第第 1 1 章章 绪论绪论 工程地质条件：地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、自然地质作用与现象。 第第 2 2 章章 岩石的成因类型及其工程地质特征岩石的成因类型及其工程地质特征 地球的内部构造：是由化学成分、密度、压力、温度等不同的圈层所组成，具有同心圆状 的圈层构造。依各圈层的特点可分为：地壳、地幔、地核。 地壳：地球的固体外壳叫做地壳。地壳厚度：大陆上厚的 70km，海洋里薄的 10km，平均厚 度 33km。硅铝主要分布在地壳上部，硅铝层。硅镁成分主要分布在地壳下部，硅镁层。 地幔：处于地壳和地核中间，也称中间层或过渡层。根据化学成分的不同分两层：地幔上 层化学成分主要是硅氧，其中铁、镁、钙显著增加，硅铝的成分有所减少，也称橄榄层。 地幔下层主要是金属氧化物和硫化物组成。 地核: 主要化学成分是铁、镍，又称铁镍核心。 岩石圈：软流圈之上至地幔顶层加上地壳。 2.12.1 主要造岩矿物主要造岩矿物 矿物: 存在于地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物 造岩矿物: 构成岩石的矿物，称为造岩矿物。如常见的石英(SiO2)、正长石(KA1Si303)、 方解石(CaCO3)等。造岩矿物绝大部分是结晶质。地壳组成矿物中最多的是硅酸盐。 次生矿物: 当外界条件改变到一定程度后，矿物原来的成分、内部构造和性质就会发生变 化，形成新的矿物称为次生矿物。 矿物的物理力学性质，决定于矿物的化学成分和内部构造。矿物的物理力学性质有：光学 性质、力学性质、形态特征。 【光学性质颜色、光泽、条痕】 矿物的颜色，是矿物对可见光波的吸收作用产生的。按成色原因，有自色、他色、假色之 分。 自色：矿物固有的颜色，颜色比较固定。含铁、锰多的矿物，如黑云母、普通角闪石、普 通辉石等，颜色较深；含硅、铝、钙多的矿物，如石英、长石、方解石等，颜色较浅。 他色：是矿物混入了某些杂质所引起的，与矿物的本身性质无关。他色不固定，对鉴定矿 物没有很大意义。 假色：是由于矿物内部的裂隙或表面的氧化薄膜对光的折射、散射所引起的。如方解石解 理面上常出现的虹彩；斑铜矿表面常出现斑驳的蓝色和紫色。 光泽矿物表面呈现的光亮程度。它是矿物表面的反射率的表现。按其反射强弱程度，分金 属光泽、半金属光泽、非金属光泽。造岩矿物绝大部分属于非金属光泽。 非金属光泽玻璃光泽：长石、方解石解理面；珍珠光泽：云母；丝绢光泽：纤维石膏、 绢云母；油脂光泽：石英断口；蜡状光泽：蛇纹石、滑石；土状光泽：高岭石。 条痕矿物在无釉瓷板上摩擦时所留下的粉末痕迹，它是指矿物粉末的颜色。对不透明矿物 的鉴定很重要。 【力学性质硬度，解理、断口】 硬度矿物抵抗外力刻划、研磨的能力。摩氏硬度计：硬度对比的标准，从软到硬依次由下 列 10 种矿物组成称为摩氏硬度计。1 1 滑石滑石 2 2 石膏石膏 3 3 方解石方解石 4 4 萤石萤石 5 5 磷灰石磷灰石 6 6 正长石正长石 7 7 石英石英 8 8 黄玉黄玉 9 9 刚玉刚玉 1010 金刚石金刚石。简便物件：钥匙 3 铁钉 3-3.5 铅笔刀 5-5.5 玻璃 5.5 钢刀刃 6- 6.5。 解理矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质。裂开的光滑平面称为解理面。 不具方向性的不规则破裂面，称为断口。解理出现方向的数目：一个方向的解理，云母； 两个方向的解理，长石；三个方向的解理，方解石。解理的完全程度极完全解理：云 母；完全解理：方解石；中等解理：正长石；不完全解理：磷灰石。矿物解理的完全程度和断口是互相消长的，解理完全时则不显断口。 断口不发育解理的矿物受外力打击时沿一不平滑的面断开，称断口。石英成贝壳状断口， 黄铁矿为参差状断口。 【形态特征】单体矿物形态：单向延长类型，纤维状石膏、角闪石；双向延长类型，板状 石膏、云母、重晶石；三向延长类型，黄铁矿、橄榄石。集合体形态：晶簇，石英晶簇、 方解石晶簇；纤维状，纤维石膏；粒状；鲕状，鲕状赤铁矿；钟乳状，石钟乳、石笋；土 状，高龄土；块状，蛋白石。 【其他性质】滑石的滑腻感，方解石遇盐酸起泡，硫化物矿物 在重击之下会发出羽毛烧焦时的气味。 【常见矿物肉眼鉴定特征（颜色，形态，硬度等鉴定特征） 】 滑石：白、灰、淡黄、淡绿色，片状、致密块状，硬度 1，腊状光泽，摸之有滑感。 高岭石：白、因含杂质可呈浅黄、浅褐色，土状，硬度 1-1.5。 绿泥石：浅绿至深绿色，片状，硬度 2-2.5，珍珠或玻璃光泽。 黑云母：深褐、黑色，片状，硬度 2.5-3，1 组极完全解理，珍珠或玻璃光泽，薄片透明， 有弹性。 白云母：无色、银白色，片状，硬度 2.5-3， 1 组极完全解理，珍珠或玻璃光泽，薄片透 明，有弹性。 方解石：白色，菱面体、粒状，硬度 3， 3 组完全解理，玻璃光泽，遇稀盐剧烈起泡。 角闪石：黑、黑绿色，针柱状，硬度 5-6，2 组解理，玻璃光泽。 辉石：黑色，短柱状粒状，硬度 5-6，2 组解理，玻璃光泽。 正长石：多为肉红色，板条状、粒状，硬度 6，2 组解理，玻璃光泽。 斜长石：白色、灰白色，板条状、粒状，硬度 6，2 组解理，玻璃光泽。 黄铁矿：浅铜黄色，立方体、粒状，硬度 6-6.5 ，无解理，金属光泽。 石英：无色、烟灰色，粒状、水晶六方柱状，硬度 7，无解理，玻璃或油脂光泽。 2.22.2 岩石岩石（按成因分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩） 结构：指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒大小、形状及其相互结合的情况。 构造：指矿物在岩石中的组合方式和空间分布情况。 【岩浆岩(火成岩)】生成于地壳深部或地壳之下的高温熔融硅酸盐物质（岩浆）沿地壳中 的薄弱地带上升侵入地壳浅部或喷出地表冷凝成为岩石，称为岩浆岩（火成岩） 。 根据岩浆岩冷凝时地质环境不同分为：深成岩、浅成岩、喷出岩(火山岩)。 岩浆岩造岩矿物：深色矿物石英、正长石、斜长石、白云母；浅色矿物黑云母、角闪 石、辉石、橄榄石。 岩浆岩产状：岩基、岩株、岩盘、岩床、岩脉。 岩浆岩由 SiO2含量分为：酸性岩类(65%)、中性岩类(52-65%)、基性岩类(0.45-0.52%)、 超基性岩类(胶结物联结。胶结物：硅质胶结铁质胶结钙质胶 结泥质胶结。胶结方式：接触胶结孔隙胶结基底胶结。岩体结构类型有整体块状结构、 层状结构、碎裂结构、散体结构。整体块状结构强度高，各向同性，抗风化能力强；层 状结构强度较高，各向异性，层间滑动；碎裂结构岩体完整性差，强度低；散体结构 碎石土类，各向同性，强度最差。 第第 4 4 章章 土的工程性质与分类土的工程性质与分类 4.14.1 土的组成与结构、构造土的组成与结构、构造 粒径(度)：颗粒大小以直径(单位为 mm)。 粒组：界于一定粒径范围的土粒。粒度成分(颗 粒级配)：土中不同粒组颗粒的相对含量，它以各粒组颗粒的重量占该土颗粒的总重量的百 分数来表示。 根据界限粒径 200、20、2、0.075、0.005mm 把土粒分为六大粒组：漂石(块石)颗粒 （d200mm） ，卵石(碎石)颗粒（200mmd20mm） ，圆砾(角砾)颗粒（20mmd2mm） ，砂粒 （2mmd0.075mm） ，粉粒（0.075mmd0.005mm） ，粘粒（d10 的土则是不均匀 的，即级配良好的。曲率系数 Cc：用于来说明累积曲线的弯曲情况，从而分析评述土粒度 成分的组合特征 Cc = (d30d30) / (d10d60)。式中 d10 d60 同上，d30 为相应累积含 量为 30的粒径值。 Cc 值在 13 之间的土级配较好。Cc 值小于 1 或大于 3 的土，累积 曲线都明显弯曲(凹面朝下或朝上)而呈阶梯状，粒度成分不连续，主要由大颗粒和小颗粒 组成，缺少中间颗粒。 土的矿物成分 根据组成土的固体颗粒的矿物成分的性质及其对土的工程性质影响不同，分 为四大：原生矿物；不溶于水的次生矿物（以粘土矿物和硅、铝氧化物为主） ；可溶盐类及 易分解的矿物；有机质。亲水性：高岭石亲水性：高岭石 伊利石伊利石 蒙脱石。蒙脱石。 土中水的分类 按土中水所呈现的性质差异及其对土的影响性质与程度，可将土中水分为结 合水、非结合水两大类。结合水（土粒表面结合水）：强结合水（吸着水） ，弱结合水（薄膜水） 。非结合水：液态水毛细水毛细水（实为半结合水） ，重力水重力水（自由水） ，气态水（水蒸气） ，固态水（冰） 。重力水和毛细水可传递静水压力。重力水和毛细水可传递静水压力。 土的结构类型 两大基本类型：单粒(散粒)结构、集合体(团聚)结构。 单粒结构(散粒结构)：单粒结构为砂性土所特有，对土的工程性质影响主要在于其松密程 度。集合体结构(团聚结构/絮凝结构)：这类结构为粘性土所特有。 对软黏性土的触变特性，一般用灵敏度 St 指标作定量评价。St=qu/qu=Cu/Cu 。式中 qu、Cu：保持天然结构和含水量的软黏性土的无侧限抗压强度和十字板剪切强度；qu 、 Cu：同上土体，结构破坏时的无侧限抗压强度和十字板剪切强度。 土的构造：指整个土层（土体）构成上的不均匀性特征的总和。 土的构造特点：对于碎石土，粗石状构造和假斑状构造是最普遍的；对于砂土和砂质粉土， 各种不同形式的夹层、透镜体或交错层构造，较为普遍；在粘性土中，常见有层状、显微 层状构造及各种裂隙、节理构造。 4.24.2 土的物理力学性质及其指标土的物理力学性质及其指标4.34.3 土的工程分类土的工程分类 土的分类 【按堆积年代】老堆积土、一般堆积土、新近堆积土。 【按地质成因】残积土、 坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、风积土、冰碛土、冰川沉积土。 【按颗粒级配 和塑性指数】碎石土、砂土、粉土、黏性土。 碎石土：粒径大于 2mm 的颗粒含量超过全重 50的土。砂土：粒径大于 2mm 的颗粒含量不 超过全重 50，且粒径大于 0.075mm 的颗粒含量超过全重 50的土。砂土根据颗粒级配分 为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。粉土：粒径大于 0.075mm 的颗粒不超过全重 50，且 塑性指数小于或等于 10 的土。粉土根据颗粒级配(粘粒含量)分为砂质粉土和粘质粉土。粘 性土：塑性指数大于 10 的土。粘性土根据塑性指数分为粉质粘土和粘土。 特殊类土：具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土称为特殊 性土。规范特殊类土为：湿陷性土、红粘土、软土（包括淤泥和淤泥质土） 、混合土、填土、 多年冻土、膨胀土、盐渍土、污染土。 特殊类土的主要工程性质 湿陷性黄土：浸湿后结构迅速破坏而发生显著下沉。软土：含水 量较高，孔隙比较大，压缩性较高，抗剪强度低，渗透系数小。膨胀土：天然孔隙比小， 强度较高，压缩性较低，亲水性矿物导致吸水膨胀失水收缩（往复对上部结构的影响） 。红 黏土：含水量高，密度小，高塑性，较高的强度与较低的压缩性，下卧层起伏及存在软弱 土层，导致不均匀沉降。冻土：周期性冻融会导致不均匀沉降。 第第 5 5 章章 地下水地下水 5.15.1 地下水概述地下水概述 地下水的地质作用：地下水能降低岩土强度和地基承载力；对砂性土、粉性土产生潜蚀作 用，破坏土体的结构；会使粉细砂和粉土产生流砂现象，影响建筑物和地下设施的稳定性， 甚至引起破坏，同时给地下工程施工带来许多麻烦；当深基坑下部有承压水时，若不降低 承压水头压力，可能会冲毁坑底土体造成突涌危害；地下水对其水位以下的岩土会产生静 水压力作用；有些地下水会腐蚀钢筋混凝土。 地下水及含水层 地下水的来源：大气降水、地表水。 受毛细作用控制的地下水称为毛细 水；土颗粒愈细，毛细水上升高度愈大，上升速度愈慢；毛细水主要存在于直径为 0.50.002mm 大小的孔隙中。毛细水对建筑工程的意义：（1）产生毛细压力，对于砂性土特别是细砂、粉砂，由于毛细 压力作用使砂性土具有一定的粘聚力（称假粘聚力） ；（2）毛细水对土中气体的分布与流 通有一定影响，常常是导致产生封