水文地質與工程地質

《水文地質與工程地質》是北京林業大學提供的慕課課程，授課老師是黃建坤、李珺、陳麗華。

基本介紹

• 中文名：水文地質與工程地質
• 提供院校：北京林業大學
• 類別：慕課
• 授課老師：黃建坤、李珺、陳麗華

課程大綱

01

1 緒論

教學內容：（1）水文地質與工程地質的基本概念；地質學、工程地質的概念。（2）本課程的主要任務和研究方法；基本任務、具體任務和研究方法。（3）土木工程與地質環境；地質環境的概念、土木工程與地質環境的相互影響。（4）地質條件和地質問題；水文地質與工程地質條件的含義及內容、土木工程中的主要地質問題簡介。教學要求：（1）了解地質學和水文地質與工程地質的概念及其相互關係。（2）了解水文與工程地質的主要任務和研究方法。（3）掌握地質環境、地質條件的概念，理解土木工程與地質環境的相互作用與影響。

課時

1.1 工程地質學的內容和研究方法

學習水文地質與工程地質的基本概念，地質學、工程地質的概念，以及本課程的主要任務和研究方法。

1.2 地基、基礎與地基承載力

學習地質環境的概念、土木工程與地質環境的相互影響，掌握地基、基礎與地基承載力的概念。

1.3 工程地質問題

學習土木工程中的四大類主要地質問題。

02

2 地殼及其物質組成

教學內容：（1）地球的層圈構造地球的分圈：內圈和外圈。內圈分：地殼、地幔和地核。外圈分為大氣圈、水圈和生物圈。（2）地質作用及其分類地質作用的概念和類型，包括活斷層和地震、斜坡變形破壞、崩塌、滑坡、土石流、岩溶、滲透變形、岩體穩定性分析等。（3）礦物的概念、物理力學性質及常見礦物礦物：具有一定化學成分和物理性質的自然元素和化合物。礦物的主要物理性質有：晶形、顏色、光澤、條痕、硬度、解理和斷口、比重等礦物的定義。（4）岩石的成因類型和常見岩石及其特點。岩石的定義，岩石的成因分類：岩漿岩、沉積岩和變質岩。岩漿岩的形成，岩漿岩的化學成分及礦物成分、產狀、結構、構造，主要岩漿岩的特徵及肉眼鑑定；沉積岩的形成，沉積岩的物質成分，沉積岩的結構、構造，主要沉積岩的特徵及肉眼鑑定；變質岩的形成，變質岩的礦物特徵，變質岩的特徵及肉眼鑑定。教學要求：（1）了解地球的層圈構造；掌握地質作用的概念及其分類。（2）掌握礦物的概念及其基本性質。（3）熟練掌握岩石的三大成因類型的主要特徵。（4）了解三大類岩石的分類和代表性岩石的特徵及其工程地質性質。

課時

2.1.1內外力地質作用

學習地質作用的概念和類型，包括內力地質作用和外力地質作用等。

2.1.2礦物的形態

礦物是具有一定化學成分和物理性質的自然元素和化合物。本節需要學習礦物的概念和礦物晶體的特性。

2.1.3礦物的物理性質

學習礦物的主要物理性質，主要有：顏色、光澤、條痕、硬度、解理和斷口，以及其他物理化學性質等。

2.2.1岩石及火成岩的結構與構造

首先了解岩石的定義，理解按岩石成因分類的三大類岩石：岩漿岩、沉積岩和變質岩。學習岩漿岩的結構、構造，以及岩漿岩的主要特徵及肉眼鑑定方法。

2.2.2火成岩產狀與分類

學習岩漿岩的形成，岩漿岩的產狀以及按化學成分及礦物成分的分類。

2.2.3沉積岩結構與構造

學習沉積岩的形成，沉積岩的物質成分，沉積岩的結構、構造，沉積岩的主要特徵及肉眼鑑定。

2.2.4變質岩結構與構造

學習變質岩的形成，變質岩的結構和構造，變質岩的礦物特徵，變質岩的特徵及肉眼鑑定。

03

3 地質年代與第四紀地質概述

本章的重點和難點是地質年代的有關概念和各類第四紀沉積物的工程地質特徵。教學內容：（1）地質年代相對年代與絕對年代的含義及確定相對地質年代的基本方法；地質年代劃分及地質年代表。（2）第四紀地質概況冰川廣布、黃土形成、地殼發育成現代。（3）第四紀沉積物的含義及其成因類型的劃分第四紀所形成的堆積物，包括沖積物、洪積物、殘積物、坡積物等。（4）第四紀沉積物各成因類型的特徵及工程地質特性風化物、海洋沉積物、湖泊沉積物、冰川沉積物、地表水沉積物。教學要求：（1）掌握絕對地質年代、相對地質年代、地質年代單位及年代地層單位的概念，了解確定相對地質年代的基本方法，板塊構造的基本含義。（2）掌握沖積物、洪積物、殘積物、坡積物的概念以及各自的特徵和工程地質特性。

課時

3.1.1相對年代和絕對年代

學習相對年代與絕對年代的含義，以及確定相對地質年代和絕對地質年代的基本方法。

3.1.2地質年代表和地質年代單位

學習地質年代劃分及地質年代表，掌握地質年代單位及年代地層單位。

3.1.3板塊構造與相鄰板塊間的三種結合類型

學習板塊構造及板塊間的三種結合類型：島弧和海溝、洋中脊、轉換斷層。

3.2.1殘積土

學習殘積土的形成及其工程性質。

3.2.2坡積土

學習坡積土的形成及其工程性質。

3.2.3洪積土

學習洪積土的形成及其工程性質。

3.2.4沖積土

學習沖積土的形成，及其四種基本類型：河床相、河漫灘相、牛軛湖相、河口三角洲相，掌握沖積土的工程性質。

04

4 地質構造

本章的重點是幾種常見的地質構造的基本概念及其與工程的關係，難點是地質構造對工程的影響。教學內容：（1）構造運動與地質構造地殼運動類型與地質構造特徵的關係。（2）岩層的產狀及表示方法岩層產狀三要素（走向、傾向、傾角）及其量測方法（羅盤）。（3）地層接觸關係的含義及接觸關係類型。整合結束，假整合接觸，角度不整合接觸，侵入接觸，沉積接觸。（4）幾種常見的地質構造（褶皺、節理、斷層）褶皺要素，褶皺類型，褶皺的野外識別，褶皺構造的工程地質評價；節理類型，節理髮育程度分級，節理調查與統計；斷層及其要素，正斷層、逆斷層及平移斷層，階梯狀斷層、地塹、地壘及疊式構造，斷層野外識別，斷層的工程地質評價。（5）常見地質構造的野外識別在實習中學習和識別。（6）常見地質構造與土木工程關係地質構造與建築、公路、鐵路等的關係。教學要求：（1）理解構造運動與地質構造的關係。（2）熟練掌握褶皺、節理、斷層的概念、要素、類型及其特性。（3）熟練掌握褶皺、節理、斷層的工程地質評價。（4）了解活斷層的概念、特性、判別及對建築工程的影響，了解地震的相關基本概念（震級與烈度）。

課時

4.1.1構造運動

學習地殼運動類型與地質構造特徵的關係，初步掌握水平和垂直構造運動的特點，以及褶皺、節理、斷層等地質構造的概念。

4.1.2產狀及其測量

學習岩層產狀三要素（走向、傾向、傾角）及其量測方法（羅盤）。

4.1.3地層接觸關係

學習六種地層接觸關係，包括：整合接觸，假整合接觸，不整合接觸，沉積接觸，侵入接觸，以及斷層接觸。

4.2.1褶皺及褶皺類型

學習褶皺要素，褶皺類型。

4.2.2節理及節理類型

學習節理的成因，及其類型，節理的特點。

4.2.3節理統計

學習節理調查與統計方法，掌握節理走向玫瑰圖和節理傾向玫瑰圖的繪製方法。

4.3.1斷層及斷層類型

學習斷層及其要素，掌握三種典型斷層的特點，包括正斷層、逆斷層及平移斷層。

4.3.2斷層組合及辨別

學習階梯狀斷層、地塹、地壘及疊瓦構造，斷層野外識別，斷層的工程地質評價。

4.4.1地震的基本知識

認識地震成因，了解震源、震中、震源深度、等震線及地震波類型。

4.4.2地震震級與烈度

通過學習地震震級和地震烈度的概念，了解地震震級與地震烈度的聯繫與區別。

4.4.3地震效應

學習地震效應的概念，了解地震力效應、地震破裂效應、地震液化與震陷、地震激發地質災害和地震引發的海嘯五種地震效應的形式。

05

5 地下水

本章重點掌握地下水與工程的關係，難點是地下水的不良地質作用的形成機理。教學內容：（1）地下水的基本概念地下水石儲藏於地表以下岩土體空隙中的各種狀態的水。岩土空隙：孔隙、裂隙及溶隙，岩土的水理性質：容水性、持水性、給水性及透水性，含水層、隔水層與透水層。（2）地下水的類型按埋藏條件分類：上層滯水，潛水及承壓水；按賦存介質分類：孔隙水、裂隙水、岩溶水。（3）地下水的補給、排泄和徑流地下水運動規律：補給、排泄和徑流。（4）地下水與工程。滲透變形：流土與管涌，地面沉降，地下水的浮托作用，承壓水的作用，及地下水對混凝土的腐蝕，地基岩土膨脹與崩解。教學要求：（1）了解岩土的空隙性，地下水的物理化學性質，掌握含水層與隔水層的概念。（2）熟練掌握各類地下水的定義及其特徵。（3）了解地下水的補給、排泄和徑流的概念。（4）掌握地下水與工程(地基沉降、流砂、潛蝕、腐蝕及浮托作用)。

課時

5.1.1含水層與隔水層

地下水是儲藏於地表以下，岩土體空隙中的各種狀態的水。岩土空隙：孔隙、裂隙及溶隙。本節將學習含水層、隔水層與透水層的概念。

5.1.2地下水的類型

按埋藏條件分類：上層滯水，潛水及承壓水；按賦存介質分類：孔隙水、裂隙水、岩溶水。本節我們介紹按埋藏條件和含水層空隙性質的綜合分類法。

5.2.1達西線性滲透定律

地下水的運動有層流、紊流和混合流三種形式。本節基於層流，介紹達西線性滲透定律。

5.2.2地下水的湧水量

本節將學習地下水湧水量和集水構築物的概念。通過這節課的學習，學生要掌握滲渠理論排水量的計算。

5.2.3基坑突涌與安全厚度

地下水是深基坑工程的天敵，是導致基坑工程事故的最直接原因之一。通過這節課的學習，學生要了解安全厚度的計算方法。

5.2.4地下水的腐蝕類型

學習地下水對混凝土的腐蝕，掌握結晶類、分解類和結晶分解複合類三種混凝土腐蝕類型。

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6 地表地質作用

本章重點掌握常見的幾種地表地質作用對工程的不良影響及防治，難點是各種地質災害的成因分析。教學內容：（1）風化作用風化作用的類型，影響岩石風化的因素；岩石風化的垂直分帶，殘積層的特徵；風化岩層的調查和處理措施。（2）河流的地質作用地表流水的地質作用，坡積層、洪積層的形成及其特徵，沖溝的形成，發展與防治。河流的侵蝕、搬運，沉積作用，殘積層的形成及其特徵。（3）岩溶作用岩溶的概念及其研究意義；岩溶發音的基本條件和規律；岩溶滲漏、地基穩定、地下洞室穩定與湧水等問題；岩溶滲漏的處理。（4）斜坡與邊坡地質作用(滑坡、崩塌、土石流地質災害等)岩體的結構特徵：岩體中的結構面及岩體結構類型；岩質邊坡變形破壞類型；崩塌極其形成條件；滑坡形態要素、形成機制、分類；斜坡穩定性評價；斜坡變形破壞的防治。（5）海岸帶的地質作用 海岸帶是地球表面現代地質作用最積極、最活躍的場所，地質作用包括：波浪、潮汐和沿岸流三種形式。教學要求：（1）熟練掌握風化作用的概念、類型、影響因素及對工程的影響評價與防治；（2）了解河流水動力特徵，掌握河流地質作用的類型，理解河漫灘和階地的概念及其形成，掌握河流侵蝕、淤積作用的危害及防治；（3）熟練掌握岩溶作用的概念、形成條件，了解各類岩溶地貌，掌握岩溶區的主要工程地質問題及常用處理方法；（4）熟練掌握斜坡變形破壞類型、防治原則和措施，了解斜坡穩定性的評價方法。（5）了解海岸帶的水動力特徵、海岸地貌、沿岸建築物的防護措施。

課時

6.1風化作用的類型及影響因素

學習風化作用的類型，影響岩石風化的因素。

6.2.1水的搬運作用

學習水的搬運作用，了解水對顆粒物質的搬運力學機理。

6.2.2河流地貌

河流的侵蝕、搬運與沉積作用是改變地表地形的重要地質作用。同學要了解河床及河床沉積物、河漫灘及河漫灘沉積物、牛軛湖及牛軛湖沉積物、河流階地的概念。

6.2.3凹岸的坍塌

學習凹岸的坍塌和凸岸的於漲的概念，了解坍岸的形成原因、掌握各類土質河岸的坍岸情況。

6.2.4河流侵蝕、淤積作用的治理

學習不同河流侵蝕的類型和河流治理的基本類型。

6.3.1岩溶（喀斯特）作用

學習掌握岩溶的概念及其研究意義；岩溶發生的基本條件和規律；岩溶滲漏、地基穩定、地下洞室穩定與湧水等問題。

6.3.2崩塌

學習崩塌的概念，及其形成條件和工程地質特點。

6.3.3土石流

學習土石流的形成條件、土石流的分類、土石流危害和土石流的防治措施。

6.4.1滑坡的概念

學習滑坡形態要素、形成機制、分類。

6.4.2平移滑動斜坡穩定性計算

掌握平移滑動斜坡穩定性計算原理，及斜坡穩定性評價。

6.4.3圓弧滑動斜坡穩定性推導

掌握瑞典條分法，即圓弧滑動斜坡穩定性推導過程。

6.4.4滑坡防治措施

學習斜坡變形破壞的防治措施。

07

7 岩土工程地質分級與分類

本章重點掌握岩體工程地質性質的主要影響因素。難點是我國主要特殊土的基本特性。教學內容：（1）工程岩體的概念及分級（2）土的工程分類土工程分類的原則和現狀以及測試方法。介紹《岩土工程勘察規範》、《土的分類標準》。（3）我國主要特殊性土及其基本特性黃土、膨脹土、紅粘土特性。教學要求：（1）了解工程岩體分級的目，掌握工程岩體的概念及影響岩體工程性質的主要因素，了解工程岩體分級的代表性方案；（2）了解土的工程分類標準和地基土的分類；（3）掌握我國主要特殊性土的基本特性。

課時

7.1.1岩體工程性質的影響因素及分級

掌握岩體工程地質性質的主要影響因素，岩體工程分類的原則和現狀以及測試方法。介紹《岩土工程勘察規範》中岩體分級方法及岩體基本質量指標。

7.1.2土的粒徑分級

了解土的粒徑分級，學習液限、塑限等黏土基本指標，以及土粒的曲率係數和不均勻係數的概念。介紹土的通用分類標準，如《土的分類標準》(GBJ145-90)；專門分類標準，如《建築地基基礎設計規範》(GB50007-2002)和《岩土工程勘察規範》(GB50021-2001)等。

7.1.3建築物地基土分類

學習建築物地基土的分類，了解碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土等概念。

7.2.1特殊土-黃土

了解黃土概念，學習黃土的成分與構成及其工程性質特點。

7.2.2紅黏土

學習紅黏土的形成條件、分布規律、成分特點和基本工程地質特徵。

7.2.3軟土

學習軟土的成因類型、軟土的分布和軟土的工程性質。

7.2.4凍土

學習凍土的分類、凍土的力學性質和凍土的工程性質。

08

8 工程地質勘探

本章重點掌握現場原位測試的常用的試驗方法，工程地質勘察報告的主要內容及編制方法。難點是現場原位測試的試驗原理和工程地質勘察報告的正確使用。教學內容：（1）概述勘察目的，勘察分級，勘察任務；可行性研究，勘察、初步勘察和詳細勘察階段勘察基本要求與內容。（2）工程地質測繪與調查測繪內容，測繪比例尺，工程地質測繪方法。（3）工程地質原位測試方法的基本做法、適用條件及其資料的使用。（4）現場監測現場監測的目的與任務，建築物沉降觀測，地下水監測。教學要求：（1）了解各個勘察階段的任務和要求，掌握勘察的分級和勘察階段的劃分。（2）了解工程地質測繪和調查。（3）了解常用的工程地質原位測試方法的基本原理，掌握常用的原位測試方法的適用條件及其資料的使用。（4）了解現場監測的目的與主要內容。

課時

8.1工程勘察階段與地質測繪

學習勘察目的、勘察分級和勘察任務；了解選址勘察、初步勘察和詳細勘察階段的勘察基本要求與內容。了解測繪內容、測繪比例尺、工程地質測繪方法。

8.2.1靜力載荷試驗

學習平板載荷試驗的基本原理、技術要求、試驗資料成果及其套用等。

8.2.2靜力觸探試驗

學習靜力觸探試驗的基本原理、技術要求、試驗資料成果及其套用等。

8.2.3標準貫入試驗

學習標準貫入試驗的基本原理、技術要求、試驗資料成果及其套用等。

8.2.4十字板剪下試驗

學習十字板剪下試驗的基本原理、技術要求、試驗資料成果及其套用等。

8.3現場檢測

學習現場監測的目的與任務，建築物沉降觀測，地下水監測；了解現場監測的內容、地基評價的內容。

09

9 各類工程的勘察要求與評價

本章重點掌握高層建築、橋樑中常見工程地質問題和勘察要點。教學內容：（1）高層建築高層建築的特點，高層建築工程勘察的基本要求。（2）公路選線的工程地質論證。教學要求：（1）了解高層建築工程的勘察基本要求。（2）了解公路選線的勘察基本要求。

課時

9.1高層建築工程勘察的基本要求

學習高層建築岩土工程勘察的基本要求，從地基承載力、變形與傾斜等方面了解岩體工程勘察的必要性和要求。

9.2公路選線的工程地質論證

學習選線的工程地質論證、路基的主要工程地質問題，從路線的基本類型、地質構造的影響和滑坡地帶選線三方面了解地公路選線。

參考教材

孫家齊主編，《工程地質》，武漢工業大學出版社，2011年版

許兆義主編，《工程地質基礎》，中國鐵道出版社，2003年版