地球的重力-四川交通職業(yè)技術學院

地球的重力-四川交通職業(yè)技術學院第一頁，共38頁。

要想得到彩虹就必須忍受風雨！Onecannotbeintwoplacesatonce.一心不可二用。

參考書：《地質(zhì)與土質(zhì)》李瑾亮主編，人民交通出版社?！豆饭こ痰刭|(zhì)》竇明健主編，人民交通出版社。《工程地質(zhì)與水文》楊曉豐主編，人民交通出版社?！豆饭こ痰刭|(zhì)勘察規(guī)范》，人民交通出版社。第二頁，共38頁。第一節(jié)地球的概述地球的地位：地球是太陽系九大行星中較小的一顆行星。太陽在銀河系里只是1.6X1011顆恒星之一；銀河系也僅僅是總星系的一個成員；而總星系還只是宇宙的一部分。一、地球的外部形態(tài)：二、地球的物理性質(zhì)：三、地球的圈層構造：ok第三頁，共38頁。一、地球的外部形態(tài)：地球為一梨狀三軸旋轉橢球體。赤道一帶稍微凸出，南北半球也不對稱，加上表面凹凸不平.赤道半徑（a）6378.1724km赤道周長40075.696km兩極半徑（b）6356.7986km子午線周長40008.6km平均半徑6371.229km表面積5.1007*108km2扁率（（a-b）/a）1：298341體積1．0832*1012km2第四頁，共38頁。二、地球的物理性質(zhì)：1、密度地球的平均密度：5.516g/cm3地表巖石平均密:2.7g/cm3地心的密度:13g/cm3第五頁，共38頁。2、地球的壓力地球內(nèi)部壓力是隨深度加大而逐漸增高的。深度每增加１km，壓力增加27.5MPa（1MPa＝1兆帕斯卡＝１０６N/m２）。深部隨著巖石密度的加大，靜巖壓力增加得更快些。靜巖壓力在莫霍面附近約1200MPa，古登堡面附近約135,200MPa，地心處可達361,700Mpa，相當于360萬個大氣壓力。

地表地心第六頁，共38頁。3、地球的重力地球的重力地球自轉引起的離心力和地球引力的合力。P=F+dF=GMm/R2

d=rω(G為萬有引力常數(shù)，ω為角速度)

因為離心力相對很小，即使在赤道也只有萬有引力的1/289，所以重力基本上就等于萬有引力，方向也基本上指向地心。為了便于比較，通常用單位質(zhì)量所受的引力來表示重力（重力加速度g）

g=GM/R2(單位用伽Gal)1Gal=1cm/s2第七頁，共38頁。重力的變化重力在地表的變化重力隨緯度的增加而增加，隨海拔高度的增加而減小。若將地球視為均質(zhì)體，以海平面為基準可計算出不同緯度的標準重力值。g=987.032(1+5.3*10-3*sin2ф-5.9*10-6*sin22ф)g為重力（伽），ф為緯度重力在地球內(nèi)部的變化影響重力大小的不是整個地球的總質(zhì)量，而主要是所在深度以下的質(zhì)量。由于地殼與地幔的密度都比較小，從地表到地下2900km的核幔界面，重力大體上是隨深度增加而略有增加，但有波動。在核幔界面上，重力值達到極大(約1069伽)，再往深處去,各個方向上的引力趨向平衡,重力值逐漸減少，直至變小為零。第八頁，共38頁。重力異常

實際測得的重力值與理論重力值之間的差值，稱重力異常。當實測重力值>理論重力值,稱正異常當實測重力值<理論重力值,稱負異常在埋藏有密度較小物質(zhì)（如石油、煤、鹽等非金屬礦產(chǎn)）的地區(qū)，常顯示負異常；而埋藏有密度大物質(zhì)（如鐵、銅、鉛、鋅等金屬礦產(chǎn)）的地區(qū)，就顯示正異常。所以人們就可以通過重力測量，來圈定重力異常的區(qū)域，尋找那些引起重力異常的非金屬和金屬礦產(chǎn)。這就是地質(zhì)勘查中常用的重力探勘方法第九頁，共38頁。4、地球的磁場地磁場：地球周圍存在的磁場

它有兩個磁極，其磁北極位于地理北極附近，磁南極位于地理南極附近，但不重合，地磁軸與地球自轉軸的夾角現(xiàn)在約為11.5度，1980年實測的磁北極位于北緯78.2度、西經(jīng)102.9度（加拿大北部），磁南極位于南緯65.5度，東經(jīng)139.4度（南極洲）。地磁軸地理軸第十頁，共38頁。地磁三要素：磁場強度、磁偏角、磁傾角磁場強度：為某地點單位面積上磁力大小的絕對值。它是一個具有方向（磁力線方向）和大小的矢量，一般在磁兩極附近磁感應強度大（約為60T（微特拉斯））；在磁赤道附近最?。s為30T）。磁偏角：磁力線在水平面上的投影與地理正北方向之間形成的夾角。即，磁子午線與地理子午線之間的夾角。磁偏角的大小各處都不相同。在北半球，如果磁力線方向偏向正北方向以東稱為東偏，偏向正北方向以西稱為西偏。我國東部地區(qū)磁偏較為西偏，甘肅酒泉以西地區(qū)為東偏。磁傾角：指磁針北端與水平面的交角。通常以磁針北端向下為正值，向上為負值。地球表面磁傾角為零度的各點的連線稱為地磁赤道；第十一頁，共38頁。磁傾角的變化由地磁赤道到地磁北極，磁傾角由0°逐漸變?yōu)?90°；由地磁赤道到地磁南極，磁傾角由0°變成-90°。

我國在北半球，羅盤南針要綁銅線，為什么？地磁軸地理軸第十二頁，共38頁。5、地球的溫度地溫人們可以火山和溫泉意識到地下深處是熱的，地球的溫度總體上是從地表向地內(nèi)逐漸增高的。在地表附近，由于太陽幅射熱的影響，溫度有晝夜變化、季節(jié)變化和多年周期的變化．這一表層可叫外熱層（或變溫層）。外熱層的深度一般在十幾米．在其下界面附近，地溫常年保持不變，等于或略高于當?shù)啬昶骄鶜鉁?，該處稱為常溫層。常溫層以下，受到地球內(nèi)部熱量的影響，溫度逐漸升高。一般把在常溫層以下，每向下加深100ｍ所升高的溫度稱為地熱增溫率或地溫梯度。這是由于地球內(nèi)部熱量通過向上熱傳導而造成的。世界上不同地區(qū)，地溫梯度都不相同，地球表層的平均地溫梯度為３℃。海底的地溫梯度一般為４－８℃，大陸為０.９－５℃．大陸的地溫梯度一般來說是顯著低于海底的．第十三頁，共38頁。6、地球的彈塑性彈塑性地球具有彈性，表現(xiàn)在地球內(nèi)部能傳播地震波，因為地震波是彈性波。地表的固體巖石在日、月引力的作用下也有交替的漲落現(xiàn)象，其幅度為7—8cm,這種現(xiàn)象稱為固體潮。也說明固體地球具有彈性。地球也具有塑性，地球的自轉能引起地球赤道半徑加大而成為橢球。在應力的作用下引起巖石發(fā)生彎曲而不破裂等，這些都說明地球具有塑性。ok第十四頁，共38頁。三、地球的圈層構造：1.地球的外部圈層

水圈\大氣圈\生物圈2.地球的內(nèi)部圈層

地殼、地幔和地核三個主要圈層。軟流層：（又稱低速帶）40-250km處，地震波波速低，溫度接近巖石熔點，塑性較大，利于巖石活動。某些區(qū)域內(nèi)不能傳播橫波----巖石可能已為液態(tài)。軟流圈以上的地幔和地殼合稱巖石圈。第十五頁，共38頁。

ok第十六頁，共38頁。第二節(jié)地球的演化與地質(zhì)作用

地球的演化：板塊邊界構造帶地質(zhì)作用：內(nèi)動力地質(zhì)作用外動力地質(zhì)作用內(nèi)、外動力地質(zhì)作用之間的相互關系地貌：ok第十七頁，共38頁。（一）內(nèi)動力地質(zhì)作用：

地殼運動-----高山、湖泊、盆地等分水平和垂直作用兩種。是地殼運動，誘發(fā)地震，影響巖漿、變質(zhì)作用的重要條件，也影響外動力作用的強度和變化。巖漿作用-----火山噴發(fā)、巖漿運動變質(zhì)作用-----變質(zhì)巖地震作用------地震即由地球內(nèi)部能量引起的地質(zhì)作用。第十八頁，共38頁。海嘯第十九頁，共38頁。（二）外動力地質(zhì)作用：

1.風化作用---是外力作用中最為普遍的一種。(1)物理風化作用：

①剝離

②冰劈③晶脹(2)化學風化作用：①氧化作用②溶解作用③水解作用④水化作用⑤碳酸化作用第二十頁，共38頁。(3)生物風化作用：①生物的機械破壞：②生物的化學破壞：2.剝蝕作用

3.搬運作用

4.沉積作用---從介質(zhì)中分離出來。5.成巖作用----隨著沉積物的埋深而升溫、加壓，發(fā)生化學反應。

ok第二十一頁，共38頁。巖石的釋荷

在地下深處的巖石承受巨大靜壓力，其潛在膨脹力是十分驚人。巖石從地下深處變到地表條件時由于上覆靜壓力減小而產(chǎn)生張應力形成一系列與地表平行的宏觀和微觀的內(nèi)部破裂面。形成這種裂隙構造的作用稱為剝離作用。ok第二十二頁，共38頁。氧化作用

大氣圈中氧含量為20．1％。當巖石和礦物暴露于地表或位于地表層時，與氧充分接觸，發(fā)生一系列氧的反應化學。ok第二十三頁，共38頁?？λ固刈饔茫ㄈ芪g作用）在包氣帶，地下水在可溶性巖石的裂縫中向下滲流，使裂縫不斷加深加寬，形成石芽，石芽不斷升高。在巖石成分較純、巖層巨厚、巖層傾角平緩的可溶性巖石地區(qū)，石芽可高達幾十米，遠望宛如樹林，稱為石林。ok第二十四頁，共38頁。風的剝蝕作用

風的搬運作用

ok第二十五頁，共38頁。地下水的化學沉積作用

在地下水攜帶著被溶解的碳酸鹽物質(zhì)滲流到開闊的溶洞、泉口以及擴大了的節(jié)理時，由于壓力減小，導致地下水中的二氧化碳逸出，碳酸氫鈣被分解成碳酸鈣而產(chǎn)生沉淀。ok第二十六頁，共38頁。

（三）內(nèi)、外動力地質(zhì)作用之間的相互關系：內(nèi)、外動力地質(zhì)作用是對立統(tǒng)一的關系。既互相排斥對立，又互相依存聯(lián)系，推動著地殼的演變和發(fā)展。內(nèi)動力地質(zhì)作用的總趨勢是形成地殼表層的基本構造形態(tài)和地殼表面的高低起伏；外動力地質(zhì)作用則是破壞內(nèi)動力地質(zhì)作用形成的地形或產(chǎn)物，總趨勢是削高補低，形成新的沉積物。ok第二十七頁，共38頁。三、地貌認識地貌：概念地貌的形成和發(fā)展的動力地貌的分級與分類地貌基本要素：地形面、地形線和地形點地貌形態(tài)測量特征：高度、坡度和地面切割程度等。地貌的分級：星體地貌、巨型地貌、大型地貌、中型地貌、小型地貌。地貌的分類地貌的形態(tài)分類按地貌的絕對高度、相對高度以及地面的平均坡度等分高、中、低山、丘陵地貌的成因分類：分為內(nèi)生地貌（構造與火山地貌）和外生地貌（斜坡地貌（詳見第五章）與山嶺地貌、重力、風、、水、冰、凍土、巖溶、黃土、海岸、湖泊和沼澤、平原、人工等）兩大類。

ok第二十八頁，共38頁。第三節(jié)公路工程地質(zhì)概論一、工程地質(zhì)學概念1、工程地質(zhì)問題

2、地質(zhì)環(huán)境⑴工程地質(zhì)條件與人類經(jīng)濟活動的關系⑵工程地質(zhì)條件在路橋工程中的重要意義3、工程地質(zhì)現(xiàn)象：4、公路工程地質(zhì)學研究對象：公路工程活動與地質(zhì)環(huán)境之間的相互制約關系。

二、公路工程地質(zhì)學的研究目的與任務三、公路工程地質(zhì)學的研究內(nèi)容四、工程地質(zhì)學的發(fā)展與分支學科ok第二十九頁，共38頁。1、工程地質(zhì)問題：

工作區(qū)的工程地質(zhì)條件滿足不了工程建筑的要求出現(xiàn)的安全使用、地基穩(wěn)定及經(jīng)濟問題。包括：區(qū)域穩(wěn)定問題：活斷裂、地震及其相關的地質(zhì)問題等；地基穩(wěn)定問題：如公路常遇的邊坡、路基（橋基）穩(wěn)定問題；隧道工程常遇的圍巖穩(wěn)定、突然涌水等問題；經(jīng)濟問題：如天然材料的儲量、質(zhì)量等。ok第三十頁，共38頁。2、地質(zhì)環(huán)境：又稱工程地質(zhì)條件，通常是指那些影響工程建筑結構類型、施工方法及其穩(wěn)定性的各種自然條件的綜合。這些自然條件包括地層、地質(zhì)構造、巖性、水文地質(zhì)、地貌特征、物理地質(zhì)作用、氣候等；此外還包括人為的因素。ok第三十一頁，共38頁。⑴工程地質(zhì)條件與人類的經(jīng)濟活動的關系工程地質(zhì)條件與人類的經(jīng)濟活動息息相關，如礦山、水庫、電站、工業(yè)與民用建筑、道路與橋梁等等工程建筑物，都是以地殼表層的土或巖石為其地基，并受到客觀環(huán)境地質(zhì)條件的制約。而這些工程建筑物在施工和使用的過程中，又反過來影響著自然地質(zhì)條件的變化，產(chǎn)生工程地質(zhì)現(xiàn)象，使得建筑物的穩(wěn)定性問題更加復雜化.ok第三十二頁，共38頁。⑵工程地質(zhì)條件在路橋工程中的重要意義眾所周知，公路是一種延伸很長、且以地殼表層為基底的線形建筑物，它常常要穿越許多自然條件不同的地段，故路橋工程必然要受到不同地段的地質(zhì)、地理各種因素的影響，這是公路工程區(qū)別于房屋、水庫、礦山等工程建筑物最主要的特性。因此，在路橋工程建筑的設計、施工中，必須對不同地段的建筑物所處的工程地質(zhì)條件進行深入調(diào)查研究，取得可靠的地質(zhì)資料后，才能為路或橋的合理布設、安全施工、正常運營起到保障作用。第三十三頁，共38頁。例如，某一公路在穿過峽谷時，由于開挖邊坡后巖體沿裂隙面失重而產(chǎn)生崩塌。該峽谷的巖性屬泥盆系觀霧山組(D2,)的厚層及中厚層灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀大致順河水流向傾斜。峽谷巖性堅硬，崖壁陡峭，坡高約80m,處于自然穩(wěn)定狀態(tài)；但節(jié)理很發(fā)育，其中有一組節(jié)理傾向河心。當沿崖腳順河修筑公路，經(jīng)大爆破開挖邊坡后，破壞了自然穩(wěn)定度，于1984年7月大雨之后突然發(fā)生數(shù)十萬立方米的塌方，中斷交通達半年之久。疏通后，道路向河岸加寬，用半旱橋式擋土墻加固外邊坡。然而．內(nèi)邊坡高崖上還有多處風化裂隙，崩塌的隱患仍然存在！ok第三十四頁，共38頁。1、目的：（一、2已述）工程地質(zhì)條件與人類的公路工程活動息息相關，因而對工程地質(zhì)條件進行調(diào)查、研究，作出較全面的評估和提出