工程地质与土力学教案12造价.docx
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工程地质与土力学教案12造价.docx
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工程地质与土力学教案12造价
湖南水利水电职业技术学院
HunanHydroelectricVocationalTechnologyCollege
工程地质与土力学
教案
2012~2013学年第1学期
所属教研室
造价教研室
课程名称
土力学与工程地质
课程类型
专业基础课
教材名称
工程地质与土力学
出版社及出版时间
黄河水利出版社
参考教材
土工试验规程1999
课程教学总学时数
64
考试类型
考试
专业
造价工程
年级、班级
主讲教师
水利建筑工程系编
第1次课
执
行
记
录
日期
9月4号
9月4号
星期
三
三
检查
签字
班级
12造价3班
12造价4班
节次
1、2
3、4
课程
内容
绪论
造岩矿物
课程
类型
√理论实训
知识
目标
能力
目标
了解工程地质学、土力学的概念、研究内容;理解地基基础的含义;掌握工程地质问题,地基基础。
了解矿物与造岩矿物的概念;理解矿物的物理性质;掌握主要造岩矿物肉眼鉴定特征。
教学
重点
与难
点
重点:
工程地质问题,地基基础的概念。
矿物的物理性质及常见矿物的识别;
难点:
工程地质问题,地基基础的概念。
常见矿物的肉眼鉴别。
;
主要
教学
方法
理论教学,多媒体演示,案例法
教学
环节
时间
分配
1.课堂教学时间
70’
3.练习时间
10’
2.实训教学时间
4.归纳小结时间
10’
教学
后记
用多媒体演示地基基础的事故案例,及矿物的图片,使抽象概念变得直观具体,易于理解接受,教学效果很好.
课外作业
1.地球的内部构造分为哪几部分?
分界面叫什么?
构成地壳的主要化学元素有哪些?
2.矿物有哪些鉴定特征?
常见的造岩矿物有哪几种?
绪论
0.1工程地质学与土力学的研究对象和任务
工程地质学是地质学的一个分支,是专门研究与工程设计、施工和正常运用有关的地质问题的科学。
而土力学则是力学的一个分支,主要研究与工程建设有关的土的应力、变形、强度、渗流及长期稳定性的一门学科。
然而它们的研究目的又是相同的,即都是为了保证建筑物地基的岩体、土体稳定和建筑物的正常使用提供可靠的地质论证和力学计算依据。
因此这两门学科在工程实践中也是互相依存、互相渗透、互相结合的。
1.工程地质学的作用和任务
工程地质工作的任务是:
查明建筑区的工程地质条件,预测可能出现的工程地质问题,并提出解决这些问题的建议和方案,为工程设计、施工和正常运用提供可靠的地质资料,以保证建筑物修建得经济合理和安全可靠。
所谓工程地质条件,即是指地形、地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、物理地质作用和天然建筑材料等与工程建设有关的地质条件。
2.土力学的作用与任务
土力学的研究对象是土,是专门解决工程中有关土的问题的学科。
土是岩石风化的产物,其性质复杂多变,修筑工程建筑物时,土作为地基或建筑材料使用以及充当周围介质,都必须全面研究分析土的物理力学性质和土的渗透、变形、强度和稳定的特性,要求作用在地基上的荷载强度不超过地基的承载力,保证地基在防止剪切破坏方面有足够的安全系数。
0.2本课程的基本内容与学习要求
本课程是一门理论性和实践性较强的课程,作为一门职业技术课,它一方面是提高学生自身职业能力的基础,另一方面也为将来的其他职业技术课如水工建筑物、水利工程施工、水利工程管理打下良好基础。
1.基本内容
1)了解岩石、地质构造、自然地质作用、地下水的基本概念及对水利工程建筑的影响。
2)了解水利工程的工程地质条件及主要的工程地质问题。
3)了解土的基本物理性质,即土的颗粒组成、密度、湿度、可塑性以及土所处的物理状态。
了解土的力学性质,即土在外力作用下所表现的渗透性、压塑性和抗剪强度等及其指标的测定方法。
4)掌握地基应力、变形和地基承载力以及挡土墙土压力计算原理和一般计算方法。
5)了解水利工程的地基处理的方法和原理。
2.学习要求
由于本课程实践性较强,在学好基础理论的同时,对工程地质部分,应重视野外地质现象的观察、识别及其对水利工程建设的影响。
对于土力学部分应注意各种计算方法的适用范围及简化、假设可能引起的误差范围,通过对土工试验规程的学习,掌握室内土工试验基本方法,了解野外原位测试的新技术,提高分析解决实际问题的能力。
0.3工程地质学与土力学的发展简况
工程地质学与土力学是与工程建设紧密联系的两门学科,是随着国家经济建设的发展而发展的。
工程建设需要学科理论,学科理论的发展离不开工程建设。
21世纪人类将面对资源和环境这一严酷生存问题的挑战,各种各样岩土工程问题需要解决,这恰恰是青年学生将来要肩负的任务。
第1章岩石及其工程地质性质
1.1造岩矿物
矿物 是地壳中的化学元素经过自然化合作用而形成的。
它是各种地质作用的产物,是岩石的基本组成部分。
矿物都具有一定化学成分,可用化学式表达。
如金刚石、石盐和石膏,它们的化学成分分别是C、NaCl、CaSO4·2H2O。
矿物通常以固态存在地壳中,只有极少数呈液态(如石油、汞)和气体(如天然气)。
固体矿物大多数为结晶体,又分为显晶质体和隐晶质体。
少数矿物呈非晶质体其内部质点没有规律,不具有规则的几何外形。
例如蛋白石(SiO2.nH2O)。
又分为玻璃质体(火山作用形成的)和胶质体(沉淀作用形成的)。
造岩矿物 组成岩石主要成分的矿物称造岩矿物,它们占岩石中所有矿物的90%以上。
自然界产出的矿物已知有3000多种,而组成岩石的主要矿物仅30多种,最常见的有石英、斜长石、正长石、白云母等等。
1.1.2矿物的形态
矿物的形态是指单个矿物和群体矿物的形态。
是矿物成分、晶体构造和生成环境等综合影响的结果。
1.矿物单体的形状
矿物单体的形状是指矿物单个晶体的形状,主要有以下形状:
1一向延伸型晶体;如柱状、针状
2二向延展型晶体;如片状、板状、鳞片状
③三向等长型晶体。
如粒状,多为立方体、八面体等
2.矿物集合体的形状
自然界中绝大多数矿物是以集合体的形态出现,指的是同种矿物的不规则连生体。
柱状、针状、纤维状集合体
①显晶质集合体板状、片状集合体
粒状集合体
分泌体:
如:
玛瑙
结核体:
如:
鲕状、豆状、肾状赤铁矿
②隐晶和胶态集合体钟乳状体:
如:
方解石钟乳、葡萄状
致密块状和土状块体:
蛋白石、高岭土等
1.1.3矿物的物理性质
1.矿物的光学性质
矿物的光学性质是指矿物对自然光的反射、折射和吸收等所呈现的光学现象。
主要有:
颜色、条痕、光泽和透明度。
2.矿物的力学性质
指矿物矿物抵抗外力作用(刻划、打击、压拉等)所表现出来的性质。
包括矿物的解理、断口、硬度。
1.1.4主要造岩矿物鉴定特征
地壳中发现的矿物有三千多种,但是常见矿物只有几十种,主要矿物不过十几种:
⑴斜长石39%⑹云母5%⑾磁铁矿1.5%
⑵钾长石12%⑺稀土矿物4.6%(+钛铁矿)
⑶石英12%⑻橄榄石3%其他矿物4.5%
⑷辉石11%⑼方解石1.5%
⑸角闪石5%⑽白云石0.9%
常见矿物的特征:
如石英、正长石、斜长石等。
第2次课
执
行
记
录
日期
9月6号
9月6号
星期
五
五
检查
签字
班级
12造价4班
12造价3班
节次
1、2
3、4
课程
内容
1.2岩浆岩
课程
类型
√理论实训
知识
目标
能力
目标
了解地球的圈层构造,岩浆岩的形成;理解岩浆岩的结构构造;掌握岩浆岩的分类定名及常见岩浆岩的肉眼鉴别。
教学
重点
与难
点
重点:
岩浆岩的结构构造,岩浆岩的分类定名及肉眼鉴别;
难点:
常见岩浆岩的分类定名及肉眼鉴别。
主要
教学
方法
理论教学,播放《火山》教学片
教学
环节
时间
分配
1.课堂教学时间
20’
3.练习时间
0’
2.实训教学时间
60’
4.归纳小结时间
10’
教学
后记
通过播放《火山》教学片,对火山的喷发过程、岩浆岩的形成与产状,都有详尽的描述,生动直观,教学效果很好。
课外作业
1.什么是岩石?
它同矿物有何关系?
2.什么是岩浆岩的产状?
侵入岩的产状都有哪些?
3.岩浆岩有哪些结构类型,它们与成因有何联系?
1.2岩浆岩
岩石——是由矿物按照一定规律组合起来的集合体。
地壳是由各种不同的岩石组成,按照岩石的形成原因不同分为:
岩浆岩、沉积岩、变质岩。
岩石的结构与构造
不同的岩石具有不同的化学成份、矿物组成、颜色、结构、构造,是区别岩石类型的重要依据。
1.岩石的结构(附照片)
——指岩石中矿物之间的相互关系的反映,如等粒结构、斑状结构、显晶质结构等。
2.岩石的构造(附照片)
——指岩石中由于物质组成的差异或结构的差异所反映出的外观的总体特征。
如气孔状构造、层状构造等。
1.2.1岩浆岩的成因
岩浆作用——指岩浆的形成、活动以及冷凝的全部过程。
岩浆岩是由岩浆冷凝固结而形成的岩石。
占地壳岩石体积的64.7%,广泛分布在地表或地下;大陆或海洋。
岩浆作用的方式有两种:
喷出作用(火山作用)和侵入作用。
1.喷出作用(火山作用)
火山喷发类型(附照片)有:
裂隙式火山和中心式火山
另外根据现代火山喷发活动的情况分为:
活火山,死火山和休眠火山。
2.侵入作用
侵入作用——深部岩浆向上运动,侵入到周围岩石而来到达地表便冷凝,结晶形成岩石的作用,分深成侵入(深度>5km的岩浆侵入活动,形成深成岩)和浅成侵入(深度<5km的岩浆侵入活动,形成浅成岩)。
1.2.1岩浆岩的产状
(1)、深层侵入岩体的产状和特征
1).岩基——是巨大的不规则窟窿状侵入岩体,面积常达几百至上万平方公里,愈往深处面积愈大。
2).岩株——是较小的侵入岩(小于100平方公里)。
(2)、浅成侵入岩体的产状及特征
1).岩床——是岩浆侵入到用围岩的层面之间呈板状的浅成侵入体。
通常为基性岩浆所形成的。
2).岩盘、岩盖——岩浆上升后顺着近于水平的岩层侵入,如形态是顶平下凹的盘状称为岩盘(岩盆);如形态是底平上凸的盖状称为岩盖。
多为中酸性侵入岩体
岩脉和岩墙——岩浆沿围岩裂隙侵入并冷凝而形成的狭长形浅成侵入体。
规模较大,较整齐,产状近直立的,趁为岩墙。
各类型岩浆都能形成。
1.2.3.岩浆岩的成分
(1)、岩浆岩的化学成分
岩浆岩的化学成分实际上和岩浆的成分大体一致,虽然几乎包括了地壳中各种元素,但它们的含量相差极为悬殊,其中以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti等元素的含量最多,占组成岩浆岩元素总量的99%以上。
(2)、岩浆岩的矿物成分
组成岩浆岩的矿物以硅酸盐矿物为主,其中最多的是长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等(以上石英属于氧化物)、占岩浆岩矿物总含量的99%,所以称之为岩浆岩的重要造岩矿物。
硅铝矿物和铁镁矿物在岩浆岩中的含量和比例,不仅影响岩石的颜色,而且影响岩石的比重。
1.2.4.岩浆岩的结构
岩浆岩的结构——指岩石中矿物的形态、大小、和结晶程度以及颗粒之间的关系。
常见的结构有:
按结晶程度分
按颗粒绝对大小分
按颗粒相对大小分
按晶形完整程度分
深成岩
浅成岩
全晶质结构
半晶质结构
显晶质结构
等粒结构
不等粒结构
似斑状结构
斑状结构
自形结构
半自形结构
他形结构
喷出岩
玻璃质结构
隐晶质结构
1.2.5.岩浆岩的构造
岩浆岩的构造——指岩石中不同矿物集合体之间的排列方式及其在空间填充方式所表现出来的特点。
常见结构
常见于岩石
块状结构
条带状结构
各类侵入岩
流纹结构
酸性喷出岩(流纹岩)
气孔结构
杏仁结构
基性喷出岩(玄武岩)
枕状结构
海底基性喷出岩(玄武岩)
1.2.6.岩浆岩的分类
首先,根据岩浆岩的SiO2含量,可以将岩浆岩分成超基性岩、基性岩、中性岩及酸性岩。
它们分别相当于四种基本岩浆类型。
再根据主要矿物成分、产状、结构构造划分具体的岩石类型。
1.2.7.常见岩浆岩
1.花岗岩
2.正长岩
3.玄武岩
第3次课
执
行
记
录
日期
9月11号
9月11号
星期
三
三
检查
签字
班级
12造价3班
12造价4班
节次
1、2
3、4
课程
内容
1.3沉积岩
1.4变质岩
1.5岩石工程地质性质
课程
类型
√理论实训
知识
目标
能力
目标
了解沉积岩和变质岩的形成;理解沉积岩和变质岩的结构构造;掌握沉积岩和变质岩的分类定名及肉眼鉴别。
教学
重点
与难
点
重点:
沉积岩和变质岩的结构构造、分类定名及肉眼鉴别;各类岩石的工程地质性质。
难点:
沉积岩和变质岩的分类定名及肉眼鉴别。
岩石的矿物成分、结构、构造、成因、水和风化作用对岩石工程地质性质的影响。
主要
教学
方法
理论教学,多媒体演示各种岩石标本图片和岩石的结构、构造
教学
环节
时间
分配
1.课堂教学时间
70’
3.练习时间
10’
2.实训教学时间
0’
4.归纳小结时间
10’
教学
后记
三大类岩石的成因及常见岩石的分类要加强记忆。
课外作业
1.什么是碎屑岩?
碎屑岩有哪几种常见岩石?
2.沉积岩与岩浆岩在成因、产状、矿物成分结构构造方面有哪些区别?
3.变质作用有哪几种?
试述变质岩的主要构造特征。
1.3沉积岩
沉积岩是地表分布最广的岩石,占地壳表面积的75%。
因此研究沉积岩
1.3.1.沉积岩的形成
成岩作用——自然界的各种松散沉积物变为坚固岩石的作用。
影响成岩作用的因素主要有:
1).内因方面:
沉积物的原始成分和结构。
2).压力、温度、水和水溶液中的物质成分以及微生物和有机物。
成岩作用主要有:
压固脱水作用、胶结作用、重结晶作用、微生物及有机质的作用。
1.3.2.沉积岩的矿物成分
沉积岩——是由于沉积物在一定的埋藏条件下,经过复杂的成岩作用所形成的层状岩石。
沉积岩矿物成分有碎屑矿物、粘土矿物、化学及生物化学矿物三大类。
组成沉积岩的常见矿物有石英、白云母、粘土矿物、钾长石、钠长石、方解石、白云石、石膏、硬石膏、赤铁矿、褐铁矿、玉髓、蛋白石等。
1.3.3.沉积岩的结构
沉积岩的结构是指沉积岩颗粒的性质、大小、形态及相互关系。
不同类型的沉积岩由于物质来源不同,形成的作用和方式不同,所以具有不同的结构类型:
1)碎屑结构——通常由两部分物质组成,即碎屑物和胶结物。
碎屑物可以是岩石碎屑(岩屑)、矿物碎屑、生物碎屑以及火山碎屑等。
胶结物质指填充于碎屑孔隙之间的物质如钙质、硅质、铁质以及石膏、海绿石和有机质等。
碎屑颗粒粗细的均匀程度称为分选性。
碎屑颗粒棱角的磨损程度称为磨圆度,或圆度。
2)泥质结构----泥质结构是指由极细小( 是粘土岩特有的结构。 3)晶粒结构——由各种溶解物质或胶体物质沉淀而成的化学沉积岩(生物化学岩)常具有的结构。 4)生物结构----是指主要由生物遗体组成的结构,如贝壳结构、珊瑚结构等。 1.3.4、沉积岩的构造 层(岩层)——指在成分、颜色、结构上基本均一的沉积岩组合。 1)层理构造 2)层面构造 3)结核 4)含化石。 1.3.5、沉积岩的分类 根据沉积岩的矿物组成、结构和形成条件,可将沉积岩分为碎屑岩、黏土岩、化学岩及生物化学岩三大类。 1.3.6、常见的沉积岩 (1)砾岩 (2)砂岩(3)粉砂岩(4)火山碎屑岩 (5)粘土岩(6)化学岩和生物化学岩 1.4变质岩 1.4.1.变质作用类型 变质岩是原先生成的岩浆岩、沉积岩和变质岩经变质作用后形成的新岩石。 根据变质因素和地质条件的不同分为四种类型: (1)、接触变质作用——岩浆侵入与围岩接触的地带,由于温度增高和气水热液与围岩发生的作用。 (2)、动力变质作用(破裂变质作用) ——构造运动使岩石产生破碎、变形、重结晶的一种变质作用。 主要出现在断裂带附近,常形成特有的构造岩: 碎裂岩、角砾岩、和摩枝岩等。 (3)、区域变质作用 ——是在广大范围内发生,并由温度、压力以及化学活动性流体等多种因素引起的变质作用。 1.4.2.变质岩的矿物成分 一部分矿物是在其它岩石中也存在的矿物,如石英、长石、云母、角闪石、辉石、磁铁矿以及方解石、白云石等。 还有一部分矿物是在变质过程中产生的新矿物,如石榴子石、蓝闪石、绢云母、绿泥石、红柱石、阳起石、透闪石、滑石、硅灰石、蛇纹石、石墨等变质矿物。 这些矿物是在特定环境下形成的稳定矿物,可以作为鉴别变质岩的标志矿物。 1.4.3.变质岩的结构 ①变余结构②变晶结构③碎裂结构 1.4.4.变质岩的构造 ①片理构造: 片麻状构造、片状构造、千枚状构造、板状构造 ②块状构造。 1.4.5变质岩的分类 1.4.6.常见变质岩特征 (1)片麻岩 (2)片岩(3)千枚岩(4)板岩 (5)石英岩(6)大理岩 1.5岩石的工程地质性质评述 1.5.1岩浆岩的工程地质特征 1.5.2沉积岩的工程地质特征 1.5.3变质岩的工程地质特征 第一章矿物和岩石练习题 1、岩石圈是由和的固体岩石组成。 2、新生代的第三纪又分为和。 第四纪又分为和。 3、矿物的光学性质有、、和。 矿物的力学性质有和。 4、石英的相对硬度为___,_______矿物的相对硬度为3。 5、片理构造根据片理面特征、变质程度等特点又分为、、、。 6、组成岩浆岩最主要七种矿物是、、、、、 和。 7、地质学确定岩石新老顺序主要依据下列基本规律: 、 和。 8、沉积岩中的碎屑岩,按碎屑颗粒大小可分为、和。 9、按成因沉积岩可分为、、三大类。 10、化石是指保存在沉积岩中的古生物的和。 11、自然界的岩石按成因可以分为三类,它们是: 、和; 其中大理岩属于,石英岩属于;玄武岩是属于,石灰岩是属于。 12、地球具有圈层构造。 以地表为界总的分为和两个圈层。 13、摩氏硬度计中,硬度为3、4、6、7的矿物依次为: 、、、和。 在野外,通常用小刀、指甲来粗略测试矿物硬度,小刀的硬度是左右, 指甲的硬度是左右。 14、三大类岩石在地表分布最广泛的是_____占地壳重量百分比最多的是_____。 15、云母有____组_______解理,方解石有___组完全解理 16、石英的晶面为_______光泽,而断口为_______光泽 17、碎屑岩的胶结物主要有_____、______、_____和_____四种。 18、.碎屑岩的胶结方式有_____、______、_____三种方式。 19、岩浆岩根据化学成分(SiO2)和矿物组成划分为_____、______、_____和_____四种。 20、.沉积岩的形成可分为_____、______、_____和_____四阶段。 21、变质作用的类型有_____、______、_____和_____四种。 22、岩石中较大的矿物晶体被细小晶粒或隐晶质、玻璃质矿物所包围的结构叫_________,较大的晶体矿物叫__________;细粒的微小晶粒或隐晶质、玻璃质叫___________。 23、在下列物质中,请指出: 高岭石、玄武岩、砂岩、人造金刚石、片岩,黄铁矿、大理岩、花岗岩、化石、方解石、白云岩、流纹岩、石膏、石灰岩、片麻岩、绿泥石、黏土岩、闪长玢岩、凝灰岩、断层角砾岩 ①矿物是: ; ②喷出岩是: ; ③侵入岩是: ; ④沉积岩是: ; ⑤变质岩是: ; ⑥可溶(于自然界水中)的矿物和岩石是: ; ⑦遇水可能易于泥化的岩石是: ; 第4次课 执 行 记 录 班级 节次 日期 9月13号 9月13号 星期 五 五 检查 签字 班级 12造价4班 12造价3班 节次 1、2 3、4 课程 内容 2.1地质作用 2.2地质年代 2.3岩层产状 课程 类型 √理论实训 知识 目标 能力 目标 了解地质年代的确定方法;理解岩层产状三要素及熟记地质年代表;掌握外力地质作用和内力地质作用的几种作用方式,地层和地质年代概念。 教学 重点 与难 点 重点: 内力地质作用的方式,地层和地质年代的概念; 难点: 构造运动,岩层产状三要素测定。 主要 教学 方法 理论教学,多媒体演示 教学 环节 时间 分配 1.课堂教学时间 70’ 3.练习时间 10’ 2.实训教学时间 4.归纳小结时间 10’ 教学 后记 用多媒体动画演示构造运动,岩层接触关系法使抽象概念变判断地层的新旧关系,易于理解接受,教学效果很好. 课外作业 1.相对地质年代是依据什么划分的? 2.主要内、外力地质作用有哪些方式? 第2章地质构造 2.1地质作用 由于自然动力所引起,促使地壳物质成分、结构及地表形态发生变化的作用称为地质作用。 根据地质作用的动力来源可将其分为内力地质作用和外力地质作用。 2.1.1外力地质作用 外力地质作用是由地球以外的能源引起的。 太阳的幅射能是最主要的外力作用,还有日月引力能和陨石碰撞能等。 有了太阳,才有昼夜的温差,产生空气对流、大气环流及各种水流和冰川。 外力作用唱的是三部曲: 首先是使岩石破碎,然后是把它们从原来的地方搬走,搬运到另一个地方去沉积下来,即风化剥蚀—搬运—沉积。 所以,外力作用的总趋势是“削高填平”,称为地球的渐变说。 2.1.2内力地质作用 内力地质作用是由地球内部的能源,例如旋转能、重力能、放射性元素衰变产生的能量以及化学能、结晶能等引起。 根据其动力来源和作用方式可分为构造运动、岩浆活动、变质作用和地震等,称为地球演变的“灾变说”。 构造运动又称地壳运动,是一种机械运动,涉及范围包括地壳及上地幔上部即岩石圈。 按运动方向可分为水平运动和垂直运动。 垂直方向的构造运动使相邻块体作差异性上升或下降。 水平方向的构造运动使岩块相背分离裂开或相向聚汇,发生挤压、弯曲或剪切、错开。 构造运动使地壳中的岩层发生变形、变位,形成褶皱构造、断裂构造和倾斜构造。 将这些构造行迹统称为地质构造。 2.2地质年代 地球形成至今已有46亿年,对整个地质历史时期,地球的发展演化及地质事件记述需要一套相应的时间的概念即地质年代。 地质学以相对年代和绝对年代两种方法计算时间。 表示地质事件发生的先后顺序为相对
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- 工程地质 土力学 教案 12 造价