中南大学工程地质学复习Word文件下载.docx
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岩浆岩的基本类型
侵入岩:
深成岩(>3km)一般具有粗粒结构;
浅成岩(≤3km)一般具有中粒结构
喷出岩:
一般为细粒结构、微晶结构或隐晶结构
二、岩浆岩的地质特性
(一)岩浆岩的结构
1.按结晶程度可分为:
全晶质结构、玻璃质结构、半晶质结构
2.按矿物颗粒绝对大小可分为:
显晶质结构(伟晶结构,粒径>10mm;
粗粒结构,粒径>)0.2mm;
微粒结构,粒径<2mm~0.2;
细粒结构,粒径5mm~2;
中粒结构,粒径5mm
隐晶质结构
3.按矿物颗粒的相对大小可分为:
等粒结构、不等粒结构、斑状及似斑状结构
(二)岩浆岩的构造:
块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造、珍珠构造、绳状构造、枕状构造
(三)岩浆岩的矿物成分:
最常见的是石英、正长石、斜长石、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等几种矿物。
2.2沉积岩
一、概念:
指在地表或接近地表的常温、常压条件下,由原岩经风化破碎、搬运、沉积和成岩等作用而形成的岩石。
二、沉积岩的形成过程
母岩的风化破碎作用、沉积物的搬运作用和沉积作用、沉积物的成岩作用
三、沉积岩的地质特性
(一)沉积岩的结构
碎屑结构、泥状结构、化学结构、生物化学结构
(二)沉积岩的构造
岩层:
在地质特性上与相邻层不同的沉积层。
夹层:
夹在厚层中间的薄层称为夹层。
层的尖灭与透镜体:
若岩层在横向延伸方向不大的范围内,一侧逐渐变薄而消失,称为层的尖灭;
若两侧均尖灭时,则称为层的透镜体。
层面:
分隔不同性质岩层的分界面。
可以是平面,但大多是曲面。
层的厚度:
上下层面之间的垂直距离为层的厚度。
(巨厚层>1.0m厚层0.5~1.0m
中厚层0.1~0.5m薄层0.001m~0.1m微层<0.001m)
层理:
指一个岩层中矿物或岩屑的颗粒大小、形状、成分和颜色不同的层交替时显示出来的纹理。
(水平层理、单斜层理、交错层理、波状层理)
层面构造:
在沉积岩岩层层面上往往保留有反映沉积岩形成时的流体运动,自然条件的变化所遗留下来的痕迹,称为层面构造。
顶面构造(波痕、泥裂、鸟足迹、虫痕、雨痕、脚印)
底面构造(底冲刷、槽模)
结核:
指包裹在沉积岩体中某些矿物集合体的团块。
其成分、结构、颜色等一般与围岩不同。
化石:
指埋置在沉积岩中的各地质时期古生物的遗体和遗迹,是沉积岩独有的构造特征,是研究地史、生物进化的重要依据。
(三)沉积岩的矿物成分
常见矿物:
石英、长石、白云母
特有矿物:
盐类矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物、生物组分
几乎无:
橄榄石、辉石、角闪石和黑云母
四、沉积岩分类:
碎屑岩类(碎屑+胶结物+杂质):
角砾岩、砾岩、砂岩
粘土岩类(主要是粘土矿物组成,粘土矿物颗粒直径常小于0.005mm,含量>50%)
化学岩及生物化学岩
变质岩2.3.
一、变质岩的形成过程
变质作用——指原岩基本上在固态下,主要由于温度、压力及化学活动性流体的作用,而使其成分、结构、构造等发生变化的地质作用。
变质作用的影响因素:
温度(一般在150~900℃)压力(上百GPa到上千Gpa)化学活泼性流体(发生化学交替或分解作用,形成新矿物)
变质作用的主要类型:
接触变质作用、交代变质作用、动力变质作用、区域变质作用
二、变质岩的地质特性
(一)变质岩的结构
压碎结构:
碎裂结构、碎斑结构、糜棱结构
变晶结构(变质程度较深,矿物重结晶较好,基本为显晶,是多数变质岩的结构特征)
变余结构(变质程度浅,重结晶作用不完全,原岩的结构特征,可部分残留下来)
(二)变质岩的构造
片理构造(板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造)、块状构造
三、变质岩分类:
动力变质岩类、接触变质岩类、区域变质岩类、交代变质岩类
第三节地质年代
一、绝对年代法
二、相对年代法:
是通过比较各地层的沉积顺序、古生物特征和地层接触关系来确定其形成先后顺序的一种方法。
三、相对年代的确定方法
地层层序法、生物演化律法(在不同层位的岩层中包含的化石各不相同、在不同地区含有相同化石的地层属于同一时代)、地层接触关系法
第四节地质构造
地质构造就是指缓慢而长期的地壳运动使岩石发生变形,产生相对位移,形变后所表现出来的种种形态。
4.1地壳运动及地质作用
地壳运动——主要是指由地球内力引起岩石圈的变形、变位以及洋底的增生和消亡的作用。
地质作用——是指由自然动力引起地球的物质组成、内部结构和地表形态发生变化的作用。
主要表现为对地球的矿物、岩石、地质构造和地表形态等进行的破坏和建造作用。
各种地质作用(内、外):
一方面不断地破坏原有的物质成分(矿、岩),地质构造和地表形态。
另一方面又不断地形成新的物质成分(矿、岩),地质构造和地表形态。
破坏→建设→再破坏→再建设,循环反复,促使地壳不断的变化和发展。
4.2岩层及岩层的产状
一、岩层:
由同一岩性组成的,有两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。
二、岩层产状:
岩层在地壳中的空间方位。
是以岩层面的空间方位及其与水平面的关系来确定的。
三、岩层的露头形态和宽度:
决定于岩层产状、地形及二者的相互关系。
其地质界线与地形等高线在地质图上,完全受地形的影响,水平岩层的露头分布形态,
平行或重合。
直立岩层的地质界线是沿其走向作直线延伸,不受地形影响。
倾斜岩层露头分布形态则较复杂,表现出地质界线与等高线相交的曲线延伸,并有一定规律,当其穿过沟谷或山脊时,露头线均呈“V”字形,故此规律又称为V字形法则。
若地层没有倒转,地质界线V字形尖端沟谷处指向新地层,山脊处指向老地层。
V字形法则适用于岩层界面、断层面、不整合面等露头线的分布形态。
四、地层的接触关系
在一定地质时代内形成的一套岩层统称为那个时代的地层。
——地层地层的接触关系——指上下地层之间在空间上的接触形式和时间上的发展状况。
整合接触:
上下两套地层连续沉积,产状也基本相似的的接触关系。
(时代连续,没有间断;
上下岩层的产状基本平行一致;
地壳相对稳定,沉积环境持续稳定)
不整合接触(存在沉积间断):
平行不整合(上下岩层的产状基本平行一致;
在两套地层之间缺失了一些时代的地层,存在沉积间断;
这一地史时期地壳曾经发生过显著的升降运动)
角度不整合(上下岩层的产状不平行;
发生过显著的水平运动和升降运动)
4.3褶皱构造
一、褶皱构造的类型
(一)复背斜和复向斜
(二)隔挡式褶皱和隔槽式褶皱
五、褶皱构造的辨认
(一)褶曲的野外观察法
1.通过横向、纵向的观察,找地层界线、断层线、化石等,观察岩层是否有对称重复出现的现象;
2.比较核部与两翼岩层的新老关系,比较两翼岩层的走向和倾斜;
3.研究两翼相当层的平面形态。
(二)褶皱内部构造的认识
顺层剪切褶皱、层面擦痕、牵引褶皱、虚脱现象和鞍状矿体
六、褶皱的形成时代
介于参加褶皱的最新地层与上覆未褶皱的最老地层之间。
七、褶皱的工程意义
根据褶皱两翼对称重复的规律,在褶皱的一侧发现沉积型矿层时,可预测在另一侧也可能有相应的矿层存在;
石油常储存在背斜的顶部。
除此以外,背斜核部的岩层常常较为破碎,如果水库位于此就易于漏水,工程建设时必须注意到这一点。
4.4断裂构造
断裂构造——指岩层受构造运动的作用,当所受的构造应力超过其破裂强度时,岩石或岩块失去连续性而产生断裂的地质构造。
一、节理
(一)节理分类
1.按与岩层产状的关系分为:
走向节理、倾向节理、斜交节理
由剪应力产生的破裂面(特征:
长、大、平直光滑,延—.按力学性质分类:
剪节理2
伸稳定,常常呈“X”型,可切穿砾石);
张节理—由张应力产生的破裂面(特征:
短、小、粗糙不平,延伸不远,常呈豆荚状、树枝状,常绕开砾石)
3.按节理成因分类:
原生节理、构造节理、表生节理
4.按节理与褶皱轴的关系分类:
纵节理、斜节理、横节理
(二)节理发育程度分级
依据:
节理的组数、密度、长度、张开度及充填情况
节理不发育:
节理1~2组,规则,为构造型,间距在1m以上,多为密闭节理,岩体切割成大块状
节理较发育:
节理2~3组,呈X形,较规则,以构造型为主,多数间距大于0.4m,多为密闭节理,部分为张开节理,少有充填物,岩体切割成大块状
节理发育:
节理3组以上,不规则,呈X型或米字型,以构造型或风化型为主,多数间距小于0.4m,大部分为张开节理,部分有充填物,岩体切割成块石状
节理很发育:
节理3组以上,杂乱,以风化和构造型为主,多数间距小于0.2m,以张开节理为主,有个别宽张节理,一般均有充填物,岩体切割成碎裂状
(三)节理的工程地质研究
观测研究节理时,首先应注意节理的性质、矿化现象、先后次序、空间的相互关系和形成的时代,其次是原地岩石性质,产状和所处的构造部位。
(四)节理调查研究的内容
1.节理的成因类型、力学性质;
2.节理的组数、密度和产状;
3.节理的张开度、长度和节理面壁的粗糙度;
4.节理的充填物质及厚度、含水情况;
5.节理发育程度分级。
(五)节理对工程的影响
1.是地下水的通道。
加速岩石的溶解破坏,尤其在可溶盐地区易形成溶洞,发育成为地下暗河;
2.加速风化作用和冻胀作用;
3.降低岩石力学强度,降低工程的稳定性;
4.降低爆破效率;
5.降低地基承载力。
二、断层
(一)断层的分类
1.根据断层两盘相对运动的方向分为:
正断层:
上盘相对下降或下盘相对上升的断层。
逆断层:
上盘相对上升或下盘相对下降的断层。
辗掩断层一般规模巨大,常有时代较老的地层被推覆到时代新的地层之上,形成推覆构造。
逆冲推覆构造发育地区遭受强烈侵蚀切割,将部分外来岩块剥蚀掉而露出下伏原地岩块。
在一片外来岩块中露出一小片由断层圈闭的原地岩块,常常是较老地层中出现一小片由断层圈闭的较年轻地层,这种现象称为构造窗。
如果剥蚀强烈,外来岩块被大片剥蚀,只残留小片孤零零的外来岩体,称为飞来峰。
飞来.
峰表现为原地岩块中残留一小片由断层圈闭的外来岩块,常常是较年轻的地层中残留一小片由断层圈闭的较老地层。
飞来峰常常成为陡立的山峰。
平移断层:
两盘沿断层走向相对移动的断层。
(二)断层的野外鉴别与研究
1.构造上的标志(构造线不连续)
2.地层上的标志(地层的重复或缺失)
3.断层的伴生现象
牵引弯曲、擦痕、摩擦镜面、滑动槽子等也是帮助判断断层存在的标志
4.地貌、水文地质和植被上的标志
(1)断层崖、断层三角面、大裂谷
(2)串珠状的湖泊或洼地,泉水的带状分布,常表明有大断带存在
(3)正常延伸的山脊突然错断,正常流径的河流突然产生急转弯〈断层两盘相对平移〉
(4)植物也可作为参考,有时沿断层两侧因岩性不同,而生长截然不同的植物群落,有时则在断层带上生长着特殊的植物
(四)断层两盘相对运动方向的判别
1.根据两盘地层的新老关系
2.褶曲核部地层宽度的变化:
背斜上升盘核部地层变宽;
向斜上升盘核部地层变窄
3.根据牵引现象:
牵引现象的弧形突出弯曲方向指示本盘运动方向
4.根据标志层的错动5.断层角砾
6.擦痕(断面上平行而密集的沟纹)和阶步(擦痕及镜面末端常出现的“坎”)镜面(断面上局部平滑而光亮的面)
7.符号(在地质图上,断层一般用粗红线醒目地标示出来,断层性质用相应符号表示)
(五)确定断层的形成时期
利用不整合接触关系;
利用断层与各类地质体的切割关系
(六)研究断层在工程上的意义:
1.断层可增大岩石的透水性和含水性;
断层的交叉处常是地下水出露的地段;
2.断层可以降低岩石的坚固性和稳定性,造成隧道工程、矿井工程或坝基等塌陷的危险。
4.5地质构造对工程建筑物稳定性的影响
一、边坡与地质构造的关系
边坡中的各种结构面对斜坡稳定性有着重要的影响。
特别是软弱结构面与斜坡临空面的关系,对斜坡稳定起着很大作用。
1.平叠坡:
主要软弱结构面为水平的。
这种斜坡一般比较稳定。
2.顺向坡:
软弱结构面的走向与边坡面的走向平行或比较接近,且倾向一致的边坡。
(边坡倾角小于岩层倾角时稳定,反之不稳定)
3.逆向坡:
软弱结构面的倾向与坡面倾向相反,这种边坡一般是稳定的。
4.斜交坡:
软弱结构面与坡面走向成斜交关系。
其交角越小,稳定性越差。
5.横交坡:
软弱结构面的走向与坡面走向近于垂直。
这类边坡稳定性较好,很少发生大规模的滑坡。
二、隧道与地质构造的关系
1.水平或倾斜不大的岩层:
较坚硬的厚层岩层中较为稳定、软硬相间的岩层中易发生坍方。
2.直立岩层:
坚硬岩层、地下水很少,一般是较稳定的;
层薄又有软弱夹层,只要有少量的地下水活动,也会造成较大的地层压力,将有掉块和坍塌冒顶的可能。
3.倾斜岩层:
岩层倾斜角度的大小和岩层的性质是影响隧道稳定性的关键因素(岩层倾角较大且有软弱夹层时易发生顺层滑动)。
4.褶曲:
在褶曲地段修筑隧道,最好选在翼部通过或横穿褶曲轴。
在选线中对于千枚岩以及粘土岩等地层的褶曲层,应予避开。
因为这些岩层石墨化后形成滑面,易引起滑塌。
5.断层:
应尽量避开大断裂带;
若条件不允许时,线路中线也应与断层走向尽量直交。
三、桥基与地质构造的关系
1.桥墩位置的布置:
桥墩一般不宜放置在断层破碎带上。
2.桥基的稳定性(岩层的产状、偏力、断层破碎带、软弱带对桥基的稳定性有很大影响)
(1)当岩层产状倾向下游,其中又有软弱夹层时会因水的冲蚀影响到基础的稳定性,如果软弱夹层较厚,会使基础受力不均,产生不均匀沉陷以致发生破裂现象;
(2)若地基位于断层破碎带,一般是不稳定的,应加以特别处理,否则会出现不均匀沉陷或产生基础滑动;
(3)当两种不同岩层接触,其接触面较陡时,基础最好设计在单一岩层上,因接触面一般是软弱带。
4.6地质图
一、各地质因素在地质图上的反映
(一)地层岩性及地质构造等
1.水平岩层:
地形等高线与地质界线平行或重合,呈带状分布;
2.倾斜岩层:
遵从V字形法则;
3.直立岩层:
在地质图上表现为一条不受地形影响的直线;
4.褶皱岩层:
地质界线切割地形等高线
5、断层:
在地质图上通常用红色的或较粗的线醒目地表示断层,在断层线上,一般还用符号说明断层的类型和产状。
(二)各种接触关系在地质图上的表现
1.整合接触:
时代连续,地质界线呈平行带状分布;
2.平行不整合:
时代不连续,地质界线呈平行带状分布;
3.角度不整合:
新地层的地质界线遮断了老地层的地质界线,中间有地层缺失;
4.侵入接触:
侵入体的界线破坏了围岩界线的完整性;
5.沉积接触:
沉积岩的露头界线折断了侵入体的边界线。
之后形成的倾斜.水平枢纽,轴面倾斜,P21背斜;
°
,属冲断层,在背45断层,逆断层>2.F1之前;
P2之后,J斜后形成,形成于平行不~P1P2.接触关系:
整合:
C~P1,3,J角度不整合:
P1~CO2整合:
C~,O2~
K~,~,~,~P2JP2KCJJ
第五节岩石和岩体的工程性质
一、岩石的工程性质
1、物理性质:
密度(ρ)和重度(γ):
ρ、ρsat、ρd(γ、γsat、γd)等
颗粒密度(ρs)和比重(ds):
ds=ρs/ρw
en孔隙比(e)与孔隙度(n):
n?
;
e?
1?
e1?
n裂隙率(KT)
(ρ、ρs↑,n、e↓,岩石的工程性质↑)
2、风化作用
地表及地面以下一定深度的岩石,在气温变化、水溶液、气体及生物等各种营力的作用下,逐渐产生裂隙、发生机械破碎和矿物成分的改变,丧失完整性的过程。
(1)物理风化:
岩石在自然因素作用下,发生机械破碎,而无明显的成分改变
(岩石的热胀冷缩、冰劈作用、盐类结晶的撑裂作用、岩石的释荷)。
(2)化学风化:
地表岩石受水、氧及二氧化碳的作用而发生化学成分的变化,发生破碎并产生新矿物的作用(溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用、碳酸化作用)。
(3)生物风化:
由于生物的活动对岩石与矿物所引起的破坏作用,包括机械破坏与化学破坏。
影响岩石风化的因素:
1、岩石成因:
岩石的形成环境与目前所处的环境的差异小,则抵抗风化的能力就强,反之则容易风化。
沉积岩>岩浆岩和变质岩
沉积岩:
碎屑岩>化学岩和生物岩岩浆岩:
酸性岩>基性岩变质岩:
浅变质>深变质
3、矿物成分
岩浆岩抗风化能力的强弱与矿物从岩浆中分异出来的顺序相反;
单矿岩的抗风化能力强于复矿岩;
浅色矿物(如正长石)抗风化能力强于暗色矿物(如:
橄榄石等);
同种元素在不同的矿物中抗风化能力不同(如石灰岩中的Ca易风化,而斜长石中的Ca相对难风化)。
4、结构和构造
从结构上看,抗风化能力:
均匀、细粒结构>粗粒结构;
等粒结构>斑状结构;
隐晶质岩石最不易风化;
基底式胶结>孔隙式胶结;
Si质胶结>Ca质胶结>泥质。
从构造上看,抗风化能力:
致密的块状岩石>各向异性的层理、片理状岩石;
厚层岩石>薄层状岩石。
5、地质构造:
褶曲轴部、断层破碎带及其附近裂隙密集的地方,岩石易风化。
影响岩石工程性质的主要因素:
1.岩石性质:
成因、矿物成分、结构、构造2.地质构造;
3.风化作用(风化的程度);
4.水的作用(①天然的溶剂②天然的润滑剂)
防治风化的措施:
1.向岩石孔隙、裂隙中注浆,提高岩石的整体性和强度;
2.在岩石表面喷抹水泥砂浆、沥青或用石灰-水泥砂浆封闭岩面;
3.清除厚度不大的严重风化层;
4.若严重风化层厚度较大不能全部清除时,对于地基工程可采用桩基穿透风化层落在新鲜岩石上;
边坡、隧道工程可根据风化层厚度和风化程度采用加强支护、支挡、衬砌等措施。
二、岩体工程地质特性.
整体块体状结构:
强度高,各向同性,抗风化能力强.
层状结构:
强度较高,各向异性,层间滑动.
碎裂结构:
强度低,完整性差.
散状结构:
强度最差,碎石类土,各向异性..
第三章地下水
(一)地下水的两种存在形式:
岩石“骨架”中的水:
矿物结合水,如沸石水、结晶水和结构水。
岩石空隙中的水:
结合水(吸着水、薄膜水)、重力水、毛细水、固态水和气态水。
1.气态水:
水蒸气状态。
不能直接被利用,也不能被作物吸收,但通过自身的迁移和蒸发凝结可以改变地下水的分布。
2.结合水:
由于静电引力作用,吸附在岩石颗粒表面的水。
根据结合的紧密程度的不同,结合水可分为吸着水和薄膜水
吸着水(强结合水):
吸附在岩石颗粒的表面较近处
特点:
a、水在岩石颗粒表面结合非常紧密,吸附力达10000个大气压,近似于固态,不同于一般的液态水。
b、很难用机械的方法把它与颗粒分开,只有当空气中的饱和差很大或105℃才能将他们分开
c、不受重力支配,不能溶解盐类,不能导电、不能传递静水压力
3㎝、密度大,2.0g/de、水量小,不能被植物吸收
f、具有极大的粘滞性和弹性
薄膜水(弱结合水):
吸附在岩石颗粒的表面较远处
a、水分子离岩石颗粒表面越远,结合力越小。
b、当空气相对湿度达到饱和时,能将他们分开
c、不受重力支配,不能导电、不能传递静水压力
d、密度和普通水差不多,但具有极大的粘滞性
e、有较低的溶解盐能力
结合水的含量取决于岩石颗粒的表面积,岩石颗粒越细,颗粒的表面越大,结合水含量约大;
反之,越小。
3.毛细水(半自由水)
存在于细小的裂隙和孔隙中的水,不受颗粒表面的静电应力影响,但受表面张力和重力影响。
4.重力水(研究的主要对象)
在重力作用下能自由活动的地下水
5.固态水(冰)
(二)岩石的水理性质
1.容水性(岩石容纳水的能力)
2.持水性(岩石保持水的能力,依靠分子引力和毛细力)
3.给水性(岩石排出水的能力)
4.透水性(岩石透过水的能力)
透水性取决于:
岩石空隙的大小;
孔隙的多少及形状;
颗粒的分选程度。
.
颗粒越大,分选性越好,透水性越强;
反之,越差。
衡量指标:
渗透系数K
透水岩石----砂、砾石、卵石、裂隙和溶隙发育的坚硬岩石
半透水岩石----粉质粘土、粉土、黄土、裂隙和溶隙不太发育的坚硬岩石
不透水岩石----粘土、淤泥、裂隙和溶隙不发育的坚硬岩石
(三)含水层和隔水层
含水层:
能透过并给出相当数量水的岩层。
隔水层:
不能透出并给出水,或透出给出水量较小的岩层。
构成含水层的基本条件:
a、岩层具有容纳重力水的空隙(先决条件)
b、有储存和聚集地下水的地质条件(空隙岩层下有隔水层,使水不能下漏;
水平方向有隔水阻挡,以免水全部流空)
c、具有充足的补给来源(补给来源决定了含水量的多少和供水保证程度)
(四)地下水对建筑工程的不良影响主要有:
1、降低地下水会使软土地基产生固结沉降;
2、不合理的地下水流动会诱发某些土层出现流砂现象和机械潜蚀;
3、地下水对位于水位以下的岩石、土层和建筑物基础产生浮托作用;
4、某些地下水对钢筋混凝土基础产生腐蚀。