电子教案

0 绪论

地质学是研究地球的一门自然科学，是地学的重要组成部分，主要研究固体地球的物质组成、构造、形成和演化规律等方面。工程地质学又是地质学的一个分支，它是研究与工程建设有关的地质学的部分，是从生产实践中发展起来，研究工程建筑物的勘测设计、施工和运营中有关地质问题的科学。 0.1 工程地质学的研究对象、任务和方法

地球上现有的一切工程建筑物都建造在地壳表层一定的地质环境中，地质环境对建设场地的选择和建筑物结构类型及施工方法的确定均起着决定性的影响。铁路、桥梁、隧道的选线和施工；软土地基上修建高层建筑地基基础方案的确定；水利水电工程中坝址、坝型及其他水工建筑物类型的选择等等，无一不与工程建设地区的地质环境有着密切的关系。地质环境不良，一方面可能因需要采取地基处理措施而提高工程的造价，另一方面可能会影响工程建筑的稳定、安全和正常使用。而建筑物的兴建又反作用于地质环境，使自然地质条件发生变化，最终又影响到建筑物本身。两者就处于这样一种相互影响、相互矛盾之中。研究地质环境与工程建筑物之间的关系，促使两者之间的矛盾缓和、解决，就成为工程地质学的研究对象。

在工程地质学中对人类工程活动有影响的地质环境常用工程地质条件来描述。工程地质条件是一个综合性概念，是与工程建筑有关的地质条件的总称。一般认为，它包括工程建设地区的岩土工程地质性质、地形地貌、地质构造、水文地质条件、物理地质现象、地质物理环境（地应力及地热等）、天然建筑材料等七个方面的因素。在不同地区、不同工程类型、不同设计阶段解决不同问题时，上述各方面的重要性并不是等同的，而是有主有次的。其中岩土的工程地质性质和地质构造往往起主导作用，但在某些情况下，地形地貌或水文地质条件也可能是首要因素。工程地质条件所包括的各方面因素是相互联系、相互制约的。因此，在解决工程建设中的地质问题时，应针对各方面因素综合分析论证。

人类工程活动和自然地质作用会改变地质环境，影响工程地质条件的变化。当工程地质条件不能满足工程建筑稳定、安全的要求时，亦即工程地质条件与工程建筑之间存在矛盾时，就称为存在工程地质问题。工程地质问题与工程建筑的类型和规模有着密切的关系。各类工程建筑，由于其结构类型和工作方式不同，

存在着各种各样的工程地质问题。工业与民用建筑常遇到的工程地质问题是地基的变形、强度和稳定问题；铁路、道路工程常遇到的是路基边坡、隧洞围岩和桥墩桥台的稳定问题、道路的冻胀问题；地下工程常遇到的是围岩稳定、涌水及影响建筑施工的高地应力、高地热和有害气体问题、岩爆问题；而水利水电工程的工程地质问题则更为复杂多样，除与其他工程相类似的区域地壳稳定、坝基、边坡和地下洞室岩土体的稳定问题外，还有库坝区渗漏、水库库岸稳定、水库淤积、滨岸地区浸没、水库诱发地震等问题；在特殊土如黄土、软土、膨胀土、冻土等地区同样会遇到特殊的工程地质问题。由于大量抽取地下水、石油及天然气而造成大范围地面沉降，采矿而产生的废矿渣的处理等则属于环境工程地质问题。

综上所述，工程地质学的基本任务是： 1．

评价工程建设地区的工程地质条件，阐明工程建筑兴建和运行的有利

和不利因素，选定建筑场地和适宜的建筑型式，保证规划、设计、施工、使用、维修顺利进行；

2．

预测和分析工程建设过程中及完成后工程地质条件可能产生的变化，

亦即可能出现的工程地质问题及其发生的规模和发展趋势；

3．

选择最佳工程场地和拟定克服地质灾害应采取的工程措施，包括环境

的保护与利用和地基处理等问题。

4．

提供工程规划、设计、施工所需的工程地质资料。

要完成工程地质学的具体任务，必须进行详细的工程地质勘察工作，以取得有关建筑场地的工程地质条件的基本资料，并进行工程地质论证。

工程地质学的研究对象是复杂的地质体，其研究方法有地质分析法、力学分析法、工程类比法和实验法等，即通常所说的定性分析与定量分析相结合的综合研究方法。

0.2 工程地质在工程建设中的作用

各种土木工程，如铁路、公路、桥梁、隧道、房屋、机场、港口、管道及水利等工程，都修建在地表或地下，建筑场地工程地质条件的优劣直接影响到工程的设计方案类型、施工工期的长短和工程投资的大小。鉴于工程地质对工程建设的重要作用，国家规定任何工程建设必须在进行相应的地质工作，提出必要的地质资料的基础上，才能进行工程设计和施工工作。

大量工程实践经验证明，重视工程地质工作就能使设计、施工顺利进行，工程建筑的安全使用就有保证。相反，忽视工程地质工作，则会给工程带来不同程度的影响，轻则修改设计方案、增加投资、延误工期，重则使建筑物完全不能使用，甚至突然破坏，酿成灾害。

铁路方面的实例如：始建于解放前的宝（鸡）天（水）铁路，由于忽视了前期的工程地质工作，施工中即发生大量崩塌、滑坡、河岸冲刷和泥石流等地质灾害问题，直到解放后一段时间也不能正常通车运营，被称为铁路的“盲肠”。为此，国家历年都拨出大量经费进行维修、整治，直至耗费巨资进行大段线路改线才使宝天铁路真正畅通。与此形成鲜明对照的是，地处我国西南边陲的成（都）昆（明）铁路，由于它纵贯我国西南横断山脉的断裂构造带，沿线气候、地形、地质条件异常复杂，曾被称为“世界地质博物馆”。某些外国专家实地考察后认为成昆铁路很难建成，中央和铁道部高度重视，多次组织了全国工程地质专家现场“会诊”和研究，并且动员和组织了全部工程地质专家和技术人员开展“大会战”，从而保证了成昆铁路的顺利建成通车。许多地质复杂地段线路位置的选择和重大工程设计、施工获得成功的实例举世公认。

建筑工程的很多事故都是由于未经勘察，盲目进行设计、施工造成的。例如：加拿大特朗斯康谷仓，该谷仓基础为钢筋混凝土筏板基础，厚度61cm，埋深3.66m，谷仓于1911年动工，1913年秋完工。谷仓自重20000t，相当于装满谷物后满载总重量的42.5%。1913年9月装谷物，10月17日当谷仓已装了31822 m3谷物时，发现1小时内竖向沉降达30.5cm。结构物向西倾斜，并在24小时内谷仓倾倒，倾斜度离垂线达26°53′，谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1.52m，上部钢筋混凝土筒仓坚如磐石。谷仓地基土事先未进行调查研究，仅根据邻近结构物基槽开挖试验结果，计算得地基承载力为352kPa，便应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，谷仓地基实际承载力为193.8～276.6kPa，远小于谷仓破坏时发生的压力329.4kPa，因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。

水利水电工程方面，如美国的奥斯汀坝，高仅20.7m，坝基为岩溶化的石灰岩，裂隙发育并有断层。在勘察和修建过程中对这些问题没有进行过任何研究，也没有采取任何措施。坝建成于1892年，1893年就产生了裂隙，但并未引起重视，只进行了局部处理。到1900年，一场大雨，坝就完全毁坏了。究其原因，

主要是岩溶化地基强度较低，运行期间地下水的渗流又使其进一步恶化，以致坝基承受不了坝的压力和溢出水流的冲刷而导致破坏。

这些实例从正反两方面说明了工程地质在工程中的重要性。 0.3 工程地质学的主要内容及学习要求

本课程着重介绍土木工程类专业所涉及的工程地质学基本知识，其主要内容包括：矿物与岩石、土的类型及特殊土、地质构造、地下水、地貌、常见地质灾害、工程中的地质问题、工程地质勘察等。不同的专业方向可根据需要选择有关章节学习。

工程地质学是土木类专业及水利工程专业的一门专业基础课。课程特点是内容广、概念多、实践性强，学习中要注意弄清概念，掌握分析方法，避免死记硬背，重在理论联系实际及工程运用。

为了学好这门课程，应结合课堂教学学好有关矿物、岩石的实验课程，掌握常见矿物和岩石的肉眼鉴定方法；结合已有的地质图或工程进行具体分析，培养学生阅读地质图和分析地质条件的能力；安排短期的野外地质实习，以帮助学生了解岩土类别的野外鉴别方法，地质构造，地貌及不良地质灾害，提高学生分析工程地质条件，处理工程地质问题的实践能力。积极采用多种教学方法，如标本、模型、图片等，配合有关地质科教片、幻灯片、多媒体等直观教学手段，增加学生的感性认识，帮助学生尽快建立起地质学的有关概念，提高学生对工程地质学的重视程度和学习兴趣。

作为一名本科生，在学习本课程后，应达到以下基本要求：

1．能阅读一般地质资料，根据地质资料在野外能辨认常见的岩石和土，了解其主要的工程性质；

2．能辨认基本的地质构造及明显的地质灾害，了解其对工程建筑的影响； 3．重点掌握工程地质的基本理论和方法，根据工程地质勘察资料，在土木工程的设计、施工和使用中能对一般的工程地质问题进行分析论证，并提出相应的工程处理措施；

4．一般地了解取得工程地质资料的工作方法、手段及成果要求，能把学到的工程地质的知识和专业知识紧密结合起来，应用于实际的工程设计与施工。

思考题

1．试说明工程地质学的研究对象、基本任务与研究方法。 2．说明工程地质在土木工程建设中的作用。

3．什么是工程地质条件和工程地质问题？它们具体包括哪些因素和内容？

1 矿物与岩石

1.1 地球的基本知识

人类目前的工程活动都局限于地球表层——地壳。 1.1.1 地球的形状和大小

地球是宇宙中绕着太阳旋转的椭圆形球体，根据卫星轨道分析发现地球并不是标准的旋转椭球体，其外形呈梨形，见图1-1，赤道半径约6370km，两极半径为6356.752km。北极突出约10km，南极凹进约30km，中纬度在北半球凹进、在南半球凸出。地球表面形态是高低不平的，而且差距较大，大致可以划分为大陆和海洋两部分，海洋占地球表面的70.8％。大陆平均高出海平面0.86km，海底平均低于海平面3.9km。 1.1.2 地球的圈层结构

地球并不是均匀的球体，地球物理学家研究大量地震波传播方向和速度的数据发现，地球内部有两个波速变化最明显的界面，反映了该深度上下的地球物质在成分或形态上有明显改变，根据这两个界面（莫霍面与古登堡面）把地球由地表向内依次划分为三个同心圆状的圈层，即地壳、地幔和地核。见图1-2。

图1-1 地球的形状 图1-2 地球的圈层结构

地壳 地壳是固体地球的最外一层硬壳，由固体岩石组成，下界是莫霍面。

地壳的厚度变化很大，大陆地壳平均厚度约33公里，其中高山、高原区地壳厚度大，如青藏高原地壳最厚可达70多公里，而海洋平均厚度仅10多公里。地壳的主要成分是硅铝层（花岗岩层）和硅镁层（玄武岩层）。

地幔 地幔是莫霍面以下介于地壳和地核之间的过渡层，厚度2900多公里，占地球体积的83％。上地幔呈熔融状态，可能是岩浆的发源地；下地幔由中等比重的铁、镁的硅酸盐组成。

地核 地核以古登堡面与地幔分界，厚度3471公里，体积占地球的16.2％。主要由比重较大的铁、镍组成，又称铁镍核心。

地球的外部也可以分为三个圈层：大气圈、水圈和生物圈。

大气圈 大气圈是包围着地球的气体，厚度在几万公里以上，由于受地心引力的吸引，以地球表面的大气圈最稠密，它提供生物需要的CO2和O2，对地貌形态变化起着极大的影响，向外逐渐稀薄，过渡为宇宙气体，所以大气圈没有明确的上界。

水圈 水圈是地球表层的水体，大部分汇集在海洋里，另一部分分布在陆地上的河流、湖泊和表层岩石孔隙和土壤中。水在运动的过程中与地表岩石相互作用，作为一种最活跃的地质营力促进各种地质现象的发育。

生物圈 生物圈是地球上生物（包括动植物和微生物）生存和活动的范围，从3km深的地壳深处和深海底至10km的高空均有生物存在，它渗透在水圈、大气圈下层和地壳表层的范围之中。生物通过新陈代谢方式，形成一系列生物地质作用，从而改变地表的物质成分和结构，是改造地表的主要动力之一。 1.1.3 地壳的化学成分

地壳是由岩石组成的，岩石是由矿物组成的，矿物则是由各种化合物或化学元素组成的。组成地壳的最主要的元素是硅、氧、铝 ，其次是铁、钙、钠、钾、镁、钛、氢。这十种元素共占地壳元素总重量的99.96％，其中硅、氧、铝三种元素就占了地壳元素重量的82.96％。大多数元素以化合物状态存在，少数以单一元素状态存在。 1.2 主要造岩矿物

组成地壳的岩石按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。自然界中已发现的矿物种类有3800多种（不包括亚种），在岩石中经常见到，明显影响岩石

性质，对鉴定和区别岩石种类起重要作用的矿物称为主要造岩矿物。自然界的主要造岩矿物大约有二十多种。

矿物是天然产出的，具有一定的化学成分和物理性质的物质，是组成地壳的基本物质单位。有的矿物是由一种元素组成的，如自然金、自然铜、金刚石等；有的矿物是由两种或两种以上的元素组成的，如岩盐、方解石、石膏等。 1.2.1 矿物的分类

固体矿物按其内部构造可分为结晶质矿物和非晶质矿物。 1．结晶质矿物

结晶质矿物是指不仅具有一定的化学成分，而且组成矿物的质点（原子、分子和离子）在三维空间呈有规律的周期性重复排列，形成稳定的空间结晶格子构造。

在结晶质矿物中，还可根据肉眼能否分辨晶体颗粒的边界而分为显晶质和隐晶质两类。

2．非晶质矿物

非晶质矿物的内部质点在三维空间的排列没有一定的规律性，杂乱无章，故其外表就为不规则的几何形态。非晶质矿物又可分为玻璃质和胶体质两类。 1.2.2 矿物的形态 1.2.2.1 矿物的单体形态

常见的单晶体矿物形态有：

(1) 片状、鳞片状，如绿泥石、白云母等； (2) 板状，如斜长石、板状石膏等；

(3) 柱状，如长柱状的角闪石和短柱状的辉石等； (4) 立方体状，如岩盐、方铅矿、黄铁矿等； (5) 菱面体状，如方解石等； (6) 菱形十二面体状，如石榴子石等。 另外，还有多面体状和针状等形态。 1.2.2.2 矿物集合体形态

自然界的矿物很少呈单体形态出现，绝大多数呈集合体形态，常见的集合体形态有：

(1) 粒状、块状、土状 (2) 鲕状、豆状、葡萄状、肾状 (3) 纤维状和放射状 (4) 钟乳状 1.2.3 矿物的光学性质

矿物的光学性质是指矿物对自然光的吸收、反射和折射等所表现出来的各种特征，主要包括颜色、条痕、光泽和透明度等特征。

1．颜色

矿物的颜色是由矿物的化学成分和内部结构决定的，矿物五彩缤纷的颜色是其明显的鉴定特征。

根据矿物颜色产生的原因，可分为自色、他色和假色三种。

1) 自色：矿物自身所固有的颜色。自色产生的原因，主要与矿物成分中某些有色离子的存在有关。如Fe3+使赤铁矿呈樱红色；Fe2+使普通角闪石、绿泥石呈暗绿色等。

2) 他色：矿物因含外来带色杂质而引起的颜色。如石英的异常色彩等。 3) 假色：由某些物理化学因素引起的呈色现象，如黄铁矿表面因氧化引起的锖色（兰紫混杂的斑驳色彩）。

2．条痕

矿物的条痕指矿物在白色粗糙瓷板上刻划时遗留在瓷板的矿物粉末颜色。对某一矿物来说，条痕的颜色是唯一的。

3．光泽

矿物的光泽是指矿物新鲜表面对光的反射能力。根据反射光由强到弱的次序可分为：

1) 金属光泽； 2) 半金属光泽；

3) 非金属光泽，常见的非金属光泽有： (1) 金刚光泽； (2) 玻璃光泽； (3) 油脂光泽；

(4) 珍珠光泽； (5) 丝绢光泽； (6) 土状光泽。 4．透明度

矿物的透明度是指矿物能够透光的能力。根据矿物透过光线的能力，可分为三级：透明的、半透明的和不透明的。 1.2.4 矿物的力学性质

矿物的力学性质是指矿物在外力（敲打、刻划、拉压等）作用下表现出来的各种物理性质。包括硬度、解理（劈开）和断口等。

1．硬度

矿物的硬度是指矿物抵抗外力摩擦和刻划的能力，通常是指矿物的相对软硬的程度。在矿物的肉眼鉴定工作中，通常采用摩氏硬度计。

表1-1 摩氏硬度计

矿物 硬度（度） 滑石 1 石膏 方解石 3 萤石 磷灰石 5 长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石 10 2 4 6 7 8 9 测定某矿物的硬度，只需将该矿物同硬度计中的标准矿物相互刻划，进行比较即可。如某矿物能刻划长石，但不能刻划石英，则该矿物的硬度介于6～7。

2．解理（劈开）

矿物受外力敲击时，能够沿一定方向规则裂开的性能称为矿物的解理性，开裂的平面称为解理面。一般将解理分为：

1) 极完全解理； 2) 完全解理； 3) 中等解理； 4) 不完全解理； 5) 极不完全解理。 3．断口

矿物受外力敲击后，沿任意方向发生不规则断裂，其破裂面称为断口。根据

断口形态有参差状断口、平坦状断口、锯齿状断口、土状断口及贝壳状断口。 1.2.5 其他性质

矿物的某些特殊性质，如发光性、磁性、压电性、放射性、特殊的味道等仅存在于少数矿物中。这些性质除了可用于鉴定矿物之外，在工业上也具有相当价值。

1.2.6 矿物的鉴定方法

矿物的鉴定方法很多，工程地质工作中大量采用的是肉眼鉴定，还配合一些简单的工具，如铁锤、小刀、放大镜、毛瓷板、稀盐酸等。 矿物的鉴定主要是运用矿物的形态以及矿物的物理力学性质等特征来鉴定的。

最有用的矿物鉴定特征有：形状、颜色、硬度、解理。鉴定矿物时，先观察矿物的颜色，确定它是浅色的，还是深色的；然后鉴定矿物的硬度，在颜色相同的矿物中，硬度相同或相近的只有少数几种。通过看颜色、定硬度，可逐步缩小被鉴定矿物的范围，最后，根据矿物的解理、断口及其他特征，确定出矿物的名称。

1.2.7 主要造岩矿物及其鉴定特征

1．石英 2．长石 1） 正长石 2） 斜长石 3．白云母 4．黑云母 5．普通角闪石 6．普通辉石 7．橄榄石 8．石榴子石 9．方解石 10． 白云石 11． 滑石 12． 蛇纹石

13． 绿泥石 14． 硬石膏 15． 石膏 16． 黄铁矿 17． 高岭石

18． 蒙脱石（又称微晶高岭石或胶岭石） 19． 伊利石 1.3 岩 石

经地质作用形成的矿物或岩屑组成的集合体称为岩石。自然界岩石种类繁多，根据其成因可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。 1.3.1 岩浆岩

产生于地球深处含挥发分（CO2、CO、HCl、SO3、N2、HF等气体）的高温粘稠的硅酸盐物质就是岩浆。岩浆沿着地壳薄弱带向上侵入地壳或喷出地表逐渐冷凝最后形成的岩石称为岩浆岩。从岩浆的产生到岩浆冷凝固结成岩的全过程称为岩浆作用。

1.3.1.1 岩浆岩的矿物成分

组成岩浆岩的矿物种类很多，但最主要的矿物有：石英、正长石、斜长石、角闪石、辉石和橄榄石等，这些矿物都是主要造岩矿物。SiO2是岩浆岩的最主要化学成分。一般情况下当岩石中SiO2含量多时，岩石的颜色浅；SiO2含量少时，岩石的颜色则深。通常以SiO2含量的多少作为划分岩浆岩（表1-2）大类的依据。

表1-2 岩浆岩按SiO2含量分类

岩浆类型 酸性的 中性的 基性的 超基性的 1.3.1.2 岩浆岩的产状

SiO2含量（％） ＞65 65～52 52～45 ＜45 浅 ↑ ↓ 深 稠 ↑ ↓ 稀 轻 ↑ ↓ 重 颜色 稀稠 比重

岩浆岩的产状是指岩浆冷凝后岩体的形态、岩体所占据的空间以及它与围岩的相互关系。岩浆仅仅上升到地表以下某一深度就冷凝形成岩石，这类岩浆岩称之为侵入岩。喷出地表的岩浆冷凝形成的岩石称为喷出岩。在较深处（深度大于3km）形成的侵入岩叫深成岩，在较浅处（深度小于3km）形成的岩石叫浅成岩。侵入岩一般位于地下无法直接看到，因此只有当侵入岩隆起或遭受侵蚀后才能看到并研究它们。

1．侵入岩的产状

按侵入岩体与围岩关系分为以下几类： 1） 岩基 2） 岩株 3） 岩盘 4） 岩床 5） 岩墙和岩脉 2．喷出岩的产状 1） 火山颈 2） 火山锥

3） 熔岩流（岩被） 1.3.1.3 岩浆岩的结构与构造

1．岩浆岩的结构

岩浆岩的结构是指岩石中矿物的结晶程度、晶（颗）粒大小、晶（颗）粒形态及晶（颗）粒之间的相互关系。结构决定了岩石内部连接的情况，直接影响着岩石的工程性质，岩浆岩的结构是划分与鉴定岩浆岩的主要依据之一。

1）按结晶程度可分为 (1) 全晶质结构； (2) 半晶质结构； (3) 玻璃质结构。

2）按矿物颗粒大小，可分为 (1) 等粒结构； (2) 不等粒结构；

(3) 隐晶质结构； (4) 斑状结构。 2．岩浆岩的构造

岩石的构造是指岩石中不同矿物与其他组成部分之间在空间的排列与充填方式上所反映出来的岩石外貌特征。常见的岩浆岩的构造有下列几种：

(1) 块状构造； (2) 流纹状构造； (3) 气孔状构造； (4) 杏仁状构造。

1.3.1.4 岩浆岩分类及常见岩浆岩的鉴定特征

1．岩浆岩分类

根据岩浆岩的产状、结构、构造、矿物成分及其共生规律等特征进行分类如表1-3。

表1-3 岩浆岩分类表

岩石类型 化学成分 SiO2含量（％） 颜色 矿物 成分 成因 结构 构造 玻璃喷出岩 质 火山碎屑 石英 黑云母 角闪石 黑云母 角闪石 辉石 角闪石 辉石 黑云母 辉石 角闪石 橄榄石 橄榄石 辉石 酸性 中性 基性 超基性 富含Si、Al ＞65 52～65 富含Fe、Mg 45～52 ＜45 浅色 深色 含长石为主 含斜长石为主 不含长石 气孔 黑曜岩、浮岩、火山凝灰岩、火山角砾岩、火山流纹 杏仁 块状 流纹岩 粗面岩 集块岩 安山岩 玄武岩 少见

斑状 隐晶质 半晶浅成岩 质 全晶质 粒状 深成岩 全晶质 粒状 块状 花岗岩 正长岩 闪长岩 橄榄岩 辉岩 块状 花岗斑岩 正长斑岩 闪长玢岩 少见 伟晶岩、细晶岩 伟晶岩 少见 2．常见岩浆岩的鉴定特征 1) 花岗岩 2) 闪长岩 3) 辉长岩 4) 橄榄岩 5) 正长岩 6) 花岗斑岩 7) 闪长玢岩 8) 辉绿岩 9) 流纹岩 10) 安山岩 11) 玄武岩 12) 伟晶岩 13) 黑曜岩 14) 浮岩 1.3.2 沉积岩

沉积岩是在地表或接近地表的条件下，由母岩（岩浆岩、变质岩和早期的沉积岩）风化剥蚀的产物经搬运、沉积，而后硬结形成的岩石。以体积而言，沉积

岩占岩石总体积的7.9％，但其分布面积占陆地面积的75％。 1.3.2.1 沉积岩的物质成分

组成沉积岩的矿物有160余种，但较重要的有20余种，如石英、长石、云母、黏土矿物、碳酸盐矿物、卤化物及含水的氧化铁、锰、铝等矿物。而在一种沉积岩中含有的主要矿物一般不超过3～5种，沉积岩的矿物成分与岩浆岩的矿物成分相比有如下特点：

（1）在岩浆岩中大量存在的橄榄石、辉石、角闪石和黑云母等铁镁矿物在沉积岩中少见；

（2）长石、石英、白云母在岩浆岩和沉积岩中都比较多，但钾长石和石英在沉积岩中更多些；

（3）盐类矿物、碳酸盐类矿物和黏土矿物则是沉积岩中所特有的矿物； （4）生物组分是沉积岩所特有的。 1.3.2.2 沉积岩的形成过程

沉积岩的形成可概括为以下几个过程： 1．母岩的风化破碎作用

岩石的风化产物按其性质可分为： 1）碎屑物质； 2）黏土物质； 3）溶解物质。

2．沉积物的搬运作用和沉积作用

母岩的风化产物按其搬运的方式可分为：机械搬运、化学搬运和生物搬运。 3．成岩作用

沉积物被埋置以后，直至固结为岩石以前所发生的作用称为沉积物的成岩作用。成岩阶段的变化有以下几个方面：

1）压固脱水作用； 2）胶结作用； 3）重新结晶作用； 4）新矿物的生成 1.3.2.3 沉积岩的结构与构造

晶 片麻岩 变晶 变晶 变晶 变晶 非片理隐晶 压碎 糜棱 构造 块状 石等 石英、长石、云母、角闪石、辉石片麻状 等 块状 方解石、白云石 热力变质或区域变质 石英岩 大理岩 块状 石英 云英岩 交代变质 蛇纹岩 断层角砾岩 动力变质 糜棱岩 块状 白云母、石英 蛇纹石 块状 岩石、矿物碎屑 块状 石英、长石、绿泥石、绢云母 2．常见变质岩的鉴定特征 1) 板岩 2) 千枚岩 3) 片岩 4) 片麻岩类 5) 大理岩 6) 石英岩 7) 构造角砾岩 8) 糜棱岩

1.4 岩石的工程性质及工程分类 1.4.1 岩石的工程性质

岩石的工程性质主要指岩石的物理性质、水理性质和力学性质。 1.4.1.1 物理性质

岩石的物理性质是评价岩石工程性质的基本指标，主要包括岩石的重量性质

和孔隙性质。

1．密度（?）和重度（?） 2．颗粒密度（?s）和比重（ds） 3．孔隙度（n）与裂隙率（KT） 4．孔隙比（e） 1.4.1.2 水理性质

水理性质是岩石与水作用时所表现的性质，通常包括： 1．吸水性

岩石在浸水过程中具有的吸水性能叫做岩石的吸水性。表示岩石吸水性的指标有吸水率、饱和吸水率与饱和系数。

1) 吸水率（w1） 2) 饱和吸水率（w2） 3) 饱和系数（kw） 2．透水性

指岩石容许水透过的能力，用渗透系数k来表示。 3．软化性

岩石浸水后强度及稳定性降低的性能称岩石的软化性。 4．抗冻性

抗冻性是岩石抵抗冻融破坏的能力。 5．可溶性 6．膨胀性 7．崩解性 1.4.1.3 力学性质

岩石的力学性质包括强度性质和变形性质两部分。 1．岩石的强度指标

岩石的强度是指岩石在外力作用下发生破坏时所能承受的最大应力。岩石的强度指标主要有：抗压强度、抗拉强度和抗剪强度。岩石的各种强度中，抗压强度最大，其次是抗剪强度，抗拉强度最小。

2．岩石的变形指标

表示岩石变形性质的指标有：变形模量、弹性模量与泊松比。 1) 变形模量（E0）：

岩石在单轴压缩下任一时刻的轴向应力与轴向总应变之比。 2) 弹性模量（E）

岩石在单轴压缩下任一时刻的轴向应力与弹性应变之比。 3) 泊松比（?）

岩石在单轴压缩下的横向应变和纵向应变的比值，称为泊松比。 1.4.2 风化作用 1.4.2.1 风化作用类型

地壳表层的岩石在太阳能、空气、水溶液及生物的作用和影响下，发生机械破碎和化学变化的作用，称为风化作用。根据不同的自然因素对岩石进行的不同的作用，可以将风化作用进一步分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。

1．物理风化作用

物理风化作用是指地表岩石在自然因素以及盐类的结晶作用下产生的机械破碎。引起岩石物理风化作用的因素主要是温度变化和岩石裂隙中水分的冻结。

1）温度变化 2）冰劈作用

3）盐类结晶的撑裂作用 4）释荷作用 2．化学风化作用

地表岩石受水、氧及二氧化碳的作用而发生化学成分的变化，并产生新矿物的作用，称为化学风化作用。其特点是不仅破碎了岩石，而且改变了其化学成分，产生了新的矿物，直到适应新的化学环境为止。化学风化作用有溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用、碳酸化作用。

3．生物风化作用

生物在其生长和分解过程中，直接或间接地对岩石、矿物所起的物理和化学的风化作用称为生物风化作用。

1）生物物理风化作用

生物的生命活动促使岩石机械破碎。 2）生物化学风化作用

生物的新陈代谢、遗体及其产生的有机酸、碳酸、硝酸等的腐蚀作用，使岩石矿物分解和风化，造成岩石成分改变、性质软化和疏松。

岩石的各类风化作用彼此相互紧密联系。物理风化作用加大了岩石的孔隙，岩石崩解为较小的颗粒，使表面积增加，加大了岩石的渗透性，有利于水分、气体和微生物等侵入、更有利于化学风化作用的进行。因此物理风化是化学风化的前驱和必要条件，而化学风化是物理风化的继续和深入。物理风化和化学风化在自然界往往是相伴而生、同时进行、相互影响、相互促进的，它们共同破坏着岩石。风化作用是一个复杂的、统一的过程，在不同地区，由于自然条件的差异，使得风化作用的类型又有主次之分。如在西北干旱区，水源贫乏，气温变化强烈，以物理风化为主，其结果是在陡坡、山麓和沟谷中产生大量的危石、碎石和岩屑，从而为崩坍、落石、泥石流的形成创造了物质条件；东南沿海地区，雨水充沛，潮湿炎热，则以化学风化为主，其结果是形成了许多新的矿物。 1.4.2.2 影响岩石风化的因素

影响岩石风化的因素主要有岩石的成因、岩石性质、气候和地形等因素。 1.4.2.3 岩石的风化程度与风化带

风化作用导致岩土的工程性质发生变化，改变了岩石的物理化学性质，其变化的情况随着风化程度的轻重而不同。

1．岩石风化程度分级

目前确定岩石的风化程度主要依据有：矿物颜色的变化、矿物成分的改变、岩石破碎程度和岩石强度降低等四方面的特征。

2．风化带及风化壳

影响风化作用的营力存在于大气圈、水圈和岩石圈的最上部，因而风化作用也就限于地壳最上层的岩石中进行。一般将地壳表层在不同程度上进行着风化作用的部分，称为风化带。在风化带中，风化作用进行的强弱程度是不相同的。愈靠近地表，风化营力愈活跃，风化作用也就愈强烈，向下则逐渐减弱，直至完全停止。

1.4.2.4 防治风化的措施

实践表明：岩石的抗风化能力的差异性很大，有些岩石如花岗岩风化速度很慢，而另外一些岩石风化速度很快，因此对于这类极易风化的岩石，必须采取相应的措施防止风化引起岩石力学性质的恶化，才能保证工程的安全。

(1) 挖除法 适用于厚度不大的严重风化层应予以清除。

(2) 抹面法 在岩石表面喷抹水泥砂浆、沥青或用石灰、水泥砂浆封闭岩面。

(3) 胶结灌浆法 向岩石孔隙、裂隙中注浆，提高岩石的整体性和强度，降低其透水性。

(4) 排水法 为了减少具有侵蚀性的地表水、地下水对岩石中可溶性矿物的溶解作用，需做一些排水工程。 1.4.3 岩石的工程分类

工程中根据不同的目的、用途，采用不同的指标，对岩石进行不同的分类。 1.4.3.1 岩石按坚硬程度的划分

《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）按岩石的坚硬程度（饱和单轴极限抗压强度fr（Mpa）划分为5类：坚硬岩石（fr＞60）、较硬岩（60≥fr＞30）、较软岩（30≥fr＞15）、软岩（15≥fr＞5）、极软岩（fr≤5）。

1.4.3.2 岩土的施工工程分级

道路工程地质勘察中对岩土施工的难易程度进行分级。

思考题

1．什么是矿物？矿物有哪些主要光学、力学性质？常见的造岩矿物有哪几种？

2．什么叫岩石？岩石都是由矿物组成的吗？常见的建材——花岗石、石灰石、大理石是岩石还是矿物？

3．依次熟记“摩氏硬度计”的代表矿物，并掌握在野外鉴别矿物硬度的方法。 4．酸性、中性、基性、超基性的岩浆岩矿物成分有何不同？

5．试从深成岩、浅成岩、喷出岩的不同结构、构造来说明，为什么岩浆岩的结构、构造特征是其生成环境的综合反映？

6．何谓层理？举出常见层理的类型及其形成环境。

7．何谓变质作用？常见的变质矿物有哪些？ 8．岩石的工程性质包括哪几方面？ 9．影响岩石风化作用的因素主要有哪些？ 10．论述风化作用的类型及其影响因素。

2 地质构造

地质构造就是指缓慢而长期的地壳运动使岩石发生变形，产生相对位移，形变后所表现出来的种种形态，它是地壳运动的产物，是研究地壳运动的性质和方式的依据。地质构造在层状岩体中表现最显著，主要有褶皱构造和断裂构造两种基本类型。

2.1 地壳运动与地质作用 2.1.1 地壳运动

地壳运动又称构造运动，主要是指由地球内力引起岩石圈的变形、变位的作用。

2.1.1.1 地壳运动的类型

地壳运动按其运动的方向分为：水平运动和垂直运动。 1．水平运动

地壳或岩石圈大致沿地球表面切线方向的运动称为水平运动。其表现为岩石圈的水平挤压或水平拉伸，它是形成地质构造的主要作用。

水平运动最典型的例子是美国西部旧金山的圣安德烈斯大断层。 2．垂直运动

地壳或岩石圈沿垂直于地表方向的运动称为垂直运动，又称升降运动。其表现为岩石圈的垂直上升或下降，它使岩层表现为隆起和相邻区的下降，可形成高原、断块山、凹陷、盆地和平原，还可引起海侵和海退，使海陆变迁。

垂直运动典型的例子是意大利那不勒斯海岸三根大理石柱的历史变迁。 人们常把晚第三纪（或称新第三纪）以前发生的构造运动称为古构造运动；把晚第三纪以来发生的构造运动称为新构造运动，其中有人类历史记载以来的构造运动又称为现代构造运动。 2.1.1.2 地壳运动成因的主要理论

地壳运动的成因理论，主要有对流说、均衡说、地球自转说和板块运动说等

等。

2.1.2 地质作用

地质作用是指由自然动力引起地球（最主要的是地幔和岩石圈）的物质组成、内部结构和地表形态发生变化的作用。主要表现为对地球的矿物、岩石、地质构造和地表形态等进行的破坏和建造作用。

按照能源和作用部位不同，地质作用分为内动力地质作用和外动力地质作用。内动力地质作用是由地球内部的能量（简称内能）引起的，主要有地内热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶能等；外动力地质作用是由地球以外的能量（简称外能）引起的，主要有太阳辐射能、潮汐能、生物能等。内动力地质作用主要包括构造运动、岩浆活动、变质作用和地震作用等。外动力地质作用主要包括风化作用、风的地质作用、河流的地质作用、地下水的地质作用、冰川的地质作用、湖泊和沼泽的地质作用以及海洋的地质作用等。 2.2 岩层的产状

岩层是指由同一岩性组成的，由两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。岩层的产状是指岩层在地壳中的空间方位，是以岩层面的空间方位及其与水平面的关系来确定的。 2.2.1 岩层的产状要素

确定岩层在空间分布状态的要素称为岩层的产状要素，一般用岩层面在空间的水平延伸方向、倾斜方向和倾斜程度进行描述，分别称为岩层的走向、倾向、倾角，这三者统称为岩层的产状三要素。

1．

岩层的走向

岩层面与水平面的交线AB叫走向线，走向线两端的延伸方向就是岩层的走向。

2．

岩层的倾向

垂直于走向线AB，沿着岩层面倾斜向下所引的射线OD叫倾斜线，又叫真倾斜线。它在水平面上的投影线OD＇所指的沿着岩层下坡的方向，就是岩层的倾向，又叫真倾向。

3．

岩层的倾角

岩层面与水平面的夹角，即真倾斜线OD与其在水平面上投影线OD＇的夹

角，就是岩层的倾角?，又叫真倾角。 注意：

实际上，在野外观察时，直接观察到的往往不是真倾向和真倾角，而是视倾向和视倾角。可以利用野外观察到的岩层的视倾角来推求实际岩层的真倾角。如图2-4所示。

从图上的三角关系可知：tg??= AC/CD，tg??= AC/CB，sin??= CD/CB

tg?ACCBAC????tg?∴ sin?CBCDCD

∴ tg??= tg?? sin?

可得真倾角和视倾角之间的换算公式：

tg??tg?sin? (1)

B A C 岩层面

式中：??——真倾角；

??——视倾角；

??——视倾向线与走向线的夹角。

2.2.2 产状要素的测量方法和表示方法 2.2.2.1 测量仪器

? ? ? D 走向线 ? 水平面

图2-4 真倾角与视倾角的关系

岩层产状在野外一般用地质罗盘仪（袖珍经纬仪）在岩层面上直接测定。 2.2.2.2 测量方法

1．岩层走向的测定 2．岩层倾向的测定 3．岩层倾角的测定 2.2.2.3 表示方法

岩层产状要素的表示方法有文字表示法和符号表示法两种。文字表示法多用于野外记录和文字报告，而符号表示法多用于地质图件。

1．文字表示法

目前通用的是采用方位角法表示，也有用象限角法表示的。 2．符号表示法

在地质图件上，为了简单醒目地表示岩层面的产状，通常使用符号表示法，各符号的意义为：

30°

——长线代表走向，短线代表倾向，数字是倾角。（长短线必须按实际方

位标绘在图上）；

——水平岩层（倾角在0°～5°之间）； ——直立岩层（箭头指向较新岩层）；

——倒转岩层（箭头指向倒转后的倾向，即指向老岩层，数字是倾角）。

30°

2.2.3 岩层的分类及露头特征

岩层按其产状可分为：水平岩层、倾斜岩层、直立岩层。其岩层露头分布形态，取决于岩层产状、地形及二者的相互关系。 2.2.3.1 水平岩层

岩层的倾角小于5°时，层面基本上是一个水平面，即岩层的同一层面上各处的海拔高度基本相同，这就是水平岩层。水平岩层具有以下特征：

1) 时代较新的岩层叠置在较老岩层之上。

2) 水平岩层的露头分布形态，完全受地形的影响，其地质界线（即岩层面在地面的出露线），在地质图上与地形等高线平行或重合，而不相交。

3) 水平岩层的厚度就是该岩层顶面和底面的标高之差。

4) 水平岩层的露头宽度（即岩层上、下层面的地质界线的水平距离）取决于岩层的厚度和地面坡度。 2.2.3.2 倾斜岩层

1．基本概念

原来呈水平产出的岩层，由于地壳运动或岩浆活动，使岩层产状发生变动，岩层层面与水平面有一定的交角（5°～85°）。

一般情况下，倾斜岩层仍然保持正常层序，即新岩层在上，老岩层在下；层的顶面在上，底面在下。但当构造运动强烈，使岩层表现出老岩层在上，新岩层在下，层的底面在上，顶面在下时，就成为倒转岩层。在某一地区内，一系列岩层大致向一个方向倾斜，其倾角也大致一样，这种岩层叫单斜层或单斜构造，具此构造的山体称为单面山。

倾斜岩层按倾角?的大小又可分为缓倾岩层（?＜30°）、陡倾岩层（30°≤?＜60°）和陡立岩层（?≥60°）。

2．倾斜岩层的露头分布形态 “V”字形法则。

根据岩层倾斜与地面坡度的不同结合情况，“V”字形有不同表现： 1) 当岩层倾向与地面坡向相反时，岩层露头线与地形等高线呈相同方向弯曲，但岩层露头线弯曲度总是比等高线弯曲度小。

2) 当岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角小于地面坡度时，岩层露头线与地形等高线也是呈相同方向弯曲。

3) 当岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角大于地面坡度时，岩层露头线与地形等高线呈相反方向弯曲。

3．岩层的露头宽度

水平岩层露头宽度取决于岩层的厚度和地面坡度。倾斜岩层的露头宽度除了受岩层厚度和地面坡度影响外，还与岩层的产状有关。

1) 当地面坡度和岩层倾角不变时，露头宽度取决于岩层厚度：厚者宽、薄者窄。

2) 当岩层厚度、倾角不变时，露头宽度取决于地面坡度和坡向。岩层倾向与坡向相反时，坡度缓的，露头就宽；坡度陡，露头就窄。

3) 当地形坡度、岩层厚度不变时，露头宽度取决于岩层倾角和地面坡角之间的关系。 2.2.3.3 直立岩层

指岩层倾角大于等于85°的岩层。直立岩层一般出现在构造运动强烈的地区。其地质界线是沿其走向作直线延伸，不受地形影响。 2.2.4 研究产状的工程意义 2.2.4.1 对边坡稳定的影响 2.2.4.2 对桥隧稳定性的影响 2.3 褶皱构造

褶皱构造是地质构造的主要类型之一，它是岩层受到构造运动作用后，在未丧失连续性的情况下产生的弯曲变形。 2.3.1 褶曲的概念

褶皱构造中的一个单独的弯曲叫褶曲，褶曲是组成褶皱的基本单元。褶曲的基本形式有背斜和向斜两种。

岩层向上弯曲，核心部位的岩层时代较老，而两侧岩层时代较新，称为背斜。

岩层向下弯曲，核心部位的岩层较新，而两侧岩层较老，称为向斜。 2.3.2 褶曲要素

为了正确描述和表示褶曲在空间的形态特征，对褶曲的各个组成部分给予了一定的名称，称为褶曲要素，褶曲要素主要有：

核部、翼部、轴面、轴线、枢纽、脊线、槽线。 2.3.3 褶曲分类

1．根据褶曲轴面产状，结合两翼产状特点进行分类。 1) 直立褶曲； 2) 倾斜褶曲； 3) 倒转褶曲。 4) 平卧褶曲。

2．根据褶曲枢纽产状进行分类。 1) 水平褶曲 2) 倾伏褶曲。

3．根据褶曲在平面上的形态分类（按褶曲中同一岩层在平面上的纵向长度和横向宽度之比）

1) 线状褶曲 2) 短轴褶曲 3) 穹窿构造 4) 构造盆地 2.3.4 褶皱构造的类型 2.3.4.1 复背斜和复向斜

由一系列连续的次一级褶皱组成的一个大背斜或大向斜分别称为复背斜和复向斜。通常复背斜上的次级褶皱轴面向下收敛构成扇形，而复向斜上的次级褶皱轴面向上收敛。

2.3.4.2 隔挡式褶皱和隔槽式褶皱

一个平行褶皱群内，如果背斜呈紧密状，而向斜呈开阔平缓状，则称之为隔挡式褶皱。

2.3.5 褶皱构造的辨认 2.3.5.1 褶曲的野外观察法

向斜成山、背斜成谷的情况在野外比较常见。因此不能够完全以地形的起伏情况作为识别褶皱构造的主要标志。对于大型褶皱构造，在野外需要采用穿越法和追索法进行观察。

穿越法，就是沿垂直岩层走向方向选定调查路线，进行观察。通过横向观察，寻找地层界线、化石等，观察沿途岩层是否呈有规律的对称重复出现，如果有则必为褶皱构造；再根据岩层出露的层序，比较核部与两翼岩层的新老关系，判断是背斜还是向斜；然后进一步分析两翼岩层的产状和两翼与轴面之间的关系，这样就可以判断褶曲的形态类型。

追索法，就是平行岩层走向进行观察的方法。平行岩层走向进行追索观察，便于查明褶曲延伸的方向及其构造变化的情况。当两翼岩层在平面上彼此平行展布时为水平褶曲，如果两翼岩层在转折端闭合或呈“s”形弯曲时，则为倾伏褶曲。一个褶曲的命名，应当同时考虑其横、纵断面上的形态特征。如命名为直立倾伏褶曲。

2.3.5.2 褶皱内部构造的认识

1． 2． 3． 4．

层面擦痕

牵引褶皱及层间劈理 虚脱

轴部岩层的加厚现象

2.3.5.3 褶皱的形成时代

褶皱的形成时代介于参加褶皱的最新地层时代与上覆未褶皱的最老地层时代之间。

2.3.6 研究褶曲的实用意义

褶皱构造很普遍，无论是对矿产资源、地下水资源的寻找，还是对土木工程、水利工程的建设，查明褶曲的存在及其形态特点均具有重要意义 2.4 断裂构造

在构造运动中，岩石或岩块受地应力作用并超过了其破裂强度以后，岩石或岩块失去连续性而发生断裂，所产生的地质构造称为断裂构造。

根据断裂面两侧岩体产生位移的大小情况，断裂构造分为二大类，一类是没有或只有微小断裂变位的节理；另一类是沿着断裂面有明显的相对位移的断层。断裂构造是地壳上发育最广泛的地质构造。 2.4.1 节理

节理是指岩石受力断开后，断裂面两侧岩块沿断裂面没有明显的相对位移时的断裂构造。节理的断裂面称为节理面。 2.4.1.1 节理分类

节理的分类主要从两个方面考虑：一是与岩层产状的几何关系，二是其力学性质和成因。

1．按与岩层产状的关系分类

1) 走向节理 与所在岩层走向大致平行； 2) 倾向节理 与所在岩层走向大致垂直； 3) 斜交节理 与所在岩层走向斜交。 2．按力学性质分类 1) 剪节理 2) 张节理

剪节理和张节理是地质构造应力作用形成的主要节理类型，故又称为构造节理，在地壳岩体中广泛分布，对岩体的稳定性影响很大。

3．按节理成因分类 1) 原生节理

是指岩石成岩过程中自身形成的节理。 2) 次生节理

是指岩石成岩后形成的节理，包括构造节理和非构造节理。 (1) 构造节理

指由构造运动产生的构造应力形成的节理。 (2) 非构造节理

除构造节理外的其他次生节理统称为非构造节理。 4．按节理与褶皱轴的关系分类

1) 纵节理 节理走向与褶皱轴向平行；

2) 横节理 节理走向与褶皱轴向直交； 3) 斜节理 节理走向与褶皱轴向斜交。 5．按张开程度分类

1) 宽张节理 节理缝宽度大于5mm； 2) 张开节埋 节理缝宽度为3～5mm； 3) 微张节理 节理缝宽度为l～3mm；

4) 闭合节理 节理缝宽度小于1mm，通常也称之为密闭节理。 2.4.1.2 节理发育程度分级

可以按节理组数、密度、长度、张开度及充填情况，将节理发育情况分级，见表2-1。

表2-1 节理发育程度分级

发育程度分级 节理不发育 基本特征 节理1～2组，规则，为构造型，间距在1m以上，多为密闭节理，岩体切割成大块状 节理2～3组，呈X形，较规则，以构造型为主，多数节理较发育 间距大于0.4m，多为密闭节理，部分为张开节理，少有充填物。岩体切割成大块状 节理3组以上，不规则，呈X型或米字型，以构造型或节理发育 风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分为张开节理，部分有充填物。岩体切割成块石状 节理3组以上，杂乱，以风化和构造型为主，多数间距节理很发育 小于0.2m，以张开节理为主，有个别宽张节理，一般均有充填物。岩体切割成碎裂状 2.4.1.3 节理调查研究的内容与方法

节理是广泛发育的一种地质构造，对其进行调查，应包括以下内容： 1． 2．

节理的成因类型、力学性质；

节理的组数、密度和产状；节理的密度一般采用线密度或体积节理

数表示。线密度以“条／米”为单位计算。体积节理数（Jv）用单位体积内的节理数表示；

3． 4． 5．

节理的张开度、长度和节理面壁的粗糙度； 节理的充填物质及厚度、含水情况； 节理发育程度分级。

观测研究节理时，首先应注意节理的性质、矿化现象、先后次序、空间的相互关系和形成的时代，其次是原地岩石性质、产状和所处的构造部位。 2.4.1.4 节理的工程地质评价

节理对工程的影响主要表现在： 1．

节理的存在增强了岩体的透水性，成为地下水的通道，加速了岩石

的溶解破坏，尤其在可溶盐地区易形成溶洞，发育成为地下暗河；

2．

节理就是岩石中的裂隙，它切割岩石，破坏了岩石的整体性，加速

了风化作用和冻胀作用；其产状的不同，影响到边坡的稳定程度，当有一组或几组相交并倾向坡外的节理裂隙时，将会造成边坡的崩塌、落石等不稳定现象，构造节理中的张节理对路堑边坡稳定更为不利。

3．

节理会降低爆破作业的效率。厚层或中厚层结构，层厚大于0.5m，

节理不发育的完整岩体对爆破作用的影响不大；薄层状结构或中厚层状结构，层厚小于0.5m，节理裂隙极为发育的岩体在爆破时易引起掉块或塌方。如倾斜岩层，由于偏压的原因，爆破时易造成沿层理方向的塌方；倾斜岩层、水平岩层，爆破时一般易造成垂直层理方向的掉块、塌方。

4．

节理使岩体力学强度降低，地基的承载力下降。

所以，当节理有可能成为影响工程设计的重要因素时，应当进行深入的调查研究，详细论证节理对岩体工程建筑条件的影响，采取相应措施，以保证建筑物的稳定和正常使用。 2.4.2 断层

断层是指岩石在构造应力作用下发生断裂，沿断裂面两侧的岩块发生明显的相对位移的断裂构造。 2.4.2.1 断层的几何要素

为阐明断层的空间分布状态和断层两侧岩块的运动特征，将断层各组成部分赋予了一定的名称，称为断层要素。

1．断层面

断层中两侧岩块沿其运动的破裂面称为断层面。断层面可以是直立的，但大多数是倾斜的。

2．断层线

断层面与地面的交线，也就是相应的露头线，称为断层线。 3．断盘

断层两侧相对移动的岩块叫做断盘。

按两盘相对位置分，当断层面倾斜时，位于断层面上方的叫上盘，位于下方的叫下盘；当断层面直立时，常用断块所在的方位表示，如东盘、西盘等。

按两盘相对运动方向分，相对上升的一盘叫上升盘，相对下降的一盘叫下降盘。

4．断距

指岩体中同一点被断层断开后的位移量，也叫总断距或真断距。总断距的水平分量叫水平断距，垂直分量叫垂直断距。 2.4.2.2 断层的分类

1． 根据断层两盘岩块相对移动的方向，可分为：

1) 正断层 上盘相对下降或下盘相对上升的断层。

2) 逆断层 上盘相对上升或下盘相对下降的断层。按照断层面的倾角又可将逆断层分为：

(1) 冲断层 断层面倾角大于45°；

(2) 逆掩断层 断层面倾角在25°～45°之间； (3) 辗掩断层 断层面倾角小于25°。

辗掩断层一般规模巨大，常将时代较老的地层推覆到时代较新的地层之上，形成推覆构造。

3) 平移断层 两盘沿断层走向相对移动的断层。

平移断层按对盘运动方向的不同可分为左行平移断层和右行平移断层。

2． 按断层面产状与岩层产状的关系分类

1) 走向断层 断层走向与岩层走向一致的断层； 2) 倾向断层 断层走向与岩层倾向一致的断层； 3) 斜向断层 断层走向与岩层走向斜交的断层。

3． 按断层面走向与褶曲轴走向的关系分类

1) 纵断层 断层走向与褶曲轴走向平行的断层； 2) 横断层 断层走向与褶曲轴走向垂直的断层； 3) 斜断层 断层走向与褶曲轴走向斜交的断层。

4． 按形成断层的力学性质分类

1) 压性断层 由压应力作用形成，其走向垂直于主压应力方向，多呈逆断层形式。

2) 张性断层 在张应力作用下形成，其走向垂直于张应力方向，常为正断层形式。

3) 扭性断层 在剪应力作用下形成，与主压应力方向交角小于45°，常成对出现。断层面平直光滑，常有大量擦痕。

5． 断层的组合类型

1) 阶梯状断层

正断层可以单独出露，也可以呈多个连续组合形式出露。若干条产状大致相同的正断层平行排列，在剖面上各个断层的上盘呈阶梯状向同一方向依次下降，这样一些断层的组合类型称阶梯状断层。

2) 地堑和地垒

两组走向大致平行的正断层，其中间地层为共同的下降盘，两边地层相对上升的断层组合形式，称为地堑。两组走向大致平行的正断层具有共同的上升盘，两边岩块相对下降的断层组合形式，称为地垒。

3) 叠瓦式构造

由一系列平行的逆断层排列组成，从剖面上看，各断层的上盘依次上冲，形似屋顶瓦片样依次叠覆，叫做叠瓦式构造。 2.4.2.3 断层的鉴别

断层可以用各种方法来识别。 1．构造上的标志

任何线状或面状的地质体，如地层、岩脉、岩体、变质岩的相带、不整合面、侵入体与围岩的接触界面、褶曲轴线、早期断层的断层线等在平面或剖面上的突然中断、错开等构造的不连续现象是判断断层存在的一个重要标志。

2．地层上的标志

一套顺序排列的地层，由于走向断层的影响，常造成部分地层的重复或缺失现象。

3．断层的伴生现象

断层形成时，由于断层面两侧岩块的相互滑动和摩擦，在断层面（带）上及其附近常会形成一些构造伴生现象，如断层面上的擦痕、摩擦镜面、滑动槽子、岩层的牵引弯曲等，也可用来帮助判断断层的存在与否。

4．地貌、水文地质及植被上的标志 1) 断层崖和断层三角面 2) 断层湖、断层泉 3) 错断的山脊、急转的河流

4) 植物也可作为参考，有时沿断层两侧因岩性不同，而生长截然不同的植物群落，有判断一条断层是否存在，主要是依据地层的重复、缺失和构造不连续这两个标志。其他标志只能作为辅证，不能依此下定论。 2.4.2.4 断层运动方向的判别

断层上、下盘运动方向，可由以下几点判别： 1．根据两盘地层的新老关系 2．褶曲核部地层宽度的变化 3．根据牵引构造 4．根据标志层的错动 5．断层角砾岩 6．擦痕和阶步

2.4.2.5 确定断层的形成时期

确定断层形成的先后，特别是确定最新断层的形成时代，对判断地壳的稳定性有重要意义。确定断层形成时期的方法有：

1．利用不整合接触关系

2．利用断层与地层、岩体及其他地质体的切割关系 2.4.2.6 研究断层在工程上的意义

断层一般从以下几个方面对工程建筑产生影响。

1． 2．

断层降低了地基岩体的强度及稳定性。

在地下工程施工中，断层的存在极易引起坍塌甚至冒顶、支撑受压

折断、坑道变形、衬砌严重开裂、渗漏水等。

3．

断裂破碎带不仅岩体破碎，常夹有许多断层泥，而且断层上、下盘

的岩性也可能不同，如果在此处进行工程建筑，有可能产生不均匀沉降。

4． 5．

沿断层破碎带地段易形成风化深槽及岩溶发育带。

断层可增大岩石的透水性和含水性，断裂构造破碎带常为地下水的

良好通道，断层的交叉处常是地下水出露的地段，地下水的出露也常为断裂构造所控制。

6．

构造断裂带在新的地壳运动影响下，可能发生新的移动。

当工程通过断层地带时，应注意以下几点：

(1) 在勘测设计阶段，必须认真进行断层的野外调查、测绘和勘探工作，掌握其性质、规模、活动性等问题。

(2) 断层带的地质条件很差，必须做好相应的预防措施，以防断层可能对施工造成的危害。

(3) 工程建筑物的位置应尽量避开断层，特别是较大的断层带，必须避开活动断层和与线路平行的、交角小的断层。如果工程一定要通过断层，最好是尽量垂直断层的走向通过。 2.5 地质年代

地质年代是指一个地层单位或地质事件的时代和年龄。地质年代包含两种意义，其一是地质事件从发生至今的年龄，称为绝对年代，其二是各种地质事件发生的先后顺序，称为相对年代。 2.5.1 绝对年龄

绝对年龄是利用岩石中残留的放射性元素的蜕变，测定岩石形成后所经历的实际年代（龄），是用距今多少年来表示的。 2.5.2 相对年代

相对年代是指根据岩石的相对新老关系（形成的先后顺序）建立起来的时代顺序。相对年代主要是依据岩层的沉积顺序、生物演化规律和岩层间相互的接触关系等方面来确定的，只能表示先后顺序，不包括各个时代延续的长短。

2.5.2.1 地层层序律

当沉积岩形成后，在岩层未发生逆掩断层和倒转的情况下，地层剖面中岩层保持着正常的顺序，先形成的岩层在下，后形成的岩层在上，上覆岩层比下伏岩层新。这个明显的原理称为“地层层序律”。地层层序法是确定地层相对年代的基本方法。

若岩层经剧烈的构造运动，地层层序倒转，就需利用沉积岩的泥裂、波痕、雨痕等层面构造特征，来恢复原始地层的层序，确定其新老关系。 2.5.2.2 生物演化律

地质时期越古老，生物结构越简单；地质时期越新，生物结构越复杂。岩石中埋藏的生物化石也体现了这一规律。因而可对比岩石中的化石种属来确定岩石的新老关系。

在不同地质年代沉积的岩层中，都含有不同特征的古生物化石。含有相同化石的岩层，无论相距多远，都是在同一地质年代中形成的。 2.5.2.3 岩性对比法

在一定区域内，同一时期形成的岩层，其岩性特点通常应是一致的或近似的。因此，可以将岩石的组成、结构、构造等岩性特点，作为岩层对比的基础，从而确定某一地区岩石地层的时代。但此法具有一定的局限性，因为同一地质年代的不同地区，其沉积物的组成、性质并不一定都是相同的；而同一地区在不同的地质年代，也可能形成某些性质类似的岩层。 2.5.2.4 地层接触关系法

地层间接触关系，是构造运动、岩浆活动和地质发展历史的记录。 在一定地质时代内形成的一套岩层（不论是沉积岩层、还是岩浆岩和变质岩层）统称为那个时代的地层。地层的接触关系是指上下地层之间在空间上的接触形式和时间上的发展状况，它直接从一个侧面记录了地壳运动的发生和演化历史。

1．沉积岩之间的接触关系

从成因特征上，可将沉积岩地层的接触关系分为整合接触关系和不整合接触关系两种基本类型。

1) 整合接触关系

其特征表现为上下岩层的产状基本平行一致，沉积时代连续，没有间断。 2) 不整合接触关系

先后沉积的两套地层之间缺失了一部分地层，上下地层的时代是不连续的，也就是在一定的地质时期发生过沉积间断。

新老地层之间存在的一个沉积间断面，称为不整合面。不整合面在地面的出露线为不整合线，它是重要的地质界线之一。

根据不整合面上下地层的产状及所反映的地壳运动的特征，可将不整合接触关系分为平行不整合接触关系（假整合）和角度不整合接触关系（有时也简称不整合）。

(1) 平行不整合（假整合）

表现为上下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层之间缺失了一些时代的地层。

(2) 角度不整合

表现为上下两套地层之间既缺失了一些时代的地层，彼此的产状也不平行，而是相交。

对沉积岩来说，主要就是利用岩层间的接触关系来确定它们的新老关系的。不整合接触面以下的岩层先沉积，年代比较老；不整合接触面以上的岩层后沉积，年代比较新。由于发生了阶段性的变化，接触面上下的岩层，在岩性及古生物等方面往往都有显著不同。因此，不整合接触就成为划分地层相对地质年代的一个重要依据。总之，地层的接触关系综合反映了地壳运动、剥蚀、沉积的历史。

2．岩浆岩之间的接触关系

对岩浆岩来说，主要是利用岩体相互穿插或切割的关系来确定，被切割的岩体形成于插入岩体之前。对于喷出岩，可以用与沉积岩相类似的方法确定其形成的先后顺序；对于侵入岩，可用岩浆岩中的捕虏体或与沉积岩的接触关系来确定其相对年代。

3．岩浆岩与沉积岩之间的接触关系

岩浆岩与沉积岩之间的接触关系有侵入接触关系和沉积接触关系两类。侵入接触指后期岩浆岩侵入早期沉积岩的一种接触关系，表明沉积岩形成在先，后来岩浆岩侵入其中。沉积接触指后期沉积岩覆盖在早期岩浆岩上的一种接触关系，

表明岩浆岩先形成，接受风化剥蚀，后地壳下降接受新的沉积。早期岩浆岩因表层风化剥蚀，在后期沉积岩底部常形成一层含有岩浆岩砾石的底砾岩。 2.5.3 地质年代表

按照年代顺序排列，用来表示地史时期的相对年代和同位素年龄值的表格，称为地质年代表。其内容主要包括各个地质年代单位及其开始和延续的年龄。

2.6 地质图

地质图是指将一个地区内的地质要素按一定比例缩小，垂直投影在地形平面图上，以一定的符号、代号、颜色、花纹等表示它们的分布情况的图件，统称为地质图。一幅完整的地质图，包括平面图、剖面图和综合柱状图，并标明图名、比例尺、图例和接图等。 2.6.1 地质图的主要类型

按编制图件的目的和所反映的内容，地质图主要有以下几种类型： 1．普通地质图 2．构造地质图 3．第四纪地质图 4．基岩地质图 5．水文地质图 6．工程地质图 2.6.2 地质图的规格和符号 2.6.2.1 地质图的规格

地质平面图应有图名、图例、比例尺、编制单位和编制日期等。 2.6.2.2 地质图的符号

1．地层年代符号

在小于1∶100000的地质图上，沉积地层的年代是采用国际通用的标准色来表示的，在彩色的底子上，再加注地层年代和岩性符号。在每一系中，又用淡色表示新地层，深色表示老地层。岩浆岩的分布一般用不同的颜色加注岩性符号表示。在大比例尺的地质图上，多用单色线条或岩石花纹符号再加注地质年代符号的方法表示。当基岩被第四纪松散沉积层覆盖时，在大比例的地质图上，一般根据沉积层的成因类型，用第四纪沉积成因分类符号表示。

2．岩石符号

岩石符号是用来表示岩浆岩、沉积岩和变质岩的符号，由反映岩石成因特征的花纹及点线组成。在地质图上，这些符号画在什么地方，表示这些岩石分布到什么地方。

3．地质构造符号

地质构造符号，是用来说明地质构造的。组成地壳的岩层，经构造运动形成各种地质构造，这就不仅要用岩层产状符号表明岩层变动后的空间形态，而且要用褶曲轴、断层线、不整合面等符号说明这些构造的具体位置和空间分布情况。 2.6.3 各地质因素在地质图上的反映 2.6.3.1 不同产状地层在地质图上的反映

1．水平岩层：地形等高线与地质界线平行或重合，呈带状分布； 2．倾斜岩层：遵从V字形法则；

3．直立岩层：在地质图上表现为一条不受地形影响的直线。 2.6.3.2 地质构造在地质图上的反映

1．

褶皱：一般根据图例符号识别褶曲。若没有图例符号，则需根据岩

层的新、老对称分布关系确定，其地质界线切割地形等高线，具体表现为：

1) 直立褶曲：两翼岩层的倾向相反，倾角大致相等； 2) 倾斜褶曲：两翼岩层的倾向相反，倾角之差超过5°； 3) 倒转褶曲：两翼倾向相同时为倒转褶曲；

4) 水平褶曲：岩层对称出现，地质界线彼此平行，两翼岩层走向基本相同；

5) 倾伏褶曲：岩层对称出现，但地质界线在枢纽倾伏端弯曲成“U”形。倾伏背斜沿“U”形弯曲凸出方向岩层越来越新，倾伏向斜沿“U”形凸出方向岩层越来越老。

以上是两翼地形无明显差异时的特征。 2．

断层：一般也是根据图例符号识别断层。在地质图上通常用红色的

或较粗的线醒目地表示断层。在断层线上，一般还用符号说明断层的类型和产状。正断层和逆断层符号中，箭头所指为断层面倾向，角度为断层面的倾角，短齿所指方向为上盘运动方向。平移断层符号中箭头所指方向为本盘运动方向。

若无图例符号，则根据在断层线两侧可能存在的岩层中断、重复、缺失、宽窄变化或前后错动等现象来判断。 2.6.3.3 地层接触关系在地质图上的反映

1． 2． 3．

整合接触：时代连续，地质界线呈平行带状分布；

平行不整合（假整合）：时代不连续，地质界线呈平行带状分布； 角度不整合：上下相邻两套岩层之间的地质时代不连续，地层有缺

失而且产状也不相同，新岩层的分界线遮断了下部老岩层的分界线；

4． 5．

侵入接触：侵入体的界线破坏了围岩界线的完整性； 沉积接触：沉积岩的露头界线遮断了侵入体的边界线。

2.6.4 地质图的阅读 2.6.4.1 读图步骤及内容

地质图上内容多，线条、符号复杂，阅读时应遵循由浅入深、循序渐进的原则。一般步骤如下：

1. 图名、比例尺、方位（方位经纬线）

了解图幅的地理位置、图幅类别、制图精度。图上方位一般用箭头指北表示，或用经纬线表示。若图上无方位标志，则以图正上方为正北方。

2. 图例

图例是地质图中采用的各种符号、代号、花纹、线条及颜色等的说明。通过图例，可对地质图中的地层、岩性、地质构造建立起初步概念。

3. 地形、水系

通过图上地形等高线、河流径流线，了解地区地形起伏情况，建立地貌轮廓。地形起伏常常与岩性、构造有关。

4. 地质内容

1) 地层岩性：了解各年代地层岩性的分布位置和接触关系。

2) 地质构造：了解褶曲及断层的产出位置、组成地层、产状、形态类型、规模和相互关系等。

3) 地质历史：根据地层、岩性、地质构造的特征，分析该地区地质发展历史。

2.6.4.2 读图实例

阅读资治地区地质图。 2.6.5 地质剖面图制作

1. 选剖面线

剖面图主要反映图区内地下构造形态及地层岩性分布。作剖面图前，首先要选定剖面线方向。剖面线应放在对地质构造有控制性的地区，其方向应尽量垂直岩层走向和构造线，这样才能表现出图区内的主要构造形态。选定剖面线后，应标在平面图上。

2. 确定剖面图比例尺

剖面图水平比例尺一般与地质平面图一致，这样便于作图。剖面图垂直比例尺可以与平面图相同，也可以不同。当平面图比例尺较小时，剖面图垂直比例尺常大于平面图比例尺。

3. 作地形剖面图

按确定的比例尺做好水平坐标和垂直坐标。再将剖面线与地形等高线的交点，按水平比例尺铅直投影到水平坐标轴上，然后根据各交点高程，按垂直比例尺将各投影点定位到剖面图相应高程位置，最后圆滑连接各高程点，就形成了地形剖面图。

4. 作地质剖面图 一般按如下步骤进行： 1) 投影地质点

将剖面线与各地层界线和断层线的交点，按水平比例尺垂直投影到水平轴上，再将各界线投影点铅直定位在地形剖面图的剖面线上。如有覆盖层，下伏基岩的地层界线也应按比例标在地形剖面图上的相应位置。

2) 换算视倾角

按平面图示产状换算各地层界线和断层线在剖面图上的视倾角。 3) 绘地层界限与断层线，标明原始尺寸

按视倾角的角度，并综合考虑地质构造形态，延伸地形剖面线上各地层界线和断层线，并在下方标明其原始产状和视倾角。一般先画断层线，后画地层界线。

4) 绘岩性花纹符号

在各地层分界线内，按各套地层出露的岩性及厚度，根据统一规定的岩性花

纹符号，画出各地层的岩性图案。

5) 修饰

在剖面图上用虚线将断层线延伸，并在延伸线上用箭头标出上、下盘运动方向。遇到褶曲时，用虚线按褶曲形态将各地层界线弯曲连接起来，以恢复褶曲形态。在做出的地质剖面上，还要写上图名、比例尺、剖面方向，绘出图例和图签，即成一幅完整的地质剖面图。在工程地质剖面图上还需画出岩石风化界线、地下水位线、节理产状、钻孔等内容。 2.6.6 地层综合柱状图

地层综合柱状图，是根据地质勘察资料（主要是根据地质平面图和钻孔柱状图资料），把某一地区出露的所有地层、岩性、厚度、接触关系，按地层时代由新到老的顺序综合编制而成的。一般有地层时代及符号、岩性花纹、地层接触类型、地层厚度、岩性描述等。

地层综合柱状图和地质剖面图，作为地质平面图的补充和说明，通常编绘在一起构成一幅完整的地质图。

思考题

1．什么是地质构造？什么是地壳运动？地壳运动的基本形式有哪些？ 2．什么是地质作用？

3．什么是岩层？岩层的产状三要素是什么？并绘图表示。 4．论述地层的接触关系。

5．什么是褶皱构造？什么是褶曲？褶曲的基本形式有哪两种？ 6．论述在野外怎样观察褶曲？

7．褶曲有哪些分类方法？是怎样分类的。 8．什么是断裂构造？什么是节理、断层？ 9．按力学性质，节理可分为哪两类？ 10． 11． 12． 13．

什么是正断层、逆断层、平移断层？

什么是阶梯状断层、叠瓦式构造？什么是地堑、地垒？ 论述节理对工程的影响。 论述野外怎样识别断层。

14． 15． 16．

论述断层对工程的影响。 怎样判断岩层形成的先后顺序？

写出图中的地质构造类型及其形成时代，并判断各地层的接触关系。

17．

写出图中各地层的接触关系，并判断地质构造类型及其形成时代。

3 水的地质作用

在自然界，水有气体、液体和固体三种不同状态，它们存在于大气中，覆盖在地球表面上和存在于地下土、石的孔隙、裂隙或空洞中，可分别称为大气水、地表水和地下水。

大气水、地表水和地下水之间不间断的运动和相互转化，称为自然界中水的循环。

3.1 地表流水的地质作用

地面流水是指沿陆地表面流动的水体。根据流动的特点，地面流水可分为片流、洪流和河流三种类型，它们都叫暂时性流水。暂时性流水的地质作用有淋滤

作用、洗刷作用和冲刷作用，可分别形成残积层、坡积层和洪积层。沿着沟谷流动的经常性流水叫河流。河流的地质作用包括侵蚀作用、搬运作用和沉积作用，可形成冲积层。残积层、坡积层、洪积层和冲积层是最常见的第四纪沉积层，在工程建设中会经常遇到，因此应该熟悉它们的工程地质特征。 3.1.1 暂时流水的地质作用

暂时流水是大气降水后短暂时间内在地表形成的流水，因此雨季是它发挥作用的主要时间，特别是在强烈的集中暴雨后，它的作用特别显著，往往造成较大灾害。

1．淋滤作用及残积层（Qel）

在大气降水渗入地下的过程中，渗流水不仅能把地表附近的细小破碎物质带走，还能把周围岩石中的易溶成分溶解、带走。经过渗流水的这些物理和化学作用后，地表附近岩石逐渐失去其完整性、致密性，残留在原地的则为未被冲走、又不易溶解的松散物质，这个过程称为淋滤作用，残留在原地的松散破碎物质称为残积层。残积层向上逐渐过渡为土壤层。

残积层有下述特征：

（1）残积层是位于地表以下、基岩风化带（参看本书第1章岩石风化的有关内容）以上的一层松散破碎物质。其破碎程度地表附近最大，愈向地下愈小，逐渐过渡到基岩风化带。

（2）残积层的物质成分与下伏基岩成分密切相关，因为残积层就是下伏原岩经过风化淋滤之后残留下来的物质。

（3）残积层的厚度与地形、降水量、水中化学成分等多种因素有关。若地形较陡，被破坏的物质容易冲走，残积层就薄；若降水量大，水中CO2多，则化学风化作用强烈，残积层可能较厚。各地残积层厚度相差很大，厚的可达数十米，薄的只有数十厘米，甚至完全没有残积层。

（4）残积层具有较大的孔隙率、较高的含水量，作为建筑物地基，强度较低。特别是当残积层下伏基岩面倾斜、残积层中有水流动或近于被水饱和时，在残积层内开挖边坡，或把建筑物置于残积层之上，均易发生残积层滑动。

2．洗刷作用及坡积层（Qdl）

大气降水沿地表流动的部分，在汇入洼地和沟谷以前，往往沿整个山坡坡面

漫流，把覆盖在坡面上的风化破碎物质洗刷到山坡坡脚处，这个过程称为洗刷作用，在坡脚处形成新的沉积层称为坡积层。

坡积层具有下述特征：

（1）坡积层位于山坡坡脚处，其厚度变化较大，一般是坡脚处最厚，向山坡上部及远离山脚方向均逐渐变薄尖灭。

（2）坡积层多由碎石和黏性土组成，其成分与下伏基岩无关，而与山坡上部基岩成分有关。

（3）由于从山坡上部到坡脚搬运距离较短，故坡积层层理不明显，碎石棱角分明。

（4）坡积层松散、富水，作为建筑物地基强度很低。坡积层下原有地面愈陡、坡积层中含水愈多、坡积层物质粒度愈小、黏土含量愈高，则愈容易发生坡积层滑坡。

3．冲刷作用及洪积层（Qpl）

地表流水逐渐向低洼沟槽中汇集，水量渐大，携带的泥砂石块也渐多，侵蚀能力加强，使沟槽向更深处下切，同时使沟槽不断变宽，这个过程称为冲刷作用。洪流携带大量的泥砂石块沿沟谷流动，当流到山前平原、山间盆地或沟谷进入河流的谷口时，流速显著降低，携带的大量的泥砂石块沉积下来，形成洪积层。

由冲刷作用形成的沟底狭窄、两壁陡峭的沟谷叫冲沟。初始形成的冲沟在洪流的不断作用下，可以不断地加深、拓宽和向沟头方向延长，并可在冲沟沟壁上形成支沟，见图3-3。在降雨量较集中，缺少植被保护，由第四纪松散沉积物堆积的地区，冲沟极易形成。如我国黄土区，冲沟发展迅速，常常把地面切割的支离破碎，千沟万壑。

冲沟的发展常使路基被冲毁、边坡坍塌，给道路工程建设和养护带来很大困难。因此，在冲沟地区修筑道路，首先必须查明该地区冲沟形成的各种条件和原因，特别要研究该地区冲沟的活动程度、发展阶段，然后有针对性地进行治理。

洪积层有下述特征：

（1）洪积层多位于沟谷进入山前平原、山间盆地、流入河流处。从外貌看洪积层多呈扇形，称洪积扇。扇顶位于较高处的沟谷内，扇缘在陡坡与缓坡交界处成一弧形。

（2）洪积层成分较复杂，由沟谷上游汇水区内的岩石种类决定。 （3）有不规则的交错层理、透镜体、尖灭及夹层等；

（4）从断面上看，地表洪积物颗粒较细，向地下愈来愈粗。也就是说，洪积层初具分选性和层理。同时，由于携带物搬运距离较远，沿途受到摩擦、碰撞，使洪积物具有一定磨圆度。

（5）规模很大的洪积层一般可划分为三个工程地质条件不同的地段：靠近山坡沟口的粗碎屑沉积地段，孔隙大，透水性强，地下水埋藏深，压缩性小，承载力比较高，是良好的天然地基；洪积层外围的细碎屑沉积地段，如果在沉积过程中受到周期性的干燥，黏土颗粒发生凝聚并析出可溶盐分时，则洪积层的结构密实，承载力比较高；在上述两地段之间的过渡带，因为常有地下水溢出，水文地质条件不良，对工程建筑不利。 3.1.2 河流的地质作用

河流一般发源于山区，从河源到河口一般可分为三段：上游、中游和下游。上游多位于高山峡谷，急流险滩多，河道较直，流量不大但流速很高，河谷横断面多呈“V”字形。中游河谷较宽广，河漫滩和河流阶地发育，横断面多呈“U”字形。下游多位于平原地区，流量大而流速较低，河谷宽广，河曲发育，在河口处易形成三角洲。

河流对河床的剥蚀称为侵蚀作用，对泥砂的搬运则称为搬运作用。当河流的动能减小，不足以搬运河水中所携带的泥砂等碎屑物质时，则发生堆积，称为沉积作用。

河流的侵蚀作用、搬运作用和沉积作用在整条河流上同时进行，相互影响。在河流的不同段落上，三种作用进行的强度并不相同，常以某一种作用为主。 3.1.2.1 河流的侵蚀作用

河水在流动的过程中不断加深和拓宽河床的作用称为河流的侵蚀作用。 按侵蚀作用的方向，河流的侵蚀作用可分为沿垂直方向进行的下蚀作用和沿水平方向进行的侧蚀作用。下蚀和侧蚀是河流侵蚀过程中互相制约和互相影响的两个方面，不过在河流的不同发展阶段或同一条河流的不同部位，由于河水动力条件的差异，不仅下蚀和侧蚀所显示的优势会有明显的区别，而且河流的侵蚀和沉积优势也会有显著的差别。

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