工程地质(精华,未排版)

1、绪论工程地质学是地质学的一个分支，研究人类工程活动与地质环境相互作用的学科。工程地质学的问题：构成威胁影响工程建筑安全的地质问题称为工程地质问题1. 区域稳定性研究与评价：地震、震陷、活断层2. 地基稳定性问题：强度与变形3. 斜坡稳定性问题：（物质基础）斜坡岩性、地质构造特征 （外力破坏）风化、地应力、地震、地表水、地下水 以及地形地貌 气候条件影响其稳定性4. 洞室围岩稳定性问题：工程地质学的具体任务：1. 评价工程地质条件，阐明对建筑物有利于不利，选取建筑场地2. 从地址条件与工程建筑相互作用角度出发，论证地质灾害发生的可能性规模与趋势3. 提出建议改善工程地质条件 加固岩体 防治地下水

2、方案4. 研究岩（土）体分类问题5. 研究人类工程活动与地质环境之间的相互作用于影响工程地质学为工程建设服务，通过地质勘测实现工程地质的研究方法：定性分析与定量分析相结合地质分析法与力学分析法 工程类比法与实验相结合工程地质条件：工程建筑物所在地区地质环境因素的综合，包括：1. 地层岩性2. 地质构造3. 地形地貌4. 地表地质作用5. 水文地质条件6. 天然建筑材料第二章 矿物与岩石矿物：地壳中的元素在各种地质作用下形成的天然单质或化合物岩石：由一种或多种矿物组成的自然集合体矿物的光学性质：1. 颜色：自色 他色 假色2. 条痕：矿物在无釉瓷板上刻画后留下的矿物粉末的颜色3. 光泽：矿物表面

3、对可见光的反射能力：金属光泽、半金属光泽、非金属光泽4. 透明度：1cm 0.03mm矿物的力学性质：硬度：矿物抵抗外力机械作用的强度解理：矿物受到外力时，沿一定方向破裂成平面的性质称为解理岩浆岩常见的造岩矿物：石英、斜长石、正长石、白云母、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石按照SiO2的含量分：1. 酸性岩：花岗岩、花岗斑岩、流纹岩2. 中性岩：闪长岩、正长岩3. 基性岩：辉长岩、玄武岩4. 超基性岩：橄榄岩岩浆岩按照矿物结晶程度分：全晶质：深成侵入岩的结构特征半晶质：浅成侵入岩的结构特征非晶质：喷出岩的结构特征按晶粒大小分：显晶质、隐晶质按晶粒相对大小：等粒、不等粒岩石的构造：块状构造、流纹状构

4、造、气孔与杏仁状沉积岩：是在地壳表层常温常压条件下，先前存在的各种岩石经外力地质作用风化剥蚀成松散的产物，并经搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层状岩石沉积岩的矿物成分：1. 碎屑矿物：石英、黏土矿物、长石、云母。碎屑岩中，石英长石比来指示母岩中岩石化学风化强烈程度。2. 化学生物矿物沉积岩的结构：1. 碎屑结构：砾状结构、砂状结构、粉砂状结构、泥状结构2. 非碎屑结构：生物结构沉积岩的构造：1. 层理构造（水平层理、波状层理、斜层理）2. 层面结构（雨痕、泥裂）沉积岩的胶结方式：基地式胶结、孔隙式胶结、接触式胶结沉积岩分类：1. 碎屑岩类碎屑沉积岩：根据碎屑颗粒大小直接命名火山碎屑岩：

5、火山喷发碎屑物质在地表经短途搬运或就地沉降2. 化学及生物岩类非蒸发岩：白云岩 石灰岩 硅质岩蒸发岩：岩盐、石膏、硬石膏变质岩：由变质作用形成的岩石变质作用：有地球内力作用促使地壳中已存在的岩石发生矿物成分及结构构造变化变质作用分为：接触变质作用与区域变质作用引起变质的原因有：温度、压力、化学流体物质组成：化学成分：没有发生交代作用的变质岩，取决于原来岩石发生了交代变质岩结构：1. 变余结构：原岩在变质作用过程中，由于重结晶、变质结晶作用不完全，原岩的结构特征被部分保留下来，即称为变余结构。2. 变晶结构：岩石在固体状态下发生重结晶、变质结晶或重组合历形成的结构称为变晶结构3. 碎裂结构变质岩

6、构造：1. 块状构造2. 片理构造：片状构造、片麻状构造、千枚状构造、板状构造。岩石工程地质性质：1. 物理性质重度：岩石单位体积的重力比重：岩石单位体积的重力与水的重力的比孔隙率：岩石中孔隙的体积站岩石总体积的比值2. 水理性质吸水率：岩石吸入水分质量与干燥岩石的比饱水率：高压下，岩石吸入水分质量与干燥岩石质量之比饱水系数：吸水率与饱水率之比渗透性：指岩石允许水透过的能力溶解性：指岩石溶解于水的性质软化性：指岩石在水的作用下强度降低的性质软化系数：为岩石在饱水状态下的极限抗压强度与风干状态下强度之比崩解性：指粘土质岩石吸水膨胀的性质抗冻性：指岩石抵抗冰劈作用的能力3. 力学性质：弹性模量变形

7、模量泊松比强度指标：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度抗剪强度分三类：1. 抗剪断强度：在有垂直压力的作用下，岩石剪切强度2. 抗剪强度：沿着已有破裂面剪切时的强度3. 抗切强度：垂直压力为0的时候的剪切强度影响岩石工程性质的因素1. 内部因素：矿物成分、构造、结构2. 外部因素：风化作用、水的作用岩浆岩强度高。一般是良好的建筑地基和天然建筑石材，但由于多种矿物结晶组成，抗风化能力较差。浅成侵入岩特别是脉状岩体穿插于不同的岩石中，深成侵入岩：具结晶结构，晶粒粗大均匀，力学强易蚀变风化，使其强度降低、透水性增大。喷出岩若：具有气孔构造、流纹构造及发育有原生裂隙，透水性较大。多呈岩流状产出，岩体厚度小，

8、岩相变化大，对地基均一性和稳定性影响大沉积岩火山碎屑岩由细小火山灰组成，水理性质差。沉积碎屑岩受胶结物成分和胶结类型影响显著。粘土岩浸水后易软化和泥化，还可能有膨胀性。对工程极为不利，但可作隔水层和防渗层。化学岩和生物化学岩具不同程度的可溶性，易渗漏。变质岩工程性质与其原岩密切相关。动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。片理构造使岩石具有各向异性特征。第三章：地质年代与第四纪地质概述地质年代包括：绝对地质年代与相对地质年代绝对地质年代：地质事件发生的时代，距今多少年来表示，一般根据放射性同位素的蜕变规律，来确定岩石和矿物的年龄，适用于岩浆岩，地变质岩地区。相对地质年代：地质事件发生的先后顺序，表

9、示地层相对新老关系，从国地层层序、古生物、岩性对比测定，适用于沉积岩地区。绝对年代确定方法：同位素年龄法相对年代确定方法：地层层序法、生物层序法、岩性对比法、地层接触关系法地层层序法:地层的上下或新老关系 没有发生巨大的构造运动，沉积岩原始水平或接近水平的状态会被保留下来，并且原始产出的地层具有上新下老的规律。如果发生了巨大的构造变动，就需要利用沉积岩的泥裂、波痕、雨痕、交错层等构造关系，来恢复原始地层的层序。生物层序率：沉积岩中保存的地质时期生物遗体称为生物化石，在漫长的历史时期内，生物从无到有，从简单到复杂，从低级到高级发生不可逆转的进化，所以可以用不同岩层的生物化石来判断岩层相对年代。切

10、割率（岩浆岩）：不同的岩层常常被侵入岩穿插，就侵入岩与周围岩相比，侵入者年代新，被侵入者老。地层接触关系：1. 平行整合接触：两地层之间产状一致，时间连续。两个地层之间是连续接受沉积形成的沉积岩，中间未发生明显的构造运动2. 平行不整合关系：两地层之间产状一致，但时间不连续。两个地层之间沉积是不连续的，因中间发生了地壳的均匀抬升和均匀下降，虽然中间缺失了地层，但两次形成的沉积岩，产状未发生明显变化。3. 角度不整合关系：两地层之间产状不一致，时间也不连续，中间不仅缺失地层，还由于构造运动使得岩层产状发生变化。4. 沉积接触：是沉积岩与岩浆岩或变质岩之间一种接触关系。是在先期形成的岩浆岩或变质岩

11、表面接受沉积形成了沉积岩。5. 侵入接触：是岩浆岩与围岩（可以是岩浆岩、变质岩或沉积岩）之间的一种接触关系。岩浆侵入到先期形成的围岩中经冷凝结晶而形成岩浆岩。地质年代的单位：宙、代、纪、世、期相对应的地层年代单位：宇、界、系、统、阶相对年代：寒武纪 奥陶纪O 志留纪S 泥盆纪D 石炭纪C 二叠纪P 三叠纪T 侏罗纪J 白垩纪K坡积土：高处风化碎屑物质洗刷而向下搬运洪积土：大雨或者雪水将大量的碎屑冲到山脚堆积而成冲积土：河流沉积物第四章：岩层产状及测定方法岩层产状三要素：走向 倾向 倾角罗盘的使用：测量岩层走向时：将罗盘的长边(与罗盘上标有NS相平行的边)的一条棱与层面紧贴然后缓慢转动罗盘(注意

12、：在转动过程中，罗盘紧靠层面的那条棱的任何一点都不能离开层面)，使圆水准器的气泡居中，磁针停止摆动，这时读出磁针所指的读数即为岩层之走向。读磁北针或磁南针都可以，因为岩层走向是朝两个方向延伸的，相差 180°。测量岩层的倾向时，罗盘如图放置，将罗盘南端(标有S)的一条棱紧靠岩层面，这时长瞄准器指向与岩层的倾向一致，并转动罗盘，转动方法及原则同上。当罗盘水平、磁针不摆动时，就可读数。如图放置罗盘，应读磁北针所指的读数。当测量完倾向后，不要让罗盘离开岩层面，马上把罗盘转90°，(罗盘直立)，如图放置，使罗盘的长边紧靠岩层面，并与倾斜线重合，然后转动罗盘底面的手把，使测斜器上的水

13、准器(长水准器)气泡居中，这时测斜器上的游标所指半圆刻度盘的读数即为倾角。产状表示方法：1. 方位角表示法：只记倾向和倾角：如SE150°15°2. 符号表示法褶皱的工程评价：1. 核部岩层变形剧烈，岩体较为破碎，透水性强，水工建筑尽量避开2. 对于隧道等深埋工程，一般应该布置在翼部3. 在褶皱翼部布置建筑工程时，要注意岩层的倾向和倾角4. 道路选线经过褶皱时，向斜应该注意两边边坡的稳定性节理成因分类：1. 原生节理：岩石形成过程总产生的 例如岩浆岩冷凝、沉积岩的泥裂2. 次生节理：岩石形成后产生的节理。分为构造节理跟非构造节理。 构造节理：由于地壳构造运动产生 非构造节理

14、：由于风化崩塌滑坡产生断层破坏了岩体的完整性，加速风化作用、地下水的活动及岩溶，对工程建设有以下影响：1. 对岩质边坡、桥基的稳定性有影响。2. 断裂带两旁易产生不均匀沉降。3. 隧道工程通过断裂带易坍塌，涌水。4. 断裂带易发生新的移动。地震按成因分：1. 构造地震：由于地下深处岩层搓动、破裂所造成的地震称为构造地震。这类地震发生的次数最多，破坏力也最大，约占全世界地震的90%以上2. 火山地震：由于火山作用，如岩浆活动地震区建筑防震原则：1. 建筑场地选择地形平坦开阔；岩土坚硬均匀；无大的断裂带；地下水埋深大。2. 地基持力层和基础方案的选择地基持力层应以基岩或硬土为好，避免以高压缩性土层

15、或液化土层作持力层。采用桩基础、筏基和箱基。3. 建筑物结构形式和抗震措施平立面形状宜简单，在转折处留抗震缝，加强整体结构刚度。地震区公路防震原则:1. 避：河岸、水渠、低洼地带。2. 查：液化砂、易触变粘土的分布。3. 排水4. 压实5. 用粘性土做填筑材料。6. 加强桥头路堤防护。山岭区路基防震原则：1. 避：滑坡和崩塌的地段。2. 减少对山体的破坏，控制挖方边坡高度。3. 加强排水和坡脚支挡。4. 在7度的烈度区内,挡土墙作抗震设计。第五章：水的地质作用地表水流的地质作用：1. 暂时水流的地质作用：坡面流水的地质作用及坡积层、山洪急流的地质作用及洪积层2. 河流的地质作用：河流的侵蚀搬运

16、沉积、冲积层河流的侵蚀方式：冲蚀、机械磨蚀、侧蚀地下水的形成条件：1. 地址条件：有孔隙、地址构造裂隙2. 气候条件：大气降水、地表径流、蒸发3. 地貌条件|山区平原的良好储水层4. 认为条件：抽水蓄水影响水位按照埋藏条件分：包气带水、潜水、承压水按照水层性质分：孔隙水、裂隙水、岩溶水包气带水定义：包括上层滞水跟毛细水，接受大气降水补给，蒸发形式排泄，水量不大工程意义：1. 常常始料不及的涌入基坑2. 供水意义不大3. 容易引起道路冻裂潜水定义：埋藏在第一个隔水层之上具有自由水面的重力水，与大气相同，受到大气影响。承压水定义：充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水地下水对公路建设影响

17、：1. 地基沉降（桥基或高路堤施工时）。2. 基坑涌水或隧道涌水3. 渗透变形（沿河路基边坡地下水水力坡度较大时），治理措施：路堤填筑避免用不良土。4. 潜蚀（地下水的溶蚀或侵蚀作用）5. 路基翻浆 第六章：地表地质作用风化定义：岩石裸露在地表外面，与水圈、大气圈、生物圈接触，日久年深，逐渐崩解分离成大小不等的岩屑或者土层，这种物理化学性质称为风化。引起这种变化的过程称为风化过程。风化完全变成残积土 风化不完全称为风化岩风化的类型1. 物理风化：指地面上的岩石因为温度变化（热力风化），孔隙水冻融（冻融风化）以及盐类的结晶而产生的机械崩解过程。2. 化学风化：岩石在水、水溶液、二氧化碳的作用下发

18、生的溶解，水化、水解、碳酸化和氧化的一系列复杂变化称为化学风化其中包括：溶解作用，水化作用，水解作用，碳酸化作用，氧化作用3. 生物风化：是指生物在其生长和分解过程中，直接或间接的对岩石矿物起到物理和化学的风化作用。岩溶岩溶的定义：水对可溶性岩石进行化学溶蚀作用为主的综合地质作用以及由此产生的各种现象称为岩溶。岩溶作用：以化学溶蚀为主，溶蚀还包括机械破碎、搬运、沉积，是一个化学物理相结合的综合作用岩溶现象：岩溶地貌及水文条件、工程地质条件。可溶性岩：碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物等岩溶发育的条件：1. 可溶性岩石：取决于岩石的成分和结构，岩石的成分分成矿物成分和化学成分；岩石结构指组成岩石颗粒的大

19、小、形状、以及岩石的胶结物的性质。岩溶性质：卤岩>硫酸盐>碳酸盐。但是碳酸盐的含量要比卤岩多得多，所以碳酸盐的岩溶普遍。主要的成分是方解石与白云石2. 岩石具有透水性：取决于岩石的裂隙度与孔隙度3. 水具有侵蚀能力：纯水的溶解能力是比较弱的，只有当水中有二氧化碳的时候才会有较强的溶蚀能力。4. 水在岩石中不断的运动：两个饱和的溶液混合在一起，由于水量、水温、气压等条件的影响，重新获得溶蚀能力影响岩溶发育的条件：1. 碳酸盐岩岩性的影响2. 气候的影响：降水、气温3. 地形地貌的影响：平坦>陡峭，凸起>低洼4. 地质构造的影响：断裂面，褶皱，岩层组合5. 新构造运动的影响

20、岩溶渗漏的防治措施：，帷幕灌浆、堵（堵住水洞）、铺（铺盖黏土）、截（筑截水强）、围（落水洞四周建立围墙）、引（引入库内或者导出库外）崩塌定义：在陡峻的斜坡上，被裂隙切割的巨大岩石，在重力的作用下突然脱离母岩向下倾倒、翻滚、坠落的现象叫做崩塌。崩塌形成的条件：1. 地形条件：>45°2. 脆性岩石或者上硬下软，节理裂隙发育3. 构造条件：临空面和结构面崩塌的防治原则：1. 大型崩塌地段：优先绕避，或者考虑其他方案（隧道）2. 小型崩塌地段：绕避或者防护工程3. 设计时，避免使用不合理的高陡边坡4. 施工时，避免大挖大切，岩体松散或者构造破碎的地段，不宜使用大爆破工程崩塌的防治措施：1. 清除坡面岩石2. 加固破面：破面喷浆，抹面，防止软弱岩层进一步风化3. 危岩支顶：用石砌或者混凝土作为支架，增强斜坡稳