土木工程地質知識點

./第一章礦物和巖石第一節(jié)主要造巖礦物一、定義：在地質作用下形成的具有一定化學成分和物理性質的天然均質體,叫礦物。二、物理性質：〔一晶體形態(tài)：非晶體礦物<組成礦物的質點為無序排列>：火山玻璃、膠體蛋白晶體礦物<組成礦物的質點為有序排列>：單體：針狀、柱狀片狀、板狀立方體、菱面體、菱形十二面體集合體：纖維狀、鱗片狀、粒狀、塊狀、土狀、鐘乳狀……自色：礦物吸收某一波長的光波后,其余光波的混合色。1、顏色：它色：礦物中混入色素離子的顏色。假色：礦物表面氧化反應后的顏色。2、條痕：礦物粉末的顏色。3、光澤：礦物表面反射光的能力：單體光澤：晶面光澤：玻璃光澤、珍珠光澤斷口光澤：油脂光澤集合體光澤：絲絹光澤、土狀光澤透明4、透明度：礦物透射光的程度：半透明不透明〔三力學性質1、硬度：抵抗外力刻劃的能力〔在晶面上摩氏硬度：滑石石膏方解石螢石磷灰石正長石石英黃玉剛玉金剛石123456789102、解理：外力敲擊下,沿結晶薄弱面平行裂開的性能。解理組數(shù)：1組2組3組解理交角：角閃石：124o,56o輝石：87o,93o解理程度：極完全解理：解理面完全光滑完全解理：解理面大部分平整光滑中等解理：解理面平整光滑較小,斷口發(fā)育無解理：解理面肉眼難見平整光滑處3、斷口：外力敲擊下,沿任意方向的裂開：貝殼狀鋸齒狀參差狀平坦狀彈性撓性滑感〔四其它特殊性質：可塑性磁性化學反應：方解石：遇HCL劇烈起泡白云石：遇鎂試劑變蘭三、常見礦物的簡易鑒定1、淺色礦物：石英正長石斜長石方解石白云石白云母石膏滑石硬度大硬度中等硬度小半透明肉紅色灰白色菱面體彎曲菱面體薄片狀絲絹光澤有滑感斷口油脂光澤兩組解理遇HCL起泡遇鎂試劑變蘭珍珠光澤無解理白色彈性2、暗色礦物：橄欖石輝石角閃石黑云母綠泥石硬度大硬度小顆粒狀短柱狀長柱狀薄片狀薄片狀半透明解理交角近90o解理交角124o彈性撓性橄欖綠色多為黑色黑綠色黑色墨綠色珍珠光澤第二節(jié)巖漿巖巖石：造巖礦物的天然集合體。一、巖漿、巖漿作用、巖漿巖1、巖漿：地殼深處局部地段高溫、高壓的熔融物質。2、巖漿作用：巖漿形成、演化、運動、直到冷凝成巖的全過程。3、巖漿巖：巖漿冷凝后形成的巖石：噴出巖〔噴出地表面侵入巖：淺成巖〔地表面至地下3km深成巖〔地下3km以下二、巖漿巖產(chǎn)狀巖漿巖產(chǎn)狀侵入巖：深成巖：巖基>100km2巖漿巖產(chǎn)狀巖株<100km2淺成巖：巖床、巖盆〔順著巖層面巖墻、巖脈〔順著斷層面噴出巖：熔巖被熔巖原〔稀性巖漿熔巖流火山錐、熔巖鐘〔粘性巖漿火山石塊>100mm附：噴出物：火山彈2-100mm火山灰<2mm1—巖基；2—巖株；3—巖盤；4—巖床；5—巖墻；6—火山頸；7—巖鐘；8—巖流；9—俘虜體_三、巖漿巖的礦物成分、結構、構造1、礦物成分：共占92%附：礦物的共生組合關系〔美國：鮑文1300o暗色礦物淺色礦物巖類橄欖石超基性巖輝石基性斜長石基性巖角閃石中性斜長石中性巖黑云母酸性斜長石正長石白云母酸性巖570o石英2、結構：指巖石中礦物的結晶程度、顆粒大小、晶體形態(tài)、相互關系?！?結晶程度：全晶質結構半晶質結構非晶質結構粗粒結構：>5mm中粒結構：=1-5mm〔2顆粒大?。航^對大?。杭毩＝Y構：=0.1-1mm微粒結構：<0.1mm隱晶質結構：肉眼不可見顆粒等粒結構相對大?。喊郀罱Y構似斑狀結構3、構造：巖石中礦物或其它組分在空間的排列與充填方式。塊狀構造：礦物分布各向均一。流紋狀構造：巖石中拉扁氣孔、不同色帶的平行排列。氣孔狀構造：巖石中含有的原狀氣孔。杏仁狀構造：巖石中原狀氣孔被后期物質充填。四、巖漿巖的分類：噴出巖酸性巖中性巖基性巖超基性巖結構構造流紋巖安山巖玄武巖少見非晶半晶隱晶氣孔、流紋杏仁狀塊狀淺成巖花崗斑巖閃長玢巖輝綠巖少見斑狀微粒塊狀深成巖花崗巖閃長巖輝長巖橄欖巖輝巖細粒中粒粗粒塊狀主要礦物成分<10%以上>石英正長石斜長石角閃石斜長石輝石斜長石橄欖石輝石第三節(jié)沉積巖一、定義：沉積巖是指在地表或近地表的常溫常壓條件下,原巖經(jīng)風化、搬運、沉積、成巖作用形成的巖石。二、沉積巖形成過程1、風化作用：指原巖在自然因素作用下〔如：水、空氣、太陽能、生物等,產(chǎn)生的機械破碎和化學成分改變的過程。物理風化機械破碎形成碎屑碎屑物質〔＞0.005mm碎屑巖化學風化成分改變形成膠體、細碎屑粘土物質〔＜0.005mm,SiO2,Fe<OH>2等粘土巖真溶液液解物質〔等化學巖生物風化生物物理風化生物化學風化2、搬運和沉積作用：指各種外營力〔如：流水、風、冰川、重力、生物等,將風化產(chǎn)物搬到低凹地方沉積起來的過程。流水的搬運和沉積分選性沿途重力沉積分異機械搬運和沉積磨圓度搬運過程中被磨蝕球化的程度風的搬運和沉積化學搬運和沉積流水來搬運和沉積膠體濃度和電荷改變時絮凝?！玻?~100真溶液取決于溶解度,過飽和時結晶<主要因湖、海蒸發(fā)、水體濃縮>上游中游下游海盆地漂石、卵石、礫石為主礫石、砂為主砂、土為主土為主鹽類結晶礦物為主礦物成分復雜礦物成分單一沉積分異現(xiàn)象3、成巖作用：指松散沉積物轉變?yōu)閳杂矌r石的過程。壓固脫水作用：上覆壓力使沉積物孔隙減小,水分排出,密度增大。膠結作用：松散顆粒被孔隙中化學沉淀物質或其它物質膠結在一起。膠結物成分：SiO2、Fe2O3、FeO、CaCO3、CaSO4、C、粘土膠結類型：基底式孔隙式接觸式重結晶作用：膠體在壓力下脫水,膠體質點重新排列成晶體。SiO2石英真溶液：因濃度過飽和而析出晶體。生成新礦物：沉積環(huán)境下,一些不穩(wěn)定礦物轉變成新的穩(wěn)定礦物。如：文石方解石三、沉積巖的礦物成分、結構、構造1、礦物成分：碎屑巖：石英為主,可有長石〔正長石、斜長石、白云母等。粘土巖：粘土礦物為主〔高嶺石、蒙脫石、伊犁石,可有白云母等。化學巖：方解石、白云石、石膏、巖鹽、生物碎屑、有機質。2、結構：主要指顆粒大小和形態(tài)角礫狀結構＞2mm,棱角狀礫狀結構圓礫狀結構＜2mm,圓狀碎屑結構粗砂狀結構＝2－0.5mm砂狀結構中砂狀結構＝0.5－0.25mm細砂狀結構＝0.25－0.075mm粉砂狀結構＝0.075－0.005mm泥狀結構：＜0.005mm化學結構：結晶粒狀結構顯晶化學結構＞0.005mm隱晶化學結構＜0.005mm同生礫狀結構竹葉狀結構鮞狀結構生物化學結構〔指含生物化石3、構造：指組成部分在空間的排列組合方式〔1巖層：指一個基本穩(wěn)定的物理條件〔沉積環(huán)境和物質來源下,形成的沉積單位,由成分基本均勻一致的巖石組成的巖石層,層與層之間由層面分開。巨厚層D＞1m厚層D＝1－0.5m巖層按厚度劃分中厚層D＝0.5－0.1m薄層D＝0.1－0.001m微層〔紋層D＜0.001m〔2層理構造：指巖層中因成分、粒度、顏色發(fā)生變化而表現(xiàn)出來的紋理。水平層理單斜層理交錯層理波狀層理〔3塊狀構造：無層理,各向均一。頂?shù)住?層面構造：波痕頂?shù)啄嗔严x跡〔5化石與結核：化石：生物遺體或遺跡被后期化學成分置換石化。結核：成巖時,某些膠體聚集而成。四、沉積巖分類：1．碎屑巖類礫狀結構角礫狀結構角礫巖<某一粒級顆粒圓礫狀結構礫巖必須大于50％粗砂狀結構粗砂巖石英砂巖：石英＞95％砂狀結構中砂狀結構中砂巖再分長石砂巖：石英＞50％細砂狀結構細砂巖巖屑長石＞25％砂巖：石英＞50％粉砂狀結構粉砂巖巖屑＞25％2．粘土巖類：泥狀結構無層理泥巖有層理頁巖白云巖、泥質白云巖〔含泥結晶粒狀結構石灰?guī)r、泥灰?guī)r〔含泥3．化學巖類：同生礫狀結構竹葉狀結構竹葉狀灰?guī)r鮞狀結構鮞狀灰?guī)r生物化學結構生物碎屑灰?guī)r第四節(jié)變質巖一、定義：變質巖：指在變質作用下形成的新巖石。變質作用：指變質因素作用下,巖石性質發(fā)生改變的過程。二、變質作用因素：1、溫度：150℃700℃~成巖作用變質作用融化成巖漿礦物重結晶非晶質→結晶質溫度變質結果隱晶質→顯晶質如：石灰?guī)r→巖細晶→粗晶砂巖→石英巖生成新礦物：如：高嶺石→紅柱石2、壓力：靜壓力：由上覆巖層壓力形成。1－2千巴——1萬巴<1巴=2.7kg/cm2>深：4-7km——35km如：紅柱石→蘭晶石〔比重3.1〔比重3.6定向壓力：由構造運動和巖漿侵入引起的具有一定方向的壓力。地殼淺層：靜壓力小,巖石相對脆性。→定向壓力造成巖石、礦物變形、破碎。地殼深層：靜壓力大,巖石相對塑性?！ㄏ驂毫υ斐蓭r石中礦物平行定向排列,形成片理構造。即：礦物在平行壓力方向溶解〔壓溶,在垂直壓力方向重結晶,并平行定向排列。角閃石的排列例如：角閃石的排列閃長巖閃長片麻巖3、化學活潑性流體：主要為巖漿中逸出的熱水溶液和汽體?！c圍巖產(chǎn)生化學反應,生成新礦物。如：3MgCO3+4SiO2+H2O→Mg[Si4O10][OH]2+3CO2三、變質作用類型：熱接觸變質作用：→主要由巖漿的溫度引起。交代變質作用：→主要由巖漿逸出的化學流體引起。動力變質作用：→主要由地殼淺層的定向壓力引起。區(qū)域變質作用：→主要由地殼深層的定向壓力、地溫及熱水溶液引起?；旌蠋r化作用：→局部巖漿侵入變質巖引起的進一步變質作用。四、變質巖的礦物成分、結構和構造。1、礦物成分：特征變質礦物：滑石、綠泥石、絹云母、蛇紋石、石榴子石、紅柱石、蘭晶石、陽起石、綠簾石、透閃石等。巖漿巖、沉積巖中常見礦物：石英、長石、云母、方解石、白云石、角閃石、輝石等。變余結構：指仍保留原巖顆粒大小和形態(tài),但有成分改變。變晶結構：指礦物成分及顆粒大大?。捍至Ｗ兙В?mm小和形態(tài)均發(fā)生變化中粒變晶＝3－1細粒變晶＜1mm2、結構：顯微變晶〔肉眼不可見形態(tài)：斑狀變晶鱗片狀變晶柱狀變晶碎裂結構：壓力使原巖破碎的結構糜棱結構：原巖破碎成小于0.25mm的微粒。出現(xiàn)在斷層破碎帶。片理構造：巖石中的片、柱、針狀礦物的平行排列現(xiàn)象。板狀構造：平行薄板狀。千枚狀構造：波狀起伏,絲絹光澤3、構造：片狀構造：片柱狀礦物平行排列延伸長,粒狀礦物少。片麻狀構造：片柱狀礦物平行排列延伸短,粒狀礦物多。塊狀構造：礦物無平行定向排列?！彩軠囟?、化學流體影響混合巖化構造：條帶狀構造：巖漿體在變質巖中呈條帶狀分布眼球狀構造：巖漿體在變質巖中呈透鏡狀分布。五、變質巖分類：〔按成因分類1、熱接觸變質巖：巖石英巖2、交代變質巖：云英巖蛇紋巖塊狀構造3、動力變質巖：斷層角礫巖糜棱巖板巖千枚巖滑石片巖4、區(qū)域變質巖：片巖綠泥石片巖云母片巖角閃石片巖片麻巖花崗片麻巖片理構造閃長片麻巖輝長片麻巖5、混合變質巖：條帶狀變質巖眼球狀變質巖三大巖類簡易區(qū)別巖漿巖沉積巖變質巖第二章地層與地質構造第一節(jié)地殼運動及地質作用的概念一、地殼運動的概念→指地球力引起巖石圈產(chǎn)生的機械運動。1、基本運動形式2、運動成因理論二、地質作用的概念→指自然動力引起地球物質組成、部結構、地表形態(tài)發(fā)生變化的作用。1、動力地質作用2、外動力地質作用第二節(jié)巖層及巖層產(chǎn)狀地質構造：指構造運動引起地殼巖層變形變位后被保留下來的形態(tài)。傾斜巖層褶皺傾斜巖層褶皺斷層走向傾角傾向αα走向傾角傾向ααAOBDD’二、巖層產(chǎn)狀：指巖層在空間的產(chǎn)出狀態(tài)。1、產(chǎn)狀要素真傾角〔α：巖層在野外的傾角。視傾角〔β：巖層在剖面上的傾角?！拨葹槠拭婢€與巖層走向線所夾銳角走向EN走向ENWS45o30o〔1測量：用地質羅盤儀測量。傾向傾向走向N135o30傾向傾向走向N135o30oN45oE∠30osE走向傾角傾向135o∠30o傾向傾角〔3圖示：正常巖層：30o；倒轉巖層：30o第三節(jié)地層概念一、為什么要學習地層及地質年代：432132123123214321321231232121216521單斜巖層背斜向斜斷層斷層選擇和評價建筑場地：閱讀地質圖：地層：將各個地質歷史時期形成的巖層,稱為該時代的地層。二、絕對年代法：用巖石中放射性同位素蛻變規(guī)律來確定巖石形成時間?！布赐懽儠r間蛻變：放射性元素自形成之日起,就穩(wěn)定地放射出〔粒子、〔電子、〔電磁幅射量子射線,并形成穩(wěn)定的新元素。如：蛻變時間可用下式確定：式中：——蛻變常數(shù)P——放射性同位素重量D——蛻變后新元素重量最后：用各巖石形成時間,排出各巖石形成的先后順序?！布葱吕详P系〔最老巖石：南美洲圭亞挪地盾角閃巖〔41.3億年,最老化石：藍綠藻〔35億年。三、相對年代法：通過比較各地層的沉積順序、古生物化石特征、地層接觸關系來確定其形成的先后順序。1、地層層序法：〔1正常層序法：對于正常沉積的巖層,老的在下,新的在上。巖層倒轉時關系相反?！?標準剖面法：將某地區(qū)的地層按新老關系排列的剖面,叫該地區(qū)的標準剖面。用標準剖面對比某工點的地層,從而確定該工點地層新老關系的方法?！?層面構造法：用層面構造指示巖層新老關系的方法。新巖層方向：泥裂的開口方向、波峰方向。老巖層方向：泥裂的尖端方向、波谷方向。2、古生物法：根據(jù)生物化石,確定所在地層新老關系的方法。新地層：化石結構復雜。老地層：化石結構簡單。由量變到質變〔遞進性：緩慢量變：環(huán)境穩(wěn)定、生物繁衍。生物進化：急劇質變：環(huán)境改變、生物質變。由低級到高級〔不可逆性：標準化石：在各個環(huán)境穩(wěn)定時期,分布廣、生存時間短的化石。3、地層接觸關系法：5454321新老①整合接觸：各地層時代連續(xù),產(chǎn)狀平行?！卜从车貧し€(wěn)定下沉②平行不整合接觸：各套地層時代不連續(xù),但產(chǎn)狀平行。656521新底礫巖老反映地殼：先下降沉積再上升風化剝蝕<有缺失>后下降沉積③角度不整合接觸：各套地層時代不連續(xù),產(chǎn)狀不平行。887新底礫巖老4321反映地殼：先下降沉積再擠壓彎曲,并上升風化剝蝕〔有缺失,并且產(chǎn)狀改變后下降沉積〔2沉積巖與巖漿巖之間的接觸關系：老變質暈新①老變質暈新②沉積接觸：先侵入、后沉積。新新底礫巖老③巖漿巖之間的接觸關系：穿插關系：新巖體穿插老巖體。四、地質年代表1、地質年代表：〔見投影表→要求按順序背誦地質年代表的符號。群：包括兩個以上的組,常以不整合接觸界面劃分。2、地方地層單位：組：同一巖相,或某一巖相為主間夾其它巖相的地層。段：組中的不同巖性段。層：段中對同一巖性的細分。第四節(jié)褶皺構造一、基本概念：褶皺：在構造運動作用下,巖層產(chǎn)生的連續(xù)彎曲現(xiàn)象。褶曲：褶皺中的單個彎曲。背斜：巖層向上彎曲。地層對稱重復,中間老,兩邊新。向斜：巖層向下彎曲。地層對稱重復,中間新,兩邊老。二、褶曲要素：核部：褶曲中心部位的巖層。翼部：褶曲兩側部位的巖層。軸面：通過核部,大致平分兩翼的假想平面。軸線：軸面與水平面的交線。樞紐：軸面與巖層面的交線?！沧畲髲澢c的連線。脊線：褶曲最高點的連線。槽線：褶曲最低點的連線。三、褶曲分類：直立褶曲：軸面直立,兩翼傾向相反,傾角相等。1、按橫剖面分類：傾斜褶曲：軸面傾斜,兩翼傾向相反,傾角不等。倒轉褶曲：軸面傾斜,兩翼傾向相同,一翼巖層倒轉。平臥褶曲：軸面水平,兩翼巖層水平,一翼巖層倒轉。2、按縱剖面分類：水平褶曲：地層界線平行延伸?！舶礃屑~產(chǎn)狀分類〔樞紐水平傾伏褶曲：地層界線向一端〔樞紐傾伏封閉彎曲。四、褶曲的判別：——〔基本類型、按橫剖面分類、按縱剖面分類水平傾斜背斜傾伏傾斜背斜判別步驟：1.首先按地層對稱重復關系背斜：中間老,兩邊新?！埠苤匾埠苤匾?.再按兩翼巖層產(chǎn)狀確定直立：產(chǎn)狀相反,傾角相等。褶曲橫剖面分類傾斜：產(chǎn)狀相反,傾角不等。倒轉：產(chǎn)狀相同,一翼產(chǎn)狀為倒轉。3.最后按地層界線確定水平：地層界線平行延伸。褶曲縱剖面分類傾伏：地層界線一端彎曲封閉。復背斜：復向斜：五、褶皺的分類：隔擋式：隔槽式：第五節(jié)斷裂構造定義：斷裂構造：一、節(jié)理1、節(jié)理分類〔1按成因分類：〔2按力學性質分類：〔3按與巖層產(chǎn)狀關系分類：〔4按開程度分類：二、節(jié)理調查容：〔1節(jié)理成因類型和力學性質?！?節(jié)理組數(shù)、密度、產(chǎn)狀。密度一般用條／米表示?！?節(jié)理開度、長度、節(jié)理面壁粗糙度?！?節(jié)理充填物、充填厚度、含水情況?！?節(jié)理發(fā)育程度分級。三、斷層：1、斷層要素：2、斷層分類：〔1按斷層兩盤相對運動方向分類：地層不對稱重復斷層面斷層線①地層不對稱重復斷層面斷層線老新老新多數(shù)情況下斷層線附近：地層不對稱缺失②逆斷層、上盤相對上升的斷層?！卜柋硎緸榈貙硬粚ΨQ缺失新老新老③平移斷層：兩盤水平錯動?！卜柋硎緸椤?按斷層面產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關系分類：〔3按斷層面產(chǎn)狀與褶曲軸線走向關系分類：〔4按力學性質分類：3、斷層的判別：〔很重要〔1存在標志：〔2斷層性質：→尋求兩盤運動方向,并據(jù)此確定斷層性質。步驟：老新例如：老新下盤上盤下盤上盤下盤上盤下盤上盤水平傾斜背斜、走向逆斷層水平向斜、橫向正斷層第七節(jié)地質圖地質圖：把某一地區(qū)各種地質現(xiàn)象,按一定比例縮小,用規(guī)定的符號、顏色、花紋、投影到地形圖上,所形成的圖件。包括：一、地質圖的種類：普通地質圖構造地質圖第四紀地質圖基巖地質圖水文地質圖工程地質圖二、地質圖的閱讀步驟〔結合資冶地區(qū)地質圖閱讀圖名、比例尺、方位；地形、水系：圖例：地質容：〔1地層巖性：〔2地質構造：〔3地質歷史：各套地層、褶曲、斷層等伴隨地殼運動形成的先后關系。三、地質剖面圖的制作：〔結合資冶地區(qū)地質剖面圖制作1、選擇剖面方位：剖面線盡可能垂直巖層、褶曲、斷層走向。2、確定剖面圖比例尺：3、作地形剖面圖：4、作地質剖面圖：〔1將剖面線上各地層界線點、斷層點投影到地形剖面線上。〔2換算傾角：〔3按換算后的視傾角,延伸各地層、斷層界線?！?按規(guī)定的巖層厚度和巖性花紋符號,畫出巖層厚薄及巖性?！?修飾：四.地層綜合柱狀圖地層綜合柱狀圖是根據(jù)地質勘察資料把勘察地區(qū)所有出露的地層、巖性、厚度、接觸關系,按地層時代由新到老的順序綜合編制而成。地層時代及符號巖性描述一般包括：巖性花紋符號地層厚度地層接觸關系例如：第三章水的地質作用第一節(jié)地表水的地質作用一、暫時性地表流水的地質作用1、淋濾作用及殘積層〔：淋濾作用：大氣降水向地下滲透時,將地表細小物質和溶解物質帶走,將粗粒物質或難溶物質殘留原地的過程。殘積層：特點：殘留原地,成分與下伏基巖有關。松散、富水。易產(chǎn)生不均勻沉降。2、洗刷作用及坡積層〔洗刷作用：坡面流水將山坡上風化物質帶到坡腳平緩處堆積的過程。坡積層：特點：位于坡腳,成分為山坡上部物質,與下伏基巖無關。松散、富水。易沿原地面滑坡。3、沖刷作用及洪積層〔：沖刷作用：沖溝中地表徑流將溝底、溝岸物質掏蝕,并帶到溝口沉積的過程。洪積層〔扇：平面：特點：溝口沉積,沉積物為溝物質。松散、富水。扇頂顆粒大,地下水位深,礦化度低,工程性質較好；扇尾相反,工程性質差?？v剖面：二、河流地質作用及沖積層〔：源頭源頭剝蝕夷平面1、侵蝕作用：剝蝕夷平面2、搬運和沉積：→沖積層〔：洪水位洪水位三、河谷地貌〔河谷斷面及河流階地：1、河谷地貌：2、河流階地：第三節(jié)地下水的地質作用一、地下水的基本知識：1、水在巖土中的存在形式：2、巖土的主要水理性質：二、地下水的物理性質與化學成分：〔自學〔1物理性質：〔2化學成分：三、地下水的基本類型1、按埋藏條件分類：含水層隔水層含水層隔水層2、按含水層性質分類：三、地下水對土木工程的影響：1、地下水對混凝土的侵蝕性：水泥遇水生成〔1溶出侵蝕：〔2碳酸侵蝕：反應平衡時,叫平衡CO2；反應超過平衡時,叫侵蝕性CO2?！?硫酸侵蝕：〔4一般酸性侵蝕：〔5鎂鹽侵蝕：2、地面沉降：大量抽取地下水,導致孔隙水壓力降低,顆粒有效壓力增加,地層壓密而地面沉降。3、流砂和潛蝕：流砂：飽水砂土因結構破壞而液化,砂土顆粒懸浮于水中流出。潛蝕：地下水將土層中細小顆粒帶走,形成管狀空洞。第四章巖石及特殊土的工程性質第一節(jié)巖石的物理性質一、密度和重度：密度：單位體積的質量〔?！瞘/cm3重度：單位體積的重量〔?！睳/cm3二、顆粒密度和比重〔相對密度顆粒密度：單位體積固位顆粒的質量〔?！瞘/cm3比重〔相對密度：單位體積固體顆粒的重力與4℃時同體積水的重力之比〔ds。三、孔隙度和孔隙比：孔隙度：孔隙體積與巖石總體積之比〔n?？紫侗龋嚎紫扼w積與巖石中固體顆粒體積之比〔e。第二節(jié)巖石的水理性質一、吸水性：指巖石吸收水的性能。其吸水程度用吸水率表示。吸水率：〔常壓條件下吸入水量與干燥巖石質量之比。飽水率：〔150個大氣壓下或真空吸入水量與干燥巖石質量之比。飽水系數(shù)：巖石吸水率與飽水率之比?！捕?、透水性：指巖石能透過水的能力。用滲透系數(shù)K表示?！瞞/s達西層流定律：滲透系數(shù)：三、軟化性：指巖石浸水后強度降低的性質。用軟化系數(shù)KR表示。軟化系數(shù)：一般軟化系數(shù)的巖石具軟化性。四、抗凍性：指巖石抵抗凍融破壞的能力。強度損失率：不抗凍的巖石RL＞25％重量損失率：GL＞2％KW＞0.7五、可溶性：指巖石被水溶解的性能。六、膨脹性：指巖石吸水后體積增大的性能。七、崩解性：巖石〔干燥泡水后,因部結構破壞而崩解的性能。第三節(jié)巖石的力學性質一、變形：巖石受力后發(fā)生形狀改變的現(xiàn)象。主要變形模量和泊松比表示。1、變形2、泊松比：指橫向應變與縱向應變之比。二、強度：指巖石受力破壞時承受的最大應力。1、抗壓強度：〔烘干、垂直結構面受壓、單軸試樣尺寸：2、抗拉強度：〔一般用劈裂法3、抗剪強度4、點荷載強度：第四節(jié)風化作用一、定義：地表及地下一定深度的巖石,在自然因素作用下,發(fā)生機械破碎和成分改變的過程。二、風化作用類型：1、物理風化：指巖石在自然因素作用下以機械破碎為主,無明顯成分改變的過程?！?熱脹冷縮作用：主要發(fā)生在晝夜溫差變化大的地區(qū)?！?冰劈作用：主要發(fā)生在雪線附近?！菜Y冰時,體積增加1／11,對兩壁巖石產(chǎn)生96Mpa的壓力〔3鹽類結晶作用：主要發(fā)生在強烈蒸發(fā)的干旱地區(qū)?！裁鞯\結晶,體積膨脹50％,壓力達40kg/cm2、化學風化：指巖石在自然因素作用下以化學成分改變?yōu)橹?無明顯機械破碎的過程?！?溶解作用：〔2水化作用：〔3氧化作用：〔4碳酸化作用：3、生物風化：指由生物活動過程引起的巖石風化?！?生物物理風化：根劈作用〔2生物化學風化：有機酸侵蝕〔三影響風化的部因素：1、巖石性質2、地質構造：3、氣候：4、地形：〔四巖石風化程度分級：1、分級依據(jù)：2、分級：〔共五級未風化微風化弱風化強風化全風化〔五風化防治措施：第五節(jié)巖石、土的工程分類一、按巖石堅硬程度劃分：堅硬巖較堅硬巖較軟巖軟巖極軟巖Rc：＞60MPa60-30MPa30-15MPa15-5MPa<5MPa二、巖土按施工工程分級：〔鐵路部門VIVIVIIIIII松土普通土硬土軟石次堅石堅石三、土的分類〔一土的顆粒分組及按顆粒級配分類1、顆粒分組〔又叫粒組：2、按顆粒級配〔不同粒級的含量分類備注：液限：土從流動狀態(tài)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水量。WL塑限：土從可塑狀態(tài)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)的界限含水量?！材壳坝么陾l法確定塑限。WP塑性指數(shù)：是液限和塑限的差值。表示土處在可塑狀態(tài)的含水量變化圍?！捕恋某梢蚍诸悾骸踩厥馔练诸?、定義：指按區(qū)域性分布的,具有某種特殊性質的土。2、分類：第六節(jié)特殊土的工程性質特殊土：主要按區(qū)域分布,具有某種特殊性質的土。一、黃土：1、定義：在干旱氣候條件下形成的一種淡黃色或褐黃色的特殊土。2、成因和分布：沙漠下風處,即嶺以北11個省市,面積64萬km2。主要在中部和東部、南部、北部、北部,共41.2萬km2,厚100－200m3、特征：〔1顆粒粒度：以粉砂為主,占60~70％,其次為粘土?！?易溶鹽含量高,碳酸鹽類占10~30％,其次為氯化物和硫化物?！?質地均一,結構松散,孔隙大,孔隙度為33~64％?！?垂直節(jié)理發(fā)育?！?具濕陷性。4、分類：〔1按成因分類〔2按形成年代分類〔3按濕陷性分類5、主要工程地質問題〔1黃土的濕陷性：地表局部匯水溶解潛蝕碟形洼地〔2黃土陷穴：地下水潛蝕地下洞穴塌陷〔形成于地下水水力梯度大的地方。6.濕陷性黃土的土質改良<1>重錘表層夯實：一般采用2.5～3.0t的重錘,落距4.0～4.5m,可消除地下1.2～1.75m黃土層的濕陷性。<2>強夯：一般采用8～40t的重錘〔最重達200t,落距10～20〔最大達40m>的高度自由下落,擊實土層。<3>土墊層：先將處理圍的黃土挖出,然后用素土或灰土在最佳含水量下回填夯實?？上乇硐?～3m的黃土層的濕陷性。<4>擠密樁：先在土成孔,然后在孔中分層填入素土或灰土并夯實。在成孔和填土夯實過程中,樁周的土被擠壓密實,從而消除濕陷性。<5>化學灌漿加固：通過注漿管,將化學漿液注入土層中,使溶液本身起化學反應,或溶液與土體起化學反應,生成凝膠物質或結晶物質,將土膠結成整體,從而消除濕陷性。二、膨脹土1、定義：由強親水粘土礦物組成的,具有膨脹結構,以及強脹縮性,多裂隙性,強度衰減性的高塑性粘土。2、成因和分布：風化的粘土礦物被流水帶到東南部河流中下游沉積。當為蒙脫石、伊犁石時為膨脹土。主要分布在太行山——嶺——盆地西緣——下關這一線的東南邊。3、特征：〔1顆粒粒度：以粘土礦物為主,占35~50％以上,其次為粉砂?！?礦物成分：以蒙脫石、伊犁石為主?！?具膨脹結構：〔4強烈脹縮性：4、主要工程地質問題〔1邊坡膨脹和滑塌吸水后粘聚力為O,摩擦角只有幾度?！?基床翻漿冒泥?！?地基不均勻沉降。膨脹土防治天溝、側溝、吊溝、肓溝天溝、側溝、吊溝、肓溝防止水進入防止水進入地表隔水層防水保濕地表隔水層防水保濕防止水流失：水平和垂直隔水層,合理綠化?！簿嘟ㄖ锓乐顾魇В核胶痛怪备羲畬?合理綠化?！簿嘟ㄖ?5m遠灌石灰水→形成Ca<oH>2吸收周圍水分子灌石灰水→形成Ca<oH>2吸收周圍水分子→形成Caco3膠結土壤換填土地基土質改良地表防護：排水溝地表防護：排水溝坡面加固：植被護坡骨架護坡：片石護坡、拱形護坡支擋措施：抗滑樁、擋墻2．邊坡防治：3．加大基礎埋深,增大基礎側面摩擦力,或增加附加壓力克服土的膨脹。膨脹土的破壞一、膨脹：邊坡及洞室鼓脹。邊坡滑塌地基下沉和側鼓,并產(chǎn)生不均勻沉降邊坡滑塌地基下沉和側鼓,并產(chǎn)生不均勻沉降翻漿泥二、降度降低三、收縮,邊坡開裂、地基沉降量大。三、軟土1、定義：天然含水量大、壓縮性高、承載力低,抗剪強度差的軟塑——流塑狀粘性土?！踩缬倌?、淤泥質土。2、成因和分布：河流入、湖沼洼地等靜水或緩慢流水下沉積,并經(jīng)生物化學作用而成。主要分布在長江三角洲、珠江三角洲、洞庭湖、洪澤湖、太湖、湖、滇池、牛軛湖、沼澤等地。3、特征：〔1顆粒粒度以粘土為主,可達60－70％,其次為粉砂?！?礦物成分以伊犁石為主,有機質可達8－9％?！?具典型的蜂窩狀結構,孔隙度在50－65％之間?！?具層理性。4、主要工程地質問題〔1承載力低：一般容許承載力為0.1MPa,有時甚致低于0.04MPa?！?壓縮性高、沉降量大、固結慢?！?觸變性?！?流變性。軟土的防治1．排水砂井：Φ=0.4~2.0m,灌入中、粗砂。2．砂墊層；3．拋石擠淤和爆破排淤。吸水散熱吸水散熱→樁周溫度升高,使軟土脫水4．生石灰樁5．強態(tài)：錘重10~20t,升高10~40m,自由下落,靠沖擊力使軟土迅速排水,加固深度達11~12m。水泥砂漿化學漿液6．旋噴樁：水泥砂漿化學漿液7．換填土；8．軟沉井；9．堆截頂壓。四、凍土定義：溫度低于0℃〔一季節(jié)性凍土1、定義：冬季凍結,夏季全部融化的特殊土。2、成因和分布：高緯度凍土?！L江以北。3、主要工程地質問題凍脹融沉性?！捕嗄陜鐾?、定義：凍結狀態(tài)持續(xù)三年以上,甚致百年不化的凍土。2、成因和分布：3、主要特征：〔1組成：巖土顆粒、水?！?結構：〔3構造4、主要工程地質問題因凍脹融沉造成凍土防治地表水地表水1．排水地下水：盲溝地下水：盲溝路堤底部鋪設：草皮、泥炭、苔蘚、爐渣、粘土層路堤底部鋪設：草皮、泥炭、苔蘚、爐渣、粘土層散熱樁通風管拋石邊坡2．保溫3．土質改良：4．換填土：改為砂、礫、卵石土。5．降低冰點：土中加化學物質。6．旱橋五、各類特殊土的主要特性黃土→濕陷性膨脹土→強烈脹縮性軟土→承載力低,壓縮性高、固結慢凍土→凍脹融沉性第五章不良地質現(xiàn)象及防治第一節(jié)崩塌、落石與巖堆一、崩塌：1、崩塌定義：陡峻斜坡上的巨大巖、土體,在重力作用下,突然脫離坡體,發(fā)生崩落和倒塌的現(xiàn)象。2、崩塌的形成條件：3、崩塌的類型4、崩塌防治措施：〔1大型崩塌：繞避〔2中型崩塌：明洞、棚洞〔3小型崩塌：〔4排水：天溝、封堵裂縫二、落石：斜坡上個別巖塊在重力作用下脫離坡體掉落的現(xiàn)象。三、巖堆：1、巖堆定義：陡峻斜坡上,因崩塌、落石、剝落等原因形成的巖塊和碎屑,在重力作用下滾落至坡腳平緩處堆積而成的錐體。2、巖堆的特點：3、巖堆防治原則；〔1對于正在發(fā)展的巖堆：繞避〔2對于停止發(fā)展的巖堆：第二節(jié)滑坡一、滑坡概述1、滑坡定義：斜坡上的巖土體在重力作用下,沿斜坡某一滑動面〔或帶作整體下滑的過程。2、滑坡形態(tài)特征：滑坡體：滑動面：滑床：滑坡周界：滑坡壁：滑坡臺階：封閉洼地：滑坡舌：滑坡鼓丘：主裂縫：拉裂縫：剪切裂縫：鼓裂縫：扇形裂縫：其它特征：二、滑坡形成條件及影響因素：1、形成條件：〔1有貫通的滑動面〔2下滑力大于抗滑力用極限平衡理論計算如下：已知：因：所以：穩(wěn)定性系數(shù)2、影響因素〔1地形地貌：〔2地層巖性：〔3地質構造：傾向玻外的節(jié)理、巖層面、破碎帶?！?地下水：〔5人為因素：〔6地震：三、滑坡分類：1、按滑坡體的主要物質組成分類2、按滑坡力學特征分類：3、綜合分類：四、滑坡防治原則及主要措施：1、原則：在符合經(jīng)濟效益的前提下,針對引起滑坡滑動的因素,采取相應工程措施,阻止滑坡滑動。2、措施："一排、二擋、三減、四固"?！?排水：〔2支擋：〔3刷方減重：〔一般階梯狀刷方,并反壓護坡?！?固結巖體或滑動面：第三節(jié)泥石流一、泥石流的定義：一種含大量泥砂石塊的特殊洪流。二、泥石流形成條件：1、有豐富的松散固體物質：2、有充沛的水動力來源：3、有陡峻的地形：三、泥石流分類：四、泥石流溝的選線方案及防治措施通過地區(qū)優(yōu)點缺點工程措施流通區(qū)溝床固定、狹窄、沖刷、淤積小線路標高大,展線長一跨高凈空扇緣區(qū)沖刷、淤積小溝床變遷大,線路長逢溝設橋沉積區(qū)無沖、淤嚴重提高標高線路外移排導槽明洞渡槽線避五、泥石流防治措施第四節(jié)巖溶一、定義：可溶性巖石在地表水和地下水的長期地質作用下形成的各種溶蝕現(xiàn)象。又叫喀斯特地貌。二、巖溶形成條件：三、巖溶水的垂直分帶性及巖溶地貌1、垂直循環(huán)帶〔飽氣帶2、季節(jié)循環(huán)帶：〔暫時飽和帶3、水平循環(huán)帶〔完全飽水帶：溶洞聯(lián)接成暗河。4、深部循環(huán)帶：蜂窩狀溶蝕小孔四、影響巖溶發(fā)育的因素〔或巖溶發(fā)育的基本規(guī)律1、氣候的影響：2、巖性及巖層產(chǎn)狀的影響：3、地質構造的影響：4、地殼運動的影響：五、巖溶地區(qū)主要地質問題及其防治措施主要問題主要措施洞頂坍塌：加固頂、底板,或填死溶洞涌水、暗河涌水：平行導坑排水〔注意地表居民生活用水暗河：繞辟地表潛移繞避不均勻沉降地表風化層：剝離風化層地下洞沉積層：清除、洞橋、繞避第五節(jié)地震一、地震概述1、定義：地殼發(fā)生的振動。海底地震稱為海震。2、分布：3、地震成因分類：4、地震術語二、地震對建筑物的影響1、地震破壞造成的影響：2、地震力對建筑物的破壞：地震力：地震波對建筑物產(chǎn)生的慣性力：第六章地下工程地質問題第一節(jié)巖體、巖體結構及地應力的概念一、巖體及巖體結構的概念1、巖體：2、結構面：巖體中的不連續(xù)界面。按成因分為：3、結構體：巖體中被結構面切割而成的巖石塊體。4、巖體結構及類型〔1巖體結構：巖體中結構面與結構體的組合關系?！?巖體結構類型：巖體中結構面與結構體的組合形式。巖體結構分類〔國標分類：5、巖體破壞情況：二、地應力1、定義：指存在于地殼巖體中的原始應力。又叫天然應力。2、類型：3、地應力分布規(guī)律：第二節(jié)洞室圍巖變形及破壞的基本類型一、圍巖應力引起的變形與破壞1、圍巖：工程開挖后,應力變化圍的巖體。2、二次應力：工程開挖后,巖體中一定圍原始應力發(fā)生變化,其改變后重新分布的應力叫二次應力。又叫重分布應力,或圍巖應力?！惨粐鷰r應力變化規(guī)律1、圓形洞室：rrr2、直墻圓拱型洞室：〔二圍巖應力引起的變形和破壞類型1、裂塌落：拱頂應力超過巖石抗拉強度,引起巖石破裂,導至頂塌落。2、劈裂剝落：切向應力導至洞室周邊巖石形成平行洞壁的密集破裂,并產(chǎn)生剝落。3、碎裂松動：碎裂狀巖體開挖后,巖塊沿結構面滑移并形成松動圈。4、彎折鼓：徑向應力擠壓薄層圍巖,使之向洞彎折鼓,甚至坍倒。5、巖爆：在高應力地區(qū),洞室開挖后,圍巖因彈性應變能突然釋放而發(fā)生的巖石彈射或拋出現(xiàn)象。6、塑性擠出：軟弱巖體在洞室開挖后,當圍巖應力超過其屈服強度時,向洞產(chǎn)生的塑性擠出現(xiàn)象。7、膨脹鼓：在膨脹巖地區(qū),洞室開挖后水分向松動圈集中,導致巖石吸水膨脹,并向洞鼓出。二、圍巖構造控制的變形與破壞指圍巖當結構面上剪應力超過抗剪強度而產(chǎn)生的沿結構面剪切滑移。vHHvHHHvr三、松散圍巖的變形與破壞：1、重力坍塌：固結程度差的散體結構圍巖,開挖后在重力作用下自由坍落。2、塑流涌出：當開挖飽水斷層破碎帶時,松散物質常形成碎屑流涌出。四、地下洞室特殊地質問題〔一洞室涌水：1、涌水條件：2、涌水預測方法：〔1相似比擬法：①由實測導坑涌水量推算：②由于開挖地段涌水量推算：〔2水均衡法：〔3地下水動力學法：①潛水含水層中的完整型隧道：②承壓水含水層中的完整型隧道：〔二腐蝕：1、腐蝕類型：2、腐蝕嚴重程度：3、腐蝕易發(fā)生地區(qū)：〔三地溫：G＝1℃／33〔四瓦斯：〔以甲烷為主的有害氣體的總稱,主要發(fā)生在含煤地層危害條件：施工要求：〔五巖爆：〔巖塊自然彈射或拋落巖爆特點：第三節(jié)圍巖的工程地質分類及其應用一、圍巖分級：二、圍巖穩(wěn)定性分析方法：第七章地基工程地質問題第一節(jié)巖質地基工程地質問題一、變形問題1、影響變形的因素：2、變形量的計算：p——壓力b——寬度——承壓板形狀和鋼度系數(shù)w——變形〔載荷試驗——應力h——深度〔地基厚度二、強度問題1、巖石破壞類型：OfoOfoP容許承載力容許變形SOW3、影響強度的因素：4、地基承載力確定方法：三、不良巖質地基加固處理方法：第二節(jié)土質地基的工程地質問題一、地基變形概念：基礎：建筑物下部直接與巖、土層接觸的部份。地基：基礎下面因建筑物荷載引起天然應力改變的那一部分巖層或土層。地基二、土質地基變形破壞的基本類型：1、地基不均勻沉降和變形過大：主要有2、地基的滑移擠出：主要有B1〔破壞建筑物的變形B1333AM3AM〔1破壞原理：在剪應力超過抗剪強度的面上剪切破壞。11＝＝tg+ctg〔4剪沖破壞：22113O第三節(jié)地基承載力一、地基承載力的基本概念：地基承載力：單位面積上地基能承受的極限荷載。允許承載力：保證建筑物安全的規(guī)定地基承載力?！惨话阍趶椥宰冃味?、地基承載力的確定方法〔一現(xiàn)場試驗〔又叫原位試驗1、載荷試驗：〔有平板載荷試驗和螺旋板載荷試驗,這里指平板載荷試驗在與基礎剛度近似的圓形或方形承壓板上逐級加荷,待基本穩(wěn)定后再加下一級荷載,直到地基破壞。由每一級荷載及其沉降量作出荷載——沉降曲線。由直線段的比例界線點所對應的荷載P0作為地基容許荷載。2、靜力觸探：〔有圓錐靜力觸探和孔壓靜力觸探——不能用于碎石土、卵石土。將特制的金屬圓錐型探頭連續(xù)壓入土層,由于土的阻力使探頭受壓,探頭部的壓力傳感器測出土層對探頭的比貫入阻力Ps,再用地區(qū)經(jīng)驗公式求出地基容許承