工程地质学课程要点

工程地质学课程要点《工程地质学》课程要点第一章绪论一、工程地质学1、工程地质学的定义工程地质学是调查、研究、解决与各种工程活动有关的地质问题的科学，属于地质学的分支学科。

2、工程地质学的关键词（1）工程地质条件；（2）工程地质问题；（3）建筑场地与地基的地质环境和稳定；（1）工程地质条件凡是与工程建筑有关的地质要素的综合表现统称为工程地质条件。

1）地形地貌条件；2）地层岩性；3）地质构造；4）水文地质条件；5）物理地质现象；6）天然建筑材料；案例1、加拿大特朗斯康谷仓案例2、三峡坝址断裂带（2）工程地质问题由于人类的工程活动引起环境地质条件的变化，从而形成不利于工程建设的、新的地质作用，统称为工程地质问题。

1）建筑物荷载引起地基岩石土体的沉陷变形和剪切滑动；2）人工开挖造成边坡或地下洞室岩土体的变形和失稳破坏；3）水库诱发地震、渗漏、岸坡坍塌和浸没；4）砂土振动液化、潜蚀、流砂等；（3）建筑场地与地基的地质环境和稳定工程建设直接占用的土地和涉及建筑物稳定的周围一定范围内的地质环境称为建筑场地。

建筑物地面以下扩大的工程部分称为基础，承受建筑物荷载的地下岩土层称为地基。

任何建筑物都建造在地球表层的岩石和土层之上，所以建筑场地和地基是工程建设的根本，其地质环境的优劣与岩土体稳定性的好坏直接影响工程建设的安危、经济和正常使用。

二、工程地质学的任务1、工程地质的基本任务（1）基本任务研究人类工程活动与地质环境（工程地质条件）之间的相互作用，以便正确评价、合理利用、有效改造和完善保护地质环境。

（2）研究内容人类工程活动与地质环境的相互作用。

工程地质条件的好坏与工程活动的地质环境状况。

案例6、城市——人类活动最集中的区域最大的水利工程——三峡工程山区常见地质灾害——滑坡地质灾害——地震地质灾害——泥石流2、工程地质分析（1）工程地质问题的成因分析1）区域地质稳定问题分析；2）地基岩土体稳定问题分析；3）地下洞室围岩稳定问题分析；4）工程边坡稳定问题分析；5）岩石土体的变形、程度、和时间效应分析。

（2）研究重点工程地质问题产生的地质条件、形成机制、发展演化趋势。

（3）研究方法地质分析、地质模拟分析、试验分析、力学分析、计算机模拟。

三、工程地质学的学科归属1、地质学的研究内容与学科分类地质学——研究地球及其演变的一门自然科学。

工程地质学——地质学的分支学科，属于工程科学和技术方法科学。

主要研究内容：地球的组成、构造、发展历史和演化规律。

侧重点：岩石圈——地球最外层（地壳）。

2.地质学的特点及研究方法（1）学科特点1）时间的悠久与空间的广阔（46亿年—至今）；行星空间；2）地质过程复杂；微观—宏观、常温常压—超高温高压、岩石矿物无机界——动植物有机界、海洋——陆地…..3）源于实践、用于实践，理论实践结合紧密；（2）研究方法1）野外实地调查；2）室内实验与模拟试验；3）历史比较法（现实类比法）；（3）地质学思维(1)“将今论古”，今天是解开昨天之谜的钥匙；(2)“渐变”思想；(Uniformitarianism)均变论；(3)“灾变”思想；(Catastrophism)激变论；灾难-毁灭-再创造，周而复始；四、课程特点与学习要求1、主线清晰、内容庞杂；地质作用是学习主线，工程地质条件是学习重点，地质思维是学习助手。

2、掌握方法、培养能力；技能训练很重要，有实习、有作业，要勤思索、多实践。

思考与作业1、何谓工程地质条件？包括哪些内容？2、常见的工程地质问题有哪些？3、基础与地基有何区别？地质环境的优劣指的是工程基础，还是地基？4、简述地质学的特点和思维方法。

第二章岩石和土及其工程地质性质2-1 地球的圈层构造与地质作用2-2 主要造岩矿物2-3 岩浆作用与岩浆岩2-4 外动力地质作用与沉积岩2-5 变质作用与变质岩2-6 岩石的工程地质性质2-1 地球的圈层构造与地质作用一、地球的内部圈层构造1. 地壳——固体状态，密度小；-------- 莫霍面33Km地幔——塑性固态，密度大；-------- 古登堡面2900Km地核——固液态？密度极大。

“两面三层”是地球的内部圈层构造的总体特征。

2. 岩石圈地壳的结构硅铝层（上）陆地地壳、不连续；硅镁层（下）海洋地壳、连续；二、地质作用1.定义：地球的自然力使地球的物质组成、内部构造和地表形态发生保护的作用。

引起地质作用的自然力称为地质营力（地球内、外部能量来源不同）。

2.分类1）外力作用——风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、固结成岩作用；2）内力作用——构造运动、岩浆活动、变质作用、地震；三、地壳的物质组成1.岩石、矿物、风化物——土岩石是地壳最基本的物质；岩石又是矿物的集合体；岩石的风化产物——土；2.矿物在各种地质作用下形成的、具有相对固定化学成分和物理性质的均质物体，是组成岩石的基本单位。

自然矿物有3000多种，最常见的有五六十种，构成岩石的矿物只有二三十种，称为造岩矿物，却占地壳重量的99%。

2-2 主要造岩矿物一、矿物的形态（外表特征）1.晶体形态化学元素按一定规则重复排列而成的固体，是鉴别矿物的重要依据。

矿物常见的晶体形态2.集合体形态自然状态下最常见，反映矿物的形成环境，如由石英、长石、云母等晶粒组成的集合体就是花岗岩，由纯净石英组成水晶晶簇。

正长石方解石紫水晶蓝铜矿二、矿物的物理性质由于矿物的化学成分不同、晶体构造不同，所反映出的物体性质，（颜色、光泽、透明度、硬度、解理与断口、密度、弹性、挠曲及延展性等），是肉眼鉴别矿物的重要特征。

1.颜色（自色、他色、假色）赤铁矿-红色；黄铁矿-金黄色（愚人金）；2.条痕（矿物粉末的颜色）黄铁矿-金黄色，条痕为黑绿色；赤铁矿-红色，条痕为赤红色；3.光泽（矿物表面对光线的反射）常见有金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽等。

4.透明度（矿物透过光线的程度）透明矿物（水晶、冰洲石），半透明矿物（辰砂），不透明矿物（石墨）。

5.硬度（矿物抵抗外力刻划的程度）一滑二膏三解方、四萤五磷六正长，七英八黄九刚玉，硬度最大是金刚。

6.解理与断口在力的作用下，矿物晶体按一定方向破裂并产生光滑平面的性质叫解理。

解理与断口互为消长。

7.其它性质金的延展性、绿泥石的挠性、磁铁矿的磁性、萤石的萤光性、高岭石的吸水性等等，都可作为矿物肉眼鉴别的特征。

第六节岩石的工程地质性质岩石的工程地质包括物理性质和力学性质二个主要方面。

就大多数的工程地质问题来看，岩五的工程地质性质主要决定于岩体内部裂隙系统的性质及其分布情况，但岩石本身的性质也起着重要的作。

一、岩石工程地质性质的常用指标（一）岩石的物理性质1、岩石的密度与重力密度2、岩石的比重3、岩石的孔隙率（n）岩石孔隙率的大小，主要决定于岩石的结构和构造，同时也受风化或构造作用等因素的影响。

一般坚硬的岩石孔隙率小于2％～3％，但砾岩、砂岩等多孔岩石，则经常具有较大的孔隙率。

4、岩石的吸水性表征岩石吸水性的指标与岩石孔隙率的大小、孔隙张开程度等因素有关。

岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间胶结物的浸湿、软化作用就强，岩石强度受水作用的影响也就越显著。

（二）岩石的水理性质岩石的水理性质，是指岩石与水作用时的性质，如透水性、溶解性、软化性、抗冻性等。

1、岩石的透水性岩石的透水性，是指岩石允许水通过的能力。

岩石透水性的大小，主要取决于岩石中裂隙、孔隙及孔洞的大小和连通情况。

2、岩石的溶解性岩石的溶解性，是指岩石溶解于水的性质，常用溶解度或溶解速度来表示。

在自然界常见的可溶性岩石，有石膏、盐岩、石灰岩、白云岩及大理岩等。

3、岩石的软化性岩石的软化性（softening），是指岩石在水的作用下，强度及稳定性降低的一种性质。

岩石的软化性主要决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。

黏土矿物含量高、孔隙率大、吸水率高的岩石，与水作用容易软化而丧失其强度和稳定性。

（三）岩石的力学性质岩石在外力作用于所表现出来的性质称为岩石的力学性质，它包括岩石的变形和强度特性。

研究岩石的力学性质主要是研究岩石的变形特性、岩石的破坏方式和岩石的强度大小。

1．岩石的变形特性（1）微裂隙压密阶段（图2－3中的oa段）（2）弹性变形阶段（图2－3中的ab段）（3）裂隙发展和破坏阶段（图2－3中的b c 段）2、岩石的强度岩石抵抗外力破坏的能力，称为岩石的强度（strength）。

岩石的强度单位用Pa表示。

岩石的强度和应变形式有很大关系。

岩石受力作用破坏，有压碎、拉断和剪断等形式，所以其强度可分为抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等。

二、影响岩石工程地质的主要因素从以上介绍中可以看出，影响岩石工程地质的因素是多方面的，但归纳起来，主要有两个方面；一是岩石的地质特征，如岩石的矿物成分、结构、构造及成因等；另一个是岩石形成后所受外部因素的影响，如水的作用及风化作用等。

（一）矿物成分岩石是由矿物组成的，岩石的矿物成分对岩石的物理力学性质产生直接的影响，这是容易理解的。

例如辉长岩的比重比花岗岩大，这是因为辉长岩的主要成分辉石和角闪石的比重比石英和正长石大的缘故。

又如石英岩的抗压强度比大理岩要高得多，这是因为石英的强度比方解石高的缘故。

两例说明，尽管岩类相同，结构和构造也相同，如果矿物成分不同，岩石的物理力学性质会有明显的差别。

但也不能简单地认为，含有高强度矿物的岩石，其强度一定就高。

（二）结构岩石的结构特征，是影响岩石物理力学性质的一个重要因素。

根据岩石的结构特征，可将岩石分为两类：一类是结晶联结的岩石，如大部分的岩浆岩、变质岩和一部分沉积岩；另一类是由胶结物联结的岩石，如沉积岩中的碎屑岩等。

1．结晶联结的岩石结晶联结是由岩浆或溶液结晶或重结晶形成的。

矿物的结晶颗粒靠直接接触产生的力牢固地联结在一起，结合力强，孔隙度小，结构致密，容重大，吸水率变化范围小，比胶结联结的岩石具有较高的强度和稳定性。

2、胶结物联结的岩石胶结联结是矿物碎屑由胶结物联结在一起的。

胶结联结的岩石，其强度和稳定性主要决定于胶结物的成分和胶结的形式，同时也受碎屑成分的影响，变化很大。

就胶结构的成分来说，硅质胶结的强度和稳定性高，泥质胶结的强度和稳定性低，铁质和钙质胶结的介于两者之间。

（三）构造构造对岩石物理力学性质的影响，主要是由矿物成分在岩石分布的不均匀性和岩石结构的不连续性所决定的。

1．岩石分布的不均匀性对其物理力学性质的影响岩石分布的不均匀性，是指某些岩石所具有的片状构造、板状构造、千枚状构造、片麻构造以及流纹构造等。

岩石的这些构造，往往使矿物成分在岩石中的分布极不均匀。

一些强度低、易风化的矿物，多沿一定方向富集，或成条带状分布，或成局部的聚集体，从而使岩石的物理力学性质在局部发生很大变化。

观察和实验证明，岩石受力破坏和岩石遭受风化，首先都是从岩石的这些缺陷中开始发生的。