工程地质课件 第一章 绪论和地质作用(学生用)

1工程地质EngineeringGeology绪论1．工程地质：（1）地质学、岩土工程分支之一，系边缘学科；（2）是土力学、基础工程的基础;_______技术基础课程（3）土木工程设计、施工的依据，是土木工程师的“眼睛”;实例：建筑物基础工程――土木工程地质――研究地壳（土木工程建（构）筑物的场所）的科学，包括：⑴地壳构造⑵地壳物质组成⑶地壳发展变化⑷地壳矿物形成分布规律2．研究对象――工程活动与地质环境相互作用⑴工程活动：建（构）筑物、路桥、水库等⑵地质环境：亦称工程地质条件，包括：岩土工程性质、地质构造、地貌、水文地质、地质作用等2相互关系：eg：沉降、地震等⑴工程活动⑵地质环境eg：滑坡、倾覆、泥石流等建筑工程问题：沉降、开裂、倾斜等例如：1、比萨斜塔TowerofPisa（意大利比萨斜塔）举世闻名的建筑物倾斜的典型实例，也是世界上最珍贵的历史文物之一。（1）倾斜严重：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线达5.27m，倾斜5.5°，成为危险建筑。该塔自1173年9月8日动工，至1178年在建至第4层中部，高度约29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后，于1272年复工，经6年时间，建完第7层，高48m，再次停工中断82年。于1360年再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m。（2）自由落体定律的诞生地：1590年伽利略在该塔3做落体实验，创建了物理学著名的自由落体定律。2、苏州虎丘塔路桥问题：⑴路堑边坡稳定；⑵路桥基础稳定；⑶隧道围岩稳定等3．研究（学习）的目的与意义⑴使土木工程安全、经济、稳定⑵合理开发、保护地质环境并对其进行有效改造具体地：★地质调查、理论研究：评价工程地具体工程地质条件（好、差）★解决工程地质问题（与工程建筑有关的）★预测、论证工程区内各种地质现象（灾害）：发生、发展，提出改善、防治措施。eg：2008.5.12汶川特大地震2010.8.7舟曲特大泥石流等★为工程规划、设计、施工、使用提供地质依据4．主要内容⑴地质作用：内外力地质作用、风化（带）划分、4剥蚀、搬运、沉积成岩等⑵岩石⑶地质构造⑷地貌⑸地震⑹地下水⑺岩体结构及共稳定性分析⑻工程地质勘察：安排实习――录像、光盘、野外、讲课⑼不良工程地质现象（滑坡、泥石流、岩溶等）5．学习要求与方法⑴重点掌据基本概念、原理和方法⑵学会搜集、分析、运用有关地质资料，能对一般工程地质问题作初步评价⑶理解、掌握要点、重点，跟上进度要求。⑷适当做笔记，51.地质作用（GeologicalFunction）促使地壳的物质组成构造地貌等发生变化的自然作用称为地质作用。㈠组成：组成地壳的化学元素（与地壳的平均重量百分比）：（％）O——49.13Fe——4.20K——2.35Si——26.00Ca——3.25Mg——2.35Al——7.45Na——2.40H——1.00以上合计98.13％,其余元素占1.87％（近百种元素）它们在一定地质条件下结合形成。矿物（具有一定化学成分、物理性质的单质、化合物）eg：石墨、石盐、黄铁矿等岩石――由一种或多种矿物组成的集合体（其中含有无用矿物或成分――砂石）eg：花岗岩，由石英、长石、云母等组成地壳中元素在空间上分布极不均匀，且元素不断迁移、分散、集中，形成各种有用矿物富集成各种矿藏（充填、汽化热液矿床）eg：Cu、Pb、Zn、Ag、Au矿等㈡构造：如层面（平、斜、弯等）、褶皱（Folds）、断裂（Fractures，包括裂隙、断层）等6㈢地貌：海陆变迁、火山爆发、山脉、盆地形成和变化等根据能源不同，地质作用可分为外力地质作用（简称外力作用）和内力地质作用（简称内力作用）一、外力地质作用：地球外的能源产生。主要来自：太阳能（热、引力）；引力能、生物能作用方式：风化、剥蚀、搬运作用、沉积、成岩作用结果：削高填低，使地面趋于平坦㈠风化作用：地壳岩石在太阳、空气、水等作用下，经风吹日晒，发生崩裂、分解等物理化学变化的作用eg：土的形成：岩石土，花岗岩残积土如越秀公园地铁站特点：①普遍――地表到处可见②表层作用明显，随深度逐渐减弱结果与危害：①使坚硬致密岩石松散破坏，改变矿物组分、化学成分，降低岩石强度和稳定性，造成滑坡、泥石流等；②形成残积土。1．物理风化：岩石风化中只发生机械破坏，化学成分不变主要因素：7①岩石释重――静压、释放岩爆裂缝，形成水、气通道②温度――温差变化（沙漠地区可达60～80℃）岩石胀缩裂隙、破坏、冲击③裂隙水冻结、融化：使岩石裂隙胀大、破坏④可溶盐溶液产生结晶、潮解2.化学风化：岩石在水、氧、二氧化碳等影响下发生化学变化的过程。尤其在暖、湿地区明显作用结果：使岩石成分改变，强度降低例如：氧化、水溶液的溶解、水化、水解、碳酸化等作用FeS2→Fe2O3.nH2O溶解→喀斯特（Karst）岩溶地貌，如从化、花都、清远、肇庆等地（丹霞地貌如韶关---河流冲积）3.生物风化：在生物影响下发生的破坏。多在岩石表层、土中机械破坏-----植物根系楔裂岩石→崩解；鼠、蚁等洞、穴→岩石、土变碎、细化学破坏-----生物代谢、遗体分解风化岩层的分布规律：分带性形成残积和残积层：岩石经风化，改变矿物成分、结构、构造，形成与质岩不同的风化产物（一部分流8失，一部分残留质地）。这种风化层即为残积层。花岗岩残积土：风化岩石成分、结构改变风化产物层残积层残积层的特点：残积层有较多孔、裂隙，易受冲刷，强度、稳定性差。作建筑地基时要考虑：a.承载力b.可能产生不均匀沉降（因孔隙、成分、厚度不均匀）作路坡时要考虑：a.坍塌（结构松散）b.冲刷㈡剥蚀作用：将风化产物从岩石上剥离下来，并对未风化岩石进行破坏，不断改变岩石面貌的作用。由风、流水、海浪、冰川等引起☆在地形起伏、潮湿、雨大地区，主要是流水冲刷、侵蚀使岩石破坏；如河流：动能挟带砂、砾石破坏河床岩石，并把破坏下来的物质带走。按力作用方向分为：a.下蚀作用――冲刷底层岩石，使河床降低（上游为主)9-------丹霞地貌b.侧蚀作用――弯曲河道，凹岸被水流侵蚀后退，凸岸沉积。(下游为主)☆在干旱沙漠地区，主要是风对岩石的破坏：a.吹扬：带走松散、风化产物b.磨蚀：风、沙粒磨蚀岩石（风蚀地貌）▲剥蚀、风化作用的关系:1、区别：前者在各种地质营力的运动中引起。2、联系：风化为剥蚀提供易剥离的表层松散物质；剥蚀为风化提供裸露的新鲜岩面、有利的风化条件。㈢搬运作用：风化、剥蚀产物被水、风等搬运至其它地方。搬运方式：⑴拖曳搬运：粒大，滚动、跳跃式前进，渐停于低洼处⑵悬浮搬运：粒细、浮于风、水中前进，运距远⑶溶解搬运：溶于水中，被运至湖、海中长距搬运良好分选机械碎屑物遭受磨圆。eg：卵石、河沙等(四)沉积作用：被搬运物质因搬运介质搬运能力减弱(风、水流速降低)，或物化条件变化，或在生物作用下,被从搬运10介质中分离出来,形成沉积物的过程。作用方式:（1）机械沉积作用：力↓→物按颗粒、形状、比重依次沉积。（2）化学沉积作用：液状被搬运物因化学作用发生沉积。（3）生物沉积作用：生化作用如PH值改变;遗体堆积。(五)成岩作用：使松散沉积物变为沉积岩的过程。外力作用结果之一1、压固作用：堆积→压实→排水→沉积岩。2、胶结作用：碎屑沉积、真溶液、胶体沉积，充填→压实→碎屑岩。3、重结晶作用：沉积矿物成分→压力温度↑，物质质点重新排列组合，颗粒增大，形成粘土岩、化学岩等。外力作用(风化剥蚀搬运沉积成岩)的结果：削高填低，使地面趋于平坦。二、内力地质作用：由地球转动能、重力能和放射性元素的热能引起。表现方式：①地壳运动②岩浆作用③变质作用→产生岩浆岩、变质岩及其有关矿产。11④地震内力地质作用总趋势：①形成地壳基本构造褶皱、断裂；②产生地表高低起伏。㈠地壳运动：因地球自转速度改变等原因，使地壳物质（岩石）不断运动，并改变其内部构造和相对位置。是改变地壳地貎的主导作用。主要包括：⑴升降运动－地壳演变中较缓的运动形式－局部隆起、局部沉降。⑵水平运动－地壳演变中较激烈的运动形式加里福尼亚沿岸1868－1908年间，每年向北移动52mm，形成褶皱、断层和山脉ex：芬兰南海岸：每年上升1～4mm。丹麦西部沿岸：每年沉降1mm。珠峰：每年上升3mm。据此推算近100万年内升高3000m荷兰海岸：每年下沉2mm。广州七星岗古海岸（海珠石榴岗）南移100千米。广州地区北部从震旦纪至石炭纪，是华夏古陆的一部分。南部珠江三角州一带原是一个大海湾。6000年以前冰后期海侵时期以来，广州市区至黄埔一带为一东西向的溺谷湾，这个古海岸地貌的海湾东宽西狭。在2000～3000年前，海12浪可直到越秀山南麓的中山纪念堂附近。在一千年前宋代，广州城下被称为“小海”，黄埔一带被称为“大海”。几千年来，由于珠江流域各江河带来泥沙沉积，海湾逐渐淤小，浅海变成陆地，广州地形发生沦海桑田的巨大变化。广州河南石榴岗附近的七星岗，1937年发现海蚀崖及海蚀平台的“古海遗迹”。七星岗海蚀地貌的存在，证明广州地区由浅海变为陆地的变化，其海岸线向南推移了一百公里以外。据分析，广州地区陆地形成分为两大地区，一是陆相沉积为主的北部平原地区；二是下层以陆相沉积为主，上层为海相沉积为主地区，即南部“沙田”地区，是属河海合力淤积而成。七星岗古海岸遗迹地壳运动结果：产生地震、岩浆作用、变质作用，且三者之间相互密切联系。㈡岩浆作用：在地壳运动影响下，岩浆向外部压力减少的方向移动，上升侵入地壳上部或喷出地表冷却13凝固成为岩石、岩浆石的过程。作用结果：①形成岩浆石；②围岩变质；③地形改变→火山地貎㈢变质作用:地壳运动、岩浆作用→物理、化学条件变化→岩石在固态下改变成分、结构、构造的作用1、影响变质作用的因素：①温度——基本因素：矿物分子运动化学活性↑→重结晶、重组②压力——静压力作用改变岩石密度；动压力作用改变岩石破裂、变形、变质的方向性③化学成分加入——来自岩浆2、类型①接触变质作用：热、气、液→岩石变化温度---重结晶：eg.砂岩→石英岩石灰岩→大理岩化学成分→渗入裂隙中，如石灰岩→矽卡岩②动力变质作用（局部）压力为主，温度为次岩石破裂→产生断层角砾岩、糜棱岩等或重结晶作用③区域变质作用深部岩石在温度、压力、化学成分三种因素影响下，在大区域内产生变质。（整体）14（四）地震定义：地壳快速震动的现象，是地壳运动的一种剧烈表现。成因：地壳运动、岩浆喷发等。还有人为地震：①水库——新丰江水库6.1级地震②爆破震动15