工程地质及水文学笔记

1、工程地质及水文学总结第一章地球的宇宙环境地质作用：是由自然动力而引起地球的物质组成、内部构造和地表形态变化和发展的各种自然作用。地壳运动（构造运动）：由于地球的内部能量使组成地壳的物质发生变形、变拉的机械运动。变质作用的类型表现形式能量来源影响二者关系内动力地质作用地壳运动岩浆作用变质作用地震作用来自地球能部的热能 使地球隆起或坳陷，形成高山或盆地在内外力的共同作用下，形成了地球上千姿百态的地形，一般来说内外力作用以地壳的发展变化起主导作用。外动力地质作用风化作用剥蚀作用搬运作用沉积作用固结成岩作用来自地球外部主要是太阳能削低高山填平盆使地表趋于平坦风化作用包括：物理风化作用、化学风化作用、生

2、物风化作用、风的吹蚀作用。第二章岩石及其工程地质性质自然界岩石的种类按成因可分为三类： 岩浆岩（火成岩） 、 沉积岩（水成岩）和变质岩。第1节 造岩矿物一、矿物的概念及其类型矿物的概念：地壳中的化学元素，在一定的地质条件下结合而成的天然化合物或单质。自然界的矿物按成因可分为三大类：（1） 原生矿物（2） 次生矿物（3） 变质矿物矿物的基本特征：天然产出的（自然作用形成的）人造矿物不属于地质学的范畴具有一定化学成分（每种矿物有比较稳定化学成分）二、矿物的物理性质矿物的形态：主要受本身的内部结构和形成时环境的影响。（1） 矿物的单体形态：矿物的单体形态：矿物的单体形态是指矿物单个晶体的外形。主要包

3、括晶面聚合形态、晶体习性和晶面条纹三个方面1. 晶面聚合形态可分为两类：一类是由形状相同、大小相等的晶面聚合而成形成的形体，称为单形。另一类是有两个或两个以上的单形聚合而成的形体，称为聚形。2. 晶体习性可分为三类（1） 一向延伸型（2） 二向延展（3） 三向等长3.晶面条纹（2） 矿物的集合体形态见P27-28页（3） 矿物的光学性质矿物的光学性质是指矿物对自然光的吸收、反射和折射所表现出的各种性质。1. 颜色（1） 自色：是指由于矿物本身的化学成分中含有带色元素而呈现的颜色，即矿物本身所固有的颜色。（2） 他色：是指当矿物中含有杂质时所出现的其他颜色。（3） 假色：是指矿物内部的某些物理原

4、因所引起的颜色。2. 光泽：矿物表面对可见光的反射能力称为光泽。依据反射能力的强弱可以分为：金属光泽（如金、银、铜、辉锑矿）半金属光泽（如赤铁矿、褐铁矿）和非金属光泽。（金刚光泽、玻璃光泽）。造岩矿物一般呈现如下非金属光泽（1） 玻璃光泽（2） 油脂光泽（3） 珍珠光泽（4） 丝绢光泽3.矿物的透明度：由于矿物透光的能力不同，而表现出不同的明暗程度，这种性质称为透明度。（四）矿物的力学性质1.硬度：矿物抵抗刻划摩擦压入的能力称为硬度。 在矿物的肉眼鉴定工作中通常采用摩氏硬度。摩氏硬度表：相对硬度等级1234567896555610标准矿物滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石注：为记

5、忆这10种矿物，可用顺口溜方法，即只记矿物的第一个汉字：“滑石方萤磷，长石黄刚金”或“滑石方、萤石长、石英黄玉、刚金刚”。2.解理：矿物受外力作用时，沿一定方向破裂成光滑平面的性质叫解理。三、主要矿物简述（常见的造岩矿物）1.石英：SiO2贝壳状断口，油脂光泽，白色透明。2.方解石：CaCO3半透明、乳白色与稀盐酸反应剧烈生成CO2气泡。3.白云母：CaCO3.MgCO3与冷盐酸反应微弱，只能与热盐酸反应，粉末遇稀盐酸反应缓慢，这是与方解石的主要区别。4.橄榄石：(Mg，Fe)2SiO4不与石英共存，易风化，风化产物有蛇纹石、滑石等。5.辉石：Ca（Mg，Fe）Si2O6呈短柱状、致密块状、棕

6、色至暗灰色，比角闪石难风化。6.角闪石：Ca(Mg，Fe）3Si4O12在岩石中呈现针状、细长柱状或纤维状，角闪石易风化。7.斜长石：Na（AlSi3O8）.Ca(Al2Si2O8)常呈板状和柱状晶体白色或灰白色。8.正长石：KAlSi3O8晶体短柱状、肉红色或浅黄色。9.白云母:KH2Al3Si3O12常见片状、鳞片状、白云母比较难风化。10.黑云母：KH2（Mg，Fe）3AlSi3O12深褐色 或黑色，黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状。第二节 岩浆岩一、岩浆岩的概念及产状岩浆岩：又称火成岩，是由岩浆侵入地壳上部或喷出地表凝固而成的岩石岩浆：来源于地壳深部地段或软流圈高温熔融体。岩浆作

7、用:岩浆形成演化、侵位至冷凝成岩的全过程。根据运移的方式分为：喷出作用（又称火山作用）和侵入作用。喷出作用：岩浆沿一定通道直至喷出地表，称为喷出作用侵入作用：岩浆沿断裂带或地壳薄弱地带侵入地壳上部岩层中称为侵入作用。按照岩浆活动和冷凝成岩的情况，岩浆岩体可具有各种复杂的产状。（详见P37)1. 深层侵入岩的产状岩基、岩株2. 浅成岩侵入岩体的产状岩脉、岩墙、岩床、岩盘。3. 喷出岩体的产状：火山锥、熔岩流。二、岩浆岩的分类表分类超基性岩基性岩中性岩酸性岩SiO2含量<45%4552%5265%>65%主要矿物成分橄榄石、辉石、角闪石辉石、斜长石斜长石、角闪石、黑云母正长石、角闪石、

8、黑云母石英、长石、角闪石、黑云母侵入岩深成岩橄榄岩辉长岩闪长岩正长岩花岗岩浅成岩金伯利岩辉绿岩闪长玢岩正长斑岩花岗斑岩喷出岩科马提岩玄武岩安山岩粗面岩流纹岩按照矿物在岩石中的相对含量及其在分类中的作用，分为主要矿物、次要矿物、副矿物3类。三、岩浆岩的结构和构造（一）、岩浆岩的结构根据岩石矿物的结晶程度可分为：（1） 全晶质结构。（2） 半晶质结构。（3） 非晶质结构。根据岩石中矿物的晶粒大小可分为：（1） 显晶质结构（2） 隐晶质结构（3） 玻璃质结构根据岩石中矿物颗粒的相对大小可分为：（1） 等粒结构。等粒结构是指岩石中的矿物全部是显晶质粒状，同种主要矿物结晶颗粒大致相等。等粒结构是深成岩特

9、有的结构。按矿物结晶颗粒大小可进一步划分为：粗粒结构（矿物结晶颗粒平均直径大于5mm）中粒结构（矿物结晶颗粒平均直径51mm）细粒结构（矿物结晶颗粒平均直径小于1mm）.（2） 不等粒结构：不等粒结构是指岩石中同种主要矿物结晶颗粒大小不等，相差悬殊。（二）、岩浆岩的构造岩浆岩常见的够着有以下几种：（1） 块状结构（2） 流纹状结构（3） 气孔状结构（4） 杏仁状结构四、岩浆岩的分类岩浆岩的分类方法甚多，最基本的是按组成物质中SiO2的含量多少将其分为酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩。然后再按照岩石的结构、构造和产状将每类岩石划分为深成岩、浅成岩和喷出岩等不同类型，并赋予相应的名称，所以是一种纵

10、向与横向的双向分类方法！五、常见的岩浆岩详见P401.花岗岩：花岗岩为酸性深成岩，分布十分广泛。常为肉红色或灰白色，全晶质细粒、中粒或粗粒结构，块状构造。2.花岗斑岩3.流纹岩4.正长岩5.安山岩6.玄武岩第三节 沉积岩外力地质作用：大气、水和生物在太阳辐射能和日月引力的影响下，产生的地质营力对地表所进行的各种作用。能量来源：地球外部作用范围：地表或地表附近一、沉积岩的形成沉积岩的形成过程是一个长期而复杂的外力地质作用过程，一般分为4个阶段。1. 风化破坏阶段（物理、化学、生物）2. 搬运作用阶段3. 沉积作用阶段4. 固结成岩阶段（固结成岩包括：1.压固作用2.胶结作用3.重结晶作用4.新矿

11、物生成）。二、沉积岩的组成1.碎屑物质2.黏土矿物3.化学沉淀矿物4.有机质及生物残骸（详见P42）三、沉积岩的结构1.碎屑结构碎屑颗粒的来源（1）岩石碎屑 （2）矿物碎屑 （3）生物碎屑2. 泥质结构3. 晶粒结构（化学结构）4. 生物结构分选性：岩石中碎屑颗粒粗细的均匀程度。四、沉积岩的构造和特征（一）层理结构1.平行层理2.斜交层理3.交错层理4.递变层理（二）层面结构层面结构质岩层层面上由于水流、风、生物活动等作用留下的痕迹，如波痕、泥裂、雨痕等。（1） 波痕：沉积物在沉积过程中，由于风力、水流或海浪等的作用，使沉积岩层面上保留下来的波浪痕迹。（2） 泥裂：黏土沉积物表面，由于失水收缩

12、而开裂成不规则的多边形裂隙，称为泥裂。裂缝上宽下合，常被泥沙等物质填充。（3） 雨痕：雨痕是指在沉积物表面经受雨滴打击遗留下来的痕迹。（3） 结核在岩石中，含有一些在成分上与围岩有明显差别的物质块团，称为结核。（4） 生物成因构造由于生物的生命活动和生态特征，而在沉积岩中形成的构造称生物成因构造。五、沉积岩的分类及主要沉积岩（一）碎屑岩类1.砾岩和角砾岩碎屑岩中大于2mm的碎屑颗粒，称为砾石或角砾。圆状和次圆状砾石含量大于50%的岩石，又称为砾岩。如果砾石韦棱角状或次棱角状，则称为角砾岩。2. 砂岩砂岩石由于50%以上的沙粒胶结而成的岩石。（2） 黏土岩类1. 泥岩 2.页岩（3） 化学岩和生

13、物化学岩类1.石灰岩 2.白云岩 3.泥灰岩第四节 变质岩一、变质作用的因素及类型变质作用概念：指地壳中已经形成的岩石在高温高压和化学作用影响下，改变其结构、构造和矿物成分，成为一种新的岩石的转变过程。变质作用的类型：1. 接触变质作用（1）热接触变质作用（2）接触交代变质作用2.动力变质作用3.区域变质作用4.冲击变质作用（又称为混合岩化作用）页岩板岩千枚岩片岩片麻岩较低温度300600变质程度浅 变质程度深在区域变质岩中经常有同一类原岩在不同程度的变质条件下形成不同变质现象（表现为不同变质程度）二、变质岩的矿物成分常见的变质矿物有：滑石、石榴子石、十字石、蓝晶石、硅线石、红柱石等。除变质矿

14、物外，变质岩的主要造岩矿物是长石、石英、云母、辉石、和角闪石等。三、变质岩的结构变质岩的结构按成因可分为：变晶结构、变余结构、碎裂结构。4、 变质岩的构造变成构造分为定向构造和非定向构造。变余构造：变质岩石中保留了原岩石的构造特征。作用形式：1.重结晶作用2.交代作用3.变质结晶作用1.片麻状构造 2.片状构造 3.千枚状构造 4.板状构造5.块状构造5、 主要变质岩1.片麻岩2.片岩3.千枚岩4.板岩5.石英岩6.大理岩6、 三大岩石的转化第五节、岩石的工程地质及水文地质评述一、火成岩的工程地质及水文地质评述1.深层岩：深层岩具有结晶联接结，具有晶粒粗大均匀，孔隙率小、裂隙较不发育，透水性小

15、，力学强度高的特点。2.浅成岩：浅成岩和脉岩常呈斑状结构，也有呈中、细晶质和隐晶质结构，所以这一类岩石的力学强度各不相同。2、 沉积岩的工程地质及水文地质评述1. 碎屑岩：碎屑岩包括砾岩、砂岩、粉砂岩，工程地质中性质一般较好，其特征主要取决于胶结物成分、胶结类型和碎屑颗粒成分。2. 黏土岩：黏土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪切强度低，受力后变形量大，浸入水后易软化和泥化。3.化学岩及生物化学岩：质软、浸入水中溶解、容易渗漏胶结物：硅质 > 钙质 > 泥质胶结类型：基地式 > 孔隙式 接触式颗粒成分：砾岩 > 砂岩 > 粉砂岩 > 粘土岩3、 变质岩的工程

16、地质及水文地质评述1. 动力变质岩 2. 接触变质岩 3. 3.区域变质岩 强度（1）>（2）>（3）第三章 构造运动及其形迹第一节 地壳运动地壳运动（构造运动）：由于地球的内部能量使组成地壳的物质发生变形、变拉的机械运动。常见的地质构造：褶皱、断层、节理，断层和节理又通称为断裂。第二节 板块构造学说简介第三节 地层年代1、 相对地质年代的确定方法1.地层学方法 2.古生物（地层）学方法相对地质年代确定的原则：1.地层层序律 2.生物层序律 3.切割律相对年代：地质事件发生的先后顺序地层=时间+岩层2、 绝对地质年代的确定方法放射性同位素法绝对地质年代：地质事件发生的时间距今多少年

17、。地球年龄的（绝对地质年代）计算方法：1.剥蚀法 2.放射性同位素方法.三、地质年代简表宙（宇）代（界）纪（系）年龄（百万）新生代（界）Kz第四纪（系）Q2新近纪（系）N25古近纪（系）E65显生宙生宙中生代（界）Mz白垩纪（系）K130侏罗纪（系）J190三叠纪（系）T225古生代（界）Pz二叠纪（系）P280石岩纪（系）C345泥盆纪（系）D395志留纪（系）S430奥陶纪（系）O500寒武纪（系）570隐生宙生宙元古代（界）Pt震旦纪（系）Z8002500太古代（界）Ar4000地球天文时期4600四、地层接触关系1.沉积岩之间的接触形式（1）整合。整合是指上下两套趁机地层产状一致，且是

18、连续沉积的，即在空间上和时间上都是连续的。 （注：在剖面、柱状图上用实线表示）（2）假整合。假整合又称平行不整合。上、下两套岩层之间产状一致或基本一致，但两者之间有一明显的沉积间断。 （注：在剖面、柱状图上用虚线表示）（3）不整合。不整合又称为角度不整合。下伏地层与上覆地层面呈一定角度相交，两套岩层之间有明显的沉积间断面。（注：在剖面、柱状图上用波浪线表示）2.有关岩浆岩的地层接触关系（4（1）侵入接触（5（2）沉积接触（6）断层接触AB-沉积接触面；AC-侵入接触面；-侵入岩体；-岩脉第四节 水平构造、倾斜构造、褶皱构造和断裂构造一、水平构造二、倾斜构造产状三要素：走向、倾向和倾角（1） 走

19、向：倾斜岩层层面与任意一假想水平面的交线称为走向线，走向线两端的延伸方向即为走向。所以走向有两个方向，用方位角表示走向。如NE30或SW210（2） 倾向：岩层面上垂直于走向线并沿层面向下的直线称为倾斜线，倾斜线在水平面上的投影所指的方向即为倾向。倾角也用方位角表示，但倾角的方位角只有一个（且与走向垂直）。（3） 倾角：倾斜的层面与水平面的夹角称为倾角。三、褶皱构造岩层的褶皱构造主要有两种形式：背斜和向斜一般来说，背斜是向上拱起的弯曲，两翼岩层相背倾斜；向斜是向下凹的弯曲，两翼岩层相向倾斜。向斜：中间老两翼新。背斜：中间新两翼老。褶皱的野外识别办法：垂直与地层走向进行观察地层重复出现，倾角变化

20、有规律背斜：新_老_新向斜：老_新_老工程地质评价：（褶皱构造核部的工程地质评价）从岩石的产状来说是岩石层的倾向发生显著变化的地方。从构造作用对岩层整体性的影响来说，又是岩层受应力作用最为集中的地方常发育成张裂隙。所以核部不论公路、隧道、桥梁工程，容易遇到工程地质问题。主要是由于岩层破碎而产生的岩体稳定和背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漏水现象，有时会严重影响正常施工。褶皱构造翼部的工程地质评价：褶皱的两翼形成倾斜岩层容易造成顺层滑动。可归结为倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关系问题。有利：路线垂直岩层走向或与岩层走向平行，但岩层倾向与边坡倾向

21、相反。不利：路线与岩层走向平行，边坡与岩层倾向一致。最不利：路线与岩层走向平行，边坡与岩层倾向一致，但边坡坡角大于岩层倾角。四、断裂构造正断层：上盘相对下降、下盘相对上升的断层。逆断层：上盘相对上升、下盘相对下降的断层。平移断层：断层两盘沿断层面在走向上（水平方向）发生相对位移，而无明显的上下位移的断层，也称为走滑断层。第4章 自然作用系统自然地质作用：由自然动力引起的地壳表层物质组成和形态变化与发展的作用。第1节 、风化作用一、风化作用的概念风化作用的概念：是指地表或近地表的坚硬岩、矿物在原地与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而形成松散的堆积物的全过程。2、 风化作用的类型根据风化

22、作用性质和因素的不同，可分为物理风化、化学风化和生物风化3种类型。（1） 物理风化作用处于地表的岩石，主要由于气候和温度的变化，在原地产生的机械破坏而不改变其化学成分，称为物理风化。物理风化作用的方式有以下几种（1） 温差风化（热力风化）（2） 冰冻风化（3） 盐类的结晶和潮解作用（4） 层裂作用（二）化学风化作用化学风化作用是指岩石与水、水溶液或气体等发生化学反应二被分解的作用。物化学风化作用的方式有以下几种（1） 溶解作用（2） 水化作用（3） 水解作用（4） 碳酸化作用（5） 氧化作用（三）生物风化作用三、风化作用的影响因素影响风化作用的因素主要有气候、地形和岩石本身的性质。（1） 气候

23、：气候是通过气温、降雨、生物繁衍的状况而表现。气候的分带性有纬度、地势、距离海洋的远近等控制。（2） 地形：包括地形的高度、起伏程度及坡向具体影响到气候风化产物的保存、日照、植被等条件。（3） 岩石性质（1） 岩石成因岩石类型：出露地表的三大岩类的抗风化能力不同沉积岩（碎屑岩 > 化学岩、生物岩）岩浆岩（酸性岩 > 基性岩）变质岩（浅色变质岩 > 深色变质岩）（2） 矿物成分（3） 结构和构造：颗粒均匀 > 粒径级差大的岩石 基地式胶结 > 孔隙式胶结（4） 节理裂隙的发育情况（5） 差异风化：在相同的风化作用条件下，抗风化能力不一致的岩石，表现出程度不等。第二节

24、河流地质作用河流：地表上有固定水道（河道）的经常性流水。河谷：经常有流水的部分。2、 河流的侵蚀作用（1） 河流的侵蚀作用方式：磨蚀 冲蚀 溶蚀（2） 河流侵蚀作用的方向分为：下蚀作用（垂直侵蚀） 侧蚀作用（1） 地球自转偏向力：沿运动方向，北半球偏右，南半球偏左。3、 河流的搬运作用搬运能力：河流能够搬运碎屑的颗粒大小。搬运量：河水中携带的碎屑无总量。（1） 机械搬运悬运 推运 跃运（2） 溶运包括真溶液和胶体两种形式四、河流的沉积作用原因：1.河流不同的部位流速发生变化。 2.河流流量随气候或季节而变化。 3.搬运物增加负荷过量。冲积物的特征：1分选性好 2.磨圆度好 3.层理清晰 4.韵

25、律性好 5.具有流水成因的构造特征。第4节 泥石流1、 泥石流的概念泥石流是发生在山区的特殊洪流，是由大量的泥沙、碎块石等固体物质和水混合成的黏性流体，在重力作用下，沿坡面或溪谷快速流动的一种自然地质现象。2、 泥石流的形成条件和防治措施（一）松散物质1.流域内有丰富的不稳定的松散土堆积物。（二）水源条件2.突发而急骤的大量水流。（三）地形条件3.地形条件：形成区、流通区、沉积区。三、泥石流的分类（一）按流体性质分类1.黏性泥石流 2.稀性泥石流（二)按物质组成分类1.泥流 2.石流 3.泥石流（三）按地貌特征分类1.山坡型泥石流 2.沟谷型泥石流四、泥石流的防治原则：避强制弱、局部防护、重点

26、处理、以防为主。防治措施水土保持措施：平整山坡植树造林修建谷坊坡面排水等泥石流形成区拦挡措施：各种拦挡坝与坝群泥石流流通区排导措施：排洪道、导流堤停淤场泥石流沉积区第五章地下水的地质作用及水质评价第1节 ：自然界中的水地下水的来源：1.渗入水 2.凝结水 3.海成水 4.初生水岩石空隙：是地下水储存和运移的先决条件岩石空隙的类型：1.孔隙 2.裂隙 3.溶隙岩石中的水存在形式：1.气态水2.结合水3.毛细水4.重力水5.固态水透水性：岩石透过水的能力决定岩石透水性的因素有：（1）空袭的大小和连通性（主要）（2） 孔隙大小含水层与隔水层1. 透水性差的岩石构成隔水层 2.透水性好的岩石构成含水层地下水的类型按含水层性质分（1) 孔隙水(松散堆积物孔隙中的水) (2)裂隙水(基岩裂隙中的水) (3)岩溶水(岩溶化空隙中的水)按埋藏条件分(