中南大学土木工程地质识要点.docx
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中南大学土木工程地质识要点
第二章
地层与地质构造
第一节地壳运动及地质作用的概念
一、地壳运动的概念→指地球内力引起岩石圈产生的机械运动。
⎧水平运动
1、基本运动形式⎨
⎩垂直运动
对流说
2、运动成因理论
地球自转说
板块构造说
二、地质作用的概念
→指自然动力引起地球物质组成、内部结构、地表形态发生变化的作用。
⎧构造运动（又叫地壳运动）
⎪
⎩
风化作用
2、外动力地质作用流水的地质作用
重力的地质作用
第二节岩层及岩层产状
⎧倾斜岩层
⎪
⎩
倾斜岩层
褶皱
断层
均衡说
1、内动力地质作用⎨岩浆活动
⎪变质作用
风的地质作用
冰川的地质作用
地质构造：
指构造运动引起地壳岩层变形变位后被保留下来的形态。
⎨褶皱
⎪断裂
⎧水平岩层：
α=0︒
⎪
一、岩层⎨倾斜岩层⎨陡倾岩层：
α=30︒~60︒
⎪
⎪⎩
⎪⎩直立岩层：
α=90︒
正常岩层（顶面朝上）
倒转岩层（顶面朝下）
走向
二、岩层产状：
指岩层在空间的产出状态。
⎧走向：
岩层的延伸方向（OA或OB）
⎪
⎪倾角：
岩层的倾斜程度（α）
真倾角（α）：
岩层在野外的倾角。
A
O
B
倾向D’
α
π
视倾角（β）：
岩层在剖面上的倾角。
α
倾
D
2、产状要素的测量、记录和图示。
（1）测量：
用地质罗盘仪测量。
N
走向
角
⎧相限角法
⎪
⎪
⎪
（2）记录⎨
⎪
⎪
⎪
W
N
135º
45º
走向S
E
倾向走向
∠30º
倾角
sE
倾向
30º
倾向
135º
倾向
∠30º
倾角
（3）图示：
正常岩层：
30º；
倒转岩层：
30º
第三节
一、为什么要学习地层及地质年代：
确定构造形态：
如：
地层概念
432
单斜1岩层
321
背斜
123
2向1斜
212
断1层
652
断1层
选择和评价建筑场地：
阅读地质图：
地层：
将各个地质历史时期形成的岩层，称为该时代的地层。
二、绝对年代法：
⎧缓倾岩层：
α<30︒
⎪⎪
⎪陡立岩层：
α>60︒
1、产状要素⎨倾向：
岩层的倾斜方向（OD'）
⎩
tgβ=tgα⋅sinθ（θ为剖面线与岩层走向线所夹锐角）
⎩方位角法
N45ºE
30º
23
用岩石中放射性同位素蜕变规律来确定岩石形成时间。
（即蜕变时间）
蜕变：
放射性元素自形成之日起，就稳定地放射出α（粒子）、β（电子）、γ
（电磁幅射量子）射线，并形成稳定的新元素。
如：
U
238
后成
蜕变时间可用下式确定：
t=
1
λ
⎛
⎝
D⎫
P⎭
式中：
λ——蜕变常数
P——放射性同位素重量
D——蜕变后新元素重
量
最后：
用各岩石形成时间，排出各岩石形成的先后顺序。
（即新老关系）
（最老岩石：
南美洲圭亚挪地盾角闪岩（41.3亿年），最老化石：
蓝绿藻（35
亿年））。
三、相对年代法：
通过比较各地层的沉积顺序、古生物化石特征、地层接触关系来确定其形成
的先后顺序。
1、地层层序法：
（1）正常层序法：
对于正常沉积的岩层，老的在下，新的在上。
岩层倒转
时关系相反。
（2）标准剖面法：
将某地区的地层按新老关系排列的剖面，叫该地区的标
准剖面。
用标准剖面对比某工点的地层，从而确定该工点地层新老关系的方法。
（3）层面构造法：
用层面构造指示岩层新老关系的方法。
⎧新岩层方向：
泥裂的开口方向、波峰方向。
⎨
⎩老岩层方向：
泥裂的尖端方向、波谷方向。
2、古生物法：
⎧新地层：
化石结构复杂。
根据生物化石，确定所在地层新老关系的方法。
⎨
⎩老地层：
化石结构简单。
缓慢量变：
环境稳定、生物繁衍。
生物进化：
标准化石：
在各个环境稳定时期，分布广、生存时间短的化石。
3、地层接触关系法：
（1）沉积岩之间的接触关系：
5
4
3
2
1
新
老
−蜕−变−形−→Pb206
lnç1+
⎪
由量变到质变（递进性）：
急剧质变：
环境改变、生物质变。
由高级到低级（不可逆性）：
①
整合接触：
各地层时代连续，产状平行。
（反映地壳稳定下沉）
②
平行不整合接触：
各套地层时代不连续，但产状平行。
（又叫假整合）
⎧先下降沉积
反应地壳：
再上升分化剥蚀（有缺失）
⎩
6
5
2
1
新
底砾
岩
③
角度不整合接触：
各套地层时代不连续，产状不平行。
老
⎧先下降乘积
⎪
反应地壳：
（有缺失，并且产状改变）
⎩
4
1
3
8
7
2
新
底砾
岩
老
（2）沉积岩与岩浆岩之间的接触关系：
①
侵入接触：
先沉积、后侵入。
老
变质晕
新
②
沉积接触：
先侵入、后沉积。
新
底砾岩
③
岩浆岩之间的接触关系：
穿插关系：
新岩体穿插老岩体。
老
⎪
⎨
⎪后下降沉积
⎪再挤压弯曲，并上升风化剥蚀
⎨
⎪
⎪后下降沉积
四、地质年代表
1、地质年代表：
（见投影表）→要求按顺序背诵地质年代表的符号。
⎧群：
包括两个以上的组，常以不整合接触界面划分。
⎪
2、地方地层单位：
⎪段：
组中的不同岩性段。
⎩
第四节
褶皱构造
一、基本概念：
褶皱：
在构造运动作用下，岩层产生的连续弯曲现象。
褶曲：
褶皱中的单个弯曲。
背斜：
岩层向上弯曲。
地层对称重复，中间老，两边新。
向斜：
岩层向下弯曲。
地层对称重复，中间新，两边老。
二、褶曲要素：
核部：
褶曲中心部位的岩层。
翼部：
褶曲两侧部位的岩层。
轴面：
通过核部，大致平分两翼的假想平面。
轴线：
轴面与水平面的交线。
枢纽：
轴面与岩层面的交线。
（最大弯曲点的连线）。
⎪组：
同一岩相，或某一岩相为主间夹其它岩相的地层。
⎪层：
段中对同一岩性的细分。
⎨
脊线：
褶曲最高点的连线。
槽线：
褶曲最低点的连线。
三、褶曲分类：
⎧直立褶曲：
⎪
⎪
⎪倾斜褶曲：
⎪
1、按横剖面分类：
⎪
⎪
⎪
⎩平卧褶曲：
水平枢纽：
（枢纽水平）
倾伏枢纽：
（枢纽倾伏）
轴面直立，两翼倾向相反，倾角相等。
轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等。
轴面倾斜，两翼倾向相同，一翼岩层倒转。
轴面水平，两翼岩层水平，一翼岩层倒转。
地层界限平行延伸。
地层界限向一端弯曲封闭。
四、褶曲的判别：
——（基本类型、按横剖面分类、按纵剖面分类）
水平倾斜背斜
倾伏倾斜背斜
⎧⎧背斜：
中间老，两边新。
⎪1、首先按地层对称重复关系确定褶曲基本类型。
⎨
⎪⎩向斜：
中间新，两边老。
⎪
⎪
判别步骤：
2、再按两翼岩层产状确定褶曲横剖面分类。
倾斜：
产状相反，倾角不等。
⎪
⎪⎩
⎪
⎪3、最后按地层界限确定。
⎨
⎪⎩倾伏：
地层界限一段弯曲封闭。
⎪倒转褶曲：
2、按纵剖面分类：
（按枢纽产状分类）
⎨
⎧直立：
产状相反，倾角相等。
⎪
⎪
⎪倒转：
产状相同，一翼产状为倒转。
⎧水平：
地层界限平行延伸。
⎨⎨
⎩
⎧复背斜
⎪
五、褶皱的分类：
⎪隔挡式
⎩
第五节
断裂构造
⎛节理：
岩层受力断开后，沿断裂面无明显相对位移。
定义：
断裂构造：
⎝断层：
岩层受力断开后，沿断裂面有明显相对位移。
一、节理
1、节理分类
⎧原生节理：
岩石形成过程中形成的节理。
如玄武岩柱
状节理。
（1）按成因分类：
⎪构造节理：
因构造运动产生的节理，有力学规律性。
⎩
张节理
（2）按力学性质分类：
剪节理
⎧走向节理：
节理走向与岩层走向平行。
（3）按与岩层产状关系分类：
倾向节理：
节理走向与岩层倾向平行。
⎩
宽张节理：
缝宽：
D＞5mm
（4）按张开程度分类：
微张节理：
缝宽：
D13mm
闭合节理：
缝宽：
D1mm
二、节理调查内容：
（1）节理成因类型和力学性质。
（2）节理组数、密度、产状。
密度一般用条／米表示。
（3）节理张开度、长度、节理面壁粗糙度。
（4）节理充填物、充填厚度、含水情况。
（5）节理发育程度分级。
三、断层：
α=45︒-
α
ϕ
2
⎪复向斜
⎨
⎪隔槽式
çç
⎪
⎪
⎪表生节理：
因卸荷、风化、爆破等原因形成的节理。
⎪
⎪斜交节理：
节理走向与岩层走向斜交。
张开节理：
缝宽：
D＝3－5mm
⎨
⎨
⎧断层面：
断层两侧岩层沿其运动的破裂面。
⎪
1、断层要素：
⎪
⎪⎩断距：
岩层中同一点被断层断开后的距离。
2、断层分类：
（1）按断层两盘相对运动方向分类：
①正断层：
上盘相对下降的断层。
（符号表示为：
）
地层不对称重复
断层面
老
新
断层线
⎧老地层为上升盘。
多数情况下断层线附近⎨
⎩新地层为下升盘。
②逆断层、上盘相对上升的断层。
（符号表示为
③平移断层：
两盘水平错动。
（符号表示为
（2）按断层面产状与岩层产状的关系分类：
）
）
地层不对称缺失
新老
⎪断层线：
断层面与水平面的交线。
（又叫断层走向）
⎧上盘：
断层面上方的岩层。
⎪
⎪断盘：
断层面两侧的岩层⎨下盘：
断层面下方的岩层。
⎨
⎧走向断层：
断层走向与岩层走向平行。
⎪
⎩
（3）按断层面产状与褶曲轴线走向关系分类：
⎧纵断层：
断层走向与褶曲轴线平行。
⎪
⎨横断层：
断层走向与褶曲轴线垂直。
⎩
压性断层：
由压应力形成。
（4）按力学性质分类：
张性断层：
由张应力形成。
3、断层的判别：
（很重要）
⎧地质界线不连续
⎪
⎪
⎪
（1）存在标志：
⎪⎩
⎪
⎪
⎪地貌现象⎨断层湖、断层泉。
⎪
⎩
（2）断层性质：
→寻求两盘运动方向，并据此确定断层性质。
⎛首先判定断层位置
ç（依据地质界线不连续和地层不对称重复、缺失或对顶）。
步骤：
再依据断层产状找出上、下盘。
ç再依据断层线附近地层新老关系确定上、下盘运动方向。
⎝最后依据上、下盘运动方向确定断层性质。
例如：
老
新
上盘
下盘
下盘
上盘
⎨倾向断层：
断层走向与岩层倾向平行。
⎪斜交断层：
断层走向与岩层走向斜交。
⎪斜断层：
断层走向与褶曲轴线斜交。
扭性断层：
由剪应力形成。
⎪地层不对称重复、缺失或对顶
⎧擦痕、阶步、摩擦镜面。
⎪
⎪⎪断层拌生现象⎨断层角砾岩、糜棱岩。
⇒断层破碎带。
⎪牵引现象。
⎧断层崖、断层三角面。
⎪
⎪错断的山脊、急转的河流。
⎪⎩
ç
ç
ç
çç
⎨
水平倾斜背斜、走向逆断层
第七节
水平向斜、横向正断层
地质图
地质图：
把某一地区各种地质现象，按一定比例缩小，用规定的符号、颜色、
花纹、投影到地形图上，所形成的图件。
⎧地质平面图
⎪
包括：
综合柱状图
⎪
⎪⎩图名、比例、方位、接图
一、地质图的种类：
1、普通地质图
2、构造地质图
3、第四纪地质图
4、基岩地质图
5、水文地质图
⎧房建工程地质图
⎪
⎪⎪矿山工程地质图
6、工程地质图⎨
⎪道路工程地质图
⎪港口工程地质图
⎪
⎪⎩机场工程地质图
二、地质图的阅读步骤（结合资冶地区地质图阅读）
1、图名、比例尺、方位；
⎧地形：
山脉走向、最大和最小海拔标高及位置、相对高差。
2、地形、水系：
⎩水系：
河流及冲沟位置及流向。
2、图例：
3、地质内容：
⎧地层分布：
按地形描述各套地层的分布状况。
（1）地层岩性：
接触关系：
如:
整合、平行不整合、角度不整合、
侵入接触、沉积接触。
⎪地质剖面图
⎪
⎨
⎪图例
⎪水坝工程地质图
⎪
⎪
⎩
⎨
⎨
⎧节理：
组数、密度、产状、充填物及厚度等
⎪
（2）地质构造：
延伸方向、类型。
⎪
破碎带宽度。
（3）地质历史：
各套地层、褶曲、断层等伴随地壳运动形成的先后关系。
三、地质剖面图的制作：
（结合资冶地区地质剖面图制作）
1、选择剖面方位：
剖面线尽可能垂直岩层、褶曲、断层走向。
⎧水平比例尺：
一般与地质图相等。
2、确定剖面图比例尺：
⎩垂直比例尺：
视情况可以放大或缩小。
（1）将剖面线上各地形等高线点投影到水平坐标轴上。
3、作地形剖面图：
2）按垂直比例尺作各投影点的高程点。
（3）圆滑连接各高程点。
4、作地质剖面图：
（1）将剖面线上各地层界线点、断层点投影到地形剖面线上。
⎧β和β'为剖面图中各地质界线点的视倾角。
⎪
（2）换算倾角：
⎨
⎪n为垂直放大倍数。
（3）按换算后的视倾角，延伸各地层、断层界线。
⎧先延伸断层界线。
⎪
⎪后标明产状：
倾向∠倾角（视倾角）。
（4）按规定的岩层厚度和岩性花纹符号，画出岩层厚薄及岩性。
⎧用箭头标明断层性质。
⎪
（5）修饰：
⎪写上图名、比例、方位。
⎪画上图例和图签。
⎪
⎪⎩画上岩石强、弱风化界线、地下水位线、节理产状、钻孔等。
四.
地层综合柱状图
⎪褶曲：
位置、核部和翼部组成地层及产状、轴线
⎪
⎪断层：
位置、断面产状、两盘地层及产状、类型、
⎪⎩
⎧tgβ=tgα⋅sinθ⎪α为岩层、断层的真倾角。
⎩tgβ'=n⋅tgβ
⎪θ为剖面线与岩层走向线所夹锐角。
⎨再考虑褶曲形态延伸地层界线。
⎪用虚线恢复褶曲形态。
⎪⎪写上地层年代符号。
⎨
⎨
（
⎨
⎩
⎩
⎨
地层综合柱状图是根据地质勘察资料把勘察地区所有出露的地层、岩性、厚
度、接触关系，按地层时代由新到老的顺序综合编制而成。
⎧地层时代及符号
⎪
一般包括：
岩性花纹符号
⎪
⎪⎩地层接触关系
⎪岩性描述
⎪
⎨
⎪地层厚度
第三章
第一节
水的地质作用
地表水的地质作用
一、暂时性地表流水的地质作用
el
⎧淋滤作用：
大气降水向地下渗透时，将地表细小物质和溶解物质带走，将
粗粒物质或难溶物质残留原地的过程。
⎪
⎨
⎪
松散、富水，易产生不均匀沉降。
dl
⎧洗刷作用：
坡面流水将山坡上风化物质带到坡脚平缓处堆积的过程。
⎪
⎪
⎨坡积层：
特点：
位于坡脚，成分为山坡上部
物质，与下伏基岩无关，松散、
富水。
易沿原地面滑坡。
pl
⎧冲刷作用：
冲沟钟地表径流将沟底，沟岸物质掏蚀，并带到沟口沉积的过程。
⎪
⎪
⎪特点：
沟口沉积，沉积物为沟内
⎪
物质。
松散、富水。
扇顶颗粒大，地下水位
⎪深，矿化度低，工程性
⎪
⎪纵剖面：
质好；扇尾相反，工程
性质差。
1、淋滤作用及残积层（Q）：
⎪
⎪
⎪残积层：
特点：
残留原地，成分与下伏基岩有关。
⎪⎩
2、洗刷作用及坡积层（Q）
⎪
⎪
⎪
⎪⎩
3、冲刷作用及洪积层（Q）：
⎪洪积层（扇）：
平面：
⎨
⎪
⎪
⎩
al
源头
⎧⎧河口侵蚀
⎪⎪
⎪
（1）下蚀作用⎨向源侵蚀
⎩
1、侵蚀作用:
⎨⎧河曲阶段
⎪⎪
（
⎪
⎪⎩
al
⎧⎧悬浮式
⎪⎪
⎪搬运⎨跳跃式
⎩
⎪⎧
⎪⎪河谷沉积⎨
⎨⎪⎩河漫滩
⎪⎪
⎨⎨
⎪
⎪水下三角洲
⎪⎨
⎪⎩⎩陆上三角洲
剥蚀夷平面
洪水位
三、河谷地貌（河谷断面）及河流阶地：
1、河谷地貌：
⎧定义：
河流两岸因河流侵蚀或沉积作用形成的阶梯状地形。
⎪
⎪
⎪组成：
阶地面和阶地陡坎。
⎪
⎧⎧纵向阶地
2、河流阶地：
⎪按形态分类⎨
⎪⎪⎩横向阶地
⎪
⎨
⎪
⎪
二、河流地质作用及冲积层（Q）：
⎪⎪平衡阶段
⎪⎪
⎪2）侧蚀作用⎪蛇曲阶段
⎨
⎪
⎪牛轨湖阶段
⎪沼泽阶段
2、搬运和沉积：
→冲积层（Q）：
⎪⎪滚动式
⎪
⎧河床
⎪
⎪沉积⎪山前沉积⎧冲积扇
⎪
⎪⎩冲积平原
⎪
⎪河口沉积⎧
⎪
⎩
⎩
⎪⎪
⎪分类：
⎧侵蚀阶地
⎪
⎪⎪按物质组成分类⎪基座阶地
⎪
⎪堆积阶地
⎪⎩
⎩
⎩
⎨
第三节
地下水的地质作用
一、地下水的基本知识：
⎧汽态
⎪
⎪
⎪固态
1、水在岩土中的存在形式:
⎨⎧吸着水
薄膜水
⎪
⎪
⎩
容水性
2、岩土的主要水理性质：
给水性
透水层：
如砾岩、砂岩、卵石层
隔水层：
如泥岩、页岩
二、地下水的物理性质与化学成分：
（自学）
⎧温度
⎪
⎪透明度
⎪颜色
⎪
（1）物理性质：
⎪口味
⎪比重
⎪
⎪导电性
⎪放射性
主要化学成分胶体：
Fe2O3、Al2O3、H2SiO3
（2）化学成分：
按总矿化度分类
三、地下水的基本类型
⎪⎪
⎪⎪
⎪液态⎪⎨
⎪毛细水
⎪重力水
⎪⎩
持水性
透水性
⎪嗅味
离子：
Na、Cl、Ca2、Mg2、HCO3、SO42、K
气体：
N、O、CO、CH、HS
22242
地下水按化学成分分类按硬度分类
按PH值分类
⎨
⎩
⎧⎧土壤水
⎪上层滞水：
1、按埋藏条件分类：
潜水：
第一个稳定隔水层上的重力水
⎪
⎪
⎪⎩承压水：
充满两个隔水层之间的重力水
含水层
隔水层
孔隙水：
储存和运动在岩土孔隙中的地下水
2、按含水层性质：
裂隙水：
储存和运动在岩土裂隙中的地下水
三、地下水对土木工程的影响：
⎧水化硅酸钙
⎪
⎪
⎪
⎪⎩氢氧化钙Ca（OH）2
暂时硬度＜3，有侵蚀
暂时硬度＞3，无侵蚀
（2）碳酸侵蚀：
⎪⎩CaCO3+CO2+H2O⇔Ca（HCO3）2⇔Ca2++HCO3-
反应平衡时，叫平衡CO2；反应超过平衡时，叫侵蚀性CO2。
⎧
⎪SO4->142mg/l:
⎨
（3）硫酸侵蚀：
⎪SO4+>250mg/l:
⎨
⎩⎩CaSO4+水化铝酸三钙→硫铝酸钙
-
Ca（OH）2Mgcl2Cacl2
Ca（OH）2MgSO4CaSO4
⎪⎩局部隔水层上的重力水
⎪
可溶岩中的地下水岩溶水：
储存和运动在
⎪水化铝酸三钙
⎨1水化铝酸四钙蚀性：
水泥遇水生成、地下水对混泥土的侵
⎪水化铁酸四钙
）溶出侵蚀：
（）（12332OHCaCOHCOOHCa
⎪⎧+↓⇔+2322）（OHCaCOCOOHCa
⎧→+-4242）（CaSOSOOHCa
⎪⎩⋅→+24242OHCaSOOHCaSO
⎪⎧→+-442）（CaSOSOOHCa
（4）一般酸性侵蚀：
22）（2.5CaclClOHCaPH→+时，＜
2:
/10005lmgMg）镁盐侵蚀：
（
⎨
⎨
⎨
2
⎨
2
2、地面沉降：
大量抽取地下水，导致孔隙水压力降低，颗粒有效压力增加，
地层压密而地面沉降。
3、流砂和潜蚀：
流砂：
饱水砂土因结构破坏而液化，砂土颗粒悬浮于水中流出。
潜蚀：
地下水将土层中细小颗粒带走，形成管状空洞。
第四章岩石及特殊土的工程性质
第一节岩石的物理性质
一、密度和重度：
密度：
单位体积的质量（ρ）。
（g/cm3）
⎧天然密度M／V
⎪
⎨干密度Ms/V
⎩
重度：
单位体积的重量（γ）。
（N/cm3）
二、颗粒密度和比重（相对密度）
γ=ρ⋅g
1N=1kg⋅m/s2
颗粒密度：
单位体积固位颗粒的质量（ρs）。
（g/cm3）
ρs=
Ms
V
比重（相对密度）：
单位体积固体颗粒的重力与4℃时同体积水的重力之比
（ds）。
ds=
ρs
ρw
三、孔隙度和孔隙比：
孔隙度：
孔隙体积与岩石总体积之比（n）。
n=
Vn
V
⨯100%
孔隙比：
孔隙体积与岩石中固体颗粒体积之比（e）。
第二节
岩石的水理性质
e=
Vn
Vs
一、吸水性：
指岩石吸收水的性能。
其吸水程度用吸水率表示。
吸水率：
（常压条件下）吸入水量与干燥岩石质量之比。
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