查明建设地区、建筑场地的工程地质条件,分析、预测和评价可能存在和发生的工程地质问题及其对建筑环境的影响和危害,提出防治不良地质现象的措施,为保证工程建设的规划、设计、施工和运营提供可靠的地质依据。
工程地质条件 地形地貌条件 岩土类型及其工程地质性质地质结构和构造 气象和水文地质条件不良地质作用 工程地质问题
工程建筑与地质环境相互作用和相互矛盾而产生的对工程建筑的建设、施工、运营带来重大影响的地质问题。
“陆地地形”通常划分为平原、高原、山地、丘陵、台地和盆地六种基本类型;
“海底地形”通常划分为大陆架、大陆坡、海沟、海盆(海洋盆地)和大洋中脊等类型。 地质作用概念
——由自然动力引起地球和地壳物质组成、内部结构和地壳形态不断变化和发展的作用 内动力地质作用
由地球内部能源所引起岩石圈物质成分、内部构造、地表形态发生变化的作用称为内力地质作用
1地壳运动又称构造运动,是地球内力引起指地壳的隆起和拗陷的机械运动。主要有两种基本运动形式:
水平运动——是地壳大致沿地球表面切线方向的运动。形成巨大的褶皱山系和地堑、裂谷 升降运动——是指地壳运动垂直于地表,即沿地球 半径方向的运动。产生海退和海侵现象 2岩浆从形成、运动、演化直至冷凝成 岩的全过程,称为岩浆作用
3变质作用——地球内力引起岩石产生结构、构造以及 矿物成分改变而形成新岩石的过程称为变质作用
温度、 压力与化学活泼性流体的关系
1)在一般情况下,化学活动性流体不能作为变质作用中的一个独立的变质因素。只有在温度和压力的作用下,才得以使原岩发生变质作用。
2)在一般情况下,高温常作为主导因素,配合着压力和溶液的活动。
3)在变质过程中,上述各因素不是孤立的,通常都是同时存在的,互相配合,相互制约的,而且随着时间的推移而发生变化。
4)变质作用的发生和进行还与原岩的物质组分、结构、构造密切相关,也就是说,由于原岩的物质组分、结构、构造等方面的不同,经过变质作用形成最终产物——变质岩也是十分不同的
(1)接触变质作用
由于岩浆侵入,岩浆散发的热量(高温)使围岩产生接触变质。主要是使原岩结构特征发生改变。
(2)交代变质作用
具有化学活动性的气态或液态溶液,对岩石进行交代而使岩石发生变质的一种作用。主要使原岩矿物和结构特征发生改变 (3) 动力变质作用
在构造运动所产生的定向压力作用下,岩石所发生的变质作用。主要使原岩结构和构造特征发生改变,特别是产生了变质岩特有的片理构造。 (4)区域变质作用
由于高温、高压和化学活泼性流体的共同作用下,在大面积范围的岩石受到变质作用,是一种因素复杂的一种变质作用。
地震对地表造成的破坏可归纳为地面断裂、斜坡破坏和地基失效三种基本类型。 1)风化作用
地壳表层的岩石,在太阳辐射、大气、水和生物等风化营力的作用下,发生物理和化学变化,使岩石崩解破碎以至逐渐分解而在原地形成松散堆积物的过程,称为风化作用
沉积岩的形成可概括为以下几个过程:
1)沉积物质的形成——母岩的风化破碎作用; 2)沉积物的搬运作用; 3)沉积物的沉
积作用; 4)沉积物的成岩作用.
成岩作用
1). 固结脱水作用
沉积物不断沉积,厚度逐渐加大。先沉积在下面的沉积物,承受着上覆愈来愈厚的
新沉积物及水体的巨大压力,使下部沉积物孔隙减小、水分排出、密度增大,最后形成致密坚硬的岩石,称为固结脱水作用。 2). 胶结作用
各种松散的碎屑沉积物被不同的胶结物胶结而成坚固完整的岩石。最常见的胶结物
有硅质、钙质、铁质和泥质的。 3). 重结晶作用
非晶质胶体溶液固化脱水转化为结晶物质;常使微小晶体在一定条件下能长成粗大
晶体。这两种现象都可称为重结晶作用,从而形成隐晶或细晶的沉积岩。 4). 新矿物的形成
沉积物在向沉积岩的转化过程中,除了体积、密度上的变化外,同时还生成与环境
相适应的稳定矿物,例如:方解石、燧石、白云石、粘土矿物等新的沉积岩矿物。
矿物:在地壳中天然形成的,具有一定化学成分和物理性质的自然元素或化合物。
通常是无机作用形成的均匀固体。
岩石:矿物的天然集合体。多数岩石有一种或几种造岩矿物按一定方式结合而成,
部分为火山玻璃或生物遗骸。岩石按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
理解:
首先,矿物是天然产出的,是各种地质作用的产物。
其次,矿物具有一定的化学成分,而且绝大多数为化合物,
第三,矿物不仅具有一定的化学成分,而且绝大多数具有一定的内部结构。 第四,矿物具有一定的形态及物理、化学性质。
第五,矿物只是在一定的物理化学条件下才是稳定的,当外界条件改变至一定程度时,其成分、结构就要发生变化,同时生成适应新环境的新矿物 矿物的鉴别标志包括矿物的形态、光学性质和力学性质 解理
在外力敲打下沿一定结晶平面破裂的固有特性。矿物的这种破裂平面,称为解理面
有些矿物在锤击后沿任意方向发生不规则的破裂,其破裂面参差不齐,这种破裂面则称断口
比重是指纯净的单矿物的重量与4℃时同体积水的重量之比。 比重大于2.9的为重矿物, 小于2.9的为轻矿物。 岩浆的概念
岩浆是在上地幔和地壳深处形成的、以硅酸盐为主要成分的炽热、粘稠、富含挥发物
质的熔融体。 岩浆作用:
地下深处形成的岩浆,沿构造薄弱带上升到地壳上部或地表,在岩浆上升、运移过程中,岩浆的物理化学条件和自身成分的不断发生变化。最终结晶凝固形成岩浆岩,这一复杂过程称为岩浆作用。 侵入作用:
岩浆上移侵入到地壳中过程称为侵入作用,侵入作用形成的岩石为侵入岩。侵入岩也可分为深成岩(侵入深度大于3km)和浅成岩(侵入深度小于3km)。
喷出作用:岩浆上移喷出地表的过程称为喷出作用,喷出作用形成的岩石称为喷出岩,喷出岩也可分为溢出地表的熔岩和喷发回落后形成的火山碎屑岩。
结构:是指组成岩石物质的结晶程度、颗粒大小、形状及其相互间的关系。 构造:是指岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体和其它部分之间的排列方式及充填方式。
按化学成分分类 根据SiO2的含量:
1)、超基性岩类:SiO2含量<45%, 2).基性岩类:SiO2含量为45%~52%, 3).中性岩类:SiO2含量为52%~65% 4).酸性岩类:SiO2含量> 65% 按岩浆形成时的运动特征分类
1)、深成岩——全晶质结构 2)、浅成岩——全晶质结构 斑状结构 3)、喷出岩——玻璃质结构隐晶质结构斑状结构
积岩是在地表和地表下不太深的地方形成的地质体。它是在常温常压条件下,由先前岩石的风化产物、有机质和其他物质经搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的岩石。 层理构造:沉积岩在形成过程中,由于沉积环境的改变,使先后沉积的物质在成分、颗粒大小、形状或颜色沿垂直方向发生变 化而显示出的成层现象。
由地球内动力作用促使岩石发生矿物成分、结构和构造变化的地质作用称为变质作用。 原岩在变质作用过程中,由于重结晶作用不完全,因而原岩的结构特征,可部分残留下来,这时就称为变余结构。 (2)变晶结构 岩石在固体状态下,原来的物质发生重结晶作用而形成的结构 (3)碎裂结构 当定向压力超过矿物的强度极限时,矿物发生破裂和粒化作用及现象。
片理构造是变质岩区别于岩浆岩与沉积岩的重要特征。 1、整合接触关系
当一个地区较长时期处于地壳运动相对稳定的条件下,即沉积盆地缓慢下降,或虽处于上升但未超过沉积基准面以上,或地壳升降与沉积处于相对平衡,而沉积物一层层地连续堆积,这样形成的一套岩层,它们之间的接触关系,称为整合接触关系, 2、不整合接触关系
如果一个地区,在沉积了一套岩层以后升出水面,沉积作用间断,并在或长或短的时间内遭受剥蚀,然后再次下降又进行沉积,这样一个过程反映在地层剖面中,表现为先后沉积的两套地层之间缺乏了一部分地层,上下地层的时代是不连续的,也就是在一定的地质时期发生过沉积间断。上下地层的这种接触关系统称为不整合接触关系,简称不整合。 整合接触的地质意义
反映该地区在此沉积时期内地壳升降与沉积处于相对稳定状态,没有发生显著的构造运动 代、纪、世、期称为地质年代单位。时间地层单位包括:界、系、统、阶。
岩层的产状是指岩层在地壳中的产出状态,以岩层面的空间方位及其与水平面的关系确定 背斜——岩层向上弯曲,核心部位的岩层较老,而外侧岩层较新,称为背斜。其在地
面的出露特征是从中心到两侧岩层从老到新对称重复出现。
向斜——岩层向下弯曲,核心部位的岩层较新,而外侧岩层较老,称为向斜。其在地面的出露特征是从中心到两侧岩层从新到老对称重复出现。 褶皱构造对工程建设的影响
褶皱构造对找矿、工程及水利建设有着相当重要的意义。根据褶皱两翼对称重复的规律,在褶皱的一侧发现沉积型矿层时,可预测在另一侧也可能有相应的矿层存在;石油常储存在背斜的核部。除此以外,背斜核部的岩层常常较为破碎,如果水库位于此就易于漏水,工程建设须避开这种构造部位。地下洞室适修筑在背斜核部,不适在向斜核部。 岩体或岩层受力后发受变形,当所受之力超过岩石的强度极限时,岩石连续完整性将遭到破坏,于是形成断裂构造。断裂构造包括节理、裂隙和断层。 节理
指岩层或岩体破裂后形成的一种裂缝。其两侧的岩块沿破裂面无明显位移 断层
断层是指岩石在构造应力作用下发生断裂,沿断裂面两侧的岩块发生明显的相对位移的构造现象,是节理的进一步发展和扩大。 残积物
岩石经物理、化学风化作用而残留在原地的碎屑物称为残积物
地貌是由地球内、外营力的长期作用,在地壳表面形成的各种不同成因、不同类型、不同规模的起伏形态
岩溶,是指地下水或地表水对可熔岩石进行以溶蚀为主,流水的冲蚀、潜蚀和崩塌作用等机械作用为辅的地质作用及由此产生奇特现象的总称。
冰川地貌 冰川流经地区由于受到冰川剥蚀、搬运和堆积作用,以及冰川消失或退缩,形成一系列独特的地貌
河流的侵蚀作用主要有三种方式:
(1)磨蚀:河水中携带的大量泥、砂和砾石在随水运动的过程中,不断撞击、磨损河床岩石的作用;
(2)冲蚀:以流水本身的速度将河床中的泥、砂、等沉积物冲走的作用。当流速很大时,流水灌入岩石裂隙和层理中,所产生的压力也可以逐渐破坏基岩并把破坏产物搬走; (3)溶蚀:河水是一种溶剂,能够以溶解方式破坏岩石中的组分。当组成河床的岩石为可溶性岩石(石灰岩、白云岩等)时,溶蚀就比较明显。
(1)下蚀作用: 河水在流动的过程中使河床逐渐下切和加深的作用,称为河流的
下蚀作用。 侵蚀基准面 :河流下蚀作用消失的平面。以河口水面为标高的水平面称为该河流的
侵蚀基准面。
(2)溯源侵蚀 3侧蚀作用:
河流在流动的过程中,冲刷两岸使河床不断加宽的作用 冰川地质作用
在大陆的高纬度区或高山区,由于年平均气温在0℃以下,大气降水多为雪,那些长年不化的积雪下部被压实后,逐渐形成冰。这种由积雪转变而成的具有一定规模、长期存在并能在重力作用下自行流动的冰体,叫做冰川。 冰川的剥蚀作用
冰川在流动过程中一方面因自身的重量,会不断地破坏冰谷两侧和冰床上的岩石;另一方面其所携带冰体内(被告冰冻结着)的岩石碎屑,像刨刀一样对其接触的基岩进行刨、磨和挖掘,这种剥蚀作用叫冰的刨蚀作用。
冰川的沉积作用
山岳冰川从高处往雪线以下运动,大陆冰川从高纬度向低纬度运动,由于气温逐渐升高,冰川冰逐渐消融,冰川内部的碎屑物就会在冰川的末端或边缘堆积起来。这些冰川的堆积物称冰碛物 。
上层滞水 指存在于地面以下包气带中的水。 潜水 埋藏于地表以下,第一个稳定隔水层之上具有自由水面的饱水带中的重力水被称为潜水。承压水 埋藏并充满在两个隔水层之间,含水层中具有静水压力的重力水叫承压水。
滑坡裂隙分为拉张裂隙、鼓张裂隙、剪切裂隙、扇形张裂隙。
滑坡的野外识别地形地物标志
斜坡不直、不圆滑;中部坑洼起伏;下部鼓丘;内部多积水洼地;“醉汉林”及“马刀树”。
地层构造标志
地层整体性常因滑动而破坏;层位不连续,缺失某一地层;岩层层序重叠或层位标高有升降等特殊变化;岩层产状明显变化;构造不连续。
水文地质标志
滑坡地段含水层的原有状况常被破坏:潜水位不规则,无一定流向;滑坡体成为单独含水体。
整治大型滑坡,技术复杂,工程量大,时间较长,因此勘测阶段对于可以绕避且属
经济合理的首选绕避方案。
中小型滑坡连续地段,一般可不绕避,但注意调整路线平面位置,减小工程量; 路线通过滑坡地区,要慎重对待,详细占有资料。
整治滑坡,应做好临时排水工程,再针对滑坡形成的主要因素,采取措施
崩塌:定义→陡峭的斜坡上大块的岩体突然地崩塌与滑落,最后堆积在坡角的过程 发育条件1)山坡的坡度及其表面特征 (坡度>55°,表面凹凸不平) 2)岩石性质与裂隙发育程度 存在软弱的岩层、裂隙发育(产状) 3)地质构造 断层、褶皱、不整合、其它内外地质作用 4)人为因素
特点:发生突然;以大块岩体为主; 无固定的滑动面;
明显的分带性(上游、中游和下游——物源、流通、堆积) 防治:1)削坡和清除危石 2)堵塞裂隙或灌浆 3)调整地表流水 4)护坡
5)坡角修明峒或御塌棚 6)支护(挡土墙、维护栏等)
泥石流:定义:泥石流是介于流水与滑坡之间的一种地质作用。典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉
砂及粘土的粘稠泥浆组成。在适当的地形条件下,大量的水体浸透山坡或沟床中的固体堆积物质,
使其稳定性降低,饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动,就形成了泥石流。泥石
流是一种灾害性的地质现象
发育条件:1)山坡的坡度及其表面特征 汇水地形(坡度>30°),植被不发育
2)岩石性质与裂隙发育程度 冲沟发育;裂隙发育;
3)地质构造 断层、褶皱、不整合、其它内外地质作用
4)水文气象条件 5)人为因素
特点:组分为水体和岩石碎屑、碎块; 山区发育;突然性; 运动快而持续时间短。 防治:1)以防为主的原则,水土保持 2)调整地表和地下水的水流 3)设置拦截工程(导水、拦石)
4)排导工程(排洪道、导流坝、急流槽等) 5)监测
岩溶:定义:由于地表水或地下水对可溶性的岩石溶蚀的结果而产生的一系列地质现象 发育条件:1)可溶性的岩类:碳酸盐、硫酸盐与卤盐 2)岩石易透水
3)水的成分(可溶性的气体与酸性环境) 4)水的活动性(流动性)
特点:形态特征 溶沟、石芽、漏斗、溶蚀洼地、坡立谷、落水洞、溶洞、暗河、天生桥等
岩溶发育的空间分带性 防治:详细勘探岩溶的分布 尽量避开岩溶区
挖填岩溶中的软弱物,充填混凝土等
跨盖 灌浆 改变水流(排导) 地基加固 2·滑坡的定义、特征、识别标志与防治措施
滑坡:定义:斜坡的土体或岩体在重力作用下沿着斜坡内某些滑动面(带)做整体下滑的现象 特征:整体性;滑动;汇水地形 分类:按物质成分与地质构造的关系
(1)覆盖层滑坡:粘性土、滑坡、碎石、风化壳 (2)基岩滑坡:均质、顺层、切层(断裂) (3)特殊滑坡:融冻、陷落 按年代关系:新滑坡、古滑坡
发育过程:蠕动变形阶段:滑动面大体形成,但没有完全贯通;坡面出现裂缝
滑动破坏阶段:滑坡壁出露,滑动面完全贯通;滑坡体整体下滑;出现醉汉林等标志。 渐趋稳定阶段:滑坡壁处生长草木;地表无明显裂缝;地势平坦;出现马刀树等标志。 影响因素:斜坡外形:陡峭和高斜坡、上部突起而下部凹陷、汇水地形 岩性条件:亲水岩性、遇水易膨胀和软化岩土层、软岩层等。
构造条件:构造面倾向与斜坡一致且倾角小于坡角最易发生;构造面走向平行坡延伸方向;
水和其它外荷:软化性明显的岩层、地震 人为因素:切坡不当、排水不当、坡面加荷 防治措施:以防为主、整治为辅的原则 1、消除或减轻水的危害
(1)排除地表水:不可缺少的辅助措施,首先采取并长期运用的措施。目的在于拦截、旁引滑坡外的
地表水,避免地表水流入滑坡区;或将滑坡范围内的雨水及泉水尽快排除,阻止雨
水、泉水进入滑坡体内。
主要工程措施有:油墨滑坡体外截水沟;滑坡体上地表水排水沟;引泉工程;做好滑坡区的绿化
工作等。
(2)排除地下水:对于地下水,可疏而不可堵。
其主要工程措施有:截水盲沟-用于拦截和旁引滑坡外围的地下水;支撑盲沟-兼具排水和支撑作
用;仰斜孔群-用近于水平的钻孔把地下水引出;此外还有盲洞、渗管、渗
井、垂直钻孔等排除滑体内地下水的工程措施。 (3)防止河水、库水对滑坡体坡脚的冲刷:
主要工程措施有:在滑坡上游严惩冲刷地段修筑促使主流偏向对岸的\"J\"坝;在滑坡前缘抛石、
铺设石笼、修筑钢筋混凝土块排管,以使坡脚的土体免受河水冲刷。
2、改变滑坡体外形、设置抗滑建筑物
(1)削坡减重:常用于治理处于\"头重脚轻\"状态而在前方又没有可靠抗滑地段的滑体,使滑体外
形改善、重心降低,从而提高滑体稳定性。
(2)修筑支挡工程:因失去支撑而引起滑动的滑坡,或滑坡床陡、滑动可能较快的滑坡,采用修
筑支挡工程的办法,可增加滑坡的重力平衡条件,使滑体迅速恢复稳定。
支挡建筑物种类有:抗滑片石垛、抗滑桩、抗滑挡墙等。
3、改善滑动带土石性质:一般采用焙烧法、爆破灌浆法等物理化学方法对滑坡进行整治。
由于滑坡成因复杂、影响因素多,因此常常需要上述几种方法同时使用、综合治理,方能达到目的。
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