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④不完全解理常出现断口,解理面很难出现矿物受力破裂后,不具方向性的不规则破裂面称为断口。
常见的有贝壳状断口（如石英）、参差状断口（如黄铁矿）、锯齿状断口（如自然铜、石膏等）等。
矿物解理的完全程度与断口是相互消长的,解理完全时则不显断口。
反之,解理不完全或无解理时,则断口显著。
解理是矿物的一个重要鉴定特征。
矿物解理的发育程度,对岩石的力学性质会产生重要的影响。
（5）矿物的硬度
矿物抵抗外力刻划、压入、研磨的能力,称为硬度（hardness）。
通常是指矿物相对软硬程度。
如用两种矿物相互刻划,受伤者硬度小。
德国矿物学家德里克·
摩斯（FriedrichMohs）选择10种软硬不同的矿物作为标准,组成1
～10度的相对硬度系列,称为摩氏硬度计。
10种
.1
摩氏硬度计
1
度
滑
石
6度
正长石
2
膏
7度
英
3
方解石
8度
黄
玉
4
萤
9度
刚
5
磷灰石
10度
金刚石
把需要鉴定硬度的矿物与表中矿物相互刻划即可确定其硬度,如需要鉴定的矿物能刻划长石但不能刻划石英,而石英可以刻划它,则它的硬度可定为6.5度。
（6）矿物的其他性质
矿物的相对密度、透明度、磁性、放射性等对鉴定某些矿物是很重要的。
2岩石的类型及其特征
自然界有各种各样的岩石,根据其成因可分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩三大类。
1.2.1岩浆岩
岩浆（magma）是产生于地下的高温熔融体。
其成分以硅酸盐为主,还具有数量不等的挥发性成分。
岩浆沿着地壳薄弱带侵入地壳或喷出地表,温度降低,最后冷凝形成的岩石称为岩浆岩。
岩浆喷出地表后冷凝形成的岩石称为喷出岩;
岩浆在地表下冷凝形成的岩石称为侵入岩。
在较深处形成的侵入岩叫深成岩,在较浅处形成的侵入岩叫浅成岩。
1.2.2沉积岩
（2）沉积岩的结构与构造①沉积岩的结构沉积岩的结构一般分为碎屑结构、泥质结构、结晶结构及生物结构四种。
a.碎屑结构（clastic）:
碎屑物质被胶结物胶结起来的一种结构,是沉积岩所特有的结构。
按碎屑颗粒粒径的大小,可分为砾状结构（gravelly）———粒径大于2mm,最大可达0.5m,甚至更大;
砂状结构（sandy）———粒径介于0.05～2mm之间;
粉砂状结构（silty）———粒径介于0.005～0.05mm之间;
b.泥质结构（clayey）:
是粘土矿物组成的结构,矿物颗粒粒径小于0.005mm。
是泥岩、页岩等粘土岩的主要结构。
c.结晶结构（crystalline）:
是化学沉淀的结晶矿物组成的结构。
又可分为结晶粒状结构和隐晶质致密结构。
结晶结构是石灰岩、白云岩等化学岩的主要结构。
d.生物结构:
由生物遗体或碎片所组成的结构,是生物化学岩所具有的结构。
②沉积岩的构造沉积岩的构造是指其组成部分的空间分布及其相互间的排列关系。
沉积岩最主要的构造是层理构造和层面构造。
它不仅反映了沉积岩的形成环境,而且是沉积岩区别于岩浆岩和某些变质岩的构造特征。
a.层理构造:
是先后沉积的物质在颗粒大小、形状、颜色和成分上的不同所显示出来的成层现象。
层理是沉积岩成层的性质。
层与层之间的界面,称为层面（beddingplane）。
上下两个层面间成分基本均匀一致的岩石,称为岩层。
它是层理最大的组成单位。
1.2.3变质岩
变质岩（metamorphicrock）是岩浆岩、沉积岩甚至是变质岩在地壳中受到高温、高压及化学成分加入的影响,在固体状态下发生矿物成分及结构构造变化后形成的新的岩石。
如大理岩是石灰岩变质而成的。
各种岩石都可以形成变质岩。
由岩浆岩形成的变质岩称为正变质岩,由沉积岩形成的变质岩称为副变质岩。
它们不仅在矿物成分、结构、构造上具有变质过程中所产生的特征,而且还常保留着原来岩石的某些特征。
（1）变质岩的矿物成分
变质岩的物质成分十分复杂,它既有原岩成分,又有变质过程中新产生的成分。
就变质岩的矿物成分而论可以分为两大类:
一类是岩浆岩,也有沉积岩,如石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石、白云石等,它们大多是原岩残留物,或者是在变质作用中形成的;
另一类只能是在变质作用中产生而为变质岩所特有的变质矿物,如石榴子石、滑石、绿泥石、蛇纹石等。
根据变质岩特有的变质矿物,可把变质岩与其他岩石区别开来。
（2）变质岩的结构与构造
①变质岩的结构变质岩的结构一般分为变晶结构和变余结构两大类。
a.变晶结构（crystalloblastic）:
在变质过程中矿物重新结晶形成的结晶质结构。
如粗粒变晶结构、斑状变晶结构等。
b.变余结构（palimpsest）:
变质岩中残留的原岩结构,说明原岩变质较轻。
如变余粒状结构、变余花岗结构等。
②变质岩的构造原岩经过变质作用后,其中矿物颗粒在排列方式上大多具有定向性,能沿矿物排列方向劈开。
变质岩的构造是识别变质岩的重要标志。
常见的变质岩构造有:
a.板状构造（platy）:
具这种构造的岩石中矿物颗粒很细小,肉眼不能分辨,但它们具有一组组平行破裂面,沿破裂面易于裂开成光滑平整的薄板。
破裂面上可见由绢云母、绿泥石等微晶形成的微弱丝绢光泽。
b.千枚状构造（phyllitic）:
具这种构造的岩石中矿物颗粒很细小,肉眼难以分辨。
岩石中的鳞片状矿物呈定向排列,定向方向易于劈开成薄片,具丝绢光泽。
断面参差不齐。
c.片状构造（schistose）:
重结晶作用明显,片状、板状或柱状矿物定向排列,沿平行面（片理面）很容易剥开呈不规则的薄片,光泽很强。
d.片麻状构造（gneissic）:
颗粒粗大,片理很不规则,粒状矿物呈条带状分布,少量片状、柱状矿物相间断续平行排列,沿片理面不易裂开。
e.块状构造（massive）:
岩石中结晶的矿物无定向排列,也不能定向劈开。
1.3岩石的工程地质性质
1.3.1岩石的主要物理性质
（4）岩石的软化性
岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性（softening）。
岩石的软化性主要决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。
岩石中亲水矿物或可溶性矿物含量高、空隙率大、吸水率高的岩石,与水作用后,岩石颗粒间的联结被消弱引起强度降低、岩石软化。
表征岩石软化性的指标是软化系数（softeningcoefficient）。
软化系数是岩石在饱和状态下的极限抗压强度与岩石在干燥状态下的极限抗压强度之比。
其值越小,表示岩石在水作用下的强度越差。
未受风化作用的岩浆岩和某些变质岩,软化系数大都接近于1.0,是弱软化的岩石,其抗水、抗风化和抗冻性强;
软化系数小于0.75的岩石,认为是软化性强的岩石,工程性质比较差。
1.3.2岩石的主要力学性质
岩石在外力作用下所表现出来的性质称为岩石的力学性质,它包括岩石的变形和强度特性。
研究岩石的力学性质主要是研究岩石的变形特性、岩石的破坏方式和岩石的强度大小。
（1）岩石的变形特性
岩石在外力作用下产生变形,且其变形性质分为弹性和塑性两种。
图1.3.1是岩石典型的完整的应力-应变曲线。
根据曲率的变化,可将岩石变形过程划分为4个
阶段:
①微裂隙压密阶段（图1.3.1中的Oa段）岩石中
原有的微裂隙在荷重作用下逐渐被压密,曲线呈上凹形,
曲线斜率随应力增大而逐渐增加,表示微裂隙的变化开始
较快,随后逐渐减慢。
a点对应的应力称为压密极限强
度。
对于微裂隙发育的岩石,本阶段比较明显,但致密坚
硬的岩石很难划出这个阶段。
图1.3.1岩石典型的完整的
应力-应变曲线
②弹性变形阶段（图1.3.1中的ab段）岩石中的微
裂隙进一步闭合,孔隙被压缩,原有裂隙基本上没有新的发展,也没有产生新的裂隙,应力与应变大致呈正比关系,曲线近于直线,岩石变形以弹性为主。
b点对应的应力称为弹性极限强度。
③裂隙发展和破坏阶段（图1.3.1中的bc段）当应力超过弹性极限强度后,岩石中产生新的裂隙,同时已有裂隙也有新的发展,应变的增加速率超过应力的增加速率,应力-应变曲线的斜率逐渐降低,并呈曲线关系,体积变形由压缩转变为膨胀。
应力增加,裂隙进一步扩展,岩石局部破损,且破损范围逐渐扩大形成贯通的破裂面,导致岩石破坏。
c点对应的应力达到最大值,称为峰值强度或单轴极限抗压强度。
④峰值后阶段（图1.3.1中c点以后）岩石破坏后,经过较大的变形,应力下降到一定程度开始保持常数,d点对应的应力称为残余强度。
第2章地质构造及岩体的工程性质
2.1地壳运动的概念及地质年代的划分
2.1.1地壳运动
整合（conformity）:
是指上下两套地层产状完全一致、时代连续的地层接触关系。
这种地层接触关系反映除缓慢的地壳升降外没有发生过显著的构造运动,而且沉积作用是连续的不整合（unconformity）:
是指上下两套地层时代不连续,即两套地层间有地层缺失的地层接触关系。
这种地层接触关系反映了在一套地层沉积以后,发生了显著或较强烈的构造运动:
或者是上升运动使该地区全部从海面以下上升成为陆地,或者是水平运动使该地区褶皱成山而高出海面,或者是两种运动兼而有之。
总之,地壳升出水面以后,不仅沉积中断了,而且已经沉积的地层也被风化剥蚀掉一部分。
后来又下降到海里,再接受沉积,新沉积的地层和原先沉积的并且经过构造运动的较老地层之间产生了不连续的接触关系,或者说发生了沉积间断,形成了不整合的接触关系。
存在于接触面之间因沉积间断而产生的剥蚀面,称为不整合面。
不整合据其情况可以进一步分为:
a.平行不整合:
如果不整合面上下两套岩层之间的产状基本上是一致的叫平行不整合,也叫假整合（disconformity）[图2.1.1（b）]。
平行不整合反映地壳有一次显著的升降运动。
它的形成过程是:
陆地下降接受沉积→上升接受剥蚀→再下降接受沉积,即反映该地区有显著的升降运动。
b.角度不整合:
如果不整合面上下两套岩层间的产状是斜交的,叫角度不整合。
角度不整合反映地壳有一次显著的水平运动。
它的形成过程是:
陆地下降接受沉积→水平挤压（岩层褶皱、断裂）上升接受剥蚀→再下降接受沉积,即反映该地区有显著的水平运动。
地质学上计算时间的方法有两种:
一种是相对年代,另一种是绝对年龄（同位素年龄）。
（1）相对年代及其确定
整个地质历史时期地质作用在不停息的进行着。
各个地质历史阶段,既有岩石、矿物和生物的形成和发展,也有它们被破坏和消亡。
把各个地质历史时期形成的岩石,结合埋藏在岩石中能反映生物演化程序的化石和地质构造,按先后顺序确定下来,展示岩石的新老关系,这就是相对年代（relativetime）。
相对地质年代的确定主要是依据岩层的沉积顺序、生物演化和地质构造关系,所以也可以说是主要依据地层学、古生物学、构造地质学方法。
2.2地质构造
组成地壳的岩层或岩体受力而发生变位、变形留下的形迹称为地质构造（geologicalstruc-ture）。
地质构造在层状岩石中最明显,在块状岩体中也存在。
地质构造的基本类型有:
水平构造、单斜构造、褶皱构造和断裂构造等。
确定岩层的产出状况是研究地质构造的基础。
为此,地质学中常常应用岩层产状（atti-
tudeofstratum）的概念。
图2.2.1岩层产状要素
ab—走向线;
cd—倾向;
α—岩层的倾角
岩层产状是指岩层在空间的位置,是用岩层层面的走向、倾向和倾角三个产状要素来表示的。
走向（strike）———岩层层面与水平面交线的延伸方向称为岩层的走向,其交线称为走向线。
岩层的走向表示岩层在空间的水平延伸方向。
倾向（dip）———垂直走向顺倾斜面向下引出一条直线,此直线在水平面的投影所指的方向,称为岩层的倾向。
岩层的倾向表示岩层在空间的倾斜方向。
倾角（dipangle）———岩层层面与水平面所夹的锐角称为岩层的倾角。
岩层的倾角表示岩层在空间倾斜角度的大小。
可以看出,用岩层产状的三个要素,能表达经过构造变动后的构造形态在空间的位置。
岩层产状测量,是地质调查中的一项重要工作,在野外是用地质罗盘直接在岩层的层面上测量的。
测量走向时,使罗盘的长边紧贴层面,将罗盘放平,水准泡居中,读指北针所示的方位角,就是岩层的走向。
测量倾向时,将罗盘的短边紧贴层面,水准泡居中,读指北针所示的方位角,就是岩层的倾向。
因为岩层的倾向只有一个,所以在测量岩层的倾向时,要注意将罗盘的北端朝向岩层的倾斜方向。
测量倾角时,需将罗盘竖起来,使长边与岩层的走向垂直,紧贴层面,等倾斜器上的水准泡居中后,读悬锤所示的角度,就是岩层的倾角。
在表达一组走向为北西320°
倾向南西230°
倾角35°
的岩层产状时,一般写成:
N320°
W,SW230°
W,35°
的形式。
由于岩层的走向与倾向相差90°
所以在野外测量岩层的产状时,往往只记录倾向和倾角。
如上述岩层的产状,可记录为SW230°
∠35°
如需知道岩层的走向时,只需将倾向加减90°
即可,后面将要讲到的褶皱的轴面、裂隙面和断层面等,其产状意义、测量方法和表达形式与岩层相同。
2.2.1水平构造
岩层产状近于水平（一般倾角小于5°
）的构造称为水平构造（horizontalstructure）
2.2.2单斜构造
岩层层面与水平面之间有一定夹角时,称为单斜岩层（dippingstructure）
单斜构造是大区域内的不均匀抬升或下降,使原来水平的岩层向某一方向倾斜形成的简单构造。
2.2.3褶皱构造
（1）褶皱的基本形态
组成地壳的岩层,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,称为褶皱构造（foldingstructure）褶皱构造是岩层产生塑性变形的表现,是地壳表层广泛发育的基本构造之一。
褶皱（fold）的基本类型有两种:
背斜和向斜
背斜（anticline）是岩层向上拱起的弯曲,其中心部分为较老岩层,向两侧依次变新。
向斜（syncline）是岩层向下凹的弯曲,其中心部分为较新岩层,向两侧依次变老。
如岩石未经剥蚀,则背斜成山,向斜成谷,地表仅见到时代最新的地层。
若褶皱遭受风化剥蚀,则背斜山被削平,整个地形变得比较平坦,甚至背斜遭受强烈剥蚀形成谷地,向斜反而成为山脊背斜和向斜遭受风化剥蚀后,地表可见不同时代的地层出露。
在平面上认识背斜和向斜,是根据岩层的新老关系做有规律的分布确定的。
若中间为老地层,两侧依次对称出现新地层,则为背斜构造;
如果中间为新地层,两侧依次对称出现老地层,则为向斜构造。
2.2.4断裂构造
岩体、岩层受力作用发生变形,当所受的力超过岩石本身的强度时,岩石的连续性和完整性遭到破坏,形成断裂构造（fracturingstructure）。
断裂构造是常见的地质构造,包括节理和
断层。
（1）节理
节理（joint）是存在于岩层、岩体中的一种破裂,破裂面两侧的岩块没有发生显著位移的小型断裂构造。
（2）断层
岩层或岩体受力破裂后,破裂面两侧岩块发生了显著位移,这种断裂构造,称为断层（fault）。
所以断层包含了破裂和位移两重含义。
断层是地壳中广泛发育的地质构造,其种类很多,形态各异,规模大小不一。
小的断层在手标本上就可以看到,大的断层延伸数百甚至数千公里。
断层深度也不一致,有的很浅,有的很深,甚至切穿岩石圈。
2）断层的主要类型
断层的分类方法很多,所以有各种不同的类型。
根据断层两盘相对位移的情况,可以分为下面三种:
正断层:
上盘沿断层面相对下降,下盘相对上升的断层。
其断层面倾角较,一般在45°
以上。
正断层一般是由于岩体受到张力及重力作用,使上盘沿断层面向下错动形成的（图2.2.10A）。
逆断层（reversefault）:
上盘沿断层面相对上升,下盘相对下降的断层。
逆断层一般是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用,使上盘沿断层面向上错动而成（图2.2.10B）。
断层面从陡倾角至缓倾角都有。
其中断层面倾角大于45°
的称为逆冲断层;
介于25°
～45°
之间的称为逆掩断层;
小于25°
的称为碾掩断层（又叫碾掩构造或推复构造）。
逆掩断层和碾掩断层常是规模很大的区域性断层。
c.平移断层（strike-slipfault）:
由于岩体受水平剪切作用,使两盘沿断层面产生相对水平位移的断层（图2.2.10C）。
平移断层的倾角很大,断层面近于直立,断层线比较平直。
3）断层的组合类型
断层的形成和分布受着区域性或地区性地应力场的控制,所以常常是成列出现,并且以一定的排列方式有规律地组合在一起,形成不同形式的组合类型。
阶状断层（stepfaults）:
由两条或两条以上倾向相同而又相互平行的正断层组合形成,其上盘依次下降呈阶梯状[图2.2.11（a）]。
地堑（graben）:
是由两条走向大致平行而性质相同的断层组合成一个中间断块下降,两边断块相对上升的构造[图2.2.11（b）]。
地垒（horst）:
是由两条走向大致平行而性质相同的断层组合成一个中间断块上升、两边断块相对下降的构造[图2.2.11（b）]。
构成地堑、地垒的断层一般为正断层,但也可以是逆断层。
叠瓦构造（imbricatestructure）:
逆断层可以单独出现,也可以成群出现。
当多条逆断层平行排列、倾向一致时,便形成叠瓦构造。
岩层发生断裂并形成断层后,不仅会改变原有地层的分布规律,还常在断层面及其相关部分形成各种伴生构造,并形成与断层构造有关的地貌现象。
在野外可以根据这些标志来识别断层。
地貌特征:
当断层的断距较大时可能形成陡峭的断层崖,如经剥蚀,则会形成断层三角;
断层破碎带岩石破碎,易于侵蚀下切,可能形成沟谷或峡谷地形。
此外,如山脊错断、错开,河谷跌水瀑布,河谷方向发生突然转折,串珠状泉水出露等,很可能都是断裂在地貌上的反映。
b.地层特征:
如岩层发生重复[图2.2.12（a）]或缺失[图2.2.12（b）]、岩层被错断[图2.2.12（c）]、岩层沿走向突然发生中断或者不同性质的岩层突然接触等地层方面的特征,则进一步说明断层存在的可能性很大。
c.断层的伴生构造现象:
断层的伴生构造是断层在发生、发展过程中遗留下来的形迹。
常见的有岩层牵引弯曲、断层角砾、糜棱岩、断层泥和断层擦痕等。
岩层的牵引弯曲,是岩层因断层两盘发生相对错动,因受牵引而形成的弯曲第2章地质构造及岩体的工程性质
2.3岩体的结构类型及其工程地质评价
2.3.1岩体的结构面
分割岩体的任何地质界面,统称为结构面,也称不连续面（discontinuity）。
它们是使岩体工程地质性质显著下降的重要结构因素。
岩体的结构面,是在岩体形成的过程中或生成以后漫长的地质历史时期中产生的。
根据其成因,可以将岩体的结构面划分为表2.4中所示的基本类型。
软弱夹层一般指的是:
岩体中,在岩性上比上、下岩层显著较弱而且单层厚度也比上、下岩层明显较小的岩层。
在某些情况下,软弱夹层在整个厚度上或者在它同上、下较强岩层接触部分上,联结时常遭受比较明显的破坏而成为粘性土,当在地下水作用下含水量达到塑限以上时,夹层泥化,即成为泥化软弱夹层,也简称为泥化夹层。
泥化夹层的存在,就使得在一个大部分由强度很高的岩石组成的岩体中出现了工程地质性质低如软泥的部位。
这些部位时常会在一些水利水电工程中引起一种极为严重的工程地质问题———坝基滑移问题。
因此,可以看出,对这种结构面的研究,具有非常重大的实际意义。
2.3.2结构面的特征
在工程地质实践中,
对岩体结构面特征的研究
是十
分重要
的。
国
际岩石
力学
学会实
验室和野外试验标准化委员会推荐了结构面研究的内容,
它包括结构面
升级会员 