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1、工程地质学复习资料整理工程地质学 第二章岩石成因类型及其工程地质特征1 .岩石按成因可分为：岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。2 .存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自热元素和化合物，称 为矿物。其中构成岩石的矿物，称为造岩石矿物。如常见的石英、正长 石、方解石等。3 .矿物的物理性质有颜色（自色、他色、假色）、光泽（造岩矿物绝大 部分属于非金属光泽）、硬度（矿物的硬度的确定，是根据两种矿物对 刻时互相是否刻伤的情况而定。）、解理和断口。4 .当岩浆的内部压力小于上部岩层压力时，迫使岩浆停留下，冷凝成岩 浆岩。5 .依冷凝成岩浆岩的地质环境的不同，将岩浆岩分三类：深成岩、浅成 岩、喷出岩。6
2、 .岩浆岩的产状有：岩基、岩株、岩盘、岩床、岩脉。7 .岩浆岩的结构，是指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒的大小、形状 及其相互结合的情况。土的工程分类应遵循以下原则：工程特性差异性的原则、以成因 地质年代为基础的原则、分类指标便于测定的原则。土的工程分类体系：建筑工程系统的分类体系和材料系统的分类 体系。土按颗粒级配和塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。碎石土的分类注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定土的名称颗粒形状颗粒级配漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗块石棱角形为主粒含量超过全重50%卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒碎石棱角形为主含量超过全重50%圆砾圆
3、形及亚圆形为主粒径大于2mm的颗粒角砾棱角形为主含量超过全重50%砂土的分类土的名称颗粒级酉己砾砂粒径大于2mm的颗粒含量占全重25 %50 %粗砂粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重50 %中砂粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重50 %细砂粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重85 %粉砂粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50 %注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先镂合者确定土的名称 粘土粉质粘土塑性指数注：塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土样中深度为10mm测定的液 限计算而得IP 1710IP17土根据地质成因可分为：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖 积土、海积土、冰磺土
4、及冰水沉积土和风积土。软土的物理力学特性：高含水量和高孔隙性、渗透性低、压缩性局I。软土的工程性质特征：变形大而不均匀、变形稳定历时长、抗剪 强度低、较显著的触变性和蠕变性。受水浸湿后的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的，称为湿陷性 黄土，否则，称为非湿陷性黄土。红粘土的一般特点是天然含水量和孔隙比很大，但其强度高、压 缩性低，工程性能良好。红粘土的一般物理力学特征:天然含水量高、密度小、高塑性、不 具有湿陷性。填土分为：素填土、杂填土和冲填土。地下水在岩石细小的孔隙和裂隙中，受毛细作用控制的水叫毛细水。毛 细水对建筑工程的意义：产生毛细压力、毛细水对土中气体的分布与流 通有一定影响，常常是导致
5、产生封闭气体的原因、助长地基的冰冻现象 和使地下室潮湿。当岩石、土层的孔隙完全被水饱和时，粘土颗粒之间除结合水以 外的水都是重力水。我们把能够给出并透过相当数量重力水的岩层或土层，称为含水 层。构成含水层的条件，一是岩土中要有孔隙存在，并充满足够数量的 重力水；二是这些重力水能够在岩土孔隙中自由运动。隔水层是指那些不能给出并透过水的岩层、土层，或者这些岩土 层给出与透过水的数量是微不足道的。岩土的含水性，岩土的含水性质叫含水性。通常岩土能容纳和保 持水分多少的表示方法有两种容水度和持水度。容水度：岩土孔隙完全 被水充满时的含水量称为容水度。持水度：岩土颗粒的结合水达到最大 数值时的含水量称为持
6、水度（最大分子含水量）。饱水岩土在重力作用下排出水的体积与岩土体积之比，称为给水 度。岩土允许重力水渗透的能力称为透水性。达西定律：能用达西定律计算渗流速度。Q=KA （H1-H2） / L 二 KAI或 u二Q/A= KI式中Q渗透流量Hl、H2上、下游过水断面的水头（L ）A过水断面的面积,包括岩土颗粒和孔隙两部分的面积K渗透系数L渗透长度（L ）I水力坡度u地下水渗透速度地下水按埋藏条件可分为三大类：即包气带水、潜水、承压水。 对根据含水层的空隙性质地下水可分为三个亚类：即孔隙水、裂隙水岩 溶水。埋藏在基岩裂隙中的地下水叫裂隙水。裂隙水按基岩裂隙成因分类有：风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂
7、隙水。赋存和运移于可溶岩的溶隙溶洞（洞穴、管道、暗河）中的地下 水叫岩溶水。根据岩溶水的埋藏条件可分为：岩溶上层滞水、岩溶潜水 及岩溶承压水。泉是地下水天然露头。主要是地下水或含水层通道露出地表形成 的。因此泉是地下水的主要排泄方式之一。泉的分类按补给源可分为三 类：包气带泉、潜水泉、自流水泉。地下水的物理性质有：温度、颜色、透明度、气味、味道、导电 性及放射性。石膏与水化铝酸钙发生化学反应，生产水化硫铝酸钙，这是一种 铝和钙的复合硫酸盐，习惯上称为水泥杆菌。第六章不良地质现象的工程地质问题地壳运动、地震、大气营力作用、流水作用以及人类工程活动等 因素作用，造成了各种各样的地质现象。例如岩石风
8、化、斜坡滑动与崩 塌、河流的侵蚀与堆积、岩溶、地震等。这些地质现象虽然不是每个建 筑场地都有发生，但在有些场地是存在的，它对工程的安全和使用起到 不同程度的不良影响，甚至危害甚大，因而称这些地质现象为不良地质 现象。位于地壳表面或接近于地面的岩石经受着风、电、大气降水和温 度等大气营力以及生物活动等因素的影响，岩石会发生破碎或成分变化, 这种变化的过程称为风化。物理风化作用是指岩石在风化营力的影响下，产生一种单纯的机械破坏作用。其特点是破坏后岩石的化学成分不改变，只是岩石发生崩 解、破碎、形成岩屑，岩石由坚硬变疏松。水由液态变成固态时，体积膨胀约百分之九，对裂隙两壁产生很大的膨胀压力，起到楔子
9、的作用，称为冰劈。化学作用有：水化作用、氧化作用、水解作用，以及溶解作用。岩石风化的结果，使原来母岩性质改变，形成不同风化程度的风化岩。按岩石风化深浅和特征，可将岩石风化程度分为五级：未风化、 微风化、弱风化、强风化、全风化。从岩石风化程度的深浅，在风化剖面上自下而上可分成四个风化带：微风化带、弱风化带、强风化带和全风化带。风化的治理方法可采用挖除和防治两种措施。河流的机械侵蚀作用（对河床的冲刷、对河岸的掏蚀）O 河谷类型（构造谷、侵蚀谷）侵蚀谷发展的阶段（峡谷型、河漫滩、成型河谷）；河流阶地的形成及分类（侵蚀阶地、堆积阶地（上叠、 内迭、嵌入）、基座阶段）O河岸掏蚀破坏的防护措施（直接护岸及
10、调节径流） 滑坡是斜坡土体和岩体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿着斜坡内某些滑动面（或滑动带）作整体向下滑动的现象。一个发育完全的比较典型的滑坡具有如下的基本构造特征：滑坡体；滑动面、滑动带和滑坡床；滑坡后壁；滑坡台地；滑坡鼓丘；滑坡 舌；滑坡裂缝。根据我国的滑坡类型可有如下的滑坡划分：覆盖层滑坡、基岩滑坡、特殊滑坡。滑坡的治理原则：滑坡的治理，要贯彻以防为主、整治为辅的原则；尽量避开大型滑坡所影响的位置；对大型复杂的滑坡，应采用多项 工程综合治理;对中小型滑坡，应注意调整建筑物或构筑物的平面位置, 以求经济技术指标最优；对发展中的滑坡要进行整治，对古滑坡要防止 复活，对可能发生滑坡的地段要
11、防止滑坡的发生；整治滑坡应先做好排 水工程，并针对形成滑坡的因素，采取相应措施。治理措施：排水、支挡、刷方减重、改善滑动面（带）的岩土性 质。陡峻或极陡斜坡上，某些大块或巨快岩块，突然地崩落或滑落， 顺山坡猛烈地翻滚跳跃，岩块相互撞击破碎，最后堆积于坡脚，这一过 程称为崩塌，堆积于坡脚的物质为崩塌堆积物，也称岩堆。防止崩塌的方法分为防止崩塌产生的措施及拦挡防御措施。防止 产生的措施包括削坡、清除危石、胶结岩石裂隙、引导地表水流，以避 免岩石强度迅速变化，防止差异风化以避免斜坡进一步变形及提高斜坡 稳定性等。泥石流是指在山区一些流域内，主要是在暴雨降落时所形成的、 并由固体物质（石块、砂砾、粘粒
12、）所饱和的暂时性山地洪流。一般地 说，泥石流的组成成分是水体和岩石破坏产物。泥石流按其物质组成可分如下三类泥石流：水石流型泥石流、泥石流型泥石流、泥水流型泥石流。典型泥石流的流域可划分为形成区、流通区和堆积区。防止泥石流原则是以防为主，兼设工程措施。可采用预防、拦截和排导等措施。岩溶，也称喀斯特，它是由于地表水或地下水对可溶性岩石溶蚀 的结果而产生的一系列地质现象。岩溶的垂直分带：垂直循环带、季节循环带、水平循环带、深部循环带。土洞形成条件（机械潜蚀与溶滤潜蚀、临界流速）土洞类型（地 表水下渗、岩溶水潜蚀）溶洞与土洞的防治措施：挖填、跨盖、灌注、排导、打桩。地震是一种地质现象，它主要是由于地球
13、的内力作用而产生的一种地壳振动现象。地震按其成因，可分为四类：构造地震、火山地震、陷落地震和人工触发地震。若某一周期的地震与地基土层固有周期相近，由于共振的作用,这种地震波的振幅将得到放大，此周期称为卓越周期。一切工程建（构）筑物都是支撑在地层上，直接支撑建（构）筑物重量的地层部分称为地基。建（构）筑物在地下直接与地基相接触的 部分称为基础。地基破坏的三个阶段（楔形区阶段、幅向剪切区阶段、被动区阶段）持力层是指地基中直接支持建（构）筑物荷载的岩土层。Q地裂单斜（陡倾立）（很好）单斜（缓倾斜）（不好）向斜地段洞室轴线上压力强度分布示意图（不好）图6-51背斜地段洞室轴线上压力强度 分布示意图8
14、.岩浆岩的结构分为：全晶质结构（粗粒结构、中粒结构、细粒结构、 微粒结构）、半晶质结构、非晶质结构。9 .岩浆岩的构造，是指矿物在岩石中的组合方式和空间分布情况。常见 构造主要有：块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造。10 .常见的岩浆岩有酸性岩类、中性岩类、基性岩类。酸性岩类中性岩类基性岩类深成的花岗岩正长石、闪长岩辉长岩浅成的花岗斑岩正长斑石、闪长扮岩辉绿岩喷出的流纹岩粗面岩、安山岩玄武岩沉积岩是在地表和地表下不太深的地方，由松散堆积物在温度不 高和压力不大的条件下形成的。沉积岩主要由碎屑物质、粘土矿物、化学沉积矿物、有机质及生 物残骸组成。在沉积岩的组成物质中，粘土矿物、方解石、
15、白云石、有机质等， 是沉积岩所特有的，是物质组成上区别于岩浆岩的一个重要特征。沉积岩分类：碎屑岩类、粘土岩类、化学及生物化学岩类。沉积岩的结构：碎屑结构、泥质结构、结晶结构、生物结构。沉积岩最主要的构造是层理构造。沉积岩的层理构造、层面特征和含有化石，是沉积岩在构造上区别于岩浆岩的重要特征。常见沉积岩：背斜地段洞室轴线上压力强度分布示意图（好）在褶曲地区当洞室轴线与褶曲轴线重合时位置比较示意图1洞室轴线与背斜轴线重合；2洞室置于褶曲之翼部；3洞室轴线与向斜轴线重合 洞室1较好，洞室2、3都较差单斜谷的路线选择1有利情况2不利情况山坡岩层地质构造的影响（a）向斜山（b）背斜山（c）单斜山1有利情
16、况2不利情况岩堆上路堤方案（田最好）路堑方案（I最好）碎屑岩类火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩、砾岩、砂岩、粉砂岩粘土岩类L-L-4 -J- LXJ 泥石、页有化学及生物化学岩类石灰石、白玄岩变质岩是由原来的岩石在地壳中受到高温、高压及化学成分加入 的影响，在固体状态下发生矿物成分及结构构造变化后形成的新岩石。变质岩变质作用的因素：高温、高压、新的化学成分的加入。变质岩特有的矿物（石滑绿蛇）变质岩的结构（变晶变余）变质岩的构造，主要的是片理构造和块状构造。其中片理构造是 变质岩所特有的，是从构造上区别于其他岩石的一个显著标志。比较典 型的片理构造有：板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造。常
17、见变质岩：岩类构造岩石名称片理状岩类片麻状构造片麻岩片状构造1 1 LXJ 片石千枚状构造千枚岩板状构造板岩块状岩类块状构造大理有、石英石、蛇纹岩地球发展的时间段落称为地质年代。岩层的地质年代有两种表示方法：绝对地质年代和相对地质年代沉积岩相对地质年代的确定方法地层对比法、地层接触关系法、 岩性对比法和古生物化石法。岩浆岩相对地质年代的确定方法：侵入接触和沉积接触。划分地层年代和地层单位的主要依据,是地壳运动和生物的演变。地质年代单位与相对应的地层单位表：适用范围地质年代单位地层单位国际性代纪世界系统全国性或大区域性（世）期（统）阶带地方性时（时代，时期）群组断（带）在第四纪历史上发生了两大变
18、化即人类的出现和冰川作用。在第 四纪形成的各种沉积物通常是松散的、软弱的、多孔的，与岩石的性质 有着显著的差异，有时就笼统称之为土。第四纪沉积物的形成是由地壳表层坚硬岩石在漫长的地质年代里, 经过风化、侵蚀等外力作用，破碎成大小不等的岩石碎块或矿物颗粒， 这些岩石碎块在斜坡重力作用、流水作用、风力吹扬作用、波蚀作用、 冰J11作用以及其他外力作用下被搬运到适当的环境下沉积成各种类型 的土体。地质构造及其对工程的影响未经构造变动的沉积岩层，其形成时的原始产状是水平的，先沉 积的老岩层在下，后沉积的新岩层在上，称为水平构造。原来水平的岩层，在受到地壳运动的影响后，产状发生变动。其 中最简单的一种形
19、式，就是岩层向同一个方向倾斜，形成单斜构造。岩层在空间的位置，称为岩层产状。倾斜岩层的产状，是用岩层 层面的走向、倾向和倾角三个产状要素来表示的。详见课本图3-2 P32褶皱构造中的一个弯曲，称为褶曲。褶曲要素：核部、翼、轴面、轴、枢纽。详见课本图3-3 P33褶曲类型：背斜褶曲、向斜褶曲。按褶曲的轴面产状，可将褶曲分为：直立褶曲、倾斜褶曲、倒转褶曲、平卧褶曲四个形态类型。详见课本图3-5 P34按褶曲的枢纽产状，又可分为：水平褶曲和倾斜褶曲两个形态类型。褶皱是褶曲的组合形态，两个或两个以上褶曲构造的组合，称为 褶皱构造。野外考察方法有：穿越法和追索法。构成地壳的岩体，受力作用发生变形，当变形
20、达到一定程度后， 使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。断裂构造可分为裂隙和断层两类。裂隙或节理的类型（构造裂隙，包括张性、扭性；非构造裂隙， 如风化裂隙原生裂隙卸荷裂隙等）。裂隙玫瑰图详见课本图3-10 P39岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生了显著位移的断裂 构造，称为断层。断层要素：断层面和破碎带、断层线、上盘和下盘、断距。根据断层两盘相对位移的情况，可分为三种：正断层、逆断层、 平推断层。断层的组合形式：阶状断层、地垒地堑。形成年代不相连续的两套岩层重叠在一起的现象，这种构造形迹, 称为不整合。岩石物理性质（重量、孔隙性、吸水性、软化性、抗冻性）
21、； 力学性质（弹性模量泊松比、抗压强度、抗剪强度等）；影响岩石工程 性质的因素（矿物成分、结构、构造、水、风化）所谓岩体是指包括各种地质界面一如层面、层理、节理、断层、 软弱夹层等结构面的单一或多种岩石构成的地质体，它被各种构造面所 切割，由大小不同的、形状不一的岩块（即结构体）所组合而成。结构面的分类：原生结构面、构造结构面、次生结构面。结构面的特征：规模、形态、密集程度、连通性、结构面的张开 度和充填情况。结构体的类型：柱状、块状、板状、楔形、棱形和锥形等六种基 本形态。体积裂隙数（裂隙数/m3 ）岩体结构的基本类型可分为：整体快状结构、层状结构、破碎结 构和散体结构。土的工程性质与分类土
22、是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在 原地残留或经过不同的搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。土的物质成分包括作为土骨架的固体矿物颗粒、空隙中的水及其 溶解物质以及气体。土是由颗粒（固相）、水溶液（液相）和气（气相）所组成的三 相体系。土的结构特征是通过土粒大小、形状、排列方式及相互连结关系 反映出来的。土的粒度成分是决定土的工程性质的主要内在因素之一。颗粒大 小以直径（单位为mm ）计，称为粒径（或粒度）。界于一定粒径范围 的土粒,称为粒粗；而土中不同粒组颗粒的相对含量，称为土的粒度成 分（或称颗粒级配），它以各粒组颗粒的重量占该土颗粒的总重量的百 分数来表示。粒度成分
23、对土工程性质影响的实质：组成土的颗粒大小不同，土 的比表面不同，则土粒与水（或气）作用的表面能大小不同。其根本原 因还在于天然土中不同大小颗粒的组成矿物类型不同，直接影响土的工 程特性。土的矿物成分：原生矿物、不溶于水的次生矿物（以粘土矿物和 硅、铝氧化物为主）、可溶盐类及易分解的矿物、有机质。幺土公永，强结合水（吸着水）*口 I弱结合水（薄膜水）（土粒表面结合水）液态水鬻非结合水非结合水（重力水气态水 固态水土中水土中水分类、性质及对土工性质的影响土中的气体，主要为空气和水气。气体在土空隙中有两种不同存 在形式：封闭气体和游离气体。在淤泥和泥炭质土等有机土中，由于微生物的分解作用，土中聚 积
24、有某种有毒气体和可燃气体，例如C02、H2S和甲烷等。其中尤以 C02的吸附作用最强并埋藏与较深的土层中含量随深度增大而增多。 土中这些有害气体的存在不仅使土体长期得不到压密，增大土的压缩性, 而且当开挖地下工程揭露这类土层时会严重危害人的生命安全（使人窒 息或发生瓦斯爆炸）。在岩土工程中,土的结构是指土颗粒本身的特点和颗粒间相互关 系的综合特征。单粒结构，也称散粒结构，是碎石（卵石）、砾石类土和砂土等 无粘性土的基本结构形式。软粘性土的触变性是指其土体经扰动（如振动、搅拌、搓揉等） 致使结构破坏时，土体强度剧烈减小。对软粘性土的触变特性，一般用 灵敏度（St）指标作定量评价。土的构造是指整个
25、土层（土体）构成上的不均匀性特征的总合。碎石土的构造分为：粗石状构造和假斑状构造。表示土的三相比例关系的指标，称为土的三相比例指标。亦即土 的基本物理性质指标，包括土的颗粒比重、重度、含水量、饱和度、孔 隙比和孔隙率等。土的三相指标中，土粒比重ds，含水 量3和密度P是通过试验测定的，可 以根据三个基本指标推算其余各指标:%乙(1 + 3)P卬 e =匕 P e n =1 + eKv 3ds3r =r Vv e+ Vvpw (ds + e)pwPsat = y=Psat - nPw (d$l)Pw _1 + e-=Psat - nPw (d$l)Pw _1 + e-771s dsPw pd = V = T+ ,砥 一 yspw p 二 v=Psat - Pw土粒重量与同体积的40c时水的重量之比，称为颗粒比重，它在数值 上为单位体积土粒的重量。土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比，以小数表示。土的 孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比，以百分数表示。无粘性土的紧密状态是判定其工程性质的重要指标。土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结。