工程地質(zhì)學(xué)課件1

1、第二章第二章 巖石及其工程地巖石及其工程地質(zhì)性質(zhì)質(zhì)性質(zhì) 第二節(jié) 造巖礦物第三節(jié) 巖漿巖第四節(jié) 沉積巖第五節(jié) 變質(zhì)巖第六節(jié) 巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)第一節(jié) 地球的特性及構(gòu)造1/40第一節(jié) 地球的構(gòu)造地球內(nèi)圈：莫霍面古登堡面地核地幔地殼2/40地殼(crust)：由固體巖石構(gòu)成,一般厚15-20km，平均厚度16km。分硅鋁層(花崗巖層)和硅鎂層(玄武巖層)。 大陸地殼平均厚度30-35km，大洋地殼厚度較薄，平均僅5-8km，一般缺乏硅鋁層，硅鎂層直接出露于洋底。 莫霍面是1909年南斯拉夫?qū)W者莫霍洛維奇發(fā)現(xiàn)的。古登堡面是美國學(xué)者B.古登堡1914年發(fā)現(xiàn)的。3/40地幔(mantle)：上地幔60-2

2、50km，是熔融狀態(tài)物質(zhì), 一般認(rèn)為可能就是巖漿的發(fā)源地；下地幔650-2900km，下地幔主要是由鐵鎂氧化物和硫化物組成。地殼運(yùn)動(dòng)主要起因于地幔物質(zhì)的對流。地核(core)：由比重較大的鐵鎳合金組成，平均密度大于10g/cm。外核2900-4170km，是液態(tài)的, 5155km至地心為內(nèi)核，為鐵鎳金屬氧化物和硫化物。4170-5155km為過渡帶。4/40地球外圈：生物圈水圈大氣圈5/40大氣圈(atmosphere)：是地球以外的空間,它提供生物需要的CO2和O2 ,對地貌形態(tài)變化起著極大的影響。水圈(hydrosphere)：由大氣圈的水蒸氣凝結(jié)成降雨形成海洋和湖泊沼澤及地下水。水與地表

3、巖石相互作用，作為最活躍的地質(zhì)營力促進(jìn)各種地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育。生物圈(biosphere)：滲透在水圈、大氣圈下層和地殼表層的范圍之中，對于改變地球的形態(tài)起著重要的作用。6/40一、礦物的概念 地殼由巖石組成，巖石由礦物組成。 礦物(mineral)：具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的自然元素和無機(jī)化合物。常見的幾種礦物石英方解石云母第二節(jié) 造巖礦物7/40黃鐵礦瑪瑙石膏8/40石英晶簇9/4010/40 自然界中已發(fā)現(xiàn)的礦物有2500多種。但組成常見巖石的礦物僅數(shù)十種，這些組成常見巖石的礦物稱為造巖礦物。其占地殼重量約為99%。造巖礦物以硅酸鹽為主。 11/40二、礦物的特征 晶形 (crystal

4、form)圖 2-2 礦物晶形(a) 石鹽；(b) 石膏；(c) 普通輝石；(d)石英； (e)正長石； (f) 云母 12/40物理性質(zhì)顏色(color)：礦物新鮮表面的顏色。是礦物對不同波長可見光吸收程度不同的反映，分自色、他色、假色。光澤(luster)：礦物表面（晶面或解理）反射光線的強(qiáng)弱強(qiáng)度，取決于其折光率。分為金屬光澤(黃鐵礦）、半金屬光澤（褐鐵礦）、金剛光澤、玻璃光澤（長石、石英）。 當(dāng)反射面不平行時(shí)，礦物可形成某種獨(dú)特的光澤，油脂光澤、絲絹光澤、臘狀光澤（蛇紋石、石膏），珍珠光澤（滑石、石膏）、土狀光澤（高嶺土）。13/40物理性質(zhì)透明度(transparency)：光線透過礦

5、物的程度。分透明、半透明、不透明。條痕(streak)：礦物粉末的顏色。14/40力學(xué)性質(zhì)硬度(hardness)：礦物新鮮面抵抗外力刻劃、研磨的能力，分為摩氏十級。 1-滑石，2-石膏，3-方解石，4-螢石，5-磷灰石，6-長石，7-石英，8-黃玉，9-剛玉10-金剛石。（指甲為22.5，鐵刀33.5，鋼刀66.5)解理(cleavage)：礦物受敲擊后，嚴(yán)格按一定方向裂開成光滑平面的性質(zhì)。極完全解理，云母，完全解理，方解石，中等解理，灰石，不完全解理，磷灰石。斷口(fracture)：與解理相反沒有光滑平面，破裂面呈凹凸不平的斷面，如貝殼、參差狀。15/40其他性質(zhì)石墨導(dǎo)電，石棉絕緣，螢石

6、發(fā)光，毒砂有嗅味，自然硫可燃燒 。16/4017/40常見造巖礦物的肉眼鑒定 抓住主要特征 綜合考慮顏色、晶形、光澤、解理、硬度 考慮礦物生成條件及共生礦物工具：工具：小鋼刀、放大鏡、稀鹽酸等。18/40課堂練習(xí)19/40巖石(rock)：一種或多種礦物組成的自然集合體。按成因分為三大類：巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。 巖漿巖(magmatic rock) 巖漿巖又叫火成巖，在地殼上分布面積約占7，但其質(zhì)量占地殼總質(zhì)量的95%。在三大類巖石中占有比較重要的地位。第三節(jié) 巖漿巖 20/40巖漿巖(magmatic rock) 成因類型： 由地下深處的高溫高壓熔融的巖漿以侵入(intru- sive)或

7、噴出(effusive)方式直接冷凝而成。21/40巖漿巖的產(chǎn)狀裂隙式噴發(fā)：熔巖被巖流中心式噴發(fā)：火山錐熔噴出巖巖墻，巖脈巖床，淺成巖：巖盤（盆），深成巖：巖基，巖株侵入巖22/40 火成巖的產(chǎn)狀示意圖巖基（面積大于60-100km2）； 巖株（面積小于60-100km2）； 巖蓋，巖盆； 巖床；巖墻； 火山頸； 巖脈；巖被；火山錐； 熔巖流； 破火山口23/40印尼火山噴發(fā)2010年8月火山噴出巖24/40花崗巖的礦物成分巖漿巖物質(zhì)成分 主要是硅酸鹽礦物，還有一部分金屬硫化物、氧化物及揮發(fā)性物質(zhì)。按SiO2含量分為：基性巖漿65%等;按礦物成分分為：硅鋁礦物和鐵鎂礦物。 25/40巖漿巖的結(jié)

8、構(gòu)(texture) 指組成巖石的礦物結(jié)晶程度、晶粒大小、形狀及相互組合方式。可反映巖漿冷凝時(shí)的物理環(huán)境。按礦物結(jié)晶程度分為：全晶質(zhì)巖石全部由結(jié)晶礦物組成，是深成侵入巖結(jié)構(gòu)特征。半晶質(zhì)由結(jié)晶和非結(jié)晶礦物組成，是淺成侵入巖結(jié)構(gòu)特征。玻璃質(zhì)（非晶質(zhì)）巖石幾乎全部由玻璃制組成，是噴出巖結(jié)構(gòu)特征。按晶粒大小分為：顯晶質(zhì)、隱晶質(zhì)按晶粒相對大小分為：等粒、不等粒、斑狀和似斑狀結(jié)構(gòu)26/40巖漿巖的構(gòu)造(structure) 指巖石中不同礦物集合體分布與排列特征。常見構(gòu)造：常見構(gòu)造： 流紋狀構(gòu)造 氣孔和杏仁狀構(gòu)造 塊狀構(gòu)造流紋巖27/40花崗閃長巖玄武巖28/40 表 2-3 巖 漿 巖 分 類 簡 表侵2

9、9/40公園里的花崗巖裝飾30/40第四節(jié) 沉積巖(sedimentary rock) 沉積巖(sedimentary rock) 在地殼上分布面積約占75，體積只占5%。對工程建筑具有實(shí)際意義。31/40搬運(yùn)沉積硬結(jié)成巖 物質(zhì)組成： 巖石碎屑 黏土礦物 化學(xué)沉積礦物 有機(jī)質(zhì)及生物殘骸 成因：地表巖石破壞32/40沉積巖的結(jié)構(gòu) 碎屑結(jié)構(gòu) 粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)細(xì)中粗砂質(zhì)結(jié)構(gòu)礫狀結(jié)構(gòu) 泥質(zhì)結(jié)構(gòu) 結(jié)晶結(jié)構(gòu) 生物結(jié)構(gòu)33/40沉積巖的構(gòu)造 層理構(gòu)造(stratification)（水平層理、波狀層理、斜層理等） 層面構(gòu)造(bedding plane)（雨痕、泥裂等）(a)(b)(c)(d)圖2-10 沉積巖的層

10、理類型(a)水平層理；(b)交錯(cuò)層理；(c)單斜層理；(d) 透鏡體及尖滅層34/40碎屑巖的膠結(jié)物： 硅質(zhì)強(qiáng)度高 鐵質(zhì)易氧化 鈣質(zhì)易溶解 泥質(zhì)易軟化膠結(jié)類型： 基底式膠結(jié)(a) 孔隙式膠結(jié)(b) 接觸式膠結(jié)(c) (a) (b) (c)圖2-11 碎屑巖的膠結(jié)類型35/40沉積巖的分類沉積巖的分類 碎屑巖 黏土巖 化學(xué)沉積巖（石灰?guī)r、白云巖） 生物化學(xué)巖（生物碎屑灰?guī)r）36/40表 2-4 沉積巖分類簡表37/40砂頁巖硅質(zhì)灰?guī)r38/40變質(zhì)巖(metamorphic rock) 在地殼上分布面積約占18。第五節(jié) 變質(zhì)巖(metamorphic rock)39/40成因：巖石受地殼運(yùn)動(dòng)及巖漿

11、入侵的高溫高壓作用和化學(xué)成分的加入，使原來巖石的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā)生一系列變化而形成。變質(zhì)作用類型： 接觸變質(zhì)作用：這是指發(fā)生在侵入巖與圍巖之間的接觸帶上，并主要由溫度和揮發(fā)物所引起的變質(zhì)作用。形成大理巖、矽卡巖。動(dòng)力變質(zhì)作用：這是指在地殼構(gòu)造變質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈定向壓力使巖石發(fā)生的變質(zhì)作用，也叫碎裂變質(zhì)作用。40/40變質(zhì)作用類型：區(qū)域變質(zhì)作用：這是在廣大范圍內(nèi)發(fā)生，并由溫度、壓力以及化學(xué)活動(dòng)性流體等多種因素引起的變質(zhì)作用。變質(zhì)作用方式以重結(jié)晶、重組合為主。如片麻巖。 混合巖化作用： 這是指原有的區(qū)域變質(zhì)巖體與巖漿狀的流體互相交代而形成新巖石（混合巖）的作用。 圖 2-12 接觸變質(zhì)帶示意圖41

12、/40 物質(zhì)組成：原有礦物：石英、長石、云母、角閃石和方解石等變質(zhì)礦物：綠泥石、滑石、藍(lán)晶石、剛玉和石榴子石等 結(jié)構(gòu)：變余結(jié)構(gòu)：由于變質(zhì)重結(jié)晶進(jìn)行得不完全，原有巖石的礦物成 分和結(jié)構(gòu)特征被部分地保留下來，這樣形成的結(jié)構(gòu)稱為變余結(jié)構(gòu)。 變晶結(jié)構(gòu)：巖石在固態(tài)條件下由重結(jié)晶和變質(zhì)結(jié)晶作用形成的結(jié)構(gòu)。 壓碎結(jié)構(gòu)：巖石在低溫受定向壓力作用下，形成碎塊甚至粉末狀后又被膠結(jié)在一起的結(jié)構(gòu) 。42/40構(gòu)造： 變余構(gòu)造：巖石經(jīng)變質(zhì)后仍保留有原巖部分的構(gòu)造特征，這種構(gòu)造稱為變余構(gòu)造。 變成構(gòu)造：由變質(zhì)作用所形成的新的構(gòu)造稱為變成構(gòu)造。 板狀構(gòu)造：巖石中有輕微重結(jié)晶。千枚狀構(gòu)造：巖石中有基本重結(jié)晶。片狀構(gòu)造：巖石中

13、各組分全部重結(jié)晶。片麻狀構(gòu)造：巖石具顯晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu)，以粒狀礦物為主，片狀或柱狀礦物定向排列 。塊狀構(gòu)造：礦物均勻分布，結(jié)構(gòu)均一，無定向排列。43/40表 2-5 變質(zhì)巖分類表44/40花崗片麻巖大理巖45/40 三大類巖石的肉眼鑒別巖漿巖的鑒別方法巖漿巖的鑒別方法 先看顏色,再看結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,然后看礦物成分。沉積巖的鑒別方法沉積巖的鑒別方法 先看結(jié)構(gòu),再看成分。變質(zhì)巖的鑒別方法變質(zhì)巖的鑒別方法 先看構(gòu)造,再看成分。46/40三大類巖石特征對比表巖石類別 成因 物質(zhì)組成 結(jié)構(gòu) 構(gòu)造 代表性 巖石 巖漿巖 高溫高壓 巖漿冷凝 硅酸鹽 金屬硫化物 結(jié)晶結(jié)構(gòu) 塊狀構(gòu)造 花崗巖 沉積巖 常溫常壓 巖石風(fēng)化

14、 碎屑物質(zhì)黏土礦物 化學(xué)物質(zhì) 有機(jī)物 碎屑結(jié)構(gòu) 結(jié)晶結(jié)構(gòu) 生物結(jié)構(gòu) 層理構(gòu)造 層面構(gòu)造 砂巖 變質(zhì)巖 巖石變質(zhì) 變質(zhì)礦物 變晶結(jié)構(gòu) 變余結(jié)構(gòu) 壓碎結(jié)構(gòu) 片狀構(gòu)造 片麻構(gòu)造 千枚構(gòu)造 片麻巖 47/4048/40巖石循環(huán)轉(zhuǎn)化示意圖49/40第六節(jié) 巖石的工程地質(zhì)性質(zhì) 一.巖石工程地質(zhì)性質(zhì)的常用指標(biāo)物理性質(zhì)(physical properties) 重度重度（）(unit weight)：巖石單位體積的重力（kN/m3）。 式中：W-巖石的重量（KN） V-巖石的體積（包含空隙體積）（m3） 有干重度、濕重度和飽和重度之分。密度密度( ()()(bulk density):):巖石單位體積的質(zhì)量(

15、g/cm3) VWVW50/40第六節(jié) 巖石的工程地質(zhì)性質(zhì) 比重比重(相對密度)(G)(specific gravity)：固體巖石的質(zhì)量與同體積水在4C時(shí)質(zhì)量的比值。式中：Ws巖石固體部分的質(zhì)量（g）; Vs巖石固體部分（不包括孔隙）的體積（cm3）; w 單位體積水（4）的質(zhì)量（g/cm3)空隙率空隙率(n)(n)( porosity)：巖石空隙的體積與巖石總體積的比值,以百分?jǐn)?shù)表示，即式中：Vn巖石中孔隙的體積（cm3） V巖石總體積（cm3）wssVWGVVnn51/40吸水率（吸水率（1）(absorptive ratio)(absorptive ratio)：常壓條件下，巖石吸入水

16、的質(zhì)量(Ww1)與干燥巖石質(zhì)量（Ws）之比，用百分?jǐn)?shù)表示。 巖石水理性質(zhì)飽水率（飽水率（2）(saturation ratio)(saturation ratio)：高壓或真空條件下，巖石吸入水分的質(zhì)量與干燥巖石質(zhì)量之比，用百分?jǐn)?shù)表示。%10011sWW%10022sWW52/40 巖石水理性質(zhì)飽水系數(shù)（飽水系數(shù)（k ks s）(saturation coefficient)(saturation coefficient) ：巖石的吸水率（1）與飽水率（2）的比值。其值越大，巖石的抗凍性越差,一般巖石的飽水系數(shù)在0.50.8。21sK53/40透水性透水性(permeability)：指巖石允

17、許水透過的能力。巖石的透水性用滲透參數(shù)（k）來表示。滲透系數(shù)表示水力坡降為時(shí)，水在巖石中的滲透速度，其單位用m/d 或cm/s表示。溶解性溶解性(dissolubility)：指巖石溶解于水的性質(zhì)。常用溶解度或溶解速度來表示。 軟化性：軟化性：指巖石在水的作用下強(qiáng)度降低的性質(zhì)。軟化系數(shù)(Kd) (softening coefficient)為巖石在飽水狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度（RW）與風(fēng)干狀態(tài)下強(qiáng)度（Rd）之比。0.75是強(qiáng)軟化的巖石，工程性質(zhì)較差。ddRRK54/40抗凍性抗凍性(frost resistance)：指巖石抵抗冰劈作用的能力。可用強(qiáng)度損失率和重量損失率表示巖石的抗凍性能。 強(qiáng)度損

18、失率（Rt）指飽和巖石在一定負(fù)溫度（-25）條件下，凍融10-25次（視工程具體要求而定，有的要求凍融100-200次或更高），凍融前后的抗壓強(qiáng)度之差與凍融前抗壓強(qiáng)度的比值，以百分?jǐn)?shù)表示?？箟簭?qiáng)度降低率(2025)的巖石是抗凍的。崩解性崩解性(disintegration)：指黏土質(zhì)巖石吸水膨脹的性質(zhì)。%100212ssstRRRR55/40 力學(xué)性質(zhì) 強(qiáng)度指標(biāo)：強(qiáng)度指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度(compressive strength)： 巖石單向受壓時(shí)抵抗破壞的能力。即抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(tensile strength)： 巖石單向受拉時(shí)抵抗破壞的能力。以拉斷破壞時(shí)的最大張應(yīng)力表示。 FPR 式中：式中： R R巖石抗壓強(qiáng)度（巖石抗壓強(qiáng)度（KPaKPa）；）； P P巖石破壞時(shí)的壓力（巖石破壞時(shí)的壓力（KNKN）；）； F F巖石受壓面面積（巖石受壓面面積（m m2 2）。）。56/40抗剪強(qiáng)度：抗剪強(qiáng)度：是巖石抵抗剪切破壞的能力。可分為以下三是巖石抵抗剪切破壞的能力?？煞譃橐韵氯N強(qiáng)度：種強(qiáng)度：( a ) 抗剪