第一篇

工程地質(zhì)學(xué)基本理論授課：諶會(huì)芹石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院勘查技術(shù)與工程學(xué)院9/13/20231工程地質(zhì)學(xué)第一篇

工程地質(zhì)學(xué)基本理論授課：諶會(huì)芹7/28/20231主要內(nèi)容

第1章工程地質(zhì)條件成因演化論第2章區(qū)域穩(wěn)定性理論第3章巖體結(jié)構(gòu)控制論9/13/20232工程地質(zhì)學(xué)主要內(nèi)容第1章工程地質(zhì)條件成因演化論7/28/202一、概述二、工程地質(zhì)條件形成的控制因素三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶四、工程地質(zhì)條件的組合類型五、工程地質(zhì)條件成因演化論9/13/20233工程地質(zhì)學(xué)一、概述7/28/20233工程地質(zhì)學(xué)工程地質(zhì)條件的成因演化論揭示了工程地質(zhì)條件的形成與演化規(guī)律的本質(zhì)因素，是工程地質(zhì)工作者理論研究與工程實(shí)踐的系統(tǒng)總結(jié)。工程地質(zhì)條件的相互組合及其分布有其特定的規(guī)律性，如高山峽谷地帶、沖積平原地帶各有特點(diǎn)。一、概述9/13/20234工程地質(zhì)學(xué)工程地質(zhì)條件的成因演化論揭示了工程地質(zhì)條件的形成與復(fù)習(xí)地球的基本知識(shí)地球的構(gòu)造：地球內(nèi)圈：9/13/20235工程地質(zhì)學(xué)復(fù)習(xí)地球的基本知識(shí)地球的構(gòu)造：地球內(nèi)圈：7/28/202351909年莫霍羅維奇：33km；第一個(gè)地震波不連續(xù)面：莫霍面；1914年古騰堡：2898km；第二個(gè)地震波不連續(xù)面；古騰堡面、地殼、地幔及地核。莫霍面莫霍面古登堡面9/13/20236工程地質(zhì)學(xué)1909年莫霍羅維奇：33km；第一個(gè)地震波不連續(xù)面：莫霍地殼(crust)：由固體巖石構(gòu)成，平均厚度33km,分硅鋁層(花崗巖層)和硅鎂層(玄武巖層)。地幔(mantle)：厚度約2865公里，主要由致密的造巖物質(zhì)構(gòu)成，是地球內(nèi)部體積最大、質(zhì)量最大的一層。可分成上地幔和下地幔兩層。上地幔頂部存在一個(gè)地震波傳播速度減慢的層（莫霍面），巖石圈（巖石圈指地殼和上層地幔頂部）以下稱為軟流層，上地幔是熔融狀態(tài)物質(zhì),可能是巖漿的發(fā)源地；下地幔主要是由鐵鎂氧化物和硫化物組成。地核(core)：由比重較大的鐵鎳合金組成，平均密度大于10g/cm3。外核是液態(tài)的,內(nèi)核是固態(tài)。地殼運(yùn)動(dòng)主要起因于地幔物質(zhì)的對(duì)流。復(fù)習(xí)地球的基本知識(shí)9/13/20237工程地質(zhì)學(xué)地殼(crust)：由固體巖石構(gòu)成，平均厚度33km,分硅地球外圈：9/13/20238工程地質(zhì)學(xué)地球外圈：7/28/20238工程地質(zhì)學(xué)復(fù)習(xí)地球的基本知識(shí)大氣圈(atmosphere)：是地球以外的空間,它提供生物需要的CO2和O2，對(duì)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)降雨形成海洋和湖泊沼澤及地下水。水與地表巖石相互作用，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(duì)于改變地球的形態(tài)起著重要的作用。9/13/20239工程地質(zhì)學(xué)復(fù)習(xí)地球的基本知識(shí)大氣圈(atmosphere)：是地球以外二、工程地質(zhì)條件形成的控制因素內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用1.內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用：由地球內(nèi)部能（旋轉(zhuǎn)能、重力能、輻射熱能）引起。9/13/202310工程地質(zhì)學(xué)二、工程地質(zhì)條件形成的控制因素內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用1.內(nèi)動(dòng)力地1）地殼運(yùn)動(dòng)：水平和升降運(yùn)動(dòng)。9/13/202311工程地質(zhì)學(xué)1）地殼運(yùn)動(dòng)：水平和升降運(yùn)動(dòng)。7/28/202311工程地質(zhì)2）巖漿作用：巖漿形成、運(yùn)動(dòng)、演化、冷凝。巖漿在地殼內(nèi)部活動(dòng)、演化直至冷凝成巖的過程稱為侵入作用，噴出地表后冷凝成巖的過程稱為巖漿噴出作用

9/13/202312工程地質(zhì)學(xué)2）巖漿作用：巖漿形成、運(yùn)動(dòng)、演化、冷凝。巖漿在地殼內(nèi)部活動(dòng)3）變質(zhì)作用：在高溫、高壓并有化學(xué)物質(zhì)參與下，巖石發(fā)生成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化沉積巖方解石與白云石大于50%9/13/202313工程地質(zhì)學(xué)3）變質(zhì)作用：在高溫、高壓并有化學(xué)物質(zhì)參與下，巖石發(fā)生成分、4）地震作用地殼內(nèi)機(jī)械能突然釋放，以彈性波的形式傳播到地表引起猛烈沖擊

是一種快速、短暫、突發(fā)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。是地殼運(yùn)動(dòng)或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的一種特殊形式。1976年7月28日，河北省唐山、豐南一帶發(fā)生7.8級(jí)強(qiáng)烈地震。唐山市河北礦冶學(xué)院圖書館，三層高的閱覽室，系裝配式純框架結(jié)構(gòu)，西頭倒毀、東頭框架幸存。（為唐山地震重點(diǎn)保護(hù)遺跡之一。）9/13/202314工程地質(zhì)學(xué)4）地震作用地殼內(nèi)機(jī)械能突然釋放，以彈性波的形式傳播到地表引9/13/202315工程地質(zhì)學(xué)7/28/202315工程地質(zhì)學(xué)地震造成建筑物破裂，道路堵塞，并引發(fā)滑坡，使多數(shù)房屋倒塌9/13/202316工程地質(zhì)學(xué)地震造成建筑物破裂，道路堵塞，并引發(fā)滑坡，使多數(shù)房屋倒塌7/小結(jié)：各種內(nèi)力地質(zhì)作用是相互關(guān)連的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成斷裂，引起地震，并為巖漿活動(dòng)創(chuàng)造通道。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)引起變質(zhì)作用。地殼運(yùn)動(dòng)在內(nèi)力地質(zhì)作用中起主導(dǎo)地位。9/13/202317工程地質(zhì)學(xué)小結(jié)：各種內(nèi)力地質(zhì)作用是相互關(guān)連的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成斷裂，引起地震2.外力地質(zhì)作用：由太陽輻射能引起，產(chǎn)生大氣環(huán)流，形成水的循環(huán)，動(dòng)植物生長(zhǎng)，在運(yùn)動(dòng)的過程中改造地表.9/13/202318工程地質(zhì)學(xué)2.外力地質(zhì)作用：由太陽輻射能引起，產(chǎn)生大氣環(huán)流，形成水的循外力地質(zhì)作用的營力：河流的侵蝕；地下水的潛蝕；風(fēng)的吹蝕；冰川的刨蝕；湖泊海洋的沖蝕等。9/13/202319工程地質(zhì)學(xué)外力地質(zhì)作用的營力：河流的侵蝕；地下水的潛蝕；風(fēng)的吹蝕；冰川一般按風(fēng)化→剝蝕→搬運(yùn)→沉積→硬結(jié)成巖的程序進(jìn)行風(fēng)化：在地表環(huán)境下，由于大氣、水、生物等作用，巖石在原地分解和破壞。剝蝕：各種地質(zhì)營力，在運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)地表巖石產(chǎn)生破壞，并把破碎分解了的產(chǎn)物剝離原地。搬運(yùn)拖曳搬運(yùn)懸浮搬運(yùn)溶解搬運(yùn)硬結(jié)成巖壓實(shí)膠結(jié)重結(jié)晶沉積機(jī)械沉積化學(xué)沉積生物化學(xué)沉積9/13/202320工程地質(zhì)學(xué)一般按風(fēng)化→剝蝕→搬運(yùn)→沉積→硬結(jié)成巖的程序進(jìn)行風(fēng)化：在地美國西部風(fēng)蝕地貌(劉煥杰攝，1989)外力地質(zhì)作用——風(fēng)化作用9/13/202321工程地質(zhì)學(xué)美國西部風(fēng)蝕地貌(劉煥杰攝，1989)外力地質(zhì)作用——風(fēng)化作風(fēng)蝕巖—美國猶他州Goblin峽谷風(fēng)化作用9/13/202322工程地質(zhì)學(xué)風(fēng)蝕巖—美國猶他州Goblin峽谷風(fēng)化作用7/28/2023外力地質(zhì)作用——?jiǎng)兾g作用河流的底侵蝕作用——雅魯藏布江“V”形下切河谷，其形成背景與強(qiáng)烈的構(gòu)造抬升作用有關(guān)9/13/202323工程地質(zhì)學(xué)外力地質(zhì)作用——?jiǎng)兾g作用河流的底侵蝕作用——雅魯藏布江“V”美國科羅拉多大峽谷景觀河流侵蝕地貌9/13/202324工程地質(zhì)學(xué)美國科羅拉多大峽谷景觀河流侵蝕地貌7/28/202324工程砂泥質(zhì)源源不斷地搬運(yùn)至異地黃河穿越黃土高原將其負(fù)載的外力地質(zhì)作用——搬運(yùn)作用9/13/202325工程地質(zhì)學(xué)砂泥質(zhì)源源不斷地搬運(yùn)至異地外力地質(zhì)作用——搬運(yùn)作用7/28/正在蠶食人類樂園的風(fēng)沉積物——沙漠外力地質(zhì)作用——沉積作用9/13/202326工程地質(zhì)學(xué)正在蠶食人類樂園的風(fēng)沉積物——沙漠外力地質(zhì)作用——沉積作用7外力地質(zhì)作用——固結(jié)成巖作用9/13/202327工程地質(zhì)學(xué)外力地質(zhì)作用——固結(jié)成巖作用7/28/202327工程地質(zhì)學(xué)內(nèi)力和外力地質(zhì)作用的關(guān)系：內(nèi)力地質(zhì)作用決定地表的基本形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造?！乇硇螒B(tài)的塑造者。外力地質(zhì)作用破壞和重塑地表形態(tài)?！乇硇螒B(tài)的雕刻者。地殼上升時(shí)，遭受剝蝕。地殼下降時(shí)，接受沉積。高山峽谷、山間盆地、沖積平原、河口三角洲、濱海平原等地貌形態(tài)，各有其特有的工程地質(zhì)條件組合。9/13/202328工程地質(zhì)學(xué)內(nèi)力和外力地質(zhì)作用的關(guān)系：高山峽谷、山間盆地、沖積平原、河口大陸以剝蝕為主，海洋以沉積為主。山區(qū)以剝蝕為主，平原以沉積為主。9/13/202329工程地質(zhì)學(xué)大陸以剝蝕為主，海洋以沉積為主。7/28/202329工程地9/13/202330工程地質(zhì)學(xué)7/28/202330工程地質(zhì)學(xué)9/13/202331工程地質(zhì)學(xué)7/28/202331工程地質(zhì)學(xué)工程地質(zhì)條件的動(dòng)力演化機(jī)制、地球內(nèi)外的動(dòng)態(tài)平衡，是一個(gè)漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過程，而人類的壽命和修建建筑物的歷時(shí)比較短暫，因而工程地質(zhì)工作者更關(guān)心的是工程地質(zhì)條件的組合分布規(guī)律現(xiàn)實(shí)狀態(tài)和適合工程建筑的地質(zhì)條件。也即是應(yīng)用地質(zhì)學(xué)的成果。工程地質(zhì)條件的形成起到關(guān)鍵作用的是大地構(gòu)造與自然地理環(huán)境9/13/202332工程地質(zhì)學(xué)工程地質(zhì)條件的動(dòng)力演化機(jī)制、地球內(nèi)外的動(dòng)態(tài)平衡，是一1、大地構(gòu)造大地構(gòu)造環(huán)境的復(fù)雜程度和內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用關(guān)系密切，活動(dòng)大陸邊緣，內(nèi)動(dòng)力作用最強(qiáng)烈，洋殼向陸殼俯沖，形成擠壓褶皺、逆沖斷裂、巖漿作用等的地質(zhì)條件。一般來說，褶皺造山時(shí)代越新，固化越弱，內(nèi)動(dòng)力作用越強(qiáng)。地槽與地臺(tái)學(xué)說地質(zhì)力學(xué)板塊構(gòu)造學(xué)說大地構(gòu)造9/13/202333工程地質(zhì)學(xué)1、大地構(gòu)造大地構(gòu)造環(huán)境的復(fù)雜程度和內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用地槽與地臺(tái)學(xué)說：地槽區(qū)是巨大的狹長(zhǎng)的拗陷地帶，發(fā)展前期表現(xiàn)為強(qiáng)烈的地殼沉降作用，后期表現(xiàn)為強(qiáng)烈的地殼上升運(yùn)動(dòng)，同時(shí)伴隨有大規(guī)模的巖漿侵入活動(dòng)和火山噴發(fā)活動(dòng)，以及大范圍的區(qū)域變質(zhì)作用。地槽回返上升的晚期，巖層擠壓褶皺隆起上升，形成褶皺帶。地臺(tái)區(qū)多是具有雙層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定地塊，其下部為褶皺基底，上部為沉積蓋層，沒有沉積蓋層的地臺(tái)稱為地盾。地臺(tái)區(qū)升降運(yùn)動(dòng)的幅度小，沉積物的厚度較小，巖相比較穩(wěn)定。

致命缺陷：地殼運(yùn)動(dòng)方向錯(cuò)誤（垂直為主），驅(qū)動(dòng)力解釋不清，分布解釋不清(重力分異作用)。9/13/202334工程地質(zhì)學(xué)地槽與地臺(tái)學(xué)說：地槽區(qū)是巨大的狹長(zhǎng)的拗陷地帶，發(fā)展前期表現(xiàn)為地質(zhì)力學(xué)是李四光（1889—1971）創(chuàng)立，是地質(zhì)學(xué)的一門分支學(xué)科。1926年和1928年李四光發(fā)表的《地球表面形象變遷之主因》及《晚古生代以后海水進(jìn)退規(guī)程》等，從理論上探討自水圈運(yùn)動(dòng)到巖石圈變形，自大陸運(yùn)動(dòng)到構(gòu)造形跡等問題，1929年提出構(gòu)造體系這一重要概念，建立了一系列構(gòu)造體系類型。李四光把地球自動(dòng)調(diào)節(jié)自轉(zhuǎn)速度變化的作用稱為“大陸車閥作用”，因而把這一假說稱為“大陸車閥假說，但是忽視了一個(gè)重要問題，地球引力分布問題

。9/13/202335工程地質(zhì)學(xué)地質(zhì)力學(xué)是李四光（1889—1971）創(chuàng)立，是地質(zhì)1912年，德國人魏格納創(chuàng)立大陸漂移假說，限于地球科學(xué)當(dāng)時(shí)的水平，大陸漂移思想未被普遍接受。到60年代，地球物理學(xué)等學(xué)科研究的許多成果，有力支持了這個(gè)假說，赫斯等人進(jìn)一步發(fā)展，提出海底擴(kuò)張說，大陸漂移和海底擴(kuò)張思想為板塊構(gòu)造說打堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)板塊構(gòu)造學(xué)說：A大陸漂移說B海底擴(kuò)張說的提出C板塊構(gòu)造學(xué)說9/13/202336工程地質(zhì)學(xué)1912年，德國人魏格納創(chuàng)立大陸漂移假說，限于地球構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使大陸地殼在地表分布格局上發(fā)生重要的變化。如褶皺山系、海盆島弧、海溝裂谷、深海軟泥沉積等一系列的變化與有規(guī)律的分布大地構(gòu)造環(huán)境控制構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的分布控制外動(dòng)力地質(zhì)作用的性質(zhì)和強(qiáng)度非洲中東部布隆迪共和國的首都，舊名烏松布拉莫桑比克第二大經(jīng)濟(jì)中心和主要港口。約旦和巴勒斯坦交界，是世界上最低的湖泊，湖面海拔負(fù)422米，死海的湖岸是地球上已露出陸地的最低點(diǎn)9/13/202337工程地質(zhì)學(xué)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使大陸地殼在地表分布格局上發(fā)生重要的變化。如褶皺山系2、自然地理環(huán)境一系列的外動(dòng)力地質(zhì)作用既然形成于特定的地理環(huán)境中，因而外動(dòng)力地質(zhì)作用的強(qiáng)度與性質(zhì)受自然地理環(huán)境的制約，自然地理環(huán)境對(duì)工程地質(zhì)所關(guān)心的土壤、水、植被等變化具有重要作用。氣候分帶：熱帶、亞熱帶、溫帶、寒帶等氣候緯度分帶干濕度地帶分異：海陸分布、濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)、干旱地貌的區(qū)域性變化：高山、山地、丘陵、盆地、平原9/13/202338工程地質(zhì)學(xué)2、自然地理環(huán)境一系列的外動(dòng)力地質(zhì)作用既然形成于特定的地理環(huán)三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性1、中國大地構(gòu)造環(huán)境地殼厚度：地殼最厚、中等、最薄與地形最高、中等、最低相對(duì)應(yīng)；最厚60~70km，中等是40~50km，最薄是30~35km；青藏高原—海拉爾盆地、內(nèi)蒙古中部、四川盆地、云貴高原—東部沿海平原。9/13/202339工程地質(zhì)學(xué)三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性1、中國大地構(gòu)造環(huán)境地

穩(wěn)定地臺(tái)與褶皺造山帶的基本輪廓：3個(gè)最大的地臺(tái)：華北、揚(yáng)子和塔里木地臺(tái)自北向南有4個(gè)陸間褶皺帶：a)準(zhǔn)葛爾-興安褶皺區(qū)；b)秦嶺祁連山-昆侖山褶皺區(qū)；c)青藏-滇西褶皺區(qū)；d)喜馬拉雅褶皺系。三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性1、中國大地構(gòu)造環(huán)境9/13/202340工程地質(zhì)學(xué)穩(wěn)定地臺(tái)與褶皺造山帶的基本輪廓：三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分9/13/202341工程地質(zhì)學(xué)7/28/202341工程地質(zhì)學(xué)三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性1、中國大地構(gòu)造環(huán)境3)新構(gòu)造活動(dòng)帶：近期的褶皺山區(qū)和新生代以來的裂陷盆地。a)喜馬拉雅山與臺(tái)灣地區(qū)中央山系是新生代形成的褶皺山系；b)強(qiáng)構(gòu)造活動(dòng)主要分布在中國的西部，由于受印度板塊的擠壓；c)東部處于拉張的地球動(dòng)力環(huán)境，多地塹。其中華北地區(qū)是新構(gòu)造活動(dòng)最為強(qiáng)烈地區(qū)，強(qiáng)烈的地震分布在郯廬斷裂帶、鄂爾多斯周邊裂陷地塹及華北平原局部裂陷內(nèi)。東北地區(qū)、華南地區(qū)大新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)較弱9/13/202342工程地質(zhì)學(xué)三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性1、中國大地構(gòu)造環(huán)境3)三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性2、中國自然地理環(huán)境1)地貌輪廓的基本特征中國地貌的總體輪廓是西高東低，可分為明顯的三個(gè)階梯：青藏高原(4500m)大興安嶺、太行山、巫山、雪峰山(1000~2000m)以東的寬廣平原和丘陵(500m以下)。詳見p18圖格局是由燕山運(yùn)動(dòng)太平洋板塊擠壓造成的，地勢(shì)的差異是喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)印支板塊俯沖的結(jié)果。9/13/202343工程地質(zhì)學(xué)三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性2、中國自然地理環(huán)境1)2)氣候分區(qū)特征根據(jù)熱量分為赤道帶、熱帶、亞熱帶、暖溫帶、溫帶和寒帶。根據(jù)水分條件分為濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)、半干旱和干旱三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性2、中國自然地理環(huán)境9/13/202344工程地質(zhì)學(xué)2)氣候分區(qū)特征三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性2、中國三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性2、中國自然地理環(huán)境3)地殼表層沉積物第四紀(jì)沉積物自北向南沙漠(連同戈壁總面積為128×104km2，厚度達(dá)200~400m)黃土(面積為30×104km2，厚度達(dá)100~200m)、膨脹土(主要由基性火成巖、泥巖、粘土巖或頁巖組成，多為殘積、坡積成因，分布在中南各省)、紅土(分布在西南各省，殘積、坡積成因，厚度10m左右)、淤泥質(zhì)軟土(分布在東南沿海，經(jīng)生物化學(xué)作用形成的，厚度往往很大)。9/13/202345工程地質(zhì)學(xué)三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性2、中國自然地理環(huán)境3)4)區(qū)域水文地質(zhì)特征孔隙含水層主要分布在中國東部平原，裂隙含水層主要分布在西部山區(qū)，巖溶含水層廣泛分布于西南各省，青藏高原的凍結(jié)水文地質(zhì)條件。三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性2、中國自然地理環(huán)境9/13/202346工程地質(zhì)學(xué)4)區(qū)域水文地質(zhì)特征三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性2、三、中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性2、中國自然地理環(huán)境5）物理地質(zhì)現(xiàn)象的區(qū)域分布規(guī)律西北地區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象為流動(dòng)沙丘，隨風(fēng)移動(dòng)；黃土高原地帶由于沖溝下切數(shù)十米，且由垂直節(jié)理發(fā)育，多發(fā)生滑坡；中西部山區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象多為大型基巖崩落及滑坡，在大型斷裂帶兩側(cè)更為密集；東北高緯度地區(qū)與青藏高原物理地質(zhì)現(xiàn)象有熱融滑塌，熱融沉陷等；以秦嶺為界限劃分的南方與北方，巖溶各有特點(diǎn)，北方地下巖溶為網(wǎng)狀裂隙體系為主，南方地下有發(fā)育的管道。9/13/202347