土木工程地质复习资料(知识要点+试题库(含部分答案)+历年试卷(无答案)).doc

第二章地层与地质构造第一节 地壳运动及地质作用的概念一、地壳运动的概念指地球内力引起岩石圈产生的机械运动。?水平运动1、基本运动形式?垂直运动对流说2、运动成因理论地球自转说板块构造说二、地质作用的概念指自然动力引起地球物质组成、内部结构、地表形态发生变化的作用。?构造运动(又叫地壳运动)?风化作用2、外动力地质作用流水的地质作用重力的地质作用第二节 岩层及岩层产状?倾斜岩层?倾斜岩层褶皱断层均衡说1、内动力地质作用?岩浆活动?变质作用风的地质作用冰川的地质作用地质构造：指构造运动引起地壳岩层变形变位后被保留下来的形态。?褶皱?断裂?水平岩层： a = 0?一、岩层?倾斜岩层?陡倾岩层： a = 30? 60? ?镱直立岩层： a = 90?正常岩层（ 顶面朝上）倒转岩层（ 顶面朝下）走向二、岩层产状：指岩层在空间的产出状态。?走向：岩层的延伸方向（OA或OB）?倾角：岩层的倾斜程度（）真倾角（）：岩层在野外的倾角。AOB倾向Dp视倾角（）：岩层在剖面上的倾角。倾D2、产状要素的测量、记录和图示。（1）测量：用地质罗盘仪测量。N走向角?相限角法?（2）记录?WN13545走向 SE倾向 走向30倾角sE倾向30倾向135倾向30倾角（3）图示：正常岩层：30 ；倒转岩层：30第三节一、为什么要学习地层及地质年代：确定构造形态：如：地层概念432单斜1岩层321背斜1232 向1斜212断1 层652断1层选择和评价建筑场地：阅读地质图：地层：将各个地质历史时期形成的岩层，称为该时代的地层。二、绝对年代法：?缓倾岩层： a 60?1、产状要素?倾向：岩层的倾斜方向（OD）?tgb = tga ? sin q （ 为剖面线与岩层走向线所夹锐角）?方位角法N45E302 3用岩石中放射性同位素蜕变规律来确定岩石形成时间。（即蜕变时间）蜕变：放射性元素自形成之日起，就稳定地放射出 a（粒子）、b（电子）、g（电磁幅射量子）射线，并形成稳定的新元素。如：U238后 成蜕变时间可用下式确定：t =1l?D ?P ?式中：l蜕变常数P放射性同位素重量D蜕变后新元素重量最后：用各岩石形成时间，排出各岩石形成的先后顺序。（即新老关系）（最老岩石：南美洲圭亚挪地盾角闪岩（41.3 亿年），最老化石：蓝绿藻（35亿年）。三、相对年代法：通过比较各地层的沉积顺序、古生物化石特征、地层接触关系来确定其形成的先后顺序。1、地层层序法：（1）正常层序法：对于正常沉积的岩层，老的在下，新的在上。岩层倒转时关系相反。（2）标准剖面法：将某地区的地层按新老关系排列的剖面，叫该地区的标准剖面。用标准剖面对比某工点的地层，从而确定该工点地层新老关系的方法。（3）层面构造法：用层面构造指示岩层新老关系的方法。?新岩层方向：泥裂的开口方向、波峰方向。?老岩层方向：泥裂的尖端方向、波谷方向。2、古生物法：?新地层：化石结构复杂。根据生物化石，确定所在地层新老关系的方法。?老地层：化石结构简单。 缓慢量变：环境稳定、生物繁衍。生物进化：标准化石：在各个环境稳定时期，分布广、生存时间短的化石。3、地层接触关系法：（1）沉积岩之间的接触关系：54321新老?蜕?变?形井 Pb206ln?1 +?由量变到质变（递进性）：急剧质变：环境改变、生物质变。由高级到低级（不可逆性）：整合接触：各地层时代连续，产状平行。（反映地壳稳定下沉）平行不整合接触：各套地层时代不连续，但产状平行。（又叫假整合）?先下降沉积反应地壳：再上升分化剥蚀（有缺失）?6521新底砾岩角度不整合接触：各套地层时代不连续，产状不平行。老?先下降乘积?反应地壳：（有缺失，并且产状改变）?413872新底砾岩老（2）沉积岩与岩浆岩之间的接触关系：侵入接触：先沉积、后侵入。老变质晕新沉积接触：先侵入、后沉积。新底砾岩岩浆岩之间的接触关系：穿插关系：新岩体穿插老岩体。老?后下降沉积?再挤压弯曲，并上升风化剥蚀?后下降沉积四、地质年代表1、地质年代表：（见投影表）要求按顺序背诵地质年代表的符号。?群：包括两个以上的组，常以不整合接触界面划分。?2、地方地层单位：?段：组中的不同岩性段。?第四节褶皱构造一、基本概念：褶皱：在构造运动作用下，岩层产生的连续弯曲现象。褶曲：褶皱中的单个弯曲。背斜：岩层向上弯曲。地层对称重复，中间老，两边新。向斜：岩层向下弯曲。地层对称重复，中间新，两边老。二、褶曲要素：核部：褶曲中心部位的岩层。翼部：褶曲两侧部位的岩层。轴面：通过核部，大致平分两翼的假想平面。轴线：轴面与水平面的交线。枢纽：轴面与岩层面的交线。（最大弯曲点的连线）。?组：同一岩相，或某一岩相为主间夹其它岩相的地层。?层：段中对同一岩性的细分。?脊线：褶曲最高点的连线。槽线：褶曲最低点的连线。三、褶曲分类：?直立褶曲：?倾斜褶曲：?1、按横剖面分类：?平卧褶曲：水平枢纽：（枢纽水平）倾伏枢纽：（枢纽倾伏）轴面直立，两翼倾向相反，倾角相等。轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等。轴面倾斜，两翼倾向相同，一翼岩层倒转。轴面水平，两翼岩层水平，一翼岩层倒转。地层界限平行延伸。地层界限向一端弯曲封闭。四、褶曲的判别：（基本类型、按横剖面分类、按纵剖面分类）水平倾斜背斜倾伏倾斜背斜? ?背斜：中间老，两边新。?1、首先按地层对称重复关系确定褶曲基本类型。? ?向斜：中间新，两边老。?判别步骤：2、再按两翼岩层产状确定褶曲横剖面分类。倾斜：产状相反，倾角不等。? ?3、最后按地层界限确定。? ?倾伏：地层界限一段弯曲封闭。?倒转褶曲：2、按纵剖面分类：(按枢纽产状分类）?直立：产状相反，倾角相等。?倒转：产状相同，一翼产状为倒转。?水平：地层界限平行延伸。? ?复背斜?五、褶皱的分类：?隔挡式?第五节断裂构造?节理：岩层受力断开后，沿断裂面无明显相对位移。定义：断裂构造：?断层：岩层受力断开后，沿断裂面有明显相对位移。一、节理1、节理分类?原生节理：岩石形成过程中形成的节理。如玄武岩柱状节理。（1）按成因分类：?构造节理：因构造运动产生的节理，有力学规律性。?张节理（2）按力学性质分类：剪节理?走向节理：节理走向与岩层走向平行。（3）按与岩层产状关系分类：倾向节理：节理走向与岩层倾向平行。?宽张节理：缝宽：D5mm（4）按张开程度分类：微张节理：缝宽：D = 1- 3mm闭合节理：缝宽：D 142mg / l : ?（3）硫酸侵蚀：?SO4 + 250mg / l : ? ?CaSO4 + 水化铝酸三钙 ? 硫铝酸钙-Ca(OH )2 + Mgcl2 Cacl2Ca(OH )2 + MgSO4 CaSO4? ?局部隔水层上的重力水? 可溶岩中的地下水岩溶水：储存和运动在?水化铝酸三钙?1 水化铝酸四钙蚀性：水泥遇水生成、地下水对混泥土的侵?水化铁酸四钙+ -）溶出侵蚀：（ )(1 2332 OHCaCOHCOOHCa镬 + 2322)( OHCaCOCOOHCa? ? - 4242)( CaSOSOOHCa? ? 桩+ 2424 2 OHCaSOOHCaSO? ? ? - 442)( CaSOSOOHCa（4）一般酸性侵蚀： 22)(2.5 CaclClOHCaPH ?时，+2 :/10005 lmgMg）镁盐侵蚀：（?2?22、地面沉降：大量抽取地下水，导致孔隙水压力降低，颗粒有效压力增加，地层压密而地面沉降。3、流砂和潜蚀：流砂：饱水砂土因结构破坏而液化，砂土颗粒悬浮于水中流出。潜蚀：地下水将土层中细小颗粒带走，形成管状空洞。第四章 岩石及特殊土的工程性质第一节 岩石的物理性质一、密度和重度：密度：单位体积的质量（r）。（g/cm3）?天然密度 MV?干密度 M s/V?重度：单位体积的重量（ g ）。（N/cm3）二、颗粒密度和比重（相对密度）g = r ? g1N = 1kg ? m / s2颗粒密度：单位体积固位颗粒的质量（ r s ）。（g/cm3）r s =M sV比重（相对密度）：单位体积固体颗粒的重力与 4时同体积水的重力之比（ds）。d s =r sr w三、孔隙度和孔隙比：孔隙度：孔隙体积与岩石总体积之比（n）。n =VnV?100%孔隙比：孔隙体积与岩石中固体颗粒体积之比（e）。第二节岩石的水理性质e =VnVs一、吸水性：指岩石吸收水的性能。其吸水程度用吸水率表示。吸水率：（常压条件下）吸入水量与干燥岩石质量之比。w1 =Gw1Gs?100%饱水率：（150 个大气压下或真空）吸入水量与干燥岩石质量之比。W2 =Gw2Gs?100%?饱和密度饱水系数：岩石吸水率与饱水率之比。K w =W1W2（ K w = 0.5 0.9）二、透水性：指岩石能透过水的能力。用渗透系数 K 表示。（m/s）Q = K ?dhdl? F达西层流定律： = K ? I ? F渗透系数：K =QI ? F=VI三、软化性：指岩石浸水后强度降低的性质。用软化系数 KR 表示。软化系数：K R =Rc ? 饱和单轴抗压强度。R ? 干燥单轴抗压强度。一般软化系数 K R0.75的岩石具软化性。四、抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的能力。强度损失率：Rl =冻融前后强度差冻融前的强度不抗冻的岩石RL25重量损失率：G L =冻融前后重量差冻融前的重量GL2KW0.7五、可溶性：指岩石被水溶解的性能。六、膨胀性：指岩石吸水后体积增大的性能。七、崩解性：岩石（干燥）泡水后，因内部结构破坏而崩解的性能。第三节 岩石的力学性质一、变形：岩石受力后发生形状改变的现象。主要变形模量和泊松比表示。? s?T1、变形：? e s? e 502、泊松比：指横向应变 e 与纵向应变 e11之比。?变形模量E0 = e?弹性模量E = s? e t?塑性模量Es = s?割线模量E50s 50?U =e e1 1e =e1 1 =DddDhh二、强度：指岩石受力破坏时承受的最大应力。1、抗压强度：（烘干、垂直结构面受压、单轴）R =PA试样尺寸：镱f 5 ?10cm332、抗拉强度：（一般用劈裂法）3、抗剪强度靤 = P sin q / A飔 = P cosq / At = stgj + c?镱C = 岩石粘聚力4、点荷载强度：Rt =I s =2Ppa 2PD 2第四节风化作用一、定义：地表及地下一定深度的岩石，在自然因素作用下，发生机械破碎和成分改变的过程。二、风化作用类型：1、物理风化：指岩石在自然因素作用下以机械破碎为主，无明显成分改变的过程。（1）热胀冷缩作用：主要发生在昼夜温差变化大的地区。（2）冰劈作用：主要发生在雪线附近。（水结冰时，体积增加 111，对两壁岩石产生 96Mpa 的压力）（3）盐类结晶作用：主要发生在强烈蒸发的干旱地区。（明矾结晶，体积膨胀 50，压力达 40kg/cm2）镬5 ? 5 ? 5cm?飆 = 岩石内摩擦角2、化学风化：指岩石在自然因素作用下以化学成分改变为主，无明显机械破碎的过程。2+ -（2）水化作用： CaSO4 + H 2O ? CaSO4 ? 2H 2O(体积增大1.5倍)（3）氧化作用： 4FS 2 +15O2 + 11H 2O ? 2Fe2O3 ? 3H 2O + 8H 2SO4（4）碳酸化作用：2KAISi3O2 + 3H 2O ? K2CO3 + 4SiO2 ? H 2O + Al2Si2O5 (OH )43、生物风化：指由生物活动过程引起的岩石风化。（1）生物物理风化：根劈作用（2）生物化学风化：有机酸侵蚀（三）影响风化的内部因素：?成因：岩石形成环境与目前环境差异越大，越易风化。?成分：热敏感矿物（暗色矿物）易风化；复矿物易风化。?1、岩石性质： ?结构：颗粒形态：针、柱、片状矿物易风化。?镱构造：构造越复杂（如：气孔、层理、片理等），越易风化。节理越复杂（指节理组数和密度），越易风化。2、地质构造：岩石越破碎，越易风化。?寒冷干燥 ? 物理风化为主3、气候：?温暖潮湿 ? 化学风化为主陡峻： 物理风化为主4、地形：平缓： 化学风化为主（四）岩石风化程度分级：1、分级依据：?矿物颜色：与新鲜岩石相比，颜色越暗淡，风化越严重。?镱岩体结构：岩体结构越差，风化程度越高。2、分级：（共五级）（1）溶解作用： + 323223 2)( HCOCHCOCaCOOHCaCO a? 化。易风化；斑状结构易风颗粒大小：颗粒越粗越? ? 易风化。结晶程度：结晶越好越? 矿等），风化越严重。多（如次生粘土、褐铁矿物成分：次生矿物越? 隙越多，风化越严重。岩石破碎程度：风化裂? 低，风化越严重。岩石相比，力学强度越岩石力学性质：与新鲜?未风化微风化弱风化强风化全风化?灌浆 ? 堵塞裂隙。?（五）风化防治措施：清除强风化和全风化层。?镱工程加固。第五节一、按岩石坚硬程度划分：岩石、土的工程分类坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩Rc：60MPa60-30MPa30-15MPa15-5MPa 5MPa二、岩土按施工工程分级：（铁路部门）三、土的分类（一）土的颗粒分组及按颗粒级配分类?漂石、块石：f200mm?1、颗粒分组又叫（粒组）：?镱粘粒：f0.005mm2、按颗粒级配（不同粒级的含量）分类VIVIVIIIIII松土普通土硬土软石次坚石坚石?喷浆护坡和封闭基坑。?排除地下水。?卵石、碎石：f20200mm镲圆砾、角砾：f = 2 - 20mm?砂：f = 0.075 - 2mm?粉砂：f = 0.005 - 0.075mm? ?漂石土、块石土：f200mm的颗粒50? ? ?砾砂：f2mm的颗粒占2550? ? ? ?粉土：f0.075mm的颗粒50，塑性指数I P ? 10?10? ?粘土：I P17备注：液限：土从流动状态变为可塑状态的界限含水量。WL塑限：土从可塑状态变为半固体状态的界限含水量。（目前用搓条法确定塑限）。WP塑性指数：是液限和塑限的差值。表示土处在可塑状态的含水量变化范围。?残积土?（二）土的成因分类：?冲积土?瘀积土?镱风积土（三）特殊土分类1、定义：指按区域性分布的，具有某种特殊性质的土。?黄土?软土?2、分类：冻土?盐渍土?填土? ? 5020 的颗粒卵石土、碎石土：碎石类土 mmf? ? 502 的颗粒圆砾土、角砾土： mmf? 505.0 的颗粒粗砂： mmf? 5025.0 的颗粒中砂：砂类土： mmf? 85075.0 的颗粒细砂： mmf镱 50075.0 的颗粒粉砂： mmf? ? 17粉质粘土：粘土： PI?坡积和崩积土镲洪积土?膨胀土?红粘土?第六节特殊土的工程性质特殊土：主要按区域分布，具有某种特殊性质的土。一、黄土：1、定义：在干旱气候条件下形成的一种淡黄色或褐黄色的特殊土。2、成因和分布：沙漠下风处，即秦岭以北 11 个省市，面积 64 万 km2。主要在甘肃中部和东部、宁夏南部、陕西北部、山西北部，共 41.2 万 km2，厚 100200m。3、特征：（1）颗粒粒度：以粉砂为主，占 6070，其次为粘土。（2）易溶盐含量高，碳酸盐类占 1030，其次为氯化物和硫化物。（3）质地均一，结构松散，孔隙大，孔隙度为 3364。（4）垂直节理发育。（5）具湿陷性。4、分类：?原生黄生（风成）?（1）按成因分类?次生黄土（流水改造）（黄土状土）镱?残积黄土?洪积黄土?全新世黄土 Q4 （1万年）（2）按形成年代分类离石黄土 Q2 （100万年）午城黄土 Q1 （300万年）?湿陷性黄土 Q4、Q3（3）按失陷性分类?自重湿陷性黄土?非自重湿陷性黄土5、主要工程地质问题（1）黄土的湿陷性：地表局部汇水?溶解潜蚀?碟形洼地（2）黄土陷穴：地下水潜蚀?地下洞穴?塌陷（形成于地下水水力梯度大的地方）。?坡积黄土?冲积黄土马兰黄土 Q3 （10万年）?非湿陷性黄土 Q2、Q16.湿陷性黄土的土质改良(1) 重锤表层夯实：一般采用 2.53.0t 的重锤，落距4.04.5m，可消除地下 1.21.75m黄土层的湿陷性。(2) 强夯：一般采用 840t 的重锤（最重达 200t），落距 1020（最大达 40m)的高度自由下落，击实土层。(3) 土垫层：先将处理范围内的黄土挖出，然后用素土或灰土在最佳含水量下回填夯实。可消除地表下 13m 的黄土层的湿陷性。(4) 挤密桩：先在土内成孔，然后在孔中分层填入素土或灰土并夯实。在成孔和填土夯实过程中，桩周的土被挤压密实，从而消除湿陷性。(5) 化学灌浆加固：通过注浆管，将化学浆液注入土层中，使溶液本身起化学反应，或溶液与土体起化学反应，生成凝胶物质或结晶物质，将土胶结成整体，从而消除湿陷性。二、膨胀土1、定义：由强亲水粘土矿物组成的，具有膨胀结构，以及强胀缩性，多裂隙性，强度衰减性的高塑性粘土。2、成因和分布：风化的粘土矿物被流水带到东南部河流中下游沉积。当为蒙脱石、伊犁石时为膨胀土。主要分布在太行山秦岭四川盆地西缘云南下关这一线的东南边。3、特征：（1）颗粒粒度：以粘土矿物为主，占 3550以上，其次为粉砂。（2）矿物成分：以蒙脱石、伊犁石为主。?片状矿物叠置成各类型结构单元，孔隙中进水分子（3）具膨胀结构：粘土矿物表面吸附水分子,形成结合水膜?矿物晶格间为O 2联接，联接力弱，可进水分子 天然状况下，吸水膨胀量为23以上（4）强烈胀缩性：4、主要工程地质问题（1）边坡膨胀和滑塌?吸水后粘聚力为 O，内摩擦角只有几度。（2）基床翻浆冒泥。（3）地基不均匀沉降。膨胀土防治? ? ?天沟、侧沟、吊沟、盲沟? ?防止水进入?防水保湿? ?地表隔水层? ?防止水流失：水平和垂直隔水层，合理绿化（距建筑物15m远）?地表防护：排水沟2、边坡防治骨架护坡：片石护坡、拱形护坡3加大基础埋深，增大基础侧面摩擦力，或增加附加压力克服土的膨胀。膨胀土的破坏一、膨胀：边坡及洞室鼓胀。?边坡滑塌（吸水后粘聚力为0，内摩擦角只有几度）?二、强度降低?地基下沉和侧鼓，并产生不均匀沉降?三、收缩，边坡开裂、地基沉降量大。三、软土1、定义：天然含水量大、压缩性高、承载力低，抗剪强度差的软塑流塑状粘性土。（如淤泥、淤泥质土）。2、成因和分布：河流入海口、湖沼洼地等静水或缓慢流水下沉积，并经生? 膨胀 以上量为干燥状况下，吸水膨胀 40 以上收缩：失水收缩率达50?、地基防治1? ?换填土地基土质改良? 胶结土壤形成吸收周围水分子形成灌石灰水 32)( CaCOOHCa坡面加固：植被防护 墙支挡措施：抗滑桩、挡?翻浆泥?物化学作用而成。主要分布在长江三角洲、珠江三角洲、洞庭湖、洪泽湖、太湖、湖、滇池、牛轭湖、沼泽等地。3、特征：（1）颗粒粒度以粘土为主，可达 6070，其次为粉砂。（2）矿物成分以伊犁石为主，有机质可达 89。（3）具典型的蜂窝状结构，孔隙度在 5065之间。（4）具层理性。4、主要工程地质问题（1）承载力低：一般容许承载力为 0.1MPa，有时甚致低于 0.04MPa。（2）压缩性高、沉降