工程地質(zhì)第三章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響

1、第三章第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響對工程的影響 地質(zhì)構(gòu)造：構(gòu)造變動在巖層和巖體中遺留下來的各種構(gòu)造形跡。3.1 水平構(gòu)造和單斜構(gòu)造產(chǎn)狀：構(gòu)造的產(chǎn)出狀態(tài)與空間方位。產(chǎn)狀：構(gòu)造的產(chǎn)出狀態(tài)與空間方位。NSWENENWSWSENNWNWWNNENEESWWSSWSSESEE0 90 180 270 地質(zhì)產(chǎn)狀要素地質(zhì)產(chǎn)狀要素面狀構(gòu)造面狀構(gòu)造形成要素：走向，傾向，傾角真傾角/視傾角換算：tan=tancos表示法：25030傾向傾角 走向=傾向903.2 褶皺構(gòu)造 組成地殼的巖層，受構(gòu)造應(yīng)力的強烈作用，使巖層形成一系列波狀彎曲而未喪失其連續(xù)性的構(gòu)造，稱為褶皺構(gòu)造。 褶皺構(gòu)造是典型的塑性變形

2、。背斜和向斜在平面和剖面上的表征褶皺要素核部；翼部；核部；翼部；轉(zhuǎn)折端；轉(zhuǎn)折端；褶軸；褶軸；樞紐；樞紐；軸面；軸面；翼間角；翼間角；脊、脊線、高點、脊、脊線、高點、脊面；脊面；槽、槽線、槽面槽、槽線、槽面水平褶皺，樞紐近于水平；傾伏褶皺，樞紐是傾斜的； 褶皺兩翼同一褶皺面在水平面上匯合，背斜匯合部位為傾伏端，向斜匯合部位為仰起端。傾豎褶皺，樞紐直立(90)；等軸褶皺， 褶皺長寬比近于1；包括穹隆構(gòu)造(等軸背斜)與 構(gòu)造盆地(等軸向斜);短軸褶皺， 褶皺長寬比近于3:110:1；長軸褶皺， 褶皺長寬大于10:1的狹長褶皺.褶 皺 構(gòu) 造褶皺構(gòu)造的工程地質(zhì)評價：1）充分了解局部（褶曲）與整體（褶皺

3、）的關(guān)系；2）褶曲翼部對于建筑物的地基一般沒有不良影響； 但對于深路塹、挖方高邊坡： 有利情況：路線垂直巖層走向，或路線與巖層走向平行但巖層傾向與邊坡傾向相反； 不利情況：路線走向與巖層走向平行，邊坡與巖層傾向一致（特別是在云母片巖、綠泥石片巖、化石片巖等松軟巖石分布地區(qū)）； 最不利情況：路線與巖層走向平行，巖層傾向與路基邊坡一致，而邊坡的坡角大于巖層的傾角（特別是在石灰?guī)r、砂巖與黏土質(zhì)頁巖互層，且有地下水作用時）。4）對于隧道工程，從褶曲的翼部通過一般比較有利；5）在褶曲軸部，不論對于公路、隧道或橋梁工程，容易遇到工程地質(zhì)問題，主要是由于巖層破碎而產(chǎn)生巖體穩(wěn)定問題和向斜軸部地下水問題。 褶曲

4、的野外觀察：穿越法：沿著選定的調(diào)查路線，垂直巖層走向觀察；追索法：平行巖層走向進(jìn)行觀測。3.3 斷裂構(gòu)造 構(gòu)成地殼的巖體，受力作用發(fā)生變形，當(dāng)變形達(dá)到一定程度后，使巖體的連續(xù)性和完整性遭到破壞，產(chǎn)生各種大小不一的斷裂，稱為斷裂構(gòu)造。斷裂構(gòu)造斷裂構(gòu)造節(jié)理（裂隙）節(jié)理（裂隙）斷層斷層3.3.1 節(jié)理（裂隙）節(jié)理與巖層、褶皺的關(guān)系1走向節(jié)理；2傾向節(jié)理；3斜向節(jié)理；4順層節(jié)理a縱節(jié)理；b斜節(jié)理；c橫節(jié)理1. 節(jié)理類型 構(gòu)造節(jié)理：巖體受地應(yīng)力作用隨巖體變形而產(chǎn)生的裂隙。1) 剪節(jié)理, 由于剪切應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面;2) 張節(jié)理, 由于拉張應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面;剪節(jié)理特征:1) 產(chǎn)狀穩(wěn)定, 沿走向與傾向延伸較遠(yuǎn)

5、;2) 剪節(jié)理面比較平滑, 時而有擦痕;3) 砂礫巖中剪節(jié)理可切穿礫石和膠結(jié)物;4) 剪節(jié)理多呈共扼“X”型, 將巖石切成棋盤格式; 張節(jié)理特征:1) 產(chǎn)狀不穩(wěn)定, 延伸不遠(yuǎn), 一組張節(jié)理常側(cè)列產(chǎn)出;2) 張節(jié)理面粗糙不平滑, 沒有擦痕;3) 張節(jié)理常繞過砂礫巖中礫石, 如切穿礫石, 破裂面不平;4) 張節(jié)理多開口, 充填礦脈寬度變化大, 脈壁不平直;5)張節(jié)理可呈不規(guī)則樹枝狀, 各種網(wǎng)絡(luò)狀, 追蹤X共扼節(jié)理形成鋸齒狀, 單列或共扼雁列排列, 也有放射狀或者同心圓狀組合; 非構(gòu)造節(jié)理：由成巖作用、外動力、重力等非構(gòu)造因素形成的裂隙。原生節(jié)理；風(fēng)化節(jié)理；卸荷節(jié)理；2. 裂隙的工程地質(zhì)評價1）有利

6、于開挖，對巖體的強度和穩(wěn)定性均不利；2）破壞巖體的整體性，促進(jìn)巖體的風(fēng)化速度，增強巖體的透水性；3）當(dāng)裂隙主要發(fā)育方向與路線走向平行，傾向與邊坡一致時，路塹邊坡均易發(fā)生崩塌等不穩(wěn)定現(xiàn)象。3.節(jié)理調(diào)查、統(tǒng)計和表示方法 節(jié)理走向、傾向、傾角玫瑰花圖3.3.2 斷層 巖體受力作用斷裂后，兩側(cè)巖塊沿斷裂面發(fā)生了顯著位移的斷裂構(gòu)造，稱為斷層。斷層要素：斷裂面，斷層帶，斷層線；上盤，下盤；上升盤，下降盤斷層的滑距與斷距斷層的滑距與斷距垂直于被錯巖層走向的剖面圖垂直于斷層走向的剖面圖ab總滑距；ac走向滑距；cb傾斜滑距；am水平滑距；ho地層斷距；hf水平地層斷距；巖層傾角；ho視地層斷距；hf視水平地層

7、斷距；巖層視傾角；hg=hg 鉛直地層斷距斷層類型：（a）正斷層；（b）逆斷層；（c）平移斷層；（d）逆掩斷層 斷層組合形式地塹與地壘地塹與地壘階梯狀斷層疊瓦式逆沖斷層斷層的工程地質(zhì)評價（1）巖層發(fā)生斷裂變動，致使巖體裂隙增多、巖石破碎、風(fēng)化嚴(yán)重、地下水發(fā)育，從而降低了巖石的強度和穩(wěn)定性。（2）在公路建設(shè)中，如確定路線布局、選擇橋位和隧道位置時，盡量避開大的斷層破碎帶。 安排河谷路線時，要注意河谷地貌與斷層構(gòu)造的關(guān)系：當(dāng)路線與斷層走向平行時，路基靠近斷層破碎帶時，容易引起邊坡發(fā)生大規(guī)模坍塌； 進(jìn)行大橋橋位勘測時，要注意查明橋基部分有無斷層存在，及其影響程度如何； 在斷層發(fā)育帶修建隧道是不利的。

8、當(dāng)隧道軸線與斷層走向平行時，應(yīng)盡量避免與斷層破碎帶接觸。 斷層的野外識別（1）地貌特征斷層三角面（2）地層特征（3）斷層的伴生構(gòu)造現(xiàn)象3.4 不整合不整合的工程地質(zhì)評價：（1）不整合面是下伏古地貌的剝蝕面，常具有較大的起伏，同時常有風(fēng)化層或底礫存在，層面結(jié)合差，地下水發(fā)育；（2）當(dāng)不整合面與斜坡傾向一致時，如開挖路基，常會成為斜坡滑移的邊界條件，對工程不利。整合平行不整合角度不整合3.5 巖石與巖體的工程地質(zhì)性質(zhì) 巖石 巖體：工程影響范圍內(nèi)的地質(zhì)體，包含巖石塊、層理、節(jié)理和斷層等。礦物成分礦物成分巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造風(fēng)化作用等風(fēng)化作用等巖體內(nèi)部裂隙系統(tǒng)的巖體內(nèi)部裂隙系統(tǒng)的性質(zhì)及其分

9、布情況性質(zhì)及其分布情況巖石本身性質(zhì)巖石本身性質(zhì)3.5.1 巖石的主要物理力學(xué)性質(zhì)1.主要物理性質(zhì)主要物理性質(zhì)（1）重量l比重比重：固體（不包括孔隙）單位體積的重量數(shù)值上等于巖石固體顆粒的重量與同體積的水在4時重量的比；l重度重度（重力密度、容重）：巖石單位體積的重量數(shù)值上等于巖石試件的總重量（包括孔隙中的水重）與其總體積（包括孔隙體積）之比。（2）孔隙性：反映巖石中各種孔隙的發(fā)育程度、對巖石的強度和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。 以孔隙度孔隙度表示數(shù)值上等于巖石中各種孔隙的總體積與巖石總體積之比，用百分?jǐn)?shù)表示。 孔隙度大小主要決定于巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，同時也受外力因素的影響。（3）吸水性：反映巖石一定條件

10、下的吸水能力，用吸水率吸水率表示（通常大氣壓下的吸水能力）數(shù)值上等于巖石的吸水重量與同體積干燥巖石重量的比，用百分?jǐn)?shù)表示。 吸水率與巖石孔隙度大小、孔隙張開程度等因素有關(guān)。（4）軟化性：受水作用后，強度和穩(wěn)定性發(fā)生變化的性質(zhì)。主要取決于礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征。 軟化系數(shù)軟化系數(shù)數(shù)值上等于巖石在飽和狀態(tài)下的極限抗壓強度和風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強度之比。分界點為0.75。（5）抗凍性：抵抗巖石孔隙中水因結(jié)冰膨脹壓力作用的能力。 一般用巖石在抗凍試驗前后抗壓強度的降低率表示。降低率小于20%-25%，認(rèn)為是抗凍的。2. 主要力學(xué)性質(zhì)（1）巖石的變形在彈性變形范圍內(nèi)：彈性模量：應(yīng)力和應(yīng)變之比；泊松比：橫

11、向應(yīng)變和縱向應(yīng)變之比；比例極限彈性極限屈服極限強度極限（2）巖石的強度：抵抗外力破壞的能力 抗壓強度：在單向壓力作用下抵抗壓碎破壞的能力，數(shù)值上等于受壓達(dá)到破壞時的極限應(yīng)力； 抗拉強度：拉斷破壞時的最大張應(yīng)力； 抗剪強度：數(shù)值上等于巖石受剪破壞時的極限剪應(yīng)力；（區(qū)別于抗剪斷強度，抗剪（區(qū)別于抗剪斷強度，抗剪斷強度斷強度抗剪強度）抗剪強度） 抗壓強度抗剪強度抗拉強度； 巖石越堅硬，各指標(biāo)差值越大。3. 影響巖石工程性質(zhì)的因素（1）礦物成分 在礦物分布均勻，高強度礦物在巖石的結(jié)構(gòu)中形成牢固的骨架，巖石強度增加。（2）結(jié)構(gòu) 結(jié)晶聯(lián)結(jié)：大部分巖漿巖、變質(zhì)巖和一部分沉積巖； 結(jié)合力強、結(jié)構(gòu)致密、孔隙度小

12、、容重大、吸水率變化范圍小，有較高強度和穩(wěn)定性。 結(jié)晶顆粒的大小對巖石的強度有明顯影響，如粗?；◢弾r抗壓強度為118137MPa，細(xì)?；◢弾r可達(dá)196245MPa。 膠結(jié)聯(lián)結(jié)：沉積巖中的碎屑巖強度：硅質(zhì)膠結(jié)鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)泥質(zhì)膠結(jié)（石英及其他二氧化硅）（方解石等碳酸鈣）（鐵的氧化物及氫氧化物）（細(xì)粒黏土礦物）（3）構(gòu)造：主要是由礦物成分在巖石中分布的不均勻性和巖石結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性決定。 抗壓強度：垂直層面平行層面； 透水性：平行層面垂直層面；（4）水 浸水強度降低，降低程度取決于巖石孔隙度。 水的影響一般可逆。（5）風(fēng)化 促使巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、整體性遭到破壞，孔隙度增大、重度減小，吸水性和透水性增高

13、，強度和穩(wěn)定性降低。3.5.2 巖體的工程地質(zhì)性質(zhì) 巖體：某一地點一種或多種巖石中的各種結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體的總體。它包含各種地質(zhì)界面如層面、層理、節(jié)理、斷層、軟弱夾層等結(jié)構(gòu)面。巖體結(jié)構(gòu)分析（1）結(jié)構(gòu)面：各種破裂面（劈理、節(jié)理、斷層面、順層裂隙或錯動面、卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙等）、物質(zhì)分異面（如層理、層面、沉積間斷面、片理等）以及軟弱夾層或軟弱帶、構(gòu)造巖、泥化夾層、充填夾泥（層）等1）分類：原生：成巖時形成的；構(gòu)造：構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的；次生：風(fēng)化、卸荷、地下水等作用下形成的。2）結(jié)構(gòu)面特征A.結(jié)構(gòu)面規(guī)模：延展數(shù)十千米、寬度數(shù)十米的破碎帶到延展數(shù)十厘米至數(shù)十米的節(jié)理，到微小的不連續(xù)裂隙；B.結(jié)構(gòu)面的形態(tài)：平整度、光滑度，如平直、波狀起伏的、鋸齒狀或不規(guī)則狀；D.結(jié)構(gòu)面的連通度：一定范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)面在走向、傾向方向的連通程度。C.結(jié)構(gòu)面密集程度：通常以線密度（條/m）或結(jié)構(gòu)面的間距表示。E.結(jié)構(gòu)面張開度和充填情況閉合： 0.2mm ；微張： 0.21.0mm ；張開： 1.0mm5.0mm ；寬張：5.0mm（2）結(jié)構(gòu)體體積裂隙數(shù)Jv1121111niniJvSSSSii1iiSS第 組結(jié)構(gòu)面的間距；第 組結(jié)構(gòu)面的裂隙數(shù)。（3）巖體結(jié)構(gòu)特征巖體結(jié)構(gòu)：巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的組合方式。整體塊狀結(jié)構(gòu)整體塊狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)