工程岩土学稀缺资源路过别错过

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1、 工程岩土学工程岩土学 讲课内容 第1章 概述 第2章 土的形成及基本特征 第3章 粘土矿物的基本结构 第4章 粘土矿物的性质 第5章 粘土矿物的成因与分布 第6章 粘土矿物热分析与红外光谱分析 第7章 粘土矿物扫描电镜、电子探针、能谱分析 第8章 粘土矿物化学分析与同位素分析 第9章 岩体力学性质 第10章 岩石地下工程 第11章 岩石边坡工程 第12章 岩石地基工程 第13章 岩石力学研究新进展第1章 概述概述1.1 定义定义工程岩土学工程岩土学主要是研究岩土体的工程主要是研究岩土体的工程地质性质及其形成，区域分布特征及岩土地质性质及其形成，区域分布特征及岩土性质改良措施，以适应各类工程建

2、筑的要性质改良措施，以适应各类工程建筑的要求。求。在工程地质学的各学科中。最重要的理论在工程地质学的各学科中。最重要的理论基础乃是工程岩土学。基础乃是工程岩土学。1.2 研究对象和研究内容研究对象和研究内容 对象对象建筑地基（如房基，坝基，路基）、建筑地基（如房基，坝基，路基）、建筑环境（如地下硐室围岩，斜坡工程）、建筑建筑环境（如地下硐室围岩，斜坡工程）、建筑材料（如土料，石料）的岩土体。材料（如土料，石料）的岩土体。内容内容研究岩土工程地质性质（物理，力学研究岩土工程地质性质（物理，力学性质）、研究岩土工程地质性质的形成和性质）、研究岩土工程地质性质的形成和分布规分布规律律、研究岩土工程地

3、质性质指标的测试方法和测、研究岩土工程地质性质指标的测试方法和测试技术、研究岩土和岩土体的工程地质分类、研试技术、研究岩土和岩土体的工程地质分类、研究岩土工程地质性质在自然因素或人类工程活动究岩土工程地质性质在自然因素或人类工程活动影响下的影响下的变化规律变化规律，并预测这种变化对各种建筑，并预测这种变化对各种建筑物的危害、研究改善不良岩土性质的物的危害、研究改善不良岩土性质的原则和方法。原则和方法。1.2 工程岩土学发展及动向工程岩土学发展及动向 发展发展在我国工程岩土学发展大体可分在我国工程岩土学发展大体可分三个阶段：三个阶段：第一阶段第一阶段（50年代及以前）松软年代及以前）松软土，粒度

4、成分与其性质的关系。土，粒度成分与其性质的关系。第二阶段第二阶段（6070年代）研究土，研究土的化学成分年代）研究土，研究土的化学成分和矿物成分与土的工程性质之间的关系。和矿物成分与土的工程性质之间的关系。第第三阶段三阶段（80年代以后）有极大发展，土的结年代以后）有极大发展，土的结构，构造，土体和岩体的工程性质的深入研构，构造，土体和岩体的工程性质的深入研究究动向动向1 加强对岩土力学性质的基础研究，即运用数学、力学、加强对岩土力学性质的基础研究，即运用数学、力学、物理、化学等最新理论研究力学性质的本质，注意地质学与力物理、化学等最新理论研究力学性质的本质，注意地质学与力学的结合。学的结合。

5、2 重视岩土宏观和微观的研究，岩土体类型的合理划重视岩土宏观和微观的研究，岩土体类型的合理划分。分。3 大力发展和引进现代测试技术，室内和现场原位测大力发展和引进现代测试技术，室内和现场原位测试结合。试结合。4 加强岩土动力性质的研究，注意动，静性质的对比。加强岩土动力性质的研究，注意动，静性质的对比。5 加强对特殊建筑地基或建筑环境的岩土体和某些特加强对特殊建筑地基或建筑环境的岩土体和某些特种岩土的研究。种岩土的研究。6 加强岩土工程地质研究中的数学分析，计算机的广加强岩土工程地质研究中的数学分析，计算机的广泛应用。泛应用。7 加强深部的综合研究，对性质，结构与构造，地下加强深部的综合研究，

6、对性质，结构与构造，地下水，压力，稳定性等综合研究。水，压力，稳定性等综合研究。8 对环境岩土工程学的研究大大加强。对环境岩土工程学的研究大大加强。第2章 土的形成及基本特征2.1 概述概述 土体土体指与工程建筑物的变形和稳定相指与工程建筑物的变形和稳定相关的第四纪或新第三纪以来的地质体。关的第四纪或新第三纪以来的地质体。土和土体的形成土和土体的形成外动力地质作用和内外动力地质作用和内动力地质作用。周而复始，石变土，土变石。动力地质作用。周而复始，石变土，土变石。土和土体的演变土和土体的演变从形成到现在，都是从形成到现在，都是经过非常复杂的变化过程，土的成分和结构构经过非常复杂的变化过程，土的

7、成分和结构构造也随之变化，性质也随之变化。在演变的不造也随之变化，性质也随之变化。在演变的不同阶段，土体就表现出不同的特点。同阶段，土体就表现出不同的特点。掌握了不掌握了不同类型土体的形成和演变规律后，同类型土体的形成和演变规律后，便可了解它便可了解它们可能具有哪些特征，便可预测土体在自然或们可能具有哪些特征，便可预测土体在自然或人为因素影响下，可能产生哪些变化。人为因素影响下，可能产生哪些变化。2.2 主要成因类型土体的基本特征 2.2.1 残积土体的工程地质特征 未经搬运留于原地的土体。在接近宽广的分水岭地带或平缓的斜坡地带广泛发育。气候，母岩是主要影响因素。干旱地区（砾石类土）、半干旱地

8、区（有点粘土，但含可溶盐类如碳酸钙，硫酸钙等影响工程地质性质，地下水常呈碱性易形成水云母组粘土矿物）、潮湿而温暖地区易形成蒙脱石、潮湿而炎热地区易形成倍半氧化物。故干旱潮湿地区，土的颗粒组成由粗变细，土的类别从砾石类土过渡到砂类土、亚砂土、亚粘土、粘土。母岩影响有酸性火成岩的残积土含较多的粘性矿物，多为亚粘土或粘土，如果石英多时，易形成亚砂土。中性或基性火成岩易形成亚粘土。沉积岩易形成粘土，细砂土砂砾土等，成分与母岩相同。残积土体的厚度在垂直和水平方向变化较大，在宽广的分水岭地带或平缓的斜坡地带，厚度较大，反之较小。残积土体的表部孔隙率大，强度低，压缩性高。下部为夹碎石或砂粒的粘性土，或是孔隙

9、为粘性土充填的碎石土，砂砾土，其强度较高。2.2.2 坡积土体的工程地质特征 经雨水或雪水的片流搬运，顺坡移动堆积而成。物质成分与斜坡上的残积物一致，坡积土体与残积土体往往呈过渡状态，工程性质也很相似。影响因素是气候和母岩 干旱和半干旱地区，植被不发育，平时干燥，能形成较厚的坡积土体。粒度成分在垂直和水平方向上有明显的分选性和成层性，下粗上细。潮湿气候条件下，由于植被发育，坡积土体不发育，但土层结构特征是相似的。2.2.3 洪积土体的工程地质特征洪积土体的工程地质特征山洪带来的碎屑物质，在山口的出口地方堆积而成。发育在干旱和半干旱地区，如华北和西北地区。形成洪积扇和洪积裙。为建筑提供了有力的地

10、形条件。上部粗碎屑土强度高，压缩性小，为良好地基，但其孔隙大，故易坝下渗漏。该处水量丰富。中部为砂土分布地段，开挖基坑时，细砂土可能形成流砂。下部为粘性土地带，地形坡度变缓，地下水埋藏较浅，地表易形成泉，形成湖泊，该地带土层潮湿，植物茂盛，可形成泥炭层，工程地质性质极差。无泥炭层时，由于强度低，建筑物可能长期下沉。粘土层中含有大量可溶盐类，干燥时强度高，遇水盐类溶解，强度降低，地基条件恶劣。洪积土体示意图2.2.4 湖积土体的工程地质特征 2.2.5 冲积土体的工程地质特征n河流水作用，将碎屑物质搬运堆积在河谷内。n冲积土体一般分为三个相。n河床相：冲积土一般为砂土及砾石类土，下粗上细，成分较

11、复杂，磨圆度较好（与洪积区别），在山区河床冲积土厚度不超过10米，平原地区河床冲积土厚度一般超过几十米。古河床相为良好地基，现代则工程性质差。n河漫滩相：洪水期河水将细粒悬浮物质带到河漫滩上沉积而成，一般为亚砂土、亚粘土或粘土。覆盖于河床相冲积土之上，形成漫滩，阶地，冲积平原等地表，常为各种建筑物的地基。n牛轭湖相：废河道形成的牛轭湖中沉积下来的松软土。一般为含有大量有机质的亚粘土，亚砂土和细砂土。没有清楚的层理，承载力低。n河口冲积土一般是一套淤泥质粘土，亚粘土或淤泥，形成河口三角洲，河口冲积土往往作为港口建筑物的地基。河床相冲积土示意图土的工程地质性质在土的形成过程中已经基本形成wp塑限第

12、3章 粘土矿物的基本结构u3.1 基本结构单元l 硅氧四面体最稳定的基本结构单元（sio44-）三个底氧，一个顶氧，每个氧各带一个负电荷。l 四面体片硅氧四面体分布在一个平面内，平面上呈六方网格状，分子式为si4o10 4-。l 八面体与八面体片是由两层氧离子或氢氧离子紧密堆积而成，大阳离子位于其中，可独立存在。l 三八面体就是八面体阳离子配位位置全部被阳离子（Mg 2+,Fe 2+等）充填。如水镁石（3/3占位）。l 二八面体就是八面体阳离子配位位置只有三分之二被阳离子（Al 3+,Fe 3+等）充填。如三水铝石（2/3占位）。3.2 基本结构层 基本结构层四面体片与八面体片的相互结合构成了

13、层状构造硅酸盐矿物的基本结构层。可分为1：1层型和2：1层型两个基本类型。1：1层型由一个四面体片与一个八面体片（可二八或三八面体）结合而成。有五层原子面，三阴两阳。2：1层型由两个四面体片与一个八面体片（可二八或三八面体）结合而成。白云母的结晶构造2：1层型二八面体层状构造硅盐 3.3 层间域、层间物、单位构造和层电荷 层间域相邻的基本结构层之间的空间。代号用。层间物存在于层间域中的物质称此。层间物可以是水，阳离子或氢氧化物八面体片（绿泥石矿物独有）。单位构造基本结构层与层间域组成的层状体称此。其高度用d0表示。层电荷层间物阳离子所带有的电荷。3.3 有序无序和多型 有序全部点阵都作有秩序有

14、规律的分布。分短程有序和长程有序。无序结晶过程中热扰动或晶体的快速生长会使原子或离子随机地占据任何可能地结构位置，形成无序结构。多型成分相同地物质在不同的物理化学条件下形成不同结构，由此形成的晶体称为该成分的同质多象变体，或称多型。第4章 粘土矿物的性质 4.1 概述 粘土矿物的性质一般是指粘土矿物的吸附性、离子交换性、膨胀性、分散性、凝聚性、绸性、粘性、触变性和可塑性。4.1.1 粘土矿物的电荷 构造电荷（永久电荷）矿物晶格中的离子替代产生电荷。如硅氧四面体中的硅（si4+）被三价铝（Al3+）替代。构造电荷大部分是分布在粘土矿物晶层的层面上。表面电荷（可变电荷）粘土矿物表面的化学变化或表面

15、离子吸附作用产生的电荷（可正可负H OH）。破键，同晶置换作用，水化解离作用（次生二氧化硅表面与水作用，形成偏硅酸H2S1O3），选择性吸附作用（CaCO3在NaCO3水溶液中，只吸附CO2-3,带负电，在CaCl水溶液中，只吸附CO2）。电荷零点（ZPC）使矿物表面的电荷为零时介质的pH值。12321 1 高岭石 Kaolinite 因首先发现于我国江西省景德镇的高岭而得名。与地开石，珍珠陶土同为Al4Si4O10(OH)8的多型变体。单斜或三斜晶系。镜下呈细小的假六方片状，通常呈土块块体产出。纯净者白色，常因含有各种杂质而染有不同颜色。含有机质呈黑色。光泽暗淡。硬度近于1，断口平坦状。比重

16、2.6左右。干燥时粘舌，以手易捏成粉末，潮湿时具有可塑性。主要时外生成因的，是正长石、云母等铝硅酸盐矿物的风化产物。此外，还有热液交代成因，为某些低温热液矿床的围岩蚀变的产物。是陶瓷和电瓷工业的重要材料，在造纸、橡胶、油漆等工业中做充填物 2 蒙脱石 montmorillonite 成分（NaCa)0.33(Al,Mg)2Si2O10(OH)2nH2O,水的含量变化很大。单斜晶系。通常呈土状块体。白色，有时带浅红、浅绿色。光泽暗淡。硬度1。比重约为2。吸水性很强。吸水后其体积能膨胀增大几倍到十几倍，具有很强的吸附力和阳离子交换性能。是彭润土和漂白土的主要组成成分。主要是火山凝灰岩经风化作用的产

17、物。用于石油、纺织、橡胶。陶瓷工业。3 伊利石 illite 成分K1Al2(Al,Si)Si3O10(OH)2nH2O。水的含量变化很大。单斜晶系。常呈鳞片状块体。白色。具膨胀性和可塑性。是火成岩、云母片岩、片麻岩等岩石中的云母的风化产物。可作为粗质陶瓷的材料。4 蛭石 vermiculite 成分(Mg,Fe,Al)3(Si,Al)4O10(OH)24H2O,常变化不定。单斜晶系。通常呈片状。褐色。黄褐色或古铜色。油脂光泽。硬度11.5。片状解理平行001完全，薄片具挠性，有时具弹性。比重2.4-2.7。烧灼后呈银白色，体积可膨胀1825倍，是黑云母、金云母等矿物或热液蚀变的产物。是良好的

18、隔热、隔音材料。此外，可作为橡胶、塑料、油漆等工业的充填料、滑润剂和涂饰材料。4 石英quartz 有低温和高温石英，573870度之间，一般是指低温石英。三方晶系，晶体呈六方柱体，柱面上有横纹，双晶普遍。呈晶簇或粒状、块状集合体。颜色不一（无色，乳白色，紫色，浅玫瑰色，烟黄色和暗褐色）。玻璃光泽，断口呈油脂光泽，硬度7。断口贝壳状，比重2.65-2.66。具旋光性和压电性，分布极广。在砾石类土，砂土，粉土中常见。是我们研究生应该掌握的一种矿物。4.1.2 扩散双电层理论电动电位热力学电位4.1.3 水化作用 极性水分子簇集在阳离子周围，形成水化阳离子，水化半径愈小的阳离子，靠近粘土矿物颗粒表

19、面（粘土表面）的程度愈高，一般顺序为：二价阳离子Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+4.1.4 阳离子固定作用 阳离子的永久吸附。固定作用发生。不同矿物中最优先吸附的阳离子不同，如蒙皂石矿物中K+，此时K+将不再是扩散带中的部分离子，也不再是离子的可膨胀成分的组成部分。4.1.5 表面积 外表面积和内表面积都可以测定（N2法脱气、低温真空、吸附法）。总表面积外表面积内表面积。4.2 吸附性 吸附性指粘土矿物截留或吸附固体、气体、液体集溶于液体中的物质的能力。分三种：物理吸附分子间引力或氢键引力产生的吸附。是表面分子具有表面能，粘土溶液具有大的比表面，故具有大的吸附性。物理吸附是可逆的。化学吸附

20、化学键力产生的吸附。离子交换吸附粘土矿物表面上的离子和溶液中的同号离子发生的交换作用。最常见的是，Ca 2+、Mg 2+、H+、K+、NH4+、Na+和Al 3+阳离子以及SO4 2 、Cl 、PO3 2 和NO3 4.3 膨胀性 膨胀性和粘土矿物的亲水性有关，而亲水性是因为粘土矿物的水合作用。即表面的水合作用、交换性阳离子的水合作用。4.3.1 粘土矿物中的水 结合水 吸附水 层间水 沸石水 4.3.2 粘土矿物膨胀机理 表面水化（晶格膨胀）内外表面上的水分子吸附作用而引起的。渗透水化（渗透膨胀）由于晶层之间的阳离子浓度大于溶液内的阳离子浓度，因此，水发生浓差扩散，进入层间，增加晶层间距，从

21、而形成扩散双电层。（为主要膨胀）毛细管作用 4.3.3 影响粘土矿物水化膨胀因素 晶体部位不同，水化膜厚度不同 矿物种类不同，水化作用强弱不同 交换阳离子不同，水化程度不同 4.4 粘土胶体的流变性质 粘土颗粒结合的几何形态分三种：面面（FF）、边面（EF）、边边（EE）形成凝聚作用和絮凝作用（网状结构）分散作用和反絮凝作用 4.5 粘土有机质相互作用 一般作用力弱，只产生物理吸附。极性有机分子或离子化有机分子形成粘土有机复合体。成键作用有：氢键、离子偶极力、有机分子与水化阳离子之间的“水桥”成键、阳离子交换、阴离子交换。高岭石、蒙脱石、离子有机化合物、粘土聚合物。第5章 粘土矿物的成因与分布

22、1 风化作用（风化粘土矿物）2 热液、温泉作用（蚀变粘土矿物）3 沉积作用、成岩作用（自生粘土矿物、成岩粘土矿物）5.1 风化粘土矿物 5.1.1风化作用 物理风化作用 化学风化作用（水解作用、阳离子交换作用）生物风化作用（机械、化学）5.1.2 影响风化粘土矿物形成的因素 气候、地形、地质 5.1.3 风化残积粘土岩 风化残积高岭石粘土（酸性火成岩及其变质岩）、风化残积蒙脱石粘土（火山岩及凝灰岩）5.1.4 土壤 在风化产物（母质）的基础上经过成土作用逐渐发育起来的，是在气候、生物、母质、地形等因素综合影响下形成的，生物起主导作用。5.2.1粘土的沉积作用 机械、化学和生物沉积作用，方式主有

23、：絮凝作用、淤积作用、吸附作用、浊积和静水沉积 5.2.2自生粘土矿物 碎屑粘土矿物，自生粘土矿物是指在沉积盆地沉积过程中形成的矿物（如伊利石）。5.2.3 现代沉积物中的粘土矿物 海洋、河流、湖泊等5.2 自生粘土矿物5.3 成岩粘土矿物 5.3.1 成岩作用 是指发生在沉积物有效埋藏（与上覆水体脱离）之后至变质作用前的所有变化和作用。类型有胶结作用、交代作用、溶蚀作用、重结晶作用、矿物的多形转变、压实作用、压溶作用、不一致溶解作用、沉积后矿物的形成等作用。每种作用类型都有相应的粘土矿物形成。5.3.2 成岩作用过程中的粘土矿物转变 页岩、砂岩 5.3.3 迁积粘土岩 蒙脱石泥岩、伊利石粘土

24、岩5.4 蚀变粘土矿物 5.4.1 热液作用 岩浆热液、地下水热液和变质热液把深部的矿质及分散在岩石中的成矿元素溶解出来携带到一定的构造岩石中并沉淀。5.4.2 蚀变作用与蚀变粘土矿物 围岩在热液作用下所发生的种种变化叫做围岩蚀变，蚀变粘土矿物就是蚀变作用的产物。滑石、叶腊石、高岭石、迪开石、蒙皂石、伊利石、绿泥石等第6章 粘土矿物热分析与红外光谱分析l6.1 概述l 热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。l 热分析主要用于研究物理变化（晶形转变、熔融、升华和吸附等）和化学变化（脱水、分解、氧化和还原等）。l热分析不仅能提供热力学参数，而且还能给出一定参考价值的动力

25、学数据。l热分析在今天的粘土矿物学中的主要应用是粘土混合样品的定性分析和定量分析。6.2 热分析方法l热分析方法很多，国际热分析协会（ICTA归纳为九类十七种），其中热重法、差热分析和差示扫描量热法应用最广。l6.2.1差热分析（DTA）l 应用最广，其原理是将一种被研究的矿物与另一种参比物质（具热惰性）在同一条件下，按一定程序控制的速度加热或冷却。图中热效应面积S，热效应的幅度线段CA，半高度线段FG，对称程度I线段CD/线段CB，等都是粘土矿物差热分析和鉴定的重要参数。l6.2.2 热重法（TG）l 原理是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。l 仪器热重分析仪l 分析和计算

26、从热重全线可得到样品组成、热稳定性、热分解温度、热分解产物和热动力学等有关数据，同时还可获得样品质量变化率与温度或时间的关系曲线，即微商热重曲线（DTG曲线）。6.2.3 差示扫描量热法（DSC）l 原理将样品和参比物由两个控制系统进行监控，一个控制温度，同时升温或降温；另一个用于补偿样品和参比物之间所产生的温差，使样品和参比物的温度保持相同，这样就可以根据补偿的功率直接求热流率。l 仪器扫描量热仪l 分析和计算根据DSC曲线的特点，峰的位置，形状，数目与样品性质有关。DSC曲线可以用来定性地表征和鉴定粘土样品，也可以用来定量地估计参与反应的物质的量。6.3 样品预处理l 阳离子饱和处理l 双

27、氧水（H2O2）处理l 有机试剂处理l 无机盐处理l 特殊化学处理6.4 粘土矿物红外光谱分析l6.4.1 概述l 粘土样品多是粘土矿物与非粘土矿物的混合物，不仅成分复杂，而且颗粒细小（小于2m），用一般的常规方法进行分析比较困难，而用红外光谱法，不需要进行单矿物分离，一次测谱便可以获得几种主要矿物的特征吸收峰，根据这些特征吸收峰的位置、形状和强度，便可以确定样品中的矿物种属及其各自的相对含量。l6.4.2 原理6.4.3 样品制备l研磨l去除有机质（双氧水煮沸）l碱金属卤化物压片（NaCl,KCl等）l沉降膜6.5 红外光谱的定性分析l 因为每种粘土矿物都有自己的特征吸收带，也即红外光谱与粘

28、土矿物具有严格的对应关系。l 方法可靠l 操作简便l 分析快速l 用样较少6.6 红外光谱的定量分析l1 通过特征吸收峰的强度来进行定量分析，测定吸光度A，得出样品的浓度。l2 工作曲线法 用纯高岭石，含量从3100配置一系列标准样品，获得一系列不同峰高的红外光谱图，未测样品，可在相同的实验条件下测出光谱图，然后对比，即可得出其高岭石含量。第7章 粘土矿物扫描电镜、电子探 针、能谱分析l 7.1 扫描电镜l 特点：l 景深大，立体感强l 放大倍数大且连续可调l 制样简单，样品少，污染轻l 样品室大 l 原理：l 利用二次电子或背散射电子仪获得样品表面的形貌图像。l 仪器：l 日本生产的Siri

29、on 200场发射扫描电子显微镜。l7.2 电子探针l 特点：l 分析元素范围广l 分析灵敏度高0.001l 定量分析精度高l 准确的定位分析l 制样简单，损伤小l 原理：l 利用特征X射线以获得试样分析区域内的化学成分l l7.3 能谱分析l 特点：l 分析元素范围广l 检测效率高l 谱图直观、便于进行定性、定量分析l 对于较粗糙样品的测试较理想l 灵敏度低于电子探针0.1%-0.01%l 原理：l 不同元素的特征X射线的波长和能量完全不同。l 8.1 概述 尽管成分分析的方法很多（如X射线衍射、热分析、红外光谱。电子探针和能谱分析），但化学分析仍然需要，它是除得到成分外，也是计算矿物结构式

30、的唯一方法，并且 是八面体占位阳离子的类型和比例测定的最好方法，它还可以进一步对矿物进行详细划分（如伊利石和绿泥石）第8章 粘土矿物化学分析与同位素分析 8.2 样品制备 研磨（盘式研磨机）样品选择（块状还是单矿物）阳离子饱和 8.3 分析 元素分析（方法较多，如中子活化等）亚铁分析 离子交换容量分析 阳离子交换容量（CEC）分析也即矿物所带的负电荷的总量（四种方法）。阴离子交换容量（AEC）分析也即矿物所带的正电荷的总量（二种方法）。全分析 结构式计算（杂质鉴定、去除杂质、杂质校正）淮南刘庄煤矿原状土化学成分全分析成果表淮南刘庄煤矿原状土化学成分全分析成果表样 品原 号SiO2TFe2O3A

31、l2O3TiO2CaOMgOP2O5MnOK2ONa2OFeOH2O+烧失量粉质粘土65.25.9815.30.691.891.810.070.102.371.300.414.575.24粉土73.43.3911.10.562.521.380.110.052.012.160.872.233.40粉质粘土65.73.7111.60.605.471.890.130.072.231.991.042.656.62粉土68.74.0211.50.653.921.690.120.072.151.910.952.815.23粉质粘土60.64.1412.30.617.352.290.130.072.471.

32、621.653.408.57粉质粘土67.44.9213.90.681.941.960.140.052.771.571.563.534.63粉质粘土69.24.7413.40.712.121.530.100.052.281.601.033.924.30粘土66.55.7214.70.711.351.780.080.092.451.450.654.565.06粉质粘土68.05.9114.90.710.931.290.090.162.571.240.103.874.0611粘土63.96.8216.40.770.872.210.130.072.951.190.524.574.58 8.4 主要粘

33、土矿物的化学特征 8.5 根据粘土样品的化学成分确定粘土矿物类型粘土矿物化学成分分布图粘土矿物化学成分分布图8.6 粘土矿物同位素分析 8.6.1 概述 发展较晚，但前景广阔，可解决矿物、泥岩，砂岩的成岩作用温度、时代和范围、地层水的成因和演化历史。粘土矿物同位素分析主要有氧同位素分析、氢同位素分析和铷锶同位素分析。8.6.2 分析方法8.7 粘土矿物的K/Ar同位素年代分析8.8 粘土矿物的粘土矿物的Rb-Sr同位素年代分析同位素年代分析第9章 岩体力学性质 9.1 概述 岩石性质的了解和岩石的基本鉴定 岩石的主要物质成分 岩石的结构 岩石的地质成因分类 岩石的各种试验 各种岩石的物理性质、

34、水理性质和热电性质一览表岩石名称容重（kN/m3）比重孔隙率（%）吸水率（）饱水率饱水系数软化系数线膨胀系数电阻率（M）花岗岩23.028.02.502.840.54.00.14.00.840.550.720.970.61.03102106闪长岩25.229.62.603.100.185.00.35.00.540.590.600.80104105辉长岩25.529.82.703.20.294.00.54.00.51.0103106玢 岩24.028.62.602.902.15.00.41.70.780.811.9103104安山岩23.027.02.402.801.14.50.34.50.42

35、0.830.810.912104玄武岩25.031.02.502.700.57.20.32.80.390.69101.3107凝灰岩22.925.02.502.701.57.50.57.50.520.862103105砂 岩22.027.12.602.751.628.00.29.011.990.580.600.9716.4108砾 岩24.026.62.672.710.810.00.32.40.500.962103104页 岩23.026.22.572.770.410.00.53.20.240.740.91.5202103石灰岩23.027.72.402.800.527.00.14.50.25

36、0.360.700.940.63.050107白云岩28.02.702.900.325.00.13.00.920.800.831.02.03.5102108片麻岩23.030.02.633.010.72.20.10.70.750.970.33.06.8104106片 岩29.029.22.402.900.73.00.10.30.100.100.500.9520104板 岩23.127.52.702.900.10.450.10.30.400.796102107石英岩28.029.02.532.840.18.70.11.50.940.961.02.0102108大理岩26.027.02.702.9

37、00.16.00.11.01022.5108某些岩石的极限抗压强度值某些岩石的极限抗压强度值岩石名称极限抗压强度（MPa）胶结不良的砾岩，各种不坚固的页岩、硅藻岩、石膏小于20中等坚硬的泥灰岩、凝灰岩、中等坚硬的页岩、软而有裂缝的石灰岩2040钙质胶结的砾岩、裂隙发育的泥质砂岩、坚固的页岩、泥灰岩4060硬石膏、泥灰质石灰岩、云母及砂质页岩、泥质砂岩、角砾状花岗岩6080微裂隙发育的花岗岩、片麻岩、正长岩、蛇纹岩、致密灰岩、硅质胶结的砾岩、砂岩、砂质灰岩、页岩等80100白云岩、坚固石灰岩、大理岩、石灰质胶结的致密砂岩、坚固的硅质页岩100120粗粒花岗岩、非常坚固的白云岩、蛇纹岩、石灰质胶结

38、的砾岩、硅质胶结的砂岩120140微风化安山岩和玄武岩、片麻岩、非常坚固的石灰岩、硅质胶结的砾岩、粗面岩140160中粒花岗岩、坚固的片麻岩、辉绿岩、玢岩、坚固的粗面岩、中粒辉长岩160180非常坚固的细粒花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、最坚固的石灰岩、坚固的玢岩180200安山岩、玄武岩、最坚固的辉绿岩、闪长岩、坚固辉长岩和石英岩200250钙纳斜长石的橄榄玄武岩、特别坚固的辉绿岩、辉长岩、石英岩及玢岩大于250某些岩石内摩擦角和内聚力的范围值某些岩石内摩擦角和内聚力的范围值岩石名称内摩擦角（）内摩擦系数（tg）内聚力（MPa）花岗岩45601.01.731050流纹岩45601.01.7315

39、50闪长岩45551.01.431550安山岩40500.841.191540辉长岩45551.01.481550辉绿岩45601.01.732060玄武岩45551.01.432060砂 岩35500.71.19440页 岩20350.360.7230石灰岩35500.71.19440片麻岩35550.71.43840石英岩50601.191.732060大理岩35500.71.191030板 岩35500.71.19220片 岩30500.581.19220某些岩石的抗拉强度值某些岩石的抗拉强度值岩石类型抗拉强度（MPa）岩石类型抗拉强度（MPa）花岗岩410大理岩46辉绿岩812石灰岩3

40、5玄武岩78粗砂岩45流纹岩47细砂岩812石英岩79页岩24岩浆岩的分类岩石类型酸性岩中性岩基性岩超基性岩SiO2（）656552524545颜色浅（浅灰、黄、褐、红）深（深灰、黑绿、黑）主要矿物成分 产状 构造 结构正长石斜长石不含长石石英、黑云母、角闪石角闪石、黑云母角闪石、辉石、黑云母辉石、角闪石、橄榄石橄榄石、辉石、角闪石侵入岩深成岩岩基岩株块状等粒花岗岩正长岩闪长岩辉长岩橄榄岩辉岩浅成岩岩床岩墙块状气孔等粒、似斑状及斑状花岗斑岩正长斑岩闪长玢岩辉绿岩少见喷出岩火山锥熔岩被气孔、流纹隐晶、斑状流纹岩粗面岩安山岩玄武岩少见块状、气孔玻璃质浮岩、黑曜岩少见沉积岩的分类沉积岩的分类岩类结构

41、岩石分类名称主要亚类及其组成物质碎屑岩类火山碎屑岩粉砂结构粒径（0.05mm0.005mm）粒径100mm火山集块岩主要由大于100mm的熔岩碎块、火山灰尘组成粒径2mm100mm）火山角砾岩由熔岩碎屑、晶屑、碎屑及其它碎屑混入物组成粒径2mm凝灰岩主要由火山灰组成，其中有熔岩碎屑、晶屑、碎屑等细粒碎屑物质沉积碎屑岩砾状结构粒径2mm岩砾角砾岩，由带菱角的角砾经胶结而成砾岩，由浑圆的砾石经胶结而成砂岩石英砂岩，石英（含量90）、长石和岩屑（10）长石砂岩，石英（含量75）、长石（25）、岩屑（10）岩屑砂岩，石英（含量75）、长石（10）、岩屑（25）粉砂岩主要由石英、长石及粘土矿物组成粘土岩

42、类泥质结构粒径0.005mm泥岩主要由粘土矿物组成页岩主要由石英、长石及粘土矿物组成化学及生物化学岩类结晶结构及生物结构石灰岩石灰岩，方解石（含量90）、粘土矿物（10）泥灰岩，方解石（含量7550）、粘土矿物（2550）白云岩白云岩，白云石（含量10090）、方解石（10），灰质白云岩，白云石（含量7550）、方解石（2550）变质岩的分类变质岩的分类岩类构造名称主要亚类及其矿物成分片理状岩类片麻状片麻岩花岗片麻岩，长石、石英、云母为主，其次为角闪石，有时含石榴子石角闪石片麻岩，长石、石英、角闪石为主，其次为云母，有时有石榴子石片状片岩云母片岩，云母、石英为主，其次为角闪石滑石片岩，滑石、绢

43、云母为主，其次有绿泥石、方解石等绿泥石片岩，绿泥石、石英为主，其次有滑石、方解石等千枚状千枚岩以绢云母为主，其次有石英、绿泥石等板状板岩粘土矿物、绢云母、石英、绿泥石、黑云母、白云母等块状岩类块状大理岩石英岩方解石为主，其次有白云石等石英为主，有时含有绢云母、白云母等岩石按风岩石按风化程度分化程度分类类岩石类别风化程度野外特征风化程度参考指标压缩波速度VP(m/s)波速比KV风化系数Kf硬质岩石未风化岩质新鲜，未见风化痕迹50000.91.00.91.0微风化组织结构基本未变，仅节理面有铁锰质渲染或矿物略有变色，有少量风化裂痕400050000.80.90.80.9中等风化组织结构部分破坏，矿

44、物成分基本未变化，仅沿节理面出现次生矿物。风化裂隙发育。岩体被切割成2050cm的岩块。锤击声脆，且不易击碎，不能用镐挖掘，岩心钻方可钻进200040000.60.80.40.8强风化组织结构已大部分破坏，矿物成分已显著变化。长石、云母已风化成次生矿物。裂隙很发育，岩体破碎。岩体被切割成220cm的岩块，可用手折断。用镐可挖掘，干钻不易钻进100020000.40.60.4全风化组织结构已基本破坏，看尚可辨认，并且有微弱的残余结构强调，可用镐挖，干钻可钻进50010000.20.4残积土组织结构已全部破坏。矿物成分除石英外，大部分已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性50040000.

45、91.00.91.0微风化组织结构基本未变，仅节理面有铁锰质渲染或矿物略有变色。有少量风化裂隙300040000.80.90.80.9中等风化组织结构部分破坏。矿物成分发生变化，节理面附近的矿物已风化成土状。风化裂隙发育。岩体被切割成2050mm的岩块，锤击易碎，用镐难挖掘。岩心钻方可钻进150030000.50.80.30.8强风化组织结构已大部分破坏，矿物成分已显著变化，含大量粘土质粘土矿物。风化裂隙很发育，岩体破碎。岩体被切割成碎块，干时可用手折断或捏碎，浸水或干湿时可较迅速的软化或崩解。用镐或锹可挖掘，干钻可钻进70015000.30.50.3全风化组织结构已基本破坏，但尚可辨认并且有

46、微弱残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进3007000.10.3残积土组织结构已全部破坏，矿物成分已全部改变并已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性300N30；残积土4500 0.8 30块状结构400050000.60.82030裂隙块状结构350040000.40.610202层状结构岩体层状结构350040000.40.61020薄层状结构300035000.30.5515软层状结构250030000.40.65103碎裂结构岩体镶嵌结构300035000.30.5510破碎结构200030000.10.3210层状碎裂结构150020000.10.3154散体结构岩体松散结构1

47、0002000 0.1 2松软结构5001500 0.2122120.122.00.004-0.120.004-0.120.010.0040.0040.9有不影响工程性质的小断层，裂隙稍发育，岩体较完整，岩芯获得率高Kv=0.750.90有断层，裂隙较发育，岩体完整性中等，块状岩Kv=0.450.75有不影响工程性质的小断层，裂隙稍发育，岩体较完整，岩芯获得率高Kv=0.750.90有大断层，裂隙发育，岩体完整性差，岩石呈碎块状，岩芯获得率较低Kv=0.20.45有断层，裂隙较发育，块状岩，岩芯获得率中等Kv=0.450.75不连续分布大断层裂隙很发育，岩石小块，岩芯获得率很低，岩体破碎，近似

48、散体Kv0.2大断层裂隙发育，岩石碎块状，岩芯获得率低Kv4坚岩半坚岩,岩质中等到很好。S1岩石坚硬，岩质良好到很好。S4半坚岩软岩，岩质中等到很差。S1半坚岩软岩，岩质中等到很差。S1半坚岩软岩，岩质中等到很差。S1粘粒和蒙脱石为主，层厚，对滑动起控制作用。半坚岩软岩，遇水岩质显著变坏。S1岩石风化程度Ky新鲜（包括轻微风化）0.91.0弱风化0.750.9半风化0.40.75半风化0.40.75强风化0.20.4强风化0.20.4岩壁半风化到强风化全风化 0.2全风化0.95略受水的影响0.80.95水的影响程度中等0.650.8水的影响较大0.40.65水的影响中等到较大0.450.65

49、水的影响较大到显著0.40.8部分泥化水的影响较大0.40.65水的影响显著0.45泥化水的影响非常显著122120.1220.0040.120.0040.120.010.040.0420(2)10-20(2-4)2-10(4-20)2-10(4-20)0.3-2(20-125)0.3-2(20-125)0.3125)125)00.3-2(20-125)单位抗力系数K0(/cm2)1500800-1500150-800150-80024-15024-15024240.40.30.4动力性质弹性纵波速度vp(m/s)5500450055003500450040005000200035002500

50、40002000604060204030505020103050.80.70.80.60.70.550.650.50.60.450.550.250.350.40.50.350.450.180.250.40.6凝聚力c(/cm2)83813130.310.310.30.30.380708060706070456045604597.594.57.54.57.524.524.5022027.5岩体压力(t/m2)垂压Pc00.1B00.15(B+H/2)00.15(B+H/2)00.3(B+H/2)00.3(B+H/2)00.5(B+H/2)0特殊考虑侧压00000.5P0.15Pc0.3 Pc0.

51、3 Pc特殊考虑允许承载力R(/cm2)5010025501025102551051055010渗流量(L/min)500200视完整情况岩体风化程度分带及特征表2名 称颜色、光泽岩石结构的变化及破碎情况矿物成分的变化情况物理力学特性的变化情况锤击声开挖方法剧风化带颜色已全改变，光泽消失组织结构已完全破坏，呈松散状或仅外观保持原有岩石状态，用手可折断、捏碎除石英晶粒外，其余矿物大部分风化变质，形成风化次生矿物浸水崩解，与松散土的特性近似哑声镐锹强风化带颜色改变，唯岩块断口中心尚保持原有颜色外观具原岩组织结构，但裂隙发育，岩体呈干砌块石状，岩块上裂纹密布，酥松易碎易风化矿物均已风化，形成次生矿物

52、，但仍有部分保持原状矿物特征物理力学性质显著减弱，具有某些半坚硬岩石的特征，变形模量小，承载强度低哑声镐风锹弱风化带表面和沿节理面大部变色，断口仍保持新鲜岩石特点组织结构完好，但风化裂隙发育，裂隙面分化剧烈，裂隙间有碎屑和泥质充填沿节理裂隙出现次生风化矿物物理力学性质减弱，岩体的软化系数与承载强度变小，变形模量仅及新鲜岩石的2/31/3发声不够清脆爆破为主微分化带沿节理面略有变色组织结构未变，除构造节理外，一般风化裂隙不易发觉矿物组织未变，仅沿节理面有时有泥质薄膜铁锰质渲染物理力学性质几乎不变，力学强度略有减弱发声清脆爆破9.4 地质构造 水平构造 单斜构造 褶皱构造 裂隙和节理 断层和断裂裂

53、隙调查、统计和表示方法裂隙调查、统计和表示方法为了反映裂隙的分布规律及其对岩体稳定性的影响，需要进行野外调查和室内资料整理工作，并用统计图的形式把岩体裂隙的分布情况表示出来。调查裂隙时，应先在工点选择一具有代表性的基岩露头，对一定面积内的裂隙，按表1331所列内容进行测量，同时要注意研究裂隙的成因和填充情况。测量裂隙产状的方法和测量岩层产状的方法相同。为测量方便起见，常用一硬纸片，当裂隙面出露不佳时，可将纸片插入裂隙，用测得的纸片产状，代替裂隙的产状。编号裂 隙 产 状长度宽度条数填 充 情 况裂隙成因类型走向倾向倾角1N307oWN37oE18o22裂隙面夹泥扭性裂隙2N332oWN62oE

54、10o15裂隙面夹泥扭性裂隙3N7oEN277oW80o2裂隙面夹泥张性裂隙4N15oEN285oW60o4裂隙面夹泥张性裂隙统计裂隙，有各种不同的图式。裂隙玫瑰图就是其中比较常用的一种。裂隙玫瑰图可以用裂隙走向编制，也可以用裂隙倾向编制。裂隙的发育程度，在数量上有时用裂隙率表示。裂隙率是指岩石中裂隙的面积与岩石总面积的百分比。裂隙率越大，表示岩石中的裂隙越发育。反之则表示裂隙不发育。公路工程地质常用的力学发育程度的分级，裂隙野外测量记录表裂隙发育程度分级表裂隙发育程度分级表 发育程度等级基本特征附注裂隙不发育裂隙12组，规则，构造型，间距在1m以上，多为密闭裂隙。岩体被切割成巨块状对基础工程

55、无影响，在不含水且无其他不良因素时，对岩体稳定性影响不大裂隙较发育裂隙23组，呈X型，较规则，以构造型为主，多数间距大于0.4m，多为密闭裂隙，部分为微张裂隙，少有填充物。岩体被切割成大块状对基础工程影响不大，对其他工程可能产生相当影响裂隙发育裂隙3组以上，不规则，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分为张开裂隙，部分有填充物。岩体被切割成小块状对工程建筑物可能产生很大影响裂隙很发育裂隙3组以上，杂乱，以风化型和构造型为主，多数间距小于0.2m，以张开裂隙为主，一般均有填充物。岩体被切割成碎石状对建筑工程产生严重影响注：裂隙宽度：5mm的为宽张裂隙。断层的类型 a 正断层；b逆断层

56、；c平移断层；d逆掩断层 断层的工程地质评价断层的工程地质评价 由于岩层发生强烈的断裂变动，致使岩体裂隙增多、岩石破碎、风化严重、地下水发育，从而降低了岩石的强度和稳定性，对工程建筑造成种种不利的影响。因此，在工程建设中，如确定路线布局，选择桥位和隧道位置时，要尽量避开大的断层破碎带。在研究路线布局，特别在安排河谷路线时，要特别注意河谷地貌与断层构造的关系。当路线与断层走向平行，路基靠近断层破碎带时，由于开挖路基，容易引起边坡发生大规模坍塌，直接影响施工和道路的正常使用。在进行大桥桥位勘测时，要注意查明桥基部分有无断层存在，及其影响程度如何，以便根据不同情况，在设计基础工程时采用相应的处理措施

57、。在断层发育地带修建隧道，其强度和稳定性都是很差的，容易产生洞顶坍落，影响施工安全。因此，当隧道轴线与断层走向平行时，应尽量避免与断层破碎带接触。隧道横穿断层时，虽然只有个别段落受断层影响，但因地质及水位地质条件不良，必须预先考虑措施，保证施工安全。特别当断层破碎带规模很大，如果工程穿越断层带，会使施工十分困难，在确定隧道平面位置时，要尽量设法避开。第10章 岩石地下工程 10.1 概述岩石地下工程是指在地下岩石中开挖并临时或永久修建的各种工程，如地下井巷、隧道、通道、峒室、地下仓库和厂房等。10.2 岩石地下工程围岩应力解析法分析 峰前区弹性与粘弹性力学分析 峰前区弹塑性力学分析 10.3

58、围岩压力与控制（广义）围岩与支护的共同作用 古典和现代地压理论（普氏和太沙基）10.4 岩石地下工程稳定与围岩控制 合理利用和充分发挥岩体强度（四个方面）改善围岩的应力条件（三个方面）合理支护（普通、锚喷、锚索、注浆加固）监测和信息反馈（地压、表面位移、内部位移、支架压力、光电技术）10.5 软岩工程 软岩（地质）是指单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀性一类岩体的总称。软岩（工程）是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。特性：软化临界荷载 软化临界深度 分类：第11章 岩石边坡工程 11.1 概述 名称和名词 对国民经济建设的影响 露天矿 铁路、公路和水利 房建和市

59、政工程 11.2 分类：自然和人工、土质和岩质 11.3 破坏形式：变形：松动、蠕动（表层和深层）破坏模式：崩塌、滑坡（平面和旋转）、滑塌、岩块流动、岩层曲折 11.4 边坡稳定性分析 11.5 极限平衡分析中的问题 最危险滑面的确定 稳定系数（安全系数）限值Fs的确定（1.05-1.5）11.6 滑坡的防治与监测 滑坡的工程分类：岩块流动滑坡 平面剪切破坏滑坡 旋转剪切滑坡 监测：建网观测、地表裂缝、建筑物、地面倾斜变化、滑坡深部部位位移、滑动面位置、滑坡滑动力 预测和整治：预测见表，整治：避排挡减固植 不同类型滑坡的产生条件不同类型滑坡的产生条件第12章 岩石地基工程 12.1 概述 是良

60、好的地基，但岩体是岩块与各种节理、裂隙及其充填物组成的复合体。岩石地基经常遇到各种不良地质现象和各种物理化学作用影响，因此，对岩石地基，在设计前，必须首先进行工程地质及岩体质量评价。影响岩石地基工程性质的主要因素有：岩石质量、岩体的完整性和水对岩石的影响。12.2 地基承载力的确定 12.2.1 地基规范提供的承载力经验取值表 12.2.2 采用岩体现场荷载试验确定承载力 除强风化岩外，岩石地基承载力不进行深度和宽度修正，标准值即为设计值。12.2.3 按室内单轴抗压强度确定地基承载力 试样尺寸一般为直径50mm100mm,数量不少于9个，应进行饱和处理，按550800kPa/s的速度加载，得

61、出平均值，再求出标准值，标准值再按岩坡、裂隙等因素计算修正。12.3 岩石地基承载力的理论公式 12.4 建筑物岩石地基 岩石地基的基础形式：1 直接利用（无基础）的岩石地基 2 岩石锚杆基础 3 嵌岩桩 12.5 复杂地质条件下的岩石地基 岩土混合地基：基岩面倾斜 石芽密布 大块孤石 地基处理：结构措施（沉降缝或加强建筑物刚度）桩基、局部深挖、换填、梁板拱跨越和褥垫法 12.6 岩石路基 12.7 岩石坝基 坝基滑移（两种）稳定性计算（基、肩）第13章 岩石力学研究新进展1.现状(性质,结构面,变形,强度,应力,数值分析,地下工程,边坡,地基等)2.岩石力学问题的不确定性分析(模糊数学,灰色

62、系统)3.智能分析(专家系统,神经网络)4.岩石细观力学(光,电,声,CT)5.岩石断裂力学与损伤力学6.岩石力学分形研究7.岩石力学系统8.岩石力学中的耦合分析 参考文献参考文献 1地矿部地质辞典办公室编。地质辞典（二），矿物、岩石、地球 化学分册。北京：地质出版社，1986 2胡广韬，杨文远.工程地质学M.北京：地质出版社，1997 3唐大雄等.工程岩土学M.北京：地质出版社，1999 4工程地质手册编委会.工程地质手册M.北京：中国建筑工业出版 社，1995 5岩土工程手册编委会.岩土工程手册M.北京：中国建筑工业出版 社，1996 6蔡美峰.岩石力学与工程M.北京：科学出版社，2002 7孙宪立，石振明.工程地质学M.北京：中国建筑工业出版 社，2001 8韩晓雷.工程地质学原理M.北京：机械工业出版社，2002 9朱志澄，宋鸿林.构造地质学M.武汉：中国地质大学出版 社，1990 10.李斌.公路工程地质M.北京：人民交通出版社,2003 11.崔可锐等，岩土工程实用手册M.北京:化工出版社，2007 12.赵杏媛等，粘土矿物与粘土矿物分析M.北京:海洋出版社，1990欢迎各位同学批评指正欢迎各位同学批评指正 谢 谢