巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)課件

1、巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)巖石工程地質(zhì)力學(xué)原理（第一篇 ） 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)巖石工程地質(zhì)力學(xué)原理 1 概述 2 工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理 3 巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析 4 構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 5 初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 6 巖體結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)屬性 7 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特性 8 水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)與滲流分析 9 不良的工程地質(zhì)力學(xué)背景 10 工程地質(zhì)力學(xué)的穩(wěn)定性分析 11 結(jié)語(yǔ)巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)概述 工程地質(zhì)力學(xué)是地質(zhì)科學(xué)和工程學(xué)科密切相關(guān)的一個(gè)應(yīng)用地球科學(xué)分支。它的研究的主要目的是認(rèn)識(shí)地質(zhì)體的組成、結(jié)構(gòu)、賦存狀態(tài)、工程力學(xué)性能，以及工程地質(zhì)力學(xué)作用和過(guò)程，并在

2、此基礎(chǔ)上對(duì)巖土工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工，以及有關(guān)的工程安全提供科學(xué)依據(jù)。 地質(zhì)體是一種自然造物，它是地質(zhì)歷史的產(chǎn)物，其形成是受地質(zhì)作用支配的。同時(shí),它還賦存于地質(zhì)系統(tǒng)中,因而保持著其間的相互依存和相互作用關(guān)系。因此，對(duì)地質(zhì)體的組成、結(jié)構(gòu)、特性和分布，以及發(fā)育規(guī)律的認(rèn)識(shí)，要求有深刻的地質(zhì)研究。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)概述 地質(zhì)學(xué)家應(yīng)用力學(xué)的理論探討地質(zhì)構(gòu)造的形成和演化可以追溯到十九世紀(jì)末至二十年代初，如Hans Cloos和我國(guó)李四光先生（李四光，1963）等，他們采用“泥巴試驗(yàn)”模擬了褶皺斷裂的組構(gòu)機(jī)制。但是，應(yīng)用力學(xué)的理論來(lái)研究地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)及其工程特性則應(yīng)歸功到在谷德振先生指導(dǎo)下中國(guó)科學(xué)

3、院地質(zhì)研究所工程地質(zhì)學(xué)家的數(shù)十年的努力成果。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇) 建國(guó)之前，嚴(yán)格的工程地質(zhì)學(xué)科尚未建立起來(lái)。 建國(guó)之初，前蘇聯(lián)的工程地質(zhì)學(xué)理論對(duì)中國(guó)工程地質(zhì)工作者曾有過(guò)重要的幫助。 建國(guó)十年中，谷德振先生側(cè)重地指出構(gòu)造的重要性（谷德振，1963）；隨后他又將從構(gòu)造，概括到結(jié)構(gòu)的概念。 19621965年谷德振先生和水電部建設(shè)總局李杰先生合作主持了中國(guó)科學(xué)院和水電部的“水利水電工程地質(zhì)”總結(jié)工作。得到的共識(shí)是要發(fā)展工程地質(zhì)力學(xué)理論和方法，就是說(shuō)要以力學(xué)的理論和方法來(lái)認(rèn)識(shí)地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，評(píng)價(jià)工程地質(zhì)條件，分析工程巖體的穩(wěn)定性和滲漏問(wèn)題，把地質(zhì)研究與力學(xué)分析緊密結(jié)合起來(lái)。概述巖石工程地質(zhì)力學(xué)

4、道理(第一篇)概述 谷德振，1965；孫玉科與李建國(guó)，1965；王思敬，1965，1966，但是由于文革的到來(lái)，水利水電工程地質(zhì)一書(shū)到1972年才得到出版。 谷德振先生和他的研究集體于1969-1970及以后幾年中在甘肅金川鎳礦開(kāi)展了系統(tǒng)的研究，對(duì)巖體結(jié)構(gòu)的類型劃分，巖體變形破壞機(jī)理及穩(wěn)定性分析等都提出了新的成果，巖體工程地質(zhì)力學(xué)的框架才初步構(gòu)成。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)概述 結(jié)合參加第24屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)的準(zhǔn)備工作，王思敬主筆撰寫(xiě)了“巖體工程地質(zhì)力學(xué)的原理和方法”，在中國(guó)科學(xué)1972年第一期上以集體署名發(fā)表，正式提出了巖體工程地質(zhì)力學(xué)的學(xué)科命題。隨后，經(jīng)過(guò)擴(kuò)展，并由王思敬、黃鼎成在鐵道部

5、第一勘察設(shè)計(jì)院作了系統(tǒng)講學(xué)，而后于1976年在科學(xué)出版社出版的巖體工程工程地質(zhì)力學(xué)問(wèn)題?？习l(fā)表。不久，于1979年谷德振先生專著巖體工程地質(zhì)基礎(chǔ)（谷德振，1979）一書(shū)問(wèn)世，系統(tǒng)地論述了巖體工程地質(zhì)力學(xué)的理論和工作方法。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)概述 1978年向第一屆全國(guó)工程地質(zhì)學(xué)術(shù)會(huì)議介紹了有關(guān)成果（谷德振、王思敬，1983;1985）； 1981年在“奧地利薩爾茨堡地質(zhì)力學(xué)第30屆討論會(huì)”作了特邀報(bào)告（Gu Dezhen and Wang Sijing，1981;1982）； 1980、1984年在國(guó)際地質(zhì)大會(huì)上作了交流（谷德振等，1980；Wang Sijing et al.，1

6、984）。 有關(guān)金川露天礦變形破壞機(jī)制和結(jié)構(gòu)控制的研究在第四屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì)上也作了交流，并在Rock Mechanics上發(fā)表（Wang Sijing，1981）。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)概述 在80年代和90年代里，建立了中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所工程地質(zhì)力學(xué)開(kāi)放研究實(shí)驗(yàn)室, 成為巖體工程地質(zhì)力學(xué)研究中心.在此期間出版了10集巖體工程地質(zhì)力學(xué)問(wèn)題，3冊(cè)工程地質(zhì)力學(xué)研究共刊登有關(guān)論文198篇，其中相當(dāng)一部分論文來(lái)自中國(guó)科學(xué)院以外的工程地質(zhì)學(xué)家和巖石力學(xué)家。巖體工程地質(zhì)力學(xué)的研究方向和理論漸趨成熟（王思敬，1984；Wang Sijing，1986）。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇) 研究工作

7、轉(zhuǎn)入到更廣泛的實(shí)踐和深入的應(yīng)用，撰寫(xiě)了系統(tǒng)的專著，如地下工程穩(wěn)定分析（王思敬、楊志法等，1984），邊坡巖體穩(wěn)定分析（孫玉科等，1985），巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)（孫廣忠，1985），壩基穩(wěn)定分析（王思敬，1990），區(qū)域穩(wěn)定性研究（李興唐、許兵等，1987）。所有這些成果構(gòu)成了巖體工程地質(zhì)力學(xué)的理論體系和工作方法。概述巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)概述 在某些領(lǐng)域則提出了一些專題研究總結(jié),如斷裂力學(xué)問(wèn)題(黃建安，王思敬等，1985), 數(shù)值分析(王思敬，1987)，變形體系(楊志法，張連弟，1987), 地質(zhì)力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)研究(杜永廉，1987)，巖體工程地質(zhì)力學(xué)工作的基本內(nèi)容和程序問(wèn)題(徐嘉謨，198

8、7), 斷續(xù)節(jié)理巖體彈性常數(shù)的預(yù)測(cè)(寇日明，王思敬，1990),巖體結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)面理論(羅國(guó)煜、李生林，1990)等. 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)概述 在巖體工程地質(zhì)力學(xué)研究的發(fā)展過(guò)程中，曾經(jīng)經(jīng)歷過(guò)5個(gè)重要的命題討論。第一命題是巖體的結(jié)構(gòu)性；第二命題是巖體結(jié)構(gòu)的形成與演化; 第三命題是巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)屬性；第四命題是工程巖體的穩(wěn)定性；第五命題是工程結(jié)構(gòu)與巖體結(jié)構(gòu)的相互作用及其調(diào)諧。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)概述 關(guān)于工程結(jié)構(gòu)和巖體結(jié)構(gòu)的依存關(guān)系和相互作用問(wèn)題已在80年代初提出（Gu Dezhen and Wang Sijing，1982），并在90年代初有初步研究和發(fā)表（王思敬，1990；W

9、ang Sijing，1995）。在進(jìn)一步的研究中將會(huì)引入系統(tǒng)科學(xué)和非線性科學(xué)的應(yīng)用（梁炯鋆，黃鼎成等，1992；楊志法，1993；秦四清、張倬元等，1993；黃志全，1999；王思敬和李焯芬，2001），從而得到新的發(fā)展和在巖體工程、環(huán)境工程領(lǐng)域的更廣泛的應(yīng)用（王思敬、黃鼎成等，1988；Wang Sijing，1993；張倬元（主編），1994；王思敬（主編），1995；Wang Sijing & Dai Fuchu，1996）。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇) 在工程地質(zhì)力學(xué)研究中,首先是進(jìn)行地質(zhì)作用和過(guò)程的力學(xué)分析。這時(shí)要以地質(zhì)學(xué)研究關(guān)于沉積建造、巖漿活動(dòng)和變質(zhì)作用特征，以及構(gòu)造

10、體系所揭示的地質(zhì)發(fā)展歷史為依據(jù),通過(guò)力學(xué)分析幫助我們認(rèn)識(shí)和概括地質(zhì)規(guī)律，研究地質(zhì)力學(xué)作用的物理機(jī)制和動(dòng)力過(guò)程。概述巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)概述 工程地質(zhì)力學(xué)研究還要求對(duì)地質(zhì)體的工程性能和表現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行力學(xué)分析。這時(shí)著重于應(yīng)用力學(xué)定律和方法，描述和研究地質(zhì)體的受力歷史和形變過(guò)程，從而認(rèn)識(shí)并定量地表達(dá)地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)及其工程地質(zhì)特性的本質(zhì)和工程地質(zhì)規(guī)律，以及在此基礎(chǔ)上對(duì)工程作用下及環(huán)境影響下地質(zhì)體未來(lái)的變形和失穩(wěn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)概述 綜上所述，工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)是地學(xué)范疇的一門(mén)邊緣學(xué)科，成為工程地質(zhì)學(xué)的基本理論之一。它的理論研究重點(diǎn)內(nèi)容有兩方面： 1)探索地質(zhì)體結(jié)構(gòu)在地質(zhì)歷史中的

11、演化過(guò)程，從而取得對(duì)工程建設(shè)前的地質(zhì)體結(jié)構(gòu)和特性的認(rèn)識(shí)。這實(shí)際是地質(zhì)力學(xué)作用的研究； 2)探索工程建設(shè)作用下地質(zhì)體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，從而獲得對(duì)工程巖體穩(wěn)定性的認(rèn)識(shí)，并作為可靠預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。這也就是工程地質(zhì)力學(xué)作用的研究。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)概述 在掌握地質(zhì)體結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，考慮地殼應(yīng)力狀態(tài)和水文地質(zhì)條件進(jìn)行工程地質(zhì)體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和變形破壞規(guī)律預(yù)測(cè)，為工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)，以及工程減災(zāi)服務(wù)。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理1）地質(zhì)體有特定結(jié)構(gòu)，即具有結(jié)構(gòu)性 工程地質(zhì)力學(xué)的研究對(duì)象是工程建設(shè)涉及的上部地殼。它是由各級(jí)地質(zhì)體組合構(gòu)成的。應(yīng)將地質(zhì)體看作結(jié)構(gòu)

12、物，而且它是有特定結(jié)構(gòu)的。工程地質(zhì)力學(xué)研究的中心環(huán)節(jié)是抓住地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)分析，認(rèn)識(shí)工程地質(zhì)力學(xué)作用的本質(zhì)和規(guī)律?？梢哉f(shuō)，工程地質(zhì)力學(xué)就是地質(zhì)問(wèn)題的結(jié)構(gòu)控制學(xué)說(shuō)的發(fā)展。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理2）地質(zhì)體結(jié)構(gòu)由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合構(gòu)成 上部地殼中各級(jí)地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)，可以用結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體組合模式來(lái)描述和分析。地質(zhì)體中的各種斷裂和界面形成了結(jié)構(gòu)面系統(tǒng)，而結(jié)構(gòu)面組合圍限則形成結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的有規(guī)律組合，規(guī)定著地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)特性，決定著地質(zhì)體的工程力學(xué)特性和工程地質(zhì)條件。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理3）地質(zhì)體結(jié)構(gòu)是通過(guò)地質(zhì)演化形成的， 并具有應(yīng)力歷史 地

13、質(zhì)體結(jié)構(gòu)是在一定的地質(zhì)歷史過(guò)程中形成的，包括巖石建造、構(gòu)造形變和次生改變）。 在巖石建造階段中，沉積過(guò)程，巖漿活動(dòng)和變質(zhì)作用所形成的物質(zhì)組成原生結(jié)構(gòu)，在很大程度上控制著后期的構(gòu)造形變和次生改變。但是，構(gòu)造結(jié)構(gòu)和次生結(jié)構(gòu)對(duì)巖體特性的影響很顯著，往往造成突出的工程地質(zhì)問(wèn)題。地質(zhì)體結(jié)構(gòu)的工程地質(zhì)特性和其成因及類型雖然有有密切聯(lián)系，但是，總體上乃是多期地質(zhì)作用的結(jié)果。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理4）地質(zhì)體結(jié)構(gòu)具有分級(jí)性，不同尺度結(jié)構(gòu)具自相似性 按結(jié)構(gòu)面的規(guī)模進(jìn)行分級(jí)，在此基礎(chǔ)上作相應(yīng)的地質(zhì)體分級(jí)。對(duì)不同規(guī)模的工程地質(zhì)問(wèn)題，要抓住相應(yīng)級(jí)別的地質(zhì)體及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)。地質(zhì)體可劃分

14、為五級(jí)，即地塊、山體、巖體、塊體和巖塊，以及其相應(yīng)的工程地質(zhì)問(wèn)題。 對(duì)某一工程地質(zhì)問(wèn)題而言，其更大高級(jí)別的地質(zhì)體的研究給出背景條件，本級(jí)的研究給出問(wèn)題的邊界，次一級(jí)地質(zhì)體的研究給出問(wèn)題的特性參數(shù)。所以，工程地質(zhì)研究的范圍往往比工程建設(shè)直接涉及的更大，通常稱為外圍研究。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理5）地質(zhì)體結(jié)構(gòu)具有多樣性，可劃分為類型 根據(jù)工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可將巖體結(jié)構(gòu)劃分為塊狀、層狀，碎裂結(jié)構(gòu)三大類。整體塊狀和層狀結(jié)構(gòu)基本上保持巖石建造階段形成的原生結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，一般說(shuō)來(lái)也會(huì)受到一定程度的構(gòu)造形變和次生改變，但未受本質(zhì)的擾動(dòng)。碎裂結(jié)構(gòu)是受到強(qiáng)烈的構(gòu)造形變和次生改變作用而形成

15、的。原生結(jié)構(gòu)受到強(qiáng)烈的擾動(dòng)和破壞；最嚴(yán)重者變?yōu)樗绍浗Y(jié)構(gòu)，屬于土類(Hwong Ting-cheng, 1978)。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理 6）地質(zhì)體的工程力學(xué)特性主要取決于它的結(jié)構(gòu)性，是主導(dǎo)的內(nèi)在因素 這是通過(guò)結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)反映出來(lái)的。地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的影響最關(guān)鍵，它造成地質(zhì)體的不連續(xù)性，因而使它區(qū)別于理想的連續(xù)介質(zhì)。地質(zhì)體中結(jié)構(gòu)面的不同組合，一方面影響到應(yīng)力的傳遞，造成應(yīng)力的局部集中和不均勻分布，另一方面，從根本上影響到地質(zhì)體的變形和強(qiáng)度特性，造成其各向異性和不均一性。 地質(zhì)體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系很是復(fù)雜的，往往包括節(jié)理的壓密段(表現(xiàn)為硬化)、線性變形段，以及屈服點(diǎn)以后的強(qiáng)

16、化段和峰值后的應(yīng)變軟化。因此，應(yīng)以非線性本構(gòu)關(guān)系來(lái)表征。地質(zhì)體變形的時(shí)間效應(yīng)，往往很明顯，應(yīng)作為結(jié)構(gòu)流變體來(lái)描述。 地質(zhì)體的本構(gòu)性質(zhì)取決于結(jié)構(gòu)類型，因而它也有類型劃分。不同的介質(zhì)結(jié)構(gòu)所具有的不同力學(xué)介質(zhì)特性，可采用不同的本構(gòu)關(guān)系或力學(xué)模型來(lái)表征和分析。 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理 7）地質(zhì)體結(jié)構(gòu)對(duì)巖體的變形、破壞起主導(dǎo)的控制作用 地質(zhì)體結(jié)構(gòu)是巖體穩(wěn)定性的內(nèi)在因素。結(jié)構(gòu)控制作用主要表現(xiàn)于對(duì)穩(wěn)定程度，失穩(wěn)范圍和規(guī)模的影響，對(duì)變形、破壞機(jī)制的影響，以及對(duì)變形、破壞發(fā)展階段和過(guò)程的影響。正確評(píng)價(jià)巖體穩(wěn)定性的前提，是在結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上做好變形、破壞機(jī)制的預(yù)測(cè)。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道

17、理(第一篇)工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理 8）地質(zhì)體結(jié)構(gòu)分析是成功的工程力學(xué)分析的基礎(chǔ) 應(yīng)力分析、變形分析及穩(wěn)定分析，是工程地質(zhì)力學(xué)評(píng)價(jià)的中心環(huán)節(jié)，應(yīng)建立在地質(zhì)體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上。在地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上得到地質(zhì)模型，經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)特性及邊界條件的分析，建立地質(zhì)力學(xué)模型，并采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)或物理分析方法，解決問(wèn)題。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理 9）地質(zhì)體和工程建筑物之間具有相互依存和相互作用關(guān)系 地質(zhì)體和工程建筑物的相互依存關(guān)系表現(xiàn)為工程地質(zhì)力學(xué)作用。地質(zhì)體對(duì)工程建筑物的影響，往往表現(xiàn)為地質(zhì)體自身的失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)對(duì)工程的威脅；而工程荷載作用下引起的地質(zhì)體運(yùn)動(dòng)，同樣也影響工程建筑物的安全。工程建筑

18、物地質(zhì)體結(jié)構(gòu)的改變所導(dǎo)致的間接影響，有時(shí)有更大的危害，而事先不易覺(jué)察，常難于可靠地預(yù)測(cè)。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)工程地質(zhì)力學(xué)的基本原理 10）工程地質(zhì)力學(xué)研究的方向是地質(zhì)學(xué)和力學(xué)的結(jié)合 工程地質(zhì)力學(xué)研究要求應(yīng)用力學(xué)的基本理論工程地質(zhì)研究中應(yīng)用力學(xué)的基本理論、分析方法和測(cè)試方法。但是，地質(zhì)研究方法仍然是基本的方法，包括地層、巖石、地質(zhì)年代和構(gòu)造分析、新構(gòu)造、地貌分析等。在力學(xué)分析中，不連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展是工程地質(zhì)力學(xué)的特色，而數(shù)值分析途徑和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用使得工程地質(zhì)力學(xué)問(wèn)題有可能得到實(shí)際解決。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析 巖石是巖體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)組成，它是影

19、響形成不同巖體結(jié)構(gòu)的重要因素。工程所轄地區(qū)的巖體是由各種不同巖石組合而成的，很少是單一類型的巖石。因之，探討巖石的組合特征是研究巖體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)所必須的。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析 巖石組合是擁有各種各樣巖石的。從巖性上來(lái)看，有性質(zhì)堅(jiān)硬且脆的巖石，亦有軟弱半堅(jiān)硬的巖石。在巖石組合中，每種巖石的組織結(jié)構(gòu)也是不同的。有粗粒、細(xì)粒組合；薄層、厚層組合；塊狀、層狀組合。有時(shí)有夾層、透鏡體等等。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析 巖體可由各種同一的，堅(jiān)硬的巖石組合而成，巖石的組織結(jié)構(gòu)也近似一致，這種巖體就可視為堅(jiān)硬均質(zhì)，各向同性的介質(zhì)。巖體若由組織結(jié)

20、構(gòu)一致的軟弱柔韌的巖石組合而成，這種巖體可視為軟弱均質(zhì)，各向同性的介質(zhì)。若巖體由堅(jiān)硬及柔韌巖石以不同比例組合而成，組織結(jié)構(gòu)也有很大差異時(shí)，這種巖體就應(yīng)視為不均質(zhì)的，各向異性的介質(zhì)。 地殼上各類巖石的形成環(huán)境及分布規(guī)律是很復(fù)雜的，在堅(jiān)硬巖體中常常有軟弱夾層，在軟弱巖石中則往往有堅(jiān)硬的巖石夾層。這些夾層在巖體穩(wěn)定分析時(shí)，確有著它特殊的重要意義。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析 在巖體工程地質(zhì)力學(xué)研究中，巖組是指巖石的工程地質(zhì)組合而言。每一巖組都有其一定的巖石組合特征，并應(yīng)具有相似的工程地質(zhì)特性，如塊狀石英砂巖巖組，泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾薄層頁(yè)巖巖組、中厚層大理巖巖組、云母石英片巖巖

21、組等等。工程地質(zhì)巖組的劃分必需以巖體工程地質(zhì)力學(xué)的觀點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)。主要考慮巖石的成因類型和巖性巖相的變化以及巖石的成層條件及厚度變化。巖組劃分也必須在建造類型基礎(chǔ)上進(jìn)行（表1）。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)表1 巖組類型及特征 巖組類型沉積環(huán)境巖石組成工程地質(zhì)特性碳酸巖建造震旦系到三疊系以前，海相沉積，陸相淡水沉積石灰?guī)r，白云巖、泥狀灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r，礁灰?guī)r，紅色細(xì)?；?guī)r，白云巖化灰?guī)r，各種泥灰?guī)r巖溶發(fā)育，形成架空結(jié)構(gòu)碎屑巖建造各個(gè)時(shí)代海相沉積，內(nèi)陸河湖相沉積，濱海濱湖粗粒沉積，遠(yuǎn)海遠(yuǎn)湖細(xì)粒沉積礫巖、砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖、粘土巖、少量灰?guī)r（常呈透鏡體出現(xiàn)）多是軟弱相間組合，含軟弱夾層層狀不均

22、一性復(fù)理式建造地槽褶皺帶及地臺(tái)區(qū)的活動(dòng)帶復(fù)理式沉積的巖性包括除礫巖以外的，按粒度成分最多種多樣的巖石組合薄層組合，層狀不均一性，各向異性含煤建造陸相碎屑沉積泥盆紀(jì)以后，各個(gè)時(shí)代巖石組合：粘土巖、頁(yè)巖、砂巖有時(shí)夾有灰?guī)r及火山沉積巖多層組合，層狀不均一性，含軟弱夾層含鹽建造陸相，濱海相，濱湖相粘土巖，頁(yè)巖，砂質(zhì)頁(yè)巖及鈣質(zhì)頁(yè)巖等，含鉀鹽、鈉鹽、石膏、芒硝等多層組合，層狀不均一性，含可溶夾層巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)表1 巖組類型及特征 （續(xù)）巖組類型沉積環(huán)境巖石組成工程地質(zhì)特性巖漿巖建造深成、淺成各個(gè)地質(zhì)時(shí)代巖漿結(jié)晶分異相深成及淺成巖漿巖如橄欖巖，輝綠巖，閃長(zhǎng)巖，花崗巖，偉晶巖，細(xì)晶巖呈基巖，巖

23、株，巖脈等形式產(chǎn)出均一塊體組合火山巖建造巖漿噴出及溢流形成的巖石玄武巖，流紋巖，安山巖，凝灰?guī)r，凝灰質(zhì)砂巖，斑脫巖等厚層組合，含軟弱夾層及沉積間斷層變質(zhì)巖建造高溫高壓變質(zhì)形成的巖石，有接觸變質(zhì)，動(dòng)力變質(zhì)，區(qū)域變質(zhì)巖各種片巖，片麻巖，石英巖，大理巖，斜長(zhǎng)角閃巖等層狀各向異性，夾相對(duì)軟弱層構(gòu)造巖建造由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所形成的各巖體各種物質(zhì)成分的斷層泥，糜棱巖，角礫巖，壓碎巖等，厚度不一，視斷層規(guī)模而不同，可由幾十公分到幾十米，甚至上千米（1公里左右）構(gòu)造破碎結(jié)構(gòu)風(fēng)化巖巖組風(fēng)化作用為主變化而形成的風(fēng)化殼，風(fēng)化囊或風(fēng)化溝，不同風(fēng)化系數(shù)的巖（土）風(fēng)化殼分層結(jié)構(gòu)，破碎泥化巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)巖石組合的工

24、程地質(zhì)力學(xué)分析 1 )碳酸巖建造大多為海相沉積，也有與碎屑巖共生的陸相淡水灰?guī)r。碳酸巖建造巖性均為碳酸鹽巖類巖石。巖石成分為石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、純大理巖、硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖、白云巖等。除此，在建造中還常見(jiàn)在灰?guī)r層中夾有砂、頁(yè)巖等。 2 )碎屑巖建造從巖相來(lái)看，碎屑巖的沉積環(huán)境是多種多樣的。有海相沉積，亦有內(nèi)陸河湖相沉積，有濱海、濱湖的粗大顆粒沉積，亦有遠(yuǎn)海遠(yuǎn)湖的細(xì)屑顆粒沉積。大都為機(jī)械沉積作用。碎屑巖建造的巖性也是比較復(fù)雜的，主要為、砂巖、粘土巖、頁(yè)巖等。建造中有時(shí)為單一的巖石組成，有時(shí)為多種巖石組合而成。 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析 3)

25、 復(fù)理式建造復(fù)理式建造也是碎屑巖建造的一種。但它是地殼活動(dòng)帶所特有的建造。復(fù)理式建造最突出的特點(diǎn)是在沉積旋廻中有明顯的韻律性，即在每個(gè)旋廻中由極粗、粗、中、細(xì)、微等顆粒的巖石組成，它們順序沉積，組成一套有規(guī)律的沉積建造。主要的巖性為砂質(zhì)巖，粘土巖，有時(shí)夾有灰?guī)r等。 4 )含煤建造含煤建造是沉積建造的一種。含煤建造的巖相為陸相，過(guò)渡相和淺海相。以含煤層或煤線為其特征而區(qū)別于其它沉積建造。含煤建造的巖性，多為各種不同成分，不同粒度的碎屑巖和粘土巖，也有石灰?guī)r，鋁質(zhì)巖，燧石層等。有時(shí)也遇到火山碎屑巖沉積。 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析 5)含鹽建造這種建造有的屬于濱海瀉湖

26、相的碎屑沉積建造，亦有陸相的碎屑沉積建造。巖石組合大都為粘土巖及頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖，鈣質(zhì)頁(yè)巖等，其中含有鉀鹽及鈉鹽，還有硫酸鹽類如芒硝、石膏等。 6 )巖漿巖建造巖漿巖建造包括深成火成巖。巖性有橄欖輝石巖類（超基性巖），輝長(zhǎng)巖類（基性巖）、閃長(zhǎng)巖類（中性巖）、花崗巖類（酸性巖）、正長(zhǎng)巖類（偏酸性巖）等等。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析 7 )火山巖建造這種建造亦是巖漿巖建造，但它的形成過(guò)程則有所異。有噴出式的，亦有溢流式的，溢流形成的有明顯的流動(dòng)構(gòu)造及冷卻收縮構(gòu)造。噴發(fā)式的火山巖沉積建造，有的為海底或湖底噴發(fā)，有的則為陸地噴發(fā)?；鹕綆r建造中的巖性是多種多樣的，火山巖包括各

27、種玻璃熔巖黑曜巖、松脂巖、珍珠巖、玄武巖、輝綠巖、安山巖、粗面巖、流紋巖，各種玢巖、石英斑巖等等。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇) 8) 變質(zhì)巖建造變質(zhì)巖建造是一種次生的極其復(fù)雜的建造，它的復(fù)雜程度由它的母巖物質(zhì)組成及變質(zhì)過(guò)程中的物理環(huán)境所決定的。因而變質(zhì)巖的礦物組成，組織結(jié)構(gòu)就特別復(fù)雜，巖石的名稱就特別繁多。根據(jù)這些特點(diǎn)可將變質(zhì)巖建造分成不同的巖組，如石英巖組、板巖組、片巖組、大理巖組、變質(zhì)火山巖組、正片麻巖組、副片麻巖組以及由上述不同巖石互相組合的特殊巖組。巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析 9 )構(gòu)造巖組構(gòu)造巖是一種次生的巖組，是由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所

28、形成的斷層破碎帶及巖漿巖侵入所形成的破碎帶中的產(chǎn)物，是由機(jī)械作用及熱動(dòng)力作用的結(jié)果。所有這些動(dòng)力形成的巖石通稱為構(gòu)造巖。構(gòu)造巖種類是繁多的，有斷層泥、麋棱巖、角礫巖、壓碎巖、劈理帶破碎巖、褶皺扭曲帶破碎巖地下水浸染巖石帶。巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇) 10 )風(fēng)化巖組風(fēng)化巖是典型次生巖組，是以風(fēng)化作用為主而促使母巖的物質(zhì)成分，組織結(jié)構(gòu)及色澤逐漸變化而形成的巖組。由于母巖種類繁多，各個(gè)地區(qū)自然條件的差異，風(fēng)化產(chǎn)物則大小相同。風(fēng)化殘余棕紅色粘土層，基巖出露的地區(qū)形成了地表面的風(fēng)化殼。風(fēng)化巖帶的分類，大致可分為：殘積土層、全風(fēng)化巖帶、強(qiáng)風(fēng)化巖帶、弱風(fēng)化巖帶、微風(fēng)化巖帶。巖石組合的工程地質(zhì)力學(xué)分析巖

29、石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析褶皺斷裂體系的形成過(guò)程 地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)時(shí)期地質(zhì)歷史發(fā)展的產(chǎn)物，主要取決于構(gòu)造變形過(guò)程。這個(gè)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是巖體內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變依時(shí)間進(jìn)程的具體表現(xiàn)。 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 巖石的單軸及三軸試驗(yàn)表明，試件內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變及變形破裂的基本規(guī)律可以概括如下： （1）三軸應(yīng)力下發(fā)生應(yīng)變橢球休，它的幾何軸與主應(yīng)力軸一致。 （2）試件內(nèi)，在任一與主應(yīng)力斜交的方向上產(chǎn)生法向應(yīng)力及剪應(yīng)力。 （3）達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，在大體上與最大主應(yīng)力軸相交為45的方向上出現(xiàn)一對(duì)共軛的X剪切面。 褶皺斷裂體系的形成過(guò)程巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地

30、質(zhì)力學(xué)分析 4）主應(yīng)力的繼續(xù)作用，導(dǎo)致試件的進(jìn)一步變形及破壞，如巖石顆粒的重排列、再結(jié)晶；壓劈理、流劈理的出現(xiàn)；迭瓦式及羽狀裂隙的產(chǎn)生；試件的側(cè)向膨張及裂隙面的張開(kāi)等。 5）不同物質(zhì)材料的試件往往有不同的變形特征，有的以塑性變形為主，有的以脆性破裂為主。 上述一些規(guī)律，大體上反映了整體塊狀地質(zhì)體一次構(gòu)造變形過(guò)程。層狀地質(zhì)體在構(gòu)造變形過(guò)程中產(chǎn)生復(fù)雜的褶皺斷裂體系。圖1概括了不同褶皺地層的一次構(gòu)造體系。 褶皺斷裂體系的形成過(guò)程巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)圖1 褶皺斷裂構(gòu)造體系的形成過(guò)程及地質(zhì)力學(xué)分析 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 I平緩巖層區(qū)：僅出現(xiàn)一對(duì)X型高角度剪切破裂

31、.有時(shí)同等發(fā)育，有時(shí)一組發(fā)育，一組不顯，大部為節(jié)理系統(tǒng)，斷層少見(jiàn)。此時(shí)需注意它與倒轉(zhuǎn)平緩巖層的區(qū)別。 II巖層褶皺區(qū)：巖體中的裂隙繼續(xù)發(fā)展，并加密、加長(zhǎng)、加寬，沿著已有x裂隙逐漸發(fā)展為張節(jié)理。原剪切裂隙由于巖層變位也改變著它的走向、傾向及傾角。與此同時(shí)，在側(cè)面上(ac橫剖面)則出現(xiàn)另外的X型剪切破裂，隨著作用力的持續(xù)加強(qiáng)，沖斷層(仰沖、俯沖、層間錯(cuò)動(dòng))則逐步形成。在平面上表現(xiàn)為走向裂隙及走向斷層，往往被橫斷層及捩斷層所錯(cuò)開(kāi)，共同組成米字型斷裂型式。 褶皺斷裂體系的形成過(guò)程巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 III背斜軸區(qū)：當(dāng)巖層緊逼褶皺隆起時(shí)，于背斜軸部往往出現(xiàn)次一級(jí)應(yīng)力場(chǎng)，

32、又形成一對(duì)X型剪切破裂，并逐漸發(fā)展為縱向張性斷層，于側(cè)面上呈階梯式、地壘式、地塹式正斷層及逆斷層。這種變形往往使第H種情況下的斷裂系統(tǒng)復(fù)雜化。 這一對(duì)X型節(jié)理的銳角一般較小，水平擦痕也較顯著，需注意它與沖斷層、橫斷層的相互影響。 褶皺斷裂體系的形成過(guò)程巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 IV巖層強(qiáng)烈變形區(qū)：當(dāng)巖層發(fā)生強(qiáng)烈褶皺及斷裂時(shí)，巖體構(gòu)造變形已達(dá)到了累積階段，構(gòu)成上述I，II，III三種情況構(gòu)造的復(fù)合體。此時(shí)構(gòu)造體系在側(cè)面上則出現(xiàn)迭瓦式?jīng)_斷層、交叉式?jīng)_斷層、明顯層間錯(cuò)動(dòng)及逆掩斷層，并出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)構(gòu)造、帚狀構(gòu)造等，甚而因沖斷距過(guò)大，還可導(dǎo)致次一級(jí)構(gòu)造如羽狀構(gòu)造、劈理、拖拉褶皺等

33、。在平面上，沖斷層及逆掩斷層，往往受橫向張斷層及斜向平移捩斷層所切割呈不連續(xù)狀，它們共同構(gòu)成復(fù)雜的構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)在縱剖面上(bc面)則出現(xiàn)由橫斷層及捩斷層所形成的階梯式、地塹式、地壘式構(gòu)造。在這個(gè)階段需注意構(gòu)造的序次。 褶皺斷裂體系的形成過(guò)程巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 在整個(gè)巖體構(gòu)造變形的過(guò)程中，主應(yīng)力軸，尤其是中間主應(yīng)力軸是在轉(zhuǎn)化的。在平緩巖層區(qū)中間主應(yīng)力軸是鉛直的，而在巖層褶皺的背斜軸區(qū)中間主應(yīng)力軸轉(zhuǎn)為水平。當(dāng)巖層緊逼褶皺隆起時(shí)最小主應(yīng)力軸轉(zhuǎn)為鉛直，才產(chǎn)生側(cè)面X型斷裂。 褶皺斷裂體系的形成過(guò)程巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 地殼運(yùn)動(dòng)中,構(gòu)造主

34、壓力方向往往呈多輪廻變化,每次的大的輪廻可形成新的構(gòu)造層,其間常有地層不整合或假整合分割.初次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造系統(tǒng)構(gòu)成基底構(gòu)造層.以后的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可產(chǎn)生新的斷裂,并使已有的斷層活動(dòng),但其活動(dòng)方式將受新的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)制約.這樣便形成多構(gòu)造層的復(fù)合,原則上,較新的上構(gòu)造層中斷裂組數(shù)較下構(gòu)造層少,錯(cuò)動(dòng)方式也較簡(jiǎn)單。褶皺斷裂體系的形成過(guò)程巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 野外地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查所得的情況往往非常復(fù)雜，其原因除上述多期的地殼運(yùn)動(dòng)外,還有：(1)各地區(qū)的巖性物性不同，基底的形態(tài)不同，變形、破裂現(xiàn)象有很大差異。(2)在巖層的褶皺變形和斷裂錯(cuò)動(dòng)中，產(chǎn)生次一級(jí)，甚至第三級(jí)的應(yīng)力場(chǎng)，導(dǎo)

35、致相應(yīng)一級(jí)的變形和破裂。(3)從構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用力來(lái)看，一般情況下符合水平壓力的作用。但有的地區(qū)出現(xiàn)扭力作用的扭動(dòng)構(gòu)造體系；有的地區(qū)如巖漿巖地區(qū)、也可能出現(xiàn)垂直頂托作用。 褶皺斷裂體系的形成過(guò)程巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 1）確定構(gòu)造線 所謂構(gòu)造線是指與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)壓力相垂直的平面與地面的交線。它是巖體受壓縮而產(chǎn)生三維變形的最大延伸方向。垂直構(gòu)造線的方向，是代表壓力的最大主應(yīng)力的方向，它是變形、破裂的主導(dǎo)因素。因此，抓住了構(gòu)造線，就等于抓住了關(guān)鍵，便于掌握整個(gè)應(yīng)力場(chǎng)的情況。 構(gòu)造配套的地質(zhì)力學(xué)分析方法 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 構(gòu)造線的方向可用下

36、列構(gòu)造形跡的方向作代表： 褶皺軸的走向，尤其是緊密線性褶皺最具代表性。但要注意是否為橫斷層切割，錯(cuò)動(dòng)拖拉，而引起方位上的改變； 區(qū)域性陡傾巖層、直立巖層、片理、片麻結(jié)構(gòu)等，要注意避免局部現(xiàn)象的誤解； 沖斷層（包括仰沖、俯沖，逆掩斷層，層間錯(cuò)動(dòng)面等)的走向，也要注意是否為橫斷層切割錯(cuò)斷而改變方位。構(gòu)造配套的地質(zhì)力學(xué)分析方法 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 平臥柱狀構(gòu)造軸向、帚狀構(gòu)造走向、線排列展布方向、應(yīng)力礦物的定向排列等，這些小型構(gòu)造及微構(gòu)造，經(jīng)過(guò)細(xì)致研究，也可作構(gòu)造線的標(biāo)志。 確定構(gòu)造線是構(gòu)造體系分析的基礎(chǔ)，要根據(jù)多種標(biāo)志綜合判斷。并且應(yīng)結(jié)合區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)情況分析，以免將

37、局部變位了的構(gòu)造方向誤認(rèn)為構(gòu)造線方向。 構(gòu)造配套的地質(zhì)力學(xué)分析方法 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 2）分析構(gòu)造線的次序 一個(gè)地區(qū)往往經(jīng)受多次強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，應(yīng)力場(chǎng)也發(fā)生過(guò)不止一次的變化，在一地區(qū)可能發(fā)現(xiàn)幾組構(gòu)造線方向。分析構(gòu)造線的次序就是認(rèn)識(shí)某地區(qū)有幾次應(yīng)力場(chǎng)，各代表哪些構(gòu)造運(yùn)動(dòng)幕次，也就是不同應(yīng)力場(chǎng)的先后次序。為此，要調(diào)查區(qū)域地質(zhì)發(fā)展史(包括沉積過(guò)程、地層時(shí)代、巖漿活動(dòng)及變質(zhì)特征等),注意發(fā)生地層不整合的時(shí)期，同時(shí)分析各組構(gòu)造線對(duì)不同巖系的切割關(guān)系,以及各組構(gòu)造線的互相穿插關(guān)系。最后，確定每組構(gòu)造線所代表的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和構(gòu)造層。構(gòu)造配套的地質(zhì)力學(xué)分析方法 巖石工程地質(zhì)力學(xué)

38、道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 3）構(gòu)造體系及其復(fù)合關(guān)系的分析 劃分構(gòu)造體系的工作就是構(gòu)造配套，即確定在各次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力場(chǎng)中產(chǎn)生的，有成生聯(lián)系的各組構(gòu)造形跡相對(duì)于構(gòu)造線的從屬關(guān)系。 以下舉例說(shuō)明上述的構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析。 某露天礦地區(qū)發(fā)育前震旦紀(jì)變質(zhì)巖系，由結(jié)晶混合巖組、云母、石英片巖、片麻巖組及大理巖組構(gòu)成。本地區(qū)有兩次構(gòu)造線，一次是以區(qū)域性片理、片麻結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀及迭瓦式的走向沖斷層Fl、F5、F6、F16等所代表的北西向構(gòu)造線，另一次是以沖斷層F8為代表的近東西向構(gòu)造線(圖2)。構(gòu)造配套的地質(zhì)力學(xué)分析方法 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)NP2Q1f11f12f13f14NP1123

39、45F8f9EWS. 近東西構(gòu)造體系P1. 北西構(gòu)造體系f10NSWEP2AnZb2AnZb1AnZb12AnZb13AnZb11AnZb2F1P1F5F16F52F51f9f7f5f5F63f4f3f2f1fFF3F5f14f11-f10f7f8F3F5(F8)F1F16f6f1f51沖斷層；2 橫斷層；3 捩斷層；4 背斜軸；5 區(qū)域構(gòu)造壓力方向；Q1 早第四紀(jì)砂巖、粘土巖，nZb 前震旦紀(jì)變質(zhì)巖系，花崗巖，礦體，P1 北西向構(gòu)造線構(gòu)造壓力方向，P2 東西向構(gòu)造線構(gòu)造壓力方向圖2 某露天礦地區(qū)構(gòu)造復(fù)合關(guān)系的分析巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 本區(qū)前震旦紀(jì)碎屑巖及碳酸鹽

40、巖建造，經(jīng)呂梁運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)烈褶皺及變質(zhì)作用，形成混合巖、片巖片麻巖及大理巖組，并有花崗巖，白崗巖、偉晶花崗巖的侵入，以后本區(qū)隆起變?yōu)楣抨?。這時(shí)已經(jīng)形成北西向構(gòu)造線。 本區(qū)第二期巖漿巖為正長(zhǎng)花崗巖，偉晶花崗巖，斜長(zhǎng)細(xì)晶巖等，大致屬加里東期。 第三期巖漿巖為花崗斑巖，輝綠巖等多種巖漿巖，大致屬海西期。 構(gòu)造配套的地質(zhì)力學(xué)分析方法 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 從主要巖漿巖的展布及F1大斷層活動(dòng)情況看，構(gòu)造壓力方向長(zhǎng)期沒(méi)有改變。中生代期間在本區(qū)古陸外側(cè)形成一系列紅色盆地，仍作北西方向延展。同時(shí)F1斷層使變質(zhì)巖系逆掩于紅層之上，說(shuō)明北西向構(gòu)造線未變。但是紅色盆地中又發(fā)育東西向的沖

41、斷層及南北向的張性橫斷層，切穿第四系底部的地層。礦區(qū)東西向F8斷層使變質(zhì)巖系逆沖于老第四紀(jì)砂巖及粘土巖上，并截?cái)啾蔽飨騀1等一系列走向斷層。這就是東西向構(gòu)造線，可能是較新的構(gòu)造體系。 構(gòu)造配套的地質(zhì)力學(xué)分析方法 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 北西向構(gòu)造線是由北東南西向區(qū)域水平壓力所造成的。除走向北西的一系列沖斷層外，還形成一對(duì)平面的X型剪切斷裂，其中左行逆時(shí)針錯(cuò)動(dòng)的為北東東向小斷層flf5及F8，右行順時(shí)針錯(cuò)動(dòng)的為北北東向斷層f6。另外，北北東向斷層f7一f9在產(chǎn)狀上看也可能屬于北西向構(gòu)造線中的扭斷裂，但其錯(cuò)動(dòng)方向明顯地表示受東西向構(gòu)造線控制，即南北向壓力的影響。 構(gòu)造

42、配套的地質(zhì)力學(xué)分析方法 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 東西向構(gòu)造線，是由近南北向壓力所造成的。較新構(gòu)造體系基本上是在老構(gòu)造體系上發(fā)展的。其中代表構(gòu)造線的斷層F8，在老構(gòu)造體系中為捩斷層，北盤(pán)西移達(dá)500米之多，但在較新構(gòu)造體系中表現(xiàn)為變質(zhì)巖系與下第四系之間的沖斷層。北北東一組小斷層f7一f9，由原剪切節(jié)理發(fā)展而來(lái)，在南北向壓力作用下北西盤(pán)向西南移動(dòng)。至于北西向斷層除小斷層f11一fl4外，還可能遷就原走向斷層產(chǎn)生活動(dòng)，在斷層面上見(jiàn)有斜向及多組擦痕，角礫巖錯(cuò)碎，但純?yōu)榧羟行缘谋蔽飨驍嗔焉泻芎币?jiàn)。此外，礦區(qū)有一組近南北向，但走向折曲的張性橫斷層，如f10，也是受南北向壓力的

43、明顯標(biāo)志。構(gòu)造配套的地質(zhì)力學(xué)分析方法 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 地震是最新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的表現(xiàn)。本區(qū)近期地震活動(dòng)性強(qiáng)烈，震中沿北西方向分布，受北西向構(gòu)造線控制。但是根據(jù)地震臺(tái)站觀測(cè)的資料分析屬于扭性錯(cuò)動(dòng)，水平壓力的方向來(lái)自北60o東，這是值得注意的。 構(gòu)造配套的地質(zhì)力學(xué)分析方法 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)構(gòu)造體系的地質(zhì)力學(xué)分析 總之，由于長(zhǎng)期地殼變動(dòng)的結(jié)果，構(gòu)造體系十分復(fù)雜。在分析時(shí)要具有應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變，強(qiáng)度理論、破壞機(jī)制、斷裂面組合，應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)化、構(gòu)造線，運(yùn)動(dòng)輪迴，應(yīng)力再分配、構(gòu)造復(fù)合等等基本概念，這就是地質(zhì)力學(xué)方法。正確運(yùn)用這些概念的關(guān)鍵是掌握地質(zhì)建造及構(gòu)造形跡

44、特征的第一性資料。但是由于地質(zhì)條件的復(fù)雜，往往仍有許多構(gòu)造現(xiàn)象一時(shí)不能認(rèn)識(shí)清楚，不應(yīng)忽視或曲解，而有待于深入地、認(rèn)真地研究。 構(gòu)造配套的地質(zhì)力學(xué)分析方法 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 巖體中任何一點(diǎn)都受到力的作用，處于受力狀態(tài)中。在工程開(kāi)挖之前巖體中已經(jīng)存在著的地應(yīng)力場(chǎng)，稱為初始應(yīng)力場(chǎng)。在工程開(kāi)挖后，初始地應(yīng)力場(chǎng)受嚴(yán)重影響，引起變形，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，形成圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，稱為次生應(yīng)力場(chǎng)。 初始地應(yīng)力的主要組成部分有自重應(yīng)力，現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力，殘余構(gòu)造應(yīng)力等。初始地應(yīng)力場(chǎng)的構(gòu)成 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 1）自重應(yīng)力 巖體中任一點(diǎn)上覆一定

45、厚度的巖石產(chǎn)生重力作用，引起該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，稱為自重應(yīng)力。 2）構(gòu)造應(yīng)力 由于各種內(nèi)力和外力的作用，地殼中現(xiàn)今仍存在著構(gòu)造應(yīng)力，驅(qū)動(dòng)著地殼的構(gòu)造形變和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。地震的產(chǎn)生就是現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力的反映。 現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力的研究中地震機(jī)制分析是一項(xiàng)重要的手段，它的局限性在于地震區(qū)資料多，而在非地震區(qū)資料缺乏；只能提供主應(yīng)力方向的資料，并不能獲得絕對(duì)數(shù)值。除地震機(jī)制外，長(zhǎng)期的緩慢變形，如地形變和斷層蠕變等也可被用作現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)的反演分析。初始地應(yīng)力場(chǎng)的構(gòu)成 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 3）殘余應(yīng)力 巖體在形成過(guò)程中經(jīng)受著建造階段和構(gòu)造形變階段形成它的原生應(yīng)力狀態(tài)，但經(jīng)過(guò)次生變化

46、階段，由于風(fēng)化、卸荷而部分釋放，但是還有一部分仍然保留在巖體中，稱為殘余應(yīng)力。這里可分為兩種情況，一種是邊界約束未完全解除而保存的應(yīng)力，另一種是內(nèi)部約束造成的內(nèi)應(yīng)力。 巖體在地質(zhì)建造和構(gòu)造歷史上形成的應(yīng)力狀態(tài)，在外力作用已經(jīng)改變的條件下，能夠 保存下來(lái)形成內(nèi)應(yīng)力，可以由粘彈性及彈塑性變形，應(yīng)變能在內(nèi)約束下儲(chǔ)存來(lái)解釋。初始地應(yīng)力場(chǎng)的構(gòu)成 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 巖體在高溫高壓條件下，礦物結(jié)晶和重結(jié)晶的溫度壓力不同，在外力移去后，后結(jié)晶的晶體格架可約束早時(shí)在溫度較高壓力較低時(shí)結(jié)晶的或較柔軟的礦物的應(yīng)力釋放。這就使很多結(jié)晶巖漿巖體和變質(zhì)巖體保存較高的內(nèi)應(yīng)力。 巖層

47、在褶皺和構(gòu)造受壓過(guò)程中，在一定條件下，即構(gòu)造形變還不是十分強(qiáng)烈的條件下，出現(xiàn)粘彈性變形，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)期的作用，由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)變遷在外力移去后，變形逐漸恢復(fù)，但是過(guò)程緩慢，有相當(dāng)一部分應(yīng)力貯存在巖層中而不能一時(shí)釋放出來(lái)。在進(jìn)一步開(kāi)挖的條件下還可釋放出貯存的應(yīng)變能。 初始地應(yīng)力場(chǎng)的構(gòu)成 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 在巖體產(chǎn)生彈塑性變形時(shí)，彈性單元貯存的變形能因?yàn)槭芩苄詥卧荒芑謴?fù)變形的約束，在外力撤去后也不能完全釋放，而受塑性單元強(qiáng)度極限的控制(圖2-3)。 殘余變形的一個(gè)共同特點(diǎn)，就是形成巖體的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)。所謂內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)是物體在具有零應(yīng)力自由面條件下，或在不受外力作用

48、下，內(nèi)部仍處于應(yīng)力狀態(tài)。 初始地應(yīng)力場(chǎng)的構(gòu)成 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)圖3 彈塑性體殘余應(yīng)力原理示意圖 0rerr巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 殘余變形的一個(gè)共同特點(diǎn)，就是形成巖體的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)。所謂內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)是物體在具有零應(yīng)力自由面條件下，或在不受外力作用下，內(nèi)部仍處于應(yīng)力狀態(tài)。 內(nèi)應(yīng)力的另一個(gè)特征就是不能立即釋放，這是和上述特征有聯(lián)系的。由于殘余應(yīng)力屬于受約束的應(yīng)變能，所以在邊界應(yīng)力解除后，應(yīng)力釋放的范圍較小，而且釋放不完全。在邊界有所推進(jìn)后，再次產(chǎn)生部分的應(yīng)力釋放。所以，有些泮河隧洞或是淺埋平洞，雖然按彈性理論，應(yīng)力應(yīng)該已經(jīng)基本上釋放完畢，可是仍發(fā)現(xiàn)相當(dāng)

49、大的初始地應(yīng)力，可能就是屬于這種殘余應(yīng)力。 初始地應(yīng)力場(chǎng)的構(gòu)成 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 關(guān)于殘余地應(yīng)力的剝蝕理論認(rèn)為，巖體中水平構(gòu)造應(yīng)力的殘存是因?yàn)榈匦蝿兾g，或冰山消融，垂直應(yīng)力釋放，而水平應(yīng)力未能充分釋放的結(jié)果。 初始地應(yīng)力場(chǎng)的構(gòu)成 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)地質(zhì)力學(xué)分析的任務(wù)是根據(jù)巖體中構(gòu)造變形的形跡，反推構(gòu)造作用力的性質(zhì)和方向。 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分析是在構(gòu)造體系分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。首要的工作是尋找由于最大壓應(yīng)力作用而形成的構(gòu)造形跡，它們的走向?yàn)闃?gòu)造線。與構(gòu)造線有成生關(guān)系的構(gòu)造形跡亦應(yīng)加以綜合考慮。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的地質(zhì)力

50、學(xué)分析 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 對(duì)產(chǎn)狀比較平緩的層狀巖體，上述構(gòu)造線在工程區(qū)不明顯，則可以根據(jù)層面錯(cuò)動(dòng)的逆向擦痕確定，其傾向方位即能代表最大構(gòu)造壓力的方向。扭性斷裂面上根據(jù)其逆向錯(cuò)動(dòng)或斜向錯(cuò)動(dòng)也能確定最大構(gòu)造壓力的方向。 在巖層沒(méi)有明顯的褶皺或構(gòu)造形變不太強(qiáng)烈的塊狀巖漿巖中，根據(jù)一對(duì)共軛的X-型斷裂 J1 和J2，考慮其錯(cuò)動(dòng)方向和錯(cuò)列特征確定水平構(gòu)造作用力的方位。這時(shí)斷裂的交線為中間主應(yīng)力軸，并由圖4所示求出最大和最小主應(yīng)力的方向。 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的地質(zhì)力學(xué)分析 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)圖4 共軛X-型斷裂的應(yīng)力分析 231巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初

51、始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)往往是沿原有斷裂活動(dòng)的，所以為了確定后期的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，要求對(duì)各組扭斷裂多次活動(dòng)的錯(cuò)動(dòng)方向進(jìn)行分析。走向滑動(dòng)斷層情況比較復(fù)雜，往往根據(jù)它的滑動(dòng)方向還不易準(zhǔn)確確定最大主應(yīng)力方向。因?yàn)檫@時(shí)最大主應(yīng)力不一定和正反扭組合的交叉斷裂的交角平分線重合，但根據(jù)原來(lái)是平緩的壓扭性斷裂上再次活動(dòng)的斜向錯(cuò)動(dòng)跡向尚可大致確定水平構(gòu)造力的方向。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的地質(zhì)力學(xué)分析 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 當(dāng)?shù)刭|(zhì)體受到構(gòu)造形變時(shí)，在主構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的基礎(chǔ)上還會(huì)產(chǎn)生局部的和主應(yīng)力場(chǎng)不一致的次級(jí)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。有時(shí)工程部位的巖體初始應(yīng)力狀態(tài)卻主要次級(jí)應(yīng)力場(chǎng)的影響典型的次

52、級(jí)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和褶皺、斷裂有關(guān)。 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的地質(zhì)力學(xué)分析 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 1）走向滑動(dòng)斷層被動(dòng)盤(pán)的次一級(jí)應(yīng)力場(chǎng) 如圖5a所示，當(dāng)斷層一盤(pán)的地塊產(chǎn)生相對(duì)另一盤(pán)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)盤(pán)作用在斷層上的法向力可以向被動(dòng)盤(pán)傳遞，而切向力只能傳遞相當(dāng)于斷層抗滑阻力的那一部分，不能完全傳遞過(guò)去。因此，在斷層另一側(cè)被動(dòng)盤(pán)中構(gòu)造作用力方向有所改變。一般來(lái)說(shuō)，被動(dòng)盤(pán)中經(jīng)斷層傳遞過(guò)來(lái)的力和斷層面法線間的夾角等于斷層的內(nèi)摩擦角。在斷層帶經(jīng)過(guò)大距離錯(cuò)動(dòng)，產(chǎn)生斷層泥條帶，強(qiáng)度降低到殘余強(qiáng)度后，抗滑阻力很小，因此，被動(dòng)盤(pán)中作用力方向和斷層法線夾角很小，接近于平行。在具有蠕變滑動(dòng)的斷層帶也

53、有類似的情況。 上述被動(dòng)盤(pán)的次級(jí)應(yīng)力場(chǎng)中常伴生入字型構(gòu)造、出現(xiàn)和斷層走向呈銳角相交的褶皺軸，剪切斷裂或呈銳角相交的張性斷裂等組合。 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的地質(zhì)力學(xué)分析 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)圖5 次級(jí)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng) FFFFabc巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 2）橫斷層之間的次級(jí)應(yīng)力場(chǎng) 當(dāng)?shù)貙邮軝M斷層或斜向剪切斷裂切割，受推擠力作用產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)時(shí)，柔性地層錯(cuò)到和剛性地層接觸的部位，這時(shí)地層向側(cè)面沿走向伸長(zhǎng)受到約束，相反有所縮短。在這種情況下地層中產(chǎn)生側(cè)向壓力，并誘導(dǎo)出和主構(gòu)造壓力有較大夾角的次一級(jí)壓力，形成次級(jí)褶皺和次級(jí)構(gòu)造線(圖5b)。 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的地質(zhì)力學(xué)分析 巖石工程

54、地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 3）侵入巖體周圍的次級(jí)應(yīng)力場(chǎng) 在深部物質(zhì)上涌，形成侵入巖體的過(guò)程中，雖然同化部分上覆巖層，同時(shí)也對(duì)巖層起頂托作用，從而產(chǎn)生和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)不一致的局部應(yīng)力場(chǎng)。由于這一應(yīng)力場(chǎng)的作用，常在圍巖中產(chǎn)生局部的沿接觸帶的侵入擠壓破碎帶。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的地質(zhì)力學(xué)分析 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 4）褶皺不同部位的次級(jí)應(yīng)力場(chǎng) 巖層在褶皺過(guò)程中，盡管區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)可能保持不變，但在不同部位應(yīng)力場(chǎng)有不同的變化。如圖5c所示，在褶皺初期，地層內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)分布比較均勻，并和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)一致。隨著褶皺過(guò)程，首先可能引起褶皺頂部產(chǎn)生和區(qū)域最大

55、壓應(yīng)力平行的局部拉應(yīng)力場(chǎng)。進(jìn)一步褶皺由于層面滑動(dòng)而導(dǎo)致復(fù)雜的應(yīng)力分布，以及頂部的層面拉裂。當(dāng)褶皺發(fā)展到緊逼褶皺階段，盡管地層的褶曲很復(fù)雜，伴有很多范圍不大的局部應(yīng)力場(chǎng)，但由于強(qiáng)烈塑性變形致使各部位在整體上擠壓緊密，而具有比較一致的應(yīng)力場(chǎng)。對(duì)于褶皺地層，除在背斜軸部出現(xiàn)局部拉應(yīng)力場(chǎng)外，在褶皺的端部也可能出現(xiàn)次一級(jí)拉應(yīng)力，和區(qū)域構(gòu)造壓力方向平行。當(dāng)褶皺端部遇到剛度很大的斷塊，如巖漿巖體等軸向伸長(zhǎng)受到約束，這時(shí)可產(chǎn)生局部的壓應(yīng)力場(chǎng)，和區(qū)域構(gòu)造壓力的方向垂直。 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的地質(zhì)力學(xué)分析 巖石工程地質(zhì)力學(xué)道理(第一篇)初始地應(yīng)力場(chǎng)及其地質(zhì)力學(xué)分析 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)由于量測(cè)的資料較少，目前還很難根據(jù)地質(zhì)資料作出比較準(zhǔn)確的估計(jì)，只能大致上在量級(jí)上作出定性的評(píng)價(jià)。在相當(dāng)于100200m上覆巖層條件下，初始地應(yīng)力可分為三個(gè)量級(jí)： 1)初始地應(yīng)力場(chǎng)的水平應(yīng)力超過(guò)15 MPa的為高構(gòu)造應(yīng)力區(qū)，這時(shí)3rH，即水平應(yīng)力大于三倍的上覆巖體自重； 2)初始