工程地质学总复习

1.1.2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。工程地质学(EngineeringGeology)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.地球外部层圈构造生物圈水圈大气圈大气圈：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：由大气圈的水蒸气凝结成降雨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：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。地层接触关系包括：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矿物1.矿物的定义及分类矿物(mineral)是地壳中的元素在各种地质作用下，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。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.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岩浆岩3.4.1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700-1200℃之间。火成岩（igneousrocks）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岩浆岩的结构岩浆岩的结构（textureofmagmatite）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岩浆岩的构造岩浆岩的构造(structureofmagmatite)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沉积岩3.5.1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(sedimentaryrock)。其在地表的覆盖面积约占地表总面积的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变质岩3.6.1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变质作用---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（regionalmetamorphism）：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（contactmetamorphism）：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（dynamometamorphism）：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（Pneumatolytichydrothermalmetamorphism）：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变质岩---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风化岩与残积土3.8.1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按照岩石风化壳的垂直分带分类4.4.2倾斜岩层的产状要素岩层产状要素(elementofstratum)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褶皱构造4.5.1褶皱的概念褶皱(fold)指岩石在主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。4.5.5野外识别褶曲构造的方法穿越法垂直岩层走向进行观察。用穿越的方法便于了解岩层的产状、层序及其新老关系。追索法平行岩层走向进行观察的方法。平行岩层走向进行追索观察便于查明褶曲延伸的方向及其构造变化的情况。穿越法和追索法，不仅是野外观察识别褶曲的主要方法，同时也是野外观察和研究其它地质构造现象的一种基本方法。通常以穿越法为主,追索法为辅的原则.4.6节理构造与玫瑰花图4.6.1节理的概念节理（joint）是岩石中的裂隙，是没有明显位移的断裂，也是地壳上部岩石中发育最广的一种构造。节理的研究在理论上和生产实践上都具有重要意义。节理常常是矿液、石油、天然气和地下水的运移通道和储聚场所。一些矿脉的产状和分布与节理性质、产状和分布关系密切。大量发育的节理常常引起水库的渗漏和岩体的不稳定，给水库大坝等工程带来隐患。节理的性质、产状和分布规律与褶皱、断层和区域构造有着密切的成因联系。节理研究有助于分析和阐明地质构造的形成和发展。2.节理的力学性质分类剪节理和张节理:剪节理：岩石受剪应力作用发生剪切破裂而形成的节理，叫剪节理，它一般在与最大主应力呈45°夹角的平面上产生，且共轭出现，呈X状交叉，构成X型剪节理。它具有以下特征：4.7断层断层(fault)是岩层或岩体在构造运动影响下发生破裂，若破裂面两侧岩体沿破裂面发生了明显的相对位移，这种构造就称为断层。断层的种类繁多，形态各异，规模大小相差十分悬殊，规模大的断层延伸长度可达几百～一千多公里，而小的断层可在岩石标本上见到。断层的切割深度也不相同，有的可切穿地壳至上地幔。断层破坏了岩石的连续完整性，对岩体的稳定性、渗透性、地震活动和区域稳定性都有重大影响，从而影响工程的稳定性，与工程建设有着密切的联系。4.7.1断层要素1.断层面：构成断层的破裂面，也就是断层两侧岩体沿之产生显著滑动位移的面，叫做断层面，产状可用走向、倾向和倾角确定。断层一般不是单个的面，而是由一系列的破裂面或次级断层所组成的带，即断层带或断裂带。2.断层线：是指断层面与地面的交线，即断层面在地表的出露线，断层线延伸方向即是断层走向，延伸的消失点，称为断层的端点。3.断盘：断层面两侧发生相对位移的岩体，称为断(层)盘。当断层面倾斜时，位于断层面上方的称为上盘、下方的称为下盘；当断层面近于直立时，则以方位相称，如东盘、西盘等；也可根据两盘相对移动的关系，把相对上升的称为上升盘，把相对下降的称为下降盘。4.断距：断层两盘岩体沿断层面发生相对滑动的距离，称为断距。断距的大小常常是衡量断层规模的重要标志，断距又分为总断距、水平断距及垂直断距。1.按断层两盘相对运动的关系进行分类(1)正断层：上盘相对下降，下盘相对上升的断层，称为正断层。正断层的产状一般较陡，倾角在45º～90