第一章 工程地质
【考情分析】考查分值基本为 10分。知识点分散，内容抽象。复习时注意理解记忆。
第一节 岩体的特征
岩石是矿物的集合体，岩体可能由一种或多种岩石组合，且形成现实岩体的过程中，经受了构造变动、风化作用、卸荷作用等各种内外力地质作用的破坏和改造。
建设工程通常将工程影响范围内的岩石综合体称为工程岩体（地基岩体、边坡岩体、地下工程围岩）。工程岩体的稳定性，直接关系着施工期间和使用期间工程的安全，关系着工程建设的成功与失败。——2016多
（一）岩体的构成
1.岩石
（1）岩石的主要矿物
岩石中的石英含量越多，钻孔的难度就越大，钻头、钻机等消耗量就越多。——2015单
物理性质是鉴别矿物的主要依据。矿物的颜色分为自色、他色和假色，自色可以作为鉴别矿物的特征。
①颜色（鉴定矿物的成分和结构）
②光泽（鉴定风化程度）
③硬度（鉴定矿物类别）
硬度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
矿物
滑石
石膏
方解石
萤石
磷灰石
长石
石英
黄玉
刚玉
金刚石
【结论】最软：滑石。最硬：金刚石。——（放 莹 林 场）
在实际工作中常用可刻划物品来大致测定矿物的相对硬度，如指甲约为2～2.5度，小刀约为5～5.5度，玻璃约为5.5～6度，钢刀约为6～7度。——2018多（刻划）
（2）岩石成因类型及其特征
1）岩浆岩（火成岩）【具块状、流纹状、气孔状、杏仁状构造】——2018单（侵入岩比喷出岩强度高）
侵入岩
深成岩
理想的建筑基础
花岗岩、正长岩、闪长岩、辉长岩【口诀】一朵长花
浅成岩
侵入体与周围岩体的接触部位岩性不均一
花岗斑岩、闪长玢岩、辉绿岩、脉岩
喷出岩
产状不规则，岩性很不均匀，比侵入岩强度低、透水性强、抗风化能力差
流纹岩、粗面岩、安山岩、玄武岩、火山碎屑岩【口诀】安流玄粗火
2）沉积岩（水成岩）【层理结构】——2013多
结构
碎屑结构、泥质结构、晶粒结构、生物结构
构造
层理构造、层面构造、结核、生物成因构造
分类
碎屑岩
砾岩、砂岩、粉砂岩
黏土岩
泥岩、页岩
化学岩及生物化学岩
石灰岩、白云岩、泥灰岩
3）变质岩【片理构造】——2010单
原有的岩浆岩、沉积岩，由于地壳运动和岩浆活动所形成的新岩石，如：大理岩、石英岩。
结构
变余结构、变晶结构、碎裂结构。
构造
板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造、块状构造
2.土
（1）土的组成
土是由颗粒（固相）、水溶液（液相）和气（气相）所组成的三相体系。组成土的固体颗粒矿物可分为原生矿物、不溶于水的次生矿物、可溶盐类及易分解的矿物、有机质四种。
（2）土的结构和构造
①单粒结构：也称散粒结构，是碎石（卵石）、砾石类土和砂土等无黏性土的基本结构形式，其对土的工程性质影响主要在于其松密程度。
②集合体结构：也称团聚结构或絮凝结构，黏性土所特有。
③土的构造，反映土体力学性质和其他工程性质的 各向异性或 土体各部位的不均匀性，是决定勘
探、取样或原位测试布置方案和数量的 重要因素之一。整个土体构成上的不均匀性包括：层理、夹层、透镜体、结核、组成颗粒大小悬殊及裂隙特征与发育程度等。这种构成上的不均匀性是由于土的矿物成分及结构变化所造成的。一般土体的构造在水平方向或竖直方向变化往往较大，受成因控制。——2017多
（3）土的分类
①根据颗粒级配和塑性指数分类
碎石土
粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50 ％的土。
砂土
粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重 50％，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50 ％的土。
粉土
①粒径大于0.075mm的颗粒不超过全重 50 ％。
②塑性指数≤10。
黏性土
塑性指数＞10。——2016单
②根据颗粒大小及含量分类: 土可分为巨粒土、粗粒土、细粒土等。
3.结构面
（1）结构面的产状由走向、倾向和倾角三个要素表示。
走向
①结构面在空间 延伸的方向。②用结构面与水平面交线即走向线的方位角或方向角表示。
倾向
①结构面在空间的 倾斜方向。②用垂直走向顺倾斜面向下引出的一条射线对水平面投影的指向。
倾角
①结构面在空间 倾斜角度的大小。②用结构面与水平面所夹的 锐角表示。
（2）节理组数的多少决定了岩石的块体大小及岩体的结构类型。可以根据节理组数划分结构面发育程度。
4.地质构造
（1）水平构造和单斜构造
（2）褶皱构造
①概念
组成地壳的岩层受构造力（水平挤压力、垂直力、力偶）的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造，是岩层产生的塑性变形。其中一个弯曲称为褶曲。——2013单
②褶曲的基本形态
褶曲是褶皱构造中的一个弯曲，每一个褶曲都有核部、翼、轴面、轴及枢纽等几个褶曲要素。褶
曲的基本形态是背斜和向斜。
背斜
（上拱弯曲）
上拱弯曲，当地面受到剥蚀，较老岩层出现在褶曲的轴部，从轴部向两翼依次出现的是渐新的岩层。【新老新】
向斜
（下凹弯曲）
下凹弯曲，当地面遭受剥蚀，在褶曲轴部出露的是较新的岩层，向两翼依次出露的是较老的岩层。【老新老】
③工程在褶曲的翼部遇到的基本上是单斜构造，一般对建筑物的地基没有不良的影响。倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关系问题需要根据具体情况进行分析：
深路堑高边坡
有利
①路线垂直岩层走向。
②路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反。
不利
路线走向与岩层的走向平行，边坡与岩层的倾向一致。
最不利
路线与岩层走向平行，岩层倾向与路基边坡一致，边坡的倾角大于（陡于）岩层的倾角。【岩层倾角越大越好】
隧道工程——2011单、2014单、2019单
有利
一般从褶曲的翼部通过是比较有利的。
不利
褶曲构造的轴部，是岩层应力最集中的地方，容易遇到工程地质问题。
（3）断裂构造
1）裂隙
①在数值上一般用裂隙率表示，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。
裂隙发育程度分级表 （教材表格总结）——2014单
发育程度分级
特征
影响
不发育
1～2组
间距＞1m
对基础工程无影响
较发育
2～3组
间距＞0.4m
对基础工程影响不大
发育
3组以上
间距＜0.4m
对工程建筑物可能产生很大影响
很发育
3组以上
间距＜0.2m
对工程建筑物产生严重影响
②根据裂隙的成因，一般分为构造裂隙和非构造裂隙两类。
构造裂缝
张性裂隙
主要发育在背斜和向斜的轴部。——2015多、2017单
扭（剪）性裂隙
一般出现在褶曲的翼部和断层附近。
非构造裂缝
裂隙分布零乱， 没有规律性。
岩体中的裂隙，在工程上除有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。
2）断层
①断层一般由四个部分组成：断层面和破碎带、断层线、断盘、断距。
②根据断层两盘相对位移的情况，可分为正断层、逆断层、平推断层。
正断层
（上下下上）
①上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。
②受水平张应力或垂直作用力。
③在构造变动中多垂直于张应力的方向上发生，但也有沿已有的剪节理发生。
逆断层——2010多
（上上下下）
①上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。
②受到水平方向强烈挤压力的作用。
③断层线的方向常和岩层走向或褶皱轴的方向近于一致，和压应力作用的方向垂直。
平推断层
①两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。
②受水平扭应力作用。
1.结构体特征
2.岩体结构类型
整体块状结构
较理想的各类工程建筑地基、边坡岩体及地下工程围岩。
层状结构——2011单
①沿层面方向的抗剪强度明显比垂直层面方向的更低，有软弱结构面存在时更为明显。
②结构面倾向坡外时要比倾向坡里时的工程地质性质差得多【倾向坡里好】。
碎裂结构
变形模量、承载能力均不高，工程地质性质较差。
散体结构
属于碎石土类。
（一）岩体的变形特征
岩体的变形通常包括结构面变形和结构体变形两个部分。设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。
不同岩体具有不同的流变特性，一般有蠕变和松弛两种表现形式。
（二）岩体的强度性质
岩体是由结构面和各种形状岩石块体组成的，所以，其强度同时受二者性质的控制。
①当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，岩石的强度可视为岩体强度；
②如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制。——2011单
（一）岩石的工程地质性质（备考点）
（1）岩石的主要物理性质
重量
①一般用比重和重度两个指标表示。
②岩石重度的大小决定于岩石中矿物的比重、岩石的孔隙性及其含水情况。
③在相同条件下的同一种岩石，重度大就说明岩石的结构致密、孔隙性小，岩石的强度和稳定性也较高。
孔隙性
①岩石的孔隙性用孔隙度表示。
②孔隙度=岩石中各种孔隙的总体积/岩石的总体积。
吸水性
①吸水率=岩石的吸水重量/同体积干燥岩石重量。
②与岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度有关。
软化性
①软化系数=岩石饱和状态下的极限抗压强度/风干状态下极限抗压强度。
②值越小，表示岩石的强度和稳定性受水作用的影响越大。
抗冻性
在高寒冰冻地区，抗冻性是评价岩石工程性质的一个重要指标。
（2）岩石的主要力学性质
①岩石的变形
岩石在弹性变形范围内用弹性模量和泊桑比两个指标表示。
②岩石的强度
抗压强度＞抗剪强度＞抗拉强度，抗剪强度约为抗压强度的10%～40％，抗拉强度仅是抗压强度的2%～16%。——2009单
岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石（岩体）稳定性的指标，是对岩石（岩体）的稳定性进行定量分析的依据。
（二）土体的工程地质性质
1.土的物理力学性质（备考点）
（1）土的主要性能参数
①土的饱和度：Sr=土中被水充满的孔隙体积/孔隙总体积
Sr＜50%：稍湿状态。 Sr=50%～80%：很湿状态。 Sr＞80%：饱水状态。
②孔隙比：土中孔隙体积/土粒体积
孔隙比＜0.6：密实的低压缩性土。
孔隙比＞1.0：疏松的高压缩性土。
③土的孔隙率：土中孔隙体积/土的体积（三相）
液限
④土的塑性指数和液性指数
半固态
可塑态
流态
土的含水量
①塑性指数=液限—塑限【塑性指数愈大，可塑性就愈强】
②液性指数=（黏性土的天然含水量—塑限）/塑性指数【液限指数愈大，土质愈软】
（2）土的力学性质
①土的压缩性：计算地基沉降量时，必须取得土的压缩性指标。
②土的抗剪强度：土对剪切破坏的极限抗力称为土的抗剪强度。
2.特殊土的主要工程性质
（1）软土：泛指淤泥及淤泥质土。具有高含水量、高孔隙性、低渗透性、高压缩性、低抗剪强度、较显著的触变性和蠕变性等特性。
（2）湿陷性黄土：分为自重湿陷性和非自重湿陷性黄土。——2009单
（3）红黏土：一般呈现较高的强度和较低的压缩性。由于塑性很高，所以尽管天然含水量高，一般仍处于坚硬或硬可塑状态。甚至饱水的红黏土也是坚硬状态的。
（4）膨胀土：吸水膨胀，失水收缩，涨缩变形往复可逆。天然条件下一般处于硬塑或坚硬状态，强度较高，压缩性较低，一般易被误认为工程性能较好的土。
（5）填土
素填土（可作为一般建筑物的天然地基）
①堆填时间超过10年的黏性土。②堆填时间超过5年的粉土。
③堆填时间超过2年的砂土。
杂填土——2012单
①建筑垃圾或一般工业废料组成的杂填土处理后可作为一般建筑物地基。
②生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为主要成分的杂填土不宜做建筑物地基。
（三）结构面的工程地质性质
对岩体影响较大的结构面的物理力学性质主要是结构面的产状、延续性和抗剪强度。——2014多、——2019多
结构面的规模是结构面影响工程建设的重要性质。结构面分为I～V级：——（了解）
I级：大断层或区域性断层，控制工程建设地区的稳定性，直接影响工程岩体稳定性。——（大）
Ⅱ、Ⅲ级:往往是对工程岩体力学和对岩体破坏方式有控制意义的边界条件，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性。
Ⅳ级：Ⅳ结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质。
V级：又称微结构面，控制岩块的力学性质。——（小）
（四）地震的震级与烈度
1.地震震源
（1）震源：产生地壳震动的发源地。
（2）震中:震源在地面上的垂直投影。震中区受破坏最大。
（3）等震线:地面上受震动破坏程度相同点的外包线。
（4）地震波——纵波＞横波＞面波
体波
通过地球内部介质传播
纵波
质点振动方向与震波传播方向一致，周期短、振幅小、传播速度快。
横波
质点振动方向与震波传播方向垂直，周期长、振幅大、传播速度较慢。
面波
体波经过反射、折射而沿地面附近传播
面波的传播速度最慢。
2.地震震级
地震是依据释放出来的能量多少来划分震级的。中国科学院将地震震级分为五级。
微震
轻震
强震
烈震
大灾震
一般无震感
一般有震感
无害强震
有害强震
破坏烈震
大毁坏震
毁灭性地震
震级是以离震中距100km处标准地震仪记录的最大振幅的µm数的对数表示。
10mm→log10000=4（4级） 100mm→log100000=5（5级） 1000mm=1m→log1000000=6（6级）
3.地震烈度——2009单、2011单、2012单
地震烈度，是指某一地区的地面和建筑物遭受一次地震破坏的程度。其不仅与震级有关，还和震源深度，距震中距离以及地震波通过介质条件（岩石性质、地质构造、地下水埋深）等多种因素有关。
基本烈度
代表一个地区的最大地震烈度。
建筑场地烈度
（小区域烈度）
建筑场地内因地质条件、地貌地形条件和水文地质条件的不同而引起的相对基本烈度有所降低或提高的烈度。
设计烈度
对基本烈度的调整。
4.震级与烈度的关系
一般情况下，震级越高、震源越浅、距震中越近，地震烈度就越高。一次地震只有一个震级，但震中周围地区的破坏程度，随距震中距离的加大而逐渐减小，形成多个不同的地震烈度区，它们由大到小依次分布。
震级与烈度关系表
震级（级）
3以下
3
4
5
6
7
8
8以上
震中烈度（度）
I～Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ～V
Ⅵ～Ⅶ
Ⅶ～Ⅷ
Ⅸ～X
Ⅺ
Ⅻ
