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1、工 程 地 质 学 （第二版）,孔思丽 主编 重庆大学出版社,绪论 第1章 岩石及其工程地质性质 第2章 地质构造及岩体的工程性质 第3章 第四纪沉积物及其工程地质特征 第4章 地下水 第5章 常见的几种不良地质现象 第6章 工程地质勘察,目 录,0.1 工程地质学及其任务 工程地质学（engineering geology）是地质学（geology）的一个分科。它是调查、研究、解决与兴建各类工程建筑有关的地质问题的科学。其任务是：评价各类工程建筑场区的地质条件；预测在工程建筑作用下地质条件可能出现的变化和产生的作用；选定最佳建筑场地和提出为克服不良地质条件应采取的工程措施，为保证工程的合理设
2、计、顺利施工和正常使用提供可靠的科学依据。,绪 论,0.2 工程地质在土木工程中的作用 0.2.1 建筑场地与地基的概念 （1）建筑场地的概念 （2）建筑物地基的概念 （3）天然地基、软弱地基和人工地基 0.2.2 工程地质在土木工程中的作用 （1）勘察方面 （2）设计方面 （3）环境影响,0.3 工程活动与地质环境 0.4 本课程的研究方法、任务和学习要求 工程地质学的研究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的密切结合。即通常所说的定性分析与定量分析相结合的综合研究方法。,第1章 岩石及其工程地质性质,1.1 岩石的组成物质矿物 所谓岩石（roc
3、k），是指经地质作用形成的由矿物或岩屑组合而成的集合体。 1.1.1 矿物的概念 矿物（mineral）是地质作用形成的天然单质或化合物，它具有一定的化学成分和物理性质。,图1.1.1 岩盐的内部结构和晶体,图1.1.2 矿物的几种外形,1.1.2 矿物的物理性质 （1）矿物的形态,矿物单体的形态虽然多种多样，但归纳起来可分为3种类型： 一向延伸 晶体沿一个方向特别发育，呈柱状、针状或纤维状晶形，如石英、辉锑矿、纤维石膏等。 二向延伸 晶体沿两个方向特别发育，呈片状、板状，如云母、石膏等。 三向延伸 晶体沿三个方向发育大致相同，呈粒状，如黄铁矿、磁铁矿等。 （2）矿物的颜色和条痕 （3）矿物的
4、光泽,矿物表面反射光线的特点称为光泽（luster）。根据矿物新鲜平滑面上反射光线的情况将光泽分为： 金属光泽（metallic luster） 半金属光泽（submetallic luster） 非金属光泽（nonmetallic luster） 上述光泽都是指矿物的光滑表面晶面或解理面上的光泽而言。倘若矿物表面不平坦或为集合体的表面或解理发育引起的光线折射、反射等等，均可出现特殊光泽： 珍珠光泽 丝绢光泽,油脂光泽 蜡状光泽 土状光泽 （4）矿物的解理与断口 矿物受力后沿一定方向规则裂开的性质称为解理（cleavage） 极完全解理 完全解理 中等解理 不完全解理,图1.1.3 方解石的解
5、理,（5）矿物的硬度,（6）矿物的其他性质,图1.1.4 冰洲石的重折射现象,1.1.3 常见的造岩矿物,1.2 岩石的类型及其特征 1.2.1 岩浆岩 （1）岩浆岩的矿物成分 （2）岩浆岩的结构与构造 岩浆岩的结构 按结晶程度，岩浆岩的结构可分为： a.全晶质结构（crystalline） b.非晶质结构（glassy） c.半晶质结构（subcrystalline）,按矿物颗粒大小，岩浆岩的结构可分为： a等粒结构（equigranular）,图1.2.1 等粒结构（右）与斑状结构（左）,b.不等粒结构（inequigranular） 岩浆岩的构造（structure of magmati
6、te） 岩浆岩最常见的构造有：,a.块状构造（massive） b.流纹状构造（rhyotaxitic） c.气孔状构造（vesicular） d.杏仁状构造（amygdaloidal） （3）岩浆岩的分类及常见的岩浆岩 根据岩浆岩中SiO2的含量，岩浆岩可分为下面几类： 酸性岩类（ SiO2含量65） 中性岩类（ SiO2含量6552） 基性岩类（ SiO2含量5245）,超基性岩类（ SiO245） 常见的岩浆岩描述如下： 1）酸性岩类 花岗岩（granite） 花岗斑岩（granite-porphyry） 流纹岩（rhyolite） 2）中性岩类 正长岩（syenite） 正长斑岩（sy
7、enite-porphyry） 闪长岩（diorite）,闪长玢岩（diorite-porphyrite） 安山岩（andesite） 3）基性岩类 辉长岩（gabbro） 辉绿岩（diabase） 玄武岩（basalt） 4）超基性岩类 橄榄岩（peridotite）,1.2.2 沉积岩 沉积岩（sedimentary rock）是在地表或接近地表的条件下，由母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）风化剥蚀的产物经搬运、沉积和固结硬化而成的岩石。它是地壳表面分布最广的一种层状岩石。 （1）沉积岩的物质成分 组成沉积岩的物质成分中常见的有：矿物、岩屑、化学沉淀物、有机质和胶结物。 （2）沉积岩
8、的结构与构造 沉积岩的结构,a.碎屑结构（clastic） b.泥质结构（clayey） c.结晶结构（crystalline） d.生物结构（organic） 沉积岩的构造 a.层理构造（stratification）,图1.2.2 沉积岩的层理 （a）平行层理；（b）斜层理；（c）波状层理,b.层面构造（feature of bedding surface） （3）沉积岩的分类及常见的沉积岩 根据沉积岩物质组成的特点，沉积岩一般分为下面三类： 碎屑岩类 粘土岩类 化学及生物化学岩类 常见的沉积岩有： 砾岩（conglomerate） 角砾岩（breccia）,砂岩（sandstone） 粉
9、砂岩（siltstone） 页岩（shale） 泥岩（mudstone） 石灰岩（limestone） 白云岩（dolomite） 1.2.3 变质岩 变质岩（metamorphic rock）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。,（1）变质岩的矿物成分 （2）变质岩的结构与构造 变质岩的结构 a.变晶结构（crystalloblastic） b.变余结构（palimpsest） 变质岩的构造 a.板状构造（platy） b.千枚状构造（phyllitic） c.片状构造（schistose） d.片麻
10、状构造（gneissic）,e.块状构造（massive） （3）变质岩的分类及常见的变质岩 根据变质岩的构造特征，通常把变质岩分为片理状岩类和块状岩类两大类。 片理状岩类 块状岩类 常见的变质岩有： 片麻岩（gneiss） 片岩（schist） 千枚岩（phyllite）,大理岩（marble） 石英岩（quartzite） 1.3 岩石的工程地质性质 1.3.1 岩石的主要物理性质 （1）岩石的密度与重力密度 岩石的颗粒密度（particle density），是指岩石固体部分单位体积的质量。 岩石的密度（density），是指岩石（包括岩石成分中固、液、气三相）单位体积的质量。它是具有严
11、格物理意义的参数，单位为g/cm3或kg/m3。,岩石的重力密度（gravity density），也叫重度，是指岩石单位体积的重量，在数值上等于岩石试件的总重量（包括空隙中的水重）与其总体积（包括空隙体积）之比。其单位为kN/m3 。 （2）岩石的空隙率 天然岩石中包含着不同数量、不同成因的粒间孔隙、微裂隙和溶穴，将其总称为空隙（void）。 （3）岩石的吸水性 岩石的吸水性，反映岩石在一定条件下的吸水能力。一般用吸水率、饱和吸水率和饱水系数来表示。,（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）。 （5）岩石的抗冻性 岩石空隙中有水存在时，水一结冰，体积
12、膨胀，就产生巨大的膨胀力，使岩石的结构和联结受到破坏，若岩石经反复循环冻融，则会导致其强度降低。岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性。 一些常见岩石的物理性质的主要指标，见表1.3。,1.3.2 岩石的主要力学性质 （1）岩石的变形特性,可将岩石变形过程划分为4个阶段： 微裂隙压密阶段（图1.3.1中的Oa段）,图1.3.1 岩石典型的完整的 应力-应变曲线,弹性变形阶段（图1.3.1中的ab段） 裂隙发展和破坏阶段（图1.3.1中的bc段） 峰值后阶段（图1.3.1中c点以后） （2）岩石的强度 岩石抵抗外力破坏的能力，称为岩石的强度（strength）。岩石的强度单位用Pa表示。岩石的强
13、度和应变形式有很大关系。岩石受力作用破坏，有压碎、拉断和剪断等形式，所以其强度可分为抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等。,岩石的抗压强度（compressive strength）：指岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力。在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力（即单轴极限抗压强度）。岩石抗压强度是在单向压力无侧向约束的条件下测得的。常见岩石的抗压强度值列于表1.4中。,抗拉强度（tensile strength）：是岩石在单向受拉条件下拉断时的极限应力值。岩石的抗拉强度远小于抗压强度。常见岩石的抗拉强度值列于表1.5中。,岩石的抗剪强度（shear strength）：指岩石抵抗剪切破坏的能力。在数值上等于岩石受剪破坏时剪切面上的极限剪应力。试验表明，岩石的抗剪强度随着剪切面上压应力的增加而增加，其关系可以概括为直线方程：=tan+c，其中为剪应力、为剪切面上的压应力、为岩石的内摩擦角、c为岩石的内聚力。很显然，内聚力c和内摩擦角是岩石的两个最重要的抗剪强度指标。常见岩石的内聚力和内摩擦角值列于表1.6中。,