工程地质复习全套课件.ppt

工程地质,授课教师：授课专业：港口航道与海岸工程授课学时：32授课形式：课堂教学+室内实验课堂教学成绩：笔试（70%）+作业实验报告考勤（30%）参考教材：工程地质及水文地质（陈南祥）工程地质曲力群，李忠，苗喜德工程地质学（陆兆臻）工程地质手册,本课程课堂教学的基本内容与要求,1、工程地质学在工程建设中的作用和任务；2、工程地质条件的内容及分析评价方法；3、常见的工程地质问题及其评价方法；4、岩土工程勘察及安全监测方法。,实践性环节的内容与要求,1、造岩矿物及三大类岩石实验课、实验报告；2、湖山地区野外认识实习、实习报告。,什么是工程地质学？,是调查、研究、解决与各种工程活动有关的地质问题的科学。,本课程涉及内容：矿物学、岩石学、古生物学、地史学、构造地质学、工程地质原理、工程勘察、岩石力学、土力学，等等,岩土工程地质学的任务,1、查清建筑场区的工程地质条件；工程地质条件：与工程有关的地质条件之综合。包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、物理地质现象、地质物理环境、天然建筑材料等七方面的内容。2、分析、评价、预测工程地质问题；工程地质问题：当工程建设与地质条件发生矛盾时产生的问题。土体工程中常用的工程地质问题有：沉降与不均匀沉降、振动液化、渗漏与渗透变形、承载力不足、土坝（包括基坑边坡、堤坡等）稳定等。岩体工程中常见的工程地质问题有：岩质边坡稳定、洞室围岩稳定、高坝坝基稳定、不均匀变形等。3、选择最佳的工程场地、线路方案或建筑物布置形式；4、提出岩土体利用、整治或改造的工程措施；5、提供工程规划、设计、施工所需的岩土工程地质资料。,不同工程建筑，存在的工程地质问题不同：(1)工业与民用建筑：地基承载力不足，沉降和不均匀沉降，砂土液化，深基坑边坡稳定，场地水、土的腐蚀性以及特殊性土的问题等。(2)铁路、公路工程：路基边坡、隧洞围岩和桥墩地基的稳定问题，路面的冻胀、不均匀沉降问题，以及高等级公路超压缩性路基土的湿胀和“桥头跳车”问题等。(3)地下工程：围岩稳定、突水、岩爆问题以及影响地下工程开拍施工的高地应力、高地湿和有害气体问题等。(4)港口码头：码头地基岸坡的稳定，回填土的沉降和人工边坡稳定，海浪侵蚀和回淤问题等。(5)矿山工程：露天矿(高)边坡及地下巷道的稳定、涌水及有害气体问题，采矿引起的地面沉降、塌陷问题等。(6)水利水电工程遇到的工程地质问题则更为复杂多样，除与上述其他工程相类似的区域稳定，坝基、边坡和地下洞室围岩稳定，以及坝基岩土体的沉降和不均匀沉降外，还有库坝区渗漏，水库库岸稳定及水库涌浪、水库淤积、水库浸没以及水库诱发地震等问题。在特殊性岩土(如红粘土、黄土、淤泥质土、冻土、膨胀性岩上等)分布区的工程建筑还会遇到特殊的工程地质问题，如黄土的湿陷性问题、红粘土的失水收缩开裂问题、膨胀性岩土的吸水膨胀问题等。,第一章 地球基本知识,第一节 地球的构造一、地球的圈层构造,地球的圈层构造,外圈层构造：大气圈水圈生物圈,第一章 地球基本知识,第一节 地球的构造一、地球的圈层构造,二、地球的表面形态地貌,地形地貌：地表面高低起伏的状态地势：陆地表面高低起伏的趋势。,O 49.52 Si 25.75 Al 7.51 Fe 4.70 Ca 3.29 Na 2.64 K 2.40 Mg 1.94 H 0.88 其他1.37,第二节 地壳及地质作用一、地壳的物质组成,二、地质作用由于自然动力引起地壳的物质成分、构造和地面形态发生运动、变化和发展的各种作用。据动力能的主要来源和发生作用的部位分为：内动力地质作用：能源来源地球本身地球自转产生的旋转能、重力作用所形成的重力能、放射性元素蜕变的热能外动力地质作用：能源来源于地球以外太阳辐射能、重力能、日月等天体引力能,第三节 地质历史及地层时代,一、地质年代的概念地质历史：地球的发展历史称为地史。为了研究地史，首先要确定研究地区地层的新老关系及其地质时代。地质时代:一个地层单位的形成时代或年代，包括：绝对年代：指所经历的实际年数，根据岩石中所含的放射性元素的蜕变确定。如:寒武纪的下限为600Ma，延续时间为100Ma。 目前已发现的地壳中的最古老地层的绝对年龄约3800Ma左右。相对年代：表示地层相对新老关系的时代顺序。如:某地层的相对时代为奥陶纪，则说明其形成时期晚于寒武纪，而早于志留纪。地质年代单位与年代地层单位是相对应的：地质年代单位的宙、代、纪、世、期、时 年代地层单位是宇、界、系、统、阶、带,现代地貌，多次冰川活动，人类出现,岩浆活动强烈，我国东部形成丰富的金属矿。华北形成内陆盆地，为主要的成煤期。华南三叠纪为浅海，后成为大陆。恐龙繁盛，海生头足类菊石发育，裸子植物以松柏、苏铁、银杏为主，被子植物出现。,构造运动强烈，天山地区突出。华北缺失泥盆和下石炭地层，中石炭后海陆交互变为陆相，主要的成煤期。华南一直为浅海，鱼类、两栖类繁盛。寒武纪我国大部为海相,三叶虫极盛。中奥陶后，华北地区上升为陆地，缺上奥陶和志留地层，华南为浅海,头足类、三叶虫、腕足类、笔石、珊瑚繁盛。,二、地层年代确定方法1、地层绝对年代t的确定,为衰变常数；t为岩层绝对年代；N0为放射性物质形成时的原子数量Nt为t年后，未蜕变原子数量,2、地层相对时代的确定,古生物法：生物发展是由简单到复杂、由低级向高级不断演化标准化石：分布时代短、特征显著、数量众多而地理分布广泛的化石。例：南京筳（Nankinella）为我国南方二叠纪的标准化石岩性对比法：同一地质时代、环境相似的情况下形成岩性相似例：宁镇山脉泥盆系厚层浅色石英砂岩标志层法：地层剖面中厚度不大、岩性稳定、特征突出、分布广泛和容易识别的岩层（称为标志层或标准层），可作为地层对比标志。如：华南三叠系中部的“绿豆岩”。岩层接触关系法：未经剧烈构造变动，老地层在下、新地层在上。强烈构造运动能使地层之间的接触关系复杂化。沉积岩：整合、假整合、不整合火成岩：沉积接触、侵入接触,1、岩层的产状 (见下页图）岩层产状：是指岩层在空间的位置或分布状态。产状三要素:走向：层面与水平面的交线的延伸方向。同一岩层的走向有两个，且数值相差1800。倾向：垂直于走向线沿层面向下所引的（射）线，在水平面上的投影所指的方向称为岩层的倾向。倾向是惟一的且与走向正交。倾角：层面与水平面之间所夹的最大锐角。,三、 岩层的产状及接触关系,2、岩层接触关系,不同地质年代所形成的岩层在空间的接触形式分为：整合接触：岩层产状平行、时代连续、岩性递变；假整合接触：地层产状基本一致、沉积时代不连续.下伏岩层的顶面往往保留古风化壳的痕迹，上覆岩层的底部有底砾岩； （也叫平行不整合接触）不整合接触：上、下地层产状不一致，地层年代不连续下伏岩层经历强烈的构造运动，产生倾斜、褶皱或隆起；（也叫角度不整合接触）侵入接触：先形成的岩层受后期岩浆侵入作用（有蚀变现象和捕虏体等）；,沉积接触：侵入体，遭受后期的侵蚀作用后形成侵蚀面，并有新的沉积层覆盖其上。（有底砾岩）,AB-沉积接触AC-侵入接触,岩石是地壳中由地质作用所形成的固态物质。是由一种或多种矿物或岩屑（造岩元素）组成的天然集合体。如：砂岩、大理岩、花岗岩等矿物是地壳中由地质作用所形成的、具有一定化学成分和物理性质的单质或化合物。如：金刚石（C）、硫磺（S）、石墨（C）、石英（SiO2）、石膏（CaSO42H2O）、正长石（KAl-Si3O8）土是岩石风化作用的产物。我国称为“第四纪沉积物”。如：黄土等,第二章 岩土体的类型及组成结构,第二章 岩土体的类型及组成结构,第一节 主要造岩矿物及其物理性质,第二章 岩土体的类型及组成结构,已发现的矿物种类达3000余种，构成岩石的主要矿物则只有二、三十种，将组成岩石的主要矿物称为造岩矿物。一、矿物的形态固体矿物按其组成元素质点的有无规则排列，可分为结晶质和非结晶质矿物。,11、结晶质与非结晶质和非结晶质矿物结晶质矿物的内部质点（原子、离子或分子）按照一定的规律重复排列，从而使晶体具有一定的内部结构和外部几何形态，叫做晶体。不同的矿物，因内部结构存在差异，其单晶也有不同形态。根据肉眼是否可以辨认，可分为显晶质体和隐晶质体两种类型。非结晶质矿物的内部质点的排列无规律，杂乱无章。,2晶体形态在相同生长环境下，具有一定成分的同种矿物，有着其特定的结晶形态，称之为该矿物的结晶习性。（1）单晶体单晶体在三维空间发育程度，将结晶习性分为如下三种类型：一向延长：包括柱状、针状、棒状、纤维状、放射状等柱状的石英、纤维状的石棉等属于一向延长二向延长：包括片状、板状、鳞片状等，片状的云母、板状的石膏等三向延长：晶体在空间的三个方向上发育程度相当，如粒状、球状、等轴状等，岩盐、黄铁矿、石榴子石等属于该种类型的结晶习性。,第二章 岩土体的类型及组成结构 第一节 主要造岩矿物及其物理性质 一、矿物的形态,（2）矿物的连生体形态双晶及平行连生双晶是同种晶体的规则连生，其中一个个体和另一个个体成镜像关系，或者一个个体旋转1800后，能与另一个晶体重合或平行。平行连生体：若每一个个体相对应的晶面和晶棱都彼此平行，相邻晶体之间的结晶格子平行、连续的晶体形态。（3）矿物的集合体形态由同种矿物许多单体聚合在一起的整体称之为矿物的集合体形态晶簇纤维状集合体钟乳状集合体结核和鲕状集合体土状,第二章 岩土体的类型及组成结构 第一节 主要造岩矿物及其物理性质 一、矿物的形态,二、矿物的物理性质,1、矿物的光学性质矿物的光学性质：矿物对自然光反射、折射和吸收能力差异等表现出来的各种性质（1）颜色：取决于矿物化学成分和内部结晶构造自色：矿物自身所固有的颜色。比较固定他色：由于含外来带色杂质而引起的颜色假色：某些物理因素引起的颜色，称为假色。如氧化膜的颜色。（2）条痕（粉末色）：是指矿物在条痕板上擦划后所留下的痕迹，即矿物粉末的颜色。（3）光泽：矿物表面对光的反射能力根据光泽由强而弱的次序，可分为：金属光泽半金属光泽金刚光泽玻璃光泽造岩矿物均为非金属光泽：玻璃光泽油脂光泽丝绢光泽珍珠光泽土状光泽（4）透明度：是指矿物透光能力的大小，主要取决于矿物对光的吸收率。可分为透明、半透明、不透明三级。,第二章 岩土体的类型及组成结构 第一节 主要造岩矿物及其物理性质,2、 矿物的力学性质,矿物在敲打、刻划、拉、压等外力作用下所表现出来的各种物理性质称为矿物的力学性质，主要包括：（1）解理：矿物晶体在外力作用下，始终沿着一定的结晶学方向破裂成一系列光滑平面的现象，称为解理极完全解理完全解理中等解理不完全解理极不完全解理（2）断口：具不完全解理性质的矿物，尤其是没有解理性质的矿物和非结晶质矿物，在外力作用下，发生无一定方向的破裂，其破裂面称为断口。贝壳状断口锯齿状断口参差状断口（3）硬度：是指矿物抵抗刻划、压入和研磨的能力摩氏（F.Mols）硬度计来测定矿物的相对硬度。,第二章 岩土体的类型及组成结构 第一节 主要造岩矿物及其物理性质 二、矿物的物理性质,第二节 岩石的成因类型及其结构构造,岩石：是地壳中由地质作用所形成的固态物质。是由一种或多种矿物或岩屑（造岩元素）组成的天然集合体，具有一定的结构、构造和变化规律。可分为3大类：岩浆岩（火成岩）岩浆冷凝固化后形成的岩石称为岩浆岩。沉积岩沉积岩是地表和接近地表的地质体，在温度不高（-70200）、压力不大（一至几十个大气压）的条件下，经风化作用、搬运作用、沉积作用和硬结成岩作用而形成的岩石。 变质岩地球内力作用引起岩石改造和变化的作用，称之为“变质作用”。由变质作用所形成的新的岩石称为变质岩 。,第二章 岩土体的类型及组成结构,岩石按成因分为：岩浆岩、沉积岩和变质岩,地表75%为沉积岩，25%为岩浆岩和变质岩。,一、岩浆岩（火成岩）,岩浆是位于地壳深部和上地幔中，以硅酸盐为主，部分为金属硫化物、氧化物、水蒸汽及其它挥发性物质组成的高温、高压熔融体。,1岩浆岩的矿物成分是岩浆岩鉴定和分类的基本依据，可分为三类：主要矿物。指岩石中含量大于10%的矿物。主要矿物是划分岩石的根本依据，如花岗岩中的长石和石英都是主要矿物。次要矿物。指含量小于10%的矿物，如石英闪长岩中的石英，闪云斜长花岗岩中的角闪石。副矿物。含量不到1%的矿物。如：磷灰石、锆石等。,第二章 岩土体的类型及组成结构 第二节 岩石的成因类型及其结构构造 一、岩浆岩,根据岩浆中SiO2重量百分比将岩浆岩划分为五大类,2、岩浆岩的化学成分化学元素：O、Al、Si、Ca、Mg、K、Na、Ti占岩浆岩总成分99.25%以上氧化物：SiO2、TiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、FeO、K2O、Na2O、H2O占氧化物总质量的99.3%以上。,第二章 岩土体的类型及组成结构 第二节 岩石的成因类型及其结构构造 一、岩浆岩,3、岩浆岩的结构岩浆岩的结构：是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形态特征及彼此间的相互关系所反映出的特征。(1)按岩石结晶程度的结构划分全晶质结构深成岩半晶质结构浅成岩、喷出岩玻璃质结构喷出岩,(2)按矿物颗粒粒度大小划分显晶质结构是指矿物颗粒在肉眼下可以分辨的结构，可细分为：粗粒结构：颗粒直径大于5mm中粒结构：颗粒直径为51.0mm细粒结构：颗粒直径为1.00.1mm微粒结构：颗粒直径小于0.1mm隐晶质结构是指颗粒非常细小，以致肉眼不能分辨,但在显微镜下可以看出晶粒，是浅成侵入岩和一些熔岩中常见的结构.,第二章 岩土体的类型及组成结构 第二节 岩石的成因类型及其结构构造 一、岩浆岩,(3)按矿物颗粒的相对大小划分等粒结构和不等粒结构:等粒结构：相同的主要矿物颗粒大小几乎相等不等粒结构：同种主要矿物颗粒大小不等,斑状和似状结构:矿物颗粒可分为大小不同的两群，大的称为斑晶，小的则为基质,似斑状结构：基质由显晶质物质组成,斑状结构：基质由微晶质或隐晶质和玻璃质组成,4.岩浆岩的构造,岩浆岩的构造:是指岩浆岩中不同矿物集合体间或矿物集合体与岩石的其他组成部分之间的排列充填方式块状构造：矿物组分没有定向性而均匀分布所组成的一种构造，如：花岗岩。流纹状构造：不同颜色的条纹所反映出的熔岩流的流动构造如：流纹岩。气孔状构造：岩浆溢出地表，压力聚降，其中挥发性成分以气体状态逸出，并聚集成气泡分散于岩浆岩中，加之温度降低和岩浆凝固，气体逸出，剩下孔洞便形成不规则状气孔构造如：浮岩、玄武岩。杏仁状构造：气孔被次生矿物如方解石、蛋白石等充填，便形成杏仁状构造，如：安山岩,第二章 岩土体的类型及组成结构 第二节 岩石的成因类型及其结构构造 一、岩浆岩,岩浆岩的产状是指岩浆岩体在地壳中的产出形态和状态，包括岩体的大小、形状、与周围岩体之间的关系、所处构造环境。(1) 喷出岩产状熔岩流：喷出地表，沿着倾斜地表流动冷凝固结形成熔岩流熔岩被：喷出地表，沿着近水平地面流动冷凝固结形成熔岩被火山锥：岩浆沿火山颈喷出地表，冷凝形成圆锥状(2) 侵入岩产状岩基：表面积大于60km2的一种规模庞大的深成侵入岩体。呈长圆形，长几十至几百公里，宽几至几十公里，接触不规则。岩株：规模比岩基小，平面上呈圆形或不规则状，面积小于60km2。和围岩的接触陡直，有时也是岩基的一部分。岩墙或岩脉：为一种较小的侵入体，一般是岩浆沿着断裂侵入所形成，其延伸往往从几米至几公里岩床：沿层间侵入而成的层状侵入体称为岩床。岩盘：是层间整合侵入体，中央隆起、四周变薄，底部平坦的穹窿状的分布范围可达数公里。,5、岩浆岩的产状,6、岩浆岩的分类及肉眼鉴定方法,岩浆岩的分类按岩浆岩的化学成分（主要是SiO2含量）和矿物组成，划分为酸性岩、中性岩、基性岩及超基性岩等岩浆岩的肉眼鉴定方法首先应根据岩体的产状及特征，确定是否属于岩浆岩观察岩石标本的颜色、矿物成分、结构与构造等方面的特征，结合分类表，确定出岩石的名称注：颜色的深浅代表了浅色矿物和暗色矿物的相对含量确定岩石中所含矿物的种类及大致含量，区分主要矿的次要矿物和副矿物,第二章 岩土体的类型及组成结构 第二节 岩石的成因类型及其结构构造 一、岩浆岩,1、沉积岩的形成母岩风化作用搬运阶段沉积阶段硬结成岩阶段风化作用：是指长期裸露在地表的岩体，经受太阳辐射热、大气、水及生物等作用，使岩石结构逐渐破碎、疏松或矿物成份发生次生变化的过程。,二、沉积岩,2、沉积岩的矿物成分：按成因类型可分为碎屑矿物。来自原岩的原生矿物碎屑。如石英、长石、白云母等。粘土矿物。原岩经风化分解而成的次生矿物，高岭石、蒙脱石、伊利石等。化学沉积矿物。如方解石、白云石、石膏、岩盐等。有机质及生物残骸。生物残骸或经有机化学变化而形成的一类矿物，贝壳、硅藻土、泥炭等。3、沉积岩的结构：组成沉积岩碎屑颗粒的大小、形状及相互间的关系。碎屑结构。碎屑物质被胶结物粘结而形成。泥质结构。由粒径小于0.005mm的粘土矿物等胶结物组成的结构。化学结构。化学沉淀物或胶体重结晶所形成的结构。生物结构。由生物遗体构成的一种岩石结构。,碎屑结构碎屑物质被胶结物粘结而形成的沉积岩的结构类型。据颗粒大小可进一步细分：在碎屑岩中颗粒大小差异很大，按颗粒直径可以分为：砾状结构 粒径2mm砂状结构粗砂结构 粒径为20.5mm中砂结构 粒径为0.50.25mm细砂结构 粒径为0.250.05mm粉状结构 粒径为0.050.005mm颗粒形态。指颗粒的磨圆度，分为棱角状、次棱角状、次圆状、圆状。,胶结类型胶结类型是指碎屑岩中碎屑物与胶结物的含量比及胶结关系，通常有：基底式胶结：胶结物的含量较高，岩石强度高；孔隙式胶结：碎屑含量较高；接触式胶结：胶结物极少。,胶结物常见的以下四种：硅质：胶结成分为SiO2，多为灰色，岩性坚固。铁质：成分为Fe2O3或FeO，多呈红色或棕色，比硅质胶结弱。钙质：成分为CaCO3、MgCO3等，灰白、青灰较为坚硬。泥质：成分为粘土矿物，黄褐色，遇水易软化或分解。,(1)层理构造：层理是岩石的颜色、成分和结构沿垂直方向变化而形成的一种层状构造。根据层理与层面的关系，可分为：水平层理、波状层理、斜层理、交错层理、尖灭层、透镜体。(2)层面构造：指在岩层顶面和底面发育的构造，可以判断岩层的层序关系。顶面构造，如波痕、泥裂、雨痕、雹痕和虫迹。 波痕是由于风、流水、波浪的运动，尖的波峰指示岩层的顶面。底面构造，有底冲刷、槽模和沟模等。(3) 结核。沉积岩中的包裹体，其成分和颜色均与所在岩层有明显的差别。如南京湖山地区二叠系栖霞组灰岩中发育的燧石结核。(4) 生物成因构造。沉积岩中的古代生物的遗迹和痕迹所形成的构造称为生物成因构造。,4.沉积岩的构造沉积岩各组成部分的空间分布和排列方式,岩层：是在一个基本稳定的条件下所形成的最大的沉积单位，由在成分上基本均匀一致的岩石组成。按厚度可分为:巨厚层(块状层)，大小1m厚层，10.5m中厚层，0.50.1m薄层，小于或等于0.1m。,补充概念,在各时代的古生物中只有一小部分因条件适宜才被保存下来成为化石。 化石形成的条件：1生物本身必须具有硬壳、骨骼等不易遭受氧化或腐烂的硬体部分。 2生物死后其尸体尽快地被沉积物所掩埋，以免氧化腐烂或遭受其他破坏。 3掩埋后的生物遗体必须经过长时间的填充、置换等石化作用才能形成化石。,(1) 沉积岩的分类按成因、物质成分和结构特征，将沉积岩分为三大类：碎屑岩类粘土岩类化学岩及生物化学岩 (2) 主要沉积岩的鉴定砾岩、角砾岩：碎屑岩中大于2mm的碎屑颗粒含量占50%以上的岩石砂岩：粒径为20.05mm颗粒的含量占50%以上的岩石称为砂岩泥岩：是固结程度较高的一种粘土岩页岩：具片状、鳞片状构造石灰岩：以方解石为主要矿物白云岩：白云石组成,5、沉积岩的分类和主要沉积岩的鉴定,地球内力作用引起岩石改造和变化的作用，称之为“变质作用”。1、变质作用(1) 变质作用因素温度压力具有化学活动性的流体(2) 变质作用的类型接触变质作用。由岩浆散发的热量和析出的气态或液态溶液引起的变质作用。发生在岩浆体与周围接触带的围岩之中。动力变质作用。构造运动所产生的定向压力使岩石发生的变质作用。通常发生在褶皱带、断裂带附近，其结果形成构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩等。区域变质作用。由温度、均向压力、定向压力和具有化学活动性的流体的综合作用造成。与构造运动和岩浆活动有密切关系。由变质作用所形成的新的岩石称为变质岩。,三 变质岩,2、变质岩的矿物成分一类是和岩浆岩、沉积岩共有的矿物，如长石、石英、云母、辉石、角闪石、磷灰石、磁铁矿等；另一类是变质岩特有的矿物，常见的有红柱石、蓝晶石、十字石、阳起石、滑石、蛇纹石、叶蜡石、绿泥石、方柱石等。 标准变质矿物：浅变质带绿泥石、绢云母中变质带蓝晶石深变质带矽线石3、变质岩的结构碎裂结构。是岩石受挤压应力作用后，矿物重新结合形成的。根据破碎程度可分为碎裂结构、碎斑结构、糜棱结构等变晶结构。岩石在固体状态下物质发生重结晶称为变晶作用由变晶作用形成的结构称为变晶结构变晶结构的主要特点是：矿物的自形程度不高矿物的自形程度只反映矿物结晶力的大小，与结晶次序无关含有包体变余结构。又称残余结构，是重结晶作用不彻底而保留母岩结构特征的结构,变余构造：变余层理构造、变余气孔构造变成构造：板状构造：受应力作用产生一组密集平行的破裂面，劈理面光滑平整。板岩千枚状构造：组分发生重结晶并形成定向排列，使岩石呈薄片状。 千枚岩（主要由绿泥石组成）片状构造：由鳞片状、薄片状、柱状变晶矿物组成，作定向排列和分布，沿片理面劈开成不平整薄板状。 片岩片麻状构造：粒状、鳞片状、柱状变晶矿物呈断续的定向排列和分布。 片麻岩块状构造：矿物成分分布均匀，无定向排列现象，如石英岩、大理岩等。,、变质岩的构造,变质岩的分类（见下表）动力变质岩接触变质岩区域变质岩主要变质岩特征描述片麻岩片岩板岩千枚岩石英岩大理岩,5、变质岩的分类,表 主要变质岩分类简表,岩石的工程地质及水文地质取决于：岩石产状、矿物组成、结构、构造等各种地质作用对岩石的影响，特别是岩石的风化作用对岩石性质的影响一、火成岩取决于形成环境及成分，特别是形成环境通常具较高的力学强度，可作为各种建筑物良好的地基及天然建筑石料，但抗风化能力弱，易风化破碎，形成风化带二、沉积岩取决于矿物成分具成层分布规律，层厚变化大，存在各向异性特征三、变质岩与母岩密切相关片理构造使岩石具各向异性特征往往裂隙发育,第三节 岩石的工程地质及水文地质评述,第一节 概述构造运动（或造山运动、地壳运动）：由于地球内动力地质作用引起地壳的机械运动。形式：水平运动：地壳受水平引张或水平挤压作用，使岩层产生断裂或褶皱。升降运动：垂直于地表的运动，表现为地壳大面积的上升运动或下降运动。新构造运动：晚第三纪以来的构造运动现代构造运动：人类历史以来产生的新构造运动,第三章 地壳运动与地质构造,构造运动的标志：水平运动的标志：地壳板块运动建筑物被错动河流、山脊等发生同步弯曲或错断构造变形升降运动的标志：河流阶地、海成阶地、夷平面、多层溶洞等沉积环境及沉积厚度等变化地层接触关系,全球构造运动活动带的空间分布：环太平洋带地中海印度尼西亚带大洋洋脊及大陆裂谷带,地质构造：地壳运动使岩体产生变形、变位，形成各种不同的构造形迹。 如：断层、裂隙、褶皱等。地质构造的基本类型有：水平构造：地壳表层沉积的、受构造运动作用轻微的、层面近水平的构造。倾斜构造：构造运动使岩层面与水平面有一定夹角。如：单斜构造褶皱构造：当岩性比较软弱的层状岩体受到较强烈构造运动作用时，岩层便产生一系列连续弯曲变形形态。断裂构造：构造作用力超过岩体极限强度时，岩层便产生破裂或错动。褶皱和断裂构造使岩层产生弯曲、断裂和位移，破坏了岩体的完整性，使岩体透水性增强、风化作用加剧、岩石强度和岩体稳定性降低，使工程建设的工程地质条件复杂化。,一、褶皱构造的类型及其特征褶皱：是岩层受构造作用力后产生变形，形成的一系列连续完整的弯曲形态。是地壳上分布广泛、最常见的地质构造形态之一。水平挤压、垂直隆起作用力、剪切力都可能形成褶皱。,第二节 褶皱构造,1、褶皱构造的基本形态背斜：岩层向上弯曲，两侧岩层向外倾斜向斜：岩层向下弯曲，两侧岩层向内倾斜,未经风化剥蚀，背斜成山，向斜成谷风化剥蚀后，背斜成谷，向斜成山,2、褶皱要素,核褶皱构造的岩层遭受风化剥蚀后，出露在地表的地层的中心部分。翼核部两侧岩层对称出露的部分。轴面平分皱褶两翼的一个理想的面。轴轴面与水平面的交线。其延伸方向代表褶皱的延伸方向。枢纽轴面与岩层面的交线。是褶皱同一层面上弯曲最大的点的连线。,3、褶皱的形态分类,按轴面产状分类,直立褶皱 倾斜褶皱 倒转褶皱 平卧褶皱,按枢纽产状分类,水平褶皱(a，a)、倾伏褶皱(b，b),按延伸长度和宽度比值分类线状褶皱：长宽比大于10短轴褶皱：长宽比为3-10穹窿构造(a)：长宽比小于3，岩层向四周倾斜，剥蚀后平面上中部为老岩层盆地构造(b)：长宽比小于3，岩层向中心倾斜，剥蚀后平面上中部为新岩层,1、 垂直岩层走向选择观察路线，发现地层呈对称重复出露分布时，有褶皱构造。2 、根据岩层的新老组合关系判断褶皱构造的基本形态。若老岩层在中间、新岩层在两边对称重复出露分布则为背斜，反之为向斜。3 、根据两翼岩层产状判断褶皱构造的形态类型（直立、倾斜、倒转）。,二、褶皱构造的野外识别,第三节 断裂构造,岩体受构造应力作用产生的破裂面称断裂构造。 断裂构造主要分为：断层：发生明显位移，裂隙（节理）：无明显位移或只发生微量位移,一、断层的基本类型及特征,1、断层要素基本组成部分有：断层面、断层线、断盘、断距、断层带,2、断层的主要类型及其特征（1）按断层两盘的相对运动方向,正断层 逆断层 平移断层,逆断层组合形式迭瓦式构造,正断层组合形式,(2)断层按力学性质分类压性断层、张性断层、扭性断层、压扭性断层、张扭性断层(3)按断层走向与岩层走向关系分类走向断层、倾向断层、斜交断层(4)按断层走向与褶皱轴向关系分类纵断层：断层走向与褶皱一致；横断层：断层走向与褶皱轴向垂直；斜断层：断层走向与褶皱轴向斜交。,二、断层的野外识别1、地层的重复或缺失；2、岩层、岩脉或早期断层突然中断、错开， 横断层使两侧褶皱核部宽度突变；3、断层带内特征。断层破碎带和两侧影响带碎块岩、压碎岩、断层角砾岩、片状岩、糜棱岩、断层泥等构造岩；4、断层面上特征。擦痕、阶步等，常用于判断断层运动方向及断层性质；5、断层的旁侧构造。牵引构造和伴生裂隙构造，可判断断层运动方向及断层性质；6、地形及水文地质特征。断层崖和断层三角面，河流的纵坡突变或山峰中断，地表水的流向和地下径流方向突然改变。,地层的重复（a,c,e）或缺失（b,d.f）,早期断层错断,横断层使两侧褶皱核部发生突变,岩层中断,岩脉切断,断层构造岩,断层的伴生裂隙,活动性断裂：一般是指新生代第四纪以来有过活动的断裂构造。在岩土工程或地震工程中，活动性断裂时间限定在第四纪中更新世（15万70万年）；水利水电工程，则指晚更新世（1万15万年）以来有过活动的断裂。、活动性断裂的地震工程分类全新活动断裂：全新世（1万年来）、近期、将来。发震断裂：近期（近500年来）、未来100年内、5级及5级以上。非全新活动断裂：1万年以前曾活动过。地裂：分构造性地裂及重力性地裂。,三、活动性断裂及其特点,、活动性断裂的主要标志直接标志：错断晚更新世以来地层；断层带中的构造岩或被错动的脉体绝对年龄测定在1015万年内采用仪器观测到沿断层有位移和地形变（0.1mm/a)；沿断层有历史和现代中强震震中分布，或有晚更新世以来的古地震遗迹，或密集分布而频繁的近期弱震活动；与已知活断层有共生或同生关系的断层间接标志：沿断裂带震中有规律分布或出现大面积的地裂缝。活动性断裂两侧地形地貌发生突变，断层两侧第四系厚度差异较大。地下水线状分布且泉水露头的数量及水量、水质发生变化，或地表水系作规律性变迁。两种不同地貌单元长距离直线相连或第四纪火山线状分布。人类修建的一些古建筑（如长城、古墓、古城堡）等被错断。 参考标志：遥感图像上的异常形迹、物理模拟和数学模拟求出的活动性强烈的断层带,、活动性断裂对工程建筑的影响及评价活断层引发地震使建筑物遭受危害；活断层的水平或垂向位移使横跨断层的建筑物产生拉裂、变形、甚至破坏；活断层的变形有蠕动和错动，蠕动危害较小，强震引起的蠕动变形大，对建筑物的破坏大批；活断层是产生不良地质现象（滑坡、崩塌、泥石流）的重要控制因素；活断层发育地区可将工程建筑布置于“安全岛”。,四、裂隙的成因类型及特征,1、剪裂隙：受剪应力作用形成的破裂面，一般两组共轭出现。主要特征是：产状稳定，延伸较远；裂隙面平直光滑，通常切过岩层中的砾石、结核；裂隙面上有擦痕、镜面等剪切滑动痕迹；一般呈闭合状；裂隙发育密集。,2、张裂隙：受引张应力作用而形成。主要特征是：产状不稳定，延伸不远；裂隙面弯曲粗糙，通常绕过岩层中的砾石、结核；裂隙面上无擦痕、镜面等剪切滑动痕迹；张开度大，且常被岩脉冲填；间距较大，是良好的地下水渗漏通道。,按成因可将裂隙分为：原生裂隙、构造裂隙、次生裂隙,构造裂隙按力学成因分为：,构造裂隙：张裂隙、剪裂隙,一、地质图的分类与规格,地质图：根据野外勘察的资料，将各种地质现象和地质条件反映在一定比例尺的地形图上的图件、地质图的分类(1) 地质平面图。(2) 工程地质剖面图：反映建筑物轴线或某一方向深部地质条件(3) 综合地层柱状图：地层的时代、厚度、地层之间的接触关系、岩性特征等内容。 2、地质图的要求地质图首先应有图名、图例、比例尺、方向或地理位置及名框等。地质图图例的编制应遵循自上而下或由左而右，地层从新到老排列的原则。比例尺的大小应根据研究阶段采用相应的比例尺。,第四节工程地质图件的阅读与分析方法,、地质图的阅读步骤（1）看图名（2）看比例尺（3）阅读图例（4）地形和地貌（5）地层的分布、产状（6）地质构造的类型和分布（7）物理地质现象的规模、分布等内容（8）了解本区的地质发育历史，评价建筑场地的工程地质条件,二、地质图的阅读和分析方法,第四章 自然地质作用,地质作用：地壳自形成以来，其物质组成、内部结构及表面形态，一直都在进行演变和发展，促使地壳演变和发展的各种作用，统称为地质作用。,内动力地质作用外动力地质作用,内动力地质作用引起地质作用的能量来源来自地球内部，如地球自转、重力和放射性元素蜕变能量等。根据内动力地质作用的方式常见有四种类型：,构造运动（地壳运动）：使地壳发生变形变位的动力作用。地震作用（地动）：地球内动力而引起的地壳岩石圈的快速颤动。岩浆及火山作用：地球的放射性元素蜕变，产生巨大的能量，在地球内部可使原岩熔成高温高压的岩浆，由地下深处侵入地壳上部冷凝成岩，甚至喷出地表形成火山及熔岩。变质作用：原岩受构造运动、地震作用、岩浆及火山作用，而使原成分、结构、构造发生变质的作用。,外动力地质作用,太阳辐射能、重力能或天体引力等能量在地壳表层所进行的各种地质作用。,风化作用：太阳辐射、水、气体、生物共同作用。剥蚀作用：如风的吹蚀、河流侵蚀、地下水潜蚀、冰川刨蚀等。搬运作用：水、风、生物等沉积作用：固结成岩作用（石化作用）：,第一节 风化作用,风化作用：是指长期裸露在地表的岩体，经受太阳辐射热、大气、水及生物等作用，使岩石结构逐渐破碎、疏松或矿物成份发生次生变化的过程。1、风化作用的类型物理风化作用：指由于温度的变化、岩体中水的冻结或盐类物质的结晶膨胀使岩体机械破碎的过程为物理风化作用。温差、冰劈、盐晶化学风化作用：指岩体在水、大气等因素的化学作用下，化学成份发生变化，有新的次生矿物生成。氧化、溶解、水化、水解生物风化作用：主要是由于生物对岩石和岩体产生的化学或机械破坏作用。,第三章 自然地质作用,2、影响岩石风化的因素岩性岩石的矿物成分、结构、构造侵入岩抗风化能力较喷出岩弱岩浆岩中基性岩抗风化能力较中酸性岩弱沉积岩中碎屑岩类的风化速度取决于胶结物和碎屑物成份岩石结构相同矿物组成的岩石等粒结构的比不等粒结构抗风化能力要强；细粒结构比粗粒结构抗风化能力强地质构造地质构造破坏岩体的完整性、增大透水性和风化作用的面积的深入风化强烈的结构面：断层、裂隙、层面、不整合接触面、岩浆侵入接触面气候：气温、降水湿热地区化学和生物风化作用就强烈干寒地区含水岩石的冻融交替物理风化作用较强地形地貌向阳的山坡比阴坡风化作用要强陡坡以物理风化为主；缓坡以化学和生物风化为主两岸阶地比漫滩及河床风化层厚地下水化学成份及其循环条件,风化程度划分水电规范：全风化强风化中（弱）风化微风化岩土工程勘察规范：残积土全风化强风化中风化微风化,一、地表水流的运动方式层流：水质点在流动过程中相对位置保持平行的一种水流。紊流：水质点的流速方向和大小随时间而不断变化。环流：水质点作螺旋形运动。控制河床形态发展。涡流：水质点绕水平或竖直轴旋转。,第二节 河流地质作用,1、暂时性水流的地质作用雨蚀作用片流的地质作用洪流的地质作用2、河流的地质作用侵蚀作用下切侵蚀（下蚀）向源侵蚀侧向侵蚀（旁蚀）搬运作用：拖运、悬运、溶运沉积作用：,二、地表水流的地质作用,三、河流地貌,河谷形态,1、河谷地貌根据河谷形态特征分类峡谷（“V”形谷) 宽谷（“U”形谷）,2、河流阶地由于地壳运动或气候变化，河流下切，使原来的河谷、河床或河漫滩高出一般洪水位，呈阶梯状沿谷坡分布，成为阶地。,阶地可分为五种类型：侵蚀阶地（a)、基座阶地(b)、堆积阶地：上叠阶地(c)、 内叠阶地(d)、嵌入阶地(e)、埋藏阶地(f),岩溶：原称喀斯特(Karst),是指在以碳酸盐岩为主的可溶性岩区，岩石长期受水的淋漓、冲刷、溶蚀等地质作用而形成的独特地貌形态的地质现象。这种现象在南斯拉夫西北部伊斯的利亚半岛的石灰岩高原上最为典型，所以常把石灰岩地区的这种地形笼统地称之喀斯特地形。19世纪末，南斯拉夫学者司威杰(J.Cvijic)首先对该地区进行研究，并借用喀斯特一词作为石灰岩地区一系列作用过程的现象的总称 ，1966年我国第二次喀特学术会建议将“喀斯特”一词改为“岩溶”。,第四节 岩溶及其工程地质问题,2句话、4个条件：可溶的透水岩层；具有侵蚀性的水流。（1）岩石是可溶的： 可溶性岩石是Karst发育的物质基础，按成分分成三大类： 碳酸盐岩（真岩溶）、硫酸盐岩、氯化物（假岩溶） 。（2）岩层是透水的（岩层的透水性）：是必要条件，有2个意义：1）扩大接触面积，地表地下； 2） 加速水的循环，溶解饱和。透水性越好，岩溶越发育，透水性对渗漏通道具有控制作用。影响透水性的因素：断裂构造和层面的分布。（3）水具有溶解能力水对岩石的溶解能力主要取决于水中侵蚀性CO2的含量： 石灰岩在纯水中的溶解度：25时为14.3mg/l. 石灰岩在天然水中的溶解度：可达几百mg/l，原因CO2参与了化学反应： CaCO3+CO2+H2O=Ca+CO32-+H+HCO3-.水中CO2的来源：雨水溶解空气中的CO2； 土壤和地表附近强烈的生物化学作用所形成的CO2； 火山作用、变质作用、含煤地层。水中CO2含量的动态变化：流速降低，CO2含量降低； 随着溶解的进行，CO2 含量降低。（4）水是流动的水的流动状态是指水在岩层中的循环和交替情况。循环条件取决于：岩层的透水性；地下水的补、排条件。,一、岩溶发育的基本条件,1、岩溶渗漏问题研究内容：是否渗漏；通道及排泄；渗漏形式；防渗处理。岩溶渗漏的基本条件：负地形、单薄分水岭；低于设计水位的岩溶通道；无可靠隔水层。岩溶防渗处理：铺盖法、堵塞法、灌浆法、截水墙法、围井、隔离法2、岩溶地基稳定性地基岩土体强度降低、结构复杂。3、岩溶地区地下洞室围岩稳定和涌水围岩稳定性、突然涌水,三、岩溶工程地质问题,地壳每年发生的地震约500万次，造成建筑物破坏外，伴随有其它地质灾害，如山崩、滑坡、河道堵塞、喷水冒沙等。如1976年7月28日，我国唐山地震，震级为7.8，约24万人丧生。 80%的工业建筑和96%的民用建筑被破坏。,第五节 地震与活动性断裂,(2) 地震带的分布主要受活断层控制，集中分布于3个带： 环太平洋地震带：沿太平洋边缘地带呈环状分布，从南美的麦哲伦海峡起沿南美洲的西岸通过阿留申群岛经日本、台湾海峡、菲律宾到新西兰。占80-90%，且浅源地震都集中于该带。 地中海-欧亚地震带（地中海-喜马拉雅地震带）：沿东西向横贯欧亚大陆南缘，