1、工 程 地 质 学,孔 宪 立,绪 论,地质学：研究地球性质的科学。 (土木)工程地质学：研究人类在(土木)工程建设活动中产生的地质问题，特别是不良地质问题的应用学科。它研究人类工程活动与地质环境相互关系，是地质学与工程学紧密结合的学科,一、土木工程地质学研究内容,工程建设 破坏 地质环境例：抽取地下水引起地面沉降、地面塌陷,地质环境 制约 工程建设 例：地震烈度限制城市发展软土地基需处理滑坡迫使工程改线,二、工程地质学任务 研究工程建设与地质环境二者之间的相互制约关系，促使矛盾转化和解决。 既保证工程安全、经济、正常使用，又合理开发和利用地质环境。,工程地质工作是通过工程勘察来实现的,拟定措
2、施,论证问题,选择场地,预测影响,提出建议,与工程有关的地质因素的综合（ 包括）,水文地质,地质结构与构造,地形地貌,物理地质现象,天然建筑材料,三、工程地质条件,岩土类型及性质,四、工程地质问题,工程地质条件与工程建筑物之间的矛盾。 不同结构类型的工程建筑物由于工作方式和对地质体的要求不同，工程地质问题是复杂多样的。 土木工程包括：工民建、道桥、水利、港口、铁路等,工民建 场地稳定性、地基承载力及变形问题 比萨斜塔于1174兴建，1350年完工，为8层圆柱形建筑，全部用白色大理石砌成，塔高545米，塔体总重量达142万吨。建至第三层时，发现塔体开始倾斜，工程被迫停工。塔体出现倾斜的主要原因是
3、土层强度差，塔基的基础深度不够（只有3米深），再加上用大理石砌筑的塔身非常重，因而造成塔身不均衡下沉所致。塔停建96年后，又开始继续施工。为了防止塔身再度倾斜，工程师们采取了一系列补救措施。如，采用不同长度的横粱和增加塔身倾斜相反方向的重量等来设法转移塔的重心。但由于建成的三层倾斜已成事实，所以，全塔建成后，塔顶中心点还是偏离塔体中心垂直线2米左右。600多年来，因松散的地基难以承受塔身的重压，仍然继续而缓慢地向南倾斜。特别是近一个世纪以来，塔已向南倾斜了大约30厘米，斜度达到8度，塔身超过垂直平面51米。1972年10月，意大利发生的一次大地震使斜塔受到了强大的冲击，整个塔身大幅度摇晃达22
4、分钟之久，极其危险。从19世纪开始，人们就对其采取了各种挽救措施。1930年，有关部门在塔基周围施行灌浆法加以保护。意大利政府还于1965年和1973年两次出高价向各界征求合理的建设性意见。,五、各类工程问题,深基坑开挖、降水、对环境影响问题,高层建筑,洞室围岩稳定、承压水的危害问题,地下工程,道路工程,山区滑坡、崩塌、泥石流问题,渗透问题 水平抗滑问题,水利工程,不良地质现象：指对工程建设不利或有不良影响的动力地质作用。如滑坡、崩塌、泥石流等。,五、工程地质学的研究内容：,1、岩石和地质构造的研究 2、土的工程性质及特征的研究 3、地下水的研究 4、不良地质现象的研究 5、工程地质原位测试的
5、研究 6、工程地质勘察及实验的研究,第二节 岩 石,第三节 地质年代及其特征,第一节 主要造岩矿物,第二章 岩石的成因类型及其工程地质特征,地球,氧、硅、铝,铁、镍（外核是液态的,内核是固态）,金属氧化物和硫化物,硅氧(可能是岩浆的发源地),主要化学成分有：,地壳运动主要起因于地幔物质的对流。,地球外圈：,大气圈(atmosphere)：是地球以外的空间,它提供生物需要的CO2和O2,对地貌形态变化起着极大的影响。 水圈(hydrosphere)：由大气圈的水蒸气凝结成降雨形成海洋和湖泊沼泽及地下水。水与地表岩石相互作用，作为最活跃的地质营力促进各种地质现象的发育。 生物圈(biosphere
6、)：渗透在水圈、大气圈下层和地壳表层的范围之中，对于改变地球的形态起着重要的作用。,三、常见的主要矿物,二、矿物的物理性质,第一节 主 要 造 岩 矿 物,一、矿物的基本概念,一、矿物的基本概念,矿物：存在于地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化和物。造岩矿物：构成岩石的矿物 。常见有石英、长石、方解石。绝大多数是结晶质。在自然界已发现的3000多种矿物中，常见的组成岩石的矿物仅20一30余种，这些组成岩石的矿，即“造岩矿物”。自然界中的大多数矿物都具有一定的物理化学性质，研究矿物的物理性质，可以作为对矿物进行肉眼鉴定的依据。,二、矿物的物理性质 1.颜色：矿物的颜色是指其在自然光下所
7、呈现的颜色。又分自色、假色、他色。 2.光泽:矿物表面对可见光的反射能力称为光泽。玻璃光泽：如方解石油脂光泽：如石英断口珍珠光泽：如云母丝绢光泽：纤维石膏蜡状光泽: 如滑石土状光泽: 如高岭石,3.硬度:矿物抵抗机械作用(如刻划)的能力称为硬度。德国矿物学家摩氏取自然界常见的10种矿物作为标准，将硬度分为1度到10度10个等级(滑石-石膏-方解石-刚玉-金刚石） 4.解理、断口：矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光平增面的性质称为解理，开裂的光滑平面称为解理面。不同矿物的解理面可能有一个方向的，也可能有两个或三个方向的，按解理面发育的完善程度，可将解理分为如下几种。不具方向性的不规则断裂面称为断
8、口。（如贝壳状(石英)、参差状(黄铁矿)、锯齿状(自然钢)等,极完全解理：矿物受外力作用，极易沿解理面分裂，解理平整光滑，如云母即有一组极完全解理。完全解理：矿物受外力作用，易于沿解理面裂开，解理面较平滑，如方解石即具有三组完全解理。中等解理：矿物受外力作用，常沿解理面裂开，解理面清楚，但不平滑，且常不 连续，如长石。不完全解理：矿物受外力作用，较难沿解理面裂开，解理面不甚明显，如橄榄石。,三、常见的主要矿物,几种常见的矿物图片,第二节 岩 石,二 、沉积岩,一、岩浆岩,四、三大类岩石的肉眼鉴别,三、变质岩,一、岩浆岩（在地壳上分布面积约占7）.概述 1.概念：岩浆岩是地下深处处于高温高压状态
9、下的岩浆，在地壳运动的过程中沿着地壳的软弱带或深大断裂，向压力较小的地方移动，侵入到地壳的不同部位，其至喷出地表，形成火山，同时由于温度压力的降低，岩浆以不同的速度冷却凝固而形成的各种岩石。其中，岩浆侵入地壳内部所形成的岩石称为侵入岩(深成岩或浅成岩)；岩浆喷出地表后冷却凝固而成的岩石称为喷出岩和火山岩。, 浅成岩：岩浆沿地表裂缝上升距地表较浅处冷凝而成的岩石，矿物结晶较小. 喷出岩：岩浆沿地表裂缝一直上升喷出地表（火山喷发 ）形成的岩石，矿物来不及结晶或结晶较差。,2.分类 按冷凝面岩浆岩的地质环境不同，分为 深成岩：岩浆浸入地壳某深切处冷凝而成的岩石，矿物结晶良好。,3、岩浆岩的产状与周围
10、岩石的关系等称为岩浆岩的产状。常见侵入岩的产状有如下几种(图2-1):,、岩浆岩的矿物成分1.岩浆岩按颜色分浅色矿物：如正长石、石英、白云母等深色矿物：如角闪石、辉石、黑云母、橄榄石等2.按sio2含量分酸性岩类:(sio265%）主要成分为石英、正长石中性岩类:(sio265%-52%）主要成分为正长石、斜长石、角闪石基性岩类:(sio252-45%）主要成分为斜长石、辉 石超基性岩类:(sio245%）主要成分为橄榄石、辉石,.岩浆岩的结构和构造 1.结构：是指组成岩石的矿物的结晶程度、结晶颗粒的大小、形态及互结合的情况。常见的有：全晶质均粒状结构：岩石全部由结晶的矿物颗粒组成。按晶粒的绝
11、对大小又分为：粗粒结构（5）、中粒结构（25）、细粒结构（0.22)、微粒结构（0.2)是深成侵入岩结构特征半晶质结构：岩石由结晶的矿物颗粒和部分未结晶的玻璃质组成。是浅成侵入岩结构特征非晶质（玻璃质）结构：岩石全部由熔岩冷凝的玻璃质组成。是喷出岩结构特征,2. 构造构造：是指矿物在岩石的组成方式和空间分布情况。构造特征主要取决于岩浆冷凝时的环境。岩浆岩中常见的构造类型如下：块状构造:矿物在岩石中分布杂乱无章，不显层次，呈致密块状流纹状构造：岩溶流动时，不同颜色的条纹和拉长气孔等定向排列所形成的流动构造。仅现喷出岩。气孔状构造 ：岩浆凝固时，气体未能及时逸出，在岩石中留下许多孔洞。杏仁状构造：
12、岩石中气孔为后期矿充填形成，多分布于溶岩表层。,、常见的岩浆岩 1.岩浆岩的分类及其鉴定方法（表1-3） 2.常见的岩浆岩酸性岩类：花岗岩、花岗斑岩、流纹岩（色浅，结晶好）中性岩类：正长岩、正长斑岩、粗面岩、闪长岩、闪长玢岩、安山岩基性岩类：辉长岩、辉绿岩、玄武岩（色深，结晶差，多为喷出岩） 肉眼鉴定方法： 确定产状；观察岩石结构、构造 ；确定矿物成 分（主要矿物，次要矿物及其颗粒大小和百分含量）,二、沉积岩（在地壳上分布面积约占75 ） 成因：地表岩石破坏 搬运 沉积 硬结成岩 、沉积岩的物质组成和分类 1沉积岩的物质组成 (1)碎屑物质：由先形成的岩石 经物理风化作用产生的碎屑物 质如石英
13、、长石、白云母等。 (2)粘土矿物：主要是含铝硅 酸盐岩石经强烈化学风化后所 形成的粒径小于0.005mm的矿物，如高岭石、蒙脱石等。,(3)化学沉积物质：是由纯化学或生物化学作用，从溶液中沉淀结晶产生的沉积矿物，如方解石、石膏、铁和锰氧化物或氢化物等。 (4)有机质及生物残骸：由生物残骸或有机化学变化而成的物质，如贝壳、石油、泥炭等。 2.沉积岩的分类 (1)碎屑岩类：主要由碎屑物质组成的岩石。沉积碎屑岩有砾岩、砂岩粉砂岩等。火山碎屑岩有火山角砾岩、凝灰岩等 (2)粘土岩类：主要由粘土矿物及其他矿物的粘土粒组成的岩石。如泥岩、页岩。,(3)化学及生物化学岩类：主要由碳酸盐类的矿物及 部分有机
14、物组成的岩石。如石灰岩、白云岩 沉积岩的结构和构造 1.沉积岩的结构：按组成物质、颗粒大小及其形状等 方面的特点。常见的有以下几种类型。 碎屑结构: 碎屑物质胶结而成。 按碎屑粒径大小分为：砾状结构(粒径2)、 砂质结构(0.25-2)、粉砂质结构(0.005 -0.05) 按胶结物的成分分为： 硅质强度高 铁质易氧化 钙质易溶解 泥质易软化,(2)泥质结构：几乎全由0.005的粘土质点组成。 (3)结晶结构：由溶液中沉淀或经重结晶形成的结构。 (4)生物结构：由生物遗体或碎片组成的结构。 2、沉积岩的构造：组成部分的空间分布及其相互间的 排列关系。最主要构造是层理构造。层理：成层现象。常见有
15、：水平层理、斜层理、交错 层理。层面：层与层之间的界面。层面上可见波痕、泥裂。 岩层：上下两个层面间成分基本一致的岩石。岩层包 括正常层、夹层、变薄、尖灭、透镜体等形态沉积岩还见化石、结核,、常见的沉积岩 (图片） 1.碎屑岩: A.火山碎屑岩：火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩等 B.沉积碎屑岩：可分为砾岩、角砾岩、砂岩、粉砂岩等不同类型。 2.粘土岩:由粘土矿物组成的岩石称为粘土岩。常见的有页岩和泥岩。 3.化学生物化学岩：石灰岩、白云岩,三、变质岩（在地壳上分布面积约占18 ） 概念 变质岩：是由原来的岩石（三大岩）在地壳中 受高温、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
16、构造变化后形成的新的岩石。 变质作用的因素炽热岩浆1.高温 地壳深处的高温构造运动产生2.高压 上覆岩层重量产生的静压力 接触变质带示意图构造运动或岩浆活动引起的横向挤压力3.新的化学成分加入,变质岩的一般特征 1.矿物成分：组成变质岩的矿物种类很多，一部分 是与原岩相同的，如长石、石英、云母、方解石、 粘土矿物等；另一部分则是在变质过程中产生的， 如绢云母、石榴子石、绿泥石、滑石、石墨等。 2.结构和构造 变质岩的结构：(1)变余结构；亦称残留结构。由 于原岩矿物成分重结晶作用不完全，使变质岩仍残 留有原岩的结构特征。,(2)变晶结构：是变质作用过程中，原岩在固态条件下 经重结晶作用而形成的
17、新的结晶质结构。 (3)碎裂结构；在不同应力作用下岩石的矿物颗粒被破 碎成不规则的、带棱角的碎屑，甚至被压碎成极细小 的矿物碎屑和粉末，又被胶结而形成新的结构，称为 碎裂结构 变质岩构造：常见的构造有片理构造和块状构造。 (1)片理构造：片理构造是岩石中所含的大量的片状、 板状和柱状矿物在定向压力作用下，平行排列所形成 的类似层状的构造。可分为如下几种。片麻状构造、片状构造、干枚状构造、板状构造：,(2)块状构造：岩石中矿物颗粒致密、坚硬，无定向排列，所显示的一种构造。 常见变质岩 1.变质岩的分类：表2-5 2.常见变质岩片理状岩类：片麻岩、片岩、千枚岩。块状岩类：大理岩、石英岩。 四、三大
18、类岩石的交换关系（图）和肉眼鉴别 岩浆岩的鉴别方法：先看颜色,再看结构和构造,然后看矿物成 分. 沉积岩的鉴别方法：先看结构（碎屑、泥质、结晶、生物）,再看成分. 变质岩的鉴别方法：先看构造（片状、块状）,再看成分,三 大 类 岩 石 特 征 对 比 表,白云母一组极完全解理、珍珠光泽,方解石三组完全解理、玻璃光泽,石英油脂光泽、中等解理,高岭土土状光泽,滑石蜡状光泽,黄铁矿金属光泽、参差状断口,赤铁矿半金属光泽、无解理,赤铁矿鲕状、半金属光泽,天然产出的水晶,烟色水晶（石英）,天然产出含杂质水晶（石英）,精美的石英加工饰品,玛瑙和玉髓均为隐晶质石英,方解石玻璃光泽、三组完全解理,石膏一组完全
19、解理、丝绢光泽,质纯橄榄石,不完全解理,橄榄石玻璃光泽,橄榄石结核贝壳状断口玻璃光泽,辉石短柱状、二组中等解理,角闪石玻璃光泽、二组中等解理,斜长石二组完全解理、玻璃光泽、灰白色,正长石二组完全解理、玻璃光泽,绿色正长石,黑云母一组极完全解理、珍珠光泽,绿泥石鳞片状珍珠光泽,石榴子石玻璃光泽,刚玉（红宝石）,黄玉,金刚石,滑石一组完全解理、蜡状光泽,结束,岩层(三种岩)交换示意图,火山喷发的原因,火山,火山岩熔洞,火山裂缝,火山受害者,火山灾难,维苏威火山位于意大利那不勒斯湾之滨，海拔1277米，是欧洲大陆唯一的活火山。它的火山口周边长1400米，深216米，基底直径3千米。 维苏威火山在1.
20、2万年中不时喷发，火山口总是缭绕着缕缕上升的烟雾，散发热量足以点燃一张纸。山脚下遍布着果园和葡萄园，而火山上的坡则显得荒凉和险恶。20世纪维苏威火山已发生了6次大规模的喷发。 维苏威火山最著名的一个喷发发生在公元79年，当时赫库兰尼姆和庞培两镇被毁灭。火山喷出黑色的烟云，炽热的火山灰石雨点般落下，有毒气体涌入空气中。庞培城只有1/4的居民幸免于难，其余的不是被火山灰掩埋，就是被浓烟窒息，或者被倒塌的建筑物压死,火山灾难,公元79年8月24日意大利维苏威火山爆发，火山灰吞没的人们,被火山灰覆盖的村庄,火山灾难,火山口,火山颈流出的铁镁质岩脉,火山口,完,火山口的硫磺沉积物,火山口,火山颈流出的铁
21、镁质岩脉,天然形成的火山口,火山口,完,夏威夷毛伊岛上的哈莱阿卡拉火山口，是许多次火山喷发和成千上万的风、雨、流水侵蚀作用后的产物，所有这些作用力加宽和夷平了火山口，使它达到现在的巨大规模。火山口的环绕周边长34千米，大到足以容纳整个纽约曼哈顿岛；火山口深800米。哈莱阿卡拉火山最后一次喷发发生在1790年，所以它是休眠火山-有可能再度喷发，但它已有很长时间没有再喷发了。哈莱阿卡拉以其巨大的深度和宽度，以及海拔3055米的高度，堪称世界上最大的休眠火山。,火山口湖,从飞机上俯瞰火山口湖.,完,火山口湖,完,大约7000年以前，美国俄勒冈州的梅扎马山曾是一座火山，山坡的冰川达300米厚，19千米
22、长。一次巨大的火山喷发炸掉了山顶大约1000米。山体的其余部分崩坍后形成巨大的空洞，溶岩和火山灰从这里喷发而出。随后水充填了空洞，形成了所谓的“破火山口” 或火山口湖。 火山口湖长9.5千米左右，宽89.5千米，深589米，是美洲大陆第二深湖（仅次于加拿大的大奴湖）和世界第七深湖。由于湖水非常清澈，湖泊总是呈深蓝色，水温从不升至13摄氏度以上，已知的湖泊冰冻也只发生过一次。现在，一座名为维扎特岛的新火山锥开始在湖中形成。一堆熔岩碎屑被称作“鬼魂船”，因为它仿佛鬼魂一般悄然航行于湖面上。,火山岩浆,前进的熔岩流,火山锥,冷凝后岩浆(5),冷凝后岩浆,岩熔被,结晶花岗岩-深浸入岩，全晶质等粒结构，
23、矿物分以石英、正长石为主，其次以黑云母、角闪石等。,玻璃质黑曜石,斑状花岗岩,气孔状构造,杏仁状构造,酸 性 岩 类,结晶花岗岩-深成浸入岩，全晶质等粒结构，矿物分以石英、正长石为主，其次以黑云母、角闪石等。,花岗斑岩 浅成浸入岩，斑状结构，成分以石英、正长石为主，其次以黑云母。角闪石等。,酸 性 岩 类,酸 性 岩 类,流纹岩-喷出岩，流纹构造，斑状结构,安山石-喷出岩，斑状结构,中 性 岩 类,闪长岩-深成浸入岩、全晶质等粒结构，块状构造，主要矿物为斜长石、角闪石、其次为黑云母等,基 性 岩 类,玄武岩喷出岩、隐晶质,玄武岩-喷出岩、 隐晶质，气孔构造,辉长岩-浅成侵入岩、块状构造、全 晶
24、质等粒结构,纯橄榄岩-显晶质、超基性,浮石-气孔构造、酸性岩,火山渣-气孔构造、基性岩,水平状层理,斜层理,波痕,泥裂,石灰石中有孔虫化石,三叶虫化石,小无花果树叶化石,树叶化石,超铁镁质结核,碎 屑 岩是由先成岩石经风化剥蚀的碎屑物质，经搬运、沉积、胶结而成的岩石。,凝灰岩-一般由小于2的火山灰细碎屑组成。胶结物为火山灰，孔隙性高，易风化,砾 岩砾状结构，由50以上2的浑圆状砾石胶结而成。成分较复杂。,石英,长石石英,角 砾 岩-砾状结构，由50以上2的棱角状角砾胶结而成。成分较单一。,石 英 长 石 砂 岩,放大,长 石 砂 岩砂质结构，由50粒径介于0.052的砂粒胶结而成。粗粒砂岩。,
25、粉 沙岩-粉砂质结构，由粉砂胶结而成，结构较疏松，强度和稳定性不高。,放大镜下,泥 岩是由粘土脱水胶结而成，以粘土矿物为主。常成厚层状。南宁泥岩多呈灰色，大多遇水软化，具胀缩性,碳酸岩（结晶）,放大镜下,石 灰 岩矿物成分以方解石为主，含少量白云石和粘土矿物。常呈灰色。经重结晶作用可形成结晶灰岩。,片麻岩-片麻状构造，变晶或变余结构。一般强度较高，因具片理构造，故易风化。,泥岩和页岩产生的片麻岩,眼状片麻岩,变余结构，由于重结晶作用不完全，原岩的结构特征部分残留下来。,片 岩-片状构造，变晶结构，矿物成分主要为片状(云母、滑石等)，片理发育，强度低，易风化剥落。,千枚岩多由粘土岩变质而成，矿物
26、成分主要为石英、绢云母等。结晶程度差。强度低，易风化剥落。,大 理 岩-块状构造，白或浅红色，由石灰岩或白云岩经重结晶变质而成，等粒变晶结构。易于开采，很好装饰材料。,石 英 岩-块状构造，白或灰白色等，由较纯石英砂岩变质而成。强度很高，抗风化能力强。,板 岩板状构造，由粘土岩、凝灰岩变 质而成，变余泥质结构。,板 岩,放大镜下,第三节 地质年代及其特征,二、第四纪地质特征,一、地质年代,一、地质年代,地质时代：地球发展的时间段落。 岩层的地质时代分：绝对年代和相对年代两种。绝对年代：指组成地壳的岩层从形成到现在有多少 年。反映岩层形成的确切时间，但不能反映岩层形成 的地质过程。通过放射性元素
27、蜕变周期测定。适用于 岩浆岩、变质岩地区。相对年代：说明岩层形成的先后顺序及其相对的新 老关系，它并不能说明岩层形成的确切时间。通过地 层层序、古生物、岩性对比测定。适用于沉积岩地区,1.岩层相对地质年代的确定方法 沉积岩相对地质年代的确定方法 地层对比法 以地层的沉积顺序为对比的基础。 先沉积岩层在下面，后沉积的在上面，形成沉积岩 的自然顺序。地层接触关系法 不整合接触面以下的岩层先沉 积，年代老，接触面以上的后沉积，年代比较新。岩性对比法 以岩石的组成。结构、构造等岩性 方面的特点为对比基础。,古生物化石法 根据岩层中所含标准化石的地质 年代来确定岩层的地质年代。 岩浆岩相对地质年代的确定
28、方法侵入接触 岩浆侵入于沉积岩层中，使围岩发生 变质现象，说明岩浆侵入体的形成年代比发生变质的 沉积岩的地质年代晚。沉积接触 岩浆岩形成后，经风化剥蚀，后在风 化剥蚀面上产生新的沉积。说明岩浆岩形成的年代早 于沉积岩的地质年代。(图),2.地质年代单位(或称地质时间单位)与地层单位 地质年代单位：宙、代、纪、世、期(从大到小) 地层单位：宇、界、系、统、阶(从大到小) 整个地质年代可以分为太古代、元古代、古生代、中生代及新生代共五个代，代内又划分为纪，纪内再分则为世、期等。与上述地质年代单位分别对应的地层单位是宇、界、系、统，区域性地层单位是阶和带。如古生代形成的地层称为古生界，寒武纪形成的地层标为寒武系等。,二、第四纪地质的特征 地质年代中第四纪是距今最近的地质年代，在第四 纪历史上发生两大变化即人类出现和冰川作用。 土：在第四纪形成的各种松散的、软弱的、多孔的 沉积物或堆积物统称为土。 第四纪沉积物的形成 土的形成过程：地表岩体 风化作用 （物理或化学风化）破碎成岩块或新的物质 经搬运 沉积而形成大小不一的、成分各 异的松散堆积体。这个过程周而复始，一断循环。 土的分类（第四纪）：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、风积土、冰积土等。,沉积接触,侵入接触 沉积接触 侵入与沉积接触,侵入与沉积接触,
