工程地質(zhì)學(xué)選編課件

工程地質(zhì)學(xué)工程地質(zhì)學(xué)參考書(shū)籍1、《土木工程地質(zhì)》

胡厚田等，高等教育出版社2011年2、《普通地質(zhì)學(xué)》,南京大學(xué)夏邦棟主編,北京:地質(zhì)出版社,1995年3、《工程地質(zhì)學(xué)》

劉忠玉等，中國(guó)電力出版社，2007參考書(shū)籍1、《土木工程地質(zhì)》胡厚田等，高等教育出版社20緒論一、基本概念

1、地質(zhì)學(xué)（geology）：研究的主體對(duì)象也是固體地球，當(dāng)前主要是研究固體地球的表層——地殼或巖石圈。也就是(地殼和地幔的上部)的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造、表面特征、地球演化歷史等的科學(xué)。

緒論一、基本概念世界上最深的鉆井（12.5km）位于俄羅斯西北部的科拉半島。世界上最深的鉆井（12.5km）位于俄羅斯西北部的科拉半島。2、工程地質(zhì)學(xué)地質(zhì)學(xué)的一個(gè)分支，是研究與工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)有關(guān)的工程地質(zhì)問(wèn)題的科學(xué)。2、工程地質(zhì)學(xué)

3、工程地質(zhì)條件

與工程建筑有關(guān)的地質(zhì)條件的總和。

(1）地層巖性

(2）地形地貌條件

(3）地質(zhì)構(gòu)造

(4）水文地質(zhì)條件

(5）不良地質(zhì)現(xiàn)象（滑坡、崩塌、巖溶、泥石流等）

(6）天然場(chǎng)地建筑材料3、工程地質(zhì)條件(1）地層巖性

敦（煌）格（爾木）公路橫跨鹽湖一段長(zhǎng)約32千米，系用鹽鋪造，稱“萬(wàn)丈鹽橋”。青藏鐵路也約有32千米長(zhǎng)的路基筑在鹽湖上，為世界鐵路建筑史上所罕見(jiàn)。(1）地層巖性敦（煌）格（爾木）公路橫跨鹽湖一段長(zhǎng)約32千米

(2)地形地貌：

2006年，7月1日，世界上海拔最高、線路最長(zhǎng)的高原鐵路青藏鐵路正式全線通車，穿越可可西里、三江源、羌塘草原，進(jìn)入蓋著冰雪、開(kāi)著雪蓮花的雪域高原深處，到達(dá)圣地拉薩。(2)地形地貌：2006年，7月1日，世界上海拔最高、線路地形地貌：地形地貌：地形地貌地形地貌當(dāng)巖層水平、直立，或單斜層面及節(jié)理面背向路基時(shí)，對(duì)邊坡穩(wěn)定有利，如若有軟弱巖層時(shí)，應(yīng)抹面護(hù)壁以防止風(fēng)化。巖層層面及節(jié)理面傾向路基(圖de)，且結(jié)構(gòu)面的傾角大于10度，其走向又與路基平行或交角較小時(shí)，易形成邊坡的坍塌。如若有軟弱巖層時(shí)，則更易形成邊坡的滑動(dòng)F極易產(chǎn)生滑塌(3)地質(zhì)構(gòu)造：當(dāng)巖層水平、直立，或單斜層面及節(jié)理面背向路基時(shí)，對(duì)邊坡穩(wěn)定有水是最活躍的動(dòng)力因素，又是最易受人為活動(dòng)影響的因素。水本身還是一種重要資源，是十分重要的環(huán)境因素，經(jīng)常處于主導(dǎo)地位；或成為最重要的激發(fā)因家。

青藏鐵路關(guān)角隧道，隧道里的超強(qiáng)涌水，全管段日涌水量最大可達(dá)32萬(wàn)立方米，平均每天抽排水15萬(wàn)立方米左右，相當(dāng)于每天要抽排出一座小型水庫(kù)的蓄水量。(4）水文地質(zhì)條件水是最活躍的動(dòng)力因素，又是最易受人為活動(dòng)影響的因素。水本身還

(5）不良地質(zhì)現(xiàn)象(5）不良地質(zhì)現(xiàn)象菲律賓南部康波斯特拉谷省潘圖坎市2012年1月5日凌晨發(fā)生的山體滑坡事故已造成至少25人死亡，另有約150人失蹤。發(fā)生地點(diǎn)位于潘圖坎市一座偏僻鄉(xiāng)村。菲律賓南部康波斯特拉谷省潘圖坎市2012年1月5日凌晨發(fā)生的4、工程地質(zhì)問(wèn)題

1）地基穩(wěn)定性問(wèn)題上海錦江飯店（沉降過(guò)大）比薩斜塔、大雁塔（不均勻沉降）

2）邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題

3）洞室穩(wěn)定性問(wèn)題

4）滲漏問(wèn)題

5）區(qū)域穩(wěn)定性問(wèn)題4、工程地質(zhì)問(wèn)題二、工程地質(zhì)學(xué)的任務(wù)1、研究、評(píng)價(jià)工程地質(zhì)條件.2、預(yù)測(cè)有關(guān)工程地質(zhì)問(wèn)題發(fā)生的可能性、發(fā)生的規(guī)模和發(fā)展趨勢(shì)，提出控制和克服其不良影響的有效措施。（比如滑坡、泥石流、崩塌、巖溶）3、根據(jù)對(duì)地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)和可能出現(xiàn)的地質(zhì)作用（現(xiàn)象）的預(yù)測(cè)資料，進(jìn)行綜合分析對(duì)比，結(jié)合建筑工程的要求選定最佳建筑場(chǎng)地。4、提供工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)與施工所需的地質(zhì)資料。二、工程地質(zhì)學(xué)的任務(wù)三、課程內(nèi)容1、巖土及其工程性質(zhì)2、水的地質(zhì)作用3、各種地質(zhì)構(gòu)造4、風(fēng)化作用及特殊土5、常見(jiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象三、課程內(nèi)容四、學(xué)習(xí)本課程的意義1、選線、選址方面2、對(duì)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工方案、施工質(zhì)量的影響3、養(yǎng)護(hù)和營(yíng)運(yùn)方面的影響四、學(xué)習(xí)本課程的意義五、學(xué)習(xí)要求1、能閱讀一般地質(zhì)資料2、野外辨認(rèn)常見(jiàn)礦物、巖石，了解主要工程地質(zhì)性質(zhì)3、辨認(rèn)基本的地質(zhì)構(gòu)造及簡(jiǎn)單的不良地質(zhì)現(xiàn)象4、一般了解工程地質(zhì)資料的取得方法，工作內(nèi)容及勘測(cè)、試驗(yàn)手段。五、學(xué)習(xí)要求第1章礦物和巖石§1地球概況§2礦物§3巖漿巖§4沉積巖§5變質(zhì)巖§6常見(jiàn)巖石的工程性質(zhì)評(píng)述第1章礦物和巖石§1地球概況§1地球概況高精度的微波測(cè)距，激光測(cè)距，特別是人造衛(wèi)星上天，再加上電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)用和國(guó)際間的合作，使人們可以精確地測(cè)量地球的大小和形狀了。北極地區(qū)約高出18.9米，南極地區(qū)低下去24-30米。所以有人說(shuō)，地球像一個(gè)倒放著的大鴨梨。其實(shí)地球確切地說(shuō)，是個(gè)三軸橢球體.一、地球的形態(tài)、大小§1地球概況高精度的微波測(cè)距，激光測(cè)距，特別是人造衛(wèi)星上天赤道半徑6378.137km兩極半徑6356.752km平均半徑6371.012km扁率1/298.257赤道周長(zhǎng)40075.7km子午線周長(zhǎng)40008.08km表面積5.101×108km2體積10832×108km3國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)1980年公布的地球形狀和大小的主要數(shù)據(jù)如下：國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)1980年公布的地球形狀和大小的二、地球的外部圈層

（大氣圈、水圈、生物圈）二、地球的外部圈層

（大氣圈、水圈、生物圈）大氣圈的分層（1）對(duì)流層高度在12km以下?？諝膺M(jìn)行垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也有水平運(yùn)動(dòng)。風(fēng)、云、雨、雪等主要天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層里。大氣污染也主要發(fā)生在這一層，尤其是近地1～2km內(nèi)。（2）平流層50～55km，溫度隨高度而上升，在12～35km高處溫度基本不變?？諝舛嘧髌搅鬟\(yùn)動(dòng)，空氣清潔干燥。含O3，大部分存在于12～35km之間。大氣圈的分層（3）中層高度至85km。（4）熱層高度至800km。（5）外層高度在800km以上。（3）中層高度至85km。焚風(fēng)（foehn)其英文名稱直接借用其德文源詞，最早是指氣流越過(guò)阿爾卑斯山后在德國(guó)、奧地利和瑞士山谷的一種熱而干燥的風(fēng)。焚風(fēng)（foehn)其英文名稱直接借用其德文源詞，最早是指三、地球的內(nèi)部圈層三、地球的內(nèi)部圈層（一）確定圈層結(jié)構(gòu)的原理（一）確定圈層結(jié)構(gòu)的原理工程地質(zhì)學(xué)選編課件工程地質(zhì)學(xué)選編課件（二）地球內(nèi)部圈層及劃分特征GFEDCBA（二）地球內(nèi)部圈層及劃分特征GFEDCBA四、地殼1、ContinentalCrust：組成：以硅鋁質(zhì)為特點(diǎn)，分兩大類巖石：地殼上部相對(duì)未變形的沉積巖和火山巖；已經(jīng)變形變質(zhì)的沉積巖、火成巖和變質(zhì)巖帶。上部厚的沉積層下部為硅鋁層（graniticlayer);底部為硅鎂層（basalticlayer).四、地殼1、ContinentalCrust：2、OceanicCrust極薄，由上到下由三部分組成：A：薄的沉積層，未固結(jié)；B：鎂鐵質(zhì)火成巖（玄武巖、輝長(zhǎng)巖為主）C：已變質(zhì)的玄武巖洋殼缺失硅鋁層洋殼年齡遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于陸殼，多晚于中生代。硅鎂層2、OceanicCrust極薄，由上到下由三部分組成：硅大陸地殼與大洋地殼對(duì)比表

大陸地殼

大洋地殼

比例

面積的40%占地殼體積的79%

質(zhì)量的63%

面積的60%占地殼體積的21%

質(zhì)量的37%

平均厚度33km6km平均密度2.7g/cm3

3.0g/cm3

成分沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖均有；SiO2含量＞60%；低價(jià)鐵和鎂的氧化物百分含量低，分別為3.8與3.1，但鐵的總含量高。幾乎全部由火山巖組成；SiO2＜50%；低價(jià)鐵和鎂的氧化物百分含量高，分別為6.2與6.8，但鐵的總含量低。巖石時(shí)代各地質(zhì)歷史時(shí)期形成的巖石均有，最老巖石年齡可達(dá)3800Ma。巖石大部分生成于最近50Ma中，最老巖石不超過(guò)200Ma。重力異常

以負(fù)異常為主。以正異常為主。

結(jié)構(gòu)上部為花崗質(zhì)層（硅鋁層），下部為玄武質(zhì)層（硅鎂層），最表層有不連續(xù)分布的松散沉積物。底部為玄武質(zhì)層（硅鎂層），上部為松散沉積物層，兩層之間為玄武巖夾已固結(jié)的沉積巖透鏡體。大陸地殼與大洋地殼對(duì)比表

大陸地殼大洋地殼比例不同地理單元地殼厚度的差異

大陸、大洋結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致Mohor面起伏不平不同地理單元地殼厚度的差異大陸、大洋結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致Mohor§2礦物一、礦物的定義地質(zhì)作用下形成的自然元素及其化合物,其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列有序的均勻固體,稱礦物§2礦物一、礦物的定義1）礦物是各種地質(zhì)作用形成的天然化合物或單質(zhì)，比如火山作用。2）礦物具有一定的化學(xué)成分。但天然礦物成分并不是完全純的，常含有少量雜質(zhì)。3）礦物還具有一定的晶體結(jié)構(gòu)，它們的原子呈規(guī)律的排列。4）礦物具有較為穩(wěn)定的物理性質(zhì)。5）礦物是組成礦石和巖石的基本單位。只有具備以下條件的物質(zhì)才能稱為礦物：1）礦物是各種地質(zhì)作用形成的天然化合物或單質(zhì)，比如火山作用。二、礦物的物理性質(zhì)1、礦物的形態(tài)分為礦物單體的形態(tài)和礦物集合體的形態(tài)。

二、礦物的物理性質(zhì)1、礦物的形態(tài)礦物單體的形態(tài)礦物的形態(tài)所有的礦物晶體，共可劃分出47種單體形態(tài)。所有的礦物晶體，共可劃分出47種單體形態(tài)。紅柱石白榴石黃玉Al2[SiO4][F，OH]2，礦物單體的形態(tài)礦物的形態(tài)所有的礦物晶體，共可劃分出47種單體工程地質(zhì)學(xué)選編課件常見(jiàn)的礦物單體形態(tài)有：片狀，鱗片狀——如云母、綠泥石；板狀——如斜長(zhǎng)石、板狀石膏；柱狀——如長(zhǎng)柱狀的角閃石、短柱狀的輝石；立方體狀——如巖鹽、方鉛礦、黃鐵礦；菱面體狀——如方解石、白云石；菱形十二面體——石榴子石。常見(jiàn)的礦物單體形態(tài)有：常見(jiàn)的礦物集合體形態(tài)有：粒狀、塊狀、土狀、鮞(豆)狀、纖維狀鐘乳狀、晶簇狀、放射狀等常見(jiàn)的礦物集合體形態(tài)有：礦物集合體的形態(tài)礦物集合體的形態(tài)（1）礦物的顏色（Color）礦物的顏色分為自色、他色、假色。自色：是指由礦物本身固有的成分、結(jié)構(gòu)所決定的顏色。他色：是由雜質(zhì)、氣液包裹體等所引起的顏色。假色：是因物理光學(xué)效應(yīng)而產(chǎn)生的顏色，如暈色、錆色、變彩等。2、礦物的光學(xué)性質(zhì)（1）礦物的顏色（Color）2、礦物的光學(xué)性質(zhì)礦物的顏色雙色水晶礦物的顏色雙色水晶貓眼石在礦物學(xué)中是金綠寶石（Chrysoberyl）中的一種，屬尖晶石族礦物。金綠寶石是含鈹鋁氧化物，化學(xué)分子式為BeAl2O4。屬斜方晶系。晶體形態(tài)常呈短柱狀或板狀。貓眼石有各種各樣的顏色，如蜜黃、褐黃、酒黃、棕黃、黃綠、黃褐、灰綠色等，其中以蜜黃色最為名貴。透明至半透明。玻璃至油脂光澤。貝殼狀斷口。

貓眼石貓眼石在礦物學(xué)中是金綠寶石（Chrysoberyl）中的一種ColorColorColorColor

礦物的條痕是指礦物粉末的顏色。一般是將礦物在白色無(wú)釉瓷板上刻劃后，觀察其留下的粉末顏色。（2）礦物的條痕（Streak）

礦物的條痕是指礦物粉末的顏色。一般是將礦物在白色無(wú)釉礦物的光學(xué)性質(zhì)----Streak礦物的光學(xué)性質(zhì)----Streak礦物的透明度是指礦物可以透過(guò)可見(jiàn)光的程度。根據(jù)礦物在巖石薄片(其標(biāo)準(zhǔn)厚度為0.03mm)中透光的程度，礦物的透明度可分為：透明礦物在0.03mm厚的薄片上能透光。半透明礦物在0.03mm厚的薄片上透光能力弱。不透明礦物在0.03mm厚的薄片上不能透光。（3）礦物的透明度（Transparency）礦物的透明度是指礦物可以透過(guò)可見(jiàn)光的程度。（3）礦物的透明（4）礦物的光澤（Luster）

光澤分為三級(jí)，金屬光澤:R>25%。呈金屬般的光亮。半金屬光澤:R=25-19%。呈弱金屬般的光亮。非金屬光澤：

（4）礦物的光澤（Luster）光澤分非金屬光澤：金剛光澤:R=19-10%。如同金剛石般的光亮。玻璃光澤:R=10-4%。如同玻璃般的光亮。珍珠光澤、絲絹光澤、油脂光澤、松脂光澤瀝青光澤、土狀光澤等。非金屬光澤：金剛光澤:R=19-10%。如同金剛石般的光亮。ZnSCaCO3石棉云母高嶺石ZnSCaCO3石棉云母高嶺石礦物的光澤礦物的光澤發(fā)光性是指物體受外加能量激發(fā)，能發(fā)出可見(jiàn)光的性質(zhì)。

又分為熒光和磷光兩種類型。一些礦物，它們的晶體構(gòu)中激發(fā)電子被晶體缺陷所捕獲，如果捕獲是暫時(shí)的，激發(fā)電子以一定速度落回到基態(tài)，能持續(xù)地發(fā)射出一定能量的可見(jiàn)光。故在外加能量停止后仍然繼續(xù)發(fā)光，此緩慢衰退的發(fā)光稱為磷光。礦物經(jīng)某種波長(zhǎng)的入射光（通常是紫外線或X射線）照射，吸收光能后進(jìn)入激發(fā)態(tài)，并發(fā)出比入射光的波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，而且一旦停止入射光，發(fā)光現(xiàn)象也隨之立即消失。具有這種性質(zhì)的出射光就被稱之為熒光。（5）礦物的發(fā)光性發(fā)光性是指物體受外加能量激發(fā)，能發(fā)出可見(jiàn)光的性質(zhì)。（5）礦3、礦物的力學(xué)性質(zhì)（1）礦物的解理（2）礦物的斷口與裂開(kāi)（3）礦物的硬度（4）礦物的比重3、礦物的力學(xué)性質(zhì)（1）礦物的解理（1）礦物的解理一組解理礦物的解理：晶體受到外界力打擊時(shí)，能夠沿著一定結(jié)晶方向分裂成平面的能力。云母（1）礦物的解理一組解理礦物的解理：晶體受到外界力打（1）礦物的解理二組解理（1）礦物的解理二組解理（1）礦物的解理三組解理（1）礦物的解理三組解理1）極完全解理極易裂成薄片。解理面光滑、平整，很難發(fā)生斷口。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，較難發(fā)生斷口。3）中等解理可以沿著解理方向裂成平面。解理面不太平滑，斷口易出現(xiàn)。

4）不完全解理不容易裂出解理面。解理面不平整，容易成為斷口。5）極不完全解理

(即無(wú)解理)極難出現(xiàn)解理面。在碎塊上常為斷口。

解理分5級(jí)1）極完全解理極易裂成薄片。解理面光滑、平整，很難發(fā)生斷口解理面與晶面區(qū)別晶面解理面為晶體外面的一層平面被擊碎后消失晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接力弱的方向受打擊后可連續(xù)出現(xiàn)互相平行的平面晶面上較暗淡解理面上較光亮一般不太平整，有晶面花紋比較平整，可出現(xiàn)階梯狀解理面或解理紋解理面與晶面區(qū)別晶面解理面為晶體外面的一層平面被擊碎后消失晶裂開(kāi)與斷口是礦物在外力作用下發(fā)生破裂的性質(zhì)。斷口形態(tài)：1）貝殼狀

2）鋸齒狀尖銳的鋸齒狀。3）參差狀斷口面參差不齊，粗糙不平。

4）土狀呈細(xì)粉狀，斷口粗糙，為土狀礦物所特有。如高齡石。（2）裂開(kāi)與斷口裂開(kāi)與斷口是礦物在外力作用下發(fā)生破裂的性質(zhì)。（2）裂開(kāi)與斷口礦物斷口貝殼狀斷口礦物的力學(xué)性質(zhì)礦物斷口貝殼狀斷口礦物的力學(xué)性質(zhì)裂開(kāi)與解理很相似，但它們的成因不同。裂開(kāi)產(chǎn)生原因大致是：

1）裂開(kāi)面可能是沿著雙晶接合面特別是聚片雙晶接合面發(fā)生。

2）裂開(kāi)面的產(chǎn)生還可能是因?yàn)檠啬骋环N面網(wǎng)存在有它種成分的細(xì)微包裹體，或者是固溶體離溶物，這些物質(zhì)作為該方向面網(wǎng)間的夾層，因而使得礦物產(chǎn)生裂開(kāi)。裂開(kāi)與解理很相似，但它們的成因不同。裂開(kāi)產(chǎn)生原因大致是：（3）礦物的硬度滑石(硬度1)石膏(硬度2)方解石(硬度3)剛玉(硬度9)黃玉(硬度8)金剛石(硬度10)磷灰石(硬度5)石英(硬度7)螢石(硬度4)正長(zhǎng)石(硬度6)(為了方便鑒定，可利用指甲2.5，小鋼刀5~5.