工程地质学复习重点

工程地质学 2009.7.12

一、概念

1.工程地质条件：与工程建筑有关的地质要素的综合，包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质结构及地应力、水文地质条件、物理（自然）地质作用以及天然建筑材料等六个要素。

2、工程地质问题：工程建筑与工程地质条件（地质环境）相互作用、相互制约而引起的，对建筑本身的顺利施工和正常运行以及对周围环境可能产生影响的地质问题称为工程地质问题。

3、区域地壳稳定性：是指工程建设地区现今地壳在内外动力地质作用下的稳定程度

4、活断层：是指现今正在活动的断层，或近期曾活动过、不久的将来可能会重新活动的断层。

5、地震：在地壳表层，因弹性波传播所引起的振动作用或现象，称为地震。

6、里氏震级：指距震中100km处的标准地震仪在地面所记录的微米表示的最大振幅A的对数值。M=logA

7、烈度：是指地面及各类建筑物遭受地震破坏的程度。

8、基本烈度：一个地区今后一定时期（100年）内，一般场地条件下可能遭遇到的最大地震烈度。

9、诱发地震：由于人类工程、经济活动而导致发生的地震称为诱发地震。

10、地震效应：在地震作用影响所及的范围内，在地面出现的各种震害或破坏，称为为地震效应。

11、场地和地基的破坏效应：是指造成建筑物破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性引起的，也就是说、地震时首先是场地和地基破坏从而产生建筑物和构筑物破损并引发其他灾害。

12、震动破坏作用地震时地震波在岩土体中传播，给建筑物施加一个附加荷载，即地震力。当地震力达到某一限度时，建筑物即发生破坏。这种由于地震力作用直接引起建筑物破坏的作用成为震动破坏作用。

13、斜坡变形：是指斜坡应力状态的变化，使原有的平衡被打破，局部应力集中超过该部位岩土体的强度，引起局部剪切错动，拉裂并出现小位移但没有造成整体性的破坏。

14、斜坡破坏：当斜坡变形进一步发展，破裂面不断扩大并相互贯通，使斜坡岩土体的一部分分离开来，发生较大的位移，这就是斜坡的破坏。

15、滑坡：斜坡上的岩土体，沿贯通的剪切破坏面（带），产生以水平运动为主的现象。

16、崩塌：斜坡岩土体中被陡倾的张性破裂面分分割的块体突然脱离母体并以垂直运动为主，翻滚跳跃而下，这种现象和过程称为崩塌。

17、边坡稳定系数：滑面上的总抗滑力与总下滑力的比值。

18、渗透压力：渗透的水流作在岩土上的力，称为渗透压力。

19、动水压力：单位体积土体所受的渗透压力。

20、渗透变形或渗透破坏：当渗透压力达到一定值时，岩土中的一些颗粒甚至整体就会发生移动而被渗流带走，从而引起岩土的结构变松，强度降低，甚至整体发生破坏。这种工程地质作用或现象称为渗透变形或渗透破坏。

21、管涌（潜蚀）是在渗流作用下单个土颗粒发生独立移动的现象。

22、流土：是在渗流作用下一定体积的土体同时发生移动的现象。

23、临界水力梯度：当渗透压力等于有效重力时元土体呈悬浮状态，发生流土。此时渗流的水力梯度即为临界水力梯度

24、允许水力梯度：是以临界水力梯度除以安全系数m来获得，即I允=I cr/m

25地面沉降是指地面高程的降低又称地面下沉或地沉，均为地壳表层某一局部范围内的总体下降运动。

26地裂缝是地表岩土体在自然因素和人为因素作用下，产生开裂并在地面形成一定长度和宽度裂缝的现象。27、岩层与地表移动：矿山开采破坏了岩体内部原有的力学平衡状态，使岩层位移、变形，岩体的完整受到破坏。当开采面积达到一定范围之后，起始于采场附近的移动和破坏将扩展到地表，称为岩层与地表移动，又称为地表沉陷。

二。填空

1.工程地质条件包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质结构及地应力、水文地质条件、物理（自然）地质作用以及天然建筑材料等六个要素。

2.工程地质研究方法：主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地质类比法。

3.活断层的参数包括：产状、长度、断距、错动速率、错动周期和活动年龄等。

4.活断层按其活动方式分为：地震断层（或粘滑型断层）、蠕变断层（或蠕滑型断层）。

5.地震成因学说有主要有断层学说、岩浆冲击学说、相变学说和温度应力学说等。地震类型：构造地震、火山地震、陷落地震（或塌陷地震）和诱发地震。

6.地震易发生的活断层的部位：活断层的端点、拐点、交汇点、分支点和错列点。

7.世界四大地震带是：环太平洋地震带、地中海-喜马拉雅地震带、大洋海岭地震带及大陆裂谷系地震带。我国六大地震带：台湾与东南沿海地震带、郯城-庐江地震带、南北向地震带、华北地震带、西藏-滇南地震带、天山南北地震带。

8.地震的场地和地基破坏作用的类型：地面破裂、滑坡和崩塌、地基失效

9.斜坡的组成要素坡体、坡高、坡角、坡肩、坡面、坡脚、坡顶面、坡底面等各项要素。

10.斜坡变形的主要形式有三种，即拉裂、蠕动和弯曲倾倒。

11.斜坡破坏的主要形式崩塌，滑坡。

12.按崩塌发生时的受力状况的不同崩塌分：倾倒式崩塌，滑移式崩塌，鼓胀式崩塌，拉裂式崩塌，错断式崩塌。

13.根据边坡失稳破坏的具体部位的崩塌的分类：坡体崩塌，边坡崩塌，坡面崩塌。

14.滑坡的形态要素组成：滑坡体、滑坡床、滑动面、滑坡周界、滑坡壁、滑坡台地、封闭洼地、滑坡舌、滑坡裂隙

15.滑坡按滑动面与层面的关系分：均质滑坡，顺层滑坡，切层滑坡。按滑动力学性质的分类牵引式滑坡、推落式--、平移式--和混合式--。

16.滑坡发育的三个阶段：蠕动变形阶段、滑动破坏阶段和压密稳定阶段。

17.斜坡按结构面的产状与临空面关系分：平叠坡，顺向破，逆向坡，斜交坡，横交坡。

18.斜坡变形破坏防治措施的种类：支挡工程、排水、减荷反压、防冲护坡、改善岩土性质、防御绕避。19.斜坡变形破坏防治的支挡工程措施的种类：挡墙、抗滑桩、锚杆或锚索、支撑。

20.渗透变形的类型：管涌和流土。

21.渗透变形预测的步骤： 1根据土体的类型和性质，判定是否会产生渗透变形的可能性以及渗透变形的类型；2确定坝基各点，主要是下游坝脚处的实际水力梯度；3确定临界水力梯度和允许水力梯度；4根据实际水力梯度与允许水力梯度的比较，圈定出可能发生渗透变形的范围。

22.土石坝防渗透变形的主要措施有：垂直截渗、水平铺盖、排水减压和反滤盖重等四项。

23.地面沉降产生的条件：厚层松散细粒土层的存在、长期过量开采地下流体、新构造运动的影响、城市建设对地面沉降的影响。24.沉降标的种类：1基岩标2分层标3地面标。

25.地裂缝的特征：(1) 地裂缝发育的方向性与延展性(2) 地裂缝灾害的非对称性和不均一性(3) 灾害的渐进性(4) 地裂缝灾害的周期性。

26.地裂缝的成因类型：构造地裂缝、非构造地裂缝。

27.我国三大地裂缝发育带：1汾渭盆地地裂缝带2太行山东簏倾斜平原地裂缝带3大别山北簏地裂缝带。

28.地裂缝的防治措施：控制人为因素的诱发作用、建筑设施避让防灾措施、监测预测措施。

29.采矿引起地面破坏的形式：1地表移动盆地2裂缝3台阶状塌陷盆地4塌陷坑。

30.减缓采矿地面塌陷的技术措施：改革开采方法、覆岩离层注浆、迁村、对塌陷区采取复垦措施。

三、简答题

1.活断层的基本特征

（1）、活断层是深大断裂复活运动的产物。大量研究结果表明，活断层往往是地质历史时期产生的深大断裂，在晚近期及现代地壳构造应力条件下重新活动而产生的。深大断裂指的是切穿岩石圈、地壳或基底的断裂，其延伸长度达数十、数百甚至数千km，切割深度数km至百余km，

（2）、活断层的继承性和反复性。研究表明，活断层往往是继承老的断裂活动的历史而继续发展，而且现今发生地面断裂破坏的地段过去曾多次反复地发生同样的断层运动。

（3）、活断层的活动方式。活断层的活动方式基本有两种：一种是以地震方式产生间歇性地突然滑动，称地震断层或粘滑型断层；另一种是沿断层面两侧岩体连续缓慢地滑动，称蠕变断层或蠕滑型断层。

（4）、断层的减震、隔震作用。减震作用包含两个意思：一是一次大震后，该地段在一定时间内不再发生类似强度的地震；二是一断裂系上发生大震，相邻的平行断裂系将长期无震发生。

隔震作用有三个含义：一是一组断裂阻截另一组断裂，后者孕育的地震完全被限制在前者的某一侧，另一侧无震的；二是地震烈度沿垂直断裂走向衰减很快，尤其在断裂倾向的反方向上；三是沿断裂带走向被另一组大交角的断裂系阻截，地震烈度在该方向上急剧衰减的现象。

2.对防震、抗震有利的建筑场地（地震区建筑场址的选择）

为了做好选址工作，必须进行地震工程地质勘察，联系历史震害的情况，并充分估量在建筑物使用期间可能造成的震害，经综合分析研究后选出抗震性能最好、震害最轻的地段作为建筑场地，同时提出建筑物抗震措施的建议。

对防震、抗震有利的建筑场地有：地形平坦开阔；岩土坚硬均匀，若土层厚度较大，则应较密实；无大的断裂，若有则它与发震断裂无联系，且断裂带胶结较好；地下水埋深较大；崩塌、滑坡、岩溶等不良地质作用不发育。建筑场地一定要避开活动断裂带和不稳定斜坡地段，并尽量避开强震动效应和地面效应的地段、孤突地形和地下水埋深过浅地段。

2.水库诱发地震的特点

1.在时间上，初震时间和地震震级与水库蓄水时间和水位有明显的相关关系，一般水库蓄水几个月后即有明显的微震活动，且频度和强度随着水库水位升高或库容增大而增大，但地震活动峰值在时间上要滞后库水位或库容峰值，滞后时间一至数月不等，这可能与震源深度及库底岩体的渗透性有关；

2.在空间上，震中主要分布在水库大坝附近或分布于库水最大水深处或水库主体两侧的峡谷区；

3.在地震序列上，前震极为丰富，属于前震余震型，而同一地区的天然地震往往属主震余震型；

4.在震级上，多数为微震，中强震很少；

水库诱发地震的震源较浅，一般都小于10km，有只有几km，因此，震级只有3-4级的水库地震也可造成较严重的破坏。

3.诱发矿震的条件

诱发矿震的条件是：矿床的顶、底板岩体坚硬，有利于应变能的积聚或存在已积累高度应变能的岩体和断层；存在一定规模的采空区，井巷坑道破坏了岩体的稳定状态；开采深度大，上覆岩体载荷重，差应力变化大，容易引起较大规模的岩体错动。总之，积聚高应变能的坚硬岩体是诱发矿震的基础条件，井巷布置和不同开采方式引起的应力集中是主要的诱发因素。在发震条件具备时，井下放炮常常是一种触发因素。

4.斜坡应力分布特征

○1无论什么样的天然应力场，斜坡面附近的主应力迹线均明显偏转，表现为愈接近坡面，最大主应力愈与坡面平行，而最小主应力与坡面近似正交，向坡体内则逐渐恢复到原始状态。

○2由于应力分异结果，在坡面附近产生了应力集中带。不同部位的应力状态是不同的。在坡脚附近，最大主应力（表现为切向应力）显著增高，而最小主应力（表现为径向应力）显著降低，甚至出现负值（即拉应力）。由于应力差大，于是形成最大剪应力增高带，最易发生剪切破坏。在坡肩附近，在一定条件下坡面的径向应力和坡顶的切向应力可转化为拉应力（应力值为负值），形成一个张力带。斜坡愈逗，则张力带范围愈大。因此，坡肩附近容易拉裂破坏。

○3由于主应力偏转，坡体内的最大剪应力迹线也发生变化，由原来的直线变为凹向坡面的圆弧状（图5-3）。

○4坡面处的径向应力实际为零，所以坡面处于二向应力状态。

上述为典型斜坡的应力分布特征，在各种因素影响下实际情况要复杂得多。

5.崩塌形成的条件

崩塌是在特定的自然条件下形成的。地形地貌、岩性和地质构造是崩塌的物质基础；降雨、地下水作用、震动力、风化作用以及人类活动常成为崩塌形成的诱发因素。

崩塌一般发生在块状、厚层状坚硬岩体中。灰岩、砂岩、石英岩等厚层硬脆性岩石常能形成高陡的斜坡，其

其前缘常由于卸荷作用产生裂隙或使原有裂隙张开，并与其他结构面组合，逐渐发展而形成连续贯通的分离面，在触发因素作用下发生崩塌。此外，有缓倾角软硬相间岩层组合的陡坡，由于软弱岩层被风化剥蚀而形成凹龛，使上部坚硬岩层凸出坡外，易脱落形成崩塌。

构造和非构造成因的岩石裂隙对崩塌的形成影响很大。硬脆性的岩石中往往发育两组或两组以上陡倾节理，其中与坡面平行的一组常演化为张裂隙。此时裂隙的切割密度对崩塌块体的大小起控制作用。崩塌的形成与地形直接相关。在地形切割强烈的山区，高陡斜坡分布区和深开挖的基坑、矿坑中，崩塌现象多见。发生崩塌的地面坡度一般大于45，而大部分分布在大于60的斜坡上。地形切割愈强烈，高差愈大，形成崩塌的可能性和能量也愈大。

5.刚性极限平衡法评价斜坡稳定性的前提条件

刚性极限平衡法的前提条件：○1只考虑破坏面上的极限平衡状态，而不考虑岩土体的变形，也就是将岩土体看成是刚性的。○2破坏面（滑动面）上的强度由摩擦力（衡量）和粘聚力（C衡量）控制，即遵循库伦判据。○3滑体中的应力。以正应力和剪应力的方式集中作用在滑面上，即将它们看成为集中力。○4以平面（二维）课题来处理，使计算简化。

6.抽排水引起地面沉降的实质，比较含水砂层与黏土层固结的差异

（1）、抽排水引起地面沉降的实质可以用有效应力原理来解释，随着抽排水的进行，地下水位不断下降，水头下降，静水压力下降，从而导致有效应力上升，压缩岩体，引起地面沉降。

（2）、抽取地下液体引起的地面沉降是由有效应力在起作用。由于透水性能的显著差异，孔隙水压力减小、有效应力增大的过程，在砂层和粘性土层中是截然不同的。在砂层中，随着承压水头降低和多余水分排出，有效应力迅速增至与承压水位降低后相平衡的程度，所以砂层压密是瞬时完成的。在粘性土中，压密过程进行得十分缓慢，往往需要几个月甚至几十年的时间，因而直到应力转变过程最终完成之前，粘土层中始终存在超孔隙水压力。它是衡量该土层在现存应力条件下最终固结压密程度的重要指标。

相对而言，在较低应力下砂层的压缩性小且主要是弹性、可逆的，而粘性土层的压缩性则大得多且主要是非弹性的永久变形。因此，在较低的有效应力增长条件下，粘性土层的压密在地面沉降中起主要作用，而在水位回升过程中，砂层的膨胀回弹则具有决定意义。

7.覆岩性质对岩层及地表移动影响分析

上覆岩层的强度愈大，各分层厚度愈大，地下开采后使这些岩层移动和破坏所要求的采空区面积也就愈大。

上覆岩层为强度较低的软岩组成时，随着回采工作面的推进，不需很大的采空区面积煤层顶板开始冒落，上覆岩层随之开始移动，并很快传播到地面。

坚硬岩层内部可产生较多的离层裂缝，而软岩层内部一般没有离层发育，因此，坚硬岩层情况下的下沉量较软岩层的要小。

岩移角的大小也与岩层力学性质有关。一般硬岩层的岩移角比软岩层的要大。基岩移动角一般变化在50-90，表土层移动角一般为45-55。

地表移动盆地下沉曲线的形状与岩性有关。顶板岩性愈硬，悬顶距愈大，则下沉曲线的拐点位置愈偏向采空区一方。

10、场地工程地质条件对震害的影响

（1）、岩土类型与性质。岩土类型和性质对宏观烈度的影响最为显著。可从岩土的软硬程度、松软土的厚度以及地层结构等三个方面来考察。

一般来说，在相同的地震力作用下，基岩上的震害最轻，其次为硬土，软土做重。

松软沉积物厚度对震害的影响也很显著。

岩土性质和松软土厚度对震害的影响，根本原因是特征周期的作用。土质愈松软，厚度愈大，特征周期愈长，所以对自振周期较长的高层建筑、烟囱和木架结构房屋能引起共振，加重震害。此外，厚层软土的震动历时加长，也会使震害更加重。若地表分布饱水细砂土、粉土和淤泥土时，会因为震动液化和震陷导致地基失效。

地层结构对震害也有较大的影响。一般情况下，下硬上软的结构震害重，下软上硬则震害较轻。尤其当硬土

中有软土夹层时，可削减地震能量。

（2）、断裂。区分发震断裂和非发震断裂。对发震断裂，强震时的地表变形破裂，对跨越其上的建筑物来说是不可抗御的。所以采取提高烈度的办法是无济于事的，而应在选址时避开。非发震断裂若破碎带胶结较好，则并无加大震害的趋势。所以，非发震断裂应根据断裂带物质的性质，按一般岩土对待即可，不应提高烈度。

（3）、地形地貌。大量宏观调查资料和仪器观测、模型试验及理论分析结果表明，场地内微地形对震害影响明显。其总趋势是：孤立突出的地形加重震害，低洼平坦的地形震害相对减轻。

局部地形地貌影响震害的实质是：孤突的地形使山体发生共振或地震波被多次反射，而引起地面位移、速度和加速度的放大。

（4）、地下水。总的趋势是：饱水的岩土体会影响地震波的传播速度，使场地烈度增高。地下水埋深愈浅，则烈度增加值愈大。地下水埋深1-5m范围内影响最明显；地下水埋深大于10m时影响就部明显了。

11.土的结构特性对渗透变形影响分析

土的抗渗强度取决于土体本身的结构。制约渗透变形发生的土体结构特性包括：土中粗细颗粒直径、细粒物质的含量、土的级配特征、颗粒形状及排列方式等。

（1）、粗细粒径的比例

只有当土中细颗粒的粒径d小于粗颗粒的骨架孔隙直径d0时，才能发生潜蚀。据研究其最优比值为d0/d=8。砂土颗粒粒径与其孔隙比值的大小，与颗粒的排列方式关系极大。土愈疏松，则细小颗粒在孔隙中随渗流运动愈顺畅；愈紧密则只能让更细小的颗粒通过。因此，愈疏松的土体愈容易产生渗透变形。

此外，土愈紧密，抗剪强度愈大，抵抗渗透变形的能力愈强。

（2）、细颗粒的含量

天然无粘性土的颗粒组成相当复杂，其分布曲线有单峰型、双峰型和多峰型。我国水利水电科学研究院通过大量室内试验研究，提出了用细颗粒含量百分数来判别双峰型砾土的渗透变形型式：

○1当细颗粒含量大于35%时为流土；

○2当细颗粒含量小于25%时为潜蚀；

○3当细颗粒含量界于25-35%时，流土和潜蚀均可能发生，主要取决于砾土的密实程度及细颗粒的组成。中等以上密实度、细颗粒的不均匀系数较小的砾土，一般发生流土；反之为潜蚀。

此外，细颗粒成分中粘粒含量的增加，可增大土的凝聚力，因而增大土的抗渗强度，使土不容易产生渗透变形。

（3）、土的级配特征

土的级配特征可用土的不均匀系数C u=d60/d10表示。C u愈大，土愈不均匀，级配愈好。通过试验发现，在自下而上的渗流出口处无覆盖的条件下，砂土的渗透变形类型及临界水力梯度值都与土的不均匀系数有关：○1当C u<10时，主要型式为流土；

○2当C u>20时，主要型式为潜蚀；

○3当C u在10-20之间时，流土和潜蚀都可能发生。

临界水力梯度与不均匀系数之间的关系见右图。从图上可以看出，砂土的不均匀系数愈大，临界水力梯度愈小，也就是说，产生流土的临界水力梯度比潜蚀要大。

需要指出的是，上述的判断对砾质土不适用，而且仅靠上述判别也往往是不全面的。

实验表明：在渗流作用下，由于无粘性土的结构特性不同，有的土首先表现为潜蚀，然后在更强的水动力条件下转化为流土。而有的土则在足够的水动力条件下，直接发生流土。

从一些工程场地渗透稳定性的研究资料可以看出，在具备上述基本条件时，渗透变形现象的产生还必须由宏观地质因素和工程因素来决定。

四、论述

1、活断层的地质、地貌及水文地质特征

1）地质特征

最新沉积地层被错开是活断层最可靠的地质特征。这种现象在一些活动构造带中较常见。一般来说，只要见到第四纪中、晚期沉积物被错断，无论是老断层的复活还是新断层的出现，均可鉴别为活断层。鉴别时应注意与地表滑坡产生的地层错断相区别。

一般活断层的破碎带由松散的破碎物质构成，而老断层的破碎带均有不同程度的胶结。因此，松散、未胶结的断层破碎带也可作为活断层的判别标志。

伴随有强烈地震发生的活断层，当强震过程中沿断裂带常出现地震断层陡坎和地裂缝，是鉴别活断层的重要依据。鉴别地裂缝时，应注意与斜坡变形破坏或大量汲取地下水所造成的地裂缝的区别。非构造的地裂缝一般无一定的方向性。

2）地貌特征

由于活断层的构造地貌格局清晰，所以许多方面可作为其鉴别特征。

活断层往往构成两种截然不同的地貌单元的分界线，并加强各地貌单元之间的差异性。典型的情况是，一侧为断陷区，堆积了很厚的第四纪沉积物；另一侧是隆起区，高耸的山地，叠次出现的断层崖、三角面、断层陡坎等呈线性分布。两者界线截然分明。

活断层经常造成同一地貌单元或地貌系统的分解和异常。如同一夷平面或阶地被活断层错断，造成高差和位错。

走滑型断层可使穿过它的河流、沟谷方向发生明显的变化。当一系列的河谷向一个方向同步位错时，即可作为鉴别活断层位置和性质的证据。根据水系位错的距离和堆积物的绝对年龄，还可推算该断层的平均错动速率。山脊、山谷、阶地和洪积扇等的错开，也是鉴别走滑型断层的标志。

近期断块的差异升降运动，可使同一级夷平面分离解体，高程相差数百米，以至上千米。为数不多的活动断裂在地貌上为深切的直线形河谷，当断层两盘相对地升降，则两岸阶地的高度有差别，同一级阶地的高程在断层两侧明显不同。由于阶地形成时的时代较夷平面新，所以在鉴定活断层时更为可靠。

此外，在活断层带上滑坡、崩塌和泥石流等动力地质现象常呈线性密集分布。

3）水文地质特征

活动断裂带的透水性和导水性较强，因此当地形、地貌条件合适时，沿断裂带泉水常呈线状分布，且植被发育。此外，许多活断层沿线常有温泉出露。有时候一些老断层沿线也有泉水呈线状分布，判别时应结合其它特征以区别。

由于活断层一般比较深大，地下水在循环交替过程中能携带深部的某些化学成分，主要表现为某些微量元素含量的显著增加，。因此，也可以根据地下水中这些微量元素的异常探测活断层。

地质、地貌和水文地质特征地表迹象明显的活断层，在遥感图象中的信息极为丰富，即使是隐伏的活断层，也可提供一定量的信息。因此，利用遥感图象判译来鉴别活断层，是一种很有成效的手段。尤其是研究大范围内的活断层，利用遥感图象判译更有明显的优越性。

2、地层结构对渗透变形影响分析

地层结构对渗透变形的影响，在坝基下表现得最明显。松散土体坝基地层结构有单一型、双层型、多层型和多薄层型等。

○1单一型地层结构大多位于河流的上游地段，一般为砂砾石层，厚度较小，往往产生管涌型渗透变形，其强烈程度取决于土中细颗粒成分的含量。若粗颗粒骨架孔隙中细粒成分较多，且被渗流不断带走，则会产生强烈管涌，甚至转化为流土。这种地层结构的渗透变形容易控制和治理。

○2双层和多层厚层地层结构大多位于河流的中游地段，其渗透变形的发生主要取决于表层粉土和粘性土的性质、厚度和完整程度。如果表层粉土和粘性土较厚而完整，且抗剪强度较大时，即使下面沙砾石层的水力梯度较大，也不易产生渗透变形。如果表层粉土和粘性土较薄或不完整，且位于坝下游地下水溢出段时，就可能会被动

水压力顶冲，产生裂缝，以至冲溃、浮动，发生流土而形成破坏区，下层的管涌或流土可相继发生。总的来说，双层和多厚层地层结构渗透变形现象较多见，也较复杂。

○

3多薄层地层结构一般位于河流下游地段，由细砂土、粉土和粘性土相互叠置组成，单层厚度不大，且多相变和尖灭现象。这种地层结构产生渗透变形主要取决于表层是否存在粘性土及其性质、厚度和完整程度。细砂土、粉土中的粘性土夹层和透镜体，对土层的渗透性和动水压力有一定的影响，可使局部地段水力梯度较大，引起渗透变形。

3、地面沉降产生的地质环境类型及基本特征

（1）近代河流冲积环境模式

在河流中下游高弯度河流沉积相为主。属于这种模式的河流常处于现代地壳沉降带中，河床迁移率高，因而沉积物特征为多旋回的河床沉积土——下粗上细的粗粒土和泛原沉积土，并以细粒粘性土为主的多层交错叠置结构。一般地说，粗粒土层平面分布呈条带状或树枝状，侧向连续性较差。不同层序的细粒土层相互衔接包围在砂体的上、下及两侧，其剖面如右图。

（2）近代三角洲平原沉积环境模式

三角洲位于河流入海（湖）地段，界于河流冲积平原与滨海大陆架的过渡地带。随着地壳的节奏性升降运动，河口地段接受了陆相和海相两种沉积物。其沉积结构具有由陆源碎屑（以中细砂为主夹有有机粘土）与海相粘性土交错叠置的特征。在没有强大潮流和波能作用时，三角洲前缘不断向海洋发展形成建设性三角洲。在平面上可分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲。

（3）断陷盆地沉积模式

一般位于三面环山，中部以断块下降为主的近代活动性地区。盆地下降过程中不断接受来自周围剥蚀区的碎屑物质，堆积了多种成因的粒度不均一的沉积层。沉积物结构受断陷速率和节奏的控制。在这类地质环境中两大类诱发因素均可能导致较严重的地面沉降。按地理位置分为：

○

1临海式断陷盆地 位于滨海地区，常受到近期海侵影响。其沉积结构由海陆交互地层组成。我国台北和宁波盆地均属于这种模式，并已产生了地面沉降现象。

○

2内陆式断陷盆地 位于内陆的近代断陷活动地区。盆地内接受来自周围物源区的多种成因的陆相沉积。由于断陷运动的不均匀性，造成沉积物粒度变化和不同的旋回韵律。

4、煤层开采后顶板形成的“三带”及各带的特征

（1）、冒落带.冒落带是采用全部垮落方法管理顶板时，采煤工作面放顶后引起的煤层直接顶板的破坏范围。其特点是顶板岩石在自重作用下，发生法向弯曲，当岩层内拉张应力超过岩石强度时，破碎成块、垮落而形成。而且越是靠近煤层岩石越是破碎、紊乱。冒落岩块之间的空隙多，连通性强，有利于水、砂和泥土通过。根据冒落岩块的破坏和堆积状况，冒落带可分为不规则冒落和规则冒落两部分。在不规则冒落部分内，岩层完全失去了原有的层次；在规则冒落部分内，岩层基本上保持原有层次。

冒落带的高度取决于采出煤层的厚度和岩石的碎胀系数，通常为采出煤层厚度的3-5倍。煤层愈薄、冒落带的高度愈小。

岩石冒落带的高度h 可由下式计算：α-=

cos )1K (m h 其中，m 为采出煤层的厚度；K 为岩石的碎胀系数；

为煤层倾角。 岩石的碎胀系数取决于岩石的性质，它的值恒大于1，一般为1.10-1.40。通常冒落带高度h 是采出煤层厚

度m 的4-8倍。 （2）、裂隙带。位于冒落带以上。由于冒落带岩石的碎胀性，顶板岩层冒落到一定高度后，以上的岩层向下变形的空间减小，因此，裂隙带内岩层破坏的特点是：岩层发生垂直于层面的裂隙或断开以及岩层顺层面离开（称为离层裂缝）。根据垂直于层面的裂隙、离层裂缝的不同张开程度以及裂缝的连通性好坏，裂隙带又可分为严重断裂、一般开裂和微小开裂三个部分。严重断裂部分内岩层大都断开，裂隙的连通性好，漏水严重。一般开裂部分

2 1

3

4

5 2 3 N 3tg 3+C 3L 3 ○5 折线形滑动面的滑坡计算剖面 内的岩层连续性未断或很少断开，裂缝的连通性较强，漏水程度一般。微小开裂部分内岩层有裂缝，基本不断开，裂缝的连通性不好，漏水性较弱。裂隙带与冒落带之间也无明显的界限。

当煤层埋藏深度较小，冒落带和裂隙带发展到地面时，在地面形成大的裂缝，与矿井工作面贯通，可导致地表水体和大气降水通过裂缝导入矿井，引起矿井涌水量突然增加，造成工作面条件严重恶化，甚至发生透水事故而淹没整个矿井。还可发生溃砂现象。

（3）、弯曲带。裂隙带以上直至地表的部分。带内岩层不再发生断裂，而是在自重及上覆岩层重量作用下，产生法向弯曲变形，并伴随有沿层面脱开（即离层）和层面剪切变形等现象。带内岩层保持其完整性和层状结构，移动过程连续而有规律，岩层呈平缓的弯曲。如果开采深度大，弯曲带的高度将大大超过冒落带和裂隙带之和，此时，裂隙带不会达到地表，地表的变形相对比较和缓，在地表最终形成碟形沉陷洼地，其边缘发育有与矿井不具连通性的上宽下窄的张性裂缝。

7、滑坡推力计算法评价斜坡稳定性的原理与过程（可为论述，也可计算）

滑坡推力E 是总下滑力

T 与总抗滑力R 之间的差值，即E=T-

R 。当滑坡推力E>0有推力，当E<0则无推力，当E=0为极限平衡状态。

计算之前，根据滑面的起伏情况，进行条分，确定每条的

底面倾角、、C 、几何尺寸等数据。 计算过程如下：

对于第一块段，若只考虑重量，则作用在滑面上的下滑力

T 1和抗滑力R 1为 T 1=W 1sin 1 R 1=W 1

cos 1tg 1+C 1L 1 第一块段的剩余下滑力E 1为

E 1=T 1-R 1= W 1sin 1- W 1cos 1tg 1

-C 1L 1 这个剩余下滑力也就是作用在第二块段上的推力。

对于第二块段，若不考虑第一块段传来的推力，其剩余下滑力E 2’为

E 2’=T 2-R 2=W 2sin

2-W 2cos 2tg 2-C 2L 2 E 1作用在第二块段与第一块段结合面上，可以分解成平行和垂直于第二块段底面的切向力T 2’与法向力N 2’，即 T 2’=E 1

cos(2-1) N 2’=E 1

sin(2-1) 此时，第二块段的剩余下滑力E 2为

E 2=W 2sin 2-W 2cos 2tg 2-C 2L 2+E 1[cos(2-1)-sin(

2-1)tg 2] 令1=cos(2-1)-sin(2-1)tg 2，则 E 2=W 2sin 2-W 2cos 2tg 2-C 2L 2+E 11

由此可获得任意一个块段滑坡推力E i 通用计算公式为 E i =W i sin i -W i cos i tg i -C i L i +E i-1i-1

最后一个块段n 的剩余下滑力（滑坡推力）E n 为 E n =W n

sin n -W n cos n tg n -C n L n +E n-1n-1

若E n >0则斜坡会失稳，否则为稳定。 由于各块段计算参数存在一定的误差，为安全起见，将抗滑力部分除以一个安全系数K s 。此值一般为1.05-1.25。则

E i = E i-1i-1+W i sin i -(W i cos i tg i -C i L i )/K s

计算时应注意，当某一块段的剩余下滑力E 为负值，表示没有剩余下滑力。由于岩体的抗拉强度较小（一般只有抗压强度的十分之一左右，土体不能承受拉力），故此时E 取零，然后以下的块段重新计算推力。

8、试推导单一同向结构面斜坡稳定系数K 计算公式。如果滑坡区地下水位较高，滑动体为相对隔水层时，斜坡稳定系数K 又如何计算？（可为论述，也可计算）

(1) 单一同向结构面斜坡

斜坡稳定性受倾向与坡向一致的一组软弱结构面控

制。其稳定性计算可沿滑动方向取一单位宽度剖面（右图）。设斜坡坡角为，有一结构面AB ，长度为L ，倾角，该结构贯穿整个斜坡，结

构面以上部分的变形体（分离体）最大高度为h 。

变形体所受重力W 可沿结构面分解为平行与滑面向下

的下滑力T 和

垂直于结构面的正压力N 为

α?=sin W T

α?=cos W N 结构面上的抗滑阻力F 由两部分组成，一是结构面上

的摩擦阻力，另一是结构面的粘聚力：

L C tg cos W L C tg N F ?+??α?=?+??=

于是，该斜坡稳定系数为

α

??+α?=α??+??α?==sin W L C tg tg sin W L C tg cos W T F K 由于 α????ρ?=

??ρ=cos h L g 21V g W 所以稳定系数为

α

???ρ+α?=2sin h g C 4tg tg K 上式表明，结构面的长度对斜坡稳定性没有影响，而变形体高度h 和滑面倾角的影响较大，h 和越大，斜坡稳定性越差。滑面的性质对斜坡稳定性影响很大，如果结构面很软弱如为泥化夹层或平整光滑，则结构面上的摩擦阻力和粘聚力降低，斜坡的稳定性大大下降。当结构面的粘聚力很小，甚至接近零时，滑体的稳定性只取决于摩擦阻力的大小，有

α

?=tg tg K 计算形式与无粘性土坡的稳定系数计算公式一致。

当K=1时，斜坡在理论上处于极限平衡状态，这时对应的变形体高度H 为斜坡极限高度H max 。由几何关系推导得

)

sin()sin(g cos sin C 2H max ?-α?α-β??ρ??β?= 当滑坡区地下水位较高，滑动体为相对隔水时，在斜坡稳定性计算中应将滑动面上的地下水静水压力计算进来。静水压力P w 计算公式为：

''w w L h g 2

1P ???ρ=（h ’为结构面内地下水水头高度（由结构面最低位置起算），L ’为结构充水部分的长度。 此时，稳定系数为 α??+??-α?=

sin W L C tg )P cos W (K W

单一同向结构面斜坡稳定性分析