工程地质教案第1章岩石与土

绪论,一、基本概念1、地质学：研究地球的科学（地球的物质组成，分布规律，地壳的运动规律，岩石的变形变位，应用与改造资源）。2、工程地质学地质学的一个分支，是研究与工程规划、设计、施工和运营有关的工程地质问题的科学。,3、工程地质条件与工程建筑有关的地质条件的总和。包括地形地貌、岩土的类型及工程性质、地质构造、水文地质条件、不良地质现象及天然建筑材料等。,工程地质条件：1）岩土工程性质2）地形地貌条件3）地质构造、地应力分布4）水文地质条件5）不良地质现象6）天然场地建筑材料,4、工程地质问题1）地基沉降变形上海锦江饭店（沉降过大）比萨斜塔、大雁塔（不均匀沉降）2）稳定性问题地基强度、斜坡稳定、洞室稳定3）渗漏问题4）建筑材料的质量、储量,二、工程地质学的任务1、研究、评价建筑场区的工程地质条件.2、预测工程地质作用（现象）的发展趋势及可能危害的程度，提出控制和克服其不良影响的有效措施。（比如滑坡、泥石流、崩塌、岩溶）3、根据对地质条件的评价和可能出现的地质作用（现象）的预测资料，进行综合分析对比，结合建筑工程的要求选定最佳建筑场地。4、提供工程规划、设计与施工所需的地质资料。,三、课程内容1、岩土及其工程性质2、水的地质作用3、各种地质构造及地质图4、风化作用及特殊土5、常见的不良地质现象,四、学习本课程的意义1、选线方面2、对设计、施工方案、施工质量的影响3、养护和营运方面的影响,五、学习要求1、能阅读一般地质资料2、野外辨认常见岩石，了解主要工程地质性质3、辨认基本的地质构造及简单的不良地质现象4、一般了解工程地质资料的取得方法，工作内容及勘测、试验手段。,六、学习方法1、课内2、野外,矿物：天然生成的、具有一定物理性质和一定化学成分的物质，是组成地壳的基本物质单位。岩石：由某一种或几种矿物在地壳中按一定规律共生合在一起，形成的天然集合体。岩石按成因分为:岩浆岩、沉积岩和变质岩。按组成可分为:单矿岩、复矿岩。,第一章岩石与土,第一节主要造岩矿物一.矿物的形态及主要物理性质（一）矿物的形态：1.常见的矿物单体形态有：片状，鳞片状如云母、绿泥石；板状如斜长石、板状石膏；柱状如长柱状的角闪石、短柱状的辉石；立方体状如岩盐、方铅矿、黄铁矿；菱面体状如方解石、白云石；菱形十二面体石榴子石。,2.常见的矿物集合体形态有：粒状、块状、土状、鲕(豆)状、纤维状钟乳状（二）透明度：矿物能够透过光线的程度。（透明、不透明、半透明矿物）（三）光泽：矿物的新鲜光洁面反射可见光的能力。1.金属光泽2.半金属光泽3.非金属光泽，包括：,（1）金刚光泽反光较强，闪烁烂漫（2）玻璃光泽似一般玻璃面上的光（3）油脂光泽如涂上了油脂后的反光（4）珍珠光泽如贝壳内面出现的乳白彩光。（5）丝绢光泽出现在纤维状集合体矿物上（6）土状光泽裂面上反光暗淡，如高岭石,（四）颜色与条痕：矿物的颜色：是矿物对可见光波的吸收作用产生的。按成色原因，有自色、他色、假色之分。自色：是矿物固有的颜色，颜色比较固定。一般来说，含铁，锰多的矿物，如黑云母、普通角闪石、普通辉石等，颜色较深；含硅、铝、钙等成分多的矿物，如石英、长石、方解石等，颜色较浅。,他色：是矿物混入了某些杂质所引起的，与矿物的本身性质无关。他色不固定，对鉴定矿物没有很大意义。假色：是由于矿物内部的裂隙或表面的氧化薄膜对光的折射、散射所引起的。如方解石解理面上常出现的虹彩；斑铜矿表面常出现斑驳的蓝色和紫色。,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。对不透明矿物的鉴定很重要。,（五）硬度：矿物抵抗外力机械刻划和磨擦的能力。在鉴别矿物的硬度时，是用两种矿物对刻的方法来确定矿物的相对硬度。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。,滑石(硬度1),石膏(硬度2),方解石(硬度3),刚玉(硬度9),黄玉(硬度8),金刚石(硬度10),磷灰石(硬度5),石英(硬度7),萤石(硬度4),正长石(硬度6),(为了方便鉴定，可利用指甲2.5，小钢刀55.5作辅助标准确定相对硬度),摩氏硬度计,（六）解理、断口矿物晶体受外力敲击时，能够沿一定方向裂开的性能称为解理。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。,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。矿物解理的完全程度和断口是互相消长的，解理完全时则不显断口。,（七）断口：完全不具有解理性的矿物1贝壳状断口2平坦状断口3参差状断口4锯齿状断口,矿物的鉴定方法：1.主要是运用矿物的形态以及矿物的物理性质等特征来鉴定的。一般可以先从形态着手、然后再进行光学性质、力学性质及其他性质的鉴别。2.对矿物的物理性质进行测定时，应找矿物的新鲜面，这样试验的结果才会正确，因风化面上的物理性质已改变了原来矿物的性质，不能反映真实情况。,二.主要造岩矿物及其鉴定特征（实验）,3.在使用矿物硬度计鉴定矿物硬度时，可以先用小刀（其硬度在5度左右），如果矿物的硬度大于小刀，这时再用硬度大于小刀的标准硬度矿物来刻划被测定的矿物，以便能较快的进行。4.在自然界中也有许多矿物，它们之间在形态、颜色、光泽等方面有相同之处，但一种矿物确具有它自己的特点，鉴别时应利用这个特点，即可较正确地鉴别矿物。,一.岩浆作用及岩浆岩的形成1.岩浆岩：是由岩浆冷凝而成的岩石（喷出岩、侵入岩）。2.岩浆：是以硅酸盐为主要成分，富含挥发性物质，在上地幔和地壳深处形成的炽热而粘稠的熔融体。3.岩浆作用：岩浆形成、演化、运动、直到冷凝成岩的全过程。,第二节岩浆岩,熔岩流,岩浆侵入,（1）侵入作用：岩浆上升没有到达地表，而在地壳中逐渐冷凝。侵入岩：浅成岩（地表面至地下3km）深成岩（地下3km以下）（2）喷出作用：岩浆上升沿构造裂隙溢出地表，或通过火山口喷到地表。喷出岩（喷出岩、火山碎屑岩）（喷出地表面）,4.岩浆作用类型及相应岩浆岩,火山喷发,二.岩浆岩的产状产状:指岩浆凝结后岩体的形态，岩体所占据的空间量以及它与围岩的谐合关系。,（一）侵入岩的产状1.岩基与岩株（深成岩）岩基100平方公里岩株100平方公里2.岩盘(岩盖)（顺着岩层面）（浅成岩）3.岩床（顺着岩层面）（浅成岩）4.岩墙和岩脉（顺着断层面）（浅成岩）,岩基、岩墙及岩脉,1.岩流（稀性岩浆）2.火山锥(岩钟)及熔岩台地（粘性岩浆）,（二）喷出岩的产状,熔岩流,熔岩流,长白山顶的天池,云南腾冲火山锥,维苏威火山,熔岩钟魔塔山,（一）岩浆岩的结构指岩浆岩的结晶程度，矿物晶粒的大小(相对大小和绝对大小)，晶粒的形态及其相互关系。,三.岩浆岩的结构、构造及矿物成分,1.结晶程度：全晶质结构半晶质结构非晶质结构,全晶质结构,非晶质结构（玻璃质结构）,非晶质结构（火山玻璃）,2.颗粒大小：粗粒结构：5mm中粒结构：=1-5mm绝对大小：细粒结构：=0.1-1mm微粒结构：0.1mm隐晶质结构:肉眼不可见颗粒等粒结构相对大小：斑状结构似斑状结构,粗粒结构,中粒结构,微粒结构,隐晶质结构,斑状结构,斑状结构,（二）岩浆岩的构造岩石中矿物或其它组分在空间的排列与充填方式。1块状构造：矿物分布各向均一2流纹构造：岩石中拉长气孔、不同色带的平行排列3气孔构造：岩石中含有的原状气孔4杏仁构造：岩石中原状气孔被后期物质充填。5.层状构造,块状构造,流纹状构造,流纹状构造,气孔状构造,杏仁状构造,火山泥球状构造,（三）矿物成分：浅色矿物石英、正长石、斜长石、白云母占92%，深色矿物黑云母、角闪石、辉石和橄榄石附：矿物的共生组合关系（美国：鲍文）1300暗色矿物浅色矿物岩类橄榄石超基性岩辉石基性斜长石基性岩角闪石中性斜长石中性岩黑云母酸性斜长石正长石白云母酸性岩570石英,四、岩浆岩的分类及主要岩浆岩,粗粒花岗岩,中粒花岗岩,花岗斑岩,闪长岩,闪长玢岩,辉长岩,辉长岩,气孔状玄武岩,杏仁状玄武岩,拉斑状玄武岩,黑耀岩,沉积岩：在地表或靠近地表的常温常压条下，由早期形成的岩石经风化破碎后的产物，以及生物遗体等物质在海洋或陆地表而低凹地区沉积形成的岩石。,第三节沉积岩,成岩环境：地表温度不高压力不大成岩过程：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-成岩即：沉积物的形成，沉积物的搬运与沉积以及沉积物转化成沉积岩三个过程。,一.沉积岩的形成过程,风化作用：指原岩在自然因素作用下（如：水、空气、太阳能、生物等），产生的机械破碎和化学成分改变的过程。物理风化(机械破碎)形成碎屑碎屑物质碎屑岩化学风化(成分改变)形成胶体、细碎屑粘土物质粘土岩真溶液液解物质（等）化学岩生物风化生物物理风化生物化学风化,（一）沉积物的形成,1先期岩石的风化产物碎屑物质：（矿物碎屑、岩石碎屑）。非碎屑物质：真溶液和胶凝体。2生物堆积物3.火山碎屑物质,指各种外营力将风化产物搬到低凹地方沉积起来的过程。搬运介质:生物、空气、水、冰、重力、生物等。搬运方式：机械搬运、化学搬运、生物搬运重要概念:磨圆度颗粒的浑圆化程度分选性沉积物的均一性,（二）风化产物的搬运和沉积,机械搬运和沉积流水的搬运和沉积分选性沿途重力沉积分异磨圆度搬运过程中被磨蚀球化的程度风的搬运和沉积化学搬运和沉积(通过流水来搬运和沉积)胶体浓度和电荷改变时絮凝（1-100m）真溶液取决于溶解度，过饱和时结晶(主要因湖、海蒸发、水体浓缩),沉积分异作用：物质在被搬运过程中由于搬运介质的物理化学条件的改变而发生沉积作用时，物质可按粒度和比重或溶解度的大小而先后堆积下来，使沉积场所分布沉积物在向上有明显的分带性。,沉积分异现象,（三）成岩作用1压固脱水作用孔隙增大密实度甚至产生压溶现象。2胶结作用松散颗粒被孔隙中化学沉淀物质或其它物质胶结在一起。胶结物成分：SiO2、Fe2O3、FeO、CaCO3、CaSO4、C、粘土胶结类型：基底式孔隙式接触式。,3重结晶作用胶体:在压力下脱水，胶体质点重新排列成晶体。如蛋白石玉髓晶体石英真溶液：因浓度过饱和而析出晶体4生成新矿物沉积环境下，一些不稳定矿物转变成新的稳定矿物（压力、温度与变质作用越来越接近）如：文石方解石,构造：是指沉积岩在成岩过程中所形成的岩体各个组成部分的空间分布和排列方式。(一)岩层、层理和层面：（1）岩层：指一个基本稳定的物理条件（沉积环境和物质来源）下，形成的沉积单位，由成分基本均匀一致的岩石组成的岩石层，层与层之间由层面分开。它的形成标志着沉积作用的短暂停顿或间断。岩层的形态：正常层、夹层、变薄、尖灭、透镜体,二.沉积岩的构造,中厚层水平岩层,巨厚层水平岩层,薄层水平岩层,中厚层倾斜岩层,直立岩层,纹层水平岩层,（2）层理：指岩层中颗粒大小、形状、颜色、成分和结构不同的层交替时产生的纹理。每一个单元层理构造代表一个沉积动态的改变。水平层理波状层理单斜层理交错层理粒序层理,水平层理,交错层理,波状层理,粒序层理,（3）层面构造波痕泥裂虫迹层面的形成标志着沉积作用的短暂停顿或间断，层面上往往分布有少量的粘土矿物或白云母等碎片，岩体易沿层面劈开，构成了岩体在强度上的弱面。,（二）结核：包裹在岩石中某些矿物集合体的团块（三）化石：生物遗体或遗迹被后期化学成分置换石化（四）块状构造：无层理，各向均一,波痕构造,泥裂构造,波痕构造,泥裂构造,虫迹构造,化石,珊瑚化石,角石化石,海百合化石,三叶虫化石,石灰岩中的燧石结核,1.碎屑结构（碎屑+胶结物）砾状结构角砾状结构2mm，棱角状圆砾状结构2mm，圆状砂状结构粗砂状结构20.5mm中砂状结构0.50.25mm细砂状结构0.250.075mm粉砂状结构0.0750.005mm,三.沉积岩的结构、物质组成和分类(一)沉积岩的结构：沉积岩组成成分的颗粒形态、大小和连结形式,硅质胶结：石英及其他二氧化硅胶结颜色浅、强度高铁质胶结：铁的氧化物及氢氧化物胶结颜色深（红色）、强度次于硅质胶结钙质胶结：方解石、碳酸钙等胶结颜色浅、强度低泥质胶结：粘土矿物胶结颜色不定，强度最低,按胶结物成分分：,砾状结构(角砾）,砾状结构(圆砾）,圆砾状结构,中砂状结构,细砂状结构,细砂状结构,3.化学结构：结晶粒状结构显晶化学结构0.005mm隐晶化学结构0.005mm同生砾状结构竹叶状结构鲕状结构生物化学结构（指含生物化石）,2.泥质结构：全部为粒径小于0.005mm的粘土矿物构成,泥状结构,隐晶化学结构,竹叶状结构,鲕状结构,生物化学结构,生物结构,碎屑物质（物理风化作用产生）原生矿物碎屑：石英、长石、云母等粘土矿物（化学风化作用产生）次生矿物：高岭石、水云母等亲水矿物化学沉积矿物（纯化学作用或生物化学作用）溶液中产生：方解石、石膏、石盐等有机质及生物残骸（有机化学变化而成）贝壳、泥碳等其他物质,(二)沉积岩的物质组成,矿物成分：碎屑岩：石英为主，可有长石（正长石、斜长石）、白云母等粘土岩：粘土矿物为主（高岭石、蒙脱石、伊犁石），可有白云母等。化学岩：方解石、白云石、石膏、岩盐、生物碎屑、有机质,(三)沉积岩的分类1碎屑岩类(某一粒级颗粒必须大于50）砾状结构角砾状结构角砾岩圆砾状结构砾岩粗砂状结构粗砂岩石英砂岩:石英95砂状结构中砂状结构中砂岩长石砂岩:石英50长石25细砂状结构细砂岩岩屑砂岩:石英50岩屑25粉砂状结构粉砂岩,2粘土岩类：约占沉积岩总量的60泥状结构无层理泥岩有层理页岩,结晶粒状结构:白云岩、泥质白云岩（含泥）石灰岩、泥灰岩（含泥）同生砾状结构:竹叶状结构竹叶状灰岩鲕状结构鲕状灰岩生物化学结构:生物碎屑灰岩,3化学岩类：,四主要沉积岩,角砾岩,砾岩,剑门关,剑门绝壁,中砂岩,紫色页岩,石灰岩,鲕状灰岩,变质岩：在变质作用下形成的岩石。由于变质岩的结构、构造、矿物成分较为复杂，裂隙也多，所以变质岩分布地区往往是工程地质条件恶劣地段。占大陆面积的l5，前寒武纪的岩石几乎全是变质岩。,第四节变质岩,一.概述（一）变质作用及变质岩的形成变质作用：由地球内力作用引起岩石产生结构、构造以及矿物成分改变的地质作用。变质作用基本上是在岩石的固体状态下进行的（二）变质作用的因素1.温度：变质作用中最主要和最积极的因素。使矿物重新结晶：石灰岩大理岩（隐晶显晶）产生新矿物：高岭石高温脱水红柱石+石英,2.压力静压力。压缩岩石。改变矿物的结晶格架，形成体积小、密度大的新矿物。动压力靠近地壳表层，出现矿物晶格、晶体歪曲变形或破裂的机械破碎现象。,地壳较深部位，岩体中出现鳞片状绿泥石、云母，长柱状角闪石、阳起石等矿物的定向生长、排列现象。3.化学性质活泼的流体化学性质活泼的流体在岩石变质过程中起着溶剂的作用，它们能促进岩石中某些成分的溶解和迁移、交代作用。,（三）变质作用的类型1接触变质作用（热力变质作用）2交代变质作用（气化热液变质作用）如花岗岩被交代蚀变后，石英和白云母取代长石，成为细粒云英岩。3动力变质作用4区域变质作用（深成变质）：大多数岩石具结晶粒状或片理构造,二变质岩的特征(一)变质岩的矿物成分特征继承性多样性1.矿物组成：新生、原生、次生矿物2.特征矿物：红柱石、硅灰石、石榴子石、滑石、十字石、阳起石、蛇纹石、石墨等。,红柱石,滑石,石榴子石,白榴石,蛇纹石,石墨,（二）变质岩的结构特征1.变余结构如流纹岩变质后，其基质部分已基本变为石英、绢云母、绿泥石等，但原岩中的石英斑晶，虽已有变形或碎裂的现象，但仍然还较好地保留着。,2.变晶结构岩石在固体状态下，经重结晶或变质结晶作用形成的结构。3.碎裂结构碎裂结构中的矿物，大部分在边缘部位已变形成锯齿状、角状或发生挠曲变形。,变余结构（板岩）,泥岩（沉积岩）,斑状粗粒变晶结构,中粒片状变晶结构,中粒柱状变晶结构,显微鳞片状变晶结构,碎裂结构,（三）变质岩的构造特征1片理构造（1）板状构造泥质岩或硅质岩承受定向压力后，产生一组密集且平坦的破裂面，岩石易沿此裂面剥成薄板，故称板状构造。（浅变质）,板状构造,（2）干枚状构造岩石基本上是由重结晶的矿物组成，并有定向排列现象。在自然剥离面上能清晰地看出强烈的片状矿物及纤维状矿物的丝绢光泽；有细小岩层挠曲现象。（3）片状构造片状和柱状矿物都有定向性，基本上近于平行排列。片状构造发育的岩石，一殷情况下以某一种矿物为主。矿物颗粒较粗大，肉眼可以监定。,千枚状构造,片状构造,片状构造,（4）片麻状构造近于平行排列的深色片状及长柱状矿物较少，呈不连续的条带状，中间被浅色粒状