工程地质学与水文地质学讲义Word文档下载推荐.docx
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2、施工之前必须先进行设计，设计之前必须先进行勘察，而勘察是贯穿于整个工程的。
3、要完成工程地质学的基本任务，还需通过下列具体勘察任务：
（1）研究建筑地区的工程地质条件，指出有利因素和不利因素，阐明工程地质条件特征及其变化规律；
（2）分析存在的工程地质问题，做出定性分析，并在此基础上进行定量分析；
（3）选择地质条件较为优越的建筑场地；
（4）对选定的建筑场地做出工程地质评价；
（5）预测工程兴建后对周围地质环境造成的影响，做出环境质量评价；
（6）改造地质环境，进行工程地质处理，提高岩土体稳定性，保护环境质量。
二、工程地质学的实际意义
工程建筑的最基本要求就是安全可靠，不受破坏，看几个实例：
1、美国加利福尼亚州的圣弗朗西斯坝为一高70米的混凝土坝，修成蓄水两年，于1928年被冲垮。
原因就是坝基部分存在泥质胶结的并含有石膏脉的砾石，遇水易受溶蚀崩解，成为坝基的弱点。
如果做好地质工作，弱点是可以查清的，也可以避免悲剧的发生。
———岩体稳定性问题。
2、我国有一个工厂修建的很好，但是由于工程地质勘察工作做的不够，整个工厂位于滑坡上，建厂后滑坡活动加剧，建筑物受到破坏，无法正常生产。
（用图说明）
◆布置书后作业
◆参考教材：
《普通地质学》，1995，夏邦栋主编，地质出版社；
《水文地质学基础》，1986，王大纯，地质出版社；
《工程地质学》，2001，孙宪立主编，中国建筑工业出版社
《工程地质与水文地质》，1997，王家鼎，陕西人民出版社
2地球的基本知识
使学生了解地球的一般特征，掌握固体地球的层圈结构，理解地壳及地质作用
本章重点在于对地球基本结构的认识；
难点为对内外地质作用的理解。
解决办法：
结合现有的地质作用及其结果解释地质作用的存在与特征，启发学生利用“将今论古”‘“以故论今”的思维方式考虑问题。
2.1
地球的形状
◆提问：
抛开现有对地球的了解，我们如何认识地球，如何猜测和证明地球的形状？
一、人类对地球形状的认识
1、最早预测地球的形状和大小的人：
公元前3世纪，古希腊的厄拉多塞。
基于同一时间位于埃及的两个距离800公里的城市，太阳照射的角度是不同的，于是他推测地球是球体。
2、我国最早，战国时期的哲学家惠施，提出地球是圆的。
3、1519年，葡萄牙航海家麦哲伦环球航行，人类第一次证实了地球是个球体。
二、地球的形状
通过实测和分析，终于得到确切的数据：
地球的平均赤道半径为6738.14公里，极半径为6356.76公里，赤道周长和子午线方向的周长分别为40075公里和39941公里。
测量还发现，北极地区约高出18.9米，南极地区则低下24～30米。
看起来，地球形状像一只梨子：
它的赤道部分鼓起，是它的“梨身”；
北极有点放尖，像个“梨蒂”；
南极有点凹进去，像个“梨脐”，整个地球像个梨形的旋转体，因此人们称它为“梨形地球”。
其实地球确切地说，是个三轴椭球体。
2.2
地球的圈层构造
地球不是一个均质体，而是一个具有圈层构造的球体。
以地表为界，分为外圈层和内圈层：
一、外圈层
1、大气圈：
气体圈层，包裹着陆地和海洋
2、水圈：
包括地表水和地下水
3、生物圈：
生物生存和活动范围
二、内圈层
固体地球由外往里分为：
地壳、地幔和地核：
1、莫霍面：
位于地下数公里到30-40公里，地壳和地幔的分界面（南斯拉夫学者莫霍洛维奇）
2、古登堡面：
位于地下约2900公里，地幔和地核的分界面（美国地球物理学学家）
地壳：
上为硅铝层，下为硅镁层
地幔：
根据化学成分的不同分为两层：
上层——化学成分主要是硅氧；
下层——主要是金属氧化物和硫化物组成
地核：
主要化学成分是铁、镍
◆讨论：
调动学生讨论电影《地心游记》中的现象，是否真的存在，放开想象力，说明理由。
2.3
地壳及地质作用
一、地壳中的元素和克拉克值
通过大量岩石组分分析，地壳中主要元素含量由大到小：
O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H，这几种元素占到地壳总重量的98%以上。
其中O占到46.3%，Si占到28.15%。
克拉克值：
元素在地壳中的平均质量百分数。
二、地质作用（第五章中详细介绍）
◆对近期发生的重要地质作用作为例子引入以下概念：
比如汶川大地震，珠峰海拔高度的变化等。
◆地质作用的概念：
由于自然动力引起地壳的物质成分、构造和地面形态发生变化的各种作用，称为地质作用。
1、外力地质作用：
由固体地球以外的能源（太阳辐射能、太阳和月球的引力、地球的重力能等）所产生的地质作用。
其作用方式有：
风化、剥蚀、搬运、沉积和成岩作用。
2、内力地质作用：
作用方式：
地壳运动、岩浆作用、变质作用、地震作用。
◆布置书后复习思考题
3矿物与岩石
使学生了解地壳中矿物与岩石的类型及特征；
掌握矿物岩石的基本概念及基本类型；
重点和难点均为掌握矿物岩石的基本类型，
解决办法：
设置一次矿物岩石陈列室参观实习，加深学生对矿物岩石的直观认识，提高学习兴趣。
结合在日常生活或大自然中所遇到的矿物岩石，理解相关概念。
3.1矿物
一、矿物的基本概念：
1、矿物：
自然产出并具有一定的化学成分和内部构造的物质
矿物绝大多数是固体，少量呈液态（水、水银）、气态（天然气、硫化氢）。
2、造岩矿物：
构成岩石的主要矿物（矿物多达3000多种，但构成岩石的矿物只有二十多种）
3、晶体：
内部质点呈有序排列（既在三维空间周期性重复排列）。
外表常呈一定形态，几何外形：
如岩盐为正方体、方解石为菱面体、云母呈片状等等。
4、在自然中，晶质矿物很少以单体出现，常以集合体形态出现：
晶簇（cu）、纤维状、粒状、鲕状、土状，块状等。
二、矿物的物理性质
矿物的物理性质取决于矿物的化学成分和晶体构造，因此，矿物的物理性质是肉眼鉴定矿物大主要依据。
1、颜色
矿物对不同波长的可见光波吸收和反射程度的反映。
可分为自色、他色、假色。
2、条痕
矿物粉末的颜色。
条痕显示自色
3、光泽
矿物表面对可见光反射的能力。
根据矿物光泽的强弱分为：
金属光泽、半金属光泽、非金属光泽。
4、透明度
矿物容许可见光透过的能力。
通常是指把矿物磨成0.03mm的薄片的情况下。
分透明、半透明、不透明三个级别。
5、硬度
矿物抵抗外力刻划、压入、研磨的能力。
摩氏硬度计（相对硬度）：
（1）滑石
（2）石膏（3）方解石（4）萤石（5）磷灰石
（6）正长石（7）石英（8）黄玉（9）刚玉（10）金刚石
指甲（2-2.5）小铁刀（3-3.5）玻璃片（5-5.5）钢刀（6-6.5）
6、解理和断口
矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，称为解理。
裂开的光滑面称为解理面，如方解石。
极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理。
矿物受打击后，沿任意方向发生不规则的断裂，其凹凸不平的断裂面称为断口。
如石英，贝壳状断口。
三、常见造岩矿物及鉴别方法
肉眼鉴定：
先确定矿物的硬度、光泽、解理和比重；
然后观察矿物的颜色、形态和透明度；
并注意矿物是否具有磁性、发光性或挠性，如酸是否起泡等特征，逐步缩小范围，最后定出矿物的名称。
3.2岩石（自学为主）
岩石：
在各种地质作用下，由一种或几种矿物组成的集合体。
自然界有各种各样的岩石，按成因分类，可分为三类：
岩浆岩、沉积岩、变质岩
一、岩浆岩（在地表分布约占20%，体积占地壳65%）
1、定义：
地幔中具有挥发性成分的高温硅酸盐熔融体，即岩浆，沿着地壳岩石的裂缝上升到地壳中或喷出地表，热量逐渐消失，最后冷却凝固而成的岩石。
2、产状：
岩浆岩体的形状、大小、深度以及与围岩的关系。
有岩基、岩株、岩盆和岩盘、岩墙、岩床。
3、矿物成分：
1）硅铝矿物：
SiO2、Al2O3含量高，不含铁、镁，矿物颜色比较浅，又称浅色矿物；
2）硅镁矿物：
SiO2、Al2O3含量低，而FeO、MgO含量高，矿物颜色较深，又称深色或暗色矿物。
4、结构和构造：
1）结构：
指组成岩浆岩的矿物颗粒大小和结晶程度等。
在实际工作中，结构一般着重微观的室内研究。
常见的有等粒结构、不等粒结构（斑状和似斑状结构：
大的矿物颗粒散布于小颗粒之中，大的叫斑晶，小的叫基质，若基质为显晶质，则为似斑状结构）
2）构造：
指岩石外表的整体特征，它是由矿物集合体的排列方式和充填方式决定的。
常见的有块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造。
5、岩浆岩的分类：
自学（讲解一块标本，花岗岩）按SiO2含量分为四大类：
超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩。
二、沉积岩（在地表分布约占75%，体积约占7.9%）
母岩的风化物质、火山物质、有机物质以及宇宙物质等，经过水、风等介质搬运以后，在一定条件下沉积下来，再经过成岩作用形成的岩石。
2、沉积岩的物质组成：
沉积岩有两部分组成：
沉积物颗粒和胶结物。
沉积物颗粒主要是单矿物和岩屑（先成的岩浆岩、沉积岩和变质岩经物理风化作用产生的岩石碎屑）组成。
1）矿物成分：
碎屑矿物、粘土矿物和化学沉积矿物
2）胶结物：
泥质胶结、钙质胶结、硅质胶结和铁质胶结。
含量超过25%可参与命名。
3、沉积物的结构和构造：
1）结构：
由其组成物质的形态、性质、颗粒大小来决定的。
碎屑结构、泥质结构、结晶结构和生物结构
2）构造：
指其组成部分的空间分布及其相互间的排列关系。
最主要的构造就是层理构造。
4、沉积岩的分类
根据沉积岩的成因、物质成分及结构构造等，可将沉积岩分为三大类：
碎屑岩类、粘土岩类和化学及生物化学岩类。
三、变质岩
地壳内部原由的岩石，由于受到高温、高压或化学流动性流体的作用下，导致其成分、结构和构造发生改变，形成的新岩石。
2、变质岩的矿物成分：
一部分是与岩浆岩和沉积岩共有的矿物，主要有石英、长石、云母等；
另一部分是变质岩所特有的矿物：
石榴子石、红柱石、蓝晶石等。
3、变质岩的结构和构造
1）结构：
变余结构、变晶结构和压碎结构
片理构造（片状构造、千枚状构造和片麻状构造）、块状构造。
4、变质岩的分类：
按变质岩的成因分为三大类：
区域变质岩、接触变质岩和动力变质岩。
三大类岩石的转化
布置书后作业
4地质构造
使学生了解地壳运动的主要特征；
掌握基本的地质构造类型；
熟练掌握地质年代表及地层的地质符号表示。
重点：
地质构造类型，地质年代表；
难点：
地质构造类型，地质年代表的记忆
难点解决办法：
加强学生空间概念，学会在三维空间中去理解地质构造，对地质年代表则要求学生强制记忆（按一定技巧）。
4.1地质年代
一、地质年代的概念：
地质体形成或地质事件发生的时代。
2、两层含义：
1）地质体形成或地质事件发生的先后顺序；
2）地质体形成或地质事件发生距今多少年。
前者称为相对年代，后者成为绝对年代。
二、相对地质年代的确定
1、地层层序律：
原始产出的地层具有下老上新的规律（用图说明）
地层：
在一定地质时期内所形成的层状岩石，层状岩石泛称岩层。
2、生物层序律：
化石：
埋藏在岩层中的古生物遗体或遗迹称为化石。
动物的骨骼、甲壳、足迹、蛋、粪以及植物的根茎、叶或其痕迹均可以成为化石。
一般地，年代越老的地层中所含生物越简单、原始、低级，不同时期的地层中含有不同类型的化石及其组合，而在相同的时期且在相同的地理环境中形成的地层，只要原先的海洋或陆地相通，都含有相同的化石及其组合，这就是生物层序律。
3、切割律或穿插关系
切割者新，被切割者老；
包裹者新，被包裹者老。
三、同位素地质年代确定法
它是根据岩石中所含的放射性同位素和它的蜕变产物的相对含量来确定的。
比如：
U235——Pb207,1g铀在一年内可以蜕变出7.4×
10-9g铅，根据含铀矿物或岩石中的铅铀比率，即可测出该含铀矿物或岩石的实际形成地质年代。
四、地层单位
1、地质年代单位和年代地层单位
地质年代单位年代地层单位：
（以地质时期中的时间为依据）（以地层形成的地质时代作为划分的依据）
宙宇
代界
纪系
世统
2、岩石地层单位：
在一个新的地区进行地层工作的时候，首先应根据岩性特征在垂直方向上的差异，将地层分层，建立起地层系统和层序，这样划分出来的地层单位称为岩石地层单位。
群（总体外貌特征一致）、组（一种岩石组成，两种或更多种互层）、段（岩性相当一致）。
五、地质年代表：
（见P29）
1、年代越老者延续时间越长，越新者越短。
2、纪以下一般分三世，二叠、白垩和第四纪分两世，第三纪分五世。
3、前寒武纪地层由于形成时间较早，研究难度较大，划分对比粗略，故其长期未能统一。
4、只能称早、中、晚世，上、中、下统。
4.2岩层产状及其测定
一、水平岩层和倾斜岩层
1、水平岩层：
倾角小于5度的岩层
2、倾斜岩层：
沉积岩层由于水平运动的影响，改变了原始状态，形成倾角大于5度的岩层
二、岩层的产状
1、走向：
岩层层面与水平面的交线称为该岩层的走向线，走向线所指的方向即走向
2、倾向：
在岩层层面上垂直岩层走向线的射线叫做岩层的倾斜线，倾斜线在水平面上的投影，叫倾向先，倾向线所指的方向即为倾向。
3、倾角：
岩层层面与水平面之间的二面角，即倾斜线与倾向线之间的夹角。
三、岩层产状的测定与表示方法
1、岩层产状的测定：
2、岩层的表示方法：
通常采用方位角法，即只记倾向与倾角。
4.3地壳运动
一、定义：
又称构造运动，是由于地壳的内部原因（重力、地内热能等）和外部原因（行星引力）引起地壳形态的变化的运动。
二、基本类型：
1、升降运动：
此起彼伏，相互补偿（局部）
2、水平运动：
地壳以水平运动为主。
两种主要观点：
1）板块学说地幔对流学说；
2）李四光，地质力学观点。
关键在动力来源的问题上产生分歧。
4.4岩层的接触关系（用图说明）
一、整合关系
新老地层大致平行，沉积岩岩性与生物变化都呈渐变关系，它们是连续沉积的。
二、不整合关系
1、平行不整合关系：
上下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层之间缺失了一些时代的地层，表明在这段时期出现过间断沉积。
2、角度不整合关系：
上下两套地层之间缺失了部分地层，且产状不同。
4.5构造及其主要类型
一、原生构造与次生构造
1、原生构造：
岩层或岩体在成岩过程中形成的构造
2、次生构造：
岩层或岩体在内动力地质作用下产生的变形，如褶皱、断层、节理、劈理等。
二、褶皱
1、褶皱现象
1）褶皱构造：
地壳中的岩层在褶皱运动的作用下，发生一系列向上或向下的波状弯曲，并保持其连续完整性，这样的变形结果，即为褶皱构造。
2）背斜：
其核心部位的岩层时代相对较老，外侧岩层较新一种岩层弯曲变形。
3）向斜：
其核心部位的岩层时代较新，外侧岩层较老的一种岩层弯曲变形。
2、褶皱要素
1）核部：
泛指褶皱中心部分的岩层。
2）翼部：
系指褶皱核部两侧的岩层。
3）转折端：
系指从褶皱翼向另一翼过渡的部分。
4）枢纽：
在褶皱的各个横剖面上，同一褶皱面的各最大弯曲点的连线。
5）轴面：
一个褶皱内各相邻褶皱面上的枢纽连成的面。
6）褶轴：
轴面与水平面的交线。
7）脊线：
背斜或背行的同一褶皱面的各横剖面上的最高点的连线。
3、褶皱的形态分类
1）按轴面的产状分类：
直立、倾斜、倒转及平卧褶皱。
2）按枢纽产状分类：
水平褶皱、倾伏褶皱
4、褶皱的野外识别
地层呈有规律的对称重复
三、断裂构造
断裂构造：
岩石受力作用超过强度极限时岩石所发生的破裂，同时产生一些破裂面，使岩石丧失了连续完整性。
1、节理：
岩石（层）没有发生显著位移的破裂
1）节理的类型：
根据节理的成因，可分为原生节理、构造节理和次生节理
（1）原生节理：
是指岩石在形成过程中所产生的节理。
（2）构造节理：
是岩石收构造应力作用产生的。
按其力学成因，可分为剪节理和张节理。
剪节理：
当岩石所受最大剪应力达到并超过岩石的抗剪强度时，则产生剪节理。
剪节理一般是闭合的，节理面光滑，常有滑动擦痕和擦光面；
剪节理的产状稳定，沿走向和倾向一般延伸较远；
在砾石或粗砂岩中，剪节理能平整地切割砾石和粗砂岩。
张节理：
是岩石受拉张应力而形成的裂隙。
张节理其裂口是张开的，呈上宽下窄的契形；
多发育于脆性岩石中，尤其在褶曲转折端等拉张应力集中的部位；
节理面粗糙不平，产状不稳定，沿其走向或倾向都延伸不远就尖灭了；
一般无滑动擦痕和摩擦镜面；
当其发育于砾石中时，长绕过砾石，其裂面明显凹凸不平。
（3）次生节理：
由于岩体受卸货、风化、地下水等次生作用而产生的裂隙。
2）节理的工程地质评价
地壳中广泛发育的节理对岩体的强度和稳定性均有不利影响；
破坏了岩体的完整性，水容易沿裂隙渗入，加速岩石的风化，降低了基岩的承载力，增大岩石渗透性等。
3）节理的调查、统计和表示方法
调查：
先在工点选择一具有代表性的基岩露，对一定面积的内的裂隙，进行测量，包括产状、长度、宽度、条数、成因几充填情况等。
统计：
（1）裂隙走向玫瑰花图
自圆心沿半径引射线，射线的方位代表每组裂隙平均走向的方位，射线的长度代表每组裂隙的条数。
然后用折线把射线的端点连接起来，即可。
（2）裂隙倾向玫瑰花图（同上）
2、断层
岩层发生断裂后，沿断裂面发生显著位移的断裂构造。
1）断层要素：
断裂面：
断层发生滑动的破裂面。
断盘：
断层面将岩层分为两个块体，每个块体即称为断盘。
断层带：
断层两壁之间的地带。
断层线：
断距：
上下盘同一点，沿断层面相对位移，称为总断距；
水平方向的距离称为水平断距，垂直方向的称为垂直断距。
2）断层的分类：
根据两盘的相对位移：
（1）正断层：
上盘相对下降，下盘相对上升的断层。
（2）逆断层：
上盘相对上升，下盘相对下降的断层。
逆冲断层：
位移量很大的低角度逆断层。
（3）平移断层：
两盘顺走向相对移动。
（在垂直方向上没有位移）
3）断层组合：
（1）地堑：
由两条走向基本一致的相向倾斜的正断层组成。
（2）地垒：
由两条走向基本一致倾向相反的正断层组成。
（3）阶梯状断层：
由一系列走向和倾向都基本一直的正断层组成。
4.6地质图及其阅读
地质图：
用规定的图例符号和颜色来反映一个地区的地质现象和地质条件的图件。
一、地质图的种类
1、普通地质图：
是表示某地区地形、地层岩性和地质构造的基本图件。
2、地貌及第四纪地质图：
是根据一个地区的第四系地层的成因类型、岩性及其形成时代，地貌的类型、形态特征而编制的综合图件。
3、工程地质图：
是根据工程地质条件编制而成的，它是在相应比例尺的地形图上表示各种工程地质勘察成果的图件。
4、水文地质图：
是表示一个地区水文地质条件和地下水形成、分布规律的地质图件。
5、地质剖面图和综合柱状图：
是指在平面地质图的基础上，为了更清楚地反映一个地区地表以下一定深度范围内的各种地质现象而编制的垂直方向的地质图件。
以上各类地质图都应有：
图名、图例、比例尺、方向和责任表等。
其中图例严格要求自上而下或自左而右，地层从新到老进行排列；
先地层、岩浆岩，后地质构造等。
二、不同产状岩层或地质界面在地质图上的表现
1、水平岩层在图上的表现
一条形状与等高线一致或重复的曲线。
2、直立岩层在图上的表现
一条切割等高线的直线。
3、倾斜岩层在图上的表现
一条与等高线相交的曲线。
三、地质构造在地质图上的表现
1、褶皱在地质图上的表现
1）水平褶曲：
枢纽产状水平的背斜和向斜，在地形平坦的条件下，它们两翼地层在地质图上都呈平行条带状出露，核部只有一条单独出现的地层。
2）倾伏褶曲：
在地形平坦的条件下，它们两翼地层都在地质图上都呈对称出露，但不是平行线，而是似
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