工程地质学.docx

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工程地质学

绪论

1.1地质学与工程地质学

地质学是一门研究地球的科学。

它研究的对象主要是固体地球的上层，主要有以下几方面内容：

研究组成地球的物质

阐明地壳及地球的构造特征，即研究岩石或岩石组合的空间分布

研究地球的历史以及栖居在各地质时期的生物及其演变

研究方法有同位素地质学、数学地质学及遥感地质学等

研究应用地质学以解决资源探寻、环境地质分析和工程防灾问题

从应用方面来说，地质学对人类担负着重大使命，主要有两个方面：

一是以地质学理论和方法指导人们寻找各种资源；二是运用地质学理论和方法研究地质环境，查明地质灾害的规律和防治对策，以保证工程建设安全、经济正常运行。

这就是工程地质学研究的主要内容。

工程地质学是地质学的重要分支学科，是把地质学原理应用于工程实际的一门学问，减灾防灾是工程地质学的主要任务。

1.2工程地质学的主要任务和研究方法

工程地质学在经济建设和国防建设中应用非常广泛。

工程地质研究的基本任务，可以归结为以下三个方面：

区域稳定性研究与评价，是指由内力地质作用引起的断裂活动、地震对工程建设地区稳定性的影响；

地基稳定性研究与评价，是指地基的牢固、坚实性；

环境影响评价，是指人类工程活动对环境造成的影响。

工程地质学的具体任务是：

评价工程地质条件；

论证和预测有关工程地质问题发生的可能性、发生的规模和发展趋势；

提出及建议改善、防治或利用有关工程地质条件的措施；

研究岩体、土体分类和分区及区域性特点；

研究人类工程活动与地质环境之间相互作用与影响

运用工程地质学在工程规划、设计以及在解决各类工程建筑物的具体问题时必须开展详细的工程地质勘察工作。

工程地质勘察的目的是为了取得有关建筑场地工程地质条件的基本资料和进行工程地质论证。

工程地质学研究的对象是复杂的地质体，所以其研究方法应是地质分析法与力学分析法、工程类比法与实验法等密切结合，即通常所说的定性分析和定量分析相结合的综合研究方法。

1.3工程地质学分类

工程地质学包括工程岩石学、工程地质分析、工程地质勘察三个基本部分，它们已形成分支学科。

由于工程地质条件具有明显的区域性分布规律，因而工程地质问题也有区域性分布的特点，研究这些规律和特点的分支学科为区域工程地质学。

随着生产的发展和研究的深入，一些新的分支学科正在形成，如：

环境工程地质、海洋工程地质等。

为各类工程（道路、铁路、矿山、水利水电、工业与民用建筑等）服务的工程地质，因均有自己的特点，所以均可单独划分成类，如公路工程地质、铁路工程地质、水利水电工程地质、矿山工程地质等。

1.4工程地质条件与工程地质问题

人类的工程活动都是在一定的地质环境中进行的，两者之间有密切的关系，并且是相互影响，相互制约的。

工程活动的地质环境，亦称为工程地质条件，一般认为它应包括：

土和岩石的工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质、地质作用、自然地质现象和天然建筑材料等。

地质环境对工程活动的制约是多方面的。

它可以影响工程建筑的工程造价与施工安全，也可以影响工程建筑的稳定和正常使用。

工程活动也会以各种方式影响地质环境，这种影响称为工程地质问题，即已有的工程地质条件在工程建筑运行期间会产生一些新的变化和发展，构成影响工程建筑安全的地质问题。

研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约关系，以便做到既能使工程建筑安全、经济、稳定，又能合理开发和保护地质环境，这是工程地质学的基本任务。

而在大规模地改造自然环境的工程中，如何按地质规律办事，有效地改造地质环境，则是工程地质学要面临的主要任务。

作业：

1、工程地质学的具体任务是什么？

2、什么是工程地质条件与工程地质问题？

第一章地壳与岩石

地壳是地球的表层，是地质学、工程地质学的主要研究对象。

地壳和地球内部的化学元素，除极少数呈单质存在外，绝大多数是以化合物的形态存在。

这些具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物，称为矿物。

而由一种或多种矿物以一定的规律组成的自然集合体，称为岩石。

岩石是各种地质作用的产物，是构成地壳的物质基础。

组成地壳的岩石，按其成因可分为三类：

即岩浆岩、沉积岩和变质岩。

第一节地壳与地质作用

地球是绕太阳转动的一颗行星，它是一个旋转椭球体。

通过大地测量与卫星测量，地球的赤道半径6378.160KM，两极半径为6356.755KM；地球的扁平率为1/298.25。

陆地面积占29.2%，海洋占70.8%。

地球不是一个均质球体，具有圈层构造，以地表为界，地球可以分为内圈和外圈。

外圈：

大气圈（atmosphere）、水圈（lithosphere）和生物圈（biosphere）；内圈：

根据物质成分、状态和性质的不同可分为很多层，一般分地壳（lithosphere）、地幔（mantle）和地核（core）（图1-1）。

地核（地球的核心部分）：

铁-镍合金组成，平均密度超过10g/cm3。

是地球内部古登堡面以下至地心的部分，厚度为3500KM。

分为外核和内核。

地幔：

岩石组成的。

地球莫霍面以下、古登堡面以上的部分，厚度约2900KM，主要由固体物质组成。

分为上地幔和下地幔。

一、地壳

地壳表层是人类工程活动的场所，地壳也是地质学的主要研究对象。

地壳：

由固体岩石构成，平均密度2.8g/cm3。

平均厚度33KM，一般厚度15~40KM，洋壳最薄，平均仅5~6KM。

二、地质作用

由自然动力引起的地壳和岩石圈，甚至地球的物质组成、内部结构和地表形态发生变化的自然作用，统称为地质作用。

地质作用按其动力能的来源和发生作用的主要部位不同，可以分为内力地质作用和外力地质作用。

（一）内力地质作用

内力地质作用简称为内力作用，是由地球转动能、重力能和放射性元素蜕变的热能等所引起，主要是在地壳或地幔中进行。

内力地质作用包括地壳运动、岩浆作用、变质作用和地震等。

1.地壳运动

由地球自转速度的改变等原因，使得组成地壳的物质不断运动，并改变它的相对位置和内部构造，称为地壳运动。

按地壳运动的方向，可分为升降运动和水平运动。

地壳运动引起海陆变迁，产生各种地质构造，因此，地壳运动又称为构造运动。

发生在晚第三纪末和第四纪的构造运动，称为新构造运动。

2.岩浆作用

地壳：

由固体岩石构成，平均密度2.8g/cm3。

平均厚度33KM，一般厚度15~40KM，洋壳最薄，平均仅5~6KM。

岩浆是地壳深处的一种富含挥发物质的高温高压的粘稠硅酸盐熔融体，其中含有一些金属硫化物和氧化物。

在地壳运动的影响下，由于外部压力的变化，岩浆向压力减小的方向移动，上升到地壳上部或喷出地表冷却凝固成为岩石，这个过程统称为岩浆作用。

由岩浆作用形成的岩石，叫岩浆岩。

岩浆作用有两种方式：

喷出作用；侵入作用。

3.变质作用

由于地壳运动、岩浆作用等，在地下一定深度的岩石受到高温、高压及化学成分加入的影响，在固体状态下，发生一系列变化，形成新的岩石，这一过程称变质作用。

由变质作用形成的岩石叫变质岩。

影响变质作用的主要因素为温度、压力、化学成分的加入。

根据引起变质作用的基本因素，可将变质作用分为三种类型：

接触变质作用是指岩浆侵入到围岩中，由于岩浆的热力与其分化出来的液体和气体，使围岩发生变质。

主要因素是温度和化学成分的加入。

如砂岩变成石英岩，石灰岩变成大理岩。

动力变质作用因地壳运动而产生的局部应力使岩石变形和破碎，但成分上很少发生变化。

主要因素是压力，温度次之。

如断层角砾岩和糜棱岩等。

区域变质作用通常在大的区域范围内发生，是一种与强烈地壳运动密切相关的变质作用。

是地壳深处的岩石在高温高压下发生的变化，并有外来化学组分的加入，是各种因素的综合。

所形成的变质岩多具有片理构造，如片岩等。

4.地震

地震是地壳快速振动的现象，是地壳运动的一种强烈表现。

可分为火山地震、陷落地震和构造地震等。

地震是一种自然现象，是由地应力引起岩石积蓄能量和急剧释放能量的地质作用。

（二）外力地质作用

由地球范围以外的能源引起的地质作用。

它的能源主要来自太阳辐射能以及太阳和地球的引力等。

其作用方式有风化、剥蚀、搬运、沉积和成岩。

外力地质作用的总趋势是削高补低，使地面趋于平坦。

1.风化作用

常温常压下，在温度变化、气体、水和生物等因素影响下，地壳表层的岩石在原地发生破碎、分解的物理和化学变化过程，叫风化作用。

2.剥蚀作用

将风化产物从岩石上剥离下来，同时也对未风化的岩石进行破坏，不断改变着岩石面貌，这种作用称为剥蚀作用。

其地质营力有风、流水、冰川、和海浪等。

因此，剥蚀作用可分为风的吹蚀作用、流水的侵蚀作用、地下水的潜蚀作用、冰川的刨蚀作用、海及湖水的冲蚀作用。

3.搬运作用

风化剥蚀产物在地质营力作用下离开母岩区，经过长距离搬运，到达沉积区的过程，叫搬运作用。

其地质营力主要是风和地表流水，次为冰川、地下水、湖水和海水。

搬运方式可分为三种：

拖曳搬运；悬浮搬运；溶解搬运。

4.沉积作用

被搬运的物质，经过一定距离后，由于搬运介质的动能减弱、搬运介质的物理化学条件发生变化，或在生物的作用下，被搬运的物质从搬运介质中分离出来，形成沉积物的过程，叫沉积作用。

沉积作用的方式有：

机械沉积作用、化学沉积作用和生物沉积作用。

5.成岩作用

使松散沉积物转变为沉积岩的过程，称为成岩作用。

成岩作用可以分为：

压固作用、胶结作用和重结晶作用。

第二节造岩矿物

地壳中已发现的矿物有三千多种，除个别以气态（碳酸气、硫化氢气等）或液态（水、自然汞等）出现外，绝大多数均呈固态。

而构成岩石的主要矿物只有二十几种，这些组成岩石的主要矿物称为造岩矿物。

一、矿物的形态

二、矿物的物理性质：

2、条痕：

矿物粉末的颜色。

5、硬度：

抵抗外力刻划的能力（在晶面上）。

摩氏硬度：

滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石

12345678910

6、解理：

外力敲击下，沿结晶薄弱面平行裂开的性能。

三、常见造岩矿物及鉴定方法

1、浅色矿物：

石英正长石斜长石方解石白云石白云母石膏滑石

硬度大硬度中等硬度小

半透明肉红色灰白色菱面体弯曲菱面体薄片状丝绢光泽有滑感

断口油脂光泽两组解理遇HCL起泡遇镁试剂变兰珍珠光泽

无解理白色弹性

2、暗色矿物：

橄榄石辉石角闪石黑云母绿泥石

硬度大硬度小

颗粒状短柱状长柱状薄片状薄片状

半透明解理交角近90º解理交角124º弹性挠性

橄榄绿色多为黑色黑绿色黑色墨绿色

珍珠光泽

小结：

1、绪论

2、地壳与地质作用

3、造岩矿物

第三节岩浆岩

岩石是各种矿物的集合体，是各种地质作用的产物。

由于地质作用的性质和所处环境的不同，不同岩石的矿物组合关系也不同，从而使岩石具有一定的结构和构造。

岩石的结构：

是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小和形状及彼此间的组合关系。

岩石的构造：

是指岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石的其它组成部分之间的排列方式及充填方式。

构造能反映出岩石的外貌特征。

岩浆岩又称火成岩，占地球总质量的95%，在三大岩类中占有重要的地位。

一、岩浆岩的产状

岩浆岩的产状是指岩浆岩的形状、大小、深度以及与围岩的关系。

由于岩浆岩形成条件和所处的环境不同，其产状是多种多样的。

其主要产状有以下几种（图1-3）。

图1-3岩浆岩的产状

1-岩基；2-岩株；3-岩盘；4-岩床；5-岩墙；6-火山颈；7-岩钟；8-岩流；9-俘虏。

二、岩浆岩的矿物成分、结构、构造

2、结构：

指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、晶体形态、相互关系。

3、构造：

岩石中矿物集合体或其它组分在空间的排列与充填方式。

三、岩浆岩的分类及常见的岩浆岩

（一）岩浆岩的分类

喷出岩

酸性