PAGE大學《工程地質學》期末復習章節重點、考點總結第一章巖石和地質結構第一節主要造巖礦物礦物——天然生成的，具有一定物理性質和化學成分的物質,是組成地殼的基本物質單位。（一）礦物的分類結晶質礦物、非結晶質礦物（玻璃質礦物、膠體質礦物）（二）礦物的形態單體形態：①片狀、鱗片狀，如云母、綠泥石等。②板狀；③柱狀；④立方體狀；⑤菱面體狀；⑥菱形十二面體狀。另有多面體狀和針狀。集合體形態：顯晶集合體；隱晶、膠態集合體（三）礦物的光學性質顏色是礦物對光線吸收和反射的物理性能。條痕是指礦物粉末的顏色。光澤礦物表面對光的反射能力。金屬光澤；半金屬光澤；非金屬光澤透明度礦物透光能力的大小。（四）礦物的力學性質硬度礦物的硬度是指礦物抵抗外力刻劃的能力。解理礦物被敲打后，沿一定方向規則破裂的性質斷口完全不具有解理性的礦物，在錘擊后沿任意方向發生不規則斷裂，其斷裂面稱為斷口。第二節巖石巖石是在地殼中按一定規律，由一種或幾種礦物共生組合在一起所形成的天然集合體。根據巖石的成因類型，巖石可以分為三類：巖漿巖熾熱的巖漿液體，自地下深處上升，由于溫度降低，結晶而成的固體。沉積巖由堆積和壓密作用而形成的巖石。變質巖當溫度上升或壓力增大，或二者兼有時，可由任何類型的原巖形成。2.1巖漿巖一、巖漿巖的形成過程巖漿：地殼下面存在著的處于高溫高壓下的，以硅酸鹽為主的熔融狀態的物質。巖漿巖：巖漿沿著地殼薄弱帶侵入地表或噴出地表，隨著溫度降低，最終冷凝而成的巖石。巖漿作用：受地殼運動的影響，巖漿沿著地殼中薄弱、開裂的地帶向地表方向運動的作用。侵入作用巖漿上升未達地表，在地殼中逐漸冷凝的作用噴出作用巖漿上升，沖出地表而冷凝的作用巖漿巖的基本類型侵入巖：深成巖（＞3km）一般具有粗粒結構；淺成巖（≤3km）一般具有中粒結構噴出巖：一般為細粒結構、微晶結構或隱晶結構二、巖漿巖的地質特性（一）巖漿巖的結構1.按結晶程度可分為：全晶質結構、玻璃質結構、半晶質結構2.按礦物顆粒絕對大小可分為：顯晶質結構（偉晶結構，粒徑＞10mm；粗粒結構，粒徑＞5mm；中粒結構，粒徑2～5mm；細粒結構，粒徑0.2～2mm；微粒結構，粒徑＜0.2mm）隱晶質結構3.按礦物顆粒的相對大小可分為：等粒結構、不等粒結構、斑狀及似斑狀結構（二）巖漿巖的構造：塊狀構造、流紋狀構造、氣孔狀構造、杏仁狀構造、珍珠構造、繩狀構造、枕狀構造（三）巖漿巖的礦物成分：最常見的是石英、正長石、斜長石、黑云母、角閃石、輝石、橄欖石等幾種礦物。2.2沉積巖一、概念：指在地表或接近地表的常溫、常壓條件下，由原巖經風化破碎、搬運、沉積和成巖等作用而形成的巖石。二、沉積巖的形成過程母巖的風化破碎作用、沉積物的搬運作用和沉積作用、沉積物的成巖作用三、沉積巖的地質特性（一）沉積巖的結構碎屑結構、泥狀結構、化學結構、生物化學結構（二）沉積巖的構造巖層：在地質特性上與相鄰層不同的沉積層。夾層：夾在厚層中間的薄層稱為夾層。層的尖滅與透鏡體：若巖層在橫向延伸方向不大的范圍內，一側逐漸變薄而消失，稱為層的尖滅；若兩側均尖滅時，則稱為層的透鏡體。層面：分隔不同性質巖層的分界面。可以是平面，但大多是曲面。層的厚度：上下層面之間的垂直距離為層的厚度。（巨厚層＞1.0m厚層0.5～1.0m中厚層0.1～0.5m薄層0.001m～0.1m微層＜0.001m）層理：指一個巖層中礦物或巖屑的顆粒大小、形狀、成分和顏色不同的層交替時顯示出來的紋理。（水平層理、單斜層理、交錯層理、波狀層理）層面構造：在沉積巖巖層層面上往往保留有反映沉積巖形成時的流體運動，自然條件的變化所遺留下來的痕跡，稱為層面構造。頂面構造（波痕、泥裂、鳥足跡、蟲痕、雨痕、腳印）底面構造（底沖刷、槽模）結核：指包裹在沉積巖體中某些礦物集合體的團塊。其成分、結構、顏色等一般與圍巖不同。化石：指埋置在沉積巖中的各地質時期古生物的遺體和遺跡，是沉積巖獨有的構造特征，是研究地史、生物進化的重要依據。（三）沉積巖的礦物成分常見礦物：石英、長石、白云母特有礦物：鹽類礦物、碳酸鹽礦物、粘土礦物、生物組分幾乎無：橄欖石、輝石、角閃石和黑云母四、沉積巖分類：碎屑巖類（碎屑＋膠結物＋雜質）：角礫巖、礫巖、砂巖粘土巖類（主要是粘土礦物組成，粘土礦物顆粒直徑常小于0.005mm，含量＞50%）化學巖及生物化學巖2.3變質巖一、變質巖的形成過程變質作用——指原巖基本上在固態下，主要由于溫度、壓力及化學活動性流體的作用，而使其成分、結構、構造等發生變化的地質作用。變質作用的影響因素：溫度（一般在150～900℃）壓力（上百GPa到上千Gpa）化學活潑性流體（發生化學交替或分解作用，形成新礦物）變質作用的主要類型：接觸變質作用、交代變質作用、動力變質作用、區域變質作用二、變質巖的地質特性（一）變質巖的結構壓碎結構：碎裂結構、碎斑結構、糜棱結構變晶結構（變質程度較深，礦物重結晶較好，基本為顯晶，是多數變質巖的結構特征）變余結構（變質程度淺，重結晶作用不完全，原巖的結構特征，可部分殘留下來）（二）變質巖的構造片理構造（板狀構造、千枚狀構造、片狀構造、片麻狀構造）、塊狀構造三、變質巖分類：動力變質巖類、接觸變質巖類、區域變質巖類、交代變質巖類第三節地質年代一、絕對年代法二、相對年代法：是通過比較各地層的沉積順序、古生物特征和地層接觸關系來確定其形成先后順序的一種方法。三、相對年代的確定方法地層層序法、生物演化律法（在不同層位的巖層中包含的化石各不相同、在不同地區含有相同化石的地層屬于同一時代）、地層接觸關系法第四節地質構造地質構造就是指緩慢而長期的地殼運動使巖石發生變形，產生相對位移，形變后所表現出來的種種形態。４．１地殼運動及地質作用地殼運動——主要是指由地球內力引起巖石圈的變形、變位以及洋底的增生和消亡的作用。地質作用——是指由自然動力引起地球的物質組成、內部結構和地表形態發生變化的作用。主要表現為對地球的礦物、巖石、地質構造和地表形態等進行的破壞和建造作用。各種地質作用（內、外）：一方面不斷地破壞原有的物質成分（礦、巖），地質構造和地表形態。另一方面又不斷地形成新的物質成分（礦、巖），地質構造和地表形態。破壞→建設→再破壞→再建設，循環反復，促使地殼不斷的變化和發展。４．２巖層及巖層的產狀一、巖層：由同一巖性組成的，有兩個平行或近于平行的界面所限制的層狀巖石。二、巖層產狀：巖層在地殼中的空間方位。是以巖層面的空間方位及其與水平面的關系來確定的。三、巖層的露頭形態和寬度：決定于巖層產狀、地形及二者的相互關系。水平巖層的露頭分布形態，完全受地形的影響，在地質圖上，其地質界線與地形等高線平行或重合。直立巖層的地質界線是沿其走向作直線延伸，不受地形影響。傾斜巖層露頭分布形態則較復雜，表現出地質界線與等高線相交的曲線延伸，并有一定規律，當其穿過溝谷或山脊時，露頭線均呈“V”字形，故此規律又稱為V字形法則。若地層沒有倒轉，地質界線V字形尖端溝谷處指向新地層，山脊處指向老地層。V字形法則適用于巖層界面、斷層面、不整合面等露頭線的分布形態。四、地層的接觸關系地層——在一定地質時代內形成的一套巖層統稱為那個時代的地層。地層的接觸關系——指上下地層之間在空間上的接觸形式和時間上的發展狀況。整合接觸：上下兩套地層連續沉積，產狀也基本相似的的接觸關系。（時代連續，沒有間斷；上下巖層的產狀基本平行一致；地殼相對穩定，沉積環境持續穩定）不整合接觸（存在沉積間斷）：平行不整合（上下巖層的產狀基本平行一致；在兩套地層之間缺失了一些時代的地層，存在沉積間斷；這一地史時期地殼曾經發生過顯著的升降運動）角度不整合（上下巖層的產狀不平行；在兩套地層之間缺失了一些時代的地層，存在沉積間斷；發生過顯著的水平運動和升降運動）４．３褶皺構造一、褶皺構造的類型（一）復背斜和復向斜（二）隔擋式褶皺和隔槽式褶皺五、褶皺構造的辨認（一）褶曲的野外觀察法1.通過橫向、縱向的觀察，找地層界線、斷層線、化石等，觀察巖層是否有對稱重復出現的現象；2.比較核部與兩翼巖層的新老關系，比較兩翼巖層的走向和傾斜；3.研究兩翼相當層的平面形態。（二）褶皺內部構造的認識順層剪切褶皺、層面擦痕、牽引褶皺、虛脫現象和鞍狀礦體六、褶皺的形成時代介于參加褶皺的最新地層與上覆未褶皺的最老地層之間。七、褶皺的工程意義根據褶皺兩翼對稱重復的規律，在褶皺的一側發現沉積型礦層時，可預測在另一側也可能有相應的礦層存在；石油常儲存在背斜的頂部。除此以外，背斜核部的巖層常常較為破碎，如果水庫位于此就易于漏水，工程建設時必須注意到這一點。４．４斷裂構造斷裂構造——指巖層受構造運動的作用，當所受的構造應力超過其破裂強度時，巖石或巖塊失去連續性而產生斷裂的地質構造。一、節理（一）節理分類1．按與巖層產狀的關系分為：走向節理、傾向節理、斜交節理2．按力學性質分類：剪節理—由剪應力產生的破裂面（特征：長、大、平直光滑，延伸穩定，常常呈“X”型，可切穿礫石）；張節理—由張應力產生的破裂面（特征：短、小、粗糙不平，延伸不遠，常呈豆莢狀、樹枝狀，常繞開礫石）3．按節理成因分類：原生節理、構造節理、表生節理4．按節理與褶皺軸的關系分類：縱節理、斜節理、橫節理（二）節理發育程度分級依據：節理的組數、密度、長度、張開度及充填情況節理不發育：節理1～2組，規則，為構造型，間距在1m以上，多為密閉節理，巖體切割成大塊狀節理較發育：節理2～3組，呈X形，較規則，以構造型為主，多數間距大于0.4m，多為密閉節理，部分為張開節理，少有充填物，巖體切割成大塊狀節理發育：節理3組以上，不規則，呈X型或米字型，以構造型或風化型為主，多數間距小于0.4m，大部分為張開節理，部分有充填物，巖體切割成塊石狀節理很發育：節理3組以上，雜亂，以風化和構造型為主，多數間距小于0.2m，以張開節理為主，有個別寬張節理，一般均有充填物，巖體切割成碎裂狀（三）節理的工程地質研究觀測研究節理時，首先應注意節理的性質、礦化現象、先后次序、空間的相互關系和形成的時代，其次是原地巖石性質，產狀和所處的構造部位。（四）節理調查研究的內容1.節理的成因類型、力學性質；2.節理的組數、密度和產狀；3.節理的張開度、長度和節理面壁的粗糙度；4.節理的充填物質及厚度、含水情況；5.節理發育程度分級。（五）節理對工程的影響1．是地下水的通道。加速巖石的溶解破壞，尤其在可溶鹽地區易形成溶洞，發育成為地下暗河；2．加速風化作用和凍脹作用；3．降低巖石力學強度，降低工程的穩定性；4．降低爆破效率；5．降低地基承載力。二、斷層（一）斷層的分類1．根據斷層兩盤相對運動的方向分為：正斷層：上盤相對下降或下盤相對上升的斷層。逆斷層：上盤相對上升或下盤相對下降的斷層。輾掩斷層一般規模巨大，常有時代較老的地層被推覆到時代新的地層之上，形成推覆構造。逆沖推覆構造發育地區遭受強烈侵蝕切割，將部分外來巖塊剝蝕掉而露出下伏原地巖塊。在一片外來巖塊中露出一小片由斷層圈閉的原地巖塊，常常是較老地層中出現一小片由斷層圈閉的較年輕地層，這種現象稱為構造窗。如果剝蝕強烈，外來巖塊被大片剝蝕，只殘留小片孤零零的外來巖體，稱為飛來峰。飛來峰表現為原地巖塊中殘留一小片由斷層圈閉的外來巖塊，常常是較年輕的地層中殘留一小片由斷層圈閉的較老地層。飛來峰常常成為陡立的山峰。平移斷層：兩盤沿斷層走向相對移動的斷層。（二）斷層的野外鑒別與研究1．構造上的標志（構造線不連續）2．地層上的標志（地層的重復或缺失）3．斷層的伴生現象牽引彎曲、擦痕、摩擦鏡面、滑動槽子等也是幫助判斷斷層存在的標志4．地貌、水文地質和植被上的標志(1)斷層崖、斷層三角面、大裂谷(2)串珠狀的湖泊或洼地，泉水的帶狀分布，常表明有大斷帶存在(3)正常延伸的山脊突然錯斷，正常流徑的河流突然產生急轉彎〈斷層兩盤相對平移〉(4)植物也可作為參考，有時沿斷層兩側因巖性不同，而生長截然不同的植物群落，有時則在斷層帶上生長著特殊的植物（四）斷層兩盤相對運動方向的判別1.根據兩盤地層的新老關系2.褶曲核部地層寬度的變化：背斜上升盤核部地層變寬；向斜上升盤核部地層變窄3.根據牽引現象：牽引現象的弧形突出彎曲方向指示本盤運動方向4.根據標志層的錯動5.斷層角礫6.擦痕（斷面上平行而密集的溝紋）和階步（擦痕及鏡面末端常出現的“坎”）鏡面（斷面上局部平滑而光亮的面）7.符號（在地質圖上，斷層一般用粗紅線醒目地標示出來，斷層性質用相應符號表示）（五）確定斷層的形成時期利用不整合接觸關系；利用斷層與各類地質體的切割關系（六）研究斷層在工程上的意義：1．斷層可增大巖石的透水性和含水性；斷層的交叉處常是地下水出露的地段；2．斷層可以降低巖石的堅固性和穩定性，造成隧道工程、礦井工程或壩基等塌陷的危險。４．５地質構造對工程建筑物穩定性的影響一、邊坡與地質構造的關系邊坡中的各種結構面對斜坡穩定性有著重要的影響。特別是軟弱結構面與斜坡臨空面的關系，對斜坡穩定起著很大作用。1.平疊坡：主要軟弱結構面為水平的。這種斜坡一般比較穩定。2.順向坡：軟弱結構面的走向與邊坡面的走向平行或比較接近，且傾向一致的邊坡。（邊坡傾角小于巖層傾角時穩定，反之不穩定）3.逆向坡：軟弱結構面的傾向與坡面傾向相反，這種邊坡一般是穩定的。4.斜交坡：軟弱結構面與坡面走向成斜交關系。其交角越小，穩定性越差。5.橫交坡：軟弱結構面的走向與坡面走向近于垂直。這類邊坡穩定性較好，很少發生大規模的滑坡。二、隧道與地質構造的關系1.水平或傾斜不大的巖層：較堅硬的厚層巖層中較為穩定、軟硬相間的巖層中易發生坍方。2.直立巖層：堅硬巖層、地下水很少，一般是較穩定的；層薄又有軟弱夾層，只要有少量的地下水活動，也會造成較大的地層壓力，將有掉塊和坍塌冒頂的可能。3．傾斜巖層：巖層傾斜角度的大小和巖層的性質是影響隧道穩定性的關鍵因素（巖層傾角較大且有軟弱夾層時易發生順層滑動）。4．褶曲：在褶曲地段修筑隧道，最好選在翼部通過或橫穿褶曲軸。在選線中對于千枚巖以及粘土巖等地層的褶曲層，應予避開。因為這些巖層石墨化后形成滑面，易引起滑塌。5．斷層：應盡量避開大斷裂帶；若條件不允許時，線路中線也應與斷層走向盡量直交。三、橋基與地質構造的關系1．橋墩位置的布置：橋墩一般不宜放置在斷層破碎帶上。2．橋基的穩定性（巖層的產狀、偏力、斷層破碎帶、軟弱帶對橋基的穩定性有很大影響）（1）當巖層產狀傾向下游，其中又有軟弱夾層時會因水的沖蝕影響到基礎的穩定性，如果軟弱夾層較厚，會使基礎受力不均，產生不均勻沉陷以致發生破裂現象；（2）若地基位于斷層破碎帶，一般是不穩定的，應加以特別處理，否則會出現不均勻沉陷或產生基礎滑動；（3）當兩種不同巖層接觸，其接觸面較陡時，基礎最好設計在單一巖層上，因接觸面一般是軟弱帶。４．６地質圖一、各地質因素在地質圖上的反映（一）地層巖性及地質構造等1．水平巖層：地形等高線與地質界線平行或重合，呈帶狀分布；2．傾斜巖層：遵從V字形法則；3．直立巖層：在地質圖上表現為一條不受地形影響的直線；4．褶皺巖層：地質界線切割地形等高線5、斷層：在地質圖上通常用紅色的或較粗的線醒目地表示斷層，在斷層線上，一般還用符號說明斷層的類型和產狀。（二）各種接觸關系在地質圖上的表現1．整合接觸：時代連續，地質界線呈平行帶狀分布；2．平行不整合：時代不連續，地質界線呈平行帶狀分布；3．角度不整合：新地層的地質界線遮斷了老地層的地質界線，中間有地層缺失；4．侵入接觸：侵入體的界線破壞了圍巖界線的完整性；5．沉積接觸：沉積巖的露頭界線折斷了侵入體的邊界線。1．水平樞紐，軸面傾斜，P2之后形成的傾斜背斜；2．F1斷層，逆斷層＞45°，屬沖斷層，在背斜后形成，形成于P2之后，J之前；3．接觸關系：整合：C～P1，P1～P2平行不整合：Ｃ～O2，O2～C角度不整合：P1～J，P2～J，P2～K，C～J，J～K第五節巖石和巖體的工程性質一、巖石的工程性質1、物理性質：密度（ρ）和重度（γ）：ρ、ρsat、ρd（γ、γsat、γd）等顆粒密度（ρs）和比重（ds）：ds=ρs/ρw孔隙比（e）與孔隙度（n）：裂隙率（KT）（ρ、ρs↑，n、e↓，巖石的工程性質↑）2、風化作用地表及地面以下一定深度的巖石，在氣溫變化、水溶液、氣體及生物等各種營力的作用下，逐漸產生裂隙、發生機械破碎和礦物成分的改變，喪失完整性的過程。（1）物理風化：巖石在自然因素作用下，發生機械破碎，而無明顯的成分改變（巖石的熱脹冷縮、冰劈作用、鹽類結晶的撐裂作用、巖石的釋荷）。（2）化學風化：地表巖石受水、氧及二氧化碳的作用而發生化學成分的變化，發生破碎并產生新礦物的作用（溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用、碳酸化作用）。（3）生物風化：由于生物的活動對巖石與礦物所引起的破壞作用，包括機械破壞與化學破壞。影響巖石風化的因素：１、巖石成因：巖石的形成環境與目前所處的環境的差異小，則抵抗風化的能力就強，反之則容易風化。沉積巖＞巖漿巖和變質巖沉積巖：碎屑巖＞化學巖和生物巖巖漿巖：酸性巖＞基性巖變質巖：淺變質＞深變質3、礦物成分巖漿巖抗風化能力的強弱與礦物從巖漿中分異出來的順序相反；單礦巖的抗風化能力強于復礦巖；淺色礦物（如正長石）抗風化能力強于暗色礦物（如：橄欖石等）；同種元素在不同的礦物中抗風化能力不同（如石灰巖中的Ca易風化，而斜長石中的Ca相對難風化）。4、結構和構造從結構上看，抗風化能力：均勻、細粒結構＞粗粒結構；等粒結構＞斑狀結構；隱晶質巖石最不易風化；基底式膠結＞孔隙式膠結；Si質膠結＞Ca質膠結＞泥質。從構造上看，抗風化能力：致密的塊狀巖石＞各向異性的層理、片理狀巖石；厚層巖石＞薄層狀巖石。5、地質構造：褶曲軸部、斷層破碎帶及其附近裂隙密集的地方，巖石易風化。影響巖石工程性質的主要因素：1.巖石性質：成因、礦物成分、結構、構造2.地質構造；3.風化作用（風化的程度）；4.水的作用（①天然的溶劑②天然的潤滑劑）防治風化的措施：1.向巖石孔隙、裂隙中注漿，提高巖石的整體性和強度；2.在巖石表面噴抹水泥砂漿、瀝青或用石灰－水泥砂漿封閉巖面；3.清除厚度不大的嚴重風化層；4.若嚴重風化層厚度較大不能全部清除時，對于地基工程可采用樁基穿透風化層落在新鮮巖石上；邊坡、隧道工程可根據風化層厚度和風化程度采用加強支護、支擋、襯砌等措施。二、巖體工程地質特性整體塊體狀結構：強度高, 各向同性,抗風化能力強.層狀結構：強度較高,各向異性,層間滑動.碎裂結構：強度低,完整性差.散狀結構：強度最差,碎石類土,各向異性..第三章地下水（一）地下水的兩種存在形式：巖石“骨架”中的水：礦物結合水，如沸石水、結晶水和結構水。巖石空隙中的水：結合水（吸著水、薄膜水）、重力水、毛細水、固態水和氣態水。1.氣態水：水蒸氣狀態。不能直接被利用，也不能被作物吸收，但通過自身的遷移和蒸發凝結可以改變地下水的分布。2.結合水：由于靜電引力作用，吸附在巖石顆粒表面的水。根據結合的緊密程度的不同，結合水可分為吸著水和薄膜水吸著水（強結合水）：吸附在巖石顆粒的表面較近處特點：a、水在巖石顆粒表面結合非常緊密，吸附力達10000個大氣壓，近似于固態，不同于一般的液態水。b、很難用機械的方法