【正文】 1 工程地質(zhì)學(xué)與 水文地質(zhì)學(xué)講義 學(xué)院： 環(huán)境與建筑工程學(xué)院 專業(yè)： 城市規(guī)劃 課程類別： 任選課 教師： 何 書 日期： 2020 年 8 月 2 總的教學(xué)安排 專 業(yè)： 城市規(guī)劃 課程類別： 任選課 總 學(xué) 時 ： 32 學(xué)時 上課時間 ： 2020 – 2020 年度第一學(xué)期 1 8 周，周一 8 節(jié)；周三 4 節(jié) 上課地點(diǎn) ： 綜合樓房 115 教室 實(shí)踐環(huán)節(jié)： 野外地質(zhì)實(shí)習(xí)一次 教 材： 《工程地質(zhì)學(xué)》， 1999，李中林主編，華南理工大學(xué)出版社 參考教材： 《普通地質(zhì)學(xué)》， 1995，夏邦棟主編，地質(zhì)出版社；《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》， 1986，王大純，地質(zhì)出版社；《工程地質(zhì)學(xué)》， 2020，孫憲立主編，中國建筑工業(yè)出版社 3 教學(xué)綱要及學(xué)時分配 167。 1 緒論 （ 2 學(xué)時） 第一部分 基礎(chǔ)地質(zhì)知識（ 10 學(xué)時） 167。 2 地殼（ 1 學(xué)時） 167。 3 礦物與巖石（ 3 學(xué)時） 167。 4 地質(zhì)構(gòu)造（ 6 學(xué)時） 第二部分 水文地質(zhì)（ 6 學(xué)時） 167。 5 地下水概述（ 2 學(xué)時） 167。 6 地下水的類型及其特征（ 2 學(xué)時） 167。 7 地下水運(yùn)動的基本規(guī)律（ 2 學(xué)時） 第三部分 巖土的工程地質(zhì)特征（ 6 學(xué)時） 167。 8 土的物質(zhì)組成及物理力學(xué)性質(zhì)（ 2 學(xué)時） 167。 9 土的工程地質(zhì)分類及其特征（ 2 學(xué)時） 167。 10 巖石與巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)（ 2 學(xué)時） 第四部分 不良地質(zhì)現(xiàn)象的工程地質(zhì)問題（ 4 學(xué)時） 167。 11 常見不良地質(zhì)現(xiàn)象（ 2 學(xué)時） 167。 12 不良地質(zhì)現(xiàn)象對地基穩(wěn)定性及地下工程選址的影響（ 2 學(xué)） 第五部分 工程地質(zhì)勘察（ 2 學(xué)時） 167。 13 工程地質(zhì)勘察及方法 4 167。 1 緒 論 167。 地球科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)與水文地質(zhì)學(xué) 一、地球科學(xué)與地質(zhì)學(xué)概念 地球科學(xué)： 簡稱地學(xué)，是人類認(rèn)識、利用和改造人類目前唯一生存環(huán)境的關(guān)于地球的基礎(chǔ)科學(xué)。它包括了地理學(xué)、天文學(xué)、氣象學(xué)、海洋學(xué)、生態(tài)學(xué)和 地質(zhì)學(xué) 等多個分 支學(xué)科。 地質(zhì)學(xué)： 一門研究地球的科學(xué)，目前主要研究固體地球的上層，即地殼和地幔的上部。（簡單介紹地球的形狀及特點(diǎn)，包括形狀、大小、形成時間） 二、工程地質(zhì)學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)的概念及研究對象 工程地質(zhì)學(xué)： 是介于地學(xué)與工程學(xué)之間的一門邊緣交叉學(xué)科，它是一門研究與工程建設(shè)有關(guān)的 地質(zhì)問題 的學(xué)科。 —— 目的就是使 工程建筑與地質(zhì)環(huán)境 互相協(xié)調(diào)，既要保證工程建筑安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行正常，又要保證地質(zhì)環(huán)境不會因工程的興建而惡化，造成對工程建筑本身以及周圍環(huán)境的危害。 水文地質(zhì)學(xué)： 是研究地下水的科學(xué)，它研究地下水 在 周圍環(huán)境 （巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈以及人類活動）影響下，數(shù)量和質(zhì)量在時間和空間上的變化規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，研究如何應(yīng)用這一規(guī)律有效地利用地下水和調(diào)節(jié)地下水以興利避害。 —— “找水” “地下水資源” “水與環(huán)境” —— 工程地質(zhì)學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)的分之學(xué)科，研究的是地質(zhì)學(xué)的應(yīng)用問題。 5 167。 工程地質(zhì)條件與工程地質(zhì)問題 一 、工程地質(zhì)條件 定義： 與工程建筑有關(guān)的地質(zhì)要素之綜合， 包括地形地貌條件、巖土類型及其工程地質(zhì)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造與地應(yīng)力、水文地質(zhì)條件、物理（自然）地質(zhì)現(xiàn)象、以 及天然建筑材料等 六個要素 。 工程地質(zhì)條件是一個綜合的概念， 任何一個單一要素，或單獨(dú)一兩個要素不能稱之為工程地質(zhì)條件。一地的工程地質(zhì)條件各要素之是相互聯(lián)系、相互制約的，這是因?yàn)樗鼈兪苤坏刭|(zhì)發(fā)展歷史的控制，形成一定的組合模式。 —— 認(rèn)識工程地質(zhì)條件必須從基礎(chǔ)地質(zhì)入手，了解地區(qū)的地質(zhì)發(fā)展歷史，各要素的特征及其組合的規(guī)律性 二、工程地質(zhì)問題 定義：工程建筑與工程地質(zhì)條件（地質(zhì)環(huán)境）相互作用、相互制約引起的，對建筑本身的順利施工和正常運(yùn)行或?qū)χ車h(huán)境可能產(chǎn)生影響的地質(zhì)問題稱之為 工程地質(zhì)問題 。 工程地質(zhì) 評價，工程地質(zhì)結(jié)論，處理措施方案都是通過工程地質(zhì)問題分析才能得出，可以說 工程地質(zhì)問題分析是工程地質(zhì)工作的中心環(huán)節(jié) 。 工程地質(zhì)問題要“吃透兩頭” ：一頭是 “工程意圖” ，即工程設(shè)計(jì)人員對建筑物的機(jī)構(gòu)和規(guī)模的構(gòu)想，以便了解工程的要求；另一頭是 工程地質(zhì)條件 ，哪些因素是有利的，哪些是不利的，深刻認(rèn)識客觀情況。 各類建筑物的結(jié)構(gòu)型式不同 ，其工作條件和工程作用力的大小方向不同，與地質(zhì)環(huán)境的相互作用的特點(diǎn)亦不同，因?yàn)?各有其工程地質(zhì)問題 。 6 167。 工程地質(zhì)學(xué)的任務(wù)與實(shí)際意義 一、工程地質(zhì)學(xué)的任務(wù)： 為工程建設(shè)進(jìn) 行 地質(zhì)研究 ，提供工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工所需的地質(zhì)資料，回答工程上所遇到的各種 地質(zhì)問題 ，滿足工程上對地質(zhì)的要求，以保證建筑物的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行正常。 施工之前必須先進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)之前必須先進(jìn)行勘察，而勘察是貫穿于整個工程的。 要完成工程地質(zhì)學(xué)的基本任務(wù)，還需通過下列具體勘察任務(wù)： （ 1）研究建筑地區(qū)的 工程地質(zhì)條件 ，指出有利因素和不利因素，闡明工程地質(zhì)條件特征及其變化規(guī)律； （ 2）分析存在的 工程地質(zhì)問題 ，做出定性分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定量分析； （ 3） 選擇 地質(zhì)條件較為優(yōu)越的 建筑場地 ； （ 4）對選定 的建筑場地做出 工程地質(zhì)評價 ； （ 5）預(yù)測工程興建后對周圍地質(zhì)環(huán)境造成的影響，做出 環(huán)境質(zhì)量評價 ； （ 6） 改造地質(zhì)環(huán)境 ，進(jìn)行工程地質(zhì)處理，提高巖土體穩(wěn)定性，保護(hù)環(huán)境質(zhì)量。 二、工程地質(zhì)學(xué)的實(shí)際意義 工程建筑的最基本要求就是安全可靠，不受破壞，看幾個實(shí)例： 美國加利福尼亞州的圣弗朗西斯壩為一高 70 米的混凝土壩，修成蓄水兩年，于 1928 年被沖垮。原因就是壩基部分存在泥質(zhì)膠結(jié)的并含有石膏脈的礫石，遇水易受溶蝕崩解，成為壩基的弱點(diǎn)。如果做好地質(zhì)工作，弱點(diǎn)是 7 可以查清的，也可以避免悲劇的發(fā)生。 ——— 巖體穩(wěn)定性問題 。 我國有一個工廠修建的很好，但是由于工程地質(zhì)勘察工作做的不夠，整個工廠位于滑坡上，建廠后滑坡活動加劇，建筑物受到破壞，無法正常生產(chǎn)。（ 用圖說明 ） 167。 與礦山相關(guān)的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)問題： 一、水文地質(zhì)問題： 礦坑涌水問題：分露天和井下，涌水量的計(jì)算。 涌水來源及其地下水在礦區(qū)的儲存和運(yùn)動規(guī)律。 礦區(qū)飲水問題，水質(zhì)問題。 二、工程地質(zhì)問題： 各種地表的不良工程地質(zhì)現(xiàn)象：泥石流、滑坡、地面塌陷、崩塌。 巖石穩(wěn)定性問題：露天邊坡和井下圍巖穩(wěn)定性問題。 參考教材： 《普通地質(zhì)學(xué)》， 1995，夏邦棟主編 ，地質(zhì)出版社； 《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》， 1986，王大純，地質(zhì)出版社； 《工程地質(zhì)學(xué)》， 2020，孫憲立主編，中國建筑工業(yè)出版社 8 9 167。 2 地殼 167。 地球的形狀 一、人類對地球形狀的認(rèn)識 最早預(yù)測地球的形狀和大小的人：公元前 3 世紀(jì)，古希臘的厄拉多塞。基于同一時間位于埃及的兩個距離 800 公里的城市，太陽照射的角度是不同的，于是他推測地球是球體。 我國最早，戰(zhàn)國時期的哲學(xué)家惠施，提出地球是圓的。 1519 年，葡萄牙航海家麥哲倫環(huán)球航行，人類第一次證實(shí)了地球是個球體。 二、地球的形 狀 通過實(shí)測和分析，終于得到確切的數(shù)據(jù)： 地球的平均赤道半徑為 公里，極半徑為 公里， 赤道周長和子午線方向的周長分別為 40075公里和 39941 公里。測量還發(fā)現(xiàn)，北極地區(qū)約高出 米，南極地區(qū)則低下24～ 30 米。 看起來，地球形狀像一只梨子：它的赤道部分鼓起，是它的 “ 梨身 ” ；北極有點(diǎn)放尖，像個 “ 梨蒂 ” ；南極有點(diǎn)凹進(jìn)去，像個 “ 梨臍 ” ， 整個地球像個梨形的旋轉(zhuǎn)體 ，因此人們稱它為 “ 梨形地球 ” 。其實(shí)地球確切地說，是個 三軸橢球體 。 167。 地球的圈層構(gòu)造 地球不是一個均質(zhì)體，而是一個具 有圈層構(gòu)造的球體。 以地表為界，分為外圈層和內(nèi)圈層： 10 一、外圈層 大氣圈：氣體圈層，包裹著陸地和海洋 水圈：包括地表水和地下水 生物圈：生物生存和活動范圍 二、內(nèi)圈層 固體地球由外往里分為：地殼、地幔和地核： 莫霍面：位于地下數(shù)公里到 30 40 公里，地殼和地幔的分界面 (南斯拉夫?qū)W者莫霍洛維奇 ) 古登堡面：位于地下約 2900 公里，地幔和地核的分界面（美國地球物理學(xué)學(xué)家） 地殼：上為硅鋁層，下為硅鎂層 地幔：根據(jù)化學(xué)成分的不同分為兩層：上層 —— 化學(xué)成分主要是硅氧；下層 —— 主要是金屬氧化物 和硫化物組成 地核：主要化學(xué)成分是鐵、鎳 167。 地殼中的元素和克拉克值 通過大量巖石組分分析，地殼中主要元素含量由大到小： O、 Si、 Al、 Fe、 Ca、 Na、 K、 Mg、 Ti、 H，這幾種元素占到地殼總重量的 98%以上。其中 O 占到 %， Si 占到 %。 克拉克值 ：元素在地殼中的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。 11 167。 3 礦物與巖石 167。 礦物 一、 礦物的基本概念 ： 礦物： 自然產(chǎn)出并具有一定的化學(xué)成分和內(nèi)部構(gòu)造的物質(zhì) 礦物絕大多數(shù)是固體，少量呈液態(tài)（水、水銀）、氣態(tài)（天然氣、硫化氫）。 造巖礦 物 ：構(gòu)成巖石的主要礦物（礦物多達(dá) 3000 多種，但構(gòu)成巖石的礦物只有二十多種） 晶體： 內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)呈有序排列（既在三維空間周期性重復(fù)排列）。外表常呈一定形態(tài)，幾何外形：如巖鹽為正方體、方解石為菱面體、云母呈片狀等等。 在自然中，晶質(zhì)礦物很少以單體出現(xiàn)，常以 集合體形態(tài) 出現(xiàn)：晶簇（ cu）、纖維狀、粒狀、鮞狀、土狀，塊狀等。 二、礦物的物理性質(zhì) 礦物的物理性質(zhì)取決于礦物的化學(xué)成分和晶體構(gòu)造，因此，礦物的物理性質(zhì)是肉眼鑒定礦物大主要依據(jù)。 顏色 礦物對不同波長的可見光波吸收和反射程度的反映?？?分為自色、他色、假色。 條痕 礦物粉末的顏色。條痕顯示自色 12 光澤 礦物表面對可見光反射的能力。根據(jù)礦物光澤的強(qiáng)弱分為：金屬光澤、半金屬光澤、非金屬光澤。 透明度 礦物容許可見光透過的能力。通常是指把礦物磨成 的薄片的情況下。分透明、半透明、不透明三個級別。 硬度 礦物抵抗外力刻劃、壓入、研磨的能力。摩氏硬度計(jì)（相對硬度）： （ 1） 滑石 （ 2）石膏 （ 3）方解石 （ 4）螢石 （ 5）磷灰石 （ 6） 正長石 （ 7）石英 （ 8）黃玉 （ 9）剛玉 （ 10）金剛石 指甲（ ） 小鐵刀（ ） 玻璃片（ ） 鋼刀（ ） 解理和斷口 礦物受打擊后，能沿一定方向裂開成光滑平面的性質(zhì)，稱為 解理 。裂開的光滑面稱為解理面，如方解石。極完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理。 礦物受打擊后，沿任意方向發(fā)生不規(guī)則的斷裂，其凹凸不平的斷裂面稱為 斷口 。如石英，貝殼狀斷口。 三、常見造巖礦物及鑒別方法 肉眼鑒定：先確定礦物的硬度、光澤、解理和比重；然后觀察礦物的顏色、形態(tài)和透明度；并注意礦物是否具有磁性、發(fā)光性或撓性，如酸是否起泡等特征，逐步縮小范圍，最后定出礦物的名稱 。 13 167。 巖石（自學(xué)為主） 巖石： 在各種地質(zhì)作用下，由一種或幾種礦物組成的集合體。 自然界有各種各樣的巖石，按成因分類，可分為三類：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖 一、巖漿巖 （在地表分布約占 20%，體積占地殼 65%） 定義：地幔中具有揮發(fā)性成分的高溫硅酸鹽熔融體，即巖漿，沿著地殼巖石的裂縫上升到地殼中或噴出地表，熱量逐漸消失，最后冷卻凝固而成的巖石。 產(chǎn)狀：巖漿巖體的形狀、大小、深度以及與圍巖的關(guān)系。有巖基、巖株、巖盆和巖盤、巖墻、巖床。 見書 14 頁 礦物成分： 1）硅鋁礦物： SiO Al2O3 含量高，不含鐵、鎂，礦物顏色比較淺，又稱淺色礦物； 2）硅鎂礦物： SiO Al2O3 含量低，而 FeO、 MgO 含量高，礦物顏色較深，又稱深色或暗色礦物。 結(jié)構(gòu)和構(gòu)造： 1）結(jié)構(gòu)：指組成巖漿巖的礦物顆粒大小和結(jié)晶程度等。在實(shí)際工作中，結(jié)構(gòu)一般著重微觀的室內(nèi)研究。 常見的有等粒結(jié)構(gòu)、不等粒結(jié)構(gòu)（斑狀和似斑狀結(jié)構(gòu)：大的礦物顆粒散布于小顆粒之中，大的叫斑晶，小的叫基質(zhì)，若基質(zhì)為顯晶質(zhì)，則為似斑狀結(jié)構(gòu)） 2）構(gòu)造：指巖石外表的整體特征，它是由礦物集合體的排列方式和充 14 填方式?jīng)Q定的。 常見的有塊狀構(gòu) 造、流紋狀構(gòu)造、