工程地质学总复习.ppt
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1、3、地球密度与压力 地球的平均密度为5.516gcm3,地壳表层的密度为2.7gcm3,地内33km处为3.32gcm3;2885km处密度由5.56gcm3陡增至9.98gcm3;至地心处达12.51gcm3。地内压力随深度加大,并与地内物质的密度及该处的重力有关。地下l0km处压力约为304MPa,2900km处可达1.52105MPa,地心则高达3.55105MPa。4、地球重力 重力是垂直地球表面使物体向下的一种天然作用力。它实际上是地心引力和由地球自转而产生的惯性离心力的合力。重力异常与大地构造和地下矿藏及地貌有关,它是重力勘探的理论基础。,大气圈:是地球以外的空间,它提供生物需要的
2、CO2和O2,对地貌形态变化起着极大的影响。水圈:由大气圈的水蒸气凝结成降雨形成海洋和湖泊沼泽及地下水。水与地表岩石相互作用,作为最活跃的地质营力促进各种地质现象的发育。生物圈:渗透在水圈、大气圈下层和地壳表层的范围之中,对于改变地球的形态起着重要的作用。,地壳:由固体岩石构成,平均厚度16km,分硅铝层(花岗岩层)和硅镁层(玄武岩层)。地幔:上地幔是熔融状态物质,可能是岩浆的发源地;下地幔主要是由铁镁氧化物和硫化物组成。地核:由比重较大的铁镍合金组成,平均密度大于10g/cm。外核是液态的,内核是固态。地壳运动主要起因于地幔物质的对流。,地层接触关系包括:整合接触、平行不整合接触、角度不整合
3、接触、侵入接触、沉积接触。整合接触:上下岩层相互平行、其间无沉积间断。平行不整合:上下岩层相互平行、其间有沉积间断。角度不整合:上下岩层彼此相交,并且其间有沉积间断。,侵入接触 沉积接触,3.矿物的物理性质 形状:指矿物的外表形状。结晶体大都呈规则的几何形状,非结晶体则呈不规则的形状。矿物的颜色:是矿物对不同波长可见光吸收程度的不同反映。它是指矿物新鲜表面呈现的颜色,取决于矿物的化学成分及其所含的杂质。按成色原因,有自色、他色、假色之分。条痕色:是指矿物粉末的颜色,通常使用粗瓷板摩擦时留下的痕迹,它可消除假色的干扰,是一种鉴别不透明矿物的主要标志。有些矿物的条痕色与其颜色相同,例如孔雀石(鲜绿
4、色)、自然金(金黄色)。另一些矿物的条痕色与颜色不同,例如黄铁矿,颜色为铜黄色,而条痕色为绿黑色。,3.4.3 岩浆岩的结构 岩浆岩的结构(texture of magmatite)是指岩石中(单体)矿物的结晶程度、颗粒大小、形状以及它们的相互组合关系。1.按岩石中矿物结晶程度划分 全晶质结构、半晶质结构、非晶质结构。2.按岩石中矿物颗粒的绝对大小划分 显晶质结构、隐晶质结构、玻璃质结构。3.按岩石中矿物颗粒的相对大小划分 等粒结构、不等粒结构、斑状结构和似斑状结构。,3.4.4 岩浆岩的构造 岩浆岩的构造(structure of magmatite)是指(集合体)矿物在岩石中排列的顺序和填
5、充的方式所反映出来岩石的外貌特征。常见的构造形式有:块状构造、流纹构造、气孔构造、杏仁构造(孔洞被其它次生矿物充填)等。,1.风化作用(weathering)分为物理风化、化学风化和生物风化三类。2.搬运作用的方式有三种,即拖曳搬运、悬浮搬运和溶液搬运。3.沉积作用可分为机械沉积、化学沉积、生物和生物化学沉积三种类型。4.成岩作用主要表现在压固作用、胶结作用、脱水作用、重结晶作用。,3.6.3 变质作用-类型 对变质作用的类型进一步划分,自变质岩作为一门独立学科的出现就提出许多分类,下面简要介绍常见的变质作用类型:区域变质作用(regional metamorphism):最先是由法国学者A.
6、Daubree于1859年提出,是指大面积的岩石,因为温度增高和压力的作用等多种因素下,发生了程度不等的重结晶和变形的一类变质作用。区域变质作用形成的岩石普遍具有结晶片理及其他方向性组构。接触变质作用(contact metamorphism):是指在岩浆作用影响下,围岩主要受岩浆体温度的影响而产生的一种局部性变质作用。通常规模不大,围岩主要受岩浆散发的热量及挥发份的作用。当围岩仅受岩浆体温度影响而发生重结晶作用、变质结晶作用,变质前后化学成,分基本相同,这类变质作用称为热接触变质作用。当围岩除受岩浆体温度影响外,由于挥发组分的影响,岩体和围岩发生交代作用,致使接触带附近的岩体和围岩的化学成分
7、也发生变化,称为接触交代变质作用。动力变质作用(dynamo metamorphism):是一种由于构造作用过程中所产生的强应力作用下,岩石发生破碎、变形,在破碎、变形的同时,伴有一定重结晶作用。其发育常受断裂构造控制,原岩的变化主要以脆性变形和塑性变形为主。气液变质作用(Pneumatolytic hydrothermal metamorphism):是由于热的气体及溶液作用于已形成的岩石,使已有的岩石产生矿物成分、化学成分及结构构造的变化,称为气液变质作用。气液变质作用通常沿构造破碎带及岩脉边缘发育。,3.6.6 变质岩-结构和构造特征 岩石中矿物的粒度、形态和晶体之间的相互关系等特征,称
8、之为结构。变质岩的结构,颇为特别,因为其是一种转化改造原岩的岩石。根据成因,其结构一般可分为四类:碎裂结构,变晶结构,变余结构和交代结构。,3.8.3 按照岩石风化壳的垂直分带分类,4.4.2 倾斜岩层的产状要素 岩层产状要素(element of stratum)指表示岩层空间方位和倾斜程度的几何要素,包括走向、倾向和倾角(图4-7)。1 走向 倾斜岩层层面与水平面的相交线被称为倾斜岩层的走向线,走向线的方向称为岩层的走向。2 倾向 与走向线垂直,沿岩层倾斜面向下所引的直线称为倾向线,也称最大倾斜线;倾向线在水平面上的投影所指的方向称为倾斜岩层的倾向。3 倾角 倾向线与其水平面上的投影线之间
9、的夹角称为倾斜岩层的倾角。错,4.5.4 褶曲的形态分类 褶曲的形态是多种多样的,褶曲的基本类型只有两种向斜和背斜(背斜成山,向斜成谷。)背斜是岩层向上拱起的弯曲形态,其中心部位(即核部)岩层较老,翼部岩层较新,呈相背倾斜。向斜是岩层向下凹的弯曲形态,其核部岩层较新,翼部岩层较老,呈相向倾斜。,2.节理的力学性质分类根据节理的力学性质,可将节理分为剪节理和张节理:剪节理:岩石受剪应力作用发生剪切破裂而形成的节理,叫剪节理,它一般在与最大主应力呈45夹角的平面上产生,且共轭出现,呈X状交叉,构成X型剪节理。它具有以下特征:,4.7.1 断层要素 1.断层面:构成断层的破裂面,也就是断层两侧岩体沿
10、之产生显著滑动位移的面,叫做断层面,产状可用走向、倾向和倾角确定。断层一般不是单个的面,而是由一系列的破裂面或次级断层所组成的带,即断层带或断裂带。2.断层线:是指断层面与地面的交线,即断层面在地表的出露线,断层线延伸方向即是断层走向,延伸的消失点,称为断层的端点。3.断盘:断层面两侧发生相对位移的岩体,称为断(层)盘。当断层面倾斜时,位于断层面上方的称为上盘、下方的称为下盘;当断层面近于直立时,则以方位相称,如东盘、西盘等;也可根据两盘相对移动的关系,把相对上升的称为上升盘,把相对下降的称为下降盘。,4.断距:断层两盘岩体沿断层面发生相对滑动的距离,称为断距。断距的大小常常是衡量断层规模的重
11、要标志,断距又分为总断距、水平断距及垂直断距。,逆断层一般是受水平的挤压应力作用,沿剪切破裂面形成的,常与褶皱相互伴生,逆断层的规模一般较大,多为区域性的巨型构造。(3)平移断层:两盘岩体沿断层面走向作水平相对运动的断层,称平移断层。,5.4.1 软弱夹层(weak interlayer)的定义 所谓软弱夹层一般是指严重挤压破碎带、断层糜棱岩(包括断层泥)、泥质岩层、黏土质粉砂岩、层间蚀变带和常以夹层状态存在的构造黏土。一般,软弱夹层的厚度比相邻岩层的小,力学强度和变形模量也较低,饱和抗压强度仅为干抗压强度的二分之一或更低。有些遇水崩解。软弱夹层每一部分的结构、致密程度、天然含水量、孔隙度、塑
12、性指数及力学强度等均有所不同。软弱夹层的厚度,层面的起伏差和粗糙度,对其力学性能影响较大。一般取流变起始强度作为软弱夹层的抗剪强度值。这个值相当于屈服强度,约为其峰值强度的80。,2.岩体结构类型划分由于组成岩体的岩性,遭受的构造变动及次生变化的不均一性,导致了岩体结构的复杂性。为了概括地反映岩体中结构面和结构体的成因、特征及其排列组合关系,将岩体结构划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构(见图5-3),3.赤平面投影结构面边坡稳定性分析 1)一组结构面边坡,5.8.6 不稳定边坡的防治措施 对于不稳定的边坡,为了确保工程的安全,必须采取一些有效的防治措施。目前国内外常用的方法有:防
13、止地表水向岩体中渗透;排除不稳定岩体中的地下水;放缓斜坡、上部减重;修建支挡建筑;锚固.进行这些处理之前,应首先查明不稳定边坡破坏的性质、类型和规模,以及引起滑动或崩塌的因素。采取针对性的措施,才能取得经济而有效的效果。除上述几项较多采用的防治措施外,还可采用混凝护面、灌浆及改善滑动带土石的力学性质等措施。通常在进行处理时,常常是数种措施同时采用,这样效果更为显著。,1、围岩的概念 在岩体中,因开挖洞室,使岩体产生应力重新分布,应力重分布的范围内的岩体称为围岩,其直径一般为洞室直径的35倍。5.9.6 围岩洞室洞口及轴线的选择 1.洞室洞口的选择 1)洞口的地形和地质条件 2)洞口底标高的选择
14、 3)洞口边坡的物理地质现象 2.洞室轴线的选择 1)布置洞室的岩性要求 2)岩层产状与洞室轴线的关系 3)地质构造与洞室轴线的关系,6.2.4 土按颗粒级配或塑性指数分类 岩土工程勘察规范(GB500212001)、建筑地基基础设计规范(GB50072002)中的土按颗粒级配或塑性指数分类分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。1、碎石土(crushed stone)粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50的土。根据颗粒级配和颗粒形状碎石土又可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。,2、砂土(sand)粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50,粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量的50的土。
15、根据颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。,3、粉土(silt)粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量50,且塑性指数小于或等于10的土。必要时,可根据颗粒级配分为砂质粉土(粒径小于0.005mm的颗粒质量不超过总质量10)和黏质粉土(粒径小于0.005mm颗粒质量等于或超过总质量10)。,4、黏性土(cohesive soil)塑性指数Ip大于10的土。根据塑性指数分为粉质黏土(1017)。,6.3.2 第四纪土层按成因的分类1、残积土:岩石风化后残留在原地形成的土。残积土表部土壤层孔隙率大、强度低、压缩性高,而其下部常常是夹碎石或砂粒的粘性土,或是孔隙为粘性土充填的碎石土、砂砾土
16、,其强度较高。2、坡积土colluvial soil:位于山坡上方的碎屑物质,在流水或重力作用下运移到斜坡下方或坡麓处堆积形成的土。新近堆积的坡积物经常具有垂直的孔隙,结构比较疏松,一般具有较高的压缩性。坡积形成的黄土,其湿陷性一般也比洪积或冲积形成的黄土要高得多。,3、洪积土(diluvial soil):由暂时性洪流,将山区高地的碎屑物质携带至沟口或平缓地带堆积形成的土。山洪携带的大量碎屑物质流出沟谷口后,因水流流速骤减而呈扇形沉积体,称洪积扇。洪积土作为建筑物地基,一般认为是较理想的,尤其是离山前较近的洪积土颗粒较粗,地下水位埋藏较深,具有较高的承载力,压缩性低,是工业与民用建筑物的良好
17、地基。在离山区较远的地带,洪积物的颗粒较细、成分较均匀、厚度较大,一般也是良好的天然地基。但应注意的是上述两地段的中间过渡地带,常因粗碎屑土与细粒粘性土的透水性不同而使地下水溢出地表形成泉或沼泽地,因此土质较差,承载力较低,作为建筑物地基时应慎重对待。,d30当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d30表示。不均匀系数C反映大小不同粒组的分布情况。C越大表示土粒大小的分布范围越大、其级配越良好,作为填方工程的土料时,则比较容易获得较大的密实度。曲率系数Cc描写累积曲线的分布范围,反映曲线的整体形状。曲线平缓,粒径大小相差悬殊,土粒不均匀。颗粒级配可以在一定程度上反映土的某些性质。对
18、于级配良好(C10,且Cc=13)的土,较粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充,因而土的密实度较好,相应的地基土的强度和稳定性也较好,透水性和压缩性也较小,可用作堤坝或其它土建工程的填方土料。,由级配曲线可以直观地判断土中各粒组的含量情况,如果曲线陡峻(曲线C),表示土粒大小均匀,级配不好;反之,曲线平缓(曲线B),则表示土粒大小不均匀,但级配良好。,1)强结合水 土粒的静电引力强度是随离开土粒表面的距离增大而减弱的,靠近土粒表面的水分子,受到土粒的强烈吸引(可达10002000MPa),而失去自由活动能力,整齐地排列起来。这部分水称为强结合水,又叫吸着水。2)弱结合水 距离土粒表面稍远的水分子,
19、受到土粒的吸引力减弱,有部分活动能力,排列疏松不整齐,这部分水叫弱结合水,又叫薄膜水。,1、土的颗粒比重 土粒重量与同体积的4时水的重量之比,称为颗粒比重,它在数值上为单位体积土粒的重量。2、土的重度 单位体积土的重量称为土的重度。3、土的干重度、饱和重度 和浮重度 土单位体积中固体颗粒部分的重量,称为土的干重度。土的饱和重度:土孔隙中充满水时的单位体积重量,称为土的饱和重度。浮重度:在地下水位以下,单位土体积中土粒的重量扣除浮力后,即为单位土体积中土粒的有效重量,称为土的浮重度或水下重度。,4、土的含水量 土中水的重量与土粒重量之比,称为土的含水量,以百分数计。5、土的饱和度 土中被水充满的
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