工程地质第1章1

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1、绪 论 第 1 章 矿物和岩石 第 2 章 地层与地质构造 第 3 章 水的地质作用 第 4 章 岩石及特殊土的工程性质 第 5 章 不良地质现象及防治,土木工程地质 Geology in Civil Engineering,绪论,一. 学习知识点 1. 了解：土木工程地质发展历史和现状、土木工程地 质在土木工程建筑中的地位和作用。 2. 理解：土木工程地质主要教学内容、教学方法及教 学要求。,绪 论,一、工程地质的主要研究内容,工程地质学主要用于解决土木工程中出现的地质问题的一门学科，其主要任务就是勘察和评价工程中出现的地质问题，为工程的规划、设计和施工提供基本资料。其研究的是与土木工程设计

2、、施工和正常使用等有关的地质学问题，是地质学的一部分或一个分支。,研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约并保证这种制约关系向良性方向发展的科学称之为工程地质学,研究的主要内容：,1.岩土体的分布规律及其工程地质性质的研究 2.不良地质现象及其防治的研究 3.工程地质勘察技术的研究 4.区域工程地质研究,不良地质现象： 指对工程建设不利或有不良影响的动力地质作用。如滑坡、崩塌、泥石流等。,地面沉降的地质原因: a. 地表松散地层或半松散地层等在重力作用下，在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地面会因地层厚度的变小而发生沉降;,b.因地质构造作用导致地面凹陷而发生沉降;c.地震导致地面沉降;

3、,地面沉降的自然原因,地面沉降的人为原因,地面沉降导致井口抬升,地面沉降导致河水面相对上升,人类生活在地球上，各种工程活动天天在地质环境中进行，二者之间相互制约，始终是客观存在的。 地质环境对人类工程活动的制约： 人类在从事工程活动中影响工程活动的安全：如采煤过程中的瓦斯爆炸、涌水，隧道掘进过程中出现塌顶、岩爆或涌水等； 影响工程建筑物的稳定和正常使用：如水库渗漏、滑坡迫使工程改线、泥石流破坏公路与铁路； 地质条件不具备而使工程造价提高,二、地质工作在土木工程中的作用,人类工程活动又会以各种方式影响地质环境，即人类工程活动对地质环境的制约： 人类工程活动对地表的改造已达到不可忽视的程度，到目前

4、为止人类活动已涉及到地表80的地区。如在上游修建梯级电站，改变河流的地质作用，大规模的砍伐森林造成荒漠化，道路修建中不合理削坡使坡体稳定性降低，水库蓄水导致水库诱发地震等等。,各类工程问题,工民建 场地稳定性、地基承载力及变形问题,深基坑开挖、降水对环境影响问题,高层建筑,洞室围岩稳定问题,地下工程,山区滑坡、崩塌、泥石流问题,道路工程,具体工程实例举例如下： 陕西韩城矿务局桑树坪煤矿某斜井的报废（水文地质条件的影 响）； 1911年帕米尔高原巴尔坦格河谷的一次巨大山崩，崩落岩土体 体积达3648亿立方米，堵塞河流形成长75公里，深262m的大湖； 1983年3月7日发生在我国甘肃省东乡自治县

5、洒勒山的大滑坡， 滑动土石体近6000万立方米，滑坡宽近1200m，滑动距离约1600余 米，在约3分钟的时间内冲毁村庄4个、死亡247人；,浙江甬台温高速路山体滑坡， 2004年12月11日,A landslide in California, USA,1995,西安城南地裂缝，沿线建筑物开裂破坏。,西安城南地地裂缝，两盘沉降差3060cm。使居民楼开裂(1986年),1988年拆除中间单元，保留两侧单元，仍报废。,1981年11月29日陇海铁路宝天段葡萄园附近的滑坡，滑动土石体600万立方米，200多米的铁路被掩埋、渭河被阻断，造成铁路多日停运，给国家造成极大的经济损失； 1964年6月1

6、6日发生在日本新泻的地震，震级7.5级，约2890余幢房屋因地基液化失效而破坏（地基处理方案不合理）； 1976年7月28日3时42分，发生于我国唐山的大地震，震级7.8级，倒塌房屋656138间，死亡242769人，由于动荷载作用下的地基液化造成的房屋倒塌不在少数，其中原唐山矿冶学院的图书楼因地基土液化下陷了一层半（地基处理方案不合理）。,另一方面，建筑工程活动反过来又会以各种方式影响地质环境，并因此而引发工程事故。例如高坝水库的兴建引起的诱发地震，因大型水库的修建引起的库区上游水文地质条件的改变而引发的区域性坍岸，人类开采活动造成的地面沉陷及陷落地震，人类对水资源无节制的开采引起的地面下沉

7、，严重的环境污染及厄尔尼诺现象，人工改变土坡形状造成的泥石流及土坡失稳。,具体工程实例举例如下： 1963年10月9日意大利Vaiont（瓦昂特）高拱坎(265.5m)水库上游水文地质条件的改变引起库岸巨型滑坡，约2.38亿立方米的土石体以95km/h的速度从大坝上游峡谷区的左岸滑入水库，激起巨大波浪，巨浪高出水库蓄水位260余米，超越坝顶100余米，过坝水流冲毁了位于其下游的5个村镇，致使3000余人丧生； 因水库的修建诱发地震在世界范围内多次发生，震级大于6级的就有四起：1962年3月19日发生于我国广东省新丰江库区的地震（库区主要岩石为花岗岩），震级6.1级；1963年9月23日发生于赞

8、比亚和津巴布韦交界处的卡里巴水库库区的地震（库区主要岩石为片麻岩），震级6.1级；1966年2月5日发生于希腊克里马斯塔库区的地震（库区主要岩石为石灰岩），震级6.3级；1967年12月10日发生于印度柯依纳库区的地震，震级6.5级；,我国四川自贡在1954年和1965年两次发生陷落地震； 我国山西大范围煤矿开采给公路的安全营运和新线路的建设均造成极大的问题； 墨西哥的墨西哥城（19101981年的70年间最大下沉量达890cm）、我国的上海（19211965年的41年间市区平均下沉量300cm）、西安、大同等城市均因地下水的大量开采而造成了地面的大面积下沉，日本全国地面沉降区域达8450km

9、2，80年代以来还在继续扩大；,在美国，城市每天平均排放的废弃物达640万吨，足足可以覆盖1.6km2的土地达3m厚； 1981年，我国排放的废弃物达4.3亿吨，给人们的生活环境造成了极大的污染，遭受酸雨影响的农田面积达960万亩； 1988年黄浦江全年黑臭期达到历史的最高纪录229天； 台湾基隆河畔某地因修筑高速公路，在河岸旁的山腰处进行开挖，切断了层状岩体，导致该地于1974年9月发生滑坡，破坏了周围的村庄、道路，阻断了河流。,三、学习要求与内容,课程内容： 基础地质知识 岩土工程地质性质 各种类型工程的地质问题 工程地质勘察方法 工程地质环境评价,课程特点：内容广、概念多、实践性强,学习

10、要求： 学习工程地质学基本知识 掌握分析和运用地质资料的方法 解决实际工程问题,地球在宇宙中是个极为普通的星球,第1章 矿物和岩石,1.1 地球概况,从 太 空 看 地 球,地球外圈：,地球构造,地壳,地幔,外核,内核,地壳(crust)：由固体岩石构成,平均厚度33km, 分硅铝层(花岗岩层)和硅镁层(玄武岩层)。 地幔(mantle)：上地幔是熔融状态物质, 可能是岩浆的发源地；下地幔主要是由铁镁氧化物和硫化物组成。 地核(core)：由比重较大的铁镍合金组成，平均密度大于10g/cm3。外核是液态的,内核是固态。 地壳运动主要起因于地幔物质的对流。,第二节 主要造岩矿物 一. 学习知识点

11、 1. 了解：地壳组成。 2. 理解：主要造岩矿物的意义。 3. 掌握：矿物定义、矿物主要物理性质、主要造 矿物的主要鉴定特征、岩石定义。 二. 考核内容 1. 矿物定义、岩石定义。 2. 矿物主要物理性质。 3. 主要造岩矿物的主要鉴定特征。,地壳由岩石组成，岩石由矿物组成。 矿物：具一定化学成分和物理性质的自然元素和天然化合物。,常见的几种矿物,石英,方解石,云母,1.2 主要造岩矿物,（一）晶体形态： 晶体矿物： (组成矿物的质点为有序排列) 非晶体矿物：(组成矿物的质点为无序排列) 如: 火山玻璃、胶体蛋白、水银,1.2.1 矿物的物理性质,晶体矿物: 单体： 针状、柱状 片状、板状

12、立方体、菱面体、菱形十二面体 集合体：纤维状、鳞片状、粒状、块状、土状、钟乳状,石英单体,石英块状集合体,食盐的晶格结构和外形,某些矿物的结晶结构具有单向生长的特性，常形成针状，柱状，纤维状的晶体。如角闪石（针状、柱状），辉石（短柱状），石绵（纤维状）。,层状结晶结构的矿物，常形成片状，板状的晶体。,云母：片状 绿泥石：片状 石膏：板状 高岭石：片状（0.005mm） 石墨：片状,云母,石膏,特定的内部结晶结构还会形成很特殊的晶体形态。,方解石：菱形六面体 食盐：立方体 黄铁矿：立方体。,方解石,黄铁矿,非晶质,火山玻璃：黑曜岩、松脂岩和珍珠岩等岩石的统称。 蛋白石：硅胶凝结而成，天然宝石，主

13、要成分二氧化硅。,针状孔雀石,柱状辉锑矿,柱状绿柱石,柱状石英晶族,柱状石英晶洞,板状及柱状正长石,片状黑云母,立方体黄铁矿,菱面体方解石,菱面体冰洲石,菱形十二面体石榴子石,中国的常林钻石,钻石,钻石,石棉纤维状集合体,橄榄石粒状集合体,橄榄石饰品,石英块状集合体,赤铁矿肾状集合体,高岭石土状集合体,方解石钟乳状集合体,（二）光学性质： 1. 颜色：自色：矿物吸收某一波长的光波后，其余光 波的混合色。 它色：矿物中混入色素离子的颜色。 假色：矿物表面氧化反应后的颜色。 2. 条痕： 矿物粉末的颜色。 3. 光泽： 矿物表面反射光的能力： 单体光泽：晶面光泽：玻璃光泽、珍珠光泽 断口光泽：油脂

14、光泽 集合体光泽：丝绢光泽、土状光泽 透明 4. 透明度：矿物透射光的程度： 半透明 不透明,紫色水晶,褐色水晶,烟灰色水晶,水晶的颜色,黄铁矿表面的金黄色,金属光泽,非金属光泽,玻璃光泽,丝绢光泽,油脂光泽,土状光泽,珍珠光泽,透明,半透明,不透明,白色：方解石，白云石，斜长石，滑石，高岭石，白云母，石英（乳白色或透明）；,方解石,白云石,斜长石,水晶,黑色：角闪石，辉石，黑云母，电气石；,角闪石,辉石,电气石,黄色：黄铁矿(铜黄色)，自然硫(浅黄色)，自然金。,黄铁矿,自然硫,红色：正长石(肉红色)；刚玉(红色的红宝石)，辰砂(鲜红色)，红色电气石；,辰砂,电气石,刚玉,绿色：绿柱石，孔雀

15、石，橄榄石，绿泥石(暗绿色)，磷绿铅矿。,绿柱石,孔雀石,磷绿铅矿,磷绿铅矿,蓝色：蓝晶石，蓝铜矿；,蓝铜矿,蓝晶石,紫色：水晶,造岩矿物中，黑色和白色的矿物相对比较多一点。,（三）力学性质 1. 硬度：抵抗外力刻划的能力（在晶面上）,“滑石方，萤磷长，石英黄玉刚金刚”,硬度矿物抵抗外力机械刻划和磨擦的能力。,滑石(硬度1),石膏(硬度2),方解石(硬度3),刚玉(硬度9),黄玉(硬度8),金刚石(硬度10),磷灰石(硬度5),石英(硬度7),萤石(硬度4),正长石(硬度6),(为了方便鉴定，可利用指甲2.5，小钢刀55.5作辅助标准确定相对硬度),摩氏硬度计,在野外工作中，可用一些简便的随身

16、物件来测试硬度。,大多数矿物的硬度在7以下。,测试硬度的简便物件,2. 解理：外力敲击下，沿结晶薄弱面平行裂开的性能。 解理组数： 1组 2组 3组 解理交角 角闪石： 124，56 辉石： 87， 93 解理程度 极完全解理：解理面完全光滑 完全解理：解理面大部分平整光滑 中等解理：解理面平整光滑较小，断口发育 无解理： 解理面肉眼难见平整光滑处,矿物内部的解理现象,矿物可能在一个、两个或三个方向上发育解理： 一组解理、如云母。,两组解理: 如长石、角闪石、辉石,方解石,显微镜下的角闪石,三组解理: 如方解石。,方解石的三组解理,正长石与斜长石的两组解理,白云母一组解理,白云母的极完全解理,方解石的完全解理,