工程地质学 复习资料.doc

第 2 章 岩石的成因类型及其工程地质特征地球的内部构造：依各圈层的特点可分为：地壳、地幔、地核。 地壳：地球的固体外壳叫做地壳。地幔：处于地壳和地核中间，也称中间层或过渡层。根据化学成分的不同分两层：地幔上层和地幔下层地核: 主要化学成分是铁、镍，所以又称铁镍核心岩石: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结合体。矿物: 存在于地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物，称为矿物。矿物的物理力学性质主要有：光学性质、力学性质和形态特征等。（一） 光学性质颜色、光泽、条痕1颜色：矿物的颜色，是矿物对可见光波的吸收作用产生的。2光泽：矿物表面呈现的光亮程度，称为光泽。它是矿物表面的反射率的表现。 按其反射强弱程度，分金属光泽 、半金属光泽和非金属光泽。非金属光泽有：玻璃光泽、珍珠光泽、丝绢光泽、油脂光泽、蜡状光泽、土状光泽。3条痕 ：矿物在无釉瓷板上摩擦时所留下的粉末痕迹，它是指矿物粉末的颜色。（二）力学性质1硬度 摩氏硬度计：是硬度对比的标准，从软到硬依次由下列10种矿物组成称为摩氏硬度计。 （1）滑石（2）石膏（3）方解石（4）萤石 （5）磷灰石（6）正长石（7）石英（8）黄玉（9）刚玉（10）金刚石2 解理、断口 矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，称为解理。裂开的光滑平面称为解理面。不具方向性的不规则破裂面，称为断口。 据解理的完全程度，可将解理分为以下几种： 极完全解理：易裂开成薄片，解理面大而完整，平滑光亮，如云母。 完全解理：沿解理方向开裂成小块，解理面平整光亮，如方解石。 中等解理：既有解理面，又有断口，如正长石。 不完全解理：常出现断口，解理面很难出现，如磷灰石。 （三）形态特征 1单体矿物形态：单向延长类型、双向延长类型、三向延长类型。2集合体的形态有：晶簇、纤维状、粒状、鲕状、钟乳状、土状 、块状。（四）其他性质如滑石的滑腻感，方解石遇盐酸起泡等，都可作为鉴别这种矿物的特征。常见的造岩矿物：见课本P9页表2-2：主要掌握黄铁矿、方解石、石英、正长石、云母、高岭石、角闪石、辉石、橄榄石等矿物的鉴定方法：课本P231自然界中的岩石按成因分类： 岩浆岩 ，沉积岩 ，变质岩岩浆岩2岩浆岩：岩浆岩的产状？岩浆岩的矿物成分？岩浆岩的结构、构造？常见的岩浆岩？3岩浆岩的形成：地壳下部放射性元素不断蜕变而放出大量的热能，使物质处于高温（1000C以上）、高压的过热可塑状态。当地壳变动时，上部岩层压力一旦减低，过热可塑性状态的物质就立即转变为高温的熔融体，称为岩浆。岩浆内部压力很大，不断向地壳压力低的地方移动，以致冲破地壳深部的岩层，沿着裂缝上升。上升到一定高度，温度、压力都要减低。当岩浆的内部压力小于上部岩层压力时，迫使岩浆停留，冷凝成岩浆岩。4根据岩浆岩冷凝时地质环境不同，分为三大类：深成岩，浅成岩，喷出岩（火山岩）5岩浆岩的产状：岩基，岩株，岩盘，岩床，岩脉。6岩浆岩中的矿物分类（按颜色）（1）浅色矿物：长石、石英、白云母等（2）深色矿物：角闪石、辉石、黑云母等7岩浆岩的分类（按SiO2含量）：酸性岩类、中型岩类、基性岩类、超基性岩类。8按矿物结晶程度可分为以下三类结构：（1）全晶质结构（2）半晶质结构（3）非晶质结构（或称玻璃质结构）9按矿物颗粒相对大小分：等粒结构（全晶质）：同一种矿物的结晶颗粒大小近似者。似斑状结构（全晶质）：岩石中的同一种主要矿物，其结晶颗粒大小悬殊。其中晶形比较完好的粗大颗粒称为斑晶，小的结晶颗粒称为石基。斑状结构（半晶质）：由结晶颗粒和基质组成。10按矿物颗粒绝对大小分（全晶质）：粗粒结构，中粒结构，细粒结构，微粒结构11构造：指矿物在岩石中的组合方式和空间分布情况。 岩浆岩构造的特征，主要取决于岩浆冷凝时的环境。岩浆岩最常见的构造主要有： 块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造。 12常见的岩浆岩：见P.13表2-3沉积岩1沉积岩的成因：沉积岩是在地表和地表下不大深的地方，由松散堆积物在温度不高和压力不大的条件下形成的。它是地壳表面分布最广的一种层状的岩石。 成岩过程：岩石风化分解成碎屑或粘土矿物搬运沉积压密、胶结、重结晶成岩硬结成岩作用 2（1）物质组成：碎屑物质，粘土矿物，化学沉积矿物，有机质及生物残骸3沉积岩的分类碎屑岩类：碎屑物质组成。其中由先成岩石风化破坏产生的碎屑物质形成的，称为沉积碎屑岩，如砾岩、砂岩及粉砂岩等；由火山喷出的碎屑物质形成的，称为火山碎屑岩，如火山角砾岩、凝灰岩等。 粘土岩类：粘土矿物组成。如泥岩、页岩等。化学及生物岩类：碳酸盐类的矿物及部分有机物组成。如灰岩、白云岩、方解石等。4沉积岩的构造 沉积岩的构造有层理构造和层面构造两种。其中层理构造为沉积岩的主要构造。5沉积岩常见的层理构造有：水平层理，斜层理，交错层理 6沉积岩与岩浆岩的区别：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。 在沉积岩的组成物质中，粘土矿物、方解石、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。变质岩1变质岩的概念：变质岩是由原来的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）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的岩石。2. 变质作用的因素：引起变质作用的主要因素是高温、高压和新的化学成分的加入3. 变质岩的一般特征：（1）矿物成分（2）变质岩的结构（3）变质岩的构造4.常见的变质岩：见P.22表2-5。最后熟记P25，图2-6（一）沉积岩相对地质年代的确定方法（四种方法）1. 地层对比法：以沉积的顺序作为对比的基础。自然顺序为先沉积的在下，后沉积的在上。2. 地层接触关系法：1) 整合接触：沉积区处于相对稳定阶段，沉积区连续不断地进行着堆积，这样，堆积物的沉积次序是衔接的，产状是彼此平行的，在形成的年代上也是顺次连续的，岩层之间的这种接触关系。称为整合接触。 指上下两套岩层是连续沉积，未经中断，上下岩层平行。2）不整合接触：沉积地层在形成过程中，发生沉积间断，在岩层的沉积顺序中，缺失沉积间断期的岩层，上下岩层之间的这种接触关系，称为不整合接触。分平行不整合（假整合）和角度不整合。 不整合接触面以下的岩层先沉积，年代比较老；不整合接触面以上的岩层后沉积，年代比较新。 3.岩性对比法：以岩石的组成、结构、构造等岩性方面的特点为对比的基础。认为在一定区域内同一时期形成的岩层，其岩性特点基本上是一致的或近似的。4.古生物化石方法：生物的演化规律由低级到高级，由简单到复杂。只要确定出岩层中所含标准化石的地质年代，那么这些岩层的地质年代，自然也就跟着确定了。（二）、岩浆岩相对地质年代的确定方法侵入接触：岩浆岩侵入到沉积岩之中，使围岩发生变质现象，则岩浆岩晚于被侵入岩石。沉积接触：岩浆岩经风化剥蚀后，又继续接受沉积，剥蚀面上部的沉积岩层无变质现象，而在沉积岩的底部往往存在有由岩浆岩组成的砾岩或风化剥蚀的痕迹。则岩浆岩早于上覆沉积岩。二、地质年代单位与地层单位划分主要依据：地壳运动和生物的演化地层单位：在每一个地质年代中，都划分有相应的地层。熟记地质年代单位与相对应的地层单位表（课本P27表2-7），及地质年代表（课本P28，表2-8 ） 第四纪地质特征： 新生代第四纪时期距今23百万年，在第四纪历史上发生了两大变化即人类的出现和冰川作用。 第三章：地质构造及其对工程的影响主要内容：水平构造、单斜构造、褶皱构造、断裂构造、不整合岩石与岩体的工程地质性质：概 述地质构造的定义：构造变形在岩层和岩体中遗留下来的各种构造行迹。特点：规模大小不一，大的如构造带，纵横几千km，小的如岩石的片理。但它们在形成、发展和空间分布上，存在密切的内部联系。区域地质构造的复杂性3.1 水平构造和单斜构造一、基本概念水平构造：未经构造变动的岩层，其形成的原始产状是水平的，先沉积在下，后沉积在上，称为水平构造。单斜构造：原来水平的地层，在受到地壳运动的影响后，岩层向同一个方向倾斜，称为单斜构造。（褶皱的一翼、断层的一盘等）二、岩层产状岩层产状：岩层的空间位置产状三要素：走向、倾向、倾角 走向：岩层层面与水平面交线的方位角。表示岩层的空间延伸方向 倾向：表示岩层的倾斜方向与走向垂直 倾角：岩层层面与水平面的夹角（锐角）3.2 褶皱构造褶皱构造：地层受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列的波状弯曲而未丧失其连续性的构造。褶皱构造是岩层产生的塑性变形，是地壳表层广泛发育的基本构造之一。一、褶曲 褶皱构造中的一个弯曲，称为褶曲。褶曲要素：核部、翼、轴面、轴及枢纽。 核部：最中心的岩层 翼：核部两侧，向不同,方向倾斜的部分 轴面：平分两翼的面(假想面) 轴：轴面与水平面的交线 枢纽：轴面与同一岩层的交线 二、褶曲的类型： 1. 基本类型：向斜、背斜向斜：岩层向上拱起的弯曲。 剥蚀后：中间的地层新，两侧地层老。（老包新） 背斜：岩层向下凹的弯曲。 剥蚀后：中间的地层老，两侧地层新。（新包老） 三、褶皱构造 两个或两个以上褶曲构造的组合,成为褶皱构造。 在褶皱比较强烈的地区，一般的情况都是线形的背斜与向斜相间排列，以大体一致的走向平行延伸，有规律地组合成不同形式的褶皱构造。褶皱的野外观察：野外观察褶曲构造方法： 穿越法：垂直岩层走向进行观察（可以看到很多地层） 追索法：平行于岩层走向。（只看一种地层）3.3 断裂构造主要内容: 断裂概念 裂隙(定义、类型、工程评价、调查统计方法） 断层（定义、断层要素、类型、野外识别等）一、断裂构造 构成地壳的岩体，受力作用发生变形，当变形达到一定程度后，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。 根据断裂后两侧岩块相对位移的情况，断裂构造又分为裂隙和断层。二、裂隙：又称为节理，是没有显著位移的小型断裂构造。1. 裂隙的类型 按成因：构造裂隙 非构造裂隙构造裂隙：是岩体受地应力作用，随岩体变形而产生的裂隙。特点：成因上与相关构造有密切联系；空间分布上有一定的规律性。分类： 张性裂隙张开较宽，断裂面粗糙，间距较大，分布不匀，延伸不远。常出现在背斜和向斜的轴部。 扭（剪）性裂隙平直闭合，分布较密，延伸较远、深，裂隙面光滑，有擦痕。常出现在褶曲的翼部和断层附近。非构造裂隙：由成岩作用、外动力、重力等非构造因素形成的裂隙。分类：风化裂隙、原生裂隙和卸荷裂隙特点：分布凌乱、没有规律性三、断层岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生了显著的位移，称为断层。1. 断层要素 断层面：两侧岩块发生相对位移的断裂面。 破碎带：规模大的断层往往沿着一个错动带发生，在破碎带中常形成糜棱岩，断层角砾和断层泥等。 断层线：断层面与地面的交线。上盘和下盘断层面两侧发生相对位移的岩块，称为断盘。当断层面倾斜时，位于断层面上部的称为上盘；位于断层面下部的称为下盘。断距：断层两盘沿断层面相对移动开的距离。2.断层的基本类型根据两盘相对位移的情况： 正断层 逆断层 平移断层(1) 正断层：上盘下降,下盘上升。一般受张拉力及重力作用。 特点 ：:规模小 断层线平直 断层面较陡，常大于45 (2) 逆断层：上盘上升,下盘下降, 一般受水平向强烈挤压力作用而形成。 特点 ：断层线的方向常与岩层走向或褶皱轴的走向一致;断层面倾角陡缓都有;规模较大。 冲断层：断层面倾角大于45 逆掩断层：断层面倾角介于2545之间 辗掩断层：断层面倾角小于25逆掩断层和辗掩断层常是规模很大的区域性断层。(3) 平推断层(平移断层) ：两盘发生相对水平位移，受水平扭应力。 特点：倾角很大 断层面近于直立 断层线比较平直 3.断层的组合：断层的分布不是孤立的, 某区域受力的作用,各构造依一定的力学性质、以一定的方式有规律的组合在一起。 组合形式：阶状断层 地崭 （凹陷地带） 地垒 （块状山地） 迭瓦式构造 断层的野外识别识别依据： （1）改变原有地层的分布规律， （2）断层面及其相关部分形成各种伴生构造， （3）并形成与断层构造有关的地貌现象。地貌特征：断层崖 断层三角面地形； 沟谷或峡谷地形。 山脊错断、错开， 河谷跌水瀑布， 河谷方向发生突然转折等。 3.4 不整合 一、不整合的概念： 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。不整合不同于褶皱和断层，它是一种主要由地壳的升降运动产生的构造形态。二、整合与不整合 原因：地壳上升时期发生剥蚀作用，地壳下降时期产生沉积作用。1.整合接触：沉积区处于相对稳定阶段，沉积区连续不断地进行着堆积，这样，堆积物的沉积次序是衔接的，产状是彼此平行的，在形成的年代上也是顺次连续的，岩层之间的这种接触关系。称为整合接触。 2.不整合：由于沉积过程发生间断，所以岩层在形成年代上是不连续的，中间缺失沉积间断期的岩层，岩层之间的这种接触关系，称为不整合接触。三、不整合的类型 平行不整合 ：产状一致，沉积年代不连续。 原因 ：不整合沉积之前，构造运动以垂直升降为主。 角度不整合：产状不一致。 原因：不整合沉积之前，构造运动有褶皱，有断层，运动形式以水平挤压为主。 3.5 岩石的主要物理力学性质影响岩石工程性质的因素：1、矿物成分2、结构3、构造4、水5.、风化课本P290的地质图要熟悉：要熟悉关于岩层接触关系，构造形态，各盘的升降关系，和断层的发生年代等问题。 第四章 土的工程性质与分类土可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、风积土和冰川沉积土，p97页了解下成因分别为各标题下的第一句。残积土、坡积土不可用于工程。第五章 地下水地下水按埋藏条件可分为三大类：即包气带水、潜水、承压水结合p124中图5-3理解一、包气带水：包气带水处于地表面以下潜水位以上的包气带岩土层中，包括土壤水、沼泽水、上层滞水以及基岩风化壳（粘土裂隙）中季节性存在的水。包气带水的主要特征：受气候控制，季节性明显，变化大。对农业有很大意义，对工程有一定影响工程意义：腐蚀、盐碱化 二、潜水 1. 定义：埋藏在地表以下第一层较稳定的隔水层以上具有自由面的重力水叫潜水。 2. 特征：（1）潜水有自由表面； （2）水量受气候条件影响，季节性变化明显； （3）水温随季节而有规律的变化；（4）水质易受污染。掌握潜水动态规律就能合理利用地下水，防止地下水对工程的危害三、承压水 1.定义：地表以下充满两个稳定隔水层之间的含水层中承受水压力的地下水称为承压水或自流水。 2. 特征： （1）承压水具有一定压力 （2）承压水不受气候的影响，动态较稳定 （3）不易受污染 （4）承压水的形成与分布的地质构造及沉积条件有密切关系。 3.适宜形成承压水的地质构造： 向斜构造盆地，称为自流盆地 单斜构造，亦称为自流斜地 第六章：不良地质现象的工程地质问题风化作用：分为物理风化和化学风化。 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特点：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。温度变化是引起岩石物理风化作用的主要因素。化学风化作用：是指岩石在水和各种水溶液的化学作用和有机体的生物化学作用下所引起的破坏过程。特点：不仅破碎了岩石，而且改变了化学成分，产生了新的矿物，直到适应新的化学环境为止。化学风化作用类型：水化作用、氧化作用、水解作用，以及溶解作用。岩石风化程度分为五级: 风化程度 岩石结构矿物成分破碎性未风化 未变未变微风化 基本未变 基本未变 无疏松物质弱风化 部分破坏 稍微变质有松散物质强风化 大部分破坏显著变化 疏松物与坚硬体混杂全风化 全部破坏 风化成土状 不含坚硬块体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。河流地质作用：河流地质作用？ 侵蚀作用：切割地面和冲刷河岸 搬运作用： 堆积作用：形成各种沉积物和流水沉积地貌，如河流阶地，积平原等。流水的侵蚀作用：流水的侵蚀作用包括溶蚀和机械侵蚀两种方式。河谷的类型及河流阶地：河谷的类型：构造谷：受地质构造控制 侵蚀谷：由河流侵蚀而成侵蚀谷的形成：（三个阶段） 第一阶段，峡谷型：下切作用 第二阶段，河漫滩型：侵蚀、堆积 第三阶段，成型河谷：漫滩变化，形成了阶地阶地：分布在河谷两侧谷坡上的，一般不再被河水淹没的有陡坡的平台。 是地壳上升，被抬高了的河漫滩。河漫滩：凹岸被冲刷，凸岸被堆积，造成滨河床浅滩。以后浅滩不断扩大和固定，形成洪水期才能淹没的滩地，称为河漫滩 。河流阶地的类型：（1）侵蚀阶地：这种阶地的特点是阶面上的基岩毕露，或覆盖的冲积物很薄。（2）堆积阶地：这种阶地完全由冲积所组成，上层深厚，阶地面不见基岩。l）上迭阶地2）内迭阶地3）嵌入阶地（3）基座阶地：基座阶地是属于侵蚀阶地到堆积阶地的过渡类型。河岸掏蚀破坏的预测和防护：防护措施可分两类：一类是直接防护边岸不受冲蚀作用的措施。如抛石、铺砌、混凝土块堆砌、混凝土板、护岸挡墙、岸坡绿化等。另一类是调节径流以改变水流方向、流速和流量的措施。如丁坝、顺坝、横墙等。滑坡与崩塌：滑坡的定义：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。特点：1. 滑动的岩土体具有整体性；2.滑坡具有滑动面或滑动带；3.规模大的滑坡一般是缓慢地往下滑动，其位移速度多在突变加速阶段才显著。有些滑坡滑动速度一开始也很快，这种滑坡经常是在滑坡体的表层发生翻滚现象，因而称这种滑坡为崩塌性滑坡。分类：按形成的年代划分：（1）新滑坡：由于开挖山体形成的滑坡。（2）古滑坡：旧已存在的滑坡。按力学条件划分：（1）牵引式滑坡：滑坡体下部先行变形滑动，上部失去支撑力量，随变形滑动。（2）推动式滑坡：上部先滑动，挤压下部引起变形和滑动。滑坡的发育过程划分为三个阶段：蠕动变形阶段、滑动破坏阶段和渐趋稳定阶段。影响滑坡的因素：（1）斜坡外形：斜坡的存在，使滑动面能在斜坡前缘临空出露。这是滑坡产生的先决条件。同时，斜坡不同高度、坡度、形状等要素可使斜坡内力状态变化，内应力的变化可导致斜坡稳定或失稳。当斜坡愈陡、高度愈大以及当斜坡中上部突起而下部凹进，且坡脚无抗滑地形时，滑坡容易发生。（2）岩性：滑坡主要发生在易亲水软化的土层中和一些软岩中。例如粘质土、黄土和黄土类土、山坡堆积、风化岩以及遇水易膨胀和软化的土层。软岩有页岩、泥岩和泥灰岩、干枚岩以及风化凝灰岩等。（3）构造：斜坡内的一些层面、节理、断层、片理等软弱面若与斜坡坡面倾向近于一致，则此斜坡的岩土体容易失稳成为滑坡。 （4）水：水的作用可使岩土软化、强度降低，可使岩土体加速风化。若为地表水作用还可以使坡脚侵蚀冲刷；地下水位上升可使岩土体软化、增大水力坡度等。不少滑坡有“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点，说明水对滑坡作用的重要性。（5）地震：地震可诱发滑坡发生，此现象在山区非常普遍。地震首先将斜坡岩土体结构破坏，可使粉砂层液化，从而降低岩土体抗剪强度；同时地震波在岩土体内传递，使岩土体承受地震惯性力，增加滑坡体的下滑力，促进滑坡的发生。 （6）人为因素：1）破坏坡角2）堆载不当3）破坏排水4）排水不当5）爆破施工崩塌：陡峻或极陡斜坡上，某些大块或巨块岩块，突然崩落或滑落，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。规模极大的崩塌可称为山崩，而仅个别巨石崩落称坠石。崩塌的危害：（1）崩塌会使建筑物，有时甚至使整个居民点遭到毁坏，使公路和铁路被掩埋。 （2）崩塌有时还会使河流堵塞形成堰塞湖，这样就会将上游建筑物及农田淹没。（3）在宽河谷中，由于崩塌能使河流改道及改变河流性质，而造成急湍地段。崩塌的防治：只有小型崩塌，才能防止其不发生，对于大的崩塌只好绕避。岩溶与土洞：岩溶：也称喀斯特（Karst），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。如溶沟溶槽、溶洞、暗河等。 土洞：是由于地表水和地下水对土层的溶蚀和冲刷而产生空洞，空洞的扩展，导致地表陷落的地质现象。岩溶的主要形态：岩溶形态是可溶岩被溶蚀过程中的地质表现。地表岩溶形态：溶沟（槽）、石芽、漏斗、溶蚀洼地、坡立谷、溶蚀平原等。地下岩溶形态落水洞（井）、溶洞、暗河，天生桥等 岩溶的形成条件：岩