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1、公路工程地质课程认识公路工程地质课程认识参考与要求参考与要求第一节地球的概述第一节地球的概述第二节第二节 地球的演化与地质作用地球的演化与地质作用第三节 公路工程地质概述复习总结四川交通职业技术学院道桥系刘玉洁制作四川交通职业技术学院道桥系刘玉洁制作 要想得到彩虹就必须忍受风雨！要想得到彩虹就必须忍受风雨！One can not be in two places at once.一心不可二用。一心不可二用。参考书：参考书：?地质与土质地质与土质?李瑾亮主编，人民交通出版社。李瑾亮主编，人民交通出版社。?公路工程地质公路工程地质?窦明健主编，人民交通出版社。窦明健主编，人民交通出版社。?工程地质
2、与水文工程地质与水文?杨晓丰主编，人民交通出版社。杨晓丰主编，人民交通出版社。?公路工程地质勘察标准公路工程地质勘察标准?，人民交通出版社。，人民交通出版社。第一节第一节地球的概述地球的概述地地球球的的地地位位：地地球球是是太太阳阳系系九九大大行行星星中中较较小小的的一一颗颗行行星星。太太阳阳在在银银河河系系里里只只是是 1.6 X 1011颗颗恒恒星星之之一一；银银河河系系也也仅仅仅仅是是总总星星系系的的一一个个成成员员；而而总总星星系系还还只只是是宇宇宙的一局部。宙的一局部。一、地球的外部形态：一、地球的外部形态：二、地球的物理性质：二、地球的物理性质：三、地球的圈层构造：三、地球的圈层构
3、造：一、地球的外部形态：一、地球的外部形态：地球为一梨状三轴旋转椭球体。赤道一带稍微凸出，南北半球也不对称，加上外表凹凸不平.赤道半径a 6378.1724km 赤道周长40075.696km两极半径b 6356.7986km 子午线周长40008.6km平均半径 6371.229km 外表积5.1007*108km2扁率a-b/a 1：298341 体积10832*1012km2二、地球的物理性质：1、密度、密度地球的平均密度：5.516g/cm3地表岩石平均密:2.7g/cm3地心的密度:13g/cm32、地球的压力地球内部压力是随深度加大而逐渐增高的。深度每增加km，压力增加27.5 M
4、Pa1 MPa1兆帕斯卡N/m。深部随着岩石密度的加大，静岩压力增加得更快些。静岩压力在莫霍面附近约1200 MPa，古登堡面附近约135,200 MPa，地心处可达361,700 Mpa，相当于360万个大气压力。地表地心3、地球的重力地球的重力地球的重力 地球自转引起的离心力和地球引力的合力。P=F+dF=GMm/R2 d=r(G(G为万有引力常数，为角速度)因为离心力相对很小，即使在赤道也只有万有引力的1/289，所以重力根本上就等于万有引力，方向也根本上指向地心。为了便于比较，通常用单位质量所受的引力来表示重力重力加速度 g g=GM/R2 (单位用伽Gal)1 Gal=1cm/s2重
5、力的变化 重力在地表的变化 重力随纬度的增加而增加，随海拔高度的增加而减小。假设将地球视为均质体，以海平面为基准可计算出不同纬度的标准重力值。g=987.032(1+5.3*10-3*sin2-5.9*10-6*sin22)g 为重力伽，为纬度 重力在地球内部的变化 影响重力大小的不是整个地球的总质量，而主要是所在深度以下的质量。由于地壳与地幔的密度都比较小，从地表到地下2900km的核幔界面，重力大体上是随深度增加而略有增加，但有波动。在核幔界面上，重力值到达极大(约1069伽)，再往深处去,各个方向上的引力趋向平衡,重力值逐渐减少，直至变小为零。重力异常 实际测得的重力值与理论重力值之间的
6、差值，称重力异常。当实测重力值 理论重力值,称正异常 当实测重力值 理论重力值,称负异常 在埋藏有密度较小物质如石油、煤、盐等非金属矿产的地区，常显示负异常；而埋藏有密度大物质如铁、铜、铅、锌等金属矿产的地区，就显示正异常。所以人们就可以通过重力测量，来圈定重力异常的区域，寻找那些引起重力异常的非金属和金属矿产。这就是地质勘查中常用的重力探勘方法4、地球的磁场地磁场地磁场：地球周围存在的磁场 它有两个磁极，其磁北极位于地理北极附近，磁南极位于地理南极附近，但不重合，地磁轴与地球自转轴的夹角现在约为11.5度，1980年实测的磁北极位于北纬78.2度、西经102.9度加拿大北部，磁南极位于南纬6
7、5.5度，东经139.4度南极洲。地磁轴地磁轴地理轴地理轴地磁三要素地磁三要素：磁场强度、磁偏角、磁倾角磁场强度：为某地点单位面积上磁力大小的绝对值。它是一个具有方向磁力线方向和大小的矢量，一般在磁两极附近磁感应强度大约为60T微特拉斯；在磁赤道附近最小约为30 T。磁偏角：磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角。即，磁子午线与地理子午线之间的夹角。磁偏角的大小各处都不相同。在北半球，如果磁力线方向偏向正北方向以东称为东偏，偏向正北方向以西称为西偏。我国东部地区磁偏较为西偏，甘肃酒泉以西地区为东偏。磁倾角：指磁针北端与水平面的交角。通常以磁针北端向下为正值，向上为负值。地球外表磁倾
8、角为零度的各点的连线称为地磁赤道；磁倾角的变化磁倾角的变化 由地磁赤道到地磁北极，磁倾角由0逐渐变为+90；由地磁赤道到地磁南极，磁倾角由0变成-90。我国在北半球，罗盘南针要绑铜线，为什么？地磁轴地磁轴地理轴地理轴5、地球的温度地温人们可以火山和温泉意识到地下深处是热的，地球的温度总体上是从地表向地内逐渐增高的。在地表附近，由于太阳幅射热的影响，温度有昼夜变化、季节变化和多年周期的变化这一表层可叫外热层或变温层。外热层的深度一般在十几米在其下界面附近，地温常年保持不变，等于或略高于当地年平均气温，该处称为常温层。常温层以下，受到地球内部热量的影响，温度逐渐升高。一般把在常温层以下，每向下加深
9、100所升高的温度称为地热增温率或地温梯度。这是由于地球内部热量通过向上热传导而造成的。世界上不同地区，地温梯度都不相同，地球表层的平均地温梯度为。海底的地温梯度一般为，大陆为.大陆的地温梯度一般来说是显著低于海底的6、地球的弹塑性弹塑性弹塑性 地球具有弹性弹性，表现在地球内部能传播地震波，因为地震波是弹性波。地表的固体岩石在日、月引力的作用下也有交替的涨落现象，其幅度为78cm,这种现象称为固体潮。也说明固体地球具有弹性。地球也具有塑性塑性，地球的自转能引起地球赤道半径加大而成为椭球。在应力的作用下引起岩石发生弯曲而不破裂等，这些都说明地球具有塑性。三、地球的圈层构造：三、地球的圈层构造：1
10、.地球的外部圈层地球的外部圈层 水圈水圈大气圈大气圈生物圈生物圈2.地球的内部圈层地球的内部圈层 地壳、地幔和地核三个主要圈层。地壳、地幔和地核三个主要圈层。软软流流层层：又又称称低低速速带带40-250 km处处，地地震震波波波波速速低低，温温度度接接近近岩岩石石熔熔点点，塑塑性性较较大大，利利于于岩岩石石活活动。动。某些区域内不能传播横波某些区域内不能传播横波-岩石可能已为液态。岩石可能已为液态。软流圈以上的地幔和地壳合称岩石圈。软流圈以上的地幔和地壳合称岩石圈。第二节地球的演化与地质作用第二节地球的演化与地质作用 地球的演化：板块边界构造带地质作用：内动力地质作用外动力地质作用内、外动力
11、地质作用之间的相互关系地貌：一内动力地质作用：一内动力地质作用：地壳运动地壳运动-高山、湖泊、盆地等高山、湖泊、盆地等 分水平和垂直作用两种。是地壳运动，诱发分水平和垂直作用两种。是地壳运动，诱发地震，影响岩浆、变质作用的重要条件，也地震，影响岩浆、变质作用的重要条件，也影响外动力作用的强度和变化。影响外动力作用的强度和变化。岩浆作用岩浆作用-火山喷发、岩浆运动火山喷发、岩浆运动变质作用变质作用-变质岩变质岩地震作用地震作用-地震地震即即由地球内部能量引起的地质作用。由地球内部能量引起的地质作用。海啸海啸二外动力地质作用：二外动力地质作用：1.风化作用风化作用-是外力作用中是外力作用中最为普遍
12、的一种。最为普遍的一种。(1)物理风化作用：物理风化作用：剥离 冰劈 晶胀(2)化学风化作用：化学风化作用：氧化作用溶解作用水解作用水化作用碳酸化作用(3)生物风化作用：生物风化作用：生物的机械破坏：生物的机械破坏：生物的化学破坏：生物的化学破坏：2.剥蚀作用剥蚀作用 3.搬运作用搬运作用 4.沉积作用沉积作用-从介质中别离出来。从介质中别离出来。5.成岩作用成岩作用-随着沉积物的埋随着沉积物的埋深而升温、加压，发生化学反响。深而升温、加压，发生化学反响。岩石的释荷岩石的释荷 在地下深处的岩石承受巨大静压力，其潜在膨胀力是十分惊人。岩石从地在地下深处的岩石承受巨大静压力，其潜在膨胀力是十分惊人
13、。岩石从地下深处变到地表条件时由于上覆静压力减小而产生张应力形成一系列与地表平行下深处变到地表条件时由于上覆静压力减小而产生张应力形成一系列与地表平行的宏观和微观的内部破裂面。形成这种裂隙构造的作用称为剥离作用。的宏观和微观的内部破裂面。形成这种裂隙构造的作用称为剥离作用。氧化作用氧化作用 大气圈中氧含量为201。当岩石和矿物暴露于地表或位于地表层时，与氧充分接触，发生一系列氧的反响化学。喀斯特作用溶蚀作用喀斯特作用溶蚀作用在包气带，地下水在可溶性岩石的裂缝中向下渗流，使裂缝不断加深加宽，形成石芽，石芽，石芽不断升高。在岩石成分较纯、岩层巨厚、岩层倾角平缓的可溶性岩石地区，石芽可高达几十米，远
14、望宛如树林，称为石林。石林。风的剥蚀作用 风的搬运作用 地下水的化学沉积作用 在地下水携带着被溶解的碳酸盐物质渗流到开阔的溶洞、泉口以及扩大了的节理时，由于压力减小，导致地下水中的二氧化碳逸出，碳酸氢钙被分解成碳酸钙而产生沉淀。三内、外动力地质作用之间的相互关系：内、外动力地质作用是对立统一的关系。既互相排斥对立，又互相依存联系，推动着地壳的演变和开展。内动力地质作用的总趋势是形成地壳表层的根本构造形态和地壳外表的上下起伏；外动力地质作用那么是破坏内动力地质作用形成的地形或产物，总趋势是削高补低，形成新的沉积物。三、地貌认识地貌：认识地貌：概念概念地貌的形成和开展的动力地貌的形成和开展的动力地
15、貌的分级与分类地貌的分级与分类地貌根本要素：地形面、地形线和地形点地貌根本要素：地形面、地形线和地形点地貌形态测量特征：高度、坡度和地面切割程度地貌形态测量特征：高度、坡度和地面切割程度等。等。地貌的分级：星体地貌、巨型地貌、大型地貌、地貌的分级：星体地貌、巨型地貌、大型地貌、中型地貌、小型地貌。中型地貌、小型地貌。地貌的分类地貌的分类 地貌的形态分类地貌的形态分类 按地貌的绝对高度、相对高度以及地面的按地貌的绝对高度、相对高度以及地面的平均坡度等分高、中、低山、丘陵平均坡度等分高、中、低山、丘陵 地貌的成因分类：分为内生地貌构造与地貌的成因分类：分为内生地貌构造与火山地貌和外生地貌斜坡地貌详
16、见第五章火山地貌和外生地貌斜坡地貌详见第五章与山岭地貌、重力、风、水、冰、冻土、岩与山岭地貌、重力、风、水、冰、冻土、岩溶、黄土、海岸、湖泊和沼泽、平原、人工等溶、黄土、海岸、湖泊和沼泽、平原、人工等两大类。两大类。第三节公路工程地质概论第三节公路工程地质概论一、工程地质学概念一、工程地质学概念 1、工程地质问题、工程地质问题 2、地、地 质质 环环 境境 工程地质条件与人类经济活动的关系工程地质条件与人类经济活动的关系 工程地质条件在路桥工程中的重要意义工程地质条件在路桥工程中的重要意义 3、工程地质现象：、工程地质现象：4、公路工程地质学研究对象：公路工程活动与、公路工程地质学研究对象：公
17、路工程活动与地质环境之间的相互制约关系。地质环境之间的相互制约关系。二、公路工程地质学的研究目的与任务二、公路工程地质学的研究目的与任务 三、公路工程地质学的研究内容三、公路工程地质学的研究内容四、工程地质学的开展与分支学科四、工程地质学的开展与分支学科1、工程地质问题：、工程地质问题：工作区的工程地质条件满足不了工程建筑的要求出现的平安使用、地基稳定及经济问题。包括：区域稳定问题：活断裂、地震及其相关的地质问题等；地基稳定问题：如公路常遇的边坡、路基桥基稳定问题；隧道工程常遇的围岩稳定、突然涌水等问题；经济问题：如天然材料的储量、质量等。2、地、地 质质 环环 境：境：又称工程地质条件，通常
18、是指那些影响工程建筑结构类型、施工方法及其稳定性的各各种种自自然然条条件件的的综综合合。这些自然条件包括地层、地质构造、岩性、水文地质、地貌特征、物理地质作用、气候等；此外还包括人为的因素。工程地质条件与人类的经济活动的关系工程地质条件与人类的经济活动的关系工程地质条件与人类的经济活动息息相关，如矿山、水库、电站、工业与民用建筑、道路与桥梁等等工程建筑物，都是以地壳表层的土或岩石为其地基，并受到客观环境地质条件的制约。而这些工程建筑物在施工和使用的过程中，又反过来影响着自然地质条件的变化，产生工程地质现象，使得建筑物的稳定性问题更加复杂化.工程地质条件在路桥工程中的重要意义工程地质条件在路桥工
19、程中的重要意义众所周知，公路是一种延伸很长、且以地壳表层为基底的线形建筑物，它常常要穿越许多自然条件不同的地段，故路桥工程必然要受到不同地段的地质、地理各种因素的影响，这是公路工程区别于房屋、水库、矿山等工程建筑物最主要的特性。因此，在路桥工程建筑的设计、施工中，必须对不同地段的建筑物所处的工程地质条件进行深入调查研究，取得可靠的地质资料后，才能为路或桥的合理布设、平安施工、正常运营起到保障作用。例如，某一公路在穿过峡谷时，由于开挖边坡后岩体沿裂隙面失重而产生崩塌。该峡谷的岩性属泥盆系观雾山组(D2,)的厚层及中厚层灰岩和白云质灰岩，岩层产状大致顺河水流向倾斜。峡谷岩性坚硬，崖壁陡峭，坡高约8
20、0m,处于自然稳定状态；但节理很发育，其中有一组节理倾向河心。当沿崖脚顺河修筑公路，经大爆破开挖边坡后，破坏了自然稳定度，于1984年7月大雨之后突然发生数十万立方米的塌方，中断交通达半年之久。疏通后，道路向河岸加宽，用半旱桥式挡土墙加固外边坡。然而内边坡高崖上还有多处风化裂隙，崩塌的隐患仍然存在！1、目目的的：一一、2已已述述工工程程地地质质条条件件与与人人类类的的公公路路工工程程活活动动息息息息相相关关，因因而而对对工工程程地地质质条条件件进进行行调调查查、研研究究，作作出出较较全全面面的的评评估估和和提提出出应应采采取取的的相相应应措措施施，以以求求保保证证公公路路工工程程的的稳稳定定性
21、性和和正正常常使使用用，就就成成为为公公路路工工程程地地质学的目的。质学的目的。2、公路工程地质学的任务是：、公路工程地质学的任务是：评价各类建筑场地的工程地质条件；评价各类建筑场地的工程地质条件；预测在工程建筑物作用下地质条件可能出现的变化；预测在工程建筑物作用下地质条件可能出现的变化；选定最正确的建筑场地和克服不良地质条件所应采取的工程措施选定最正确的建筑场地和克服不良地质条件所应采取的工程措施从从而而为为保保证证建建筑筑工工程程的的合合理理设设计计、顺顺利利施施工工和和正正常常使使用用提提供供可可靠靠的的地地质质科科学学依据。工程活动与地质环境之间的相互制约关系。依据。工程活动与地质环境
22、之间的相互制约关系。二、公路工程地质学的研究目的与任务：二、公路工程地质学的研究目的与任务：三、工程地质学的研究内容：三、工程地质学的研究内容：工程岩土学：研究土石的工程性质、内在机理及其在天然或人为影响下的变化规律。工程地质分析：用地质学的根本原理分析研究公路工程的主要工程地质条件、力学机制及其开展变化规律、以及评价和防治它们的不良影响。公路工程地质勘察：用地质手段查明公路工程地质活动中的地质因素。勘察报告举例 四、工程地质学的开展与分支学科：四、工程地质学的开展与分支学科：古代劳动人民在长期的生产实践中积累了丰富的经验。古代劳动人民在长期的生产实践中积累了丰富的经验。20C30年年代代，诞
23、诞生生了了独独立立的的工工程程地地质质学学科科。1932年年原原苏苏联联莫莫斯斯科科地地质质勘勘探探学学院成立了第一个工程地质教研室。院成立了第一个工程地质教研室。随随着着经经济济的的开开展展，工工程程地地质质理理论论得得到到开开展展，形形成成一一些些分分支支学学科科，如如环环境境工工程程地地质质、地地震震工工程程地地质质、矿矿山山工工程程地地质质、工工民民建建工工程程地地质质、公公路路工工程程地地质质、城城市市规规划工程地质。划工程地质。产业政策分析预测：西部地区，农村公路将有产业政策分析预测：西部地区，农村公路将有20%的费用用于灾害治理。的费用用于灾害治理。本章重点回忆与复习公路工程活动与工程地质条件关系；地球的物理性质；内、外动力地质作用类型及其相互关系；地貌类型与根本概念