工程地质第1章-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GeologyinCivilEngineering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、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;

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：

①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；②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；

③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36～48亿立方米，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

AlandslideinCalifornia,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30－60cm。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16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，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（1910～1981年的70年间最大下沉量达890cm）、我国的上海（1921～1965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8450km2，80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

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）。

水晶：柱状,长石：板条状水晶正长石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。黄铁矿自然硫自然金自然金红色：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。硬度12345678910代表矿物滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石

（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5~5.5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物件来测试硬度。物件指甲钥匙玻璃钢刀刃硬度2.52.5-35.56.5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：124º，56º

辉石：87º，93º

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正长石的中等解理橄榄石的无解理角闪石、普通辉石的解理交角

8.断口：矿物在外力敲击下，沿任意方向的裂开：贝壳状锯齿状参差状平坦状（四）其它特殊性质：弹性挠性滑感可塑性磁性化学反应：方解石：遇HCL剧烈起泡白云石：遇镁试剂变蓝贝壳状断口9.密度：取决于组成元素的相对原子质量和晶体结构的紧密程度。

其它性质：石墨导电，石棉绝缘，萤石发光，毒砂有嗅觉，自然硫可燃烧。

三.常见矿物的简易鉴定

1.浅色矿物：石英半透明断口油脂光泽无解理正长石硬度大肉红色两组解理斜长石灰白色方解石菱面体遇HCL起泡硬度中等白云石弯曲菱面体遇镁试剂变蓝白云母薄片状珍珠光泽白色弹性石膏硬度小丝绢光泽滑石有滑感高岭石可塑性大

石英单体柱状石英晶族水晶块状石英正长石斜长石方解石方解石菱面体冰洲石白云石白云石弯曲的菱面体晶体白云石弯曲的菱面体晶体白云母白云母石膏石膏石膏雕塑

滑石高岭石及其制品蒙脱石伊利石

2.暗色矿物：橄榄石颗粒状半透明橄榄绿色辉石硬度大短柱状解理交角近90º

多为黑色角闪石长柱状解理交角124º

黑绿色黑云母薄片状弹性黑色珍珠光泽硬度小绿泥石薄片状挠性墨绿色

橄榄石辉石辉石中的辉石角闪石角闪石角闪石闪长岩中的角闪石黑云母绿泥石方铅矿方铅矿黑云母夜明珠主要造岩矿物肉眼鉴定特征矿物名称颜色，形态，硬度等鉴定特征滑石白、灰、淡黄、淡绿色，片状、致密块状，硬度1，腊状光泽，摸之有滑感高岭石白、因含杂质可呈浅黄、浅褐色，土状，硬度1-1.5绿泥石浅绿至深绿色，片状，硬度2-2.5，珍珠或玻璃光泽黑云母深褐、黑色，片状，硬度2.5-3，1组极完全解理，珍珠或玻璃光泽，薄片透明，有弹性白云母无色、银白色，片状，硬度2.5-3，1组极完全解理，珍珠或玻璃光泽，薄片透明，有弹性方解石白色，菱面体、粒状，硬度3，3组完全解理，玻璃光泽，遇稀盐剧烈起泡角闪石黑、黑绿色，针柱状，硬度5-6，2组解理，玻璃光泽辉石黑色，短柱状粒状，硬度5-6，2组解理，玻璃光泽正长石多为肉红色，板条状、粒状，硬度6，2组解理，玻璃光泽斜长石白色、灰白色，板条状、粒状，硬度6，2组解理，玻璃光泽黄铁矿浅铜黄色，立方体、粒状，硬度6-6.5，无解理，金属光泽石英无色、烟灰色，粒状、水晶六方柱状，硬度7，无解理，玻璃或油脂光泽氧化物，如：石英,SiO2，刚玉,Al2O3；

刚玉刚玉石英(水晶)水晶石英：无色、烟灰色，粒状、水晶六方柱状，硬度7，无解理，玻璃或油脂光泽。地壳组成矿物中最多的是硅酸盐，如：高岭石,Al3[Si4AlO10](OH)8长石，(K,Ca,Na)[AlSi3O8]斜长石正长石正长石：多为肉红色，板条状、粒状，硬度6，2组解理，玻璃光泽。斜长石：白色、