1、公路工程地質公路工程地質 緒論緒論參考與要求參考與要求第一節地球的概述第一節地球的概述第二節第二節 地球的演化與地質作用地球的演化與地質作用第三節 公路工程地質概述復習總結四川交通職業技術學院道橋系劉玉潔制作四川交通職業技術學院道橋系劉玉潔制作 要想得到彩虹就必須忍受風雨！要想得到彩虹就必須忍受風雨！One can not be in two places at once. 一心不可二用。一心不可二用。 參考書：參考書：地質與土質地質與土質李瑾亮主編，人民交通出版社。李瑾亮主編，人民交通出版社。公路工程地質公路工程地質竇明健主編，竇明健主編，人民交通人民交通出版社。出版社。工程地質與水文工程地

2、質與水文楊曉豐主編，楊曉豐主編，人民交通人民交通出版社。出版社。公路工程地質勘察規范公路工程地質勘察規范，人民交通人民交通出版社。出版社。 工程地質是教學評估的課程，這門課囊括了我們這個專業工程地質是教學評估的課程，這門課囊括了我們這個專業的同學走入工作崗位后常用的地質知識和技能，按照教的同學走入工作崗位后常用的地質知識和技能，按照教學評估及學校的要求，同學們要做到按時聽課，做好課學評估及學校的要求，同學們要做到按時聽課，做好課堂筆記，當堂內容當堂消化。堂筆記，當堂內容當堂消化。為了保證教學工作的成效，我們這門課的成績將由三部分為了保證教學工作的成效，我們這門課的成績將由三部分組成。期末考試成

3、績占組成。期末考試成績占6060分，平時成績分，平時成績4040分：實訓分：實訓20+20+作作業業10+10+課堂表現課堂表現1010分（必須高于分（必須高于7 7分，低于分，低于7 7分，取消平時分，取消平時成績）。成績）。 課堂要求大家注意聽講，做好筆記，若說話、看課外書等課堂要求大家注意聽講，做好筆記，若說話、看課外書等進行與聽課不相干的活動，每次扣進行與聽課不相干的活動，每次扣0.50.5分；遲到或早退扣分；遲到或早退扣0.50.5分分/ /次；缺勤扣次；缺勤扣1 1分分/ /次；事假不允許超過次；事假不允許超過2 2次，否則扣次，否則扣0.50.5分分/ /次；事假或病假必須經班主

4、任、輔導員或書記簽次；事假或病假必須經班主任、輔導員或書記簽字同意，否則按曠課記。缺課三次以上無平時成績。遲字同意，否則按曠課記。缺課三次以上無平時成績。遲到、早退、違紀、缺課累計五次以上無平時成績。到、早退、違紀、缺課累計五次以上無平時成績。學習要求學習要求及成績評定方法學習要求及成績評定方法第一節第一節地球的概述地球的概述地球的地位：地球的地位：地球地球是是太陽系太陽系九大行星中較小的一顆行星。太陽在九大行星中較小的一顆行星。太陽在銀河系銀河系里只是里只是 1. 6 X 1011顆恒星之一；銀河系也僅僅是顆恒星之一；銀河系也僅僅是總星系總星系的一個成員；而總星系還只是的一個成員；而總星系還

5、只是宇宙宇宙的一部分。的一部分。 一、一、地球的外部形態地球的外部形態： 二、二、地球的物理性質地球的物理性質： 三、三、地球的圈層構造地球的圈層構造：一、地球的外部形態：一、地球的外部形態： 地球為一梨狀三軸旋轉橢球體。赤道一帶稍微凸出，南北半球也不對稱，加上表面凹凸不平. 赤道半徑（a） 6378. 1724km 赤道周長40075. 696km 兩極半徑（b） 6356. 7986km 子午線周長40008. 6km 平均半徑 6371. 229km 表面積5. 1007*108km2 扁率（a-b）/a） 1：298341 體積10832 *1012km2二、地球的物理性質： 1、密度

6、、密度 地球的平均密度：5.516g/cm3 地表巖石平均密: 2.7g/cm3 地心的密度: 13g/cm301 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 3 7 1Km501 01 5G g /c m3 地球內部壓力是隨深度加大而逐漸增高的。深度每增加km，壓力增加27.5 MPa（1 MPa1兆帕斯卡N / m）。深部隨著巖石密度的加大，靜巖壓力增加得更快些。靜巖壓力在莫霍面附近約1200 MPa，古登堡面附近約135,200 MPa，地心處可達361,700 Mpa，相當于360萬個大氣壓力。0100020003000400050006371Km020004

7、000地表地心3、地球的重力地球的重力地球的重力 地球自轉引起的離心力和地球引力的合力。 P = F + dF=GMm/R2 d=r(G(G為萬有引力常數， 為角速度) ) 因為離心力相對很小，即使在赤道也只有萬有引力的1/289，所以重力基本上就等于萬有引力，方向也基本上指向地心。為了便于比較，通常用單位質量單位質量所受的引力來表示重力重力（重力加速度 g g） g g = G GM M/R2 (單位用伽伽Gal) 1 Gal =1cm/s2重力的變化 重力在地表的變化 重力隨緯度的增加而增加，隨海拔高度的增加而減小。若將地球視為均質體，以海平面為基準可計算出不同緯度的標準重力值。g=987

8、.032(1+5.3g=987.032(1+5.3* *1010-3-3* *sinsin2 2-5.9-5.9* *1010-6 -6 * *sinsin2 22) g 2) g 為重力（伽），為緯度 重力在地球內部的變化 影響重力大小的不是整個地球的總質量，而主要是所在深度以下的質量。 由于地殼與地幔的密度都比較小，從地表到地下2900km2900km的核幔界面，重力大體上是隨深度增加而略有增加，但有波動。在核幔界面上，重力值達到極大(約10691069伽伽)，再往深處去,各個方向上的引力趨向平衡,重力值逐漸減少，直至變小為零。01 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05

9、0 0 06 3 7 1Km04 0 08 0 0重力異常 實際測得的重力值與理論重力值之間的差值，稱重力異常重力異常。 當實測重力值 理論重力值,稱正異常正異常 當實測重力值 理論重力值,稱負異常負異常 在埋藏有密度較小物質（如石油、煤、鹽等非金屬礦產）的地區，常顯示負異常；負異常；而埋藏有密度大物質（如鐵、銅、鉛、鋅等金屬礦產）的地區，就顯示正異常。正異常。所以人們就可以通過重力測量，來圈定重力異常的區域，尋找那些引起重力異常的非金屬和金屬礦產。這就是地質勘查中常用的重力探勘重力探勘方法4、地球的磁場地磁場地磁場：地球周圍存在的磁場 它有兩個磁極，其磁北磁北極極位于地理北極附近，磁南磁南極

10、極位于地理南極附近，但不重合，地磁軸地磁軸與地球自轉軸的夾角現在約為11.511.5度度，1980年實測的磁北極磁北極位于北緯78.278.2度度、西經102.9102.9度度（加拿大北部），磁南極磁南極位于南緯65.565.5度度，東經139.4139.4度度（南極洲）。地磁軸地磁軸地理軸地理軸地磁三要素地磁三要素：磁場強度、磁偏角、磁傾角磁場強度：為某地點單位面積上磁力大小的絕對值為某地點單位面積上磁力大小的絕對值。它是一個具有方向（磁力線方向）和大小的矢量矢量，一般在磁兩極附近磁感應強度大（約為60T（微特拉斯）；在磁赤道附近最小（約為30 T ）。磁偏角：磁力線在水平面上的投影與地理正

11、北方向之間形成的夾角磁力線在水平面上的投影與地理正北方向之間形成的夾角。即，磁子午線與地理子午線之間的夾角磁子午線與地理子午線之間的夾角。磁偏角的大小各處都不相同。在北半球，如果磁力線方向偏向正北方向以東稱為東偏，偏向正北方向以西稱為西偏。我國東部地區磁偏較為西偏，甘肅酒泉以西地區為東偏。磁傾角：指磁針北端與水平面的交角指磁針北端與水平面的交角。通常以磁針北端向下為正值，向上為負值。地球表面磁傾角為零度的各點的連線稱為地磁赤道；磁傾角的變化磁傾角的變化 由地磁赤道到地磁北極，磁傾角由0逐漸變為+90；由地磁赤道到地磁南極，磁傾角由0變成-90。 我國在北半球，羅盤南針要綁銅線，為什么？地磁軸地

12、磁軸地理軸地理軸5、地球的溫度地溫人們可以火山和溫泉意識到地下深處是熱的，地球的溫度總體上是從地表向地內逐漸增高的。在地表附近，由于太陽幅射熱的影響，溫度有晝夜變化、季節變化和多年周期的變化這一表層可叫外熱層（或變溫層）。外熱層的深度一般在十幾米十幾米在其下界面附近，地溫常年保持不變，等于或略高于當地年平均氣溫，該處稱為常溫層。常溫層以下，受到地球內部熱量的影響，溫度逐漸升高。一般把在常溫層以下，每向下加深100所升高的溫度稱為地熱增溫率或地溫梯度。這是由于地球內部熱量通過向上熱傳導而造成的。世界上不同地區，地溫梯度都不相同，地球表層的平均地溫梯度為。海底的地溫梯度一般為，大陸為. .大陸的地

13、溫梯度一般來說是顯著低于海底的0100020003000400050006371Km020004000C。6、地球的彈塑性 地球具有，表現在地球內部能傳播地震波，因為地震波是彈性波。地表的固體巖石在日、月引力的作用下也有交替的漲落現象，其幅度為78cm,這種現象稱為固體潮。也說明固體地球具有彈性。地球也具有，地球的自轉能引起地球赤道半徑加大而成為橢球。在應力的作用下引起巖石發生彎曲而不破裂等，這些都說明地球具有塑性。三、地球的圈層構造：三、地球的圈層構造： 1.地球的外部圈層地球的外部圈層 水圈大氣圈生物圈 2.地球的內部圈層地球的內部圈層 地殼、地幔和地核三個主要圈層。 軟流層軟流層：（又稱

14、低速帶）40-250 km處，地震波波速低，溫度接近巖石熔點，塑性較大，利于巖石活動。 某些區域內不能傳播橫波-巖石可能已為液態。 軟流圈以上的地幔和地殼合稱巖石圈。第二節地球的演化與地質作用第二節地球的演化與地質作用 地球的演化：板塊邊界構造帶地質作用：內動力地質作用外動力地質作用內、外動力地質作用之間的相互關系地貌：（一）內動力地質作用：（一）內動力地質作用： 地殼運動地殼運動-高山、湖泊、盆地等高山、湖泊、盆地等 分水平和垂直作用兩種。是地殼運動，誘發分水平和垂直作用兩種。是地殼運動，誘發地震，影響巖漿、變質作用的重要條件，也地震，影響巖漿、變質作用的重要條件，也影響外動力作用的強度和變

15、化。影響外動力作用的強度和變化。 巖漿作用巖漿作用-火山噴發、巖漿運動火山噴發、巖漿運動 變質作用變質作用-變質巖變質巖 地震作用地震作用-地震地震 即即由地球內部能量引起的地質作用。由地球內部能量引起的地質作用。海嘯海嘯（二）外動力地質作用：（二）外動力地質作用： 1.風化作用風化作用-是外力作用中最是外力作用中最為普遍的一種。為普遍的一種。 (1)物理風化作用：物理風化作用： 剝離 冰劈 晶脹 (2)化學風化作用：化學風化作用： 氧化作用 溶解作用 水解作用 水化作用 碳酸化作用 (3)生物風化作用生物風化作用： 生物的機械破壞： 生物的化學破壞： 2. 剝蝕作用剝蝕作用 3. 搬運作用搬

16、運作用 4. 沉積作用沉積作用 -從介質中分離出來。 5. 成巖作用成巖作用 -隨著沉積物的埋深而升溫、加壓，發生化學反應。 巖石的釋荷巖石的釋荷氧化作用氧化作用 大氣圈中氧含量為201。當巖石和礦物暴露于地表或位于地表層時，與氧充分接觸，發生一系列氧的反應化學。 喀斯特作用（溶蝕作用）喀斯特作用（溶蝕作用）在包氣帶，地下水在可溶性巖石的裂縫中向下滲流，使裂縫不斷加深加寬，形成石芽，石芽，石芽不斷升高。在巖石成分較純、巖層巨厚、巖層傾角平緩的可溶性巖石地區，石芽可高達幾十米，遠望宛如樹林，稱為石林。石林。風的剝蝕作用 風的搬運作用 地下水的化學沉積作用 在地下水攜帶著被溶解的碳酸鹽物質滲流到開

17、闊的溶洞、泉口以及擴大了的節理時， 由于壓力減小，導致地下水中的二氧化碳逸出，碳酸氫鈣被分解成碳酸鈣而產生沉淀 。 （三）內、外動力地質作用之間（三）內、外動力地質作用之間的相互關系：的相互關系： 內、外動力地質作用是對立統一的關系。既互相排斥對立，又互相依存聯系，推動著地殼的演變和發展。 內動力地質作用的總趨勢是形成地殼表層的基本構造形態和地殼表面的高低起伏；外動力地質作用則是破壞內動力地質作用形成的地形或產物，總趨勢是削高補低，形成新的沉積物。 三、地貌 認識地貌：認識地貌：1. 概念2. 地貌的形成和發展的動力 地貌的分級與分類地貌的分級與分類1. 地貌基本要素：地形面、地形線和地形點2

18、. 地貌形態測量特征：高度、坡度和地面切割程度等。3. 地貌的分級：星體地貌、巨型地貌、大型地貌、中型地貌、小型地貌。 4. 地貌的分類5. 地貌的形態分類地貌的形態分類 按地貌的絕對高度、相對高度以及地面的平均坡度等分高、中、低山、丘按地貌的絕對高度、相對高度以及地面的平均坡度等分高、中、低山、丘陵陵 地貌的成因分類：分為內生地貌（構造與火山地貌）和外生地貌（斜坡地地貌的成因分類：分為內生地貌（構造與火山地貌）和外生地貌（斜坡地貌（詳見第五章）與貌（詳見第五章）與山嶺地貌山嶺地貌、重力重力、風風、水水、冰冰、凍土、凍土、巖溶巖溶、黃土黃土、海岸、湖泊和沼澤、海岸、湖泊和沼澤、平原平原、人工人

19、工等）兩大類。等）兩大類。 第三節公路第三節公路工程地質工程地質概論概論一、一、工程地質學概念工程地質學概念 1、工程地質問題工程地質問題 2、地地 質質 環環 境境 工程地質條件與人類經濟活動的關系工程地質條件與人類經濟活動的關系 工程地質條件在路橋工程中的重要意義工程地質條件在路橋工程中的重要意義 3、工程地質現象：工程地質現象： 4、公路工程地質學研究對象：公路、公路工程地質學研究對象：公路工程活動與工程活動與地質環境之間的相互制約關系。地質環境之間的相互制約關系。 二、公路工程地質學的研究目的與任務 三、公路工程地質學的研究內容四、工程地質學的發展與分支學科1、工程地質問題：、工程地質

20、問題： 工作區的工程地質條件滿足不了工程建筑的要求出現的安全使用、地基穩定及經濟問題。包括： 區域穩定問題：活斷裂、地震及其相關的地質問題等； 地基穩定問題：如公路常遇的邊坡、路基（橋基）穩定問題；隧道工程常遇的圍巖穩定、突然涌水等問題； 經濟問題：如天然材料的儲量、質量等。2、地、地 質質 環環 境：境： 又稱工程地質條件，通常是指那些影響工程建筑結構類型、施工方法及其穩定性的各種自然條件各種自然條件的綜合的綜合。這些自然條件包括地層、地質構造、巖性、水文地質、地貌特征、物理地質作用、氣候等；此外還包括人為的因素。工程地質條件與人類的經濟活動的關系工程地質條件與人類的經濟活動的關系 工程地質

21、條件與人類的經濟活動息息相關，如礦山、水庫、電站、工業與民用建筑、道路與橋梁等等工程建筑物，都是以地殼表層的土或巖石為其地基，并受到客觀環境地質條件的制約。而這些工程建筑物在施工和使用的過程中，又反過來影響著自然地質條件的變化，產生工程地質現象，使得建筑物的穩定性問題更加復雜化.工程地質條件在路橋工程中的重要意義工程地質條件在路橋工程中的重要意義眾所周知，公路是一種延伸很長、且以地殼表層為基底的線形建筑物，它常常要穿越許多自然條件不同的地段，故路橋工程必然要受到不同地段的地質、地理各種因素的影響，這是公路工程區別于房屋、水庫、礦山等工程建筑物最主要的特性。因此，在路橋工程建筑的設計、施工中，必

22、須對不同地段的建筑物所處的工程地質條件進行深入調查研究，取得可靠的地質資料后，才能為路或橋的合理布設、安全施工、正常運營起到保障作用。例如，某一公路在穿過峽谷時，由于開挖邊坡后巖體沿裂隙面失重而產生崩塌。該峽谷的巖性屬泥盆系觀霧山組(D2,)的厚層及中厚層灰巖和白云質灰巖，巖層產狀大致順河水流向傾斜。峽谷巖性堅硬，崖壁陡峭，坡高約80m,處于自然穩定狀態；但節理很發育，其中有一組節理傾向河心。當沿崖腳順河修筑公路，經大爆破開挖邊坡后，破壞了自然穩定度，于1984年7月大雨之后突然發生數十萬立方米的塌方，中斷交通達半年之久。疏通后，道路向河岸加寬，用半旱橋式擋土墻加固外邊坡。然而內邊坡高崖上還有

23、多處風化裂隙，崩塌的隱患仍然存在！1、目的：（一、目的：（一、2已述）工程地質條件與人類的公路工程活動息息相關，已述）工程地質條件與人類的公路工程活動息息相關，因而對因而對工程地質條件進行調查、研究，作出較全面的評估和提出應采取工程地質條件進行調查、研究，作出較全面的評估和提出應采取的相應措施，以求保證公路工程的穩定性和正常使用的相應措施，以求保證公路工程的穩定性和正常使用，就成為公路工程，就成為公路工程地質學的目的。地質學的目的。2、公路工程地質學的任務是：、公路工程地質學的任務是：評價評價各類建筑場地的各類建筑場地的工程地質條件工程地質條件；預測預測在工程建筑物作用下在工程建筑物作用下地質條件可能出現的變化地質條件可能出現的變化；選定選定最佳的建筑場地和克服不良地質條件所應采取的最佳的建筑場地和克服不良地質條件所應采取