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1、1.1.2工程地质问题工程地质问题 工程地质问题是工程建筑与工程地质条件工程地质问题是工程建筑与工程地质条件(地质环境地质环境)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，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。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：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、区域稳定性问题2、地基沉降变形问题、地基沉降
2、变形问题3、地基、斜坡或洞室围岩的稳定性问题、地基、斜坡或洞室围岩的稳定性问题4、渗漏问题、渗漏问题5、地质灾害问题、地质灾害问题1.2 1.2 工程地质学的定义工程地质学的定义 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。学。地质学的重点研究对象是地壳。工程地质学工程地质学(EngineeringGeology)广义的讲是研广义的讲是研究地质环境及其保护和利用的科学。狭义的讲是将地究地质环境及其保护和利用的科学。狭义的讲是将地
3、质学的原理运用于解决与工程建设有关的地质问题的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。一门学科。1.5工程地质条件工程地质条件 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。合，主要包括以下六大方面，是一个综合概念。1、地形地貌、地形地貌2、岩土类型及性质、岩土类型及性质3、地质结构与构造、地质结构与构造4、水文地质条件、水文地质条件5、不良地质作用、不良地质作用6、天然建筑材料、天然建筑材料 3、地球密度与压力、地球密度与压力地球的平均密度为地球的平均密度为5.516gcm3,地壳表层的密
4、度地壳表层的密度为为2.7gcm3,地内地内33km处为处为3.32gcm3；2885km处密度由处密度由5.56gcm3陡增至陡增至9.98gcm3；至地心处；至地心处达达12.51gcm3。地内压力随深度加大，并与地内物质的密度及该地内压力随深度加大，并与地内物质的密度及该处的重力有关。地下处的重力有关。地下l0km处压力约为处压力约为304MPa，2900km处可达处可达1.52105MPa，地心则高达，地心则高达3.55105MPa。4、地球重力、地球重力重力是垂直地球表面使物体向下的一种天然作用重力是垂直地球表面使物体向下的一种天然作用力。它实际上是地心引力和由地球自转而产生的惯力。
5、它实际上是地心引力和由地球自转而产生的惯性离心力的合力。性离心力的合力。重力异常与大地构造和地下矿藏及地貌有关，它重力异常与大地构造和地下矿藏及地貌有关，它是重力勘探的理论基础。是重力勘探的理论基础。2.4地球的层圈构造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。地球层圈构造包括外部层圈构造和内部层圈构造。1.地球外部层圈构造地球外部层圈构造大气圈大气圈：是地球以外的空间是地球以外的空间,它提供生物需要的它提供生物需要的CO2和和O2,对地貌形态变化起着极大的影响。对地貌形态变化起着极大的影响。水圈水圈：由大气圈的水蒸气凝结成降雨形成海洋和湖：由大气圈的水蒸气凝结成降雨形成海洋和
6、湖泊沼泽及地下水。水与地表岩石相互作用，作为最泊沼泽及地下水。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。活跃的地质营力促进各种地质现象的发育。生物圈生物圈生物圈生物圈：渗透在水圈、大气圈下层和地壳表层的范：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。围之中，对于改变地球的形态起着重要的作用。2 2 2 2、地球内部层圈构造、地球内部层圈构造、地球内部层圈构造、地球内部层圈构造 地球的内部层圈包括：地壳、地幔、地核。地球的内部层圈包括：地壳、地幔、地核。地壳：地壳：地壳：地壳：由固体岩石构成由固体岩石构成,平均厚度平均厚度16km,分硅铝
7、层分硅铝层(花岗岩层花岗岩层)和硅镁层和硅镁层(玄武岩层玄武岩层)。地幔：地幔：地幔：地幔：上地幔是熔融状态物质上地幔是熔融状态物质,可能是岩浆的发源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；下地幔主要是由铁镁氧化物和硫化物组成。地核：地核：地核：地核：由比重较大的铁镍合金组成，平均密度大于由比重较大的铁镍合金组成，平均密度大于10g/cm。外核是液态的。外核是液态的,内核是固态。地壳运动主内核是固态。地壳运动主要起因于地幔物质的对流。要起因于地幔物质的对流。地层接触关系包括：整合接触、平行不整合接触地层接触关系包括：整合接触、平行不整合接触、角度不整合接触角度不整合接触、
8、侵入接触、侵入接触、沉积接触、沉积接触。整合接触：上下岩层相互平行、其间无沉积间断。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。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，并且其间有沉积角度不整合：上下岩层彼此相交，并且其间有沉积间断。间断。侵入接触侵入接触 沉积接触沉积接触 2.9山麓斜坡堆积地貌山麓斜坡堆积地貌 山麓斜坡堆积地貌包括：洪积扇、坡积裙、山前平原、山麓斜坡堆积地貌包括：洪积扇、坡积裙、山前平原、山间凹地。山间凹地。1.洪积扇洪积扇山区河流自山谷流入平原后，流速减低，形成分散的山区河流自山谷流入平原后，
9、流速减低，形成分散的漫流，流水挟带的碎屑物质开始堆积，形成由顶端漫流，流水挟带的碎屑物质开始堆积，形成由顶端(山谷山谷出口处出口处)向边缘缓慢倾斜的扇形地貌，如图向边缘缓慢倾斜的扇形地貌，如图2-15。3.3矿物矿物 1.矿物的定义及分类矿物的定义及分类矿物矿物(mineral)是地壳中的元素在各种地质作用下，由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。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，通常称为组成岩石的矿物，通常称为造岩矿物造岩矿物造岩矿物造岩矿物。目前发现的地壳中的造岩矿物多达目前发现的地壳中的造岩矿物多达3千余种，以硅酸千余种，以
10、硅酸盐类矿物为最多，约占矿物总量的盐类矿物为最多，约占矿物总量的90%，其中最常见的，其中最常见的矿物约有矿物约有50余种，例如正长石、斜长石，黑、白云母，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，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、磁方解石，白云石，石膏，黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿等等。铁矿等等。3.3.矿物的物理性质矿物的物理性质矿物的物理性质矿物的物理性质 形状形状:指矿物的外表形状。结晶体大都呈规则的几何指矿物的外表形状。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。形
11、状，非结晶体则呈不规则的形状。矿物的颜色矿物的颜色:是矿物对不同波长可见光吸收程度的不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。色、假色之分。条条痕痕色色：是是指指矿矿物物粉粉末末的的颜颜色色，通通常常使使用用粗粗瓷瓷板板摩摩擦擦时时留留下下的的痕痕迹迹，它它可可消消除除假假色色的的干干扰扰，是是一一种种鉴鉴别别不不透透明明矿矿物物的的主主要要标标志志。有有些些矿矿物物的的条条痕痕色色与与其其颜颜色
12、色相相同同，例例如如孔孔雀雀石石（鲜鲜绿绿色色）、自自然然金金（金金黄黄色色）。另另一一些些矿矿物物的的条条痕痕色色与与颜颜色色不不同同，例例如如黄黄铁铁矿矿，颜颜色色为为铜铜黄黄色色，而条痕色为绿黑色。而条痕色为绿黑色。3.4岩浆岩岩浆岩 3.4.13.4.1岩浆岩概念岩浆岩概念岩浆岩概念岩浆岩概念1.岩浆岩的定义岩浆岩的定义岩浆（岩浆（magma）是指地球深部产生的一种炽热的、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，还深处运移，或喷出地表，它的主要成分是硅酸盐，还含
13、有大量的挥发组分及成矿金属。岩浆温度范围为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。之间。火成岩（火成岩（igneousrocks）一般指由地下深处炽热的岩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。约占地壳总质量的侵入岩两类。约占地壳总质量的95%。3.4.33.4.3岩浆岩的结构岩浆岩的结构岩浆岩的结构
14、岩浆岩的结构岩浆岩的结构（岩浆岩的结构（textureofmagmatite）是指岩石中（单）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。组合关系。1.按岩石中矿物结晶程度划分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。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。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按岩石中矿物颗粒的相对大小划分等粒结构、不等粒结构等粒结构、不等粒结构、斑状结构和
15、似斑状结构。、斑状结构和似斑状结构。3.4.43.4.4岩浆岩的构造岩浆岩的构造岩浆岩的构造岩浆岩的构造岩浆岩的构造岩浆岩的构造(structureofmagmatite)是指（集合是指（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。来岩石的外貌特征。常见的构造形式有：常见的构造形式有：块状构造、流纹构造、气孔构块状构造、流纹构造、气孔构造、杏仁构造造、杏仁构造（孔洞被其它次生矿物充填）等。（孔洞被其它次生矿物充填）等。3.5沉积岩沉积岩 3.5.13.5.1沉积岩的定义沉积岩的定义沉积岩的定义沉积岩的定义暴露于地表的原岩，先
16、经各种外力地质作用的风化剥暴露于地表的原岩，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而形成的岩石被称为沉积岩(sedimentaryrock)。其在。其在地表的覆盖面积约占地表总面积的地表的覆盖面积约占地表总面积的75%，其中的主要矿，其中的主要矿产资源有：煤、油页岩、盐矿，石灰岩等。产资源有：煤、油页岩、盐矿，石灰岩等。3.5.23.5.2沉积岩的形成沉积岩的形成沉积岩的形成沉积岩的形成沉积岩的形成一般经过了先成岩石沉积岩的形成一般经过了先成岩石(岩浆岩、沉积岩或岩浆岩、沉积岩或变质岩
17、变质岩)遭受风化、剥蚀破坏，破坏产物被搬运至一定遭受风化、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、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。搬运作用、沉积作用和成岩作用四个阶段。1.风化作用风化作用(weathering)分为物理风化、化学风化和分为物理风化、化学风化和生物风化三类生物风化三类。2.搬运作用搬运作用的方式有三种，即拖曳搬运、悬浮搬运和的方式有三种，即拖曳搬运、悬浮搬运和溶液搬运。溶液搬运。3.沉积作用沉积作用可分为机械沉积、化学沉积、生物和生物可分为机械沉积、化学沉积、生物和生物化学沉积三种类
18、型。化学沉积三种类型。4.成岩作用成岩作用主要表现在压固作用主要表现在压固作用、胶结作用、胶结作用、脱水、脱水作用作用、重结晶作用。、重结晶作用。3.6变质岩变质岩 3.6.13.6.1变质岩的定义变质岩的定义变质岩的定义变质岩的定义由原先存在的岩石由原先存在的岩石(火成岩、沉积岩或早期变质岩火成岩、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，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形成的岩石即为变质岩。这种改造过程称为变质作用。用。3.6
19、.33.6.3变质作用变质作用变质作用变质作用-类型类型类型类型 对变质作用的类型进一步划分，自变质岩作为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：见的变质作用类型：区域变质作用区域变质作用（regional metamorphismregional metamorphism）：）：最先是由法国学者最先是由法国学者A.DaubreeA.Daubree于于18591859年提出，是指大面年提出，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，积的岩石，因为温度增高和压力的作用等
20、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。构。接触变质作用接触变质作用（contact metamorphismcontact metamorphism）：是）：是指在岩浆作用影响下，围岩主要受岩浆体温度的影响而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。当围岩仅受岩浆体受岩浆散发的热量及挥发份的作用
21、。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。化学成分也发生变化，称为接触交代变质作用。动力变质作用动力变质作用（dynamometamorphism）：是一种由）：是一种由于构造作用过程中
22、所产生的强应力作用下，岩石发生破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。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。和塑性变形为主。气液变质作用气液变质作用（Pneumatolytichydrothermalmetamorphism）：是由于热的气体及溶液作用于已形成）：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
23、作用。气液变质作用通常沿构造的变化，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。构造破碎带及岩脉边缘发育。3.6.63.6.6变质岩变质岩变质岩变质岩-结构和构造特征结构和构造特征结构和构造特征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：一般可分为四类：碎裂结构碎裂结构，变晶结构变晶结构，变余结构变余结构和和交代结构交代结构。
24、3.8风化岩与残积土风化岩与残积土 3.8.13.8.1风化岩与残积土的定义风化岩与残积土的定义风化岩与残积土的定义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。未经搬运残留在原地的土则定名为残积土。3.8.23.8.2岩石按照坚硬程度分类岩石按照坚硬程度分类岩石按照坚硬程度分类岩石按照坚硬程度分类岩石按照坚硬程度可分
25、为硬质岩石和软质岩石，岩石按照坚硬程度可分为硬质岩石和软质岩石，见下表见下表3-8。3.8.33.8.3按照岩石风化壳的垂直分带分类按照岩石风化壳的垂直分带分类按照岩石风化壳的垂直分带分类按照岩石风化壳的垂直分带分类 4.4.24.4.2倾斜岩层的产状要素倾斜岩层的产状要素倾斜岩层的产状要素倾斜岩层的产状要素岩层产状要素岩层产状要素(elementofstratum)指表示岩层指表示岩层空间方位和倾斜程度的几何要素，包括走向、倾向空间方位和倾斜程度的几何要素，包括走向、倾向和倾角和倾角(图图4-7)。1走向走向倾斜岩层层面与水平面的相交线被称为倾斜岩层倾斜岩层层面与水平面的相交线被称为倾斜岩层
26、的走向线，走向线的方向称为岩层的走向。的走向线，走向线的方向称为岩层的走向。2倾向倾向与走向线垂直，沿岩层倾斜面向下所引的直线称与走向线垂直，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。投影所指的方向称为倾斜岩层的倾向。3倾角倾角倾向线与其水平面上的投影线之间的夹角称为倾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。错斜岩层的倾角。错4.5褶皱构造褶皱构造 4.5.14.5.1褶皱的概念褶皱的概念褶皱的概念褶皱的概念褶皱褶皱(fold)指岩石在主要由地壳运动所引起的地指岩石在主要
27、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。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。4.5.44.5.4褶曲的形态分类褶曲的形态分类褶曲的形态分类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，
28、向斜成谷。）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。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，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。翼部岩层较老，呈相向倾斜。褶曲的形态分类褶曲的形态分类1按褶曲的轴面特征分类按褶曲的轴面特征分类直立褶曲；轴面与水平面垂直。直立褶曲；轴面与水平面垂直。倾斜褶曲：轴面与水平面斜交，两翼倾向相反。倾斜褶曲：轴面与水平面斜交，两翼倾向相反。倒转褶曲：轴面与水平面斜交，两
29、翼倾向相同。倒转褶曲：轴面与水平面斜交，两翼倾向相同。平卧褶曲：轴面与水平面平行。平卧褶曲：轴面与水平面平行。4.5.5野外识别褶曲构造的方法野外识别褶曲构造的方法穿越法穿越法垂直岩层走向进行观察。用穿越的方法便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。于了解岩层的产状、层序及其新老关系。追索法追索法平行岩层走向进行观察的方法。平行岩层走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。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穿越法和追索法，不仅是野外观察识别褶
30、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。通常以穿越法为主一种基本方法。通常以穿越法为主,追索法为辅的原追索法为辅的原则则.4.6节理构造与玫瑰花图节理构造与玫瑰花图4.6.14.6.1节理的概念节理的概念节理的概念节理的概念节理（节理（joint）是岩石中的裂隙，是没有明显位移的）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。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
31、的运移通义。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。的形成和发展。2.节理的力学性质分类节理的力学性质
32、分类根据节理的力学性质，可将节理分为根据节理的力学性质，可将节理分为剪节理剪节理剪节理剪节理和和张节理张节理张节理张节理:剪节理剪节理剪节理剪节理：岩石受剪应力作用发生剪切破裂而形：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，呈夹角的平面上产生，且共轭出现，呈X状交叉，构状交叉，构成成X型剪节理。它具有以下特征：型剪节理。它具有以下特征：3.3.资料整理资料整理资料整理资料整理节理玫瑰花图、等密图和电算处理等。节理玫瑰花图、等密图和电算处理等。节理玫瑰花图节理玫瑰花图4.7断断层层 断层断
33、层断层断层(fault)是岩层或岩体在构造运动影响下发生破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，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。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，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，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。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
34、稳定性、渗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。工程的稳定性，与工程建设有着密切的联系。4.7.14.7.1断层要素断层要素断层要素断层要素1.断层面断层面：构成断层的破裂面，也就是断层两侧岩体：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
35、带，即断层带或断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。裂带。2.断层线断层线：是指断层面与地面的交线，即断层面在地：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。失点，称为断层的端点。3.断盘断盘：断层面两侧发生相对位移的岩体，称为断：断层面两侧发生相对位移的岩体，称为断(层层)盘。当断层面倾斜时，位于断层面上方的称为上盘、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，下方的称为下盘；当断层面近于直立时，则以方位相称，如东
36、盘、西盘等；也可根据两盘相对移动的关系，把相如东盘、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。对上升的称为上升盘，把相对下降的称为下降盘。4.断距断距：断层：断层两盘岩体沿断层面两盘岩体沿断层面发生相对滑动的距发生相对滑动的距离，称为断距。断离，称为断距。断距的大小常常是衡距的大小常常是衡量断层规模的重要量断层规模的重要标志，断距又分为标志，断距又分为总断距、水平断距总断距、水平断距及垂直断距。及垂直断距。1.1.按断层两盘相对运动的关系进行分类按断层两盘相对运动的关系进行分类按断层两盘相对运动的关系进行分类按断层两盘相对运动的关系进行分类(1)正断层
37、正断层：上盘相对下降，下盘相对上升的断层，：上盘相对下降，下盘相对上升的断层，称为正断层。称为正断层。正断层的产状一般较陡，倾角在正断层的产状一般较陡，倾角在4590，断层线比，断层线比较平直，一般是由于重力作用或水平张力作用形成的，较平直，一般是由于重力作用或水平张力作用形成的，并在垂直于张应力方向上发育。并在垂直于张应力方向上发育。(2)逆断层逆断层：下盘相对下降，上盘相对上升的断层，：下盘相对下降，上盘相对上升的断层，称为逆断层。称为逆断层。逆断层产状一般比较平缓，倾角很少超过逆断层产状一般比较平缓，倾角很少超过70，断层，断层线常呈舒缓的波状曲线，断层面倾角大小又可分为：线常呈舒缓的波
38、状曲线，断层面倾角大小又可分为：冲断层：冲断层：倾角倾角45；逆掩断层：逆掩断层：2545；辗掩断层：辗掩断层：25。4.7.24.7.2断层的分类断层的分类断层的分类断层的分类 逆断层一般是受水平的挤压应力作用，沿剪切破裂逆断层一般是受水平的挤压应力作用，沿剪切破裂面形成的，常与褶皱相互伴生，逆断层的规模一般面形成的，常与褶皱相互伴生，逆断层的规模一般较大，多为区域性的巨型构造。较大，多为区域性的巨型构造。(3)平移断层平移断层:两盘岩体沿断层面走向作水平相对运两盘岩体沿断层面走向作水平相对运动的断层，称平移断层。动的断层，称平移断层。4.7.44.7.4断层的野外识别断层的野外识别断层的野
39、外识别断层的野外识别1 1、地貌上的标志、地貌上的标志、地貌上的标志、地貌上的标志(1)断层崖断层崖（2）断层三角面）断层三角面(3)断层湖、断层泉断层湖、断层泉(4)错断的山脊、急转的河流错断的山脊、急转的河流2 2、构造上的标志、构造上的标志、构造上的标志、构造上的标志(1)断层破碎带与构造岩断层破碎带与构造岩(2)伴生节理伴生节理(3)牵引褶皱牵引褶皱(4)擦痕和阶步擦痕和阶步3 3、地层上的标志、地层上的标志、地层上的标志、地层上的标志(1)岩层中断及褶皱核部宽窄变化岩层中断及褶皱核部宽窄变化2)地层的重复和缺失地层的重复和缺失岩体岩体(rockmass)是指在地质历史中形成的，由一种
40、或多种岩石是指在地质历史中形成的，由一种或多种岩石和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的地质环境（地应力、地下水、地温）中的地质定的地质环境（地应力、地下水、地温）中的地质体。体。5.3.15.3.1结构体结构体结构体结构体(structuralelement)(structuralelement)岩体中被结构面切割而产生的单个岩石块体叫结岩体中被结构面切割而产生的单个岩石块体叫结构体，由于各种成因结构面的组合，在岩体中可形构体，由于各种成因结构面的组合，在岩体中可形成大小、形状不同的结构体。成大小、形状不同的结构体。5.3.25.3.2结
41、构面结构面结构面结构面(structuralplane)(structuralplane)1.结构面的定义结构面的定义指发育于岩体中，具有一定方向和延伸性，有一指发育于岩体中，具有一定方向和延伸性，有一定厚度的各种地质界面，如断层、节理、层理及不定厚度的各种地质界面，如断层、节理、层理及不整合面等。由于这种界面中断了岩体的连续性，故整合面等。由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续面。又称不连续面。5.4.15.4.1软弱夹层软弱夹层软弱夹层软弱夹层(weakinterlayer)(weakinterlayer)的定义的定义的定义的定义所谓软弱夹层一般是指严重挤压破碎带、断层糜棱岩所谓软弱
42、夹层一般是指严重挤压破碎带、断层糜棱岩(包括断层泥包括断层泥)、泥质岩层、黏土质粉砂岩、层间蚀变带、泥质岩层、黏土质粉砂岩、层间蚀变带和常以夹层状态存在的构造黏土。和常以夹层状态存在的构造黏土。一般，软弱夹层的厚度比相邻岩层的小，力学强度和一般，软弱夹层的厚度比相邻岩层的小，力学强度和变形模量也较低，饱和抗压强度仅为干抗压强度的二分变形模量也较低，饱和抗压强度仅为干抗压强度的二分之一或更低。有些遇水崩解。之一或更低。有些遇水崩解。软弱夹层每一部分的结构、致密程度、天然含水量、软弱夹层每一部分的结构、致密程度、天然含水量、孔隙度、塑性指数及力学强度等均有所不同。孔隙度、塑性指数及力学强度等均有所
43、不同。软弱夹层的厚度，层面的起伏差和粗糙度，对其力学软弱夹层的厚度，层面的起伏差和粗糙度，对其力学性能影响较大。一般取流变起始强度作为软弱夹层的抗性能影响较大。一般取流变起始强度作为软弱夹层的抗剪强度值。这个值相当于屈服强度，约为其峰值强度的剪强度值。这个值相当于屈服强度，约为其峰值强度的80。2.2.岩体结构类型划分岩体结构类型划分岩体结构类型划分岩体结构类型划分由于组成岩体的岩性，遭受的构造变动及次生变化的由于组成岩体的岩性，遭受的构造变动及次生变化的不均一性，导致了岩体结构的复杂性。为了概括地反映不均一性，导致了岩体结构的复杂性。为了概括地反映岩体中结构面和结构体的成因、特征及其排列组合
44、关系，岩体中结构面和结构体的成因、特征及其排列组合关系，将岩体结构划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构将岩体结构划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构（见图和散体结构（见图5-3）3.赤平面投影结构面边坡稳定性分析赤平面投影结构面边坡稳定性分析1)一组结构面边坡一组结构面边坡5.8.65.8.6不稳定边坡的防治措施不稳定边坡的防治措施不稳定边坡的防治措施不稳定边坡的防治措施对于不稳定的边坡，为了确保工程的安全，必须采对于不稳定的边坡，为了确保工程的安全，必须采取一些有效的防治措施。目前国内外常用的方法有：取一些有效的防治措施。目前国内外常用的方法有：防止地表水向岩体中渗透；防止地表
45、水向岩体中渗透；排除不稳定岩体中的地下水排除不稳定岩体中的地下水;放缓斜坡、上部减重；放缓斜坡、上部减重；修建支挡建筑修建支挡建筑;锚固锚固.进行这些处理之前，应首先查明不稳定边坡破坏的进行这些处理之前，应首先查明不稳定边坡破坏的性质、类型和规模，以及引起滑动或崩塌的因素。采取性质、类型和规模，以及引起滑动或崩塌的因素。采取针对性的措施，才能取得经济而有效的效果。除上述几针对性的措施，才能取得经济而有效的效果。除上述几项较多采用的防治措施外，还可采用混凝护面、灌浆及项较多采用的防治措施外，还可采用混凝护面、灌浆及改善滑动带土石的力学性质等措施。通常在进行处理时，改善滑动带土石的力学性质等措施。
46、通常在进行处理时，常常是数种措施同时采用，这样效果更为显著。常常是数种措施同时采用，这样效果更为显著。1 1、围岩的概念、围岩的概念、围岩的概念、围岩的概念在岩体中，因开挖洞室，使岩体产生应力重新分在岩体中，因开挖洞室，使岩体产生应力重新分布，应力重分布的范围内的岩体称为围岩，其直径布，应力重分布的范围内的岩体称为围岩，其直径一般为洞室直径的一般为洞室直径的35倍。倍。5.9.65.9.6围岩洞室洞口及轴线的选择围岩洞室洞口及轴线的选择围岩洞室洞口及轴线的选择围岩洞室洞口及轴线的选择1.洞室洞口的选择洞室洞口的选择 1）洞口的地形和地质条件）洞口的地形和地质条件2）洞口底标高的选择）洞口底标高
47、的选择3）洞口边坡的物理地质现象）洞口边坡的物理地质现象2.洞室轴线的选择洞室轴线的选择1）布置洞室的岩性要求）布置洞室的岩性要求2）岩层产状与洞室轴线的关系）岩层产状与洞室轴线的关系3）地质构造与洞室轴线的关系）地质构造与洞室轴线的关系6.2.46.2.4土按颗粒级配或塑性指数分类土按颗粒级配或塑性指数分类土按颗粒级配或塑性指数分类土按颗粒级配或塑性指数分类岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范(GB500212001)、建筑地、建筑地基基础设计规范基基础设计规范(GB50072002)中的土按颗粒级配或中的土按颗粒级配或塑性指数分类分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。塑性指数分类分为碎石土、砂土、粉
48、土和黏性土。1、碎石土、碎石土(crushedstone)粒径大于粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的颗粒质量超过总质量50的土。根的土。根据颗粒级配和颗粒形状碎石土又可分为漂石、块石、卵据颗粒级配和颗粒形状碎石土又可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。石、碎石、圆砾和角砾。2、砂土、砂土(sand)粒径大于粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的的颗粒质量不超过总质量的50，粒，粒径大于径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量的的颗粒质量超过总质量的50的土。根的土。根据颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。据颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。3、粉土、粉土(silt)粒径大于
49、粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的颗粒质量不超过总质量50，且塑性指数小于或等于且塑性指数小于或等于10的土。必要时，可根据颗粒级的土。必要时，可根据颗粒级配分为砂质粉土配分为砂质粉土(粒径小于粒径小于0.005mm的颗粒质量不超过的颗粒质量不超过总质量总质量10)和黏质粉土和黏质粉土(粒径小于粒径小于0.005mm颗粒质量等颗粒质量等于或超过总质量于或超过总质量10)。4、黏性土、黏性土(cohesivesoil)塑性指数塑性指数Ip大于大于10的土。根据塑性指数分为粉质黏的土。根据塑性指数分为粉质黏土土(1017)。6.3.26.3.2第四纪土层按成因的分类第四纪土层按成因的分
50、类第四纪土层按成因的分类第四纪土层按成因的分类1、残积土、残积土：岩石风化后残留在原地形成的土。：岩石风化后残留在原地形成的土。残积土表部土壤层孔隙率大、强度低、压缩性残积土表部土壤层孔隙率大、强度低、压缩性高，而其下部常常是夹碎石或砂粒的粘性土，或是孔高，而其下部常常是夹碎石或砂粒的粘性土，或是孔隙为粘性土充填的碎石土、砂砾土，其强度较高。隙为粘性土充填的碎石土、砂砾土，其强度较高。2、坡积土、坡积土colluvialsoil：位于山坡上方的碎屑物质，：位于山坡上方的碎屑物质，在流水或重力作用下运移到斜坡下方或坡麓处堆积形在流水或重力作用下运移到斜坡下方或坡麓处堆积形成的土。成的土。新近堆积