工程地质知识点孔宪立.docx

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1、工程地质知识点孔宪立工程地质学知识点总结 -工程地质学孔宪立 石振明 第2章 岩石的成因类型及其工程地质特征 1岩石与矿物概念 岩石在地质作用下产生的 由一种或多种矿物以一定的规律组成的自然结合体 根据矿物组成：单矿岩主要由一种矿物组成的岩石 复矿岩由两种或两种以上的矿物组成的岩石 根据成因：岩浆岩 沉积岩 变质岩 矿物存在于地壳中 具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物 *矿物是组成岩石的具有稳定物理性质和化学成分的基本单元 常见浅色矿物：滑石 石膏 -指甲 25 方解石 萤石 磷灰石 -小刀 66.5 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石 记忆：滑石方 萤磷长 石黄刚金刚 2岩石和矿物区

2、别 岩石：是在天然地质作用下各种矿物的集合体。󰀀 矿物：是由某种元素或多种化学成分在天然地质作用下形成的固体󰀀 造岩矿物;它包含于矿物中，一般是指一些常见的矿物 3三大岩石的主要鉴别特征、常见主要类型 A岩浆岩：侵入岩：深成岩岩浆在地壳深处结晶形成的岩石 浅成岩岩浆在地面以下地壳较浅处形成的岩石 喷出岩：由喷出地面的熔岩凝固形成的岩石 根据SiO2含量：酸性岩类 中性岩类 基性岩类 超基性岩 岩浆岩的结构和构造识别标志 结构组成岩石的矿物的结晶程度 晶粒大小 晶体形状 相互结合的情况 按结晶程度：全晶质结构：全由结晶矿物组成 半晶质结构：由结晶矿物 非晶质矿物组

3、成 非晶质结构=玻璃质结构：全由非晶质矿物组成 按晶粒大小：显晶质结构全由结晶较大矿物组成 隐晶质结构全由结晶微小的矿物组成 玻璃质结构全由非晶质组成 均匀致密 按晶粒相对大小：等粒结构矿物全是显晶质粒状 结晶颗粒大小大致相等 按晶粒大小：粗粒结构 中粒结构 细粒结构 - 1 - 不等粒结构主要矿物结晶颗粒大小不等 相差悬殊 晶形完好 颗粒粗大：斑晶 小的：石基 按颗粒相对大小：斑状结构 似斑状结构 构造矿物在岩石中排列 填充方式反映出来的外貌特征：块状构造分布均匀 无一定的排列方向 流纹状构造岩石中不同颜色的条纹 拉长了的气孔 长条形矿物按一定方向排列 形成的流动状构造 反映岩浆喷出后的流动

4、状态 气孔状构造岩浆凝固时 挥发性气体未及时逸出 在岩石中留下许多圆形 椭 圆形 长管形孔洞 杏仁状构造岩石中的气孔 为后期矿物填充形成一种形似杏 仁的构造 B沉积岩在地表或近地表不太深地方形成的一种岩石类型，它是由风化产物、火山物质、 有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运 沉积和石化作用 最后形成的岩石 *沉积岩来自先前存在的岩石的化学和 物理破坏产物。 *先成岩石的风化产物 被流水等运动介质搬运到 河 湖 海洋等低洼的地方沉 积下来 成为松散的堆积物经过压密 胶结 重结晶 逐渐形成沉积岩 物质组成1碎屑物质 2粘土矿物 3化学沉积矿物 4有机质 生物残骸 5胶结物 *粘土矿物 方解石 白

5、云石 有机质等 是沉积岩特有的 是物质组成上区别于岩 浆岩的一个特性 沉积岩的结构和构造识别标志 结构：碎屑结构由碎屑物质被胶结物质胶结而成 沉积岩特有结构 按碎屑粒径大小：砾状结构 砂质结构： 泥质结构 结晶结构 生物结构 构造组成部分的空间分布及相互间排列关系 ：层理构造在形成过程中 由于沉积环境的改变 先后沉积的物质在颗粒大小 形状 颜色 成分上发生变化 显示出来的成层现象 *水平层理 平行层理 交错层理 波形层理 层面构造层面上保留有反应沉积岩形成时的某些特征：波痕 泥裂 化石经石化作用保存下来的动植物遗骸或遗迹 常沿层理面平行分布 *根据化石可以推断岩石形成的地理环境和确定岩层的地质

6、年代 沉积岩的分类：碎屑岩类：火山碎屑岩：火山集块岩 火山角砾岩 凝灰岩 沉积碎屑岩：砾岩 砂岩 粉砂岩 粘土岩类：泥岩 页岩 化学及生物化学岩类：石灰岩 白云岩 - 2 - C变质岩地壳内部原有的岩石由于受到高温 高压 化学成分 的加入的影响 改变原来的矿物成分和结构 构造 形成新的岩石 引起变质作用主要因素:高温 高压 新的化学成分的加入 变质作用：接触变质区域变质 变质岩的基本特征：出现变质矿物和特殊的变质构造 不同的变质矿物表明不同的变质环境 变质岩的结构： 1变余结构 2变晶结构：等粒变晶结构 斑状变晶结构 鳞片变晶结构 3碎裂结构 4交代结构 变质岩的构造：片理构造岩石经变质作用形

7、成的在颜色 成分上呈层排列的 现象 1板状构造 2千枚状构造 3片状构造 4片麻状构造 5块状构造 变质岩的分类：片理状岩类：片麻状:片麻岩 片状:片岩 千枚状:千枚岩 板状:板岩 块状岩类：块状：大理岩 石英岩 常见的变质岩：石榴子石 滑石 蛇纹石 红柱石 十字石 片麻岩 千枚岩 板岩 大理岩 石英岩 - 3 - 第3章 地质构造及其对工程的影响 1、地质年代表 地质年代单位：五个“代”每个“代”分为若干“纪”每个“纪”分为若干“世” “期” 时间地层单位在特定的时间间隔内形成的岩石体 ：界系统阶 地质年代表 代 纪国际通用地质年代单位 次一级单位区域性 地区性意义 2地质构造的主要类型 地

8、质构造构造运动在岩层和岩体中遗留下的各种变形 变位形迹 ：水平构造 倾斜构造 褶皱构造 断裂构造 不整合构造 A水平构造未经构造变动的沉积岩层 其形成时的原始产状是水平的 没有遭受强烈的水 B倾斜构造由于地壳运动使原始水平的岩层发生倾斜 岩层层面与水平面之间有一定夹角 的构造 *单斜构造在一定地区内向同一方向倾斜和倾角基本一致的岩层 *产状：岩层层面的走向 倾向 倾角 走向岩层层面与水平面交线的方位角 倾向垂直走向顺倾斜面向下引出一条直线 该直线在水平面上的投影 所指的方位角 *岩层的走向和倾向相差90 平运动 只受升降运动 仍然保持其水平状态 形成产状近于水平的构造 - 4 - 倾角岩层层面

9、与水平面所夹锐角 岩层产状的表示方法：方位表示法：以所需确定点的位置为中心 正北方向为方位角的 0 按顺时针方向旋转 旋转一周为360 *方位表示法只记倾向 倾角 EG：21025 读作：倾向 210 倾角25 象限角表示法：以北或南方向为准将平面划分为四个象 限表示方位或方向 *记走向 倾角 倾斜象限 EG：N65W/25S 读作：走向北偏西65 倾角25大致向南倾斜 C褶皱构造组成地壳的岩石 受构造应力的强烈作用 使岩层形成一系列波状弯曲而未丧 失其连续性的构造 褶皱要素：核部褶皱的中心部分 位于褶皱中央最内部的一个岩层 翼位于核部两侧 岩层向不同方向倾斜的部分 轴面：褶皱轴面以皱褶顶平分

10、两翼的面 *可以直立 倾斜 平卧 轴轴面与水平面的交线 *轴的方位为褶皱的方位 轴的长度表示褶皱伸延的规模 枢纽轴面与褶皱同一岩层层面的交线 转折端褶皱两翼岩层互相过渡的弯曲部分 褶皱的基本形态 背斜两翼岩层倾向相背的褶皱 *岩层向上拱起 岩层以褶皱为中心向两翼倾斜 老地层在中间 两侧对称出现由 老到新的地层 向斜两翼岩层倾向相向的褶皱 *岩层向下凹陷弯曲 两翼岩层向褶皱轴部倾斜 新地层在中间 两侧对称出现由 新到老的地层 褶皱的形态分类 按褶皱横剖面形态分类按横剖上轴面和两翼岩层产状分类 ：直立皱褶 倾斜褶皱 倒转皱褶 平卧皱褶 按皱褶纵剖面形态分类 ：水平皱褶 倾斜皱褶 皱褶的识别 *不能

11、完全以地形的起伏情况作为识别皱褶的主要标志 顺(正)地形背斜为山 向斜为谷 逆(负)地形背斜为谷 向斜为山 穿越法：顺着倾向进行观察如果在路线通过地带的岩层呈有规律的 重复出行 必为皱褶构造：背斜 中心老地层 两侧对称新地层 向斜 中心新地层 两侧对称老地层 追索法：平行岩层走向进行观察(看枢纽)水平皱褶：两翼岩层在平面上彼此平行展布 - 5 - 倾斜褶皱：两翼岩层在转折端闭合或呈S形弯曲 工程地质评价：1)建筑工程: 地质灾害(滑坡崩塌塌陷) 2)道路工程:选线隧道(施工偏压)基础稳定性 主要的工程地质问题:边坡稳定性、偏压、岩体稳定性、地下水问题 D断裂构造构成地壳的岩石受地应力作用后产生

12、变形 当变形达到一定程度后 岩层被断 错或发生裂开 岩石的连续性和完整性遭到破坏 产生各种大小不同的断裂 分类根据发育的程度和两侧的岩层相对位错的情况： 断层：断裂两盘的岩石发生明显位移 5cm以上 劈隙：岩层裂开 岩石沿破碎面没有明显的相对位移 劈理：细微的断裂变动 没有明显破坏岩石的延续性 *劈理 几个毫米稍大节理超过5cm断层 裂隙 类型：非构造裂隙由成岩作用 外动力 重力等非构造因素形成的裂缝 ：原生裂隙 卸荷裂隙 风化裂隙 构造裂隙构造应力作用形成的裂缝 具有明显方向性 规律性 与褶皱和断层形 成过程密切相关 ：张裂隙 受张应力作用形成 产状不稳定 延伸不远 裂隙面弯曲且粗 糙 裂隙

13、间距大 发育稀疏 剪裂隙 受剪(扭)应力作用形成 两组间切面形成X型 产状稳定 延 伸较远 裂隙面光滑平直 闭合 有擦痕 裂隙间距小 分布密 工程地质评价 有利于开挖 对岩体的强度和稳定性均又不利影响 破坏岩石整体性 使风化速度加快 增强岩石透水性 使岩体强度和稳定性降低 当裂隙主要发育方向与路线走向一致 倾向与边坡一致 路堑边坡容易崩塌或碎落 路基施工时 影响爆破效果 断层岩石受力作用断裂后 两侧岩块沿断裂面发生显著位移的断裂构造 要素：断层面两侧岩块发生相对位移的断裂面。 断层破碎带规模大的断层 往往沿着一个错动带发生 断层线断层面与地面的交线 *表示断层的延伸方向 形状决定于断层面的形状

14、和地面起伏情况 断盘断层面两侧发生相对位移的岩块 *当断层面倾斜：上盘位于断层面上部的断盘 下盘位于断层面下部的断盘 当断层面直立，用用断块所在方位表示 EG：东盘 西盘 *以断盘位移的相对关系：上升盘相对上升的一盘 下降盘相对下降的一盘 *上升盘可以是上盘也可以是下盘 下降盘可以是下盘也可以是上盘 断距断层两盘沿断层面相对移动开的距离 分类：正断层上盘沿断层面相对下降 下盘相对上升的断层 逆断层上盘沿断层面相对上升 下盘相对下降的断层 *断层面倾角 45 冲断层 - 6 - 2545 逆掩断层 =5，且Cc=13时，级配良好，否则，不良。 工程上把Cu5的土称为均粒土。 4.1.2 土的矿物

15、成分 填空题：主要的粘土矿物有a高岭石、b伊利石、c蒙脱石，其吸水能力由强到弱依次为 c、b、a。 4.1.3 土中水和气及其与土粒的相互作用 结合水是受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。 土粒表面一般带有负电荷，围绕土粒形成电场，引起土粒周围水分子和阳离子的定向排列。在靠近土粒处，静电引力强，水化离子和水分子牢固吸附在土粒表面形成固定层；固定层外围，静电引力较小，水化离子和水分子形成扩散层。土粒表面负电荷、固定层和扩散层中的阳离子一起构成双电层。 强结合水紧靠土颗粒表面的水。 其性质接近于固体，密度约为1.22.4g/cm3，冰点为78，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。干燥的土在空

16、气中质量将增加，直到土中吸着的强结合水达到最大吸着度为止。 1）没有溶解盐类的能力，2）不能传递静水压力，3）只有吸热变成蒸汽时才能移动。 弱结合水紧靠强结合水外围的结合水膜。 仍然不能传递静水压力，没有溶解能力。 弱结合水与土的塑性，以及其它一些重要特性有很大关系。弱结合水离土粒表面积愈远，其受到的电分子吸引力愈弱小，并逐渐过渡到自由水。 毛细水的工程地质意义 1.毛细压力促使土的强度增高 ； 2.毛细水上升接近基础底面时，增大基底附加应力，增大建筑物的沉降； 3.当地下水埋深浅，由于毛细管水上升，可助长地基土的冰冻现象；地下室潮湿；危害房屋基础- 9 - 及公路路面；促使土的沼泽化； 4.

17、腐蚀管道和混凝土。 4.1.4 土的结构和构造 土的结构土颗粒之间的相互排列和连接的形式。 单粒结构。粗颗粒土，如卵石、砂等。 蜂窝结构。当土颗粒较细，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由于土粒之间的分子吸力大于颗粒自重，则正常土粒被吸引不再下沉，形成很大孔隙的蜂窝状结构。 絮状结构。粒径小于0.005mm的粘土颗粒，在水中长期悬浮并在水中运动时，形成小链环状的土集粒而下沉。碰到另一小链环被吸引，形成大链环状的絮状结构。 练习： 选择题：土中自由水包括毛细水和重力水，结合水包括强结合水和弱结合水。这之中，影响粘性土性质的土中水主要是 b 。 a)强结合水；b)弱结合水；c)重力水；d)毛细水

18、选择题：下述那种不属于土的结构： a)单粒结构；b)分散结构；c)蜂窝结构；d)絮状结构 土的结构包括：单粒结构、蜂窝结构、絮状结构 土的构造包括：层理构造、裂隙构造、分散构造 选择题：土的颗粒级配曲线位于半对数坐标图上，其中横坐标表示粒径，纵坐标表示 c 。 a)等于某粒径的土粒百分含量； b)大于某粒径的土粒百分含量； c)小于某粒径的土粒百分含量； d)某两个粒径之间的颗粒百分含量 4.2 土的物理力学性质及其指标 4.2.1 土的三相比例指标 1.土粒比重 土粒质量与同体积4时纯水的质量之比。 土粒比重常用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比

19、重瓶内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒比重： Gs =msGwtm1+ms-m2式中：m1瓶+水的质量； m2瓶+土+水的质量； ms烘干土的质量； t C时蒸馏水的比重。 2.土的天然重度 单位体积土的重量 对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。 - 10 - 3.土的含水量土中水的质量与土粒质量之比，即水的质量和干土质量之比。 测定含水率常用的方法是烘干法 比重、密度和含水量是实验室直接测定的3个指标 4.2.2 无粘性土的密实度 无粘性土的密实度与其工程性质有着密切关系 1.孔隙比e 孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔

20、隙比愈大，土愈松散 2.相对密实度Dr Dr=emax-eemax-eminEmax:砂土在最松散状态时的孔隙比 E: 砂土在天然状态下孔隙比 Emin: 砂土在最密实状态时的孔隙比 砂土的天然孔隙比界于最大和最小孔隙比之间，故相对密度Dr=01；当Dr=0时，e=emax，砂土处于最疏松状态；当Dr=1 时，则e=emin，砂土处于最紧密状态。 工程实际中，常用相对密度评价砂土的密实程度，或判别砂土的震动液化。按相对密度值可将砂土分为三种密实状态： 1Dr0.67 密实的 0.67Dr0.33 中密的 0.33Dr0 松散的 4.2.3 粘性土的稠度 由固态转变到流态的界限含水量，称为塑限

21、由塑态转变到流态的界限含水量，称为液限 测定液限的方法：挫条法 测定液限的方法：碟式液限仪法 液、塑限联合测定法 塑性指数和液性指数 用 塑性指数作为粘性土分类的标准。 液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达了粘性土所处的状态 根据液性指数的大小，划分粘性土的状态： 按液性指数划分粘性土的稠度状态表 液性指数IL 稠度状态 练习： IL0 坚硬 0IL0.25 硬塑 0.25IL0.75 可塑 0.751.00 流塑 - 11 - 某路堤填筑需土40万方，要求干密度达到18kN/m3，附近取土场内土的天然重度为17.25kN/m3，含水率15%，土粒比重2.7。则所需土方

22、储量为 A.42 B.48 C.56 D.96 取土场土干重度 gd=g/(1+w)=17.25/(1+0.15)=15kN/m3 按土的干重相等，土方用量为： V4018 / 1548万方 需储备土方量：24896万方 答案D 4.2.4 土的力学性质 土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性 说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果 土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程 土按颗粒级配和塑性指数分类 分为：碎石土、砂土、粉土和粘性土 粗粒土按颗粒级配进行分类；粘性土按塑性指数分类 碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。根据级配和颗粒形状，又分为漂石、卵石、

23、圆砾。 砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土。又具体分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。 粉土：粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，且塑性指数小于等于10的土。又具体分为砂质粉土和粘质粉土。 粘性土：塑性指数大于10的土。具体分为粉质粘土和粘土，1017时称为粘土。 特殊土的主要工程性质 1、软土 :在第四纪后期于沿海地区的滨海相、泻湖相、三角洲和溺谷相；内陆平原或山区的湖相或沼泽相等静水或缓慢的流水条件下沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。 特点：富含有机物、天然含水量大于液限，天然孔隙比大于等于1。大于等于1

24、.5时为淤泥 工程特性：高含水量和高孔隙比 渗透性低 高压缩性:变形大而不均匀，变形稳定时间长 抗剪强度低 较显著的触变性和儒变性一般灵敏度为，个别达 2、湿陷性黄土定义与特征:天然黄土在自重压力或附加应力共同作用下,遇水侵湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的黄土 特点：颗粒以粉土粒为主 粒度大小均匀 粘粒性少 含水量少 年代新 结构疏松 黄土定义与特征：第四纪以来，在干旱、半干旱条件下，陆相沉积的一种特殊土。 特征：颜色淡黄、褐色、灰黄色，结构疏松、孔隙多，含水少，抗剪强度中等，无层理，湿陷性。 3、红粘土定义与特征：亚热带湿热气候条件下，碳酸盐类岩石及其间夹的其他岩石，经红土化 - 1

25、2 - 作用形成的高 塑性粘土。 特征：含水多，孔隙比大，但强度大，压缩性低，膨胀性弱但有收缩性，浸水后强度降低。 4、膨胀土定义与特征：指含有大量强亲水性粘土矿物成分，具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往 复可逆的高塑性粘土。 特征：膨胀和收缩性，高强度，压缩性低，孔隙小，粘粒多 盐渍土定义与特征：土中易溶盐的含量大于0.5%的土 特征：膨胀性与脱水体积减小，强度随含水量变化，湿陷性与水稳性，不易压实 5、冻土定义、类型与特征：含有冰的土 类型：季节冻土，多年冻土 组成：矿物颗粒、水、冰、气 整体结构：融化后土结构不破坏，工程性质好 结构：网状结构：融化后土结构破坏，软塑流塑状态 层状

26、结构：融化后土结构破坏，强烈融沉 构造：衔接型构造：季节冻融层与多年冻土相接 非衔接型构造：季节冻融层与多年冻土间有非冻层 季节冻土工程性质：厚度，冻涨，融沉，冰丘，冰锥 多年冻土工程性质：物理与水理性质：容重、相对密度、总含水量、相对含 冰量、未冻结水含量 力学性质：强度、变形模量、蠕变 类型：高原、高纬度冻土 结构：整体，网状，层状 构造：衔接型、非衔接性 融沉分级：少冰冻土 多冰冻土 富冰冻土 饱冰冻土 冻胀率：强冻胀土 冻胀土 弱冻胀土 不冻胀土 6、填土：一定的地质、地貌和社会历史条件下，由于人类的活动而堆填的土 特征：不均匀性明显，工程性质随堆积时间而变化，有湿陷性 - 13 -

27、第5章 地下水 岩石的水理性质: 1、含水性：岩土能容纳一定水量的性能。 容水度：岩石中所容纳水的体积与岩石总体积比 2、持水性：重力作用下，岩土依靠分子引力和毛细力在空隙中能保持一定水量的性能。 持水度：重力作用下岩土中所保持的水体积与岩土总体积比 3、给水性：岩土饱和后在重力作用下能自由排出一定水量的性能 给水度：饱水岩土在重力作用下排出水的体积与岩石总体积比 4、透水性：岩石允许水流通过的能力。 给水度=容水度持水度 渗透系数：单位时间内单位水力梯度和单位面积通过的水量 按透水性能强弱 透水岩石：砂、砾岩、卵石、裂隙溶隙发育岩石 半透水岩石：粉质粘土、粉土、黄土等 不透水岩石：粘土、淤泥、裂隙溶隙不发育岩石 达西定