2g311020 矿业工程地质和水文地质

内容预览：共有二小节

2g311021、地质条件的分析及其评价

2g311022、地质构造的形式及其对工程的影响

2013年一道单选，一道多选题，共3分。

2014年一道单选，一道多选题，共3分。

预计2015年预计一道单选或一道多选，3分。

2g311021  地质条件的分析及其评价

知识点一 、工程地质

（一）土的物理力学性质及工程性质

1、土的工程分类

（1）土按堆积年代可划分为老堆积土、一般堆积土、新近堆积土三类。

（2）根据地质成因可划分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土等。

（3）根据土中有机质含量可划分为无机土、有机土、泥质炭土和泥炭。 

（4）按颗粒级配和塑性指数可将土分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。

碎石土：粒径大于2㎜的颗粒含量超过全重50%的土。根据颗粒级配和形状可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾。

砂土：粒径大于2㎜的颗粒含量不超过全重50%，且粒径大于0.075㎜的颗粒含量超过全重50%的土。根据颗粒级配可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。

粉土：粒径大于0.075㎜的颗粒含量不超过全重50%，且塑性指数小于或等于10的土。根据颗粒级配可分为砂质粉土和黏质粉土。

黏性土：塑性指数大于10的土。按塑性指数可分为黏土和粉质黏土。

（5）特殊土及其分类

在特定的地理环境或人为条件下形成的特殊性质的土称特殊土，包括软土、湿陷性黄土、红黏土、膨胀土、多年冻土、混合土、人工填土、盐渍土等。

2、土的物理性质指标

（1）土的基本物理性质指标：密度、重度、相对密度、干密度、干重度、含水量、饱和度等。

（2）黏性土的状态指标

1）塑性指数（i_p）：土的液限和塑限的差值（用无百分符号的百分数表示），塑性指数越大，表示土处于塑性状态的含水量范围越大。

2）液性指数（i_l）：黏性土的天然含水量和土的塑限的差值与塑性指数之比。液性指数在0--1之间。液性指数越大，土中天然含水量越高，土质越软。

3、土的工程性质

可松性、压缩性、休止角  

4、土的抗剪强度

土在外力作用下抵抗剪切破坏的能力，它是评价地基承载力、边坡稳定性、计算土压力的重要指标。

土的工程性质包括（）。

a、压缩性       

b、可松性

c、弱塑性       

d、土压力

e、休止角

答案：a be

5、特殊土的工程地质

（1）淤泥类土：又称软土类土和有机类土，主要由黏粒和粉粒等细颗粒组成，淤泥质类土具有高含水量和高孔隙比、渗透性低、高压缩性、抗剪强度低、较显著的触变性和蠕变性。

（2）黄土与湿陷性黄土：按成因分为原生黄土和次生黄土。在自重压力和附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的为湿陷性黄土。分为自重湿陷性和非自重湿陷。

（3）膨胀土：具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土称为膨胀土。黏粒含量、蒙脱石含量越多，土的膨胀性和收缩性越大。

（4）红黏土：具有高塑性、天然含水量高、孔隙比大等特性。红黏土强度一随深度增加而大幅降低。

关于一些特殊土的工程地质特性，说法正确的是（　）。

a、淤泥类土具有压缩性高、较显著的蠕变性

b、湿陷性黄土均属于自重性湿陷

c、蒙脱石含量越多，土的膨胀性越大、收缩性越小

d、红黏土的强度一般随深度增加而大幅增加。

答案：a

（二）岩石的物理力学性质及工程性质

1、岩石的工程分类

按成因分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类；按软硬程度分为硬质岩、软质岩和极软岩三类；按岩体完整程度分为完整岩体、较完整岩体、较破碎岩体、破碎岩体和极破碎岩体。

2、岩石的物理性质 

（1）孔隙性：孔隙性发育程度的指标包括孔隙率与孔隙比。孔隙率即岩石中孔隙总体积与包括孔隙在内的岩石总体积之比。孔隙比是指岩石孔隙总体积与岩石固体部分体积之比。 

（2）吸水性：包括自然吸水率、饱和吸水率及饱和系数。 是评价岩石抗冻性重要指标。 岩石的吸水率、饱和系数大，表明岩石的吸水能力强，水对岩石的浸湿、软化作用强。

（3）软化性：用软化系数表示，是指水饱和状态下的试件与干燥状态下的试件（或自然含水状态下）单向抗压强度之比。它是判定岩石耐风化、耐水浸能力的指标之一。软化系数小于0.75的岩石，其抗水、抗风化和抗冻性较差。

（4）抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏作用的性能。

一般认为吸水率小于0.5%，饱和系数小于0.8，软化系数大于0.75的岩石，为抗冻岩石。

3、岩石的力学性质             

（1）岩石的强度特性

岩石的强度为抵抗外载整体破坏的能力，分抗拉、抗压、抗剪等几各强度。岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小，且压拉强度相差很大。

（2）岩石的变形特性

岩石压缩变形伴随有裂隙开裂的过程，并最终形成断裂。由于有裂隙张开，变形过程中有体积膨胀现象，称为扩容。岩石在断裂的瞬间，其压缩过程中所积蓄的能量会突然释放，造成岩石爆裂和冲击荷载，是地下岩爆等突发性灾害的基本原因。

围压（约束作用）与岩石破坏后剩下的残余强度的高低有重要关系，随围压的提高，岩石的脆性减小、峰值强度和残余强度提高。

（3）节理面影响和岩体力学特性

岩体内存在有节理面（弱面）是影响岩体力学性质的重要因素。节理面的影响因素包括节理面本身的（强度、变形、结构形式等）性质、节理面的分布（密度和朝向）等因素决定。

节理面是岩体的弱结构，一般会使岩石的强度降低，变形模量降低。

影响节理面抗剪强度的因素包括节理面的接触形式、剪胀角大小、节理面粗糙度以及节理面充填情况（充填度、充填材料性质、干燥和风化程度）等。

知识点二、水文地质

（一）地下水的分类

地下水在岩石中的存在形式主要是结合水和自由水。地下水的基本类型见下表：

（二）井巷涌水及预测

1、井巷涌水的主要来源

（1）地表水

（2）地下水 

（3）大气降水

（4）老窖水

2、井巷涌水的预测方法

（1）水文地质比拟法

（2）涌水量与水位降深曲线法

（3）地下水动力学法

（三）矿井水文地质工作的基本任务

（1）井筒施工、巷道掘进、回采工作面的水文地质观测工作；

（2）进一步查明影响矿井充水的因素，对矿井突水、涌水量的预测；

（3）提供矿井防水、探水及疏水方案和措施的有关水文地质资料；

（4）水文地质长期观测工作；

（5）研究和解决矿区（井）供水水源及矿井水的综合利用。

2g311022  地质构造的形式及其对工程的影响

知识点一、地层赋存特点与地质构造的主要形式

（一）地层单位

地层划分单位分界、系、统三级。

地层对应的地质年代单位为代、纪、世三级。  

（二）岩层产状

走向、倾向和倾角

（三）地质构造的主要形式

1、地质构造形式

（1）单斜构造：在一定范围内岩层或矿体大致向一个方向倾斜的构造。

（2）褶皱构造：岩层或矿体受水平挤压后弯曲，但仍保持连续性的构造。分为背斜、向斜。

（3）断裂构造：岩层或矿体受力后产生断裂，失去连续性的构造。断裂面两侧岩层或矿体没有明显位移的叫裂隙，断裂面两侧岩层或矿体发生明显位移的叫断层。

2、断层的要素与分类

（1）断层的要素

断层面、断层线、交面线、断盘、断距、落差、断层的走向、倾向和倾角。

（2）断层的分类

按断层上下盘相对移动的方向分类：正断层、逆断层、平推断层；

按断层走向与岩层走向的关系分类：走向断层、倾向断层、斜交断层。

知识点二、地质构造对矿山工程的影响

（一）构造应力特点及其分析方法

构造应力一般以水平应力为主，由于有构造应力存在，原岩应力的水平侧应力系数λ往往大于1，尤其是在1500m以上的浅部。构造应力虽然分布是局域性的，但因为其作用大，经常可造成岩层破坏严重，成为矿山井巷工程破坏和严重灾害的重要因素。

（1）褶曲：主作用方向和褶曲轴垂直，褶曲受扭剪作用而呈斜列式排列时，褶曲轴与剪作用斜交。

（2）断层：正断层（张性断裂）的最大主作用方向与岩层正交且与上盘下滑方向一致，最小作用方向平行岩层。逆断层（压性断层）的最大主作用方向与岩层面平行且与上盘上滑（或下盘下滑）方向一致，最小作用方向垂直岩层。平移断层的最大主作用方向与岩层面平行，一般与断层面成小角度，最小作用方向平行岩层。

断层

（3）节理：岩层内“x”状节理的最大主作用方向平分x的夹角，并与一个节理面成（45º-ø/2）；最大主作用方向与纵张节理平行，和横张节垂直。

（二）地质构造对矿山工程的影响

（1）断层的影响

断层附近岩石一般较破碎，支护往往困难；含水层水和地表水通过断层涌入井下，造成井下涌水量增大和突水危险。

井田内存在大断层，必然增加岩石巷道的工程量；大断层作为井田边界；中小断层往往限制采区或盘区的划分，影响巷道布置，增加巷道掘进工程量，影响机械化设备充分发挥作用和高产高效开采；断层两侧往往要保留矿柱，增加矿体损失。

（2）褶曲的影响

褶曲轴部顶板压力常有增大现象，巷道容易变形，难于维护。煤矿向斜轴是煤矿瓦斯突出的危险区域；一般情况下井田内阶段或水平运输大巷、总回风巷道沿走向布置。褶曲使沿层布置的巷道发生弯曲。

井巷涌水量预测方法有（　　）。

a．物探法

b．探放法

c．水文地质比拟法

d．涌水量与水位降深曲线法

e．地下水动力学法

答案：cde