中南大学土木工程地质识要点.docx
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中南大学土木工程地质识要点
第二章
地层与地质构造
第一节地壳运动及地质作用的概念
一、地壳运动的概念→指地球内力引起岩石圈产生的机械运动。
⎧水平运动
1、基本运动形式⎨
⎩垂直运动
对流说
2、运动成因理论
地球自转说
板块构造说
二、地质作用的概念
→指自然动力引起地球物质组成、内部结构、地表形态发生变化的作用。
⎧构造运动(又叫地壳运动)
⎪
⎩
风化作用
2、外动力地质作用流水的地质作用
重力的地质作用
第二节岩层及岩层产状
⎧倾斜岩层
⎪
⎩
倾斜岩层
褶皱
断层
均衡说
1、内动力地质作用⎨岩浆活动
⎪变质作用
风的地质作用
冰川的地质作用
地质构造:
指构造运动引起地壳岩层变形变位后被保留下来的形态。
⎨褶皱
⎪断裂
⎧水平岩层:
α=0︒
⎪
一、岩层⎨倾斜岩层⎨陡倾岩层:
α=30︒~60︒
⎪
⎪⎩
⎪⎩直立岩层:
α=90︒
正常岩层(顶面朝上)
倒转岩层(顶面朝下)
走向
二、岩层产状:
指岩层在空间的产出状态。
⎧走向:
岩层的延伸方向(OA或OB)
⎪
⎪倾角:
岩层的倾斜程度(α)
真倾角(α):
岩层在野外的倾角。
A
O
B
倾向D’
α
π
视倾角(β):
岩层在剖面上的倾角。
α
倾
D
2、产状要素的测量、记录和图示。
(1)测量:
用地质罗盘仪测量。
N
走向
角
⎧相限角法
⎪
⎪
⎪
(2)记录⎨
⎪
⎪
⎪
W
N
135º
45º
走向S
E
倾向走向
∠30º
倾角
sE
倾向
30º
倾向
135º
倾向
∠30º
倾角
(3)图示:
正常岩层:
30º;
倒转岩层:
30º
第三节
一、为什么要学习地层及地质年代:
确定构造形态:
如:
地层概念
432
单斜1岩层
321
背斜
123
2向1斜
212
断1层
652
断1层
选择和评价建筑场地:
阅读地质图:
地层:
将各个地质历史时期形成的岩层,称为该时代的地层。
二、绝对年代法:
⎧缓倾岩层:
α<30︒
⎪⎪
⎪陡立岩层:
α>60︒
1、产状要素⎨倾向:
岩层的倾斜方向(OD')
⎩
tgβ=tgα⋅sinθ(θ为剖面线与岩层走向线所夹锐角)
⎩方位角法
N45ºE
30º
23
用岩石中放射性同位素蜕变规律来确定岩石形成时间。
(即蜕变时间)
蜕变:
放射性元素自形成之日起,就稳定地放射出α(粒子)、β(电子)、γ
(电磁幅射量子)射线,并形成稳定的新元素。
如:
U
238
后成
蜕变时间可用下式确定:
t=
1
λ
⎛
⎝
D⎫
P⎭
式中:
λ——蜕变常数
P——放射性同位素重量
D——蜕变后新元素重
量
最后:
用各岩石形成时间,排出各岩石形成的先后顺序。
(即新老关系)
(最老岩石:
南美洲圭亚挪地盾角闪岩(41.3亿年),最老化石:
蓝绿藻(35
亿年))。
三、相对年代法:
通过比较各地层的沉积顺序、古生物化石特征、地层接触关系来确定其形成
的先后顺序。
1、地层层序法:
(1)正常层序法:
对于正常沉积的岩层,老的在下,新的在上。
岩层倒转
时关系相反。
(2)标准剖面法:
将某地区的地层按新老关系排列的剖面,叫该地区的标
准剖面。
用标准剖面对比某工点的地层,从而确定该工点地层新老关系的方法。
(3)层面构造法:
用层面构造指示岩层新老关系的方法。
⎧新岩层方向:
泥裂的开口方向、波峰方向。
⎨
⎩老岩层方向:
泥裂的尖端方向、波谷方向。
2、古生物法:
⎧新地层:
化石结构复杂。
根据生物化石,确定所在地层新老关系的方法。
⎨
⎩老地层:
化石结构简单。
缓慢量变:
环境稳定、生物繁衍。
生物进化:
标准化石:
在各个环境稳定时期,分布广、生存时间短的化石。
3、地层接触关系法:
(1)沉积岩之间的接触关系:
5
4
3
2
1
新
老
−蜕−变−形−→Pb206
lnç1+
⎪
由量变到质变(递进性):
急剧质变:
环境改变、生物质变。
由高级到低级(不可逆性):
①
整合接触:
各地层时代连续,产状平行。
(反映地壳稳定下沉)
②
平行不整合接触:
各套地层时代不连续,但产状平行。
(又叫假整合)
⎧先下降沉积
反应地壳:
再上升分化剥蚀(有缺失)
⎩
6
5
2
1
新
底砾
岩
③
角度不整合接触:
各套地层时代不连续,产状不平行。
老
⎧先下降乘积
⎪
反应地壳:
(有缺失,并且产状改变)
⎩
4
1
3
8
7
2
新
底砾
岩
老
(2)沉积岩与岩浆岩之间的接触关系:
①
侵入接触:
先沉积、后侵入。
老
变质晕
新
②
沉积接触:
先侵入、后沉积。
新
底砾岩
③
岩浆岩之间的接触关系:
穿插关系:
新岩体穿插老岩体。
老
⎪
⎨
⎪后下降沉积
⎪再挤压弯曲,并上升风化剥蚀
⎨
⎪
⎪后下降沉积
四、地质年代表
1、地质年代表:
(见投影表)→要求按顺序背诵地质年代表的符号。
⎧群:
包括两个以上的组,常以不整合接触界面划分。
⎪
2、地方地层单位:
⎪段:
组中的不同岩性段。
⎩
第四节
褶皱构造
一、基本概念:
褶皱:
在构造运动作用下,岩层产生的连续弯曲现象。
褶曲:
褶皱中的单个弯曲。
背斜:
岩层向上弯曲。
地层对称重复,中间老,两边新。
向斜:
岩层向下弯曲。
地层对称重复,中间新,两边老。
二、褶曲要素:
核部:
褶曲中心部位的岩层。
翼部:
褶曲两侧部位的岩层。
轴面:
通过核部,大致平分两翼的假想平面。
轴线:
轴面与水平面的交线。
枢纽:
轴面与岩层面的交线。
(最大弯曲点的连线)。
⎪组:
同一岩相,或某一岩相为主间夹其它岩相的地层。
⎪层:
段中对同一岩性的细分。
⎨
脊线:
褶曲最高点的连线。
槽线:
褶曲最低点的连线。
三、褶曲分类:
⎧直立褶曲:
⎪
⎪
⎪倾斜褶曲:
⎪
1、按横剖面分类:
⎪
⎪
⎪
⎩平卧褶曲:
水平枢纽:
(枢纽水平)
倾伏枢纽:
(枢纽倾伏)
轴面直立,两翼倾向相反,倾角相等。
轴面倾斜,两翼倾向相反,倾角不等。
轴面倾斜,两翼倾向相同,一翼岩层倒转。
轴面水平,两翼岩层水平,一翼岩层倒转。
地层界限平行延伸。
地层界限向一端弯曲封闭。
四、褶曲的判别:
——(基本类型、按横剖面分类、按纵剖面分类)
水平倾斜背斜
倾伏倾斜背斜
⎧⎧背斜:
中间老,两边新。
⎪1、首先按地层对称重复关系确定褶曲基本类型。
⎨
⎪⎩向斜:
中间新,两边老。
⎪
⎪
判别步骤:
2、再按两翼岩层产状确定褶曲横剖面分类。
倾斜:
产状相反,倾角不等。
⎪
⎪⎩
⎪
⎪3、最后按地层界限确定。
⎨
⎪⎩倾伏:
地层界限一段弯曲封闭。
⎪倒转褶曲:
2、按纵剖面分类:
(按枢纽产状分类)
⎨
⎧直立:
产状相反,倾角相等。
⎪
⎪
⎪倒转:
产状相同,一翼产状为倒转。
⎧水平:
地层界限平行延伸。
⎨⎨
⎩
⎧复背斜
⎪
五、褶皱的分类:
⎪隔挡式
⎩
第五节
断裂构造
⎛节理:
岩层受力断开后,沿断裂面无明显相对位移。
定义:
断裂构造:
⎝断层:
岩层受力断开后,沿断裂面有明显相对位移。
一、节理
1、节理分类
⎧原生节理:
岩石形成过程中形成的节理。
如玄武岩柱
状节理。
(1)按成因分类:
⎪构造节理:
因构造运动产生的节理,有力学规律性。
⎩
张节理
(2)按力学性质分类:
剪节理
⎧走向节理:
节理走向与岩层走向平行。
(3)按与岩层产状关系分类:
倾向节理:
节理走向与岩层倾向平行。
⎩
宽张节理:
缝宽:
D>5mm
(4)按张开程度分类:
微张节理:
缝宽:
D13mm
闭合节理:
缝宽:
D1mm
二、节理调查内容:
(1)节理成因类型和力学性质。
(2)节理组数、密度、产状。
密度一般用条/米表示。
(3)节理张开度、长度、节理面壁粗糙度。
(4)节理充填物、充填厚度、含水情况。
(5)节理发育程度分级。
三、断层:
α=45︒-
α
ϕ
2
⎪复向斜
⎨
⎪隔槽式
çç
⎪
⎪
⎪表生节理:
因卸荷、风化、爆破等原因形成的节理。
⎪
⎪斜交节理:
节理走向与岩层走向斜交。
张开节理:
缝宽:
D=3-5mm
⎨
⎨
⎧断层面:
断层两侧岩层沿其运动的破裂面。
⎪
1、断层要素:
⎪
⎪⎩断距:
岩层中同一点被断层断开后的距离。
2、断层分类:
(1)按断层两盘相对运动方向分类:
①正断层:
上盘相对下降的断层。
(符号表示为:
)
地层不对称重复
断层面
老
新
断层线
⎧老地层为上升盘。
多数情况下断层线附近⎨
⎩新地层为下升盘。
②逆断层、上盘相对上升的断层。
(符号表示为
③平移断层:
两盘水平错动。
(符号表示为
(2)按断层面产状与岩层产状的关系分类:
)
)
地层不对称缺失
新老
⎪断层线:
断层面与水平面的交线。
(又叫断层走向)
⎧上盘:
断层面上方的岩层。
⎪
⎪断盘:
断层面两侧的岩层⎨下盘:
断层面下方的岩层。
⎨
⎧走向断层:
断层走向与岩层走向平行。
⎪
⎩
(3)按断层面产状与褶曲轴线走向关系分类:
⎧纵断层:
断层走向与褶曲轴线平行。
⎪
⎨横断层:
断层走向与褶曲轴线垂直。
⎩
压性断层:
由压应力形成。
(4)按力学性质分类:
张性断层:
由张应力形成。
3、断层的判别:
(很重要)
⎧地质界线不连续
⎪
⎪
⎪
(1)存在标志:
⎪⎩
⎪
⎪
⎪地貌现象⎨断层湖、断层泉。
⎪
⎩
(2)断层性质:
→寻求两盘运动方向,并据此确定断层性质。
⎛首先判定断层位置
ç(依据地质界线不连续和地层不对称重复、缺失或对顶)。
步骤:
再依据断层产状找出上、下盘。
ç再依据断层线附近地层新老关系确定上、下盘运动方向。
⎝最后依据上、下盘运动方向确定断层性质。
例如:
老
新
上盘
下盘
下盘
上盘
⎨倾向断层:
断层走向与岩层倾向平行。
⎪斜交断层:
断层走向与岩层走向斜交。
⎪斜断层:
断层走向与褶曲轴线斜交。
扭性断层:
由剪应力形成。
⎪地层不对称重复、缺失或对顶
⎧擦痕、阶步、摩擦镜面。
⎪
⎪⎪断层拌生现象⎨断层角砾岩、糜棱岩。
⇒断层破碎带。
⎪牵引现象。
⎧断层崖、断层三角面。
⎪
⎪错断的山脊、急转的河流。
⎪⎩
ç
ç
ç
çç
⎨
水平倾斜背斜、走向逆断层
第七节
水平向斜、横向正断层
地质图
地质图:
把某一地区各种地质现象,按一定比例缩小,用规定的符号、颜色、
花纹、投影到地形图上,所形成的图件。
⎧地质平面图
⎪
包括:
综合柱状图
⎪
⎪⎩图名、比例、方位、接图
一、地质图的种类:
1、普通地质图
2、构造地质图
3、第四纪地质图
4、基岩地质图
5、水文地质图
⎧房建工程地质图
⎪
⎪⎪矿山工程地质图
6、工程地质图⎨
⎪道路工程地质图
⎪港口工程地质图
⎪
⎪⎩机场工程地质图
二、地质图的阅读步骤(结合资冶地区地质图阅读)
1、图名、比例尺、方位;
⎧地形:
山脉走向、最大和最小海拔标高及位置、相对高差。
2、地形、水系:
⎩水系:
河流及冲沟位置及流向。
2、图例:
3、地质内容:
⎧地层分布:
按地形描述各套地层的分布状况。
(1)地层岩性:
接触关系:
如:
整合、平行不整合、角度不整合、
侵入接触、沉积接触。
⎪地质剖面图
⎪
⎨
⎪图例
⎪水坝工程地质图
⎪
⎪
⎩
⎨
⎨
⎧节理:
组数、密度、产状、充填物及厚度等
⎪
(2)地质构造:
延伸方向、类型。
⎪
破碎带宽度。
(3)地质历史:
各套地层、褶曲、断层等伴随地壳运动形成的先后关系。
三、地质剖面图的制作:
(结合资冶地区地质剖面图制作)
1、选择剖面方位:
剖面线尽可能垂直岩层、褶曲、断层走向。
⎧水平比例尺:
一般与地质图相等。
2、确定剖面图比例尺:
⎩垂直比例尺:
视情况可以放大或缩小。
(1)将剖面线上各地形等高线点投影到水平坐标轴上。
3、作地形剖面图:
2)按垂直比例尺作各投影点的高程点。
(3)圆滑连接各高程点。
4、作地质剖面图:
(1)将剖面线上各地层界线点、断层点投影到地形剖面线上。
⎧β和β'为剖面图中各地质界线点的视倾角。
⎪
(2)换算倾角:
⎨
⎪n为垂直放大倍数。
(3)按换算后的视倾角,延伸各地层、断层界线。
⎧先延伸断层界线。
⎪
⎪后标明产状:
倾向∠倾角(视倾角)。
(4)按规定的岩层厚度和岩性花纹符号,画出岩层厚薄及岩性。
⎧用箭头标明断层性质。
⎪
(5)修饰:
⎪写上图名、比例、方位。
⎪画上图例和图签。
⎪
⎪⎩画上岩石强、弱风化界线、地下水位线、节理产状、钻孔等。
四.
地层综合柱状图
⎪褶曲:
位置、核部和翼部组成地层及产状、轴线
⎪
⎪断层:
位置、断面产状、两盘地层及产状、类型、
⎪⎩
⎧tgβ=tgα⋅sinθ⎪α为岩层、断层的真倾角。
⎩tgβ'=n⋅tgβ
⎪θ为剖面线与岩层走向线所夹锐角。
⎨再考虑褶曲形态延伸地层界线。
⎪用虚线恢复褶曲形态。
⎪⎪写上地层年代符号。
⎨
⎨
(
⎨
⎩
⎩
⎨
地层综合柱状图是根据地质勘察资料把勘察地区所有出露的地层、岩性、厚
度、接触关系,按地层时代由新到老的顺序综合编制而成。
⎧地层时代及符号
⎪
一般包括:
岩性花纹符号
⎪
⎪⎩地层接触关系
⎪岩性描述
⎪
⎨
⎪地层厚度
第三章
第一节
水的地质作用
地表水的地质作用
一、暂时性地表流水的地质作用
el
⎧淋滤作用:
大气降水向地下渗透时,将地表细小物质和溶解物质带走,将
粗粒物质或难溶物质残留原地的过程。
⎪
⎨
⎪
松散、富水,易产生不均匀沉降。
dl
⎧洗刷作用:
坡面流水将山坡上风化物质带到坡脚平缓处堆积的过程。
⎪
⎪
⎨坡积层:
特点:
位于坡脚,成分为山坡上部
物质,与下伏基岩无关,松散、
富水。
易沿原地面滑坡。
pl
⎧冲刷作用:
冲沟钟地表径流将沟底,沟岸物质掏蚀,并带到沟口沉积的过程。
⎪
⎪
⎪特点:
沟口沉积,沉积物为沟内
⎪
物质。
松散、富水。
扇顶颗粒大,地下水位
⎪深,矿化度低,工程性
⎪
⎪纵剖面:
质好;扇尾相反,工程
性质差。
1、淋滤作用及残积层(Q):
⎪
⎪
⎪残积层:
特点:
残留原地,成分与下伏基岩有关。
⎪⎩
2、洗刷作用及坡积层(Q)
⎪
⎪
⎪
⎪⎩
3、冲刷作用及洪积层(Q):
⎪洪积层(扇):
平面:
⎨
⎪
⎪
⎩
al
源头
⎧⎧河口侵蚀
⎪⎪
⎪
(1)下蚀作用⎨向源侵蚀
⎩
1、侵蚀作用:
⎨⎧河曲阶段
⎪⎪
(
⎪
⎪⎩
al
⎧⎧悬浮式
⎪⎪
⎪搬运⎨跳跃式
⎩
⎪⎧
⎪⎪河谷沉积⎨
⎨⎪⎩河漫滩
⎪⎪
⎨⎨
⎪
⎪水下三角洲
⎪⎨
⎪⎩⎩陆上三角洲
剥蚀夷平面
洪水位
三、河谷地貌(河谷断面)及河流阶地:
1、河谷地貌:
⎧定义:
河流两岸因河流侵蚀或沉积作用形成的阶梯状地形。
⎪
⎪
⎪组成:
阶地面和阶地陡坎。
⎪
⎧⎧纵向阶地
2、河流阶地:
⎪按形态分类⎨
⎪⎪⎩横向阶地
⎪
⎨
⎪
⎪
二、河流地质作用及冲积层(Q):
⎪⎪平衡阶段
⎪⎪
⎪2)侧蚀作用⎪蛇曲阶段
⎨
⎪
⎪牛轨湖阶段
⎪沼泽阶段
2、搬运和沉积:
→冲积层(Q):
⎪⎪滚动式
⎪
⎧河床
⎪
⎪沉积⎪山前沉积⎧冲积扇
⎪
⎪⎩冲积平原
⎪
⎪河口沉积⎧
⎪
⎩
⎩
⎪⎪
⎪分类:
⎧侵蚀阶地
⎪
⎪⎪按物质组成分类⎪基座阶地
⎪
⎪堆积阶地
⎪⎩
⎩
⎩
⎨
第三节
地下水的地质作用
一、地下水的基本知识:
⎧汽态
⎪
⎪
⎪固态
1、水在岩土中的存在形式:
⎨⎧吸着水
薄膜水
⎪
⎪
⎩
容水性
2、岩土的主要水理性质:
给水性
透水层:
如砾岩、砂岩、卵石层
隔水层:
如泥岩、页岩
二、地下水的物理性质与化学成分:
(自学)
⎧温度
⎪
⎪透明度
⎪颜色
⎪
(1)物理性质:
⎪口味
⎪比重
⎪
⎪导电性
⎪放射性
主要化学成分胶体:
Fe2O3、Al2O3、H2SiO3
(2)化学成分:
按总矿化度分类
三、地下水的基本类型
⎪⎪
⎪⎪
⎪液态⎪⎨
⎪毛细水
⎪重力水
⎪⎩
持水性
透水性
⎪嗅味
离子:
Na、Cl、Ca2、Mg2、HCO3、SO42、K
气体:
N、O、CO、CH、HS
22242
地下水按化学成分分类按硬度分类
按PH值分类
⎨
⎩
⎧⎧土壤水
⎪上层滞水:
1、按埋藏条件分类:
潜水:
第一个稳定隔水层上的重力水
⎪
⎪
⎪⎩承压水:
充满两个隔水层之间的重力水
含水层
隔水层
孔隙水:
储存和运动在岩土孔隙中的地下水
2、按含水层性质:
裂隙水:
储存和运动在岩土裂隙中的地下水
三、地下水对土木工程的影响:
⎧水化硅酸钙
⎪
⎪
⎪
⎪⎩氢氧化钙Ca(OH)2
暂时硬度<3,有侵蚀
暂时硬度>3,无侵蚀
(2)碳酸侵蚀:
⎪⎩CaCO3+CO2+H2O⇔Ca(HCO3)2⇔Ca2++HCO3-
反应平衡时,叫平衡CO2;反应超过平衡时,叫侵蚀性CO2。
⎧
⎪SO4->142mg/l:
⎨
(3)硫酸侵蚀:
⎪SO4+>250mg/l:
⎨
⎩⎩CaSO4+水化铝酸三钙→硫铝酸钙
-
Ca(OH)2Mgcl2Cacl2
Ca(OH)2MgSO4CaSO4
⎪⎩局部隔水层上的重力水
⎪
可溶岩中的地下水岩溶水:
储存和运动在
⎪水化铝酸三钙
⎨1水化铝酸四钙蚀性:
水泥遇水生成、地下水对混泥土的侵
⎪水化铁酸四钙
)溶出侵蚀:
()(12332OHCaCOHCOOHCa
⎪⎧+↓⇔+2322)(OHCaCOCOOHCa
⎧→+-4242)(CaSOSOOHCa
⎪⎩⋅→+24242OHCaSOOHCaSO
⎪⎧→+-442)(CaSOSOOHCa
(4)一般酸性侵蚀:
22)(2.5CaclClOHCaPH→+时,<
2:
/10005lmgMg)镁盐侵蚀:
(
⎨
⎨
⎨
2
⎨
2
2、地面沉降:
大量抽取地下水,导致孔隙水压力降低,颗粒有效压力增加,
地层压密而地面沉降。
3、流砂和潜蚀:
流砂:
饱水砂土因结构破坏而液化,砂土颗粒悬浮于水中流出。
潜蚀:
地下水将土层中细小颗粒带走,形成管状空洞。
第四章岩石及特殊土的工程性质
第一节岩石的物理性质
一、密度和重度:
密度:
单位体积的质量(ρ)。
(g/cm3)
⎧天然密度M/V
⎪
⎨干密度Ms/V
⎩
重度:
单位体积的重量(γ)。
(N/cm3)
二、颗粒密度和比重(相对密度)
γ=ρ⋅g
1N=1kg⋅m/s2
颗粒密度:
单位体积固位颗粒的质量(ρs)。
(g/cm3)
ρs=
Ms
V
比重(相对密度):
单位体积固体颗粒的重力与4℃时同体积水的重力之比
(ds)。
ds=
ρs
ρw
三、孔隙度和孔隙比:
孔隙度:
孔隙体积与岩石总体积之比(n)。
n=
Vn
V
⨯100%
孔隙比:
孔隙体积与岩石中固体颗粒体积之比(e)。
第二节
岩石的水理性质
e=
Vn
Vs
一、吸水性:
指岩石吸收水的性能。
其吸水程度用吸水率表示。
吸水率:
(常压条件下)吸入水量与干燥岩石质量之比。
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