工程地质1.3.2沉积岩
清华大学-土力学与地基基础学课后习题答案
《土力学地基基础》第四版习题集解答第一章 工程地质1.1 如何鉴定矿物？准备一些常见的矿物，如石英、正长石、斜长石、角闪石、辉石、方解石、云母、滑石和高岭土等，进行比较与鉴定。
1.2 岩浆岩有何特征？准备若干常见的岩浆岩标本，如花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、玢岩和辉岩进行鉴定。
1.3 沉积岩最显著的特征是什么？准备多种常见的沉积岩标本，如砾岩、角砾岩、砂岩、凝灰岩、泥岩、页岩、石灰岩和泥灰岩等，进行对比鉴定。
1.4 变质岩有什么特征？准备几种常见的变质岩，如大理岩、石英岩、板岩、云母片岩和片麻岩进行比较与鉴定。
1.5解：水池长度、宽度、高度分别为50、20、4m 壁厚0.3m。
水池与地面齐平。
1）底板浮力计算：底板~水面之间的水位深度h=4-2.5=1.5m底板静水压力强度：Pw=γw h=10×1.5=15KPa=15KN/m 2底板面积S 底板=50×20=1000m 2底板上的浮力P 浮= Pw×S 底板=15000KN2）不考虑钢筋混凝土水池自重的侧壁摩擦阻力F 1和抗浮安全系数计算：钢筋混凝土水池的侧壁面积S 侧壁=2×[（50×4）+（20×4）]= 560m 2已知侧壁与土体之间的摩擦强度为μ=10KPa； 侧壁总摩擦力F 1=μ×S 侧壁=10×560＝5600KN∵F 1＜P 浮，抗浮安全系数K= F 1/P 浮=5600/15000=0.37＜1，∴在不考虑钢筋混凝土水池自重时，水池刚竣工，未充水，也不考虑池中水重量，此时不安全。
3）考虑钢筋混凝土水池自重的抗浮安全系数计算：钢筋混凝土的重度一般为γ砼=24KN/m 3；钢筋混凝土水池四个侧壁体积V 1=2×[（50×4×0.3）+（20-2×0.3）×4×0.3]=166.56m 3扣掉侧壁厚度尺寸后钢筋混凝土水池底板体积V 2：V 2=[（50-0.6）×（20-0.6）] ×0.3=287.5m 3所以，水池本身钢筋混凝土的体积V=V 1+V 2=454 m 3钢筋混凝土水池重量W=γ砼×V=24×454＝10896KN∵F 1+W=16496＞P 浮，抗浮安全系数K= 16496/15000=1.1＞1， ∴在考虑钢筋混凝土水池自重时，此时安全。
工程地质思考题及答案
一：分析三大岩的成因、矿物成分、结构及构造特征，并比较其不同之处。
1岩浆岩成因：高温熔融的岩浆在向地表上升过程中，由于热量散失逐渐经过分异等作用冷凝而形成岩浆岩。
岩浆岩形成的方式有两种：一种是岩浆的侵入形成侵入岩，另一种是火山的喷出形成喷出岩。
岩浆岩矿物成分：1浅色矿物如石英、正长石斜长石、白云母等。
2）深色矿物如黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等。
岩浆岩结构：全晶质结构（等粒结构似斑状结构），半晶质结构（斑状结构），非晶质结构岩浆岩构造：块状构造流纹状构造气孔状构造杏仁状构造2沉积岩成因：岩石、矿物在内外力作用下破碎成碎屑物质后，经水流、风吹和冰川等的搬运，堆积在大陆低洼地带或海洋，再经胶结、压密等成岩作用而形成的岩石称为沉积岩。
沉积岩矿物成分（1）碎屑物质。
（2）粘土矿物（3）化学沉积矿物（4）有机质及生物残骸沉积岩结构：碎屑结构泥质结构结晶结构生物结构沉积岩构造：层理构造。
沉积岩的层理构造、层面构造和含有化石是沉积岩在构造上区别于岩浆岩的重要特征。
3变质岩成因：岩浆岩或沉积岩在高温、高压或其他因素作用下，经变质作用所形成的岩石称为变质岩。
变质岩矿物成分（1）原生矿物（2）变质矿物变质岩结构：变质岩的结构与岩浆岩类似，以结晶结构为主；变质岩构造: 片理构造(板状构造片状构造千枚状构造片麻状构造 ). 块状构造二：1.简述影响岩石工程性质的因素。
内因:1组成岩石的矿物成分:•单矿岩比复矿岩耐风化.矿物的硬度大，岩石抗压强度高。
矿物的相对密度大，岩石相对密度也大，岩石抗压强度高.深色矿物的抗风化能力要比浅色矿物的抗风化能力差.在岩浆岩中酸性岩比基性岩的抗化学风化能力高；沉积岩抗风化能力要比岩浆岩和变质岩高。
2 结构、构造等:结晶结构的岩石孔隙度小，吸水率低。
在荷载作用下变形小，弹性模量大，抗压强度高，细晶岩石的强度要高于同成分的粗晶岩石的强度，胶结连结3.片理构造、流纹构造等影响岩石的物理力学性质:层理、节理、裂隙和各种成因的孔隙，使岩石结构的连续性与整体性受到一定程度的影响或破坏，从而使岩石的强度和透水性在不同方向上发生明显的差异; 外因:即由来自岩石外部的客观因素，如气候环境、风化作用、水文特性等。
《工程地质》教材目录,齐文艳、包晓英主编
12.4 变质岩鉴别
12.5 地质构造鉴别
任务13 野外地质技能训练
13.1 野外工作的基本方法和技能
13.2 野外观察各种地质现象
13.3 地质实习报告的编写
13.4 地质实习报告实例 参考文献 源自任务11 工程地质勘察。
项目3 工程地质技能训练
包括：任务12 实验室实训项目、任务13 野外地质技能训练。
《工程地质》可作为高等院校土建类道路桥梁工程技术等相关专业的教材，
也可作为工程技术人员和科研人员的参考用书。
绪论
0.1 工程地质的基本概念
8.5 地下工程特殊地质问题
实验五 液塑限测定试验
任务9 地基工程的工程地质问题
9.1 岩质地基的工程地质问题
9.2 土质地基的工程地质问题
实验六 击实试验
任务10 边坡的工程地质问题
10.1 边坡变形破坏的基本类型
10.2 影响边坡稳定性的因素
10.3 边坡的坡形及应力分布特征
4.1 地貌概述
4.2 山地地貌
4.3 平原地貌
4.4 河谷地貌
4.5 第四纪地质
任务5 认识地表水的地质作用
5.1 暂时性水流地质作用及其堆积物
5.2 河流的地质作用及其堆积物
任务6 认识地下水的地质作用
6.1 地下水概述
6.2 地下水的类型
6.3 地下水对土木工程的影响
0.2 工程地质在工程建设中的作用
0.3 工程地质课程教学要求及特点
项目1 工程地质基础知识
任务1 地球的演化
1.1 地球的物理性质与圈层构造
沉积岩名词解释
沉积岩名词解释沉积岩是地质学家用来描述地表地质元素的一种术语。
沉积岩是由沉淀、碎屑和细菌活动形成的，它们在洪水、海啸、火山爆发、地壳运动、冰川活动和风化等作用下形成，主要包括沉积物、灰岩、火山岩等。
一、沉积物沉积物就是指由自然因素，如河流搬运的土砂、泥沙、矿物等沉积在地表的岩石。
它们可以通过地质变化过程，如地壳运动、古生代洪水、冰川历史、海洋运动等，经过漫长的地质时期而形成。
沉积物一般分为沉积砂、沉积泥和沉积石三类。
1、沉积砂沉积砂是由河流、海洋和湖泊等水体搬运来的细砂粒组成的岩石，也是最常见的沉积岩之一。
它们通常是由石英、长石和黑色砂组成的，具有较好的热稳定性和耐腐蚀性。
沉积砂可以用于水利、道路、建筑物和路面等工程建设。
2、沉积泥沉积泥是由河流、湖泊和海洋等水体搬运的细颗粒泥沙组成的岩石，具有良好的耐磨性和热稳定性，适用于水利、农田灌溉、道路和路面工程等建设。
3、沉积石沉积石是由河流、湖泊和海洋等水体搬运的细石粒组成的岩石，具有抗压强度和水分较低的性能，可以用于水利工程、地面修复和路面工程等建设。
二、火山岩火山岩是一种因火山爆发而形成的岩石，由碳酸盐、硅质矿物和长石等构成。
火山岩的形状及颜色因其成分的不同而异，可分为安山岩、玄武岩、花岗岩和石英质岩等。
火山岩抗压强度较高，具有耐酸、耐腐蚀和耐热性良好的特点，多用于建筑物和港口等工程建设，也可用于石油和矿物的开采。
三、灰岩灰岩是一种以石英、碳酸盐和次生碳酸盐等构成的岩石，因其特殊的颜色而得名。
它是由大量来自海洋环境的灰尘、沉淀物和细菌活动形成的，具有独特的物理性质和化学性质。
灰岩具有耐冲刷、耐腐蚀和耐冻性良好的性质，可以用于水利、道路建设和建筑物等建设工程中。
总之，沉积岩是地质学家用来描述地表地质元素的一种术语，包括沉积物、灰岩、火山岩等。
它们可以用于水利、道路建设、建筑物、港口和石油等工程建设，具有耐腐蚀、耐冻和耐热性良好的特点。
沉积岩也是地球历史纪录书，可以了解过去洪水、火山活动、冰川运动等地质活动。
工程地质岩芯编录
工程地质岩芯编录（贵州地调）1 工程地质岩性描述的内容地层岩性描述是工程地质测绘的基本内容，是查明各种地质现象的基础，也是评价工程地质条件的基本因素，因此必须重视对地层岩性的描述。
为了建立描述上的共同语言，正确反映各种岩层的特性，特提出本内容，以供参考：岩石的描述一般应包括地质年代、岩石名称、风化程度、颜色、主要矿物、结构、构造、岩芯完整程度、坚硬程度。
除此以外，对各类不同的岩层，还应有下列不同的描述重点：1.1 沉积岩类对碎屑岩类应描述：颗粒的大小、形状、成份、分选情况，胶结类型和胶结物质的化学成份，层理（平行层理、斜层理、波状层理和交错层理），层面构造（如波痕、泥裂等）和结核等。
对泥质岩类应描述物质成份，结构层面软化、泥化和崩解特性等。
对化学和生物岩类应描述化学成份，结晶情况，特殊的结构和构造（如鲕状结构、晶粒结构、生物结构、碎屑结构，竹叶状构造、斑点状构造，虎斑状构造等），层面特征及可溶性与岩溶现象等。
☆胶结类型：可分为基底式胶结、孔隙式胶结、接触式胶结。
a.基底式胶结b.孔隙式胶结c.接触式胶结☆沉积岩的构造按层理的稳定性分为平行的、斜层的及交错的,另外还有波状的；按层厚则分为巨厚层（h＞1m）、厚层（0.5m ＜h ≤1m ）、中厚层（0.1m ＜h ≤0.5m ）、薄层（0.01m ＜h ≤0.1m ）、微层（页片理）（0.001m＜h≤0.01m）、显微层（h＜0.001m）。
☆层面构造：主要有波痕、泥裂等。
a.波痕——在尚未固结的沉积层面上，由于流水、风或波浪的作用形成的波状起伏的表面，经成岩作用后被保存下来。
b.泥裂——是未固结的沉积物露出水面干涸时，经脱水收缩干裂而形成的裂缝。
☆结核——指在成分、颜色、结构等方面与周围沉积岩具有明显区别的矿物集合体。
有球形、椭球形、透明状以及不规则状等。
☆沉积岩按胶结物分为：硅质、铁质、钙质及泥质等。
硅质－强度高,铁质－易氧化,钙质－易溶解,泥质－易软化。
1.3岩石
•层理构造(stratification)（水平层理、波 状层理、斜层理等） •层面构造(bedding plane)（雨痕、泥裂等）
沉积岩的层理构造
沉积岩地貌
沉积岩的特征
同一层内碎屑颗粒向上逐渐变细，称为递变层理。 波痕与泥裂构造： 波痕是层面呈波状起伏的现象，是由流水或风引起的； 泥裂是滨海或滨湖地带泥质沉积物暴露水面失水收缩 形成的，是由岩层表面向下的多边形裂隙。 在沉积岩中还可看到许多化石，它们是经石化作用 保存下来的动植物的遗骸和遗迹，如三叶虫、树叶等， 常沿层理面平行分布。根据化石可以推断岩石形成的 地理环境和确定岩层的地质年代。 注意：沉积岩的层理构造、层面特征和含化石是沉积 岩区别于其它岩类的一个重要特征。
volcano
1. 岩浆岩的物质成分
岩浆岩的化学成分 地壳中存在的元素在岩浆岩中几乎都有，但其含量不同，主要 元素是O、Si、Al、Fe、Mg、Cu、Na、K、Ti其含量占岩浆岩的 99.25%。 岩浆岩中的各种氧化物随SiO2的增减作有规律的变化。
岩浆岩的矿物成分
常见的岩浆岩矿物只有6～7种，即橄榄石、辉石、角闪石、黑 云母、斜长石、钾长石和石英等，除石英是氧化物外，其它都是 硅酸盐和铝硅酸盐矿物。分布最广的是长石，占岩浆岩总质量的 63%，其次是石英、辉石、角闪石和云母。 组成岩浆岩的矿物，根据颜色，可分为浅色矿物和深色矿物： 浅色矿物：有石英、正长石、斜长石及白云母等。 深色矿物：有黑云母、角闪石、辉石及橄榄石等。
大规模花岗岩岩基
岩墙
岩脉
岩墙与岩脉的区别：一般说，岩墙与围岩之间没有成因上的联系， 而岩脉则有成因上的密切关系。例如，一个深成岩体当其主体部分 凝固之后，而其内部还残留有未凝固的岩浆，这部分残余岩浆可以 侵入到母岩中去形成岩脉。如在花岗岩体中经常见到有贯入其中的 伟晶岩脉或细晶岩脉，它们之间就有成因上甚至成分上的联系。比 方一个岩浆体侵入石灰岩，二者就无任何成因上的关系，这就是典 型的岩墙。
工程地质第4讲：沉积岩
（2）岩浆岩和沉积岩中都常见：长石、石英、 白云母；
（3）沉积岩中所特有：盐类矿物、碳酸盐类矿 物、黏土矿物、生物组分。
2.沉积岩化学成分： 二者在化学成分上很相似。但也有差别。 如铁的含量近似相等，沉积岩：Fe2O3 >FeO， 岩浆岩中FeO>Fe2O3； 沉积岩:Na<K，岩浆岩Na=K, 沉积岩:Mg>Ca，岩浆岩Ca>Mg； 沉积岩:富H2O和CO2；而岩浆岩中几乎没有。
2．波痕：由风、水流或波浪等介质运动， 在沉积物表面所形成的一种起伏构造。
（1）流动波痕： （2）摆动波痕：
流动波痕的不对称性反映波痕形成时水流 或风力的方向:陡坡倾斜方向指示水流或风力的 方向；
摆动波痕指示地层顶底面:即波峰尖的方向 指示岩层的顶面。
3．泥裂： 利用泥裂上开下合的特征，可以用来确定地
一、沉积岩形成过程 （一）形成条件
沉积岩是在地表或近地表条件下，也即在常 温、常压、水、大气、生物作用下形成。
温度：地表最高850C（非洲中部），最低750C（北极），温差达1500C，一般某地的温差 50~600C，地下温度可较高，达150~2000C。大于 该温度沉积岩则向变质岩转变。
压力：地表一般1atm(约101KPa)，高山上小 于1atm，在水下，每增加10m增加1atm，最深处 （马里亚纳海沟）约10000m，压力或达1000atm。 地下压力可达1500 atm。但当压力大于1500 atm时，则沉积岩向变质岩转变。
工程地质(沉积岩部分)
沉 积 相
海 侵
海侵与海退
1.成 因
2.组 成 3.结构 4.构造
5.分 类
6.代表性沉积岩
1.沉积岩的成因
沉积岩的形成有两种途径：
机械搬运、沉积、固结成岩 由风化作用或火山作用的 产物经以这种方式形成的沉积 岩称碎屑岩。
化学沉积成岩
在地表常温、常压条件下 由水溶液沉淀而形成化学岩， 然而自然界大多水盆地化学沉 淀过程中都有生物参与，所以 通常又称为生物化学岩。
6． 常 见 的 沉 积 岩
沉积岩类型
砾岩、砂岩与页岩
角砾岩与砾岩
砂 岩 的 类 型
常见的化学沉积岩
7. 沉积岩工程地质性质综合评价 ⑴ 由硅质、钙质（碳酸盐等）胶结而成的砾岩（角砾岩）、砂 岩有较高的强度； ⑵ 化学岩中碳酸盐岩（灰岩、白云岩）具有较高的强度； ⑶ 泥质岩石，如泥岩、页岩强度低，遇水易软化，常成为岩体 中的软弱夹层 ，使地基沿之发生剪切破坏，边坡岩体沿之发 生滑动破坏；
33埋藏下来的生物遗体必须在较长时间内埋藏下来的生物遗体必须在较长时间内经历填充如贝壳骨骼等被水溶液中的经历填充如贝壳骨骼等被水溶液中的cacocaco33siosio22等所填充置换如有机等所填充置换如有机体分子被体分子被siosio22cacocaco33等分子所代换或等分子所代换或升馏如植物叶子昆虫的几丁质外壳中升馏如植物叶子昆虫的几丁质外壳中的氢氧等成分挥发逸出最后保留下来的氢氧等成分挥发逸出最后保留下来碳质薄膜等作用才能形成化石
水 平 层 理 与 斜 层 理
层 理
砂岩中的交错层理
递变(粒序） 层理
波痕
砂岩中的波痕
波
痕
泥
裂
干裂Βιβλιοθήκη 结核（烛台石）台湾
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本节要求掌握
沉积岩的分类 沉积岩的组成 沉积岩的结构 沉积岩的构造 常见的几种沉积岩 砾岩 页岩 砂岩 泥灰岩
石灰岩 白云岩
Hale Waihona Puke （3）化学沉积矿物由纯化学作用或生物化学作用，从溶液中 沉淀结晶产生的沉积矿物。如方解石、白云石、 石膏、石盐、铁和锰的氧化物或氢氧化物等。
（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、 泥炭及其他有机质等。
双背鱼骨骼
3.沉积岩的分类
碎屑岩类
沉积碎屑岩 风化破坏产生，如砾岩、砂岩及粉砂岩 等； 火山碎屑岩 火山喷出，如火山角砾岩、凝灰岩等。 粘土岩类 粘土矿物、粘土粒组成 如泥岩、页岩等。 化学及生物化学岩类 方解石、白云石等碳酸盐类的矿物及部分有机物组成的岩石 如石灰岩、白云岩等。
2.沉积岩的物质组成
（1）碎屑物质 物理风化作用产生的碎屑物质组成： 原生矿物的碎屑 大部分化学性质比较稳定，难溶于 水如石英、长石、白云母等；
岩石的碎屑。 其他方式生成的一些物质， 如火 山喷发产生的火山灰等。
源 于 母 岩 的 沉 积 物
（2）粘土矿物
主要是一些由含铝硅 酸盐类矿物的岩石，经化 学风化作用形成的次生矿 物。如高岭石、微晶高岭 石（蒙脱石）及水云母 （伊利石）等。这类矿物 的颗粒极细(<0.005mm)， 具有很大的亲水性、可塑 性及膨胀性。
泥质胶结
细粒粘土矿物
沉积颗粒的磨圆与分选
砾状结构
（ 角 ） 砾 状 结 构
砂状结构
砂状结构－ 石英砂岩
砂状结构－长石砂岩
4.沉积岩的结构
（2）泥质结构 泥岩、页岩等粘土岩的主要结构。 （3）结晶结构 沉淀或经重结晶所形成 石灰岩、白云岩等化学岩的主要结构。
4.沉积岩的结构
（4）生物结构 由生物遗体或碎片所组成， 是生物化学岩所具有的结构。 如贝壳结构、珊瑚结构等。
1.3.2 沉积岩
沉积岩是在地表和 地表下不太深的地方， 由松散堆积物在温度不 高和压力不大的条件下 形成的。 由沉积物固结变硬 而形成的岩石就是沉积 岩。 它是地壳表面分布 最广的一种层状的岩石。
石英砾岩
主要的沉积环境
沉
积
相
海 侵
1.成因
2.组成 3.分类 4.结构 5.构造 6.代表性沉积岩
4.沉积岩的结构
砾状结构(角砾状结构)粒径>2mm
粒径的大小
砂质结构粒径介于0.05 ～ 2mm 粗粒结构 0.5～2mm 中粒结构 0.25～0.5mm 细粒结构 0.05 ～ 0.25mm
（1）碎屑结构
粉砂质结构0.005 ～ 0.05 mm 硅质胶结 石英及其他二氧化硅
铁质胶结 铁的氧化物及氢氧化物 胶结物的成分 钙质胶结 方解石等碳酸盐
砂岩—Sandstone
砂粒结构，粒径介于 2~0.05mm之间。 矿物成分复杂，据其 主要矿物成成分可分 为：石英砂岩、长石 砂岩和硬砂岩。
石灰岩—limestone
主要化学成分为碳酸钙， 矿物成分主要为细小结 晶的方解石，常含少量 白云石、粘土等 颜色以灰色为主，质纯 灰岩呈白色 致密状、鲕状、竹叶状 等结构 具有可溶性，易形成岩 溶。
5. 沉积岩的构造
沉积岩最主要的构造是层理构造。
层理是沉积岩成层的性质。由于季节性气候的变化，沉积环境的 改变，使先后沉积的物质在颗粒大小、形状、颜色和成分上发生相应 变化，从而显示出来的成层现象，称为层理构造。 交错层理 水平层理
斜层理
石灰岩中的层理和条带
层面 岩层 变薄
尖灭
透镜体 夹层
水平 层理 与斜 层理
砂岩中的交错层理
波痕
砂岩中的波痕
波
痕
泥
裂
6．常见的 沉积岩
碎屑岩类
粘土类岩
化学及生物化学岩类
四种不同的石灰岩
砂页岩
硅质灰岩
6 常见沉积岩 角砾岩—Breccia
砾状结构，粒径大于 2mm的占50%。 磨圆度较好的称砾岩， 带棱角的称角砾岩。 胶结物常为泥质、钙 质、硅质和铁质。
1.沉积岩的成因
沉积岩的形成有两种途径： 机械搬运、沉积、固结成岩 由风化作用或火山作用的 产物经以这种方式形成的沉积岩 称碎屑岩。
化学沉积成岩 在地表常温、常压条件下 由水溶液沉淀而形成化学岩，然 而自然界大多水盆地化学沉淀过 程中都有生物参与，所以通常又 称为生物化学岩。
碎屑 经过 压固 和胶 结变 成沉 积岩