。對于完整巖石（=1，），式(5. 14)可變?yōu)?5 .15)注意到式(5. 14)是以大、小主應(yīng)力的形式出現(xiàn)的。在邊坡穩(wěn)定分析中，通常需要將強度準則表達成法向應(yīng)力和剪應(yīng)力的關(guān)系，為此，Hoek建立了以下關(guān)系式 (5 .16)式中：A和B為材料參數(shù)，具體確定方法參見附錄5.8；為有效法向應(yīng)力；為節(jié)

20、理巖體的“抗拉強度”，可由下式確定 （5.17）式(5. 14)式(5.17)各式中相關(guān)參數(shù)的確定方法分述于下。1.完整巖石單軸杭壓強度的確定在實際工程應(yīng)用中，完整巖石的單軸抗壓強度。是在大量實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過第4章公式（4.23）獲得的。但是在很多情況下(比如工程可行性研究階段)大量的強度試驗尚沒有開展或者還沒有完成，此時，為了確定巖石的單軸抗壓強度，GSI系統(tǒng)提出了在現(xiàn)場估算值的表格，如表5. 8所示。依據(jù)Brown(1981)進行等級分化。點荷載試驗對應(yīng)的單軸抗壓強度小于25MPa時，其結(jié)果的準確性很差。2.巖石材料常數(shù)的確定與巖石單軸抗壓強度類似，巖石的材料常數(shù)也是在試驗資料的基礎(chǔ)上

21、，根據(jù)式（4.24）計算得到，在缺少或沒有試驗資料的情況下，GSI系統(tǒng)提出了確定完整巖石常數(shù)的表格，如表5.9所示。礫巖、角礫巖的取值范圍很寬，取決于膠結(jié)成分的性質(zhì)和膠結(jié)程度，其值變化范圍可從相當于砂巖至細粒沉積物（甚至可能小于10）。 該值是在完整巖石試樣上垂直于層面或片理面試驗得到，若沿弱面破壞，則值將與點荷載試驗值有明顯不同。3.經(jīng)驗公式中參數(shù)、和的確定建立在GSI基礎(chǔ)上得Hoek-Brown經(jīng)驗公式中的、和的值，可通過下述的公式確定。（5.18）當GSI25（非擾動巖體）（5.195.20）當GSI25（非擾動巖體）（5.215.22）上述各式中的GSI類似于RMR，針對各類巖體確定GSI的方法將在第5.3.7節(jié)專門討論。4.巖體杭剪強度指標的確定 在確定了和GSI值以后，下一步就是估算巖體的力學(xué)參數(shù)。通過式（5.1