公路工程地質(zhì) 緒論

1、公路工程地質(zhì)公路工程地質(zhì) 緒論緒論參考書：參考書：地質(zhì)與土質(zhì)地質(zhì)與土質(zhì)李瑾亮主編，人民交通出版社。李瑾亮主編，人民交通出版社。公路工程地質(zhì)公路工程地質(zhì)竇明健主編，竇明健主編，人民交通人民交通出版出版社。社。工程地質(zhì)與水文工程地質(zhì)與水文楊曉豐主編，楊曉豐主編，人民交通人民交通出出版社。版社。公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范，人民交通人民交通出版社。出版社。 工程地質(zhì)是教學(xué)評估的課程，這門課囊括了我們這個專業(yè)工程地質(zhì)是教學(xué)評估的課程，這門課囊括了我們這個專業(yè)的同學(xué)走入工作崗位后常用的地質(zhì)知識和技能，按照教的同學(xué)走入工作崗位后常用的地質(zhì)知識和技能，按照教學(xué)評估及學(xué)校的要求，同學(xué)們要做到按時聽

2、課，做好課學(xué)評估及學(xué)校的要求，同學(xué)們要做到按時聽課，做好課堂筆記，當(dāng)堂內(nèi)容當(dāng)堂消化。堂筆記，當(dāng)堂內(nèi)容當(dāng)堂消化。為了保證教學(xué)工作的成效，我們這門課的成績將由三部分為了保證教學(xué)工作的成效，我們這門課的成績將由三部分組成。期末考試成績占組成。期末考試成績占6060分，平時成績分，平時成績4040分：實訓(xùn)分：實訓(xùn)20+20+作作業(yè)業(yè)10+10+課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)1010分（必須高于分（必須高于7 7分，低于分，低于7 7分，取消平時分，取消平時成績）。成績）。 課堂要求大家注意聽講，做好筆記，若說話、看課外書等課堂要求大家注意聽講，做好筆記，若說話、看課外書等進(jìn)行與聽課不相干的活動，每次扣進(jìn)行與聽課不相

3、干的活動，每次扣0.50.5分；遲到或早退扣分；遲到或早退扣0.50.5分分/ /次；缺勤扣次；缺勤扣1 1分分/ /次；事假不允許超過次；事假不允許超過2 2次，否則扣次，否則扣0.50.5分分/ /次；事假或病假必須經(jīng)班主任、輔導(dǎo)員或書記簽次；事假或病假必須經(jīng)班主任、輔導(dǎo)員或書記簽字同意，否則按曠課記。缺課三次以上無平時成績。遲字同意，否則按曠課記。缺課三次以上無平時成績。遲到、早退、違紀(jì)、缺課累計五次以上無平時成績。到、早退、違紀(jì)、缺課累計五次以上無平時成績。學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求及成績評定方法學(xué)習(xí)要求及成績評定方法第一節(jié)第一節(jié)地球的概述地球的概述地球的地位：地球的地位：地球地球是是太陽系太陽

4、系九大行星中較小的一顆行星。太陽在九大行星中較小的一顆行星。太陽在銀河系銀河系里只是里只是 1. 6 X 1011顆恒星之一；銀河系也僅僅是顆恒星之一；銀河系也僅僅是總星系總星系的一個成員；而總星系還只是的一個成員；而總星系還只是宇宙宇宙的一部分。的一部分。 一、一、地球的外部形態(tài)地球的外部形態(tài)： 二、二、地球的物理性質(zhì)地球的物理性質(zhì)： 三、三、地球的圈層構(gòu)造地球的圈層構(gòu)造：一、地球的外部形態(tài)：一、地球的外部形態(tài)： 地球為一梨狀三軸旋轉(zhuǎn)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） 63

5、56. 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10832 *1012km2二、地球的物理性質(zhì)： 1、密度、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/cm301 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 3 7 1Km501 01 5G g /c m3 地球內(nèi)部壓力是隨深度加大而逐漸增高的。深度每增加km，壓力增加27.5 MPa（1 MPa1兆帕斯卡N / m）。深部隨著巖石密度的加大，

6、靜巖壓力增加得更快些。靜巖壓力在莫霍面附近約1200 MPa，古登堡面附近約135,200 MPa，地心處可達(dá)361,700 Mpa，相當(dāng)于360萬個大氣壓力。0100020003000400050006371Km020004000地表地心3、地球的重力地球的重力地球的重力 地球自轉(zhuǎn)引起的離心力和地球引力的合力。 P = F + dF=GMm/R2 d=r(G(G為萬有引力常數(shù)， 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)量單位質(zhì)量所受的引力來表示重力重力（重力加速度 g g） g g

7、 = G GM M/R2 (單位用伽伽Gal) 1 Gal =1cm/s2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(zhǔn)可計算出不同緯度的標(biāo)準(zhǔn)重力值。g=987.032(1+5.3g=987.032(1+5.3* *1010-3-3* *sinsin2 2-5.9-5.9* *1010-6 -6 * *sinsin2 22) g 2) g 為重力（伽），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2900km2900km的核幔界面，重力

8、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(dá)到極大(約10691069伽伽)，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。01 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 3 7 1Km04 0 08 0 0重力異常 實際測得的重力值與理論重力值之間的差值，稱重力異常重力異常。 當(dāng)實測重力值 理論重力值,稱正異常正異常 當(dāng)實測重力值 理論重力值,稱負(fù)異常負(fù)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(fù)異常；負(fù)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。正異常。所以人們就

9、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重力探勘方法4、地球的磁場地磁場地磁場：地球周圍存在的磁場 它有兩個磁極，其磁北磁北極極位于地理北極附近，磁南磁南極極位于地理南極附近，但不重合，地磁軸地磁軸與地球自轉(zhuǎn)軸的夾角現(xiàn)在約為11.511.5度度，1980年實測的磁北極磁北極位于北緯78.278.2度度、西經(jīng)102.9102.9度度（加拿大北部），磁南極磁南極位于南緯65.565.5度度，東經(jīng)139.4139.4度度（南極洲）。地磁軸地磁軸地理軸地理軸地磁三要素地磁三要素：磁場強度、磁偏角、磁傾角磁場強度：為某地點單位面積上磁

10、力大小的絕對值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）和大小的矢量矢量，一般在磁兩極附近磁感應(yīng)強度大（約為60T（微特拉斯）；在磁赤道附近最?。s為30 T ）。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指磁針北端與水平面的交角。通常以磁針北端向下為正值，

11、向上為負(fù)值。地球表面磁傾角為零度的各點的連線稱為地磁赤道；磁傾角的變化磁傾角的變化 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？地磁軸地磁軸地理軸地理軸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(dāng)?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

12、升高。一般把在常溫層以下，每向下加深100所升高的溫度稱為地?zé)嵩鰷芈驶虻販靥荻?。這是由于地球內(nèi)部熱量通過向上熱傳導(dǎo)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。海底的地溫梯度一般為，大陸為. .大陸的地溫梯度一般來說是顯著低于海底的0100020003000400050006371Km020004000C。6、地球的彈塑性 地球具有，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78cm,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，地球的自轉(zhuǎn)能引起地球赤道半徑加大而成為橢球。在應(yīng)力的作用下引起巖

13、石發(fā)生彎曲而不破裂等，這些都說明地球具有塑性。三、地球的圈層構(gòu)造：三、地球的圈層構(gòu)造： 1.地球的外部圈層地球的外部圈層 水圈大氣圈生物圈 2.地球的內(nèi)部圈層地球的內(nèi)部圈層 地殼、地幔和地核三個主要圈層。 軟流層軟流層：（又稱低速帶）40-250 km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。第二節(jié)地球的演化與地質(zhì)作用第二節(jié)地球的演化與地質(zhì)作用 地球的演化：板塊邊界構(gòu)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(guān)系地貌：（一）內(nèi)動力地質(zhì)作用：（一）內(nèi)動力地質(zhì)作用： 地殼運

14、動地殼運動-高山、湖泊、盆地等高山、湖泊、盆地等 分水平和垂直作用兩種。是地殼運動，誘發(fā)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。影響外動力作用的強度和變化。 巖漿作用巖漿作用-火山噴發(fā)、巖漿運動火山噴發(fā)、巖漿運動 變質(zhì)作用變質(zhì)作用-變質(zhì)巖變質(zhì)巖 地震作用地震作用-地震地震 即即由地球內(nèi)部能量引起的地質(zhì)作用。由地球內(nèi)部能量引起的地質(zhì)作用。海嘯海嘯（二）外動力地質(zhì)作用：（二）外動力地質(zhì)作用： 1.風(fēng)化作用風(fēng)化作用-是外力作用中最是外力作用中最為普遍的一種。為普遍的一種。 (1)物理風(fēng)化作用：物理風(fēng)

15、化作用： 剝離 冰劈 晶脹 (2)化學(xué)風(fēng)化作用：化學(xué)風(fēng)化作用： 氧化作用 溶解作用 水解作用 水化作用 碳酸化作用 (3)生物風(fēng)化作用生物風(fēng)化作用： 生物的機械破壞： 生物的化學(xué)破壞： 2. 剝蝕作用剝蝕作用 3. 搬運作用搬運作用 4. 沉積作用沉積作用 -從介質(zhì)中分離出來。 5. 成巖作用成巖作用 -隨著沉積物的埋深而升溫、加壓，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 巖石的釋荷巖石的釋荷氧化作用氧化作用 大氣圈中氧含量為201。當(dāng)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(yīng)化學(xué)。 喀斯特作用（溶蝕作用）喀斯特作用（溶蝕作用）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

16、，形成石芽，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(dá)幾十米，遠(yuǎn)望宛如樹林，稱為石林。石林。風(fēng)的剝蝕作用 風(fēng)的搬運作用 地下水的化學(xué)沉積作用 在地下水?dāng)y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(dǎo)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 。 （三）內(nèi)、外動力地質(zhì)作用之間（三）內(nèi)、外動力地質(zhì)作用之間的相互關(guān)系：的相互關(guān)系： 內(nèi)、外動力地質(zhì)作用是對立統(tǒng)一的關(guān)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(gòu)造形態(tài)和地殼表面的高低起伏；外動力地質(zhì)

17、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。 三、地貌 認(rèn)識地貌：認(rèn)識地貌：1. 概念2. 地貌的形成和發(fā)展的動力 地貌的分級與分類地貌的分級與分類1. 地貌基本要素：地形面、地形線和地形點2. 地貌形態(tài)測量特征：高度、坡度和地面切割程度等。3. 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。 4. 地貌的分類 地貌的形態(tài)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、丘陵陵 地貌的成因分類：分為內(nèi)生地貌（構(gòu)造與火山地貌）和外生地貌（斜坡地地貌的成

18、因分類：分為內(nèi)生地貌（構(gòu)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(fēng)、水、冰、凍土、巖溶、黃土、貌（詳見第五章）與山嶺地貌、重力、風(fēng)、水、冰、凍土、巖溶、黃土、海岸、湖泊和沼澤、平原、人工等）兩大類。海岸、湖泊和沼澤、平原、人工等）兩大類。 第三節(jié)公路工程地質(zhì)概論第三節(jié)公路工程地質(zhì)概論一、工程地質(zhì)學(xué)概念一、工程地質(zhì)學(xué)概念 1、工程地質(zhì)問題工程地質(zhì)問題 2、地地 質(zhì)質(zhì) 環(huán)環(huán) 境境 工程地質(zhì)條件與人類經(jīng)濟活動的關(guān)系工程地質(zhì)條件與人類經(jīng)濟活動的關(guān)系 工程地質(zhì)條件在路橋工程中的重要意義工程地質(zhì)條件在路橋工程中的重要意義 3、工程地質(zhì)現(xiàn)象：、工程地質(zhì)現(xiàn)象： 4、公路工程地質(zhì)學(xué)研究

19、對象：公路、公路工程地質(zhì)學(xué)研究對象：公路工程活動與工程活動與地質(zhì)環(huán)境之間的相互制約關(guān)系。地質(zhì)環(huán)境之間的相互制約關(guān)系。 二、公路工程地質(zhì)學(xué)的研究目的與任務(wù) 三、公路工程地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容四、工程地質(zhì)學(xué)的發(fā)展與分支學(xué)科1、工程地質(zhì)問題：、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(guān)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。2、地、地 質(zhì)質(zhì) 環(huán)環(huán) 境：境： 又稱工程地質(zhì)條件，通常是指那些影響工程建筑結(jié)構(gòu)類型

20、、施工方法及其穩(wěn)定性的各種自然條件各種自然條件的綜合的綜合。這些自然條件包括地層、地質(zhì)構(gòu)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。工程地質(zhì)條件與人類的經(jīng)濟活動的關(guān)系工程地質(zhì)條件與人類的經(jīng)濟活動的關(guān)系 工程地質(zhì)條件與人類的經(jīng)濟活動息息相關(guān)，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(fù)雜化.工程地質(zhì)條件在路橋工程中的重要意義工程地質(zhì)條件在路橋工程中的重要意義眾所周知，公

21、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(shè)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(jìn)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(shè)、安全施工、正常運營起到保障作用。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

22、節(jié)理很發(fā)育，其中有一組節(jié)理傾向河心。當(dāng)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(dá)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(fēng)化裂隙，崩塌的隱患仍然存在！1、目的：（一、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(guān)，已述）工程地質(zhì)條件與人類的公路工程活動息息相關(guān)，因而對因而對工程地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查、研究，作出較全面的評估和提出應(yīng)采取工程地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查、研究，作出較全面的評估和提出應(yīng)采取的相應(yīng)措施，以求保證公路工程的穩(wěn)定性和正常使用的相應(yīng)措施，以求保證公路工程的穩(wěn)定性和正常使用，就成為公路工程，就成為公路工程地質(zhì)學(xué)的目的。地質(zhì)學(xué)的目的。2、公路工程地質(zhì)學(xué)的任務(wù)是：、公路工程地質(zhì)學(xué)的任務(wù)是：評價評價各類建筑場地的各類建筑場地的工程地質(zhì)條件工程地質(zhì)條件；預(yù)測預(yù)測在工程建筑物作用下在工程建筑物作用下地質(zhì)條件可能出現(xiàn)的變化地質(zhì)條件可能出現(xiàn)的變化；選定選定最佳的建筑場地和克服不良地質(zhì)條件所應(yīng)采取的最佳的建筑場地和克服不良地質(zhì)條件所應(yīng)采取的工程措施工程措施從而為保證建筑工