工程地质课程作业.docx

工程地质课程作业土木114 刘飞 201111601404地球是太阳系族中的一员，它围绕太阳和自身发生旋转运动。地球的表层成为地壳。它是地球上主要生物赖以生存的基础。人类所有可以利用的矿产资源都埋藏于地壳上部的岩石圈中，地壳也是建筑材料和矿产资源的主要来源地。故地壳是地球科学的重点研究对象，它也是人类生存和工程建筑的环境和物质基础。工程地质剖面图中国地质图工程地质学研究地壳的岩石组成、地质构造、地下水等常见的地层特征，用以选择工程建筑的施工地点和判断施工地点的合理性，规避发生对工程建筑造成破坏的地质灾害等浪费人力物力的自然灾害发生在人类活动的地方。1.主要岩石类型及其工程意义组成地壳的岩石，都是在一定的地质条件下，由一种或几种矿物自然组合而成的矿物集合体。矿物的成分、性质及其在各种因素影响下的变化，都会对岩石的强度和稳定性产生影响。主要岩石可以分为三大类：岩浆岩，沉积岩，变质岩。见下表：岩石类型及其定义和成因岩石的结构与构造常见的岩石岩浆岩岩浆岩又称火成岩，它是由地壳深处的岩浆沿地壳构造薄弱地带上升侵入地壳或喷出地面冷却凝固后形成的岩石。岩浆岩的结构: 按矿物结晶程度划分：全晶质结构、半晶质结构、非晶质结构。 按矿物中颗粒物的绝对大小划分：显晶质结构、隐晶质结构。 按矿物中颗粒物相对大小划分：等粒结构、不等粒结构、斑状结构和似斑状结构。岩浆岩的构造：块状构造、流纹岩构造、气孔状构造、杏仁状构造酸性岩类：花岗岩、花岗斑岩、流纹岩中性岩类：正长岩、正长斑岩、粗面岩、闪长岩、闪长斑岩、安山岩基性岩类：辉长岩、辉绿岩、玄武岩沉积岩沉积岩是在地壳表层常温常压条件下，由风化产物、有机质和某些火山作用产生的物质，经搬运、沉积等一系列地质作用而形成的层状岩石。沉积岩的结构： 碎屑结构（包括：砾状结构、砂质结构、粉砂质结构）、泥质结构、化学结构（又称结晶结构）、生物结构。沉积岩的构造：1.层理结构（水平层理、单斜层理、交2.错层理、波状层理）3.层面构造4.化石结核在沉积岩中通常能够发现生物化石。沉积岩可以分为以下几类：碎屑岩类：火山角砾岩、凝灰岩、砾岩、砂岩、粉砂岩黏土岩类：泥岩和页岩（均主要由黏土矿物组成，炭质页岩由黏土矿物及有机质组成）化学及生物化学类岩：石灰岩和白云岩（均含有含量不低的方解石）。变质岩地壳中已存在的岩石由于地壳运动和岩浆活动等造成物理化学环境的改变，处在高温高压及其他化学因素作用下，使原来岩石的成分、构造和结构发生变化而形成的新岩石。变质岩的结构： 变余结构（在变质过程中，重结晶、变质结晶不完全，原有结构被部分保留下来）、变晶结构、碎裂结构（低温下受定向压力作用，压力超过其强度极限）变质岩的构造：斑状结构千枚状结构片状结构片麻状结构块状结构变质作用可以分为以下几类及其常见岩石：片理状岩类:板岩、千枚岩、片岩、片麻岩块状岩类：大理石、石英岩、硅卡岩、蛇纹岩、云英岩构造破碎岩类：断层角砾岩、糜棱岩（块状岩类和构造破碎岩类的构造均为块状构造）沉积岩的层状结构三种岩石的相互转化化为什么要研究岩石的类型及其性质，它有什么工程意义呢？岩石作为建筑物地基和建筑材料，它的强度、构造、分布等直接决定了建筑物的选址以及建筑物的安全性能。在应用时，我们必须注意影响其物理力学性质变化的因素。岩石的工程地质性质包括物理性质、水理性质和力学性质三个主要方面。就大多数的工程地质问题来看，岩体的工程地质性质主要取决于岩体内部裂隙系统的性质及其分布情况，但岩石本身性质也起着重要的作用。对岩石进行研究，可以判读出当地的地质年代，这对于建筑物的选址将是十分关键的。岩石作为最原始的建筑材料，它在保护人类的安全方面起到了无与伦比的作用，现在社会也同样离不开岩石。同时，岩石又不仅仅是一种建筑材料，它还是一种装饰材料。基于岩石的广泛用途，岩石已经成为了一门独立的学科。研究岩石类型以及其性质，将有助于我们修建更加美观与安全的建筑物，更好地利用大自然赐予我们的宝贵自然财富。2.论述主要的地质构造及其工程意义地质构造是指地壳中的岩层地壳运动的作用发生变形与变位而遗留下来的形态。地质构造因此可依其生成时间分为原生构造(primary structures)与次生构造(secondary structures或tectonic structures)。次生构造是构造地质学研究的主要对象，而原生构造一般是用来判断岩石有无变形及变形方式的基准。构造也可分为节理、褶皱和断裂。地质构造的运动类型基本有两类：升降运动（vertical movement）和水平运动（horizontal）。水平岩层指的是岩层平行水平面或者是大致平行水平面的岩层，即岩层和水平面之间的夹角为00或者接近00（50）。大致向同一个方向倾斜的岩层成为倾斜岩层（tilted），倾斜岩层的层面和水平面之间有一个较大的夹角。节理节理（joint）或称裂隙，是存在于岩层、岩体中的一种破裂，破裂面两侧的岩块没有显著位移的小型断裂构造。节理按照成因分类可以分为构造节理和非构造节理，非构造节理由于主要分布在地标附近岩石中，对地下采矿一般无明显影响，但对地下水的活动和工程建设影响较大。按照节理产状与所在岩层产状的关系分类，主要是其空间方位关系划分，可以分为走向节理、倾向节理、斜向节理和顺层节理。按照节理走向与所在褶曲的轴向的关系分类可以划分为纵节理、横节理和斜节理。将构造节理按照力学性质分为两类：张节理和剪节理。节理的工程评价：a,节理破坏了岩石的整体性，增大了地下室和坑道顶板岩石垮塌的可能性。b,节理可能成为地下水的运移的通道，增加突发水事故的概率。c,节理缝隙被黏土等物质充填润滑，节理面成为软弱结构面，从而使斜坡体容易滑动。d,在挖方和采石时，利用节理面以提高效率。e,在节理发育的岩石中，有可能找到裂隙地下水。张节理柱状节理褶皱构造岩层在形成时，一般是水平的。岩层在构造运动作用下，因受力而发生弯曲，一个弯曲称褶曲，如果发生的是一系列波状的弯曲变形，就称为褶皱。褶曲的形态是多种多样的，褶曲的基本类型只有两种：背斜和向斜。示意图如下：褶皱的形成主要包括以下三种原因：水平挤压作用形成褶皱水平扭动作用形成褶皱垂直运动形成的褶皱褶皱的基本形态是褶曲，褶曲要素是从不同的侧面反映褶曲空间形态特征的几何要素，主要有以下一些：核部，翼部，翼间角，转折端，枢纽（为褶曲同一平面上各最大弯曲点的连线，也可以看成轴面与褶曲层面的交线），轴面，轴迹，脊线和槽线。褶曲的横剖面形态分类有以下形态：直立褶曲，倾斜褶曲，倒转褶曲，平卧褶曲按纵剖面分类有：水平褶曲，倾伏褶曲褶曲的平面形态分布：线状褶曲，短轴褶曲，穹窿褶曲，构造盆地。褶曲的坡面类型褶曲对工程的影响：褶皱核部：由于褶皱核部是岩层受构造应力最为强烈、最为集中的部位，因此在褶皱核部，不论是公路、隧道或桥梁工程，容易遇到工程地质问题，主要是由于岩层破碎产生的岩体稳定问题和向斜核部地下水的问题。这些问题在隧道工程中往往显得更为突出，容易产生隧道塌顶和涌水现象。 褶皱的翼部：主要是单斜构造中倾斜岩层引起的顺层滑坡问题。对于深路堑、高切坡来说，当路线垂直岩层走向，或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时形成反向坡，就岩层产状与路线走向的关系而言，对边坡的稳定性是有利的；当路线与岩层走向平行且岩层倾向与边坡倾向一致时形成顺向坡，稳定性较差，特别是当边坡倾角大于岩层倾角时且有软弱岩层分布在其中时，稳定性最差。对于隧道工程来说，从褶皱的翼部通过一般较为有利。如果中间有软弱岩层或软弱结构面时，则在顺倾向一侧的洞壁，有时会出现明显的偏压现象，甚至会导致支护结构的破坏，发生局部坍塌。 对于隧道等深埋地下工程，一般应布置在褶皱的翼部，因为隧道通过均一岩层有利于稳定。3.说明土的主要三相比例指标？土的压缩模量与变形模量的区别？土的三相系是指土是由土颗粒（固相）、土中水（液相）、土中气（气相）组成的。土的三相组成物质的差异、结构构造不同及形成年代不同等因素必然影响土的工程性状，并在土的含水量、重度、软硬程度、孔隙比、强度、承载能力方面有所反映。为了了解土的基本物理性质，需要对土的三相土粒、土中水和土中气的组成进行数量上的研究。在不同成分和结构的土中，土的三相之间具有不同的比例。图中各符号的意义：ms-土粒重量；mw-土中水中量；m-土的总重量vs-土粒体积；vw-土中水体积；va-土中气体积；vv-土中孔隙体积；v-土的总体积土的三相物理指标换算图土的三相比例指标包含以下几个方面：1， 土的重度单位体积土的重量称为土的重度（单位为kn/m3）,即2， 土的含水量3， 土的饱和度4， 土的孔隙比和孔隙率孔隙比 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。土的三相比例指标换算公式土的压缩模量：在完全侧限条件下，土的竖向附加应力增量与相应的应变增量之比值，它可以通过室内压缩试验获得。土的变形模量是通过现场载荷试验求得的压缩性指标，即在部分侧限条件下，其应力增量与相应的应变增量的比值。4.为什么要进行地下水的侵蚀性实验？地下水，是贮存于包气带以下地层空隙，包括岩石孔隙、裂隙和溶洞之中的水。地下水是水资源的重要组成部分，由于水量稳定，水质好，是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。但在一定条件下，地下水的变化也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。环境水会对建筑材料产生腐蚀，我们需要对其进行评价。地下水腐蚀的原理腐蚀其实就是材料与环境间物理化学作用而引起材料本身性质的变化。地下水或潮湿的土中的某些盐类，通过毛隙水上升，浸入混凝土的毛细孔中，经过干湿交替作用，盐溶液在毛细孔中被浓缩至饱和状态，当温度下降时，析出盐的结晶，晶体膨胀使混凝土遭受腐蚀破坏。温度回升，水汽增加时，结晶会潮解，当温度再次下降时，再次结晶，腐蚀进一步加深。（水、土）中的腐蚀速度，缩短了建筑物的使用寿命。腐蚀可以分为以下几类：(1)结晶性腐蚀(2)分解性腐蚀(3)结晶分解复合性腐蚀水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性评价水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性评价方法和步骤主要是首先判断钢筋混凝土结构是否处于地下水( 包括地表水) 的干湿交替作用中或是处于长期浸水状态, 然后再根据水中的cl-( mg/l) 含量按规范进行腐蚀性评价。水对钢结构的腐蚀性评价水对钢结构的腐蚀性评价可直接根据环境水( 包括地下水和地表水) 的ph 值和水中( cl-+so2-4 )含量( mg/l) 按规范进行腐蚀性评价。进行地下水的侵蚀性评价，主要是因为在工程设计及灾害预防上有应用需求，比如：1、建筑的基础，一般是由钢筋混凝土构成，如果地下水浸泡到基础且具有较强的侵蚀性，设计及施工时会采取相应的预防措施，避免基础由于地下水的侵蚀而降低强度影响建筑的使用安全；2、使用水泥管或钢管作为生活或工业用水的输排管道时，如果不做防护，由于地下水的侵蚀性会降低使用年限。地下水的腐蚀作用, 主要反应在它对混凝土与金属材料和设备的破坏上。当地下水中含有某些成分时, 对建筑材料中的混凝土, 金属等有侵蚀性和腐蚀性, 它破坏混凝土基础, 危害建筑物和构筑物的稳定性, 当建筑物的混凝土基础及其它混凝土构件经常处于地下水的作用时, 在工程地质勘察中, 必须采取水样，进行水化学腐蚀性分析, 评价地下水的侵蚀性, 为工程设计提供依据。因此，地下水腐蚀性的强弱主要与水的特殊化学组份有关外, 还与建筑场地的自然地理环境和水文地质条件密切相关, 这些在评价时都应考虑。然而，近些年来, 随着工农业的迅猛发展, 人为因素的影响已到了不可忽视的地步, 是地下水腐蚀性评价中值得重视的一个方面。例如长春市地下水ph =6.5, 一般对混凝土没有腐蚀性, 因此, 水质评价问题不突出。但随着工农业发展, 尤其工业废渣的堆放和废液的排放, 局部形成腐蚀性十分严重, 1992 年扩建一汽厂时, 场地为粉煤灰堆积厚0.5 5.0 m , 并为废硫酸排放区, 地下水中so 2-4 含量超过允许值100 倍, 并占场地2/3 均为强烈腐蚀性区域。如不研究地下水水质的腐蚀性, 采用相应措施, 其后果将不堪设想。目前, 在我国各大中城市, 大规模开采地下水, 造成地下水位大幅度下降的现象非常普遍,使地下水赋存的环境发生变化, 破坏了原来的水文地质条件, 导致水化学成分有很大的变化, 有可能使地下水从无腐蚀性变为有腐蚀性。此种情况, 在评价地下水的腐蚀性中, 应予以充分注意。预防腐蚀的措施1、原材料的选择:(1)水泥:混凝土的强度和性能,主要起决于水泥,一旦遭受腐蚀,强度及性能将不复存在。由于各种水泥的矿物组份不同,因而对各种腐蚀性介质的耐蚀性就有差异,正确选用水泥品种,对保证工程的耐久性有重要意义。:(2)粗、细集料的耐蚀性和表面性能对混凝土的耐蚀性能具有很大影响。混凝土中所采用粗细集料,应保证致密,同时控制材料的吸水率以及其它杂质的含量,确保材质状况。(3)搅拌及养护用水:考虑其对混凝土及砂浆强度的耐久性影响,应正确选择混凝土搅拌及养护用水,检查其杂质情况,目前主要采用自来水,严禁采用海水和井水.(4)外加剂:在拌制混凝土过程中掺入外加剂,可以改善混凝土性质,如提高混凝土密实性或对钢筋的阻锈能力,从而提高混凝土结构的耐久性,如阻锈剂、密实剂、早强剂等。由于外加剂的化学组成中的氯盐可能使混凝土结构中的钢筋脱钝,给结构物带来隐患。在选择外加剂时需对其中氯盐的含量进行检测,并做相关实验。2、混凝土配合比的设计:提高混凝土自身的防腐性能,主要提高其密实性和抗中性化能力,一般混凝土的强度等级宜c25,对于预应力混凝土结构,其强度等级c35。为合理减少水泥和混凝土中碱的含量,应尽量采用低碱水泥。同时合理使