工程地质学总复习

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1、1.1.2 1.1.2 工程地质问题工程地质问题 工程地质问题是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，而研究两者之间的 相互制约关系，促使矛盾转化和解决，既保证工程安 全、经济、正常使用，又合理开发和利用地质环境， 就成了工程地质学的基本任务。工程地质问题概括起来主要有以下五个方面：1、区域稳定性问题2、地基沉降变形问题 3、地基、斜坡或洞室围岩的稳定性问题4、渗漏问题5、地质灾害问题 1.2 1.2 工程地质学的定义工程地质学的定义 地质学是研究地球的科学，是研究地球的形成、结 构和发展规律，并利用这些规律为人类社会服务的科 学。地质学的重点研究对象是地壳。工程地质

2、学(Engineering Geology )广义的讲是研 究地质环境及其保护和利用的科学。狭义的讲是将地 质学的原理运用于解决与工程建设有关的地质问题的 一门学科。 1.5 1.5 工程地质条件工程地质条件 工程地质条件是与人类活动有关的各种地质要素的综 合，主要包括以下六大方面，是一个综合概念。 1、地形地貌2、岩土类型及性质3、地质结构与构造4、水文地质条件5、不良地质作用6、天然建筑材料 3、地球密度与压力地球的平均密度为5.516gcm3 ,地壳表层的密度为 2.7gcm3 ,地内33km处为3.32gcm3；2885km处 密度由5.56gcm3陡增至9.98gcm3；至地心处达

3、12.51gcm3。地内压力随深度加大，并与地内物质的密度及该 处的重力有关。地下l0km处压力约为304MPa， 2900km处可达1.52105MPa，地心则高达 3.55105MPa。 4、地球重力重力是垂直地球表面使物体向下的一种天然作用 力。它实际上是地心引力和由地球自转而产生的惯 性离心力的合力。重力异常与大地构造和地下矿藏及地貌有关，它 是重力勘探的理论基础。2.4 地球的层圈构造 地球层圈构造包括外部层圈构造和内部层圈构造。1. 地球外部层圈构造 大气圈大气圈：是地球以外的空间,它提供生物需要的CO2 和O2 ,对地貌形态变化起着极大的影响。水圈水圈：由大气圈的水蒸气凝结成降雨

4、形成海洋和湖 泊沼泽及地下水。水与地表岩石相互作用，作为最 活跃的地质营力促进各种地质现象的发育。生物圈生物圈：渗透在水圈、大气圈下层和地壳表层的范 围之中，对于改变地球的形态起着重要的作用。2 2、地球内部层圈构造、地球内部层圈构造地球的内部层圈包括：地壳、地幔、地核。地壳：地壳：由固体岩石构成,平均厚度16km, 分硅铝层( 花岗岩层)和硅镁层(玄武岩层)。地幔：地幔：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：地核：由比重较大的铁镍合金组成，平均密度大于 10g/cm。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。地层接触关系

5、包括：整合接触、平行不整合接触 、 角度不整合接触 、侵入接触 、沉积接触 。整合接触：上下岩层相互平行、其间无沉积间断。平行不整合：上下岩层相互平行、其间有沉积间断 。角度不整合：上下岩层彼此相交，并且其间有沉积 间断。侵入接触 沉积接触 2.9 2.9 山麓斜坡堆积地貌山麓斜坡堆积地貌 山麓斜坡堆积地貌包括：洪积扇、坡积裙、山前平原、 山间凹地。 1.洪积扇山区河流自山谷流入平原后，流速减低，形成分散的 漫流，流水挟带的碎屑物质开始堆积，形成由顶端(山谷 出口处)向边缘缓慢倾斜的扇形地貌，如图2-15。 3.3 3.3 矿物矿物 1.矿物的定义及分类矿物(mineral)是地壳中的元素在各

6、种地质作用下，由 一种或几种元素结合而成的天然单质或化合物。组成岩石的矿物，通常称为造岩矿物造岩矿物。目前发现的地壳中的造岩矿物多达3千余种，以硅酸 盐类矿物为最多，约占矿物总量的90%，其中最常见的 矿物约有50余种，例如正长石、斜长石，黑、白云母， 辉石，角闪石，橄榄石，绿泥石，滑石，高岭石，石英 ，方解石，白云石，石膏，黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿、 磁铁矿等等。3. 3.矿物的物理性质矿物的物理性质 形状: 指矿物的外表形状。结晶体大都呈规则的几何 形状，非结晶体则呈不规则的形状。矿物的颜色: 是矿物对不同波长可见光吸收程度的不 同反映。它是指矿物新鲜表面呈现的颜色，取决于矿物 的化学成分及

7、其所含的杂质。按成色原因，有自色、他 色、假色之分。条痕色：是指矿物粉末的颜色，通常使用粗瓷板摩 擦时留下的痕迹，它可消除假色的干扰，是一种鉴别不 透明矿物的主要标志。有些矿物的条痕色与其颜色相同 ，例如孔雀石（鲜绿色）、自然金（金黄色）。另一些 矿物的条痕色与颜色不同，例如黄铁矿，颜色为铜黄色 ，而条痕色为绿黑色。3.4 3.4 岩浆岩岩浆岩 3.4.1 3.4.1 岩浆岩概念岩浆岩概念1.岩浆岩的定义岩浆（magma） 是指地球深部产生的一种炽热的、 粘度较大的硅酸盐熔融体。岩浆可以在上地幔或地壳 深处运移，或喷出地表，它的主要成分是硅酸盐，还 含有大量的挥发组分及成矿金属。岩浆温度范围为

8、 700-1200之间。火成岩（igneous rocks）一般指由地下深处炽热的 岩浆（熔融或部分熔融物质）在地下或在地表冷凝形 成的岩石。火成岩和岩浆成分不完全相同，它是失去 了大量挥发份的岩浆冷凝物。岩浆岩通常分为喷出岩 和侵入岩两类。约占地壳总质量的95%。3.4.3 3.4.3 岩浆岩的结构岩浆岩的结构岩浆岩的结构（texture of magmatite）是指岩石中（ 单体）矿物的结晶程度、颗粒大小、形状以及它们的相 互组合关系。1.按岩石中矿物结晶程度划分全晶质结构、半晶质结构、非晶质结构。2.按岩石中矿物颗粒的绝对大小划分显晶质结构、隐晶质结构、玻璃质结构。3.按岩石中矿物颗粒

9、的相对大小划分等粒结构、不等粒结构 、斑状结构和似斑状结构。 3.4.4 3.4.4 岩浆岩的构造岩浆岩的构造岩浆岩的构造(structure of magmatite)是指（集合 体）矿物在岩石中排列的顺序和填充的方式所反映出 来岩石的外貌特征。常见的构造形式有：块状构造、流纹构造、气孔构 造、杏仁构造（孔洞被其它次生矿物充填）等。3.5 3.5 沉积岩沉积岩 3.5.1 3.5.1 沉积岩的定义沉积岩的定义暴露于地表的原岩，先经各种外力地质作用的风化剥 蚀、分解、水解，又经搬运沉积，再经挤压脱水后胶结 而形成的岩石被称为沉积岩(sedimentary rock) 。其在 地表的覆盖面积约占

10、地表总面积的75%，其中的主要矿 产资源有：煤、油页岩、盐矿，石灰岩等。3.5.2 3.5.2 沉积岩的形成沉积岩的形成沉积岩的形成一般经过了先成岩石(岩浆岩、沉积岩或 变质岩)遭受风化、剥蚀破坏，破坏产物被搬运至一定 场所沉积下来，再固结成岩的过程。具体经过风化作用 、搬运作用、沉积作用和成岩作用四个阶段。1.风化作用(weathering) 分为物理风化、化学风化和 生物风化三类 。2.搬运作用的方式有三种，即拖曳搬运、悬浮搬运和 溶液搬运。3.沉积作用可分为机械沉积、化学沉积、生物和生物 化学沉积三种类型。4.成岩作用主要表现在压固作用 、胶结作用 、脱水 作用 、重结晶作用。3.6 3

11、.6 变质岩变质岩 3.6.1 3.6.1 变质岩的定义变质岩的定义由原先存在的岩石(火成岩、沉积岩或早期变质岩) ，在温度、压力、应力发生改变以及物质组分加入 或带出的情况下，发生矿物成分、结构构造改变而 形成的岩石即为变质岩。这种改造过程称为变质作 用。 3.6.3 3.6.3 变质作用变质作用-类型类型 对变质作用的类型进一步划分，自变质岩作为 一门独立学科的出现就提出许多分类，下面简要介绍常 见的变质作用类型： 区域变质作用（regional metamorphism）： 最先是由法国学者A.Daubree于1859年提出，是指大面 积的岩石，因为温度增高和压力的作用等多种因素下， 发

12、生了程度不等的重结晶和变形的一类变质作用。区域 变质作用形成的岩石普遍具有结晶片理及其他方向性组 构。接触变质作用（contact metamorphism）：是 指在岩浆作用影响下，围岩主要受岩浆体温度的影响而 产生的一种局部性变质作用。通常规模不大，围岩主要 受岩浆散发的热量及挥发份的作用。当围岩仅受岩浆体 温度影响而发生重结晶作用、变质结晶作用，变质前后 化学成分基本相同，这类变质作用称为热接触变质作用。当围 岩除受岩浆体温度影响外，由于挥发组分的影响，岩体 和围岩发生交代作用，致使接触带附近的岩体和围岩的 化学成分也发生变化，称为接触交代变质作用。动力变质作用（dynamo metam

13、orphism）：是一种由 于构造作用过程中所产生的强应力作用下，岩石发生破 碎、变形，在破碎、变形的同时，伴有一定重结晶作用 。其发育常受断裂构造控制，原岩的变化主要以脆性变 形和塑性变形为主。气液变质作用（Pneumatolytic hydrothermal metamorphism）：是由于热的气体及溶液作用于已形成 的岩石，使已有的岩石产生矿物成分、化学成分及结构 构造的变化，称为气液变质作用。气液变质作用通常沿 构造破碎带及岩脉边缘发育。3.6.6 3.6.6 变质岩变质岩-结构和构造特征结构和构造特征岩石中矿物的粒度、形态和晶体之间的相互关系 等特征，称之为结构。变质岩的结构，颇为

14、特别，因 为其是一种转化改造原岩的岩石。根据成因，其结构 一般可分为四类：碎裂结构 ，变晶结构，变余结构 和交代结构。3.8 3.8 风化岩与残积土风化岩与残积土 3.8.1 3.8.1 风化岩与残积土的定义风化岩与残积土的定义地壳浅表层的岩石，在太阳辐射、大气、水和生 物等风化营力作用下，其结构、成分和性质已产生不 同程度的变异的岩石称为风化岩，已完全风化成土而 未经搬运残留在原地的土则定名为残积土。3.8.2 3.8.2 岩石按照坚硬程度分类岩石按照坚硬程度分类岩石按照坚硬程度可分为硬质岩石和软质岩石， 见下表3-8。3.8.3 3.8.3 按照岩石风化壳的垂直分带分类按照岩石风化壳的垂直

15、分带分类 4.4.2 4.4.2 倾斜岩层的产状要素倾斜岩层的产状要素岩层产状要素(element of stratum)指表示岩层空 间方位和倾斜程度的几何要素，包括走向、倾向和 倾角(图4-7)。 1 走向倾斜岩层层面与水平面的相交线被称为倾斜岩层 的走向线，走向线的方向称为岩层的走向。 2 倾向与走向线垂直，沿岩层倾斜面向下所引的直线称 为倾向线，也称最大倾斜线；倾向线在水平面上的 投影所指的方向称为倾斜岩层的倾向。 3 倾角倾向线与其水平面上的投影线之间的夹角称为倾 斜岩层的倾角。错4.5 4.5 褶皱构造褶皱构造 4.5.1 4.5.1 褶皱的概念褶皱的概念褶皱(fold)指岩石在主

16、要由地壳运动所引起的地应 力长期作用下所发生的永久性弯曲变形，褶皱构造是 地壳表层广泛发育的基本构造之一。翼核 翼轴 面轴线4.5.3 4.5.3 褶曲的要素褶曲的要素 核部：褶曲中心部位的 岩层。 翼部：位于核部两侧向 不同方向倾斜的部分。 轴面：从褶曲顶平分两 翼的假想面。 轴线：轴面与水平面的 交线。轴的长度，表示 褶曲伸的规模。 枢纽：轴面与褶曲同一 岩层层面的交线。4.5.4 4.5.4 褶曲的形态分类褶曲的形态分类褶曲的形态是多种多样的，褶曲的基本类型只有两 种向斜和背斜（背斜成山，向斜成谷。）背斜是岩层向上拱起的弯曲形态，其中心部位（即 核部）岩层较老，翼部岩层较新，呈相背倾斜。向斜是岩层向下凹的弯曲形态，其核部岩层较新 ，翼部岩层较老，呈相向倾斜。褶曲的形态分类1 按褶曲的轴面特征分类直立褶曲；轴面与水平面垂直。倾斜褶曲：轴面与水平面斜交，两翼倾向相反。倒转褶曲：轴面与水平面斜交，两翼倾向相