工程地质学（第4版）

前言

第1 章　绪论 1

1. 1　地质学与工程地质学 1

1. 2　工程地质学的研究内容与研究方法 2

1. 3　工程地质条件与工程地质问题 3

1. 3. 1　工程地质条件 3

1. 3. 2　工程地质问题 5

1. 4　工程地质与工程建设 5

1. 5　人类工程活动与地质环境的关系 7

本章小结 8

习题 9

参考文献 9

第2 章　地壳及其物质组成 10

2. 1　地壳及地质年代 10

2. 1. 1　地球的圈层结构 10

2. 1. 2　地质作用 11

2. 1. 3　地质年代 13

2. 1. 4　地貌 16

2. 2　矿物 18

2. 2. 1　矿物的概念 18

2. 2. 2　矿物的物理性质 18

2. 2. 3　主要造岩矿物及其主要特征 21

2. 3　岩石 21

2. 3. 1　岩浆岩 21

2. 3. 2　沉积岩 25

2. 3. 3　变质岩 31

2. 3. 4　三大岩类的肉眼鉴别 34

本章小结 36

习题 37

参考文献 37

第3 章　地质构造 38

3. 1　构造运动与地质构造 38

3. 2　岩层的产状及地层接触关系 39

3. 2. 1　岩层的产状 39

3. 2. 2　岩层露头线及其特征 40

3. 2. 3　地层接触关系 41

3. 3　褶皱 42

3. 3. 1　褶皱的概念 42

3. 3. 2　褶皱的基本类型 43

3. 3. 3　褶皱要素 43

3. 3. 4　褶皱的形态类型 44

3. 3. 5　褶皱的野外识别 46

3. 3. 6　褶皱的形成时代 46

3. 3. 7　褶皱的工程地质评价 47

3. 4　节理 49

3. 4. 1　节理的类型 49

3. 4. 2　节理的观测与统计 51

3. 4. 3　节理对工程的影响 53

3. 5　断层 53

3. 5. 1　断层要素 54

3. 5. 2　断层的类型 54

3. 5. 3　断层存在的标志 57

3. 5. 4　断层的形成时代 58

3. 5. 5　断层的工程地质评价 59

3. 6　活断层 60

3. 6. 1　活断层的概念 60

3. 6. 2　活断层的特征 60

3. 6. 3　活断层的识别 61

3. 6. 4　活断层评价 62

3. 6. 5　活断层区的建筑原则 64

3. 7　地质图 64

3. 7. 1　地质图的种类 64

3. 7. 2　地质图的比例尺 65

3. 7. 3　地质条件在地质图上的表示

方法 65

本章小结 66

习题 67

参考文献 68

第4 章　岩土体的工程地质特性 69

4. 1　概述 69

4. 2　土的物质组成与结构构造 70

4. 2. 1　土的固体颗粒 70

4. 2. 2　土中的水 73

4. 2. 3　土中的气体 73

4. 2. 4　土的结构和构造 74

4. 3　土的物理力学性质 75

4. 3. 1　土的实测物理性质指标 75

4. 3. 2　土的物理性质换算指标 76

4. 3. 3　土的物理性质指标换算 78

4. 3. 4　黏性土的水理性质 80

4. 3. 5　土的密实度 82

4. 3. 6　土的力学性质 84

4. 3. 7　土的透水性和毛细性 87

4. 4　土的工程地质分类 87

4. 4. 1　GB/ T 50145—2007 《土的工程

分类标准》 88

4. 4. 2　GB 50021—2001 《岩土工程勘察

规范》土的分类 89

4. 4. 3　土的野外鉴别分类 91

4. 5　特殊土的工程地质特征 92

4. 5. 1　黄土 92

4. 5. 2　软土 95

4. 5. 3　多年冻土 96

4. 5. 4　红黏土 98

4. 5. 5　膨胀土 99

4. 5. 6　盐渍土 99

4. 5. 7　填土 100

4. 5. 8　污染土 101

4. 6　岩石的物理力学性质 102

4. 6. 1　岩石的基本物理性质 102

4. 6. 2　岩石的水理性质 103

4. 6. 3　岩石的力学性质 104

4. 7　岩体的结构特征 105

4. 7. 1　结构面类型及其特征 106

4. 7. 2　结构体的类型及其特征 107

4. 7. 3　岩体结构类型划分 107

4. 8　岩体的力学性质 108

4. 9　工程岩体分类及分级 109

4. 9. 1　影响岩体工程地质性质的因素 109

4. 9. 2　GB/ T 50218—2014 《工程岩体分级标

准》分类 110

4. 9. 3　岩石质量指标(RQD) 分类 113

4. 9. 4　岩体地质力学分类(CSIR) 114

4. 9. 5　巴顿岩体质量分类(Q 分类) 116

4. 9. 6　岩体质量指标分类(RMQ 分类) 116

4. 9. 7　洞室围岩分类 116

本章小结 119

习题 119

参考文献 120

第5 章　地下水 121

5. 1　地下水的基本概念 121

5. 1. 1　岩土中的空隙 121

5. 1. 2　含水层与隔水层 122

5. 2　地下水类型及其特征 123

5. 2. 1　地下水按埋藏条件分类及其

特征 123

5. 2. 2　地下水按含水介质类型分类

及其特征 127

5. 3　地下水的性质 129

5. 3. 1　地下水的物理性质 129

5. 3. 2　地下水的化学性质 130

5. 4　地下水的补给、排泄与径流 131

5. 4. 1　地下水的补给 131

5. 4. 2　地下水的排泄 132

5. 4. 3　地下水的径流 134

5. 4. 4　地下水运动的基本规律 134

5. 5　地下水的不良地质现象 136

5. 5. 1　地下水对钢筋混凝土的腐蚀性问题

136

5. 5. 2　潜水位上升引起的工程地质问题

137

5. 5. 3　地下水位下降引起的工程地质问题

137

5. 5. 4　地下水的渗透破坏 138

5. 5. 5　地下水的浮托作用 139

5. 5. 6　承压水对基坑的作用 139

本章小结 139

习题 140

参考文献 141

第6 章　不良地质作用 142

目录

6. 1　滑坡与崩塌 143

6. 1. 1　滑坡 143

6. 1. 2　崩塌 149

6. 2　泥石流 150

6. 2. 1　泥石流的基本特征 150

6. 2. 2　泥石流的形成条件 151

6. 2. 3　泥石流的分类 152

6. 2. 4　泥石流的防治 153

6. 3　地面沉降与地裂缝 153

6. 3. 1　地面沉降 153

6. 3. 2　地裂缝 155

6. 4　地面塌陷 157

6. 4. 1　采空塌陷 157

6. 4. 2　岩溶塌陷 159

6. 5　地震 161

6. 5. 1　地震的基本概念 161

6. 5. 2　地震成因类型及地震波 162

6. 5. 3　地震的震级与烈度 164

6. 5. 4　建筑工程的震害及防震原则 165

本章小结 168

习题 169

参考文献 169

第7 章　不同工程类型常见工程地质

问题 170

7. 1　工业与民用建筑工程地质问题 170

7. 1. 1　区域稳定性问题 171

7. 1. 2　地基稳定性问题 171

7. 1. 3　深基坑稳定性问题 173

7. 1. 4　建筑物配置问题 175

7. 1. 5　地下水的腐蚀性问题 175

7. 1. 6　地基的施工条件问题 175

7. 2　地下洞室工程地质问题 176

7. 2. 1　围岩的变形与破坏 176

7. 2. 2　地下洞室总体位置的选择 178

7. 2. 3　地下洞室洞口位置选择 179

7. 2. 4　地下洞室轴线位置选择 179

7. 2. 5　地下洞室特殊工程地质问题 183

7. 3　道路桥梁工程地质问题 184

7. 3. 1　道路工程地质问题 184

7. 3. 2　桥梁工程地质问题 189

7. 4　边坡工程地质问题 191

7. 4. 1　边坡的变形破坏 191

7. 4. 2　边坡稳定性问题 195

7. 5　水利水电工程地质问题 196

7. 5. 1　水坝类型及其对工程地质条件的要求

197

7. 5. 2　库岸稳定问题 199

7. 5. 3　库区浸没问题 200

7. 5. 4　库区淤积问题 201

7. 5. 5　库坝区渗漏问题 201

本章小结 202

习题 203

参考文献 203

第8 章　岩土工程勘察 204

8. 1　岩土工程勘察等级及勘察阶段划分 205

8. 1. 1　岩土工程勘察等级 205

8. 1. 2　岩土工程勘察阶段的划分 207

8. 2　岩土工程勘察方法 209

8. 3　工程地质测绘与调查 211

8. 3. 1　工程地质测绘与调查的范围、比例尺

和精度 211

8. 3. 2　工程地质测绘的内容 212

8. 3. 3　工程地质测绘的方法 214

8. 4　工程地质勘探 215

8. 4. 1　工程地质勘探的任务 215

8. 4. 2　工程地质物探 215

8. 4. 3　工程地质钻探 217

8. 4. 4　工程地质坑探 218

8. 5　现场原位测试 218

8. 5. 1　静力载荷试验 219

8. 5. 2　静力触探试验 220

8. 5. 3　圆锥动力触探 225

8. 5. 4　标准贯入试验 227

8. 6　现场检验与监测 229

8. 7　岩土工程勘察纲要 231

8. 8　岩土工程勘察成果报告 232

8. 8. 1　工程地质图的编绘 232

8. 8. 2　岩土工程勘察报告的编写 235

本章小结 239

习题 240

参考文献 240

附录 241

实验1　主要造岩矿物的鉴别 241

实验2　常见岩石的鉴别 244

实验3　地质构造鉴别与地质图阅读 247 2100433B

前言

第1 章　绪论 1

1. 1　地质学与工程地质学 1

1. 2　工程地质学的研究内容与研究方法 2

1. 3　工程地质条件与工程地质问题 3

1. 3. 1　工程地质条件 3

1. 3. 2　工程地质问题 5

1. 4　工程地质与工程建设 5

1. 5　人类工程活动与地质环境的关系 7

本章小结 8

习题 9

参考文献 9

第2 章　地壳及其物质组成 10

2. 1　地壳及地质年代 10

2. 1. 1　地球的圈层结构 10

2. 1. 2　地质作用 11

2. 1. 3　地质年代 13

2. 1. 4　地貌 16

2. 2　矿物 18

2. 2. 1　矿物的概念 18

2. 2. 2　矿物的物理性质 18

2. 2. 3　主要造岩矿物及其主要特征 21

2. 3　岩石 21

2. 3. 1　岩浆岩 21

2. 3. 2　沉积岩 25

2. 3. 3　变质岩 31

2. 3. 4　三大岩类的肉眼鉴别 34

本章小结 36

习题 37

参考文献 37

第3 章　地质构造 38

3. 1　构造运动与地质构造 38

3. 2　岩层的产状及地层接触关系 39

3. 2. 1　岩层的产状 39

3. 2. 2　岩层露头线及其特征 40

3. 2. 3　地层接触关系 41

3. 3　褶皱 42

3. 3. 1　褶皱的概念 42

3. 3. 2　褶皱的基本类型 43

3. 3. 3　褶皱要素 43

3. 3. 4　褶皱的形态类型 44

3. 3. 5　褶皱的野外识别 46

3. 3. 6　褶皱的形成时代 46

3. 3. 7　褶皱的工程地质评价 47

3. 4　节理 49

3. 4. 1　节理的类型 49

3. 4. 2　节理的观测与统计 51

3. 4. 3　节理对工程的影响 53

3. 5　断层 53

3. 5. 1　断层要素 54

3. 5. 2　断层的类型 54

3. 5. 3　断层存在的标志 57

3. 5. 4　断层的形成时代 58

3. 5. 5　断层的工程地质评价 59

3. 6　活断层 60

3. 6. 1　活断层的概念 60

3. 6. 2　活断层的特征 60

3. 6. 3　活断层的识别 61

3. 6. 4　活断层评价 62

3. 6. 5　活断层区的建筑原则 64

3. 7　地质图 64

3. 7. 1　地质图的种类 64

3. 7. 2　地质图的比例尺 65

3. 7. 3　地质条件在地质图上的表示

Ⅴ

方法 65

本章小结 66

习题 67

参考文献 68

第4 章　岩土体的工程地质特性 69

4. 1　概述 69

4. 2　土的物质组成与结构构造 70

4. 2. 1　土的固体颗粒 70

4. 2. 2　土中的水 73

4. 2. 3　土中的气体 73

4. 2. 4　土的结构和构造 74

4. 3　土的物理力学性质 75

4. 3. 1　土的实测物理性质指标 75

4. 3. 2　土的物理性质换算指标 76

4. 3. 3　土的物理性质指标换算 78

4. 3. 4　黏性土的水理性质 80

4. 3. 5　土的密实度 82

4. 3. 6　土的力学性质 84

4. 3. 7　土的透水性和毛细性 87

4. 4　土的工程地质分类 87

4. 4. 1　GB/ T 50145—2007 《土的工程

分类标准》 88

4. 4. 2　GB 50021—2001 《岩土工程勘察

规范》土的分类 89

4. 4. 3　土的野外鉴别分类 91

4. 5　特殊土的工程地质特征 92

4. 5. 1　黄土 92

4. 5. 2　软土 95

4. 5. 3　多年冻土 96

4. 5. 4　红黏土 98

4. 5. 5　膨胀土 99

4. 5. 6　盐渍土 99

4. 5. 7　填土 100

4. 5. 8　污染土 101

4. 6　岩石的物理力学性质 102

4. 6. 1　岩石的基本物理性质 102

4. 6. 2　岩石的水理性质 103

4. 6. 3　岩石的力学性质 104

4. 7　岩体的结构特征 105

4. 7. 1　结构面类型及其特征 106

4. 7. 2　结构体的类型及其特征 107

4. 7. 3　岩体结构类型划分 107

4. 8　岩体的力学性质 108

4. 9　工程岩体分类及分级 109

4. 9. 1　影响岩体工程地质性质的因素 109

4. 9. 2　GB/ T 50218—2014 《工程岩体分级标

准》分类 110

4. 9. 3　岩石质量指标(RQD) 分类 113

4. 9. 4　岩体地质力学分类(CSIR) 114

4. 9. 5　巴顿岩体质量分类(Q 分类) 116

4. 9. 6　岩体质量指标分类(RMQ 分类) 116

4. 9. 7　洞室围岩分类 116

本章小结 119

习题 119

参考文献 120

第5 章　地下水 121

5. 1　地下水的基本概念 121

5. 1. 1　岩土中的空隙 121

5. 1. 2　含水层与隔水层 122

5. 2　地下水类型及其特征 123

5. 2. 1　地下水按埋藏条件分类及其

特征 123

5. 2. 2　地下水按含水介质类型分类

及其特征 127

5. 3　地下水的性质 129

5. 3. 1　地下水的物理性质 129

5. 3. 2　地下水的化学性质 130

5. 4　地下水的补给、排泄与径流 131

5. 4. 1　地下水的补给 131

5. 4. 2　地下水的排泄 132

5. 4. 3　地下水的径流 134

5. 4. 4　地下水运动的基本规律 134

5. 5　地下水的不良地质现象 136

5. 5. 1　地下水对钢筋混凝土的腐蚀性问题

136

5. 5. 2　潜水位上升引起的工程地质问题

137

5. 5. 3　地下水位下降引起的工程地质问题

137

5. 5. 4　地下水的渗透破坏 138

5. 5. 5　地下水的浮托作用 139

5. 5. 6　承压水对基坑的作用 139

本章小结 139

习题 140

参考文献 141

第6 章　不良地质作用 142

目录

Ⅵ

6. 1　滑坡与崩塌 143

6. 1. 1　滑坡 143

6. 1. 2　崩塌 149

6. 2　泥石流 150

6. 2. 1　泥石流的基本特征 150

6. 2. 2　泥石流的形成条件 151

6. 2. 3　泥石流的分类 152

6. 2. 4　泥石流的防治 153

6. 3　地面沉降与地裂缝 153

6. 3. 1　地面沉降 153

6. 3. 2　地裂缝 155

6. 4　地面塌陷 157

6. 4. 1　采空塌陷 157

6. 4. 2　岩溶塌陷 159

6. 5　地震 161

6. 5. 1　地震的基本概念 161

6. 5. 2　地震成因类型及地震波 162

6. 5. 3　地震的震级与烈度 164

6. 5. 4　建筑工程的震害及防震原则 165

本章小结 168

习题 169

参考文献 169

第7 章　不同工程类型常见工程地质

问题 170

7. 1　工业与民用建筑工程地质问题 170

7. 1. 1　区域稳定性问题 171

7. 1. 2　地基稳定性问题 171

7. 1. 3　深基坑稳定性问题 173

7. 1. 4　建筑物配置问题 175

7. 1. 5　地下水的腐蚀性问题 175

7. 1. 6　地基的施工条件问题 175

7. 2　地下洞室工程地质问题 176

7. 2. 1　围岩的变形与破坏 176

7. 2. 2　地下洞室总体位置的选择 178

7. 2. 3　地下洞室洞口位置选择 179

7. 2. 4　地下洞室轴线位置选择 179

7. 2. 5　地下洞室特殊工程地质问题 183

7. 3　道路桥梁工程地质问题 184

7. 3. 1　道路工程地质问题 184

7. 3. 2　桥梁工程地质问题 189

7. 4　边坡工程地质问题 191

7. 4. 1　边坡的变形破坏 191

7. 4. 2　边坡稳定性问题 195

7. 5　水利水电工程地质问题 196

7. 5. 1　水坝类型及其对工程地质条件的要求

197

7. 5. 2　库岸稳定问题 199

7. 5. 3　库区浸没问题 200

7. 5. 4　库区淤积问题 201

7. 5. 5　库坝区渗漏问题 201

本章小结 202

习题 203

参考文献 203

第8 章　岩土工程勘察 204

8. 1　岩土工程勘察等级及勘察阶段划分 205

8. 1. 1　岩土工程勘察等级 205

8. 1. 2　岩土工程勘察阶段的划分 207

8. 2　岩土工程勘察方法 209

8. 3　工程地质测绘与调查 211

8. 3. 1　工程地质测绘与调查的范围、比例尺

和精度 211

8. 3. 2　工程地质测绘的内容 212

8. 3. 3　工程地质测绘的方法 214

8. 4　工程地质勘探 215

8. 4. 1　工程地质勘探的任务 215

8. 4. 2　工程地质物探 215

8. 4. 3　工程地质钻探 217

8. 4. 4　工程地质坑探 218

8. 5　现场原位测试 218

8. 5. 1　静力载荷试验 219

8. 5. 2　静力触探试验 220

8. 5. 3　圆锥动力触探 225

8. 5. 4　标准贯入试验 227

8. 6　现场检验与监测 229

8. 7　岩土工程勘察纲要 231

8. 8　岩土工程勘察成果报告 232

8. 8. 1　工程地质图的编绘 232

8. 8. 2　岩土工程勘察报告的编写 235

本章小结 239

习题 240

参考文献 240

附录 241

实验1　主要造岩矿物的鉴别 241

实验2　常见岩石的鉴别 244

实验3　地质构造鉴别与地质图阅读 2472100433B

该教材是在董景新、赵长德、郭美凤、陈志勇、李冬梅编著的《控制工程基础》第3版的基础上重新编写的。《控制工程基础》第3版自2009年6月正式出版已五年多。自第1、2、3版教材相继出版以来，该教材随着“控制工程基础”课程在全国各高等院校的机械类、仪器类等非控制专业逐渐普遍开设，以及本教材声誉的不断提升，对教材的需求量也稳步增加。自出版以来根据需求该教材多次重新印刷，第1版11年时间累计印刷11次，总印数达53000册；第2版5年多时间累计印刷10次，总印数达60000册；第3版不到5年时间就累计12次印刷，总印数已达62500册。

本课程相继被评为清华大学、北京市和国家级精品课程，国家级精品资源共享课；清华大学等院校也将本课程确定为机械学院平台课。除本校使用该教材外，另有约100所兄弟院校的仪器仪表类和机械类专业将我们编著的教材选为使用教材和研究生入学考试参考书。随着需求量的增加，我们深感责任的加重，促使我们对于教材的编写精益求精、与时俱进，于是由目前在教学第一线的教师进一步编写了第4版教材。

第4版教材在以前各版的基础上各章都作了或多或少的补充和修改。鉴于LabVIEW是更加直观方便的图形化程序编译平台，在控制工程中得到越来越多的应用，增加了LabVIEW工具在控制工程应用的内容，独立成章，该章节由刘云峰副教授完成。该章介绍了借助LabVIEW，进行控制系统的数学建模、时间响应分析、频域响应分析、系统稳定性分析和系统综合校正设计等。同时，为了方便更好地理解掌握教材其他章节论述的概念和方法，特基于LabVIEW设计编写了配合教材使用的控制系统动态仿真、分析、演示软件，不仅可以完成对控制系统在时域和频域进行特性仿真分析，还可以动态地分析和演示控制系统中不同参数及参数变化对系统特性的影响。

另外，根据实际工程和科研的基本需求和多年的教学经验，在各章节内容论述上力求概念表达清楚准确，加强对问题的归纳说明，同时也适当增加了一些诸如内模原理和内模控制简要介绍的内容。

全书由董景新教授整理统编。

该教材广泛参考了国内外同类教材和其他有关文献，保持并突出以下特点:第4版前言控制工程基础（第4版）(1) 突出机械运动作为主要受控对象，并对其数学模型和分析综合重点研究;

(2) 对自动调节原理基本内容表达清楚，着重基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明，并简化或略去与机电工程距离较远、较艰深的严格数学推导内容;

(3) 引入和编写较多的例题与习题，便于自学;

(4) 反映机电一体化新技术和新分析方法。

对于属于该书领域的非基本内容，但在本领域文献中时有出现的较为繁难的部分，该教材中也作了一定介绍，其有关章节前注以“”号。

在有关LabVIEW章节的编写中，得到NI公司中国区刘洋工程师在实验设备和技术方面的支持帮助，并提供了部分素材，在此致谢！

该教材的编写得到了国家高等教育精品课建设项目、北京市高等教育精品教材建设项目和清华大学精品课建设项目经费的支持，纳入985清华大学名优教材立项资助，在此表示衷心感谢。

编者2014年10月