巖石的工程地質(zhì)評述_工程地質(zhì)

礦物是在各種地質(zhì)作用中所形成的天然單質(zhì)或化合物。具有一定的化學成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而有一定的形態(tài)、物理性質(zhì)和化學性質(zhì)。它們在一定的地質(zhì)和物理化學條件下穩(wěn)定，是構(gòu)成巖石的基本單位。也就是說，礦物的集合體即為巖石。但由于地質(zhì)作用的性質(zhì)和所處環(huán)境不同，不同巖石的礦物組合關(guān)系也不同，從而使巖石具有一定的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。其中巖石的結(jié)構(gòu)是指巖石中礦物的結(jié)晶程度、顆粒大小、形狀及顆粒間的相互關(guān)系；巖石的構(gòu)造是指巖石中礦物集合體之間或礦物集合體與巖石的其他組成部分之間的排列方式及充填方式。另外，巖石根據(jù)其不同成因可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。這三類巖石之間相互聯(lián)系、相互演變，加之在成因上還逐漸過渡，難以區(qū)分，因此構(gòu)成了地殼復雜的物質(zhì)基礎。

目前，地殼中已發(fā)現(xiàn)的礦物有3000多種。除個別以氣態(tài)（如碳酸氣、硫化氫氣等）或液態(tài)（如水、自然汞等）出現(xiàn)外，絕大多數(shù)均呈固態(tài)。固態(tài)物質(zhì)按其質(zhì)點（原子、離子、分子）的有無規(guī)則排列，可分為晶質(zhì)體和非晶質(zhì)體。在晶質(zhì)體中，習慣上還根據(jù)肉眼能否分辨晶粒而分為顯晶質(zhì)和隱晶質(zhì)兩類。大多數(shù)礦物是晶質(zhì)的，但非晶質(zhì)礦物，特別是其中的膠體礦物，也有一定的數(shù)量。

礦物的形態(tài)是指礦物的單體及同種礦物集合體的外貌特征。在自然界，礦物多數(shù)呈集合體出現(xiàn)，但是也出現(xiàn)具有規(guī)則幾何多面體形態(tài)的單晶體，所以礦物單體形態(tài)就是指礦物單晶體的形態(tài)。

礦物的單晶體形態(tài)可分為兩種，一種是由單一形狀的晶面所組成的晶體，稱為單形。如黃鐵礦的立方體晶形，就是由6個同樣的正方形晶面所組成的（圖1-1(a)）；磁鐵礦的八面體晶形，則是由8個同樣的等邊三角形晶面所組成的。另一種是由數(shù)種單形聚合而成的晶體，稱為聚形。如石英的晶體通常是由六方雙錐和六方柱這兩種單形聚合而成的（圖1-1(b)）。

圖1-1　單形和聚形

應該指出的是，我們這里所說的晶體形態(tài)是理想晶體形態(tài)。所謂理想晶體，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)應嚴格地服從空間格子規(guī)律，外形應為規(guī)則的幾何多面體，面平、棱直，同一單形的晶面同形等大。但是，實際上晶體在生長過程中，真正理想的晶體生長條件是不存在的，總會不同程度地受到復雜的外界條件的影響，而不能嚴格地按照理想發(fā)育。此外，晶體在形成之后，還可能受到溶蝕和破壞。因此，實際晶體與理想晶體相比較，就會有一定的差異。

還應注意的是，同一種礦物因其形成時物理化學條件的不同，可以出現(xiàn)幾種不同的晶形。例如磁鐵礦的晶體除有八面體的單形外，還有菱形十二面體的單形以及八面體和菱形十二面體的聚形。而不同的礦物又可以有相似的晶形，如巖鹽、螢石、黃鐵礦等都可以呈現(xiàn)立方體的晶形。這在鑒定礦物時是必須注意的。

在自然界中，晶質(zhì)礦物很少以單體出現(xiàn)，而非晶質(zhì)礦物則根本沒有規(guī)則的單體形態(tài)，所以常按集合體的形態(tài)來識別礦物。礦物集合體形態(tài)往往反映了礦物的生成環(huán)境。常見礦物集合體形態(tài)有：

（1） 晶簇

一種或多種礦物的晶體，其一端固定在共同的基底之上，另一端則自由發(fā)育成比較完好的晶形，顯示它是在巖石的空洞內(nèi)生成的，這種集合體的形態(tài)，稱為晶簇。如水晶簇、方解石晶簇等。

（2） 粒狀

是由大小相近，不按一定規(guī)律排列的礦物晶粒聚合在一起形成的粒狀集合體。按粒度大小可分為粗粒狀、中粒狀和細粒狀3種。

（3） 纖維狀

是由許多針狀或柱狀的同種單體礦物平行排列而成。如石棉、纖維石膏等。

（4） 鐘乳狀

是鈣質(zhì)溶液或膠體因水分蒸發(fā)，從同一基地向外逐層生長而成的圓錐形或圓柱形礦物集合體。如由洞頂向下生長而形成下垂的石鐘乳；由下向上逐漸生長的石筍；石鐘乳和石筍相互連接時，就形成了石柱。

（5） 鮞狀

膠體物質(zhì)圍繞著某質(zhì)點凝聚而成一個結(jié)核，一個個細小的結(jié)核聚合成集合體，形似魚卵。如鮞狀赤鐵礦。

（6） 土狀

集合體疏松如土，是由巖石或礦石風化而成。如高嶺石。

（7） 塊狀

礦物細小緊密集合在一起，無一定排列形式。如蛋白石、塊狀石英。

礦物的物理性質(zhì)由礦物的化學成分和晶體構(gòu)造所決定，主要包括顏色、條痕、光澤、透明度、硬度、解理、斷口、密度和相對密度等。

1) 顏色

礦物的顏色主要取決于礦物的化學成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是礦物對可見光波的吸收作用所致。根據(jù)礦物顏色產(chǎn)生的原因，可將顏色分為自色、他色和假色。

(1) 自色

自色取決于礦物的內(nèi)部性質(zhì)，是礦物本身所固有的顏色。如黃鐵礦呈現(xiàn)銅黃色，方解石為白色。自色比較固定，因而具有鑒定意義。

(2) 他色

他色是礦物混入了某些雜質(zhì)所引起的，與礦物的本身性質(zhì)無關(guān)。他色不固定，隨雜質(zhì)的不同而異。如石英是無色透明的，常因有色的雜質(zhì)混入而呈現(xiàn)紫色、玫瑰色、煙灰色等。

(3) 假色

假色是由于礦物內(nèi)部的裂隙或表面的氧化薄膜對光的折射、散射所引起的。如方解石解理面上常出現(xiàn)的虹彩。

2) 條痕

礦物粉末的顏色稱為條痕，是指礦物在白色無釉瓷板上擦劃時所留下的粉末痕跡。條痕可清除假色顯示自色。例如赤鐵礦有紅色、鋼灰色、鐵黑色等多種顏色，而條痕總是櫻紅色。

3) 光澤

礦物表面反射光線的能力，稱為光澤。根據(jù)礦物光澤的強弱分為以下3種：

(1) 金屬光澤

反射性很強，類似于金屬磨光面上的反射光，閃耀奪目。如方鉛礦、黃鐵礦、黃銅礦等。

(2) 半金屬光澤

類似于一般金屬光澤，但較為暗淡。如磁鐵礦、鉻鐵礦等。

(3） 非金屬光澤

按其反光強弱可細分為金剛光澤，如金剛石、閃鋅礦；玻璃光澤，如水晶、螢石；油脂光澤，如石英斷口上的光澤；絲絹光澤，如石棉、石膏；珍珠光澤，如白云母；蠟狀光澤，如蛇紋石；土狀光澤，如高嶺石。

4) 透明度

礦物透過可見光的能力，稱為透明度。透明度取決于礦物的化學性質(zhì)與晶體構(gòu)造，還明顯和厚度及其他因素有關(guān)。因此，有些看來是不透明的礦物，當其磨成薄片時（0.03mm），卻是透明的。據(jù)此，透明度可分為以下3級：

(1) 透明

絕大部分光線可以透過礦物，因而隔著礦物的薄片可以清楚地看到對面的物體。如無色水晶、冰洲石（透明的方解石）等。

(2） 半透明

光線可以部分透過礦物，因而隔著礦物薄片可以模糊地看到對面的物體，如閃鋅礦、辰砂等。

(3） 不透明

光線幾乎不能透過礦物，如黃鐵礦、磁鐵礦、石墨等。

5) 硬度

礦物抵抗外力刻劃、壓入、研磨的能力，稱為硬度。一般采用兩種礦物對刻的方法來確定礦物的相對硬度，并以“摩氏硬度計”中所列舉的10種礦物作為對比的標準，見表1-1。例如某礦物能被石英所刻動，但不能被長石所刻動，則礦物的硬度必介于6°～7°之間，可以確定為6.5°。但必須指出，摩氏硬度只是相對等級，并不是硬度的絕對數(shù)值，所以不能認為金剛石比滑石硬10倍。

表1-1　摩氏硬度計

在野外現(xiàn)場，為了方便起見，常用指甲（2°～2.5°）、小刀（5°～5.5°）來粗略地測定礦物的硬度。

6) 解理

晶質(zhì)礦物受打擊后常沿一定方向裂開，這種特性稱為解理。裂開的光滑平面稱為解理面。礦物之所以產(chǎn)生解理，是由于內(nèi)部質(zhì)點規(guī)則排列的結(jié)果。

根據(jù)礦物解理面的完全程度，可將解理分為極完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理。

(1) 極完全解理：解理面非常平滑光亮，極易裂開成薄片，如云母。

(2) 完全解理：解理面平滑，礦物易分裂成薄板狀或小塊，如方解石。

(3) 中等解理：解理面不甚平滑，如角閃石。

(4) 不完全解理：解理面很難出現(xiàn)，如磷灰石。

7) 斷口

礦物受打擊后，沿任意方向發(fā)生不規(guī)則的斷裂，其凹凸不平的斷裂稱為斷口。斷口和解理是互為消長的，解理越完善，則斷口越難出現(xiàn)。斷口可分為貝殼狀斷口（如石英）、參差狀斷口（如黃鐵礦）和鋸齒狀斷口（如自然銅）。

8) 密度和相對密度

礦物的密度是指礦物單位體積的質(zhì)量，度量單位通常為g/cm3。礦物的相對密度則是礦物在空氣中的重量與4℃時同體積水的重量比，與密度在數(shù)值上是相同的，但它更易于測定。通常情況下，大比重礦物手感很沉，如方鉛礦、重晶石、黑鎢礦等。

礦物的物理性質(zhì)還表現(xiàn)在其他很多方面，例如磁性、壓電性、發(fā)光性、彈性、撓性、脆性、延展性等。

在目前發(fā)現(xiàn)的3000多種礦物中，主要有20多種構(gòu)成巖石的主要成分，且明顯影響巖石性質(zhì)，對鑒定巖石類型起重要作用，這些礦物被稱為造巖礦物。常見的造巖礦物及其鑒定特征見表1-2。

表1-2　常見的造巖礦物及其鑒定特征、成因產(chǎn)狀及用途

續(xù)表1-2

續(xù)表1-2

由巖漿冷凝固結(jié)后形成的巖石稱為巖漿巖（或火成巖），占地殼總質(zhì)量的95％。在三大巖類中，巖漿巖占有重要的地位。

巖漿巖的成分不同于巖漿，主要是含揮發(fā)成分的量極少或無。巖漿可以在不同的地質(zhì)環(huán)境下冷凝固結(jié)成巖，通常將其分為侵入巖和噴出巖兩大類。侵入巖是指巖漿在地下不同深度冷凝固結(jié)的巖石，根據(jù)其形成深度的不同，可進一步分為深成巖和淺成巖。噴出巖是指巖漿及其他巖石、晶屑等沿火山通道噴出地表形成的巖石。它又可分為兩類巖石：一類是由巖漿沿火山通道噴溢地表冷凝固結(jié)而成，稱為熔巖；另一類是由火山爆發(fā)出來的各種巖石碎塊、晶屑、巖漿團塊等各種火山碎屑物質(zhì)堆積而成，稱為火山碎屑巖。

1) 巖漿巖的礦物成分

組成巖漿巖的大多數(shù)礦物，根據(jù)其化學成分特征，常分為硅鋁礦物和鐵鎂礦物。硅鋁礦物中SiO2和Al2O3的含量較高，不含鐵、鎂，包括石英與長石類礦物，它們的顏色通常較淺，又叫淺色礦物；鐵鎂礦物中含F(xiàn)eO和MgO較多，SiO2和Al2O3較少，包括橄欖石類、輝石類、角閃石類及黑云母類，礦物顏色較深，又叫深色或暗色礦物。

根據(jù)造巖礦物的含量及在巖漿巖分類和命名中所起的作用，可把巖漿巖的礦物分為主要礦物、次要礦物和副礦物3類。

主要礦物：是巖石中含量較多的礦物，一般都在10%以上。它們對劃分巖石大類不起作用，但可作為確定巖石種屬的依據(jù)，如石英閃長巖中的石英。

次要礦物：是巖石中含量不多的礦物，一般都在10%以上。它們是劃分巖石大類的依據(jù)，如花崗巖中的鉀長石和石英，沒有它們就不能定名為花崗巖。

副礦物：是巖石中含量很少的礦物，通常不到1%，偶爾可達5%。如磷灰石、磁鐵礦等。

2) 巖漿巖的化學成分

地殼中存在的元素在巖漿中幾乎都有，O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti在巖漿巖中普遍存在。巖漿巖中的化學成分常用氧化物表示，根據(jù)SiO2的含量，可以把巖漿巖分為4類：超基性巖（SiO2<45％）、基性巖（SiO2：45％～52％）、中性巖（SiO2：52％～65%）、酸性巖（SiO2>65%）。

巖漿巖中各種氧化物有一定的變化規(guī)律，當SiO2含量增高時，Na2O和K2O的含量增高，而MgO和CaO則相對減少；反之亦然。

巖漿巖的產(chǎn)狀是指巖漿巖體的形態(tài)、大小、深度以及與圍巖的關(guān)系。由于巖漿巖生成條件和所處的環(huán)境不同，其產(chǎn)狀多種多樣，主要產(chǎn)狀見圖1-2。

1) 巖基

巖基是一種規(guī)模巨大、形狀不規(guī)則、下大上小的深成侵入巖體，其橫截面積超過100km2，常?？蛇_數(shù)百至數(shù)千平方千米。巖基通常切割圍巖，但有時局部也與圍巖平行。巖基一般由粗大的等粒全晶質(zhì)花崗巖構(gòu)成。

圖1-2　巖漿巖的產(chǎn)狀

2) 巖株

巖株是巖基邊緣的分枝，在深部與巖基相連。巖株切穿圍巖，其橫截面積為幾平方千米至幾十平方千米，規(guī)模比巖基小得多。

3) 巖盤

巖盤和巖盆：巖漿順裂隙上升，侵入巖層中，由壓力將巖層沿層面撐開，巖漿在其中冷凝形成一個上凸下平的透鏡狀巖體，與圍巖呈平整的接觸關(guān)系。巖盆與巖盤一樣，其不同點是頂部平整，而中央向下凹，形似面盆，故稱巖盆。

4) 巖床

巖體頂、底都是平的，呈層狀夾于沉積巖中，且與之呈整合接觸關(guān)系。但上、下巖層皆受熱力影響而發(fā)生變化，表示巖床系由巖漿侵入作用所造成。厚度為數(shù)米至數(shù)百米不等。

5) 巖墻

巖墻是指巖漿沿巖層中的裂隙侵入冷凝而形成的侵入體。它切穿圍巖并與之成不諧和的接觸關(guān)系。巖墻的規(guī)模大小不一，厚度從幾厘米至數(shù)千米，延伸從幾米到數(shù)十千米。形狀不規(guī)則的巖墻或其分支，叫做巖脈。

6) 噴出巖的產(chǎn)狀

常常由熔巖被或熔巖流形成層狀及由火山碎屑物形成火山錐。

熔巖被是熔巖大量涌出地表時覆蓋在廣大地面上的巖體。熔巖流是熔巖大量涌出，自火山口向前流動的舌狀巖體。

巖漿巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造是巖漿巖生成時所處外界環(huán)境條件的反映，也是巖漿巖分類和命名的重要依據(jù)之一。

1) 巖漿巖的結(jié)構(gòu)

巖漿巖的結(jié)構(gòu)是指組成巖漿巖礦物的顆粒大小、結(jié)晶程度、形狀及這些組分之間的相互關(guān)系。最常見的結(jié)構(gòu)有：等粒結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)和隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。

(1) 等粒結(jié)構(gòu)

巖石中的礦物全部為顯晶質(zhì)，呈粒狀，且主要礦物顆粒大小近于相等。等粒結(jié)構(gòu)是深成巖漿巖特有的結(jié)構(gòu)，見圖1-3。按礦物結(jié)晶顆粒細分為粗粒結(jié)構(gòu)（晶粒直徑>5mm）、中粒結(jié)構(gòu)（晶粒直徑為5～1mm）、細粒結(jié)構(gòu)（晶粒直徑<1mm）。

(2) 斑狀結(jié)構(gòu)

組成巖石的主要礦物結(jié)晶顆粒大小不等，相差懸殊。其中晶形完好、顆粒粗大的稱斑晶，小的稱基質(zhì)。斑晶顆粒粗大，而基質(zhì)為隱晶質(zhì)或玻璃質(zhì)，即斑晶和基質(zhì)顆粒粗細反差很大，而形成明顯的斑狀結(jié)構(gòu)。斑狀結(jié)構(gòu)是淺成巖或噴出巖的重要特征（見圖1-4）。

圖1-3　等粒結(jié)構(gòu)圖

圖1-4　斑狀結(jié)構(gòu)圖

　　　　

(3) 隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)

礦物晶粒微小，在肉眼和放大鏡下看不見，只有在顯微鏡下才能觀察到。從外表看，巖石斷面是粗糙的，它是在巖漿很快冷卻的情況下形成的，常為噴出巖所具有。

2) 巖漿巖的構(gòu)造

指巖石外表的整體特征，它是由礦物集合體的排列方式和充填方式?jīng)Q定的。常見的構(gòu)造有：

(1) 塊狀構(gòu)造

塊狀構(gòu)造是指組成巖石的各種礦物無一定的排列方向，而是均勻分布于巖石之中，是侵入巖，特別是深成巖所具有的構(gòu)造。

(2) 流紋狀構(gòu)造

流紋狀構(gòu)造是黏度大的巖漿在流動過程中，形成不同顏色的條紋或拉長的氣孔，長條狀礦物沿一定方向排列，所表現(xiàn)出來的熔巖流的流動構(gòu)造。它是流紋巖所具有的典型構(gòu)造。

(3) 氣孔狀構(gòu)造

巖石中有很多大小不一、互不連通的圓形或橢圓形空洞。這是巖漿噴出地表后，冷凝速度較快，所含氣體占有一定空間位置，氣體逸出，便造成空洞（即氣孔），形成氣孔構(gòu)造。

(4) 杏仁狀構(gòu)造

當噴出巖中的氣孔被外來礦物所充填，便形成杏仁狀構(gòu)造。其充填礦物多為硅質(zhì)、鈣質(zhì)充填。

1) 巖漿巖的分類

自然界的巖漿巖種類繁多，它們彼此間存在著物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、產(chǎn)狀及成因等方面的差異，同時又具有密切的聯(lián)系和一定的過渡關(guān)系。一般是根據(jù)巖漿巖的化學成分、礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和產(chǎn)狀等對巖漿巖進行分類，見表1-3。

表1-3　巖漿巖的分類

2) 常見的巖漿巖及其特征

(1) 花崗巖

花崗巖一般為灰白色、灰色、肉紅色。礦物成分以石英和鉀長石為主，其次為黑云母、角閃石、白云母等。全晶質(zhì)等粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造?；◢弾r分布廣泛，質(zhì)地均勻、堅固，顏色美觀，是良好的建筑裝飾材料。

(2) 花崗斑巖

斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為鉀長石和石英，基質(zhì)由細小的長石、石英及其他礦物組成。其他特征與花崗巖相似。

(3) 流紋巖

一般呈淺灰色、粉紅色，也有呈灰黑色、綠色或紫色者。礦物成分與花崗巖類同，往往具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為石英和鉀長石，以流紋狀構(gòu)造為其特征，但也有氣孔狀構(gòu)造。

(4) 閃長巖

淺灰色、灰色及灰綠色。礦物成分以角閃石、斜長石為主，其次為輝石、黑云母，有時含少量正長石和石英。全晶質(zhì)等粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。閃長巖致密塊狀，強度高，具有較高的韌性和抗風化能力，是良好的建筑材料。

(5) 閃長玢巖

灰色、灰綠色。斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為斜長石或角閃石，基質(zhì)呈細?；蛑旅軤?。

(6) 安山巖

灰色、紫色、淺玫瑰色、淺黃色、紅褐色。淺色礦物為斜長石，暗色礦物有輝石、角閃石、黑云母等。斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為斜長石。杏仁狀構(gòu)造特別明顯，氣孔中常為方解石所充填。

(7) 正長巖

淺灰色、灰色或肉紅色。與閃長巖不同的是，正長石大量出現(xiàn)，也含少量斜長石。暗色礦物有角閃石和黑云母。具等粒結(jié)構(gòu)，有時具斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。其物理力學性質(zhì)與花崗巖相似,但不如花崗巖堅硬，抗風化能力差。

(8) 正長斑巖

其特點與正長巖相似，區(qū)別在于具明顯的斑狀結(jié)構(gòu)。

(9) 粗面巖

淺灰色、淺黃色或粉紅色。礦物成分主要為堿性長石，其次為黑云母，此外尚有少量斜長石和角閃石。常具粗面結(jié)構(gòu)（系長條狀的堿性長石微晶近于平行的流狀排列）及斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為堿性長石，基質(zhì)為隱晶質(zhì)。一般為塊狀構(gòu)造，有時可見流紋構(gòu)造及多孔狀構(gòu)造。

(10) 輝長巖

灰色、灰黑色或暗綠色。主要礦物有輝石、斜長石，次要礦物有角閃石、橄欖石。全晶質(zhì)等粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。輝長巖強度高，抗風化能力較強。

(11) 輝綠巖

灰綠色、深灰色。礦物成分與輝長巖相似，具有特殊的輝綠結(jié)構(gòu)（輝石充填在斜長石晶體格架的空隙中）。常含有方解石、綠泥石等次生礦物。

(12) 玄武巖

深灰色、灰黑色或黑色。礦物成分同輝長巖。隱晶結(jié)構(gòu)，氣孔或杏仁狀構(gòu)造。原生柱狀節(jié)理特別發(fā)育。玄武巖因其巖漿黏度小，易于流動，通常以大面積的熔巖流產(chǎn)出。巖石致密堅硬、性脆，強度很高。

(13) 橄欖巖

暗綠色或黑色粒狀巖石。主要礦物為橄欖石，其次為輝石或角閃石，不含長石和石英。巖石中若輝石數(shù)量特別多時則過渡為輝巖。輝巖往往形成粗大晶體，橄欖石則很小，散嵌在輝石晶體內(nèi)，顏色多呈綠褐色。

由沉積物經(jīng)過壓固、脫水、膠結(jié)及重結(jié)晶作用變成的堅硬巖石，稱為沉積巖。沉積巖占地殼總量的5％，但就地表分布而言，面積占75%。因此，沉積巖在地殼表層呈層狀廣泛分布，是區(qū)別于其他類型巖石的重要標志之一。

組成沉積巖的礦物有兩類：一類是原來巖石經(jīng)過風化、剝蝕、搬運來的礦物，主要有石英、正長石和白云母；另一類是在沉積作用中形成的新礦物，主要有方解石、白云石、巖鹽、石膏、高嶺石、菱鐵礦、褐鐵礦等。如果將沉積巖與巖漿巖中的礦物成分相比較，則可看出兩者有顯著的區(qū)別。如橄欖石、輝石、角閃石、黑云母等在巖漿巖中大量存在的礦物，在沉積巖中極為罕見。而在巖漿巖中很少有的礦物，如黏土礦物、巖鹽、石膏及碳酸鹽礦物等，在沉積巖中卻占有顯著的地位。

此外，在沉積物顆粒之間還有膠結(jié)物（就是把松散沉積物聯(lián)結(jié)起來的物質(zhì)）。膠結(jié)物對于沉積巖的顏色、堅硬程度有很大影響。按其成分可以分為以下幾種：

(1) 泥質(zhì)膠結(jié)物

膠結(jié)物為泥土或黏土，多呈黃褐色，其膠結(jié)成的巖石硬度小，易碎，易濕軟，斷面呈土狀。

(2) 鈣質(zhì)膠結(jié)物

膠結(jié)物成分為鈣質(zhì)，所膠結(jié)的巖石硬度比泥質(zhì)膠結(jié)的巖石大，具可溶性，呈灰白色。

(3) 硅質(zhì)膠結(jié)物

膠結(jié)物成分為二氧化硅，所膠結(jié)的巖石強度高，呈灰色。

(4) 鐵質(zhì)膠結(jié)物

膠結(jié)物成分為氫氧化鐵或三氧化二鐵，所膠結(jié)的巖石硬度僅次于硅質(zhì)膠結(jié)，常呈黃褐色或磚紅色。

1) 沉積巖的結(jié)構(gòu)

沉積巖的結(jié)構(gòu)是由其組成物質(zhì)的形態(tài)、性質(zhì)、顆粒大小及所含數(shù)量決定的。常見的沉積巖結(jié)構(gòu)有4種：

(1) 碎屑結(jié)構(gòu)

由碎屑物質(zhì)被膠結(jié)而形成，是碎屑沉積巖所特有的結(jié)構(gòu)。按碎屑粒徑的大小又分為：

① 礫狀結(jié)構(gòu)：碎屑粒徑>2mm，磨圓度較好而無棱角。若磨圓度較差，棱角明顯，則稱為角礫狀結(jié)構(gòu)。

② 砂狀結(jié)構(gòu)：碎屑粒徑為0.05～2mm，其中，0.5～2mm的為粗砂結(jié)構(gòu)，0.25～0.5mm的為中粒結(jié)構(gòu)，0.05～0.25mm的為細粒結(jié)構(gòu)；碎屑粒徑0.005～0.05mm的為粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)。

(2) 泥狀結(jié)構(gòu)

由粒徑<0.005mm的黏土礦物顆粒組成。為泥巖、頁巖等黏土巖所具有的結(jié)構(gòu)。

(3) 結(jié)晶結(jié)構(gòu)

為化學巖所具有的結(jié)構(gòu)。是物質(zhì)從真溶液或膠體溶液中沉淀時的結(jié)晶作用以及非晶質(zhì)、隱晶質(zhì)的重結(jié)晶作用和交代作用所產(chǎn)生的。如石灰?guī)r、白云巖是由許多細小的方解石、白云石晶體集合而成的。

(4) 生物結(jié)構(gòu)

由生物遺體或碎片所組成，如生物貝殼結(jié)構(gòu)、珊瑚結(jié)構(gòu)等。

2) 沉積巖的構(gòu)造

沉積巖的構(gòu)造是指其組成部分的空間分布及其相互間的排列關(guān)系。沉積巖最主要的構(gòu)造是層理構(gòu)造。

層理構(gòu)造是由于季節(jié)性的氣候變化及先后沉積下來的物質(zhì)顆粒的大小、形狀、成分及顏色發(fā)生變化而顯示出來的成層現(xiàn)象。根據(jù)層理的成因和形態(tài)，層理可分為水平層理、波狀層理、斜層理和交錯層理。根據(jù)層理的形態(tài)可以推斷沉積物的沉積環(huán)境和介質(zhì)搬運特征。

1) 沉積巖的分類

根據(jù)沉積巖的成因、物質(zhì)成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造等，可將沉積巖分為3類：碎屑巖類、黏土巖類、化學及生物化學巖類，見表1-4。

表1-4　沉積巖分類簡表

2) 常見的沉積巖

(1) 火山角礫巖

火山碎屑物質(zhì)占90%以上，碎屑直徑一般為2～10mm，多數(shù)為大小不等的熔巖角礫，亦有少數(shù)其他巖石的角礫?；鹕浇堑[多呈棱角狀，分選性差，常為火山灰所膠結(jié)。顏色多種，常呈暗灰、藍灰、褐灰、綠及紫色等。這類巖石多具孔隙并以此為其特征。

(2) 凝灰?guī)r

組成巖石的碎屑一般小于2mm，外表頗似砂巖或粉砂巖，但比砂巖表面粗糙。其成分多屬火山玻璃、礦物晶屑和巖屑，此外，尚有一些沉積物質(zhì)?；鹕剿樾嘉镆喑衫饨菭睢r石顏色多呈灰色、灰白色，亦有黃色和黑紅色等。凝灰?guī)r是很好的建筑材料，有時也可用作水泥原料。

(3) 礫巖

經(jīng)過較長距離的搬運或受到海浪反復沖擊的破碎的巖塊，形成圓形或橢圓形的礫石（或稱卵石）后，再經(jīng)膠結(jié)的巖石稱為礫巖。具礫狀結(jié)構(gòu)、層狀構(gòu)造，但層理一般都不發(fā)育。若這類巖石中礫石未被磨圓而具明顯棱角者，則稱為角礫巖。

(4) 砂巖

砂巖是指由各種成分的砂粒被膠結(jié)而成的巖石，具砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，層理明顯。按砂粒的礦物成分可分為石英砂巖、長石砂巖和長石石英砂巖等；按砂粒粒徑大小可分為粗砂巖、中粒砂巖和細砂巖；根據(jù)膠結(jié)物的成分，可分為硅質(zhì)砂巖、鐵質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)砂巖和泥質(zhì)砂巖等。

(5) 黏土巖

一般呈較松散的土狀巖石。主要礦物成分為高嶺石、蒙脫石及水云母，并含有少量極細小的石英、長石、云母、碳酸鹽礦物等。黏土顆粒含量占50％以上，具有典型的泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，質(zhì)地均一，有細膩感，可塑性和吸水性很強，巖石吸水后易膨脹。顏色多呈黑色、褐紅、綠色等，但也有呈淺灰色、灰白色和白色。

(6) 頁巖

由松散黏土經(jīng)硬結(jié)成巖作用而成。頁巖是黏土巖的一種構(gòu)造變種，具有能沿層理面分裂成薄片或頁片的性質(zhì)，?？梢婏@微層理，稱為頁理，頁巖因此得名。頁巖成分復雜，除各種黏土礦物外，尚有少量石英、絹云母、綠泥石、長石等混入物。依混入物成分不同，又可分為鈣質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖、鐵質(zhì)頁巖、碳質(zhì)頁巖和油頁巖等。除硅質(zhì)頁巖強度稍高外，其余頁巖巖性軟弱，強度低，易風化，與水作用易于軟化。

(7) 泥巖

泥巖的成分與頁巖相似，但層理不發(fā)育，呈塊狀構(gòu)造。

(8) 石灰?guī)r

石灰?guī)r由結(jié)晶細小的方解石組成，常有少量白云石、熟土、菱鐵礦及石膏等混入物。純石灰?guī)r為灰色、淺灰色，當含有雜質(zhì)時為淺黃色、淺紅色、灰黑色及黑色等。以加冷稀鹽酸強烈起泡為其顯著特征。石灰?guī)r分布相當廣泛，巖性均一，易于開采加工，是用途很廣泛的建筑石料，同時又是水泥工業(yè)的重要原料。

(9) 白云巖

白云巖主要由細小的白云石組成，含有少量方解石、石膏、菱鎂礦及黏土等。其外表特征與石灰?guī)r極為相似，但加冷稀鹽酸不起泡或起泡微弱，具有粗糙斷面，且風化表面多出現(xiàn)格狀溶溝。白云巖的強度比石灰?guī)r高，是一種良好的建筑材料。

(10) 硅質(zhì)巖

硅質(zhì)巖主要由蛋白石、石髓和石英組成，SiO2含量在70％～90％，尚有少量的黏土、碳酸鹽等。硅質(zhì)巖包括燧石巖、碧玉鐵質(zhì)巖和硅藻土等，其中以燧石巖最為常見。燧石巖致密堅硬，常具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，帶狀構(gòu)造。

變質(zhì)巖是由組成地殼的巖石（巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖）因地殼運動和巖漿活動而在固態(tài)下發(fā)生礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的改變而形成的新的巖石。因此，它不僅具有自身獨特的性質(zhì)，而且還保留著原來巖石的某些特征。引起巖石變質(zhì)作用的主要因素有溫度、壓力及化學活動性流體。

組成變質(zhì)巖的礦物可分成兩部分：一部分是與巖漿巖和沉積巖共有的礦物，主要有石英、長石、云母、角閃石、輝石、方解石、白云石等；另一部分是變質(zhì)巖所特有的變質(zhì)礦物，主要有石榴子石、紅柱石、藍晶石、硅灰石、透輝石、透閃石、矽線石、綠泥石、蛇紋石、絹云母、石墨、滑石等。變質(zhì)礦物是鑒別變質(zhì)巖的重要標志。

1) 變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)

變質(zhì)巖幾乎都具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，但由變質(zhì)作用的程度不同又可分為：

(1) 變余結(jié)構(gòu)

在變質(zhì)作用過程中，原巖的礦物成分和結(jié)構(gòu)特征部分被保留下來，即構(gòu)成變余結(jié)構(gòu)。

(2) 變晶結(jié)構(gòu)

變晶結(jié)構(gòu)是變質(zhì)巖最重要的結(jié)構(gòu)，是原巖中各種礦物同時再結(jié)晶所形成的。如等粒變晶結(jié)構(gòu)的石英巖、大理巖和斑狀變晶結(jié)構(gòu)的片巖、片麻巖。

(3) 壓碎結(jié)構(gòu)

壓碎結(jié)構(gòu)是由于動力變質(zhì)作用，使巖石發(fā)生破碎而形成的，如碎裂巖等。

2) 變質(zhì)巖的構(gòu)造

變質(zhì)巖的構(gòu)造是識別各種變質(zhì)巖的重要標志。

(1) 片理構(gòu)造

片理構(gòu)造不僅是識別各種變質(zhì)巖，而且是區(qū)別于其他巖類的重要特征。片理構(gòu)造的形成，是由于巖石中的片狀、板狀和柱狀礦物（如云母、長石、角閃石等），在定向壓力作用下重結(jié)晶，垂直壓力方向呈平行排列而形成的。根據(jù)形態(tài)不同，片理構(gòu)造又可分為以下幾種：

① 片麻狀構(gòu)造

巖石中的深色礦物（黑云母、角閃石等）和淺色礦物（長石、石英等）相間呈條帶狀分布，構(gòu)成一種黑白相間的斷續(xù)條帶狀構(gòu)造。具有這種構(gòu)造的巖石沿片理面不易劈開，如片麻巖。

② 片狀構(gòu)造

由大量片狀、針狀或柱狀礦物作平行排列而成。片理特別清楚，是片巖所具有的構(gòu)造。

③ 千枚狀構(gòu)造

片理清晰，片理面上有許多細小的絹云母鱗片有規(guī)律地排列，呈明顯的絲絹光澤，即稱千枚狀構(gòu)造，是千枚巖所具有的構(gòu)造。

④ 板狀構(gòu)造

泥質(zhì)巖石受擠壓后形成易劈成薄板的構(gòu)造，劈開面上常有鱗片狀絹云母分布，是板巖所具有的構(gòu)造。

（2） 塊狀構(gòu)造

礦物無定向排列，也不能定向裂開，其分布大致呈均一狀，如大理巖、石英巖等。

1) 變質(zhì)巖的分類

根據(jù)礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和變質(zhì)類型對變質(zhì)巖進行分類，見表1-5。

表1-5　變質(zhì)巖分類簡表

2) 常見的變質(zhì)巖

(1) 板巖

板巖是一種結(jié)構(gòu)均勻、致密且具有板狀劈理的巖石，它是由泥質(zhì)巖類經(jīng)受輕微變質(zhì)而成。因而，其結(jié)晶程度很差，尚保留較多的泥質(zhì)成分，具變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造。板巖可沿板理面裂開成平整的石板，故廣泛用于建筑石材。

(2) 千枚巖

巖石的變質(zhì)程度比板巖深，原泥質(zhì)一般不保留。主要礦物除絹云母外，尚有綠泥石、石英等。具明顯的絲絹光澤和千枚狀構(gòu)造。一般為綠色、黃綠色、黃色、灰色、紅色和黑色等。這類巖石大多由黏土類巖石變質(zhì)而成，少數(shù)可由隱晶質(zhì)的酸性巖漿巖變質(zhì)而成。

(3) 片巖

片巖是以片狀構(gòu)造為其特征的巖石。組成這類巖石的礦物成分主要是一些片狀礦物，如云母、綠泥石、滑石等，此外尚含有石榴子石、藍晶石、十字石等變質(zhì)礦物。片巖與千枚巖、片麻巖極為相似，但其變質(zhì)程度較千枚巖深。

(4) 片麻巖

以片麻狀構(gòu)造為其特征。變質(zhì)程度較深，礦物大都重結(jié)晶，且結(jié)晶粒度較大，肉眼可以辨識。主要礦物為石英和長石，其次為云母、角閃石、輝石等。

(5) 大理巖

較純的石灰?guī)r和白云巖在區(qū)域變質(zhì)作用下，由于重結(jié)晶而變?yōu)榇罄韼r，也有部分大理巖是在熱力接觸變質(zhì)作用下產(chǎn)生的。具等粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。滴冷稀鹽酸強烈起泡。大理巖色彩多異，廣泛用作建筑石料和雕刻原料。

(6) 石英巖

石英巖是由較純的石英砂巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用而形成，具等粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，硬度和結(jié)晶程度均較砂巖高。

(7) 蛇紋巖

蛇紋巖多數(shù)是由超基性巖（橄欖巖）在熱液作用下使其中的橄欖石、輝石變成蛇紋石而形成。質(zhì)軟，略具滑感，片理及碎裂構(gòu)造常見。蛇紋巖常含有由蛇紋石纖維狀變種（石棉）所組成的細脈。因此，蛇紋巖常是石棉礦床的找礦標志。

(8) 構(gòu)造角礫巖

構(gòu)造角礫巖是斷層錯動帶中的巖石在動力變質(zhì)中被擠碾成角礫狀高度角礫巖化的產(chǎn)物。碎塊大小不一，形狀各異，其成分取決于巖石的成分。破碎的角礫和碎塊已離開原來的位置雜亂堆積，帶棱角的碎塊互不相連，被膠結(jié)物所隔開。膠結(jié)物以次生的鐵質(zhì)、硅質(zhì)為主，亦見有泥質(zhì)及一些被磨細的本身巖石的物質(zhì)。

(9) 碎裂巖

在壓應力作用下，巖石沿扭裂面破碎，方向不一的碎裂紋切割巖石，碎塊間基本沒有相對位移，這樣的巖石稱碎裂巖。

(10) 糜棱巖

糜棱巖是粒度比較小的強烈壓碎巖，在壓碎過程中，由于礦物發(fā)生高度變形移動或定向排列而成，巖性堅硬，具明顯的帶狀、眼球紋理構(gòu)造。

巖石和土都是礦物的集合體，是自然界地質(zhì)作用的產(chǎn)物，并在地質(zhì)作用下相互轉(zhuǎn)化。土在一定溫度和壓力下，經(jīng)過壓密、脫水、膠結(jié)及重結(jié)晶等成巖作用形成巖石；巖石經(jīng)風化作用，又可變成土。巖石與土之間，既存在多方面的共性和密切聯(lián)系，又有明顯的不同。從其工程性質(zhì)來看，大部分巖石的建筑條件比土體要優(yōu)越得多，但也存在個別巖石與土很難區(qū)別，如黏土巖、泥灰?guī)r等，表現(xiàn)出與土接近的工程性質(zhì)。但總的來說，許多土體中出現(xiàn)的問題對巖石來說則顯得十分微弱。

巖石是礦物的集合體，是相對完整的巖塊。其工程地質(zhì)性質(zhì)包括巖石的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學性質(zhì)。其中，物理性質(zhì)是巖石的基本性質(zhì)，主要包括巖石的密度、重度、相對密度、孔隙率及孔隙比；水理性質(zhì)是指巖石與水作用所表現(xiàn)的性質(zhì)，主要包括巖石的吸水性、透水性、溶解性、軟化性、膨脹性、崩解性及抗凍性；力學性質(zhì)是指巖石受到外力作用后，巖石的強度和變形特性。主要的變形指標有彈性模量、變形模量及泊松比；主要的強度指標包括巖石的抗壓、抗拉及抗剪強度。然而，從工程角度出發(fā)，作為建筑環(huán)境的那部分工程體是由各種巖石塊體與結(jié)構(gòu)面自然組合而成的“結(jié)構(gòu)體”，這就使得工程體的工程地質(zhì)性質(zhì)往往不在于巖石的強度如何，而在于巖體的工程地質(zhì)特征。巖體的工程地質(zhì)特征主要包括巖體的復雜性、巖體的強度特性及變形破壞特性。

1） 巖體的復雜性

巖體是復雜的地質(zhì)體，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1） 形成過程復雜。自然界中的礦物按照不同的成巖方式形成了地殼表層的巖石層，而巖石層在經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動及各種風化作用后，便形成了形態(tài)各異的復雜巖體。

（2） 巖體的組成復雜。組成巖體的巖石成因不同，礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同，使得巖石具有不同的性質(zhì)，而巖石風化狀態(tài)的多樣性又對原巖進行著由內(nèi)到外的改造，形成了復雜的組分。

（3） 結(jié)構(gòu)復雜。由于巖體存在大量各種成因的結(jié)構(gòu)面，而結(jié)構(gòu)面的空間分布、組合方式及填充情況等千變?nèi)f化，使得巖體的結(jié)構(gòu)形式復雜多樣。

（4） 處于復雜的地質(zhì)環(huán)境中。巖體中存在復雜的天然應力場、溫度場和滲流場，使得巖體的賦存環(huán)境異常復雜。

2） 巖體的強度特性

巖體是巖塊和結(jié)構(gòu)面的組合體，這就使得巖體的強度既不同于巖塊的強度，也不同于結(jié)構(gòu)面的強度。但是由于結(jié)構(gòu)面是巖體力學強度相對較弱的部位，它導致巖體力學性能的不連續(xù)性、不均一性和各向異性。因此，巖體的強度主要取決于結(jié)構(gòu)面的強度。一般情況下，其強度介于巖塊與結(jié)構(gòu)面強度之間。

3） 巖體的變形破壞特性

巖體的變形包括巖塊變形和結(jié)構(gòu)變形。結(jié)構(gòu)變形主要取決于結(jié)構(gòu)面的閉合、充填物的壓縮及結(jié)構(gòu)面的張裂和剪切滑移。表現(xiàn)為兩個特點：一是不同巖體結(jié)構(gòu)的力學性質(zhì)差別很大；二是巖體變形具有顯著的各向異性，也就是說受結(jié)構(gòu)面控制的巖體在巖體各個方向的變形有區(qū)別。巖體的破壞形式主要取決于結(jié)構(gòu)面的組合形式。一般情況下，硬巖巖體主要為脆性破壞，軟巖巖體主要為塑性破壞，硬巖巖體破壞強度大大高于軟巖巖體。

事實上，在硬巖巖體中，結(jié)構(gòu)面的力學強度大大低于巖塊的力學強度，因此，硬巖巖體的變形破壞首先是沿結(jié)構(gòu)面的變形破壞。而在軟巖巖體中，因巖塊的力學強度較低，有時與結(jié)構(gòu)面相差無幾，甚至低于結(jié)構(gòu)面強度，所以，對于軟巖巖體，其變形破壞往往取決于巖塊的變形破壞。

土是地殼中的巖石經(jīng)風化、剝蝕后形成的大小懸殊的顆粒，在原地殘留或以不同的方式搬運，并在各種自然環(huán)境下堆積形成的產(chǎn)物。按形成土體的地質(zhì)應力和沉積條件，可將土分成殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、風積土、湖積土、海洋沉積土和冰川沉積土等。

由于不同類型土的形成年代、作用和環(huán)境不同，形成后經(jīng)歷的變化過程也不同，因此，不同類型土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征也不一樣，從而也使得土體具有不同的工程地質(zhì)特性。土體的工程地質(zhì)特性主要表現(xiàn)為土的力學特性、土的固結(jié)特性及特殊土的工程地質(zhì)特性。

1） 土的塑性特性

土的塑性主要是土中黏土礦物與水溶液發(fā)生一些相互的物理化學作用而表現(xiàn)出的工程性質(zhì)，因此，土的塑性可以是區(qū)別黏性土和砂性土的重要特征，也可作為黏性土的分類依據(jù)。已有研究表明：土的塑性主要取決于土中黏土礦物的含量及含水率的多少。因此，對于黏性土，黏土礦物含量越高，含水率變化范圍越大，其塑性越強；反之，其塑性越弱，土體越堅硬。

2） 土的力學特性

土的力學特性是指土在外力作用下所表現(xiàn)的性質(zhì)，主要包括土的壓縮性和抗剪性，亦即土的強度和變形特性。土的力學特性是土的工程地質(zhì)性質(zhì)中最重要的組成部分。

（1) 土的壓縮性

土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。試驗研究表明，在一般工程壓力（100～600kPa）作用下，固體礦物顆粒和水的壓縮量極其微小，一般不到土體總壓縮量的1%，工程上可以忽略不計。因此，土體的壓縮可以看作是土中孔隙體積的縮小，其實質(zhì)是：在荷載作用下，土中的水和氣體不斷排出，土顆粒之間產(chǎn)生相對移動靠攏，土體孔隙逐漸減小所致。

（2) 土的抗剪強度

土的強度是指土體抵抗外力時保持自身不被破壞時所能承受的極限應力。對工程土體而言，土的強度也就是工程土體承受工程荷載的能力。在工程實踐中，土的強度問題涉及地基、邊坡和地下硐室的穩(wěn)定性等問題，因而是土的力學特性中的關(guān)鍵問題。

大量的工程實踐表明，土體在通常應力狀態(tài)下的破壞多表現(xiàn)為剪切破壞。即土體在自重或外荷載作用下，其某個曲面上產(chǎn)生的剪應力值達到了土對剪切破壞的極限抗力（這個極限抗力稱為土的抗剪強度），導致土體沿著滑裂面發(fā)生剪切破壞。因此，土體的強度問題實質(zhì)是土的抗剪能力問題，即土的強度由抗剪強度決定。地基承載力、土坡穩(wěn)定和擋土結(jié)構(gòu)的土壓力都與土的抗剪強度有直接的關(guān)系。

3） 土的固結(jié)特性

在荷載作用下，透水性大的飽和無黏性土，其壓縮過程在短時間內(nèi)就可完成。但黏性土的透水性很小，其中的水分只能慢慢排除，因此其壓縮所需時間要比砂土長得多。這種土的壓縮隨時間而增長的過程稱為土的固結(jié)。如飽和軟黏性土，其固結(jié)變形往往需要幾年甚至幾十年的時間才能完成，因此必須考慮變形與時間的關(guān)系，以便控制施工加載速率，確定建筑物的使用安全措施。有時地基各點由于土質(zhì)不同或荷載差異，還需考慮地基沉降過程中某一時間的沉降差異。所以，土的固結(jié)問題十分重要。

4） 特殊土的工程地質(zhì)特性

（1) 黃土的工程性質(zhì)

黃土是以粉粒為主，含碳酸鹽，具大孔隙，質(zhì)地均一，無明顯層理而有顯著垂直節(jié)理的黃色陸相沉積物。其顆粒成分中粉粒約占60%～70%，砂粉和粘粒各占1%～29%和8%～26%；黃土的密度為1.5～1.8g/cm3，干密度為1.3～1.6g/cm3，其中干密度反映了黃土的密實程度，且干密度小于1.5g/cm3的黃土具有濕陷性；黃土的天然含水率一般較低，且含水率與濕陷性有一定關(guān)系，含水率低，濕陷性強，含水量增加，濕陷性減弱，當含水量超過25%時就不再濕陷了；黃土多為中壓縮性土，抗剪強度中等。此外，黃土地區(qū)常常有天然或人工洞穴，由于這些洞穴的存在和不斷發(fā)展擴大，往往引起上覆建筑物突然塌陷，稱為陷穴。

（2) 膨脹土的工程性質(zhì)

膨脹土是一種富含親水性的黏土礦物，并且隨含水量增減，體積發(fā)生顯著脹縮變形的高塑性黏土。其顆粒成分以粘粒為主，含量在35%～50%以上，粉粒次之，砂粒很少。粘粒的礦物成分多為蒙脫石和伊利石，這些黏土顆粒比表面積大，有較強的表面能，在水溶液中吸引極性水分子和水中離子，呈現(xiàn)強親水性。天然狀態(tài)下，膨脹土結(jié)構(gòu)緊密，孔隙比小，干密度達1.6～1.8g/cm3，土體處于堅硬或硬塑狀態(tài)，有時被誤認為良好地基；膨脹土中裂隙發(fā)育，是不同于其他土的典型特征。同時，裂隙在水的淋濾作用下，裂面附近蒙脫石含量增高，呈白色，構(gòu)成膨脹土中的軟弱面，導致邊坡失穩(wěn)滑動；膨脹土在天然狀態(tài)下抗剪強度和彈性模量比較高，但遇水后強度顯著降低。另外，膨脹土具有超固結(jié)性。超固結(jié)性是指膨脹土在歷史上曾受到過比現(xiàn)在的上覆自重壓力更大的壓力，因而孔隙比小，壓縮性低，一旦被開挖外露，卸荷回彈，產(chǎn)生裂隙，遇水膨脹，強度降低，造成破壞。

（3) 軟土的工程性質(zhì)

軟土是天然含水率大、壓縮性高、承載力和抗剪強度很低的，呈軟塑+流塑狀態(tài)的黏性土。其顆粒分散性高，連結(jié)弱，孔隙比大，含水率高，孔隙比一般大于1，可高達5.8；軟土的透水性很差；荷載作用下排水不暢，固結(jié)慢，壓縮性高，在建筑物荷載作用下容易發(fā)生沉降及不均勻沉降，而且沉降完成的時間較長；軟土的強度低，無側(cè)限抗壓強度在10～40kPa；軟土具有觸變性，即軟土受到振動，顆粒連結(jié)破壞，土體強度降低，呈流動狀態(tài)的特性。觸變可導致地基土大面積失效，引發(fā)建筑物破壞；軟土具有流變性，即在長期荷載作用下，變形可延續(xù)很長時間，最終引起破壞。

（4) 凍土的工程性質(zhì)

凍土是指溫度在零攝氏度或以下，含有固態(tài)水（即冰）的各類土。凍土處在凍結(jié)狀態(tài)時，往往具有較高的強度和較低的壓縮性或無壓縮性。但當其融化時，強度則明顯下降，壓縮性急劇增高。如果將凍土作為建筑環(huán)境，尤其作為建筑物地基，則不利于建筑環(huán)境或地基穩(wěn)定。

凍土可分為季節(jié)凍土和多年凍土。季節(jié)凍土是隨季節(jié)變化周期性凍結(jié)融化的土，而多年凍土則是凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)3年以上的土。對于季節(jié)性凍土而言，其凍脹和融沉與土的顆粒成分和含水量有關(guān)。由于受季節(jié)性控制和周期性凍結(jié)、融化的特點，這類土的結(jié)構(gòu)形式及對工程問題的影響有很大區(qū)別。對于多年凍土而言，其強度和變形主要反映在抗壓強度、抗剪強度和壓縮系數(shù)等方面。由于多年凍土常存在于地表以下一定深度，其上部近地表部分受季節(jié)性影響，冬凍夏融，為季節(jié)性融凍層，這就使得多年凍土的力學性質(zhì)隨溫度和加載時間而變化的敏感性大大增加，表現(xiàn)出更加復雜的工程特性。

思考題

1. 簡述礦物、巖石的定義，并闡明三大類巖石的主要成因。

2. 巖石和巖體有何區(qū)別？

3. 巖體有哪些工程地質(zhì)特征？

4. 簡述土的壓縮性及固結(jié)性的定義、區(qū)別及聯(lián)系。

5. 特殊土有哪些？其工程地質(zhì)問題是什么？