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1、工程地质学,刘红军 五邑大学土木建筑学院,绪论,一、工程地质学的研究对象 工程地质学主要是用来研究各种建筑区域的工程地质条件，解决工程地质问题，以及人类的工程活动对地质环境的影响。 工程地质学是介于地质学与工程学之间的一门独立的边缘交叉学科。是地质学的一个分支。 工程地质学包括工程岩土学、工程地质分析、工程地质勘察三个基本部分。,二、工程活动与地质环境 人类的工程活动都是在一定的地质环境中进行的。 工程活动的地质环境，亦称为工程地质条件，是指各项地质因素的综合。 土和岩石的工程性质： 地质构造： 地形地貌： 水文地质条件： 不良的地质现象： 天然建筑材料：,地质环境对工程活动的制约是多方面的。
2、如在开挖高边坡时，忽视地质条件，可能引起大规模的崩塌或滑坡，在岩溶地区修建水库，如不查明岩溶情况并采取适当措施，轻则蓄水大量漏失，重则完全不能蓄水，使建筑物不能正常使用。 工程活动也会以各种方式影响地质环境。如房屋引起地基土的压密沉降，桥梁使局部河段冲刷淤积发生变化等。在城市过量抽取地下水，可能导致大规模的地面沉降。 三、工程地质学的研究方法 1.地质法： 2.试验方法： 3.计算方法：,第一章 造岩矿物与岩石,地壳由各种各样坚硬的岩石组成，矿物是构成各种 岩石的最基本物质。矿物的成分、性质及其在各种因 素作用下所发生的变化，都会对岩石的强度和稳定性 产生影响。要分析了解岩石在各种自然条件下的
3、变 化，进而对岩石的工程性质作出评价，就必须首先从 矿物开始。 第一节 造岩矿物 矿物是组成岩石的基本单位，也是组成地壳的基本 物质，它是在各种地质作用下形成的具有一定的化学成分和物理性质的单质和化合物。 一、矿物的一般知识,（1）原生矿物： （2）次生矿物： （3）变质矿物： 二、矿物的物理性质 （一）矿物的形状 1、有规则的外形和 无规则的外形 2、单个晶体的外形 图1-1 常见矿物的晶体形态 a）正长石；b）斜长石；c）石英；d）角闪石；e）辉石；f）橄榄石；g）方解石；h）白云母；i）石膏；j）绿泥石；k）云母；l）黄铁矿；m）石榴子石,金刚石,石墨,3、集合体外形,钟乳状,钟乳状,晶
4、簇桩,（二）矿物的光学性质 1.颜色 矿物的颜色是指矿物对可见光波的吸收作用所引 起的。 （1）自色：是矿物本身固有的颜色。 （2）他色：是矿物混入了某些杂质所引起的，与矿物的本身性质无关。 （3）假色：由于矿物内部的裂隙或表面的氧化薄膜对光的折射、散色所引起的。（条痕） 2.光泽：是矿物表面对可见光的反射能力。 （1）金属光泽： （2）半金属光泽： （3）非金属光泽： 3.透明度,透明度是指矿物透过可见光波的能力， （1）透明的： （2）半透明的： （3）不透明的： （三）矿物的力学性质 1.硬度 硬度是指矿物抵抗刻划、研磨的能力。 2.解理 解理是指矿物受打击后常沿一定方向裂开，并形成光华
5、平面的性质。 图1-2 方解石的三组解理 图1-3 石英的贝壳状断口,3.断口 矿物在外力打击下，沿任意方向发生的不规则裂口称为断口。 除具有以上性质外，有些矿物还具有一些特性，如方铅矿具有脆性；自然银具有延展性；云母具有弹性，磁铁矿具有磁性等。,黑钨和毒砂共生,黑钨和水晶共生,重晶石梯华和水晶共生,水晶重叠石毒砂黄铁矿共生,紫色萤石和水晶共生,水晶黑钨黄铁矿和萤石共生,紫色萤石和毒砂共生,水晶和紫色萤石共生,绿萤石方解石和黄铁矿共生,水晶与黑钨共生,镜铁矿和水晶,绿色萤石和方解石,苦瓜皮状萤石伴有方铅矿,白色绒毛状石英晶体上生成葡萄状紫色萤石,镜铁矿和水晶,镜铁矿和水晶,辰砂,水晶和闪锌矿,
6、八面体绿萤石表面呈细水重晶状,猫眼石,祖母绿宝石（绿柱石）,毒砂和水晶,毒砂,镜铁矿和水晶,电气石 柱状单晶,黑钨和白水晶包黑色皮,金刚石,黄金矿块,黄铁矿和水晶,闪锌矿,黄铁矿,方铅矿,自然金,自然铂,自然硫,自然砷,自然铜,第二节 岩石 岩石是地壳发展过程中，由一种或多种矿物组成的，具有一定规律的集合体。 （见下页图）有单矿岩和复矿岩。 按其成因可将地壳的岩石分为三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。 一、岩浆岩（火成岩） 岩浆岩是由岩浆冷凝形成的岩石 。 （见下页图） 依冷凝成岩浆岩的地质环境的不同，将岩浆岩分三大类： （1）深成岩： （2）浅成岩： （3）喷出岩：,岩浆岩的产状可以反映岩体空
7、间位置与围岩的相互关系及其形态特征。岩浆岩产状大致有下列几种（如图1-4所示）。 图1-4 岩浆岩的产状,（1）岩基： （2）岩株： （3）岩盘： （4）岩床： （5）岩脉： （一）岩浆岩的矿物成分及化学成分 组成岩浆岩的矿物根据颜色可分为浅色矿物和深色矿物两类 岩浆岩的矿物成分是岩浆化学成分的反映。岩浆的化学成分相当复杂，但含量高，对岩石的矿物成分影响最大的是SiO2，根据SiO2的含量，岩浆岩可分下面几类：,（1）酸性岩类： （2）中性岩类： （3）基性岩类： （4）超基性岩类： （二）岩浆岩的结构与构造 1.结构 岩浆岩的结构是指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒大小、形状及其相互结合的情况
8、。 （1）全晶质结构：岩石全部由结晶的矿物颗粒组成（如图1-5所示）。 粗粒结构(5mm) 中粒结构(5-2mm) 细粒结构(2-0.2mm) 微粒结构(0.2mm),图1-5 岩浆岩按结晶程度划分的三种结构 1全晶质结构；2半晶质结构；3非晶质结构 岩石中的同一种主要矿物，其结晶颗粒如大小悬殊，则称为似斑状结构。 （2）半晶质结构：岩石全部由结晶的矿物颗粒和部分细晶的玻璃质组成（如图1-5所示）。 （3）非晶质结构 ：,2.构造 岩浆岩的构造是指矿物在岩石中的组合方式和空间分布情况。 （1）块状构造： （2）流纹状构造： （3）气孔状构造： （4）杏仁状构造： （三）岩浆岩的分类和常见的岩浆
9、岩 1.岩浆岩的分类,二、沉积岩 由沉积物固结变硬而形成的岩石就是沉积岩。沉积岩占地壳岩石总体的5%，它是三大岩石中在地表分布最广泛的，占地壳表面积的75%。沉积岩的形成有两种途径：一是在地表条件下，由风化作用或火山作用的产物经机械搬运、沉积、固结成岩，以这种方式形成的沉积岩称碎屑岩。二是在地表常温、常压条件下由水溶液沉淀而形成化学岩，然而自然界大多水盆地化学沉淀过程中都有生物参与，所以通常又称生物化学岩。 （一）沉积岩的物质组成 1. 碎屑物质 2.粘土矿物 3.化学沉积矿物 4.有机质及生物残骸 5.胶结物,（二）沉积岩的结构与构造 1.沉积岩的结构 . （1）碎屑结构 按碎屑粒径的大小，
10、可分为： 砾状结构 碎屑粒径大于2mm。碎屑形成后未经搬运或搬运不远而留有棱角者，称为角砾状结构；碎屑经过搬运呈浑圆状或具有一定磨圆度者，称为砾状结构。 砂质结构 碎屑粒径介于20.05 mm之间。 粉砂质结构：碎屑粒径介于0.050.005 mm。 按胶结物的成分，可分为： 硅质胶结 铁质胶结 钙质胶结 泥质胶结,（2）泥质结构 （3）结晶结构 （4）生物结构 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。 层理分为各种不同的形态类型，如常见的有水平层理（如图1-8a所示）斜层理（如图1-8b所示），交错层理（如图1-8c所示）等。
11、 a b c 图1-8 层理类型 （a） 水平层理；（b） 斜层理；（c）交错层理,层与层之间的界面称为层面。在层面上有时可以看到波痕、雨痕及泥面干裂的痕迹。上下两个层面成分基本相互一致的岩石，称为岩层。它是层理最大的组成单位。一个岩层上下层面之间的垂直距离称为岩层的厚度。（如图1-9所示）。 图1-9岩层的几种形态 （a） 正常层；（b） 夹层；（c） 变薄；（d） 尖灭；（e） 透镜体 在沉积岩中还可看到化石 沉积岩的层理构造、层面特征和含有化石是沉积岩在构造上区别于岩浆岩的重要特征。 （三）沉积岩的分类及常见的沉积岩,三、变质岩 变质岩的成因 地壳中的原岩受到温度、压力及化学活动性流体的
12、影响，在固体状态下发生剧烈变化后形成的新的岩石称变质岩（如图1-10所示）。 图1-10 变质岩的类型示意图 1-动力变质岩；2、3-接触变质岩；4-区域变质岩,（二）变质作用的主要类型 1.接触变质作用 2.动力变质作用 3.区域变质作用 （三）变质作用的因素 1.高温： 2.高压： 3.新的化学成分的加入 （四）变质岩的主要特征 1.矿物成分： 2.结构： （1）变晶结构：,（2）变余结构： （3）碎裂结构： 3.构造 变质岩的构造是指岩石中矿物在空间排列关系的外貌特征。 （1）片理状构造 板状构造： 千枚状构造： 片状构造： 片麻状构造： （2）块状构造 （五）变质岩的分类及常见的变质岩
13、,变质岩根据其构造特征分为：片理状岩石类和块状岩石类，（表1-5）。,四、三大岩类的区别及鉴别方法 （一）三大岩类的区别 上述三大岩类，由于成因不同，因而其物质组成、结构及构造也各不相同，为便于鉴别及掌握，将其主要区别列于表1-6中。 三大类岩石的区别 表1-6,（二）三大岩类的肉眼鉴别 1.岩浆岩的鉴别方法 （1）先看岩石整体颜色的深浅。 （2）分析岩石的结构和构造。 （3）分析岩石的主要矿物成分，确定岩石的名称。 2.沉积岩的鉴别方法 鉴别沉积岩时，可以先从观察岩石的结构开始，结合岩石的其他特征，先将所属的大类分开，然后再作进一步分析，确定岩石的名称。 （1）碎屑岩 （2）粘土岩 （3）化
14、学岩,3.变质岩的鉴别方法 鉴别变质岩时，可以先从观察岩石的构造开始。根据构造，首先将变质岩区分为片理构造和块状构造的两类。然后可进一步根据片理特征和主要矿物成分，分析所属的岩类，确定岩石的名称。,粗粒辉长岩 花岗岩,流纹岩，属于酸性喷出岩。 安山岩，属于中性喷出岩。 玄武岩，属于基性喷出岩。,黄色砂岩,石英砾岩,大理岩 片状片麻岩,板岩,砂岩 石英岩,糜 棱 岩,Marble 大理岩,Non-foliated metamorphic rocks,Quartzite 石英岩 Marble 大理岩,三叶虫化石展示,恐龙化石展示,世界上第一枚翼龙胚胎化石,鱼类化石展示,昆虫标本展示,琥珀,蕨类化石
15、展示,第三节 岩石的工程地质性质,岩石的成因及类型，岩石不仅是地形地貌、地质构造的基础，而且还是人类工程建筑的载体和原料，它的工程性对建筑物有极大的影响。 一、岩石物理性质的常用指标 （一）岩石的密度（） =G/V d=Gs/V st=(Gs+Gw)/V （二）岩石的相对密度（） =GS/VSW,（三）岩石的孔隙率（n）与孔隙比（e） n=VV/V100% e= VV/Vs 二、岩石的水理性质 岩石的水理性质是指岩石与水相互作用时所表现的性质，包括吸水性、软化性和抗冻性。 （一）岩石的吸水性 岩石在一定试验条件下的吸水性能称岩石吸水性。 吸水率（W2）是指岩石在常压下所吸入水分的质量Gw1与干
16、燥岩石质量GS的比值： W2=Gw1/Gs 100% （二）岩石的透水性,岩石能被水透过的性能称岩石透水性。岩石透水性可用渗透系数（k）衡量。 （三）岩石的溶解性 岩石的溶解性是指岩石溶解于水的性质，常用溶解度或溶解速度表示。 （四）岩石的软化性 岩石受水的浸泡作用后，其力学强度和稳定性趋于降低的性能，称岩石的软化性。 岩石软化性大小常用软化系数来衡量。 = Rw/RC （五）岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的能力称岩石的抗冻性。,强度损失率指冻融前后饱和岩样抗压强度之差值与冻融前饱和抗压强度比值。 质量损失率指冻融试验前后干试件的质量差与试验前干试件质量的比值。 三、岩石的力学性质 岩石的力学
17、性质指岩石在各种静力、动力作用下所表现的性质，主要包括变形和强度。岩石在外力作用下，首先是变形，当外力继续增加，达到或超过某一极限时，便开始破坏。岩石的变形与破坏是岩石受力后发生变化的两个阶段。 （一）岩石的变形指标 1弹性模量,Ee= / e 2变形模量 E0= /( 0 + e) 3泊松比 = x/ y （二）岩石的强度指标 岩石抵抗外部荷载而不破坏的能力称岩石强度。 1抗压强度 R=P/A 2抗拉强度 L=P/A 3抗剪强度（） 抗剪强度,= tan 抗切强度 =c 抗剪断强度 = tan+c 四、影响岩石工程性质的主要因素 影响岩石工程性质的主要因素可归纳为两方面：一是由岩石自身的内在
18、条件所决定，如岩石的矿物成分、结构、构造等；另一方面是来自岩石的外部客观因素的影响，如水的影响和风化作用等。 （一）矿物成分 辉长岩的比重比花岗岩大 ，石英岩的抗压强度比大理岩要高得多 。,（二）结构 一类是晶质连结的岩石，如大部分岩浆岩、变质岩和一部分沉积岩；另一类是由胶结物连接的岩石，如大部分沉积岩。 结晶连接是由岩浆冷凝或溶液中结晶或重结晶形成的。矿物颗粒靠直接接触产出的力牢固的固结在一起，结合力强，结构致密，孔隙度小，容重大，吸水率变化范围小，比胶结连接具有较高的强度和稳定性。但就结晶连接来说，强度也不一致，结晶颗粒的大小和均匀程度对岩石的强度也有着明显的影响。 胶结连接是矿物或岩屑由
19、胶结物连接在一起的。胶结连接的岩石，其强度和稳定性主要决定于胶结物,的成分和胶结的方式，同时也受碎屑成分的影响，变化很大。就结构的成分来说，硅质胶结的强度和稳定性高，泥质胶结的强度和稳定性就低，钙质和铁质胶结的强度和稳定性介于二者之间。 胶结连接的方式有基底胶结、孔隙胶结和接触胶结三种。 图1-11 岩石的胶结方式 （a）基底胶结；（b）孔隙胶结；（c）接触胶结,（三）构造 构造对岩石物理力学性质的影响，主要是由矿物成分在岩石中的分布不均匀和岩石构造的不连续性所决定的。 （四）水的影响作用 岩石被水饱和后其强度和稳定性有所降低。当岩石遇水后，水就会进入岩石裂隙或孔隙，削弱矿物成分或岩石间连结，
20、使岩石的强度和稳定性受到影响。 （五）风化作用 风化是在温度、水、气体及生物等综合因素影响下，改变岩石的物质组成、结构和构造的一种过程。风化作用促使岩石的整体遭到破坏，矿物颗粒间的连接能力减弱，使岩石的孔隙度增大，容重减小，吸水性和透水性增高，强度和稳定性也随着降低。,复习题,1、工程地质学主要包括哪几部分内容？ 2、工程地质条件（名词解释） 3、工程地质学的研究方法有哪些？ 4、矿物与岩石（名词解释） 5、矿物的物理性质有哪些？ 6、硬度与解理（名词解释） 7、岩石的结构与构造（名词解释） 8、岩浆岩按SiO2的含量是如何进行分类的？ 9、三大岩类是如何进行分类的？ 10、试叙述三大岩类的区别？ 11、岩石的工程性质主要包括哪些？ 12、请你详细地论述影响岩石工程性质的主要因素有哪些？,谢谢！,The End,百年奇观金星凌日瞬间,