中南大学土木工程地质识要点.docx

1、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： = 0一、岩层倾斜岩层

2、陡倾岩层： = 30 60 直立岩层： = 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（）真倾角（）：岩层在野外的倾角。AOB倾向D视倾角（）：岩层在剖面上的倾角。倾D2、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WN13545走向 SE倾向 走向30倾角sE倾向30倾向135倾向30倾角（3）图示：正常岩层：30 ；倒转岩层：30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1232 向1斜212断1 层6

3、52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： 601、产状要素倾向：岩层的倾斜方向（OD）tg = tg sin （ 为剖面线与岩层走向线所夹锐角）方位角法N45E302 3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 （粒子）、（电子）、（电磁幅射量子）射线，并形成稳定的新元素。如：U238后 成蜕变时间可用下式确定：t =1D P 式中：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

4、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

5、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：54321新老蜕变形 Pb206ln1 + 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）：整合接触：各地层时代连续，产状平行。（反映地壳稳定下沉）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）6521新底砾岩角度不整合接触：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）413872新底砾岩老（

6、2）沉积岩与岩浆岩之间的接触关系：侵入接触：先沉积、后侵入。老变质晕新沉积接触：先侵入、后沉积。新底砾岩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

7、。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

8、、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

9、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：D5mm （4）按张开程度分类： 微张节理：缝宽：D 1 3mm 闭合节理：缝宽：D 1mm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： = 45 -2复向斜隔槽式表生节理：因卸荷、风化、爆破等原

10、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：D35mm 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：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。 逆断层、上盘相对上升的断层。（符号表示为平移断层：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。

11、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 （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。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

12、。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。 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

13、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

14、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。和 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

15、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、 tg = tg sin 为岩层、断层的真倾角。tg = n tg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：

16、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

17、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

18、、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、H 2SiO3 （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：N a 、Cl 、Ca2 、Mg 2 、HCO3 、SO42 、K 气体：N 、O 、CO 、CH 、H S 2 2 2 4 2 地下水按化学成分分类 按硬度分类 按PH值分类 土壤水上

19、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 + H 2O 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- C

20、a(OH )2 Mgcl2 Cacl2 Ca(OH )2 MgSO4 CaSO4 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：（ )(1 2332 OHCaCOHCOOHCa + 2322)( OHCaCOCOOHCa + - 4242)( CaSOSOOHCa + 2424 2 OHCaSOOHCaSO + - 442)( CaSOSOOHCa（4）一般酸性侵蚀： 22)(2.5 CaclClOHCaPH +时， 2 :/10005 lmgMg）镁盐侵蚀：（ 222、地面沉降：大量抽取地

21、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（）。（g/cm3）天然密度 MV干密度 M s/V重度：单位体积的重量（ ）。（N/cm3）二、颗粒密度和比重（相对密度） = g1N = 1kg m / s2颗粒密度：单位体积固位颗粒的质量（ s ）。（g/cm3） s =M sV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）。d s = s w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 =VnV100%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 =VnVs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。