工程地质及水文地质

教学大纲（理论课）

课程名称：工程地质及水文地质

总学时(学分)：40 学时，其中讲授32 学时，实验 6 学时，自修4 学时

面向专业：农业水利工程

一、课程的性质、地位和任务

1、性质、任务

性质：《工程地质与水文地质》课程为水利水电工程管理专业的学科基础课之一，属于必修课。

任务：本课程的教学目的在于，使学生了解工程建设中可能遇到的不良地质现象和问题，以及这些地质现象对工程设计、施工及日后运营的影响与危害性，并且能够正确分析与有效处理这些不良地质现象；能够了解如何合理利用自然工程水文地质条件进行工程设计与施工；掌握工程地质勘察的内容、要求及方式等，能够了解正确布置察勘任务、顺利阅读工程地质勘察报告（包括有关图表），并且能够了解合理利用勘察成果资料进行工程设计与解决工程中的地质问题。

2、本课程与相关课程的衔接、配合关系

本门课程所涉及的前续课程有：岩石力学，水力学，工程水文学等，与后续课程相衔接的课程有：灌溉与排水工程学，水工建筑物，水利工程施工等。

二、课程教学目标与基本要求

（1）掌握工程地质及水文地质的基本知识；

（2）学会分析水工建筑物的工程地质条件和问题的基本方法；

（3）能阅读和分析水工建筑中常用的地质图件和资料，为今后学习农水及水工等专业课打下基础。

三、教学内容

绪论

1、工程地质及水文地质在水利水电工程建设中的作用和任务

2、本课程的主要内容和教学要求

学习重点：

（1）工程地质及水文地质在水利水电工程建设中的作用和任务

（2）了解课程特点、学习方法

第一章地球的基本知识

1、地球的一般特征

（1）地球的形状和大小

（2）地球的主要物理性质：重力、密度、地磁、地温

2、地球的构造

（1）外圈层构造

（2）内圈层构造

（3）表面形态

3、地壳及地质作用

（1）地壳的物质组成

（2）地质作用：内、外动力地质作用

4、地质历史及地层时代

（1）地层时代的概念

（2）地层年代的确定方法：绝对年代、相对年代的确定

学习重点：

1、了解地球的形状、大小、重力、密度、地磁、地温

2、熟练掌握地球内外圈层构造

3、掌握地壳的物质组成和地质作用

4、掌握地层时代的确定方法

第二章岩石

1、造岩矿物

（1）矿物的物理性质：形态、颜色、条痕、光泽、解理、断口、硬度、其他性质

（2）矿物的肉眼鉴定

2、火成岩

（1）火成岩的产状：侵入岩、喷出岩的产状

（2）火成岩的特征：化学成分及矿物成分、结构、构造

（3）火成岩的分类

3、沉积岩

（1）沉积岩的形成：风化、搬运、沉积、成岩4个阶段

（2）沉积岩的特征：物质组成、结构、构造和特征

（3）沉积岩的分类及鉴定

4、变质岩

（1）变质作用的因素及类型：热接触变质作用、接触交代变质作用、动力变质作用和区域变质作用

（2）变质岩的特征：矿物成分、结构、构造

（3）变质岩的分类及鉴定

学习重点：

1、熟练掌握矿物的物理性质与肉眼鉴定方法

2、熟练掌握火成岩的产状、特征、分类与鉴定

3、熟悉掌握建筑沉积岩的形成、特征、分类与鉴定

4、熟悉掌握变质岩的影响因素与作用类型、特征、分类与鉴定

第三章地质构造

1、地壳运动

（1）地壳运动的主要形式：水平、垂直运动

（2）地壳运动的标志：水平、垂直运动的标志

（3）全球地壳运动活动带的空间分布

2、水平构造与倾斜构造

（1）水平构造

（2）倾斜构造

（3）岩层的产状：走向、倾向、倾角

3、褶皱构造

（1）褶皱的基本类型（背斜、向斜）和褶曲要素（核、翼、轴面、轴线、枢纽）

（2）褶皱的基本形态：按轴面和两翼岩层产状分类，按褶皱在平面上的形态分类，按枢纽的产状分类，按转折端形态分类

（3）褶皱的识别

4、断裂构造

（1）节理的类型及特征：节理成因分类（原生节理、次生节理、构造节理），节理力学性质分类（张节理、剪节理、劈理），节理的工程地质评价

（2）断层：断层要素（断层面、断层破碎带、断层线、断盘、断距），断层的基本类型和特征（断层的形态分类、断层的力学性质分类、断层产状与岩层产状分类），断层的识别（地层界限不连续或岩层中断、岩层不对称重复或缺失、构造作用形成的伴生现象、地貌标志），断层的工程地质评价5、活断层

（1）活断层活动年代的确定问题：年代下限、上限、年龄测定方法

（2）活断层的分类及其特征

（3）活断层的判别标志：直接、间接、参考标志

（4）活断层对工程建筑的影响及评价

学习重点：

1、掌握地壳运动的主要形式、标志，了解全球地壳运动活动带的空间分布

2、了解水平构造与倾斜构造，熟练掌握岩层的产状（走向、倾向、倾角）概念、测定方法

3、掌握褶皱构造基本类型背和褶曲要素，了解褶皱的基本形态，学会识别褶皱

4、了解断裂构造的类型，掌握节理的类型及分类，掌握张节理、剪节理的特征，学会评价节理的工程地质作用

5、掌握断层要素，了解断层的基本类型和特征，学会识别断层，学会评价断层的工程地质作用

6、了解活断层年代的确定问题、分类及其特征、判别标志，掌握活断层对工程建筑的影响及评价第四章自然地质作用

1、风化作用

（1）风化作用的类型：物理、化学、生物风化

（2）影响岩石风化作用的因素：岩石性质、地质构造、气候、地形条件等

（3）岩石风化程度的划分

2、河流地质作用

（1）河流的侵蚀作用：下蚀作用和侧向侵蚀作用

（2）河流的搬运作用：拖运、悬运、溶运

（3）河流的沉积作用

（4）河谷地貌：侵蚀阶地、堆积阶地、基座阶地

3、岩溶

（1）岩溶的形态特征

（2）岩溶发育的基本条件：岩石的可溶性、岩层的透水性、水的溶解能力、水的流动特征（3）岩溶发育的分布规律：岩溶发育的垂直分带性、岩溶分布的不均匀性

4、泥石流

（1）泥石流的形成条件：地形地貌条件、地质条件、水文气象条件

（2）泥石流的形成过程：固体物质形成阶段、发生或搬运冲刷阶段、沉积阶段

（3）泥石流的类型

（4）泥石流的防治及预报

5、地震

（1）地震的基本概念

（2）地震的震级和烈度

（3）地震对建筑物的影响

学习重点：

1、掌握风化作用的类型、影响岩石风化作用的因素、岩石风化程度的划分

2、掌握河流的侵蚀作用，了解河流的搬运作用和沉积作用，掌握河谷地貌

3、了解岩溶的形态特征、分布规律，熟练掌握岩溶发育的基本条件

4、掌握泥石流的形成条件、形成过程，了解泥石流的类型、防治及预报

5、了解地震的基本概念，掌握地震的震级和烈度，熟练掌握地震对建筑物的影响

第五章地下水概论

1、自然界中的水

（1）自然界中水的分布

（2）自然界的水循环

（3）岩石的空隙性：孔隙、裂隙、溶隙

（4）岩石中水的存在形式：结合水、重力水、毛细水、气态水、固态水

（5）岩石的水理性质：容水性、持水性、给水性

（6）含水层与隔水层

2、地下水分类

（1）包气带水

（2）上层滞水

（3）潜水：特征、水面形状

（4）承压水：概念和特征、蓄水构造、水面特征

3、地下水的循环

（1）地下水的补给：大气降水、地表水入渗、水汽凝结

（2）地下水的排泄：泉水、向地表水排泄、蒸发

（3）地下水的径流

（4）地下水天然补给量、排泄量与径流量的关系

4、地下水的物理性质和化学性质

（1）地下水的物理性质

（2）地下水的化学性质

（3）地下水的化学分析

学习重点：

1、了解自然界中水的分布、水循环，熟练掌握岩石的空隙性、岩石中水的存在形式、岩石的水理性质，掌握含水层、隔水层涵义

2、掌握包气带水、上层滞水、潜水、承压水的概念和特征等

3、了解地下水的补给、排泄、径流，以及地下水天然补给量、排泄量与径流量的关系

4、了解地下水的物理性质和化学性质

第六章地下水运动与动态

1、重力水运动

（1）Darcy定律

（2）非线性渗透定律

（3）地下水向完整井的稳定运动：裘布依公式

（4）地下水向非完整井的稳定运动

（5）干扰井出水量的计算

（6）河渠间地下水的稳定运动

2、地下水动态

（1）地下水动态的概念

（2）影响地下水动态的因素

（3）地下水动态类型

3、地下水均衡

（1）地下水均衡的概念

（2）全球水均衡

（3）均衡区的水均衡方程

学习重点：

1、熟练掌握Darcy定律、裘布依公式；掌握非线性渗透定律、地下水向非完整井的稳定运动，了解干扰井出水量的计算、河渠间地下水的稳定运动

2、了解地下水动态的概念、影响地下水动态的因素、地下水动态类型

3、了解地下水均衡的概念、全球水均衡、均衡区的水均衡方程

第七章不同含水介质中的地下水

1、孔隙水

（1）山前倾斜平原区的地下水

（2）冲积平原地下水

（3）山间河谷的地下水

（4）黄土区的地下水

2、裂隙水

（1）面状裂隙水

（2）层状裂隙水：近似水平构造中的地下水、单斜蓄水构造中的地下水、褶皱蓄水构造中的地下水（3）脉状裂隙水：角砾岩、压碎岩呆、断层影响带、断层交汇带、断层岩块

3、岩溶水

（1）装岩溶水的分布特征

（2）岩溶水的补、径、排特征

4、泉

（1）泉的概念

（2）研究泉的实际意义

学习重点：

1、掌握山前倾斜平原区、冲积平原地下水、山间河谷的地下水、黄土区的地下水

2、掌握面状裂隙水、层状裂隙水、脉状裂隙水

3、了解岩溶水的分布特征、和补、径、排特征

4、了解泉的概念和实际意义

第八章地下水资源评价

1、概述

（1）地下水的特点：系统性和整体性、流动性、循环再生性、调节性

（2）地下水资源评价的原则

（3）地下水资源评价的内容

2、地下水资源量的计算

（1）补给量及其计算

（2）储存量及其计算

（3）允许开采及其计算

3、地下水水质评价

（1）饮用水水质评价

（2）农田灌溉用水水质评价

（3）工业用水水质评价

学习重点：

1、了解地下水资源的概念、特点、评价原则

2、掌握地下水的补给量和允许开采量的概念与计算方法

3、了解地下水水质的评价等。

第九章岩体结构的工程地质研究

1、岩体的构造特征

（1）结构面的成因类型

（2）结构面的特征

（3）软弱夹层：软弱夹层成因类型及特征、泥化夹层成因类型及特征

（4）岩体的结构类型

2、岩体的主要力学特征

（1）岩体的变形特征及指标

（2）岩体的流变特性：流变特性的表现形式（蠕变、松弛）、蠕变曲线、影响岩石入编的主要因素、长期强度

（3）岩体的破坏方式与机制：脆性破坏型、塑性破坏型

（4）岩体的强度性质：平直光滑无填充结构面抗剪强度、粗糙起伏无填充结构面抗剪强度、有填充结构面抗剪强度

3、地应力的工程地质研究

（1）地应力的起源及组成：自重应力、构造应力

（2）地应力分布的规律：岩体中存在三向不等的空间应力场、垂直向应力与岩体自重的关系、水平应力与垂直应力的关系、水平应力具有强烈的方向性

（3）影响地应力分布的主要因素：地形、地质构造

（4）地应力的测量方法：钻孔套芯应力解除法、水压致裂法

4、岩体的工程地质分类

（1）国家标准《工程岩体分级标准》

（2）国家标准《水利水电工程地质勘察规范》

学习重点：

1、了解结构面的成因类型、特征，掌握软弱夹层成因和特征，了解岩体结构类型

2、掌握岩体的主要力学特征，清楚影响地应力分布的因素，知道地应力的测量方法

3、了解岩体的工程分类

4、熟练掌握泥化夹层的特征，岩体的变形指标、流变特性和强度性质，地应力分布的规律等。

第十章坝的工程地质研究

1、水工建筑物的工程地质条件和工程地质问题

（1）水工建筑物的工程地质条件：地形地貌条件、岩石类型及工程地质条件、地质结构、水文地质条件、自然地质现象、地质物理环境、天然建筑材料

（2）不同坝型对地形、地质的要求：土坝、重力坝、拱坝、支墩坝

（3）水工建筑物的工程地质问题

2、坝区的渗漏

（1）坝区渗漏的工程地质条件：渗漏通道、透水带、喀斯特管道、渗漏管道的连通性

（2）坝区渗漏量的计算：坝基渗漏量的计算、绕坝渗漏量的计算

3、坝基的渗透变形

（1）坝基渗透变形的形式：管涌、流土、接触冲刷、接触流失

（2）渗透变形产生条件：土体结构因素分析、水动力条件

4、坝基的抗滑稳定

（1）坝基华破坏类型：表层滑动、浅层滑动、深层滑动

（2）坝基抗滑稳定分析：边界条件（滑动面、切割面、临空面）、影响坝基抗滑稳定性的因素（工程作用力、坝基岩体的阻滑作用）、坝基岩体抗滑稳定性计算（表层、浅层、深层滑移的抗滑稳定性计算）

（3）坝肩的抗滑稳定性分析：地质条件分析、力学分析方法

5、坝基的沉降与承载力

（1）概述

（2）坝基的压缩变形：土体压缩变形分析、岩石坝基的压缩变形分析

（3）坝基的承载力评价

6、坝基处理

（1）开挖清基

（2）岩土体加固

（3）防渗和排水

（4）改变建筑物结构形式，以适应坝基的地质条件

学习重点：

1、了解水工建筑物的工程地质条件和常见的工程地质问题

2、掌握坝区渗漏的概念，渗透量的计算；掌握坝基渗透变形的形式，清楚坝基渗漏的产生条件

3、掌握坝抗滑稳定的类型，知道坝基抗滑稳定分析的计算方法

4、了解坝基的压缩变形和坝基的承载力评价

5、掌握坝基处理的方法等。

第十一章边坡的工程地质研究

1、我国边坡工程研究现状

（1）边坡工程理论研究方法

（2）新技术的应用

（3）高边坡的施工处理

2、边坡变形与破坏的类型

（1）边坡岩土体应力分布特征

（2）边坡变形破坏的基本类型：边坡变形（松弛张裂、蠕动）、边坡破坏（崩塌、滑坡）

（3）边坡的工程地址分类

3、影响边坡稳定性的因素

（1）岩土类型和性质的影响

（2）地质构造和掩体结构的影响

（3）风化作用

（4）水的作用

（5）地震作用的影响：累积效应、触发效应

（6）地形地貌、植被作用

（7）工程荷载条件及人为因素

4、边坡稳定性的评价方法

（1）地址分析法

（2）常规力学计算法：土质边坡的稳定性计算（砂性土边坡、黏性土边坡）、岩质边坡的稳定计算（滑面为圆弧、平面的稳定计算及双滑面的稳定计算）

（3）过程机制分析法

（4）近代理论计算法

5、防治边坡变形和破坏的措施

（1）防水与排水

（2）削坡减重

（3）修建支挡工程

（4）锚固

学习重点：

1、了解边坡形成后应力状态的变化和影响主要因素，掌握边坡岩体变形破坏的类型与特征

2、重点介绍影响边坡稳定性的因素

3、了解岩质边坡稳定性的评价方法

4、掌握不稳定边坡的防止措施等。

5、熟练掌握岩体变形破坏的类型与特征，影响边坡稳定性的因素，掌握不稳定边坡的防止措施等

第十二章渠道的工程地质研究

1、渠道选线的工程地质条件

（1）地形地貌条件

（2）地层岩性条件

（3）地质构造条件

（4）水文地质条件

（5）自然地质条件

（6）天然建筑材料

2、渠道的渗漏问题

（1）渠道渗漏的原因及特征

（2）渠道渗漏的计算

（3）渠道的防渗措施

3、渠道边坡的稳定问题

（1）渠道边坡的失稳因素及破坏类型

（2）渠道边坡的稳定分析

（3）不稳定渠道边坡的处理措施

4、渠道的冻胀问题及处理措施

（1）渠道衬砌冻胀破坏的机理

（2）渠道衬砌冻胀破坏的特点

（3）渠道衬砌冻胀破坏的防治措施

学习重点：

1、了解渠道沿线的工程地质条件，掌握渠道的渗漏原因和特征，了解渠道的防渗措施

2、了解渠道边坡稳定的破坏类型、稳定分析及渠道冻胀问题的解决措施

3、掌握渠道的渗漏原因和特征，渠道边坡稳定的破坏类型

第十三章地下洞室的工程地质研究

1、地下洞室围岩应力的重分布及变形破坏特征

（1）应力重分布特征

（2）洞室围岩变形破坏的类型和特点：坚硬完整岩体的脆性破裂和岩爆、块状结构岩体的滑移掉块、层状结构岩体的弯折和拱曲、碎裂结构岩体的松动解脱、散体结构岩体的塑性变形和破坏

2、地下洞室位置选择的工程地质评价

（1）地形地貌条件

（2）地层岩性条件

（3）地质构造条件

（4）地下水

（5）地应力和岩爆

3、地下洞室围岩稳定性的工程地质条件

（1）山岩压力和弹性抗力的概念及其确定方法

（2）围岩工程地质分类及其应用

4、隧洞施工的工程地质问题及提高围岩稳定性的措施

（1）隧洞施工的工程地质问题

（2）隧洞施工监控、信息反馈和超前预报

（3）围岩加固措施：支撑、衬砌、支护（喷混凝土支护、锚固）、固结灌浆

（4）合理施工

（5）新奥法、TBM和盾构法在隧洞施工中应用

学习重点：

1、了解围岩应力的重分布，掌握洞室围岩变形破坏的类型

2、了解地下工程位置选择的工程地质评价，及围岩稳定的工程地质分析方法

3、重点介绍提高围岩稳定性的措施

4、熟练掌握洞室围岩变形破坏的类型，围岩稳定的工程地质分析方法，提高围岩稳定性的措施等第十四章水库的工程地质研究

1、水库渗漏

（1）水库渗漏形式：暂时性和永久性

（2）水库渗漏通道的地质条件：岩性、地形地貌、地质构造

（3）库区渗漏量计算：库岸地带隔水层水平、有坡积层的渗漏量、有两层透水层的渗漏量

（4）防止水库渗漏措施

2、库岸稳定

（1）水库边岸的再造过程

（2）水库塌岸因素分析

（3）库岸坍滑的类型及稳定分析评价

3、水库浸没

（1）水库浸没的地质条件分析

（2）水库浸没问题的研究

（3）水库浸没带的预测

（4）浸没放置措施

4、水库淤积

（1）研究水库淤积问题的重要性

（2）水库淤积的固体径流来源问题

（3）防止水库淤积措施

5、水库诱发地震

（1）水库诱发地震的特点

（2）水库诱发地震的成因类型

（3）水库诱发地震的主要影响因素

（4）水库诱发地震的危险性预测

学习重点：

1、掌握水库渗漏的形式、地质条件和防止水库渗漏的措施，了解水库塌岸的因素

2、了解水库浸没的地质条件和防治措施

3、解水库淤积问题及治理措施

4、知道水库诱发地震的成因类型、影响因素

5、掌握水库渗漏的形式和防止水库渗漏的措施。

第十五章环境地质问题

1、地面沉降

（1）地面沉降的危害

（2）地面沉降的类型

（3）地面沉降的影响因素及变形机制

（4）地面沉降的防治

2、地面塌陷

（1）地面塌陷的形成条件

（2）地面塌陷的影响因素

（3）地面塌陷的防治措施

3、地裂缝

（1）地裂缝的特征

（2）地裂缝的危害

（3）地裂缝防治

4、地下水污染

（1）地下水污染来源及污染种类

（2）地下水污染防治

5、海水入侵

（1）海水入侵机制

（2）海水入侵的特征

（3）海水入侵的危害及防治措施

6、固体废弃物

（1）固体废弃物的分类

（2）固体废弃物的处置方法

7、污染土地基

（1）污染土地基的基本规律

（2）工程地质评价

学习重点：

1、了解与水利水电工程建设有关的环境地质问题，如地面沉降、地面塌陷、地裂缝、地下水污染、海水入侵、洪涝灾害等。

2、掌握地面沉降的影响因素、地面塌陷的影响因素、地下水污染的类型等。

附：各章节学时分配

㈡实验教学

实验一

实验学时：2学时

矿物鉴定

1、实验目的及要求：

（1）掌握矿物的物理特征。

（2）正确鉴定矿物

2、实验仪器：矿物标本、放大镜

3、实验步骤：

（1）介绍矿物的物理特征：形态、颜色、条痕、光泽、解理、断口、硬度等（2）仔细观察矿物标本，鉴别矿物成分

（3）记录观察到的每种矿物的特征

4、实验结果分析：

按矿物的物理特征完成实验报告。

实验二

实验学时：2学时

岩石鉴定

1、实验目的及依据：

（1）用肉眼分别火成岩、沉积岩、变质岩

（2）辨别岩石的矿物成分

2、实验仪器：岩石标本、放大镜

3、实验步骤：

（1）介绍三大类岩石的矿物成分、结构、构造特征

（2）仔细观察岩石标本，鉴别岩石类型和矿物成分

（3）记录观察到的每种岩石的特征

4、实验结果分析：

按岩石类型完成实验报告。

实验三

实验学时：2学时

岩层产状的测定

1、实验目的及要求：

（1）掌握地质罗盘仪的使用方法

（2）正确使用地质罗盘仪测岩层产状

2、实验仪器：

地质罗盘仪、倾斜岩石

3、实验步骤：

（1）熟悉地质罗盘仪的各组成部分，并用其寻找东方、西方、北方、西南方等

（2）使用地质罗盘仪在倾斜岩层（四教后面的日晷）进行量测：走向、倾向、倾角

（3）测倾斜岩层的走向，把地质罗盘仪长边在岩层表面放平并使得圆气泡居中，用笔在岩层是记录岩层走向线，记录下罗盘上表盘数据

（4）测倾斜岩层的倾向，把地质罗盘仪短边贴近岩层并垂直于走向线放置，使得圆气泡居中，记录下罗盘上表盘数据

（5）测倾斜岩层的倾角，把地质罗盘仪贴长边侧面贴近岩层并垂直于走向线放置，使得长气泡居中，记录下罗盘上表盘数据

4、实验结果分析：

根据地质罗盘仪量测的数据与倾斜岩层的实际情况进行对比，看量测的数据是否正确

四、考核方法与成绩评定

本课程主要采取闭卷考试形式，其中理论成绩占总成绩的60%，实验成绩占总成绩的20%，平时成绩占总成绩的20%，其中作业占总成绩的15%，出勤情况占总成绩的5%。

五、教材与主要参考书

【1】左建、郭成久等.水利工程地质.北京：中国水利水电出版社，2004.

【2】胡厚田.土木工程地质.北京：高等教育出版社，2001.