隧道工程地质

2.1岩浆岩
• 岩浆岩代表性岩石
酸性岩 喷出岩
流纹岩
中性岩
粗面岩 安山岩 正长斑岩 闪长玢岩 正长岩 闪长岩 正长石 角闪石 斜长石
基性岩
玄武岩
超基性岩
少见
浅成岩
深成岩 主要矿物成 分(10% 以上)
花岗斑岩
花岗岩 石英 正长石 斜长石
辉绿岩
辉长岩 辉石 斜长石
少见
橄榄岩 辉岩 橄榄石 辉石
2.1岩浆岩
隧道工程地质
地质基础知识 隧道围岩分级 隧道施工超前地质预报
地质基础知识
一、工程地质概论
• 1、 地质学与工程地质学 • 地质学是一门研究地球的科学，工程地 质学是地质学的重要分支学科，是把地质 学原理应用于工程实际的一门学问。 • 减灾、防灾是工程地质学的主要任务。
一、工程地质概论
2.Βιβλιοθήκη Baidu 沉积岩
• 2.2.2 沉积岩的产状 • 沉积岩具有层理构造，在地表呈层状广泛分布， 岩体中常含化石，这是沉积岩区别于其它类型岩 石的重要标志之一。 • （1）水平岩层和倾斜岩层 • 沉积岩的原始状态近于水平，由于地壳运动 的影响，改变了原始状态，部分岩层形成了倾斜 岩层，我们习惯上把倾角小于5°的岩层称为水平 岩层；把倾斜岩层中向一个方向倾斜，倾角又近 于相等称为单斜岩层。
• 2.1.1 岩浆岩的产出形 态 • 岩浆岩作用分为喷 出作用、侵入作用， 分别形成喷出岩、侵 入岩（深成岩和浅成 岩）。喷出岩形态有 熔岩被、熔岩原、熔 岩流；侵入岩形态有 岩基、岩株，岩床、 岩盆、岩墙、岩脉
2.1岩浆岩
• 2.1.2 岩浆岩的矿物成分 • 浅色矿物：石英、正长石、斜长石、白云母等； 暗色矿物：橄榄石、辉石、角闪石、黑云母。 • 2.1.3 岩浆岩的分类及代表性岩石 • 岩浆岩根据产状可分为侵入岩（浅成岩、深成 岩）、喷出岩； • 根据化学成分（酸性氧化物SiO2含量）可分为酸 性岩、中性岩、基性岩、超基性岩。
河流的下蚀作用
（2）外力地质作用
• ③.搬运作用 • 风化、剥蚀产物在外力作用下离开母岩区， 经过长距离搬运，到达沉积区的过程，叫搬运作 用。 • ④.沉积作用 • 被搬运的物质，经过一定距离后，由于搬运介 质的动能减弱、搬运介质的物理化学条件发生变 化，或在生物的作用下，被搬运的物质从搬运介 质中分离出来，形成沉积物的过程，叫沉积作用。
2.2 沉积岩
• 岩溶形成必须具备四个条件：
• 岩石可溶、岩石具透水性、水具有溶蚀性、流动 性。 • 岩溶的发育必须有可溶性岩石的存在，如碳酸盐 类岩石中的灰岩、白云岩和泥灰岩 ；硫酸岩类岩 石中的石膏和硬石膏 ； 卤素岩中的岩盐等； • 岩石必须具有透水性： • 一般在断层破碎带、裂隙密集带和褶皱轴部 附近，因为岩石裂隙发育且连通性好，有利于地 下水的运动，岩溶往往比较发育；另外，在地表 附近，由于风化裂隙增多，所以岩溶一般比深部 发育。
2.2 沉积岩
• 沉积岩是母岩（岩浆 岩、变质岩和早已形成的 沉积岩）在常温、常压条 件下，由风化作用、生物 作用和某些火山作用产生 的物质经搬运、沉积和成 岩等一系列地质作用形成 的，在地球表面分布面积 占75%，大洋底部几乎全 部为沉积岩或沉积物所覆 盖。
2.2 沉积岩
• 2.2.1沉积岩的物质组成 • 沉积岩的主要物质成分为颗粒和胶结物。 • 颗粒包括各种不同形状及大小的岩屑、粘土矿 物、化学沉积矿物； • 胶结物是把松散沉积物颗粒联结起来的物质， 常见的成分有钙质、硅质、铁质以及泥质等。 • 胶结物对沉积岩的颜色、坚硬程度有很大影响。
1.1 地质作用
• （1）内力地质作用 • 内力地质作用是由地球转动能、重力能 和放射性元素蜕变的热能等所引起的地质 作用，主要包括地壳运动、岩浆作用、变 质作用和地震等。
（1）内力地质作用
• ①.地壳运动 • 由地球自转速度的改变等原因，使得组 成地壳的物质不断运动，并改变它的相对 位置和内部构造，称为地壳运动。 • 按地壳运动的方向，可分为升降运动和 水平运动。 • 地壳运动引起海陆变迁，产生各种地质 构造，因此，地壳运动又称为构造运动。
（2）外力地质作用
• ⑤.成岩作用 • 使松散沉积物转变为沉积岩的过程，称为 成岩作用。 • 由沉积、成岩作用形成的岩石称为沉积岩。
2 岩石分类
• 根据岩石的成因，自然界的岩石可分为 三大类：岩浆岩、变质岩及沉积岩。 • 2.1 岩浆岩 • 岩浆作用形成的岩石，叫岩浆岩，岩浆 岩又称火成岩。
2.1 岩浆岩
• 2、工程地质条件与工程地质问题 • 人类的工程活动都是在一定的地质环境中进行 的，人类的工程地质活动与地质环境两者之间有 密切的关系，并且是相互影响，相互制约的。 • 工程活动的地质环境，亦称为工程地质条件， 一般认为它应包括：土和岩石的工程性质、地质 构造、地形地貌、水文地质、地质作用、自然地 质现象和天然建筑材料等。
2.2 沉积岩
• (3) 化学及生物化学岩 • 硅质成分化学岩的强度较高，但性脆易 裂，整体性差。 • 碳酸盐类岩石如石灰岩、白云岩等强度 中等，但具不同程度的可溶性，特别是灰 岩，一般发育岩溶。 • 石膏、岩盐等化学岩，往往以夹层或透 镜体存在于其他沉积岩中，分布较少。此 类岩石质软，浸水易溶解，常常导致地基、 边坡、围岩的失稳。
2.2 沉积岩
水平岩层
倾斜岩层
2.2 沉积岩
• （2）岩层产状
• 岩层产状是指岩层在 地壳中的空间方位和 产出状态。倾斜岩层 的产状是用岩层的走 向(AB)、倾向(OD/)和 倾角(α)三个要素来表 示的。
2.2 沉积岩
• （3）岩层产状的测 定及表示方法
• ①岩层产状的测定 • 岩层产状用地质罗盘仪测定。 • ②岩层产状的表示方法 • 在地质图上，岩层的产状常用 符号“├ 30°”表示。在文字 记录中，岩层的产状有两种表 示方法：方位角表示法，用倾 向和方位角表示，如 130°∠30°；象限角表示法， 用走向、倾向和倾角表示，如 N40°E/30°SE。
花岗岩，常肉红色、灰白色
闪长岩，灰或灰绿色
2.1岩浆岩
正长岩，肉红色或灰白色
灰长岩，灰至灰黑色
2.1岩浆岩
流纹岩，灰色、灰红色、肉红色
安山岩，深灰、浅玫瑰、褐色等
2.1岩浆岩
玄武岩，黑、灰黑、黑绿、灰绿色等、灰黑、黑绿、灰绿色等
橄榄岩，暗绿、灰黑色
2.1岩浆岩
• 2.1.4岩浆岩的工程特性 • 绝大多数岩浆岩是由结晶矿物所组成，由于组 成它的各种矿物化学成分和物理性质较为稳定， 它们之间的联结是牢固的，因此岩浆岩通常具有 较高的力学强度，可作为各种建筑物良好的地基 及天然建筑石料。 • 但各类岩石的工程性质差异很大，如深成岩具 晶粒粗大、均匀，孔隙率小、裂隙较不发育，岩 块大、整体稳定性好的特点。但这类岩石往往具 抗风化能力较差，特别是含铁镁质较多的基性岩， 则更易风化破碎。 • 浅成岩中细晶质和隐晶质结构的岩石透水性小、 抗风化性能力较强，但斑状结构岩石的透水性和 力学强度变化较大。
2.2 沉积岩
• 2．2．3、沉积岩分类 • 沉积岩分为碎屑岩类、粘土岩类、化学岩类三大 类： 碎屑岩类： • 砾状结构：砾岩、角砾岩 • 砂状结构：粗砂岩、中砂岩、细砂岩 • 粉砂状结构：粉砂岩 • 粘土岩类： 泥岩（无层理） • 页岩（层理） • 化学岩类： 碳酸盐岩等
2.2 沉积岩
• 2．2．4、常见的沉积岩 • （1）.碎屑岩类 • ①火山碎屑岩：火山集块岩、火山角砾 岩、 凝灰岩。 • ② 沉积碎屑岩：砾岩、砂岩、粉砂岩。 • （2）.粘土岩类：页岩、泥岩。 • （3）.化学及生物化学岩类：石灰岩、白云 岩、硅质岩。
2.2 沉积岩
• （2）影响岩溶发育的因素（或岩溶发育的 基本规律）
1、气候的影响： 温暖、潮湿的地区岩溶 寒冷、干燥的地区岩溶
岩性越纯、岩溶越发育 响： 不同岩性接触时，隔水 陡倾、直立岩层，顺岩
2.2 沉积岩
• 2．2．5 沉积岩的工程特性 • （1）碎屑岩的工程地质特性 • 碎屑岩的工程性质一般较好，力学强度 也比较高。 • 不同的碎屑岩因碎屑成分、粒度及胶结 物不同工程性质也存在很大差异。如石英 质砂岩比长石质的砂岩好，泥质砂岩最差； 硅质胶结、铁质胶结的比钙质胶结的好， 泥质胶结的差。
二、地壳与岩石
• 地壳是地球的表层，是地质学、工程地 质学的主要研究对象。 • 地壳和地球内部的化学元素，绝大多数 是以化合物的形态存在，称为矿物。 • 由一种或多种矿物以一定的规律组成的 自然集合体，称为岩石。 • 岩石是各种地质作用的产物，是构成地 壳的物质基础。
二、地壳与岩石
• 1 、地质作用及岩石分类 • 1.1 地质作用 • 由自然动力引起的地球的物质组成、内 部结构和地表形态发生变化的自然作用， 统称为地质作用。 • 地质作用按其动力能的来源和发生作用 的部位不同，可以分为内力地质作用和外 力地质作用。
2.1岩浆岩
• 花岗岩特性： • 硬度大、裂隙较不发育、整体性好； • 抗风化能力弱，风化不均匀，具球状风化 特点； • 全、强风化花岗岩透水性好，具有类似于 砾砂土的特性，隧道处于地下水位以下时， 涌水量大，土体稳定性差。
2.1岩浆岩
花岗岩的球状风化
2.1岩浆岩
• 脉岩：
• 脉岩类是一种浅成侵入岩，因其呈岩脉、岩 墙产出并常具有特殊的矿物成分和结构因而将它 们单独归为一类。 • 脉岩具有岩体小，呈带状、脉状产出的特点。 • 脉岩的产出不规则，出露无规律，具有不规则 穿插于其他岩浆岩体的特点。 • 脉岩同其他岩浆岩一样具有力学强度高、易风 化特点，但脉岩一般节理裂隙发育、破碎、完整 性差；脉岩出露部位往往也是易出水部位。
（1）内力地质作用
• ②.岩浆作用 • 岩浆是地球深处高温、 高压的粘稠硅酸盐熔融 体。在地壳运动的影响 下，由于外部压力的变 化，岩浆向压力减小的 方向移动，上升到地壳 上部或喷出地表冷却凝 固成为岩石，这个过程 称为岩浆作用。由岩浆 作用形成的岩石，叫岩 浆岩。
（1）内力地质作用
• ③.变质作用 • 由于地壳运动、岩浆作用等，既有岩石 受到高温、高压及化学成分加入的影响， 发生一系列变化，形成新的岩石，这一过 程称变质作用，由变质作用形成的岩石叫 变质岩。 • ④ 地震 • 地震是地壳快速振动的现象，是地壳运 动的一种强烈表现。
2.2沉积岩
• （2）粘土岩的工程特性 • 泥岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强 度低，均属软岩。受力后变形量大，浸水后易软 化和泥化。 • 若含岩石中蒙脱石成分，则具有较大的膨胀 性。 • 这两种岩石对建筑物地基和建筑场地边坡的以 及隧道围岩稳定的都极为不利，隧道开挖后应及 时进行支护。 • 但此类岩石透水性小，可作为隔水层和防渗层， 隧道施工涌水量很小。
2.2 沉积岩
• 水的溶蚀性：
• 水对碳酸盐类岩石的溶解能力，主要取决于水中 侵蚀性CO2的含量。 水中侵蚀性CO2的含量越多， 水的溶蚀能力也越强。
• 水的流动性 ：
• 水的流动性反映了水在可溶岩层中的循环交替程 度。 只有水循环交替条件好，水的流动速度快， 才能将溶解物质带走，同时又促使含有大量CO2 的水，源源不断地得到补充，则岩溶发育速度就 快反之，岩溶发育就慢，甚至处于停滞状态。
（2）外力地质作用
• ①.风化作用 • 常温常压下，在温度变 化、气体、水和生物等因 素影响下，地壳表层的岩 石在原地发生破碎、分解 的物理和化学变化过程， 叫风化作用。
风蚀作用
根 劈 作 用
（2）外力地质作用
• ②.剥蚀作用 • 将风化产物从岩石 上剥离下来，同时也对 未风化的岩石进行破坏， 这种作用称为剥蚀作用。 • 剥蚀作用可分为风 的吹蚀作用、流水的侵 蚀作用、地下水的潜蚀 作用、冰川的刨蚀作用、 海及湖水的冲蚀作用。
2.2 沉积岩
• 2.2.6 岩溶
• （1）岩溶的形成机理 • 岩溶是可溶岩中的碳酸钙与水及侵蚀性二氧 化碳作用，形成溶于水的碳酸氢钙： CaCO4+H2O+ CO2→Ca(HCO4)2，形成溶孔、 溶隙、溶洞，碳酸氢钙随水流经过长距离搬运后， 发生分解作用，碳酸氢钙分解成碳酸钙、水与二 氧化碳，分解出的碳酸钙沉淀形成钟乳石等， Ca(HCO4)2→CaCO4+H2O+ CO2。