工程地质学完整版本

PAGEPAGE47绪论1.1地质学与工程地质学地质学是一门研究地球的科学。它研究的对象主要是固体地球的上层，主要有以下几方面内容：eq\o\ac(○,1)研究组成地球的物质eq\o\ac(○,2)阐明地壳及地球的构造特征，即研究岩石或岩石组合的空间分布eq\o\ac(○,3)研究地球的历史以及栖居在各地质时期的生物及其演变eq\o\ac(○,4)研究方法有同位素地质学、数学地质学及遥感地质学等eq\o\ac(○,5)研究应用地质学以解决资源探寻、环境地质分析和工程防灾问题从应用方面来说，地质学对人类担负着重大使命，主要有两个方面：一是以地质学理论和方法指导人们寻找各种资源；二是运用地质学理论和方法研究地质环境，查明地质灾害的规律和防治对策，以保证工程建设安全、经济正常运行。这就是工程地质学研究的主要内容。工程地质学是地质学的重要分支学科，是把地质学原理应用于工程实际的一门学问，减灾防灾是工程地质学的主要任务。1.2工程地质学的主要任务和研究方法工程地质学在经济建设和国防建设中应用非常广泛。工程地质研究的基本任务，可以归结为以下三个方面：eq\o\ac(○,1)区域稳定性研究与评价，是指由内力地质作用引起的断裂活动、地震对工程建设地区稳定性的影响；eq\o\ac(○,2)地基稳定性研究与评价，是指地基的牢固、坚实性；eq\o\ac(○,3)环境影响评价，是指人类工程活动对环境造成的影响。工程地质学的具体任务是：eq\o\ac(○,1)评价工程地质条件；eq\o\ac(○,2)论证和预测有关工程地质问题发生的可能性、发生的规模和发展趋势；eq\o\ac(○,3)提出及建议改善、防治或利用有关工程地质条件的措施；eq\o\ac(○,4)研究岩体、土体分类和分区及区域性特点；eq\o\ac(○,5)研究人类工程活动与地质环境之间相互作用与影响运用工程地质学在工程规划、设计以及在解决各类工程建筑物的具体问题时必须开展详细的工程地质勘察工作。工程地质勘察的目的是为了取得有关建筑场地工程地质条件的基本资料和进行工程地质论证。工程地质学研究的对象是复杂的地质体，所以其研究方法应是地质分析法与力学分析法、工程类比法与实验法等密切结合，即通常所说的定性分析和定量分析相结合的综合研究方法。1.3工程地质学分类工程地质学包括工程岩石学、工程地质分析、工程地质勘察三个基本部分，它们已形成分支学科。由于工程地质条件具有明显的区域性分布规律，因而工程地质问题也有区域性分布的特点，研究这些规律和特点的分支学科为区域工程地质学。随着生产的发展和研究的深入，一些新的分支学科正在形成，如：环境工程地质、海洋工程地质等。为各类工程（道路、铁路、矿山、水利水电、工业与民用建筑等）服务的工程地质，因均有自己的特点，所以均可单独划分成类，如公路工程地质、铁路工程地质、水利水电工程地质、矿山工程地质等。1.4工程地质条件与工程地质问题人类的工程活动都是在一定的地质环境中进行的，两者之间有密切的关系，并且是相互影响，相互制约的。工程活动的地质环境，亦称为工程地质条件，一般认为它应包括：土和岩石的工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质、地质作用、自然地质现象和天然建筑材料等。地质环境对工程活动的制约是多方面的。它可以影响工程建筑的工程造价与施工安全，也可以影响工程建筑的稳定和正常使用。工程活动也会以各种方式影响地质环境，这种影响称为工程地质问题，即已有的工程地质条件在工程建筑运行期间会产生一些新的变化和发展，构成影响工程建筑安全的地质问题。研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约关系，以便做到既能使工程建筑安全、经济、稳定，又能合理开发和保护地质环境，这是工程地质学的基本任务。而在大规模地改造自然环境的工程中，如何按地质规律办事，有效地改造地质环境，则是工程地质学要面临的主要任务。作业：1、工程地质学的具体任务是什么？2、什么是工程地质条件与工程地质问题？第一章地壳与岩石地壳是地球的表层，是地质学、工程地质学的主要研究对象。地壳和地球内部的化学元素，除极少数呈单质存在外，绝大多数是以化合物的形态存在。这些具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物，称为矿物。而由一种或多种矿物以一定的规律组成的自然集合体，称为岩石。岩石是各种地质作用的产物，是构成地壳的物质基础。组成地壳的岩石，按其成因可分为三类：即岩浆岩、沉积岩和变质岩。第一节地壳与地质作用地球是绕太阳转动的一颗行星，它是一个旋转椭球体。通过大地测量与卫星测量，地球的赤道半径6378.160KM，两极半径为6356.755KM；地球的扁平率为1/298.25。陆地面积占29.2%，海洋占70.8%。地球不是一个均质球体，具有圈层构造，以地表为界，地球可以分为内圈和外圈。外圈：大气圈(atmosphere)、水圈(lithosphere)和生物圈(biosphere)；内圈：根据物质成分、状态和性质的不同可分为很多层，一般分地壳(lithosphere)、地幔(mantle)和地核(core)（图1-1）。地核（地球的核心部分）：铁-镍合金组成，平均密度超过10g/cm3。是地球内部古登堡面以下至地心的部分，厚度为3500KM。分为外核和内核。地幔：岩石组成的。地球莫霍面以下、古登堡面以上的部分，厚度约2900KM，主要由固体物质组成。分为上地幔和下地幔。一、地壳地壳表层是人类工程活动的场所，地壳也是地质学的主要研究对象。地壳：由固体岩石构成，平均密度2.8g/cm3。平均厚度33KM，一般厚度15~40KM，洋壳最薄，平均仅5~6KM。二、地质作用由自然动力引起的地壳和岩石圈，甚至地球的物质组成、内部结构和地表形态发生变化的自然作用，统称为地质作用。地质作用按其动力能的来源和发生作用的主要部位不同，可以分为内力地质作用和外力地质作用。（一）内力地质作用内力地质作用简称为内力作用，是由地球转动能、重力能和放射性元素蜕变的热能等所引起，主要是在地壳或地幔中进行。内力地质作用包括地壳运动、岩浆作用、变质作用和地震等。1.地壳运动由地球自转速度的改变等原因，使得组成地壳的物质不断运动，并改变它的相对位置和内部构造，称为地壳运动。按地壳运动的方向，可分为升降运动和水平运动。地壳运动引起海陆变迁，产生各种地质构造，因此，地壳运动又称为构造运动。发生在晚第三纪末和第四纪的构造运动，称为新构造运动。2.岩浆作用地壳：由固体岩石构成，平均密度2.8g/cm3。平均厚度33KM，一般厚度15~40KM，洋壳最薄，平均仅5~6KM岩浆是地壳深处的一种富含挥发物质的高温高压的粘稠硅酸盐熔融体，其中含有一些金属硫化物和氧化物。在地壳运动的影响下，由于外部压力的变化，岩浆向压力减小的方向移动，上升到地壳上部或喷出地表冷却凝固成为岩石，这个过程统称为岩浆作用。由岩浆作用形成的岩石，叫岩浆岩。岩浆作用有两种方式：eq\o\ac(○,1)喷出作用；eq\o\ac(○,2)侵入作用。3.变质作用由于地壳运动、岩浆作用等，在地下一定深度的岩石受到高温、高压及化学成分加入的影响，在固体状态下，发生一系列变化，形成新的岩石，这一过程称变质作用。由变质作用形成的岩石叫变质岩。影响变质作用的主要因素为温度、压力、化学成分的加入。根据引起变质作用的基本因素，可将变质作用分为三种类型：eq\o\ac(○,1)接触变质作用是指岩浆侵入到围岩中，由于岩浆的热力与其分化出来的液体和气体，使围岩发生变质。主要因素是温度和化学成分的加入。如砂岩变成石英岩，石灰岩变成大理岩。eq\o\ac(○,2)动力变质作用因地壳运动而产生的局部应力使岩石变形和破碎，但成分上很少发生变化。主要因素是压力，温度次之。如断层角砾岩和糜棱岩等。eq\o\ac(○,3)区域变质作用通常在大的区域范围内发生，是一种与强烈地壳运动密切相关的变质作用。是地壳深处的岩石在高温高压下发生的变化，并有外来化学组分的加入，是各种因素的综合。所形成的变质岩多具有片理构造，如片岩等。4.地震地震是地壳快速振动的现象，是地壳运动的一种强烈表现。可分为火山地震、陷落地震和构造地震等。地震是一种自然现象，是由地应力引起岩石积蓄能量和急剧释放能量的地质作用。（二）外力地质作用由地球范围以外的能源引起的地质作用。它的能源主要来自太阳辐射能以及太阳和地球的引力等。其作用方式有风化、剥蚀、搬运、沉积和成岩。外力地质作用的总趋势是削高补低，使地面趋于平坦。1.风化作用常温常压下，在温度变化、气体、水和生物等因素影响下，地壳表层的岩石在原地发生破碎、分解的物理和化学变化过程，叫风化作用。2.剥蚀作用将风化产物从岩石上剥离下来，同时也对未风化的岩石进行破坏，不断改变着岩石面貌，这种作用称为剥蚀作用。其地质营力有风、流水、冰川、和海浪等。因此，剥蚀作用可分为风的吹蚀作用、流水的侵蚀作用、地下水的潜蚀作用、冰川的刨蚀作用、海及湖水的冲蚀作用。3.搬运作用风化剥蚀产物在地质营力作用下离开母岩区，经过长距离搬运，到达沉积区的过程，叫搬运作用。其地质营力主要是风和地表流水，次为冰川、地下水、湖水和海水。搬运方式可分为三种：eq\o\ac(○,1)拖曳搬运；eq\o\ac(○,2)悬浮搬运；eq\o\ac(○,3)溶解搬运。4.沉积作用被搬运的物质，经过一定距离后，由于搬运介质的动能减弱、搬运介质的物理化学条件发生变化，或在生物的作用下，被搬运的物质从搬运介质中分离出来，形成沉积物的过程，叫沉积作用。沉积作用的方式有：机械沉积作用、化学沉积作用和生物沉积作用。5.成岩作用使松散沉积物转变为沉积岩的过程，称为成岩作用。成岩作用可以分为：压固作用、胶结作用和重结晶作用。第二节造岩矿物地壳中已发现的矿物有三千多种，除个别以气态（碳酸气、硫化氢气等）或液态（水、自然汞等）出现外，绝大多数均呈固态。而构成岩石的主要矿物只有二十几种，这些组成岩石的主要矿物称为造岩矿物。一、矿物的形态二、矿物的物理性质：2、条痕：矿物粉末的颜色。5、硬度：抵抗外力刻划的能力（在晶面上）。摩氏硬度：滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石123456789106、解理：外力敲击下，沿结晶薄弱面平行裂开的性能。三、常见造岩矿物及鉴定方法1、浅色矿物：石英正长石斜长石方解石白云石白云母石膏滑石硬度大硬度中等硬度小半透明肉红色灰白色菱面体弯曲菱面体薄片状丝绢光泽有滑感断口油脂光泽两组解理遇HCL起泡遇镁试剂变兰珍珠光泽无解理白色弹性2、暗色矿物：橄榄石辉石角闪石黑云母绿泥石硬度大硬度小颗粒状短柱状长柱状薄片状薄片状半透明解理交角近90º解理交角124º弹性挠性橄榄绿色多为黑色黑绿色黑色墨绿色珍珠光泽小结：1、绪论2、地壳与地质作用3、造岩矿物第三节岩浆岩岩石是各种矿物的集合体，是各种地质作用的产物。由于地质作用的性质和所处环境的不同，不同岩石的矿物组合关系也不同，从而使岩石具有一定的结构和构造。岩石的结构：是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小和形状及彼此间的组合关系。岩石的构造：是指岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石的其它组成部分之间的排列方式及充填方式。构造能反映出岩石的外貌特征。岩浆岩又称火成岩，占地球总质量的95%，在三大岩类中占有重要的地位。一、岩浆岩的产状岩浆岩的产状是指岩浆岩的形状、大小、深度以及与围岩的关系。由于岩浆岩形成条件和所处的环境不同，其产状是多种多样的。其主要产状有以下几种（图1-3）。图1-3岩浆岩的产状1-岩基；2-岩株；3-岩盘；4-岩床；5-岩墙；6-火山颈；7-岩钟；8-岩流；9-俘虏。二、岩浆岩的矿物成分、结构、构造2、结构：指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、晶体形态、相互关系。3、构造：岩石中矿物集合体或其它组分在空间的排列与充填方式。三、岩浆岩的分类及常见的岩浆岩（一）岩浆岩的分类喷出岩酸性岩中性岩基性岩超基性岩结构构造流纹岩粗面岩安山岩玄武岩少见非晶半晶隐晶气孔、流纹杏仁状块状浅成岩花岗斑岩正长斑岩闪长玢岩辉绿岩少见斑状微粒块状深成岩花岗岩正长岩闪长岩辉长岩橄榄岩辉岩细粒中粒粗粒块状主要矿物成分(10%以上)石英正长石斜长石正长石角闪石斜长石辉石斜长石橄榄石辉石（二）常见的岩浆岩1.酸性岩类花岗岩。花岗斑岩。流纹岩。2.中性岩类闪长岩。闪长玢岩。安山岩。正长岩。正长斑岩。粗面岩。3.基性岩类辉长岩。辉绿岩。玄武岩。第四节沉积岩由沉积物经过压固、脱水、胶结及重结晶作用变成的坚硬岩石，称为沉积岩。沉积岩占地壳总质量的5%，但就地表而言。分布面积占75%。因此，沉积岩在地表呈层状广泛分布，是区别于其它类型岩石的重要标志之一。一、沉积岩的物质组成沉积岩由两部分物质组成：沉积物颗粒和胶结物。（一）矿物成分沉积岩中已被发现的矿物约有160余种，最常见的只有20余种。按其成因可分为：1.碎屑物质2.粘土矿物3.化学沉积矿物（二）胶结物在沉积物颗粒之间，还有胶结物（把松散沉积物联结起来的物质）。胶结物对沉积岩的颜色、坚硬程度有很大影响。按成分可以分为下面四种：1.泥质胶结物2.钙质胶结物3.硅质胶结物4.铁质胶结物胶结物在沉积岩中的含量一般为25%左右，若超过25%，即可参加岩石的命名。如钙质长石石英砂岩。二、沉积岩的结构和构造（一）沉积岩的结构沉积岩的结构是由其组成物质的形态、性质、颗粒大小来决定的。沉积岩的结构有以下几种：（二）沉积岩的构造沉积岩的构造是指其组成部分的空间分布及其相互间的排列关系。沉积岩最主要的构造是层理构造。由于沉积环境的变化，使先后沉积的物质组分的颗粒大小、形状、成分及颜色发生变化，而显示出成层现象，称为层理构造。（1）岩层：指一个基本稳定的物理条件（沉积环境和物质来源）下，形成的沉积单位，由成分基本均匀一致的岩石组成的岩石层，层与层之间由层面分开。（2）层理构造：指岩层中因成分、粒度、颜色发生变化而表现出来的纹理。（3）块状构造：无层理，各向均一。三、沉积岩分类及常见的沉积岩（一）沉积岩的分类（二）常见的沉积岩1.碎屑岩类eq\o\ac(○,1)火山碎屑岩：火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩。eq\o\ac(○,2)沉积碎屑岩：砂岩和角砾岩、砂岩、粉砂岩。2.粘土岩类粘土岩、页岩、泥岩。3.化学及生物化学岩类石灰岩、白云岩、硅质岩。第五节变质岩变质岩是地壳内部原有岩石（岩浆岩、沉积岩和变质岩），由于受到高温、高压以及化学成分加入的影响，在固体状态下，在发生剧烈变化后而形成的新岩石。因此，变质岩不仅具有自身独特的性质，还常保留着原来岩石的某些特点。一、变质岩的矿物组成二、变质岩的结构和构造（一）变质岩的结构（二）变质岩的构造变质岩的构造是识别各种变质岩的重要标志。三、变质岩的分类和常见的变质岩（一）变质岩的分类（二）常见的变质岩板岩。千枚岩。片岩。片麻岩。大理岩。石英岩。角岩。矽卡岩。蛇纹岩。混合岩。构造（断层）角砾岩。碎裂岩。糜棱岩。小结：1、岩浆岩；2、沉积岩；3、变质岩。作业：1、三大类岩石是如何形成的？2、三大类岩石各有哪些特征？第二章地质构造组成地壳的岩层或岩体在地应力的长期作用下，发生变形、变位，形成各种构造运动的形迹，称为地质构造，如：单斜、褶皱和断裂等。第一节地质年代地壳发展的时间段落称为地质年代。要了解一个地区的地质构造，地层的相互关系，以及阅读地质资料和地质图件时，必须具备地质年代的知识。一、地质年代的确定方法由两个平行或近于平行的界面（岩层面）所限制的同一岩性组成的层状岩石，称为岩层。岩层是沉积岩的基本单位而没有时代含意。而地层和岩层不同，它有时间含义。地质学把某一地质时代形成的一套岩层称为那个时代的地层。（一）相对地质年代确定法通过比较各地层的沉积顺序、古生物化石特征、地层接触关系来确定其形成的先后顺序。1、地层层序法：（1）正常层序法：对于正常沉积的岩层，老的在下，新的在上。岩层倒转时关系相反。（2）标准剖面法：将某地区的地层按新老关系排列的剖面，叫该地区的标准剖面。用标准剖面对比某工点的地层，从而确定该工点地层新老关系的方法。（3）层面构造法：用层面构造指示岩层新老关系的方法。2、古生物法：3、地层接触关系法（1）沉积岩之间的接触关系：①整合接触：各地层时代连续，产状平行（反映地壳稳定下沉）②平行不整合接触：各套地层时代不连续，但产状平行。（又叫假整合，反映地壳下降沉积→上升剥蚀→下降沉积）③角度不整合接触：各套地层时代不连续，产状不平行。（反映地壳下降沉积→挤压弯曲→上升剥蚀→下降沉积）（2）沉积岩与岩浆岩之间的接触关系①侵入接触：先沉积、后侵入。②沉积接触：先侵入、后沉积。③岩浆岩之间的接触关系：穿插关系：新岩体穿插老岩体。（二）绝对年代确定法用岩石中放射性同位素蜕变规律来确定岩石形成时间。它是根据岩石中所含的放射性同位素和它的蜕变产物的相对含量来测定的。例如，U238→Pb207，1g铀一年蜕变出7.4×10-9g最后：用各岩石形成时间，排出各岩石形成的先后顺序。（即新老关系）（最老岩石：南美洲圭亚那地盾角闪岩（41.3亿年），最老化石：蓝绿藻（35亿年）。二、地质年代单位和地层单位1.地质年代单位时间段落级别：宙、代、纪、世、期2.时间地层单位地层单位：宇、界、系、统、阶3.地质年代表第二节岩层产状及其测定一、水平岩层和倾斜岩层习惯上把倾角小于5°的岩层称为水平岩层。沉积岩由于地壳运动的影响，改变了原始状态，形成倾斜岩层。如果岩层向一个方向倾斜，倾角又近于相等则称为单斜岩层。单斜岩层往往是褶曲的一翼、断层的一盘，或局部地层升降不均引起的。二、岩层产状岩层产状是指岩层在地壳中的空间方位和产出状态。倾斜岩层的产状是用岩层的走向(AB)、倾向(OD/)和倾角(α)三个要素来表示的。三、岩层产状的测定及表示方法（一）岩层产状的测定岩层产状用地质罗盘仪测定。（二）岩层产状的表示方法在地质图上，岩层的产状常用符号“├30°”表示。在文字记录中，岩层的产状有两种表示方法：1.方位角表示法一般只记倾向和方位角，如200°∠30°。2.象限角表示法一般记录走向、倾向和倾角，如N40°E/30°SE,但很少采用。1.水平构造一个地区出露的水平或近于水平的岩层称为水平岩层。2.单斜构造如果在一定地区内一套岩层的倾斜方向和倾角基本一致，则称为单斜岩层。倾斜岩层在大范围内，常常是褶皱的一翼。（层序）小结：1、地质年代的确定方法2、地质年代单位和地层单位3、水平岩层和倾斜岩层4、岩层产状5、岩层产状的测定及表示方法第三节褶皱构造一、基本概念组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列的波状弯曲而未丧失其连续性的构造，称为褶皱构造。褶曲：褶皱中的单个弯曲。背斜：岩层向上弯曲。地层对称重复，中间老，两边新。向斜：岩层向下弯曲。地层对称重复，中间新，两边老。褶皱的基本类型：1.背斜；2.向斜。二、褶曲要素核部：褶曲中心部位的岩层。翼部：褶曲两侧部位的岩层。轴面：通过核部，大致平分两翼的假想平面。轴线：轴面与水平面的交线。枢纽：轴面与岩层面的交线。（最大弯曲点的连线）。三、褶曲的形态与分类1、按轴面的产状分类2、按枢纽产状分类四、褶曲的判别

（基本类型、按横剖面分类、按纵剖面分类）五、褶皱与工程建设的关系

由于褶皱核部岩层受水平挤压作用，产生许多裂隙，直接影响岩体的完整性和强度，在石灰岩地区还往往使岩溶较为发育。所以在核部布置各类建筑工程必须注意岩层的坍落、漏水及涌水问题。在褶皱翼部布置建筑工程时，如果开挖边坡的走向近于平行岩层走向，且边坡倾向与岩层倾向一致，边坡坡角大于岩层倾角，则易造成顺层滑动现象。隧道轴线平行于褶皱轴线时，一般布置在褶皱翼部，通过均一岩层。因为褶曲地层受到强烈的拉伸和挤压，岩层破碎，常形成洞顶坍落，而在向斜核部则是储水较丰富的地段。第四节断裂构造构成地壳的岩体受构造应力作用发生变形，当变形达到一定程度后，是岩体的连续性和完整性遭到破坏，产生各种大小不一的断裂，称为断裂构造。包括节理和断层。一、节理节理（裂隙），是岩体受力断裂后两侧岩块没有明显位移的小型断裂构造。节理和产状一样，用走向、倾角、和倾向三要素来表示。（一）节理的分类根据节理的成因，可分为原生节理、构造节理和次生节理。1、原生节理是指岩石在形成过程中所形成的节理。2、构造节理是岩石受构造应力作用产生的节理。1）张节理产状不很稳定，在平面上和剖面上的延展均不远；节理面擦痕不发育，节理面粗糙，开口大，节理常有充填；节理面绕过矿物或碎屑；张节理一般发育稀疏，节理间距较大，分布不均匀。2）剪节理产状稳定，在平面和剖面上的延续均较长；节理面光滑，常有擦痕、镜面等现象，节理两壁闭合；切穿矿物或碎屑；一般发育较密，且常等间距分布；成对出现，呈两组共轭剪节理。3、次生节理由于岩体受卸荷、风化、地下水等次生作用而产生的裂隙。次生节理分布无规律，破坏岩体的完整，使岩体多成碎块。（二）节理的工程地质评价岩体中的裂隙，除了有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性有不利的影响。降低强度、稳定性；诱发崩塌、滑坡；影响爆破效果。（三）节理的调查、统计和表示方法为了弄清工程场地节理分布规律及其对工程岩体稳定性的影响，在进行工程地质勘察时，都要对节理裂隙进行野外详细调查和室内资料的整理工作。1、节理的野外调查填写野外测量记录表2、节理观测资料的室内整理统计图经常采用节理玫瑰图和等密度图来表示。二、断层断层是岩体破裂后，两侧岩块产生显著位移的断裂构造。断层的规模从几厘米到数千公里，对工程岩体的稳定有显著的影响。（一）断层要素（二）断层的基本类型1、按断层两盘相对运动方向分类：①正断层：上盘相对下降的断层。符号为：②逆断层：上盘相对上升的断层。符号为：③平移断层：两盘水平错动。符号为：2、按断层面产状与褶曲轴线走向关系分类（三）断层的工程地质评价由于断裂构造的存在，破坏了岩体的完整性，加速了风化作用、地下水的活动及岩溶的发育，表现为：eq\o\ac(○,1)降低了岩体的强度和稳定性。eq\o\ac(○,2)跨越建筑物的不均匀沉降。eq\o\ac(○,3)隧道工程通过断裂碎裂岩石时易产生坍塌。eq\o\ac(○,4)断裂带在新的地壳运动影响下，可能发生新的移动，从而影响建筑物的稳定。（四）断层的野外识别eq\o\ac(○,1)构造线与地质体的不连续eq\o\ac(○,2)地层的重复和缺失eq\o\ac(○,3)断层面的构造特征eq\o\ac(○,4)地貌及其他标志第五节地质图地质图是反映一个地区各种地质条件的图件。它是将自然界的地质情况，用规定的符号按一定的比例缩小并投影绘制在平面上的图件，是工程实践中需要收集和研究的重要地质资料。一、地质图的类型普通地质图第四纪地质图水文地质图服务于各种工程建设的工程地质图二、地质图的规格图名；图例；比例尺；编制单位；编制日期。三、地质条件在图上的反映地层岩性地质构造岩层接小结：1、褶皱构造2、断裂构造3、地质图作业：1、什么是岩层的产状？在地质图上如何表示？2、按轴面的产状褶曲分哪几类？各有何特点？3、怎样在野外识别断层？第三章地质作用地表是各种自然因素的交叉作用带，也是人类工程活动的最主要场所。下面就几种常见的地质作用，阐述其作用特点、形成规律和对工程的不良影响及其防治措施。第一节风化作用一、基本概念地表的岩石在太阳辐射和外圈层作用下，会逐渐崩解、分离为大小不等的岩屑或土层。岩石的这种物理、化学性质的变化称为风化；引起岩石这种变化的作用称为风化作用；被风化的岩石圈称为风化壳。在风化壳中，岩石经过风化作用后，形成松散的岩屑和土层，残留在原地的堆积物称为残积土；尚保留原岩结构和构造的风化岩石称为风化岩。二、风化作用的类型（一）物理风化物理风化系指地表岩石因温度变化和空隙中水的冻融以及盐类的结晶而产生的机械崩解过程。1.热力风化地表岩石受太阳辐射有昼夜和季节变化，岩石为热的不良导体，温度变化引起岩体膨胀和收缩产生的压应力和拉应力仅限于表层。温度变化引起的膨胀和收缩交替遂使岩石表层产生裂缝以致片状剥落。2.冻融风化岩石孔隙或裂隙中水的冻融频繁交替进行，不断使裂隙加深扩大，以致使岩石崩裂成为岩屑。（二）化学风化化学风化系指岩石在水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳等的作用下所发生的溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等一系列复杂的化学变化。1.溶解作用水是一种好的溶剂。矿物遇水后就会不同程度地被水溶解，一些质点离开矿物表面进入水中形成溶液流失。2.水化作用有些矿物和水结合形成新的矿物。岩石中的矿物大都不含水，但在地表与水接触形成新的矿物，却几乎都含水。CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O3.水解作用有些矿物遇水离解形成新的化合物。4K(AlSi3O8)+2H2O→4KOH+Al4(Si4O10)(OH)8+8SiO24.碳酸化作用溶于水中的CO2，形成CO-3和HCO-3离子，夺取盐类矿物的金属阳离子结合成易溶盐而随水迁移，使原有矿物分解。K2O·Al2O3·6SiO2+CO2+2H2O→Al2O3·2SiO2·2H2O+K2CO3+4SiO5.氧化作用大气和水中含氧量均较高，故氧化作用是化学风化中最常见的一种。表现有两个方面：一是矿物中某种元素与氧结合形成新矿物；二是许多变价元素在缺氧条件下形成低价矿物，在地表氧化环境下转变成高价化合物，原有矿物被解体。（三）生物风化生物风化是指生物在其生长和分解过程中，直接或间接地对岩石矿物所进行的物理和化学作用。表现为植物根劈作用、动物挖掘、生物吸收营养和分泌有机酸破坏。（四）风化作用类型之间的相互关系岩石的风化作用实质上只有物理风化和化学风化两种基本类型，彼此是互相紧密联系的。物理风化是化学风化的前驱和必要条件，化学风化是物理风化的继续和深入。实际上，物理风化是化学风化在自然界往往是同时进行、互相影响、互相促进的。因此，风化作用是一个复杂的、统一的过程，只有在具体条件和阶段，物理风化是化学风化才有主次之分。三、影响风化作用的因素（一）气候因素气候对风化的影响主要是通过温度和雨量变化以及生物繁殖状况来实现的。（二）地形因素在不同的地形条件（高度、坡度和切割程度）下，风化作用也有明显的差异，它影响着风化的强度、深度和风化物的保存厚度及分布情况。（三）地质因素岩石的矿物组成，结构和构造都直接影响风化的速度、深度和风化阶段。四、岩石风化的勘查评价与防治（一）风化作用的工程意义岩石受风化作用后，改变了物理化学性质，变化情况随着风化程度的轻重而不同。如岩石的裂隙度、孔隙度、透水性、亲水性、胀缩性和可塑性等都随风化加深而增加，岩石强度随风化程度加深而降低，风化壳成分的不均匀性、产状和厚度的不规则性都随风化的加深而增大。所以，岩石风化程度越深，地基承载力越低，边坡越不稳定。风化程度对设计和施工都有直接影响。因此，工程建设必须对岩石的风化程度、速度、深度和分布情况进行调查和研究。（二）岩石风化的勘查与评价岩石风化调查的主要内容：1.查明风化程度，确定风化层的工程性质，以便考虑建筑物的结构和施工方法。根据岩石的颜色、结构和破碎程度等地质特征和强度，将风化层分为五个带：全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带、新鲜岩石。2.查明风化厚度和分布，以便选择最适当的建筑地点，合理地确定风化层的清基和刷方的土石方量，确定加固处理的有效措施。3.查明风化速度和风化因素，对直接影响工程质量和风化速度快的岩层，必须制定预防风化的正确措施。4.对风化层的划分，特别是粘土的含量和成分进行必要分析，因为它直接影响地基稳定性。（三）岩石风化的防治岩石风化的防治方法主要有：1.挖除法；2.抹面法；3.胶结灌浆法；4.排水法。第二节地表流水的地质作用大陆地表水有两种：一种是暂时性流水（雨水、融雪水及山洪急流）；另一种是长期流水（河水、江水）。地表水流动与地表土石发生相互作用，产生侵蚀、搬运和堆积作用，形成各种地貌和不同的松散沉积层。一、暂时性流水的地质作用淋滤作用及残积层洗刷作用及坡积层冲刷作用及洪积层二、河流地质作用2、搬运和沉积：→冲积层洪水位洪水位三、河谷地貌1、河谷地貌：小结：1、风化作用2、地表流水的地质作用eq\o\ac(○,1)暂时性流水的地质作用eq\o\ac(○,2)河流的地质作用第三节地震地震是一种破坏性很强的自然灾害。工程活动必须考虑这个主要的环境地质因素，并采取必要的防震措施。一、概述（一）地震的基本概念1.地震地震是地壳快速震动的一种地质作用，是地壳运动的一种表现形式。地震以弹性波的形式传播，通常发生在地球内部，有深有浅。2.震源、震中和震域地壳或地幔中发生地震的地方称为震源。震源在地面上的垂直投影称为震中。震源传出的地震波在地表面所能涉及的到的区域称为震域。3.地震波地震引起的振动以弹性波的形式从震源向各个方向传播，称为地震波。地震波按波动位置和形式可分为体波和面波两种。（1）体波体波是一种通过地球体内传播的地震波，可分为纵波（P波—质点振动方向与震波一致，摧毁力小）和横波（S波—质点振动方向垂直于与波的传播方向，摧毁力大）。（2）面波面波是一种沿地表传播的地震波。面波速度低，但振幅大，对地面建筑破坏最大。可分为瑞雷波（R波—滚动式传播）和勒夫波（Q波—蛇形传播）。纵波的传播速度最快，其次是横波，最慢的是勒夫波和瑞雷波。4.地震的分布地震在全球的分布是不均匀的，地震多的地方称地震区。地震区的震中常呈带状分布，也叫地震带。全球有三个地震带：环太平洋地震带、欧亚地震带（也称阿尔卑斯地震带）和沿各大洋海岭地震带。这是全球地震大环境。中国介于前两个地震带之间，所以是一个多震国家。中国破坏性地震多集中在一定的狭窄地带，按地震活动性和地质构造特征，可分为23个强震活动带。（二）地震类型1.按成因分类（1）构造地震构造地震是地壳运动所引起的地震。特点是多发（90%以上），破坏性强。（2）火山地震火山地震是火山喷发时岩浆或气体对围岩的冲击所引起的。特点是范围小为数较少（7%左右）。（3）陷落地震陷落地震是由于地壳陷落所引起的地震。它多为石灰岩溶洞陷落造成。特点是数量少（3%左右），影响小。（4）人工诱发地震人工诱发地震是由水库蓄水或地下大爆破所引起的地震。特点是震源较浅，多发于水库或爆破点附近。2.按震源深度分类地震按震源深度分浅源地震（0-70km）、中源地震（70-300km）和深源地震（＞300km）。多数破坏性地震为浅源地震，它占地震总数的72.5%。深度超过100km的地震在地面一般不会引起灾害。3.按震级大小分类地震按震级大小分分类如下表。一般认为5级以上的地震就已经开始引起地面和建筑物程度不同的破坏，故也称为破坏性地震。名称震级（M）名称震级（M）大地震M≥7中地震或强震7＞M≥5小地震或有感地震5＞M≥2微震M＜2二、地震震级与烈度地震的震级和烈度是衡量一次地震强度大小和某一地区强烈程度的两个尺度，它们既有联系又有区别。（一）地震震级地震震级是指一次地震时，震源处释放能量的大小，它用符号M表示。1935年，里希特给出震级的原始定义：式中A是标准地震仪在距震中100km处记录的以μm为单位的最大水平地面位移（单振幅）。我国使用的震级是国际上通用的里氏震级，将地震震级划分为10个等级。小于2级的地震，人们感觉不到，称为微震；2-4级地震为有感地震；5级以上地震开始有不同程度的破坏，统称破坏地震或强震；7级以上的地震称为强烈地震或大地震。目前记录的最大地震尚未超出8.9级的，这是岩石强度不能积蓄超过8.9级的弹性应变能。（二）地震烈度地震烈度是指地震时受震区的地面及建筑物遭受破坏的强烈程度。地震烈度表主要是根据地震发生后地面的宏观现象（地面建筑物受破坏的程度、地震现象、人的感觉等）和定量指标两个方面的标准划定的。我国采用国际上普遍的12度划分法。地震烈度级别越小，震害越轻。地震烈度和震级既有区别又有联系。一次地震表示地震大小的震级只有一个，然而由于其对不同地点影响不一样，地震烈度各地不同。烈度不仅与震级有关，还和震源深度，震中距及地震通过的介质条件（地质构造、岩石性质、地下水埋深）等多种因素有关。震级与烈度虽然都是地震的强烈程度指标，但烈度对工程抗震来说更为密切。在建筑抗震设计时，是以地震烈度作为强度验算与选择抗震措施的依据，经常用的地震烈度有基本烈度和设计烈度，此外，还有考虑场地条件影响的场地烈度。1.基本烈度基本烈度是指一个地区今后一定时期内，在一般场地条件下可能普遍遭遇的最大地震烈度（也叫区域烈度）。2.场地烈度场地烈度是指根据场地条件如岩石性质、地形地貌、地质构造和水文地质调整后的烈度。3.设计烈度在场地烈度的基础上，根据建筑物的重要性，针对不同建筑物，将基本烈度予以调整，作为抗震设防的依据，这种烈度称为设计烈度。三、公路震害及防震原则（一）地震对公路的破坏作用1.地震力的破坏作用地震力使建筑物受到一种惯性力的作用，这种由地震波所直接产生的惯性力，通常称为地震力。如果建筑物经受不住这种地震力的作用，轻者开裂、变形，重者破坏。2.地变形的破坏作用地震时在地表产生的地变形主要有断裂错动、地裂缝与地倾斜等。3.地震促使软弱地基变形、失效的破坏作用软弱地基一般是指可触变的软弱粘性土地层以及可液化的砂土地基。它们在强烈地震作用下，由于触变或液化，可使其承载力大大降低或完全消失，这种现象通常称为地基失效。4.地震激发滑坡、崩塌与泥石流的破坏作用强烈地震作用能激发滑坡、崩塌与泥石流（详见第七章）。（二）地震区公路的防震原则1.山岭地区的路基震害及防震原则（1）山岭区路基震害eq\o\ac(○,1)路堑边坡的滑坡与崩塌；eq\o\ac(○,2)半填半挖的上坍下陷；eq\o\ac(○,3)挡土墙等抵抗土压力的建筑物，地震时由于地基承载力降低，土压力增大，所遭受的震害比较多。（2）山岭区路基防震原则eq\o\ac(○,1)沿河路线应尽量避开地震时可能发生大规模崩塌、滑坡地段。eq\o\ac(○,2)尽量减少对山体自然平衡条件的破坏和自然植被的破坏，严格控制挖方边坡高度，并根据地震烈度适当放缓边坡坡度。eq\o\ac(○,3)在山坡上宜尽可能避免或减少半填半挖路基，必须采用时适当加固。eq\o\ac(○,4)在≥7度烈度区的挡土墙应根据设计烈度进行抗震强度和稳定性验算。2.平原地区的路基震害及防震原则（1）平原地区的路基震害平原地区路基以路堤为主。易发生震害的是软土地基上的路堤、桥头路堤、高路堤与砂土路堤等，震害最多的是软土地基路堤。常见震害有：eq\o\ac(○,1)纵向开裂；eq\o\ac(○,2)边坡滑动；eq\o\ac(○,3)路堤坍塌；eq\o\ac(○,4)路堤下沉；eq\o\ac(○,5)纵向波浪变形；eq\o\ac(○,6)桥头路堤开裂、下沉、坍塌等；eq\o\ac(○,7)地裂缝造成路堤错断、沉陷、开裂等。（2）平原地区路基的防震原则eq\o\ac(○,1)尽量避免在地势低洼地带修筑路基。eq\o\ac(○,2)在软弱地基上修筑路基时，要注意鉴别可液化砂土、易触变粘土的埋藏范围与厚度，并采取相应的加固措施。eq\o\ac(○,3)加强路基排水，避免路侧积水。eq\o\ac(○,4)严格控制路基压实度，特别是高路堤的分层压实。eq\o\ac(○,5)注意新老路基的结合。eq\o\ac(○,6)尽量采用粘性土做填筑路堤材料，避免使用低塑性的粉土或砂土。eq\o\ac(○,7)加强桥头路堤的防护工程。3.桥梁的震害和防震原则（1）桥梁的震害强烈地震时，桥梁震害较多。桥梁遭受震害的主要原因是由于墩台的位移和倒塌，下部构造发生变形引起上部构造的变形或跌落。所以地基好坏对桥梁在地震时的安全度影响最大。在软弱地基上，桥梁的震害不仅严重，而且分布范围广。在一般地基上，也可能产生某些桥梁震害，如墩台裂缝、因土压力增大或水平方向抵抗力降低而引起墩台的水平位移和倾斜等。（2）桥梁防震原则eq\o\ac(○,1)勘测时查明地质条件，按避重就轻的原则，充分利用有力地段选定桥位。eq\o\ac(○,2)软弱地基建桥可适当增加桥长，合理布置桥孔，避免墩台布设在可能滑动的岸坡上和地形突变处。eq\o\ac(○,3)桥基置于软弱粘土或严重不均匀底层上时，应注意减轻荷载、加大基底面积、减少基底偏心、采用桩基础。eq\o\ac(○,4)尽量减轻桥梁的总质量，尽量采用比较轻型的上部构造，避免头重脚轻。eq\o\ac(○,5)加强上部构造的纵、横向联结，加强上部构造的整体性。eq\o\ac(○,6)多孔长桥宜分节建造，使各分节能互不依存地变形。eq\o\ac(○,7)尽量少用抗拉、抗冲击能力弱的圬工桥。小结：1、地震概述2、地震震级与地震烈度3、公路震害及防震原则作业：1、风化作用有哪几类？它们之间关系如何？2、地表流水有哪些地质作用？形成哪些沉积物？有什么工程特性？3、那种地震波危害最大？为什么？4、地震震级与地震烈度有何区别？第四章地貌地质作用在地壳表面形成的各种不同成因、不同类型、不同规模的起伏形态，称为地貌。随着地貌学的发展，地形和地貌两个词已赋予了不同的含义。地形通常用来专指地表既成形态的某些特征，如高低起伏、坡度大小和空间分布等。地貌不仅包括地表形态的全部外貌特征，还包括运用地质动力学的观点，分析和研究这些形态的成因和发展。地貌条件与公路工程建设有着密切的关系。第一节地貌概述一、地貌的形成和发展（一）地貌形成和发展的动力地壳表面的各种地貌都在不停地形成和发展变化着，其动力就是内、外力地质作用。内力地质作用形成了地壳表面的基本起伏，对地貌的形成和发展起着决定性的作用。外力地址作用则对内力地质作用所形成的基本地貌形态，不断地进行雕刻、加工，使之复杂化。（二）地貌形成、发展的规律和影响因素地貌的形成和发展虽然错综复杂，但确有其一定的规律。它决定于内、外力作用之间的量的比例关系，也取决于地貌水准面，还受地质构造、岩性、气候条件等因素的影响。二、地貌的分级和分类（一）地貌分级不同等级的地貌其成因不同，形成的主导因素也不同。地貌等级一般分为四级：1.巨型地貌海陆之分，大的内海和山系。内力作用形成。2.大型地貌山脉、高原、山间盆地等。基本也是内力作用形成。3.中型地貌河谷以及河谷之间的分水岭等。主要是外力地质作用造成的。4.小型地貌残丘、阶地、沙丘、小的侵蚀沟等。基本是外力地质作用控制。（二）地貌的形态分类地貌的形态分类，就是按地貌的绝对高度、相对高度以及地面的平均坡度等形态特征进行分类。地貌的形态分类表4-1形态分类绝对高度(m)相对高度(m)平均坡度(°)举例山地高山＞3500＞1000＞25喜马拉雅山，天山中山3500-10001000-50010-25大别山，庐山低山1000-500500-2005-10川东平行岭谷，华蓥山丘陵＜500＜200闽东沿海丘陵平原高原＞600＞200青藏，内蒙，黄土，云贵高平原＞200成都平原低平原0-200东北，华北，长江中下游平原洼地低于海平面吐鲁番洼地（三）地貌成因分类目前还没有公认的地貌成因分类方案，根据公路工程的特点，以地貌形成的主导因素分类如下：1.内力地貌（1）构造地貌（2）火山地貌2.外力地貌（1）水成地貌（2）冰川地貌（3）风成地貌（4）岩溶地貌（5）重力地貌第二节山岭地貌一、山岭地貌的形态要素山岭地貌的特点是它具有山顶、山坡、山脚等明显的形态要素。山顶是山岭地貌的最高部分。山顶呈长条状延伸时叫山脊。山脊标高较低的鞍部称为垭口。山顶的形状与岩性和地质构造等条件密切相关，可能呈现尖顶、圆顶和平顶。山坡是山岭地貌的重要组成部分。山坡形状有直线形、凹形、图形及复合形等，这取决于新构造运动、岩性、岩体结构及坡面剥蚀和堆积的演化过程等因素。山脚是山坡与周围平地的交接处。由于坡面剥蚀和坡脚堆积，使山脚在地貌上一般并不明显，那里通常有起缓坡作用的过渡带，它主要是由一些坡积裙、冲积堆、洪积扇及岩堆、滑坡体等流水地貌和重力地貌组成。二、山岭地貌类型（一）形态分类山岭地貌最突出的特点是它具有一定的海拔高度、相对高度和坡度，故其形态分类多是根据这些特点划分（见表4-1）。（二）成因分类根据上节地貌成因分类方案，山岭地貌的成因类型划分如下：1.构造变动形成的山岭（1）单面山（2）褶皱山（3）断块山（4）褶皱断块山2.火山作用形成的山岭常见的有锥状火山和盾状火山。3.剥蚀作用形成的山岭在山体地质构造的基础上，经长期外力剥蚀作用所形成的山岭。三、垭口与山坡山区公路勘测经常遇到选择过岭垭口和展线山坡问题。（一）垭口山岭垭口是在山岭地质构造的基础上经外力剥蚀作用形成的。1.构造型垭口由构造破碎带或软弱岩层经外力剥蚀所形成的垭口。（1）断层破碎带型垭口工程地质条件比较差。由于岩体破碎不宜采用隧道方案，采用路堑也需控制开挖深度或考虑边坡防护防止崩塌。（2）背斜张裂带型垭口虽然构造裂隙发育，岩层破碎，但工程地质条件较断层破碎带型好，这因为两侧岩层外倾，有利于排水和边坡稳定，可采用较陡的边坡。（3）单斜软弱型垭口主要由页岩、千枚岩等易风化的软弱岩层构成。岩性松软，风化严重，稳定性差，不宜深挖，否则须缓坡或防护。2.剥蚀型垭口以外力强烈剥蚀为主导因素形成，其形态特征与山体地质结构无明显联系。特点是松散覆盖层很薄，基岩多半裸露。垭口肥瘦和形态主要取决于岩性、气候及外力切割程度等因素。石灰岩等构成的溶蚀性垭口也属此种，开挖路堑或隧道需注意溶洞的不利影响。3.剥蚀-堆积型垭口在山体地质构造基础上，以剥蚀和堆积作用为主导因素形成。开挖稳定条件取决于堆积层的地质特征和水文地质条件。特点是外形浑缓、宽厚，堆积厚度较大，有时还发育湿地或高地沼泽，水文地质条件较差。故不宜降低过岭标高，多以低填或浅挖的形式通过。（二）山坡山坡的形态特征是新构造运动、山坡的地质构造和外力地质条件的综合反应，对公路建设条件有着重要影响。山坡的外形包括高度、坡度及纵向轮廓等。山坡外形各种各样，根据纵向轮廓和坡度，概括为下面几种类型：1.按山坡的纵向轮廓分类（1）直线形坡有三种情况：eq\o\ac(○,1)单一岩性坡长期强烈冲刷剥蚀形成，稳定性一般较高；eq\o\ac(○,2)单斜岩层坡一侧坡陡不利布线，一侧坡缓系顺倾向边坡易滑坡；eq\o\ac(○,3)松软破碎坡气候干寒，强物理风化剥蚀和堆积形成，稳定性最差。（2）凸形坡上缓陡下陡，坡度渐增，下部甚至直立，坡脚界限明显。新构造运动加速上升，河流强烈下切所造成。稳定条件取决于岩体结构，一旦山坡变形就会形成大规模崩塌。（3）凹形坡上部陡下部急剧变缓，坡脚界限很不明显。新构造运动减速上升或坡顶破坏坡麓堆积形成。凹形坡往往是古滑坡的滑动面或崩塌体的依附面，稳定性比较差。（4）阶梯形坡有二种情况：eq\o\ac(○,1)软硬互层坡软硬岩层差异风化形成，稳定性一般较高；eq\o\ac(○,2)滑坡台阶坡滑坡台阶组成的次生阶梯状斜坡，多在山坡中下部，坡脚冲刷、不合理切坡或地震影响，可能引起古滑坡复活，威胁建筑物稳定。2.按山坡的纵向坡度分类坡度小于15°为微坡，16-30°为缓坡，31-70°为陡坡，大于70°为垂直坡。山坡稳定性高，坡度平缓对建筑物有利。但平缓山坡特别在一些拗洼部分有较大的坡积物或重力堆积物分布，坡面迳流也易在这里汇集，开挖揭露下伏基岩接触面后，遇到不良水文地质情况，很容易引起堆积物沿基岩顶面发生滑动。小结：地貌概述山岭地貌第三节平原地貌平原地貌是在地壳升降运动微弱或长期稳定的条件下，经外力作用的充分夷平或补平而形成的。按高程，平原可分为高原、高平原、低平原和洼地（见表4-1）。按成因，平原可分为构造平原、剥蚀平原和堆积平原。一、构造平原主要是由地壳构造运动所形成，其特点是地形面与岩层面一致，堆积物厚度不大。可分为海成平原和大陆拗曲平原。由于基岩埋藏不深，所以地下水一般埋藏较浅。在干旱半干旱地区如排水不畅，常形成盐渍化。多雨冰冻地区则易造成道路的冻胀和翻浆。二、剥蚀平原是在地壳上升微弱的条件下，经外力的长期剥蚀夷平所形成，其特点是地形面与岩层面不一致，上覆堆积物常常很薄，基岩常常裸露地表，只是在低洼地段有时才覆盖有厚度稍大的残积物、坡积物、洪积物等。可分为河成剥蚀平原、海成剥蚀平原、风力剥蚀平原和冰川剥蚀平原。由于形成后往往地壳运动变得活跃，剥蚀作用重新加剧遭到破坏，故其分布面积常常不大。工程地质条件一般较好。三、堆积平原是在地壳缓慢而稳定下降的条件下，经各种外力作用的堆积填平所形成的。其特点是地形开阔平缓，起伏不大，往往分布有厚度很大的松散堆积物。可分为河流冲积平原、山前洪积冲积平原、湖积平原、风积平原和冰积平原。河流冲积平原地形开阔平坦，工程建设条件良好，对公路选线有利。山前洪积冲积平原的成因和洪积物的特征第三章已述。湖积平原地下水一般埋藏较浅。其沉积物富含淤泥和泥炭，常具有可塑性和流动性，孔隙度大，压缩性高，故承载力很低。第四节河谷地貌一、河谷地貌的形态要素河谷是在流域地质构造的基础上，经河流的长期侵蚀、搬运和堆积作用逐渐形成和发展起来的地貌。河谷通常是山区公路争取利用的一种有利的地貌类型。典型的河谷地貌，形态要素一般包括谷底、河床、谷坡、谷缘、谷麓。阶地是沿着谷坡走向呈条带状分布或断断续续分布的阶梯状平台。阶地可能有多级，从河漫滩向上依次为一级阶地、二级阶地等。每一级阶地都有阶地面、阶地前缘、阶地后缘、阶地斜坡和阶地坡麓等要素。通常情况下，阶地面有利于布设线路，但有时为了少占农田或受地形限制，也常在阶地坡麓或阶地斜坡上布线。还应指出，并不是所有的河流或河段都有阶地。二、河谷地貌的类型（一）按发展阶段分类1.未成形河谷也叫“V”形河谷。山区河谷发育初期，以垂直侵蚀为主的阶段。2.河漫滩河谷其断面呈“U”字形。河谷经河流侵蚀，谷底拓宽发展而形成的。3.成形河谷河流经历漫长地质时期后，具有复杂形态的河谷。阶地的存在就是成形河谷的显著特点。（二）按河谷走向与地质构造的关系分类1.背斜谷；2.向斜谷；3.单斜谷；4.断层谷；5.横谷与斜谷。三、河流阶地（一）阶地的成因河流阶地是在地壳的构造运动与河流的侵蚀、堆积作用的综合作用下形成的。当河漫滩河谷形成后，由于地壳上升或侵蚀基准面相对下降，原来的河床或河漫滩便受到下切，而没有受到下切的部分就高出于洪水位之上，变成了阶地。（二）阶地的类型由于构造运动和河流地质过程的复杂性，河流阶地的类型是多种多样的。一般可以将它分为下列三种类型：1.侵蚀阶地侵蚀阶地主要是由河流的侵蚀作用形成的，多由基岩组成，所以又叫基岩阶地。2.堆积阶地堆积阶地是由河流的冲积物组成的，所以又叫冲积阶地或沉积阶地。3.侵蚀-堆积阶地（基座阶地）这种阶地是在地壳相对稳定，下降和再度上升的地质过程中逐渐形成的。从上述情况看，河谷地貌是山岭地区向分水岭两侧的平原作缓慢倾斜的带状谷地，由于河流的长期侵蚀和堆积，成形的河谷一般都有不同规模阶地的存在，它一方面缓和了山谷坡脚地形的平面曲折和纵向起伏，有利于路线平纵面设计和减少工程量，另一方面又不易遭受山坡变形和洪水淹没的威胁，容易保证路基稳定。所以阶地在通常情况下是河谷地貌中敷设路线的理想部位。除考虑过岭标高外，一般以利用一、二级阶地敷设路线为好。小结：平原地貌河谷地貌作业：1、地貌按成因分哪几级？成因如何？2、简述各类垭口的工程性质。3、河谷阶地主要类型分几类？如何形成？第五章地下水第一节概述一、地下水及地下水问题埋藏在地表以下的土层及岩石的空隙中的水称为地下水。地下水是自然界水资源的重要组成部分，它常为生活和生产的水源，干旱和半干旱地区更是主要的甚至是唯一的可靠水源。地下水与岩土相互作用，会使岩体及土体的强度和稳定性降低，产生各种不良地质现象和工程地质现象，如滑坡、岩溶、潜蚀、地基沉陷与冻胀等，对工程造成危害。在工程设计和施工中，路基和隧道考虑土石强度和稳定性、基础埋置深度、施工开挖的涌水问题时，均必须研究地下水问题，研究地下水的埋藏条件、类型及活动规律，以便采取措施，保证结构物的稳定和正常使用。地下水还会对工程材料如水泥混凝土等产生腐蚀作用，使结构物遭到破坏。工程上对地下水问题一向十分重视。通常把与地下水有关的问题称为水文地质问题，把与地下水有关的地质条件称为水文地质条件。二、地下水的一般形成条件水可以在岩层或土层内部互相联通的空隙中运动。岩土容许水渗透的特性称为透水性。能给出并透过相当水量的岩土层称为含水层。如果岩土中孔隙少而又不连通，则不能给出并透过水，这种岩土层称为隔水层（或不透水层）。地表水（包括大气降水）通过岩土层的空隙渗入地下。在透水层中，由于重力作用水可以由地表的浅层流向深处，并被隔水层所阻挡；当岩土层的地质构造有利于水的贮存时，即形成含水层。含水层与隔水层相互组合，形成能够蓄存地下水的地质环境。由于岩土层的空隙发育、地质构造等情况各不相同，水的补给情况也不相同，因而形成不同类型的地下水。第二节地下水的物理性质和化学成分地下水中溶有多种物质，是一种复杂的溶液。研究地下水的物理性质和化学成分，有助于了解地下水的成因与动态，对于确定地下水对混凝土等建筑材料的腐蚀性，以及进行各种地下水的水质评价，有着实际的意义。一、地下水的物理性质地下水的物理性质，主要有颜色、口味、味道、气味、透明度或混浊度、密度、温度、导电性及放射性等。纯净的地下水无色无味无臭和透明，当含有杂质时才改变其物理性质。二、地下水的化学成分（一）地下水常见的成分（1）主要气体成分：O2、N2、CO2、H2S（2）主要离子成分：Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+（3）主要胶体成分：F2O3、Al2O3、H2SiO3（4）有机成分和细菌成分（二）地下水的酸碱性酸碱度：氢离子浓度PH值。1PH=1g[H+]强酸性水PH<5；弱酸性水PH=5-7；中性水PH=7；弱碱性水PH=7-9；强碱性水PH>9。酸性侵蚀可以分解水泥混凝土中的CaCO3。（三）总矿化度水中离子、分子和各种化合物的总量称为总矿化度，以g/l表示。水按矿化度分：淡水（<1）；微咸水（1-3）；咸水（3-10）；盐水（10-50）；卤水（>50）。高矿化度的水能降低水泥混凝土的强度，腐蚀钢筋，促使混凝土表面风化。（四）水的硬度水中的Ca2+、Mg2+的总含量称为水的硬度。水煮沸减少的Ca2+、Mg2+含量称为暂时硬度。总硬度与暂时硬度之差称为永久硬度。根据硬度水分为：极软水；软水；微硬水；硬水；极硬水。硬度对评价生活用水和工程用水均有很大意义。（五）地下水的侵（腐）蚀性水对碳酸钙的溶解能力称为水的侵蚀性。水对建筑材料的腐蚀破坏能力称为水的腐蚀性。第三节地下水的基本类型一、地下水按埋藏条件分类1.包气带水：位于潜水面以上包气带中的地下水。按其存在形式可分为土壤水和上层滞水两类。（1）土壤水：结合水和毛细水（2）上层滞水：局部隔水层之上的重力水。上层滞水接近地表，可使地基强度减弱。冰冻地区易引起道路冻胀和翻浆。2.潜水（1）潜水的概念及特征潜水是指埋藏在地表以下、第一个稳定隔水层以上具有自由水面的重力水。潜水的特征：eq\o\ac(○,1)大气降水和地表水可直接渗入补给；eq\o\ac(○,2)埋藏深度和含水层厚度受气候、地形和地质条件的影响，变化甚大；eq\o\ac(○,3)具有自由水面，重力流速度取决于含水层的渗透性能和潜水面的水力坡度；eq\o\ac(○,4)排泄主要有垂直排泄（蒸发）和水平排泄（地表水和其它含水层）两种方式。（2）等水位线根据等水位线可以确定：eq\o\ac(○,1)确定潜水流向eq\o\ac(○,2)确定潜水的水力梯度eq\o\ac(○,3)确定潜水的埋藏深度eq\o\ac(○,4)确定潜水与地表水的补给关系eq\o\ac(○,5)确定泉和沼泽的位置eq\o\ac(○,6)选择给排水建筑物的位置小结：1、地下水概述2、地下水的物理化学性质3、包气带水4、潜水3.承压水（1）承压水的概念和特征充满于两个隔水层之间的含水层中具有静水压力的地下水。承压水的特征：eq\o\ac(○,1)补给区受大气降水和地表水的补给；eq\o\ac(○,2)隔水顶板覆盖，受气候、水文因素的影响较小，水量变化不大，不易蒸发；eq\o\ac(○,3)具有水头压力，以上升泉的形式出露于地表；eq\o\ac(○,4)排泄给本区潜水和地表水。（2）等水压图根据等水压线可以确定：eq\o\ac(○,1)承压水位距地表的深度；eq\o\ac(○,2)承压水头的大小；eq\o\ac(○,3)承压水的流向等。桥隧工程穿透承压水隔水顶板，会发生涌水造成困难和危害。二、地下水按贮存条件分类地下水按含水层的空隙性质可分为：孔隙水、裂隙水和岩溶水三类。三、地下水的外露形式—泉地下水在地表的天然出露叫泉。成因分类：侵蚀泉、接触泉、溢出泉和断层泉按补给水源的含水层性质分类：上升泉、下降泉。按温度分类：冷泉和热（温）泉第四节地下水运动的基本规律地下水在岩石空隙中的运动称为渗流或渗透。由于受到介质的阻滞，地下水的流动远比地表水缓慢。在岩层空隙中渗流时，水的质点有秩序的、互不混杂的流动，称作层流运动。水的质点无秩序的、互相混杂的流动，称作紊流运动。一、线性渗透定律—达西定律地下水在具狭小空隙的岩土中流动，且其流速较低时，符合达西定律：由水力学可知，达西定律也可以表达为另一种形式：水在砂土中流动时，达西公式是正确的。但是在某些粘土中，这个公式就不正确。二、非线性渗透定律地下水在较大的空隙中运动，且其流速相当大时，呈紊流运动，此时渗流服从谢才定律：第五节地下水对公路建设的影响地下水的存在，对建筑工程有着不可忽视的影响。尤其是地下水位的变化，水的侵蚀性和流砂、潜蚀等不良地质作用都将对建筑工程的稳定性、施工及正常使用带来很大的影响。1.地下水位的变化，如水位上升，可引起浅基础地基承载力降低，地震时会加剧砂土液化，引起建筑物震害加剧，岩土体产生变形、滑坡、崩塌失稳等不良地质作用。2.对混凝土、可溶性石材、管道以及金属材料的侵蚀危害。3.地下水可引起流砂现象，给施工带来极大困难。4.潜蚀通常分为机械潜蚀和化学侵蚀。5.基坑用水。小结：1、地下水运动的基本规律2、地下水对公路建设的影响作业：1、简述潜水的特征。2、地下水对公路建设有哪些影响？第六章常见不良地质现象与公路地质灾害公路建设经常会遇到各种各样的不良地质地区（地段）及地质灾害。它们给工程设计和施工带来困难，或者给建筑物的稳定和正常使用造成危害。第一节崩塌一、崩塌1、崩塌定义：陡峻斜坡上的巨大岩、土体，在重力作用下，突然脱离坡体，发生崩落和倒塌的现象。4、崩塌防治措施：（1）大型崩塌：绕避（2）中型崩塌：明洞、棚洞（4）排水：天沟、封堵裂缝二、落石斜坡上个别岩块在重力作用下脱离坡体掉落的现象。三、岩堆1、岩堆定义：陡峻斜坡上，因崩塌、落石、剥落等原因形成的岩块和碎屑，在重力作用下滚落至坡脚平缓处堆积而成的锥体。3、岩堆防治原则；（1）对于正在发展的岩堆：绕避（2）对于停止发展的岩堆：第二节滑坡一、滑坡概述1、滑坡定义：斜坡上的岩土体在重力作用下，沿斜坡内某一滑动面（或带）作整体下滑的过程。2、滑坡形态特征：滑坡体；滑动面；滑床；滑坡周界；滑坡壁；滑坡台阶；封闭洼地；滑坡舌；滑坡鼓丘；主裂缝：拉张裂缝；剪切裂缝；鼓张裂缝；扇形张裂缝。二、滑坡形成条件及影响因素1、形成条件：（1）有贯通的滑动面（2）下滑力大于抗滑力用极限平衡理论计算如下：已知：因： 所以：2、影响因素（3）地质构造：倾向坡外的节理、岩层面、破碎带。（6）地震：三、滑坡分类四、滑坡防治原则及主要措施1、原则：在符合经济效益的前提下，针对引起滑坡滑动的因素，采取相应工程措施，阻止滑坡滑动。2、措施：“一排、二挡、三减、四固”。（2）支挡：重力式挡墙；锚固桩；锚杆；锚索；抗滑明洞。（3）刷方减重：（一般阶梯状刷方，并反压护坡）。小结：1、崩塌、落石与岩堆2、滑坡第三节泥石流一、泥石流的定义一种含大量泥砂石块的特殊洪流。二、泥石流形成条件四、泥石流沟的选线方案及防治措施通过地区优点缺点工程措施流通区沟床固定、狭窄、冲刷、淤积小线路标高大，展线长一跨高净空扇缘区冲刷、淤积小沟床变迁大，线路长逢沟设桥沉积区无冲、淤严重提高标高线路外移排导槽明洞渡槽五、泥石流防治措施第四节岩溶一、定义可溶性岩石在地表水和地下水的长期地质作用下形成的各种溶蚀现象。又叫喀斯特地貌。二、岩溶的形成条件三、岩溶水的垂直分带性及岩溶地貌3、水平循环带（完全饱水带）：溶洞联接成暗河。4、深部循环带：蜂窝状溶蚀小孔四、影响岩溶发育的因素（或岩溶发育的基本规律）五、岩溶地区主要地质问题及其防治措施主要问题主要措施路基、桥梁、隧道的洞顶坍塌加固顶、底板，或填死溶洞涌水、暗河涌水：平行导坑排水暗河：绕辟地表潜移绕避不均匀沉降地表风化层：剥离风化层地下洞内沉积层：清除、洞内桥、绕避小结：1、泥石流2、岩溶作业：1、崩塌形成的基本条件是什么？2、在野外如何识别滑坡？第七章特殊土特殊土：主要按区域分布，具有某种特殊性质的土。第一节软土一、定义天然含水量大、压缩性高、承载力低，抗剪强度差的软塑——流塑状粘性土。（如淤泥、淤泥质土）。二、成因和分布河流入海口、湖沼洼地等静水或缓慢流水下沉积，并经生物化学作用而成。主要分布在长江三角洲、珠江三角洲、洞庭湖、洪泽湖、太湖、湖、滇池、牛轭湖、沼泽等地。三、特征（1）颗粒粒度以粘土为主，可达60－70％，其次为粉砂。（2）矿物成分以伊犁石为主，有机质可达8－9％。（3）具典型的蜂窝状结构，孔隙度在50－65％之间。（4）具层理性。四、主要工程地质问题（1）承载力低：一般容许承载力为0.1MPa，有时甚致低于0.04MPa。（2）压缩性高、沉降量大、固结慢。（3）触变性。（4）流变性。五、软土的防治1．排水砂井：Φ=0.4~2.0m，灌入中、粗砂。2．砂垫层；3．抛石挤淤和爆破排淤。5．强夯：锤重10~20t，升高10~40m，自由下落，靠冲击力使软土迅速排水，加固深度达11~12m。7．换填土；第二节黄土一、定义在干旱气候条件下形成的一种淡黄色或褐黄色的特殊土。二、成因和分布沙漠下风处，即秦岭以北11个省市，面积64万km2。主要在甘肃中部和东部、宁夏南部、陕西北部、山西北部，共41.2万km2，厚100－200m。三、特征（1）颗粒粒度：以粉砂为主，占60~70％，其次为粘土。（2）易溶盐含量高，碳酸盐类占10~30％，其次为氯化物和硫化物。（3）质地均一，结构松散，孔隙大，孔隙度为33~64％。（4）垂直节理发育。（5）具湿陷性。四、分类五、主要工程地质问题（1）黄土的湿陷性：地表局部汇水®溶解潜蚀®碟形洼地（2）黄土陷穴：地下水潜蚀®地下洞穴®塌陷（形成于地下水水力梯度大的地方）。六、湿陷性黄土的土质改良(1)重锤表层夯实：一般采用2.5～3.0t的重锤，落距4.0～4.5m，可消除地下1.2～1.75m黄土层的湿陷性。(2)强夯：一般采用8～40t的重锤（最重达200t），落距10～20（最大达40m)的高度自由下落，击实土层。(3)土垫层：先将处理范围内的黄土挖出，然后用素土或灰土在最佳含水量下回填夯实。可消除地表下1～3m的黄土层的湿陷性。(4)挤密桩：先在土内成孔，然后在孔中分层填入素土或灰土并夯实。在成孔和填土夯实过程中，桩周的土被挤压密实，从而消除湿陷性。(5)化学灌浆加固：通过注浆管，将化学浆液注入土层中，使溶液本身起化学反应，或溶液与土体起化学反应，生成凝胶物质或结晶物质，将土胶结成整体，从而消除湿陷性。小结：1、软土2、黄土第三节膨胀土一、定义由强亲水粘土矿物组成的，具有膨胀结构，以及强胀缩性，多裂隙性，强度衰减性的高塑性粘土。二、成因和分布风化的粘土矿物被流水带到东南部河流中下游沉积。当为蒙脱石、伊利石时为膨胀土。主要分布在太行山——秦岭——四川盆地西缘——云南下关这一线的东南边。三、特征（1）颗粒粒度：以粘土矿物为主，占35~50％以上，其次为粉砂。（2）矿物成分：以蒙脱石、伊利石为主。四、主要工程地质问题（1）边坡膨胀和滑塌®吸水后粘聚力为O，内摩擦角只有几度。（2）基床翻浆冒泥。（3）地基不均匀沉降。五、膨胀土防治3．加大基础埋深，增大基础侧面摩擦力，或增加附加压力克服土的膨胀。第四节冻土一、冻土定义温度低于0℃（一）季节性冻土1、定义：冬季冻结，夏季全部融化的特殊土。2、成因和分布：高纬度冻土，长江以北。3、主要工程地质问题冻胀融沉性。（二）多年冻土1、定义：冻结状态持续三年以上，甚致百年不化的冻土。2、成因和分布：3、主要特征：（1）组成：岩土颗粒、水。二、主要工程地质问题因冻胀融沉造成：三、冻土防治3．土质改良4．换填土：改为砂、砾、卵石土。5．降低冰点：土中加化学物质。6．旱桥小结：各类特殊土的主要特性：1、黄土→湿陷性2、膨胀土→强烈胀缩性3、软土→承载力低，压缩性高、固结慢4、冻土→冻胀融沉性第八章公路工程环境地质问题及评价人口、环境及能源已列为当代世界最突出的和亟待解决的三大难题，尤其是环境与发展，已成为国际社会普遍关注的重大问题。第一节公路建设中的环境地质问题随着公路建设规模的不断扩大，公路等级的不断提高，公路建设所带来的环境地质问题亦相当突出。一、公路工程环境问题的产生和分类公路工程建设中产生的环境地质问题系指公路项目的建设改变了自然状态下的地质环境，使地质环境失去自然状态的平衡而造成的环境地质问题。（一）环境地质问题的成因性质1.原生（自然）环境地质问题自然内外力地质作用引起的原生环境地质问题，如地震、火山爆发、岩溶、滑坡、泥石流等各类自然环境地质问题等，该类问题对公路设施造成极大的损害，如路堤沉陷、错位、桥涵的扭曲、边坡的坍塌等，属于地质灾害问题，不是人为所造成的。2.次生（认为）环境地质问题该类问题是由公路建设破坏了自然地质环境，恶化了地质环境所带来的环境地质问题。如高边坡路堑防护不当造成山体失稳，诱发滚石、崩塌、泥石流、滑坡；隧道开挖产生的岩爆、塌方、冒顶造成人员伤亡、地面沉陷，地下水枯干等。（二）不同公路工程项目建设所造成的环境地质问题1.路基环境地质问题大量土石方搬运和工程爆破，造成山体失稳必将带来很多环境地质问题，使自然状态隐伏的地质灾害发生，如滑坡、坍塌、水土流失，交通中断，重者造成生命财产损失。2.桥梁环境地质问题主要是桥位选择引发的问题，如河岸坍塌、洪水泛滥、泥沙淤积、水土流失，农田、水利设施遭到破坏。3.隧道环境地质问题长、大的山区岩质隧道施工开挖时会直接造成岩爆、冒顶塌方、地面沉陷、有害气体泄露等造成人员伤亡、财产损失。另外，废渣堆放不当会造成边坡失稳，诱发崩塌、滑坡、泥石流、淤塞河道、污染水质等。（三）不同地区公路环境地质问题1.山区公路环境地质问题山区公路环境地质问题主要是滑坡、崩塌、泥石流等。2.平原区公路环境地质问题平原区公路环境地质问题主要是路基沉降、滑移以及取土筑路引发的相关水土流失、积水等。（四）不同地理环境气候地区的公路环境地质问题1.南方公路环境地质问题特征是湿热多雨，气温较高，以生物、化学风化为主。主要地质问题以边坡的坍塌导致山体滑坡、水土流失为主要表现形式。2.北方公路环境地质问题特征是干燥少雨，气候干冷，冰冻强烈，以物理风化为主。开挖引起水流入渗边坡，冻胀强烈，原岩裂隙扩展，水流利于入渗，往往造成冬季沿线剥落、滚石、崩塌、小滑坡较常见；干燥风沙地区，由于破坏森林、植被取土筑路，造成沙化加剧，风化侵蚀加强，导致环境地质问题的产生。二、公路工程环境地质问题的防患和对策（一）重视地质选线、改线避让尽量避免高填深挖、路线通过不良地质