1、主讲人：马琳主讲人：马琳中国民航大学中国民航大学交通工程学院交通工程学院第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响3.1 岩石与岩体的工程地质性质岩石与岩体的工程地质性质3.2 地壳运动及地质作用的概念地壳运动及地质作用的概念3.3 岩层及岩层的产状岩层及岩层的产状3.4 褶皱构造褶皱构造3.5 断裂构造断裂构造3.7 地质年代和地质图地质年代和地质图3.6 地质构造对工程建筑物稳定性的影响地质构造对工程建筑物稳定性的影响3.1 岩石与岩体的工程地质性岩石与岩体的工程地质性质质第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响一、岩石的工程地质性质一、岩石的工程
2、地质性质物理性质物理性质水理性质水理性质力学性质力学性质重量性质重量性质孔隙性质孔隙性质吸水性吸水性透水性和溶解性透水性和溶解性软化性软化性抗冻性抗冻性变形性质变形性质强度性质强度性质第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响1 1、物理性质、物理性质 岩石的重量岩石的重量重度重度()重度重度()是岩石单位体积是岩石单位体积(包括岩石内孔隙体积包括岩石内孔隙体积在内在内)的重量。其表达式为：的重量。其表达式为：WV:岩石的重度，岩石的重度，kN/m3；W:被测岩石的重量，被测岩石的重量，kN；V:被测岩石的体积，被测岩石的体积，m3 岩石重度大小，决定于岩石中岩石重度大小，
3、决定于岩石中矿物的比重、孔隙及其含水矿物的比重、孔隙及其含水情况情况。一般地，组成岩石的矿物比重大、或岩石的孔隙性小，。一般地，组成岩石的矿物比重大、或岩石的孔隙性小，则岩石的重度就大。相同条件下同一种岩石，重度大，说明岩则岩石的重度就大。相同条件下同一种岩石，重度大，说明岩石结构致密、孔隙小，岩石的强度和稳定性也较高。石结构致密、孔隙小，岩石的强度和稳定性也较高。干重度干重度(d)和饱和重度和饱和重度(sat)第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响 当岩石孔隙中当岩石孔隙中完全没有水完全没有水存在时的重度称为干重度存在时的重度称为干重度(d)当岩石孔隙当岩石孔隙完全被
4、水充满完全被水充满时的重度称为饱和重度时的重度称为饱和重度(sat)思考：干重度思考：干重度(d)、天然重度、天然重度()和和饱和重度饱和重度(sat)的大小关系？的大小关系？第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响比重比重(Gs)比重比重(Gs)是岩石固体部分是岩石固体部分(不包括孔隙不包括孔隙)单位体积单位体积的重量，数值上等于岩石固体颗粒重量与同体积水的重量，数值上等于岩石固体颗粒重量与同体积水在在4C 重量的比，其表达式为：重量的比，其表达式为：ssswWGVGs:岩石的比重；岩石的比重；Ws:绝对干燥时体积为绝对干燥时体积为V的岩石重量，的岩石重量，kN；Vs:
5、岩石的实体体积岩石的实体体积(不包括孔隙体积不包括孔隙体积)，m3；w:水的重度，在水的重度，在4C时等于时等于10 kN/m3 岩石的比重，决定于组成岩石的岩石的比重，决定于组成岩石的矿物的比重及矿物的比重及其在岩石中的相对含量其在岩石中的相对含量。一般地，组成岩石的矿物。一般地，组成岩石的矿物比重大、含量多，则岩石的比重就大。常见的岩石比重大、含量多，则岩石的比重就大。常见的岩石比重一般介于比重一般介于2.43.3之间。之间。第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响 岩石的孔隙性岩石的孔隙性孔隙度孔隙度(率率)(n)孔隙度孔隙度(n)是指岩石内孔隙体积与岩石总体积之比
6、，是指岩石内孔隙体积与岩石总体积之比，用百分数表示。其表达式为：用百分数表示。其表达式为：100%vVnV 岩石的孔隙性反映岩石中各种孔隙的发育程度，岩石的孔隙性反映岩石中各种孔隙的发育程度，孔隙度大小取决于岩石的结构和构造，同时受外力孔隙度大小取决于岩石的结构和构造，同时受外力因素的影响。未受风化或构造作用的侵入岩和某些因素的影响。未受风化或构造作用的侵入岩和某些变质岩，孔隙度较小，而砾岩、砂岩等一些沉积岩变质岩，孔隙度较小，而砾岩、砂岩等一些沉积岩类岩石常具有较大的孔隙度。类岩石常具有较大的孔隙度。Vv:试样孔隙体积试样孔隙体积,m3;V:试样体积试样体积,m3，其中包括孔隙体积；，其中包
7、括孔隙体积；第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响2 2、水理性质、水理性质 岩石的吸水性岩石的吸水性 岩石的吸水率岩石的吸水率(a)是指岩石在通常大气压下吸入水是指岩石在通常大气压下吸入水的重量与同体积干燥岩石重量的比，用百分数表示：的重量与同体积干燥岩石重量的比，用百分数表示：0100%sasgggg0:烘干岩样浸水烘干岩样浸水48h后的湿重后的湿重,k g;gs:岩石烘干后的重量岩石烘干后的重量,k g 岩石的吸水率的大小，取决于岩石孔隙度的大岩石的吸水率的大小，取决于岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度等。吸水率大，水对岩石颗粒间小、孔隙张开程度等。吸水率大，水对岩石
8、颗粒间结合物的浸湿、软化作用就强，岩石强度和稳定性结合物的浸湿、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水作用的影响也就越显著。受水作用的影响也就越显著。吸水率吸水率(a)第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响饱和吸水率饱和吸水率(sat)简称饱水率简称饱水率 岩石饱水系数反映了岩石耐冻性的间接指标。饱岩石饱水系数反映了岩石耐冻性的间接指标。饱水系数越大，岩石耐冻性越差。水系数越大，岩石耐冻性越差。100%pssatsggggp:岩石在煮沸或真空条件下吸水后的重量岩石在煮沸或真空条件下吸水后的重量,k g;gs:岩石烘干后的重量岩石烘干后的重量,k g饱水系数饱水系数(Kw)岩
9、石吸水率与饱水率的比值，即：岩石吸水率与饱水率的比值，即：awsatK 岩石饱和吸水率岩石饱和吸水率(sat)是指岩石在煮沸或真空条件是指岩石在煮沸或真空条件下所吸水重量与干燥岩石重量之比，用百分比表示：下所吸水重量与干燥岩石重量之比，用百分比表示：第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响 岩石的透水性岩石的透水性渗透系数渗透系数(K)岩石的渗透系数岩石的渗透系数(K)来表示，它反映了在一定压力下来表示，它反映了在一定压力下岩石允许水通过的能力。岩石允许水通过的能力。岩石的溶解性岩石的溶解性溶解度或溶解速度溶解度或溶解速度 岩石的溶解性是指岩石溶解于水的岩石的溶解性是指岩
10、石溶解于水的性质，常用溶解度或溶解速度表示。岩性质，常用溶解度或溶解速度表示。岩石的溶解性主要与岩石的化学成分有关石的溶解性主要与岩石的化学成分有关第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响 岩石的软化性岩石的软化性软化系数软化系数(KR)岩石的软化性指岩石在水的作用下，强度和稳定性降岩石的软化性指岩石在水的作用下，强度和稳定性降低的性质，用岩石的软化系数低的性质，用岩石的软化系数(KR)来表示，即岩石饱水状来表示，即岩石饱水状态的抗压强度与岩石风干后抗压强度之比，用小数表示：态的抗压强度与岩石风干后抗压强度之比，用小数表示：wRdKw:岩石饱水状态的抗压强度岩石饱水状态的
11、抗压强度,kPa;d:岩石风干后的抗压强度岩石风干后的抗压强度,kPa 软化系数越小，表示岩石在水作用下的强度和稳定性软化系数越小，表示岩石在水作用下的强度和稳定性越差，当越差，当KR 钙质和铁质胶结钙质和铁质胶结 泥质胶结泥质胶结胶结联结的形式有胶结联结的形式有基底胶结基底胶结孔隙胶结孔隙胶结接触胶结接触胶结第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响 岩石的构造岩石的构造 构造对岩石物理力学性质的影响，主要是由矿物成构造对岩石物理力学性质的影响，主要是由矿物成分在岩石中分布不均匀性和岩石结构的不连续性所决定分在岩石中分布不均匀性和岩石结构的不连续性所决定的。的。片状构造、
12、板状构造片状构造、板状构造 孔隙孔隙 一般地，垂直层面的抗压强度大于平行层面的抗压一般地，垂直层面的抗压强度大于平行层面的抗压强度，平行层面的透水性大于垂直层面的透水性。强度，平行层面的透水性大于垂直层面的透水性。第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响 水的影响水的影响 岩石饱水后会使岩石的强度降低。如石灰岩和砂岩岩石饱水后会使岩石的强度降低。如石灰岩和砂岩饱水后极限抗压强度下降饱水后极限抗压强度下降25%-45%25%-45%左右。左右。“孔隙度孔隙度”、“可逆可逆”地表及地面以下一定深度的岩地表及地面以下一定深度的岩石，在石，在气温变化气温变化、水溶液水溶液、气体气
13、体及及生物生物等各种营力的作用下，逐渐产等各种营力的作用下，逐渐产生裂隙、发生机械破碎和矿物成分生裂隙、发生机械破碎和矿物成分的改变，丧失完整性的过程。的改变，丧失完整性的过程。风化作用风化作用第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响物理风化物理风化碎石滩（约旦）碎石滩（约旦）溶解作用溶解作用第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响三、岩石的工程分类三、岩石的工程分类 工民建：按岩石的坚固性分工民建：按岩石的坚固性分MPaMPa30:30:抗压强度软质岩石抗压强度硬质岩石 地下工程：按抗压强度分地下工程：按抗压强度分软质岩级为抗压强度中等硬质岩级为抗
14、压强度硬质岩级为抗压强度CMPaBMPaAMPa30803080第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响四、岩体的工程地质性质四、岩体的工程地质性质岩体岩体(Rock mass)：是在漫长的地质历史中形成与演变过来的地质是在漫长的地质历史中形成与演变过来的地质体，它被许多不同方向、不同规模的体，它被许多不同方向、不同规模的地质界面地质界面切切割成形状不一、大小不等的块体。割成形状不一、大小不等的块体。包含各种结构面的单一或多种岩石构成的地质体包含各种结构面的单一或多种岩石构成的地质体 岩体的工程性质首先取决于结构面的性质岩体的工程性质首先取决于结构面的性质,其其次才是组成
15、岩体的岩石性质次才是组成岩体的岩石性质.第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响四、岩体的工程地质性质四、岩体的工程地质性质结构面结构体岩体结构特征整体块状岩体层状结构岩体破碎结构岩体散体结构岩体第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响岩体结构(rock mass structure)=结构面(structural plane)+结构体(structural element)第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响结构面：存在于岩体中的各种地质界面。l 原生结构面原生结构面 沉积结构面 层面、沉积间断面、软弱夹层 火成结构面 原
16、生节理(冷凝过程形成)、侵入体 与围岩的接触面、火山岩中的凝灰岩夹层 变质结构面 片理(易风化)1、结构面分类、结构面分类(按地质成因按地质成因)第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响l 构造结构面构造结构面 在构造应力作用下，于岩石中形成的断裂面、错动面在构造应力作用下，于岩石中形成的断裂面、错动面、破碎带的统称。其中劈理、节理、断层面、层间错动面、破碎带的统称。其中劈理、节理、断层面、层间错动面等属于破裂结构面。断层破碎带、层间错动破碎带均易软等属于破裂结构面。断层破碎带、层间错动破碎带均易软化、风化，力学性质较差，属于构造软弱带。化、风化，力学性质较差，属于构造软
17、弱带。l 次生结构面次生结构面 在风化、卸荷、地下水等作用下形成的风化裂隙、破在风化、卸荷、地下水等作用下形成的风化裂隙、破碎带、卸荷裂隙、泥化夹层等碎带、卸荷裂隙、泥化夹层等。风化带上部的风化裂隙风化带上部的风化裂隙发育，往深部减弱。发育，往深部减弱。第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响2、结构面的特征、结构面的特征 规模规模 形态形态(平整度、光滑度平整度、光滑度)密集程度密集程度(线密度或结构面间距线密度或结构面间距 表表3-5)连通性连通性(图图3-21)张开度和充填情况张开度和充填情况(见书见书)第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响
18、结构体的类型方柱体锥体菱形块体板状体多角柱体 三棱柱体 当岩石强烈变形破碎时，可形成当岩石强烈变形破碎时，可形成片状、碎块状、鳞片状等形式。片状、碎块状、鳞片状等形式。由于各种成因的结构面的组合，在岩体中形成由于各种成因的结构面的组合，在岩体中形成大小、形状不同的结构体。大小、形状不同的结构体。第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响结构体的大小 结构体的大小，可采用结构体的大小，可采用A.PalmstramA.Palmstram建议的体积裂建议的体积裂隙数隙数J Jv v来表示，其定义为：岩体单位体积通过的总裂来表示，其定义为：岩体单位体积通过的总裂隙数隙数(裂隙数裂隙
19、数/m/m3 3)，表达式为：，表达式为：niinvSSSSJ12111.11Si：岩体内第：岩体内第i组结构面的间距；组结构面的间距；1/Si：该组结构面的裂隙数：该组结构面的裂隙数(裂隙数裂隙数/m/m3 3)表3-6第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响岩体结构是指岩体中结构面与结构体的组合方式岩体结构是指岩体中结构面与结构体的组合方式岩体结构特征第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响 岩体工程地质性质首先取决于岩体结构类型与岩体工程地质性质首先取决于岩体结构类型与特征，其次才是组成岩体的岩石的性质。特征，其次才是组成岩体的岩石的性质。散体
20、结构的花岗岩岩散体结构的花岗岩岩 体？层状结构的页岩体？层状结构的页岩第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响整体块状岩体的工程地质性质整体块状岩体的工程地质性质层状结构岩体的工程地质性质层状结构岩体的工程地质性质 整体强度高、变形特征接近与各向同性的均质弹性整体强度高、变形特征接近与各向同性的均质弹性体，变形模量、承载力和抗滑力较高，抗风化能力较强，体，变形模量、承载力和抗滑力较高，抗风化能力较强，具有良好的工程地质性质。具有良好的工程地质性质。变形模量和承载能力较高，作为建筑地基时基本能变形模量和承载能力较高，作为建筑地基时基本能满足要求，但当有软弱夹层存在时，强度和
21、变形均具有满足要求，但当有软弱夹层存在时，强度和变形均具有各向异性，沿层面的方向抗剪强度小于垂直层面方向。各向异性，沿层面的方向抗剪强度小于垂直层面方向。第三章第三章 地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响破碎结构岩体的工程地质性质破碎结构岩体的工程地质性质散体结构岩体的工程地质性质散体结构岩体的工程地质性质 节理、裂隙发育，常有泥质充填物，结合力不强，节理、裂隙发育，常有泥质充填物，结合力不强，结构体块体不大，岩体完整性破坏较大。结构体块体不大，岩体完整性破坏较大。岩体节理、裂隙十分发育，岩体破碎，岩石手涅即岩体节理、裂隙十分发育，岩体破碎，岩石手涅即碎，属于碎石土类。碎，属于碎石土类。
