工程地质学选编课件.ppt

工程地质学,参考书籍,1、土木工程地质 胡厚田等，高等教育出版社2011年2、普通地质学,南京大学夏邦栋主编,北京:地质出版社,1995年 3、工程地质学 刘忠玉等，中国电力出版社，2007,绪论,一、基本概念 1、地质学（geology）：研究的主体对象也是固体地球，当前主要是研究固体地球的表层地壳或岩石圈。也就是(地壳和地幔的上部)的物质组成、内部构造、表面特征、地球演化历史等的科学。,世界上最深的钻井（12.5km）位于俄罗斯西北部的科拉半岛。,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。(1）地层岩性(2）地形地貌条件(3）地质构造(4）水文地质条件(5）不良地质现象（滑坡、崩塌、岩溶、泥石流等）(6）天然场地建筑材料,(1）地层岩性,敦（煌）格（尔木）公路横跨盐湖一段长约32千米，系用盐铺造，称“万丈盐桥”。青藏铁路也约有32千米长的路基筑在盐湖上，为世界铁路建筑史上所罕见。,(2)地形地貌：,2006年，7月1日，世界上海拔最高、线路最长的高原铁路青藏铁路正式全线通车，穿越可可西里、三江源、羌塘草原，进入盖着冰雪、开着雪莲花的雪域高原深处，到达圣地拉萨。,地形地貌：,地形地貌,当岩层水平、直立，或单斜层面及节理面背向路基时，对边坡稳定有利，如若有软弱岩层时，应抹面护壁以防止风化。,岩层层面及节理面倾向路基(图d e)，且结构面的倾角大于10度，其走向又与路基平行或交角较小时，易形成边坡的坍塌。如若有软弱岩层时，则更易形成边坡的滑动 F 极易产生滑塌,(3)地质构造：,水是最活跃的动力因素，又是最易受人为活动影响的因素。水本身还是一种重要资源，是十分重要的环境因素，经常处于主导地位；或成为最重要的激发因家。,青藏铁路关角隧道，隧道里的超强涌水，全管段日涌水量最大可达32万立方米，平均每天抽排水15万立方米左右，相当于每天要抽排出一座小型水库的蓄水量。,(4）水文地质条件,(5）不良地质现象,菲律宾南部康波斯特拉谷省潘图坎市2012年1月5日凌晨发生的山体滑坡事故已造成至少25人死亡，另有约150人失踪。发生地点位于潘图坎市一座偏僻乡村。,4、工程地质问题 1）地基稳定性问题 上海锦江饭店（沉降过大）比萨斜塔、大雁塔（不均匀沉降）2）边坡稳定性问题 3）洞室稳定性问题 4）渗漏问题 5）区域稳定性问题,二、工程地质学的任务1、研究、评价工程地质条件.2、预测有关工程地质问题发生的可能性、发生的规模和发展趋势，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、选址方面2、对规划、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、野外辨认常见矿物、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。,第1章 矿物和岩石,1 地球概况2 矿物3 岩浆岩4 沉积岩5 变质岩6 常见岩石的工程性质评述,1 地球概况,高精度的微波测距，激光测距，特别是人造卫星上天，再加上电子计算机的运用和国际间的合作，使人们可以精确地测量地球的大小和形状了。北极地区约高出18.9米，南极地区低下去24-30米。所以有人说，地球像一个倒放着的大鸭梨。其实地球确切地说，是个三轴椭球体.,一、地球的形态、大小,赤道半径 6378.137 km两极半径 6356.752 km平均半径 6371.012 km扁率 1/298.257赤道周长 40075.7km子午线周长 40008.08 km表面积 5.101108km2体积 10832108km3,国际大地测量与地球物理联合会1980年公布的地球形状和大小的主要数据如下：,二、地球的外部圈层,（大气圈、水圈、生物圈）,大气圈的分层（1）对流层 高度在12 km以下。空气进行垂直对流运动，同时也有水平运动。风、云、雨、雪等主要天气现象都发生在这一层里。大气污染也主要发生在这一层，尤其是近地12 km内。（2）平流层 5055 km，温度随高度而上升，在1235 km高处温度基本不变。空气多作平流运动，空气清洁干燥。含O3，大部分存在于1235 km之间。,（3）中层 高度至85 km。（4）热层 高度至800 km。（5）外层 高度在800 km以上。,焚 风（foehn)其英文名称直接借用其德文源词，最早是指气流越过阿尔卑斯山后在德国、奥地利和瑞士山谷的一种热而干燥的风。,三、地球的内部圈层,（一）确定圈层结构的原理,（二）地球内部圈层及划分特征,G,F,E,D,C,B,A,四、地壳,1、Continental Crust：组成：以硅铝质为特点，分两大类岩石：地壳上部相对未变形的沉积岩和火山岩；已经变形变质的沉积岩、火成岩和变质岩带。上部厚的沉积层下部为硅铝层（granitic layer);底部为硅镁层（basaltic layer).,2、Oceanic Crust,极薄，由上到下由三部分组成：A：薄的沉积层，未固结；B：镁铁质火成岩（玄武岩、辉长岩为主）C：已变质的玄武岩洋壳缺失硅铝层洋壳年龄远远低于陆壳，多晚于中生代。,硅镁层,大陆地壳与大洋地壳对比表,不同地理单元地壳厚度的差异,大陆、大洋结构差异导致Mohor面起伏不平,2 矿物,一、矿物的定义地质作用下形成的自然元素及其化合物,其内部质点排列有序的均匀固体,称矿物,1）矿物是各种地质作用形成的天然化合物或单质，比如火山作用。2）矿物具有一定的化学成分。但天然矿物成分并不是完全纯的，常含有少量杂质。3）矿物还具有一定的晶体结构，它们的原子呈规律的排列。4）矿物具有较为稳定的物理性质。5）矿物是组成矿石和岩石的基本单位。,只有具备以下条件的物质才能称为矿物：,二、矿物的物理性质,1、矿物的形态分为矿物单体的形态和矿物集合体的形态。,矿物单体的形态,矿物的形态,所有的矿物晶体，共可划分出47种单体形态。,所有的矿物晶体，共可划分出47种单体形态。,红柱石,白榴石,黄玉,Al2SiO4F，OH2，,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。,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、晶簇状、放射状等,矿物集合体的形态,（1）矿物的颜色（Color）矿物的颜色分为自色、他色、假色。自色：是指由矿物本身固有的成分、结构所决定的颜色。他色：是由杂质、气液包裹体等所引起的颜色。假色：是因物理光学效应而产生的颜色，如晕色、锖色、变彩等。,2、矿物的光学性质,矿物的颜色,双色水晶,猫眼石在矿物学中是金绿宝石（Chrysoberyl）中的一种，属尖晶石族矿物。金绿宝石是含铍铝氧化物，化学分子式为 BeAl2O4。属斜方晶系。晶体形态常呈短柱状或板状。猫眼石有各种各样的颜色，如蜜黄、褐黄、酒黄、棕黄、黄绿、黄褐、灰绿色等，其中以蜜黄色最为名贵。透明至半透明。玻璃至油脂光泽。贝壳状断口。,猫眼石,Color,Color,矿物的条痕是指矿物粉末的颜色。一般是将矿物在白色无釉瓷板上刻划后，观察其留下的粉末颜色。,（2）矿物的条痕（Streak）,矿物的光学性质-Streak,矿物的透明度是指矿物可以透过可见光的程度。根据矿物在岩石薄片(其标准厚度为0.03mm)中透光的程度，矿物的透明度可分为：透明 矿物在0.03mm厚的薄片上能透光。半透明 矿物在0.03mm厚的薄片上透光能力弱。不透明 矿物在0.03mm厚的薄片上不能透光。,（3）矿物的透明度（Transparency）,（4）矿物的光泽（Luster）,光泽分为三级，金属光泽:R25%。呈金属般的光亮。半金属光泽:R=25-19%。呈弱金属般的光亮。非金属光泽：,非金属光泽：,金刚光泽:R=19-10%。如同金刚石般的光亮。玻璃光泽:R=10-4%。如同玻璃般的光亮。珍珠光泽、丝绢光泽、油脂光泽、松脂光泽沥青光泽、土状光泽等。,ZnS,CaCO3,石棉,云母,高岭石,矿物的光泽,发光性是指物体受外加能量激发，能发出可见光的性质。又分为荧光和磷光两种类型。一些矿物，它们的晶体构中激发电子被晶体缺陷所捕获，如果捕获是暂时的，激发电子以一定速度落回到基态，能持续地发射出一定能量的可见光。故在外加能量停止后仍然继续发光，此缓慢衰退的发光称为磷光。矿物经某种波长的入射光（通常是紫外线或X射线）照射，吸收光能后进入激发态，并发出比入射光的波长长的光，而且一旦停止入射光，发光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被称之为荧光。,（5）矿物的发光性,3、矿物的力学性质,（1）矿物的解理（2）矿物的断口与裂开（3）矿物的硬度（4）矿物的比重,（1）矿 物 的 解 理,一组解理,矿物的解理：晶体受到外界力打击时，能够沿着一定结晶方向分裂成平面的能力。,云母,（1）矿 物 的 解 理,二组解理,（1）矿 物 的 解 理,三组解理,1）极完全解理 极易裂成薄片。解理面光滑、平整，很难发生断口。2）完全解理 很易沿解理方向列成平面(不成薄片)。解理面平滑，较难发生断口。3）中等解理 可以沿着解理方向裂成平面。解理面不太平滑，断口易出现。4）不完全解理 不容易裂出解理面。解理面不平整，容易成为断口。5）极不完全解理(即无解理)极难出现解理面。在碎块上常为断口。,解理分5级,解理面与晶面区别,裂开与断口是矿物在外力作用下发生破裂的性质。断口形态：1）贝壳状 2）锯齿状 尖锐的锯齿状。3）参差状 断口面参差不齐，粗糙不平。4）土状 呈细粉状，断口粗糙，为土状矿物所特有。如高龄石。,（2）裂开与断口,矿 物 断 口,贝壳状断口,矿物的力学性质,裂开与解理很相似，但它们的成因不同。裂开产生原因大致是：1）裂开面可能是沿着双晶接合面特别是聚片双晶接合面发生。2）裂开面的产生还可能是因为沿某一种面网存在有它种成分的细微包裹体，或者是固溶体离溶物，这些物质作为该方向面网间的夹层，因而使得矿物产生裂开。,（3）矿物的硬度,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,矿物比重可分为三级：轻级 比重小于2.5中级 比重由2.5到4重级 比重大于4,（5）弹性与挠性（6）延展性,（4）矿物的比重,4、矿物的其他性质,（1）矿物的磁性根据磁化率的大小，矿物的磁性可分为抗磁性、顺磁性及铁磁性三种：抗磁性 它们能被永久磁铁所排斥。顺磁性 他们不能被永久磁铁吸引，但可被强的电磁铁所吸引。铁磁性 具有自发磁化的性质，因此磁化率较大。（2）矿物的放射性（3）矿物的电学性质包括导电性、压电性、焦电性等,三.主要造岩矿物及其鉴定特征（实验）,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。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,