地质与土质.doc

班级： 学号： 姓名：岩石及其工程地质性质岩石：岩石，是固态矿物或矿物的混合物，其中海面下的岩石称为礁、暗礁及暗沙，由一种或多种矿物组成的，具有一定结构构造的集合体，也有少数包含有生物的遗骸或遗迹（即化石）。岩石有三态：固态、气态（如天然气）、液态（如石油），但主要是固态物质，是组成地壳的物质之一，是构成地球岩石圈的主要成分。基本定义：岩石是天然产出的具稳定外型的矿物或玻璃集合体，按照一定的方式结合而成。是构成地壳和上地幔的物质基础。按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。其中岩浆岩是由高温熔融的岩浆在地表或地下冷凝所形成的岩石，也称火成岩或喷出岩。沉积岩是在地表条件下由风化作用、生物作用和火山作用的产物经水、空气和冰川等外力的搬运、沉积和成岩固结而形成的岩石；变质岩是由先成的岩浆岩、沉积岩或变质岩，由于其所处地质环境的改变经变质作用而形成的岩石。地壳深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。从地表向下16公里范围内火成岩和变质岩的体积占95%。地壳表面以沉积岩为主，它们约占大陆面积的75%，洋底几乎全部为沉积物所覆盖。 岩石学主要研究岩石的物质成分、结构、构造、分类命名、形成条件、分布规律、成因、成矿关系以及岩石的演化过程等。它属地质科学中的重要的基础学科。 性质： 岩石工程性质无怪乎就是物质成分（颗粒本身的性质）、结构（颗粒之间的联结）、构造（成生环境及改造、建造）、现今赋存环境（应力、温度、水）这几个方面的因素。如果是岩体，则取决于结构面和岩块两个方面，在大多数情况下，结构面起着控制性作用。工程地质力学的基本原理1）地质体有特定结构，即具有结构性工程地质力学的研究对象是工程建设涉及的上部地壳。它是由各级地质体组合构成的。应将地质体看作结构物，而且它是有特定结构的。工程地质力学研究的中心环节是抓住地质体的结构分析，认识工程地质力学作用的本质和规律。可以说，工程地质力学就是地质问题的结构控制学说的发展。2）地质体结构由结构面和结构体组合构成上部地壳中各级地质体的结构，可以用结构面、结构体组合模式来描述和分析。地质体中的各种断裂和界面形成了结构面系统，而结构面组合围限则形成结构体。结构面和结构体的有规律组合，规定着地质体的结构特性，决定着地质体的工程力学特性和工程地质条件。3）地质体结构是通过地质演化形成的， 并具有应力历史地质体结构是在一定的地质历史过程中形成的，包括岩石建造、构造形变和次生改变）。在岩石建造阶段中，沉积过程，岩浆活动和变质作用所形成的物质组成原生结构，在很大程度上控制着后期的构造形变和次生改变。但是，构造结构和次生结构对岩体特性的影响很显著，往往造成突出的工程地质问题。地质体结构的工程地质特性和其成因及类型虽然有有密切联系，但是，总体上乃是多期地质作用的结果。4）地质体结构具有分级性，不同尺度结构具自相似性按结构面的规模进行分级，在此基础上作相应的地质体分级。对不同规模的工程地质问题，要抓住相应级别的地质体及相应的结构进行评价。地质体可划分为五级，即地块、山体、岩体、块体和岩块，以及其相应的工程地质问题。对某一工程地质问题而言，其更大高级别的地质体的研究给出背景条件，本级的研究给出问题的边界，次一级地质体的研究给出问题的特性参数。所以，工程地质研究的范围往往比工程建设直接涉及的更大，通常称为外围研究。5）地质体结构具有多样性，可划分为类型根据工程的实践经验，可将岩体结构划分为块状、层状，碎裂结构三大类。整体块状和层状结构基本上保持岩石建造阶段形成的原生结构，当然，一般说来也会受到一定程度的构造形变和次生改变，但未受本质的扰动。碎裂结构是受到强烈的构造形变和次生改变作用而形成的。原生结构受到强烈的扰动和破坏；最严重者变为松软结构，属于土类(Hwong Ting-cheng, 1978)。6）地质体的工程力学特性主要取决于它的结构性，是主导的内在因素这是通过结构的力学效应反映出来的。地质结构面的影响最关键，它造成地质体的不连续性，因而使它区别于理想的连续介质。地质体中结构面的不同组合，一方面影响到应力的传递，造成应力的局部集中和不均匀分布，另一方面，从根本上影响到地质体的变形和强度特性，造成其各向异性和不均一性。地质体的应力应变关系很是复杂的，往往包括节理的压密段(表现为硬化)、线性变形段，以及屈服点以后的强化段和峰值后的应变软化。因此，应以非线性本构关系来表征。地质体变形的时间效应，往往很明显，应作为结构流变体来描述。地质体的本构性质取决于结构类型，因而它也有类型划分。不同的介质结构所具有的不同力学介质特性，可采用不同的本构关系或力学模型来表征和分析。 7）地质体结构对岩体的变形、破坏起主导的控制作用地质体结构是岩体稳定性的内在因素。结构控制作用主要表现于对稳定程度，失稳范围和规模的影响，对变形、破坏机制的影响，以及对变形、破坏发展阶段和过程的影响。正确评价岩体稳定性的前提，是在结构研究的基础上做好变形、破坏机制的预测。8）地质体结构分析是成功的工程力学分析的基础应力分析、变形分析及稳定分析，是工程地质力学评价的中心环节，应建立在地质体结构分析的基础上。在地质研究的基础上得到地质模型，经过结构特性及边界条件的分析，建立地质力学模型，并采用适当的数学或物理分析方法，解决问题。9）地质体和工程建筑物之间具有相互依存和相互作用关系地质体和工程建筑物的相互依存关系表现为工程地质力学作用。地质体对工程建筑物的影响，往往表现为地质体自身的失稳运动对工程的威胁；而工程荷载作用下引起的地质体运动，同样也影响工程建筑物的安全。工程建筑物地质体结构的改变所导致的间接影响，有时有更大的危害，而事先不易觉察，常难于可靠地预测。10）工程地质力学研究的方向是地质学和力学的结合工程地质力学研究要求应用力学的基本理论工程地质研究中应用力学的基本理论、分析方法和测试方法。但是，地质研究方法仍然是基本的方法，包括地层、岩石、地质年代和构造分析、新构造、地貌分析等。在力学分析中，不连续介质力学的应用和发展是工程地质力学的特色，而数值分析途径和电子计算机的应用使得工程地质力学问题有可能得到实际解决。岩石的工程地质力学分析（一）1）岩石组合是拥有各种各样岩石的。从岩性上来看，有性质坚硬且脆的岩石，亦有软弱半坚硬的岩石。在岩石组合中，每种岩石的组织结构也是不同的。有粗粒、细粒组合；薄层、厚层组合；块状、层状组合。有时有夹层、透镜体等等。2）岩体可由各种同一的，坚硬的岩石组合而成，岩石的组织结构也近似一致，这种岩体就可视为坚硬均质，各向同性的介质。岩体若由组织结构一致的软弱柔韧的岩石组合而成，这种岩体可视为软弱均质，各向同性的介质。若岩体由坚硬及柔韧岩石以不同比例组合而成，组织结构也有很大差异时，这种岩体就应视为不均质的，各向异性的介质。3）地壳上各类岩石的形成环境及分布规律是很复杂的，在坚硬岩体中常常有软弱夹层，在软弱岩石中则往往有坚硬的岩石夹层。这些夹层在岩体稳定分析时，确有着它特殊的重要意义。4）在岩体工程地质力学研究中，岩组是指岩石的工程地质组合而言。每一岩组都有其一定的岩石组合特征，并应具有相似的工程地质特性，如块状石英砂岩岩组，泥质条带灰岩夹薄层页岩岩组、中厚层大理岩岩组、云母石英片岩岩组等等。工程地质岩组的划分必需以岩体工程地质力学的观点为出发点。主要考虑岩石的成因类型和岩性岩相的变化以及岩石的成层条件及厚度变化。岩组划分也必须在建造类型基础上进行。岩石的工程地质力学分析（二） 1 )碳酸岩建造大多为海相沉积，也有与碎屑岩共生的陆相淡水灰岩。碳酸岩建造岩性均为碳酸盐岩类岩石。岩石成分为石灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩、纯大理岩、硅质灰岩、硅质白云岩、泥质白云岩、白云岩等。除此，在建造中还常见在灰岩层中夹有砂、页岩等。 2 )碎屑岩建造从岩相来看，碎屑岩的沉积环境是多种多样的。有海相沉积，亦有内陆河湖相沉积，有滨海、滨湖的粗大颗粒沉积，亦有远海远湖的细屑颗粒沉积。大都为机械沉积作用。碎屑岩建造的岩性也是比较复杂的，主要为、砂岩、粘土岩、页岩等。建造中有时为单一的岩石组成，有时为多种岩石组合而成。 3) 复理式建造复理式建造也是碎屑岩建造的一种。但它是地壳活动带所特有的建造。复理式建造最突出的特点是在沉积旋廻中有明显的韵律性，即在每个旋廻中由极粗、粗、中、细、微等颗粒的岩石组成，它们顺序沉积，组成一套有规律的沉积建造。主要的岩性为砂质岩，粘土岩，有时夹有灰岩等。 4 )含煤建造含煤建造是沉积建造的一种。含煤建造的岩相为陆相，过渡相和浅海相。以含煤层或煤线为其特征而区别于其它沉积建造。含煤建造的岩性，多为各种不同成分，不同粒度的碎屑岩和粘土岩，也有石灰岩，铝质岩，燧石层等。有时也遇到火山碎屑岩沉积。 5)含盐建造这种建造有的属于滨海泻湖相的碎屑沉积建造，亦有陆相的碎屑沉积建造。岩石组合大都为粘土岩及页岩、砂质页岩，钙质页岩等，其中含有钾盐及钠盐，还有硫酸盐类如芒硝、石膏等。 6 )岩浆岩建造岩浆岩建造包括深成火成岩。岩性有橄榄辉石岩类（超基性岩），辉长岩类（基性岩）、闪长岩类（中性岩）、花岗岩类（酸性岩）、正长岩类（偏酸性岩）等等。 7 )火山岩建造这种建造亦是岩浆岩建造，但它的形成过程则有所异。有喷出式的，亦有溢流式的，溢流形成的有明显的流动构造及冷却收缩构造。喷发式的火山岩沉积建造，有的为海底或湖底喷发，有的则为陆地喷发。火山岩建造中的岩性是多种多样的，火山岩包括各种玻璃熔岩黑曜岩、松脂岩、珍珠岩、玄武岩、辉绿岩、安山岩、粗面岩、流纹岩，各种玢岩、石英斑岩等等。 8) 变质岩建造变质岩建造是一种次生的极其复杂的建造，它的复杂程度由它的母岩物质组成及变质过程中的物理环境所决定的。因而变质岩的矿物组成，组织结构就特别复杂，岩石的名称就特别繁多。根据这些特点可将变质岩建造分成不同的岩组，如石英岩组、板岩组、片岩组、大理岩组、变质火山岩组、正片麻岩组、副片麻岩组以及由上述不同岩石互相组合的特殊岩组。 9 )构造岩组构造岩是一种次生的岩组，是由构造运动所形成的断层破碎带及岩浆岩侵入所形成的破碎带中的产物，是由机械作用及热动力作用的结果。所有这些动力形成的