工程地質(zhì)分析原理(教案版)

1、緒 論一、工程地質(zhì)的基本任務(wù)人類工程活動 地質(zhì)環(huán)境的相互作用研究對象：工程地質(zhì)條件 工程活動的地質(zhì)環(huán)境 工程地質(zhì)學(xué)的基本任務(wù)：研究人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境（工程地質(zhì)條件）之間的相互作用，以便正確評價、合理利用、有效改造和完善保護(hù)地質(zhì)環(huán)境。人類工程活動 地質(zhì)環(huán)境的相互作用研究對象：工程地質(zhì)條件 工程活動的地質(zhì)環(huán)境 工程地質(zhì)學(xué)的基本任務(wù)：研究人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境（工程地質(zhì)條件）之間的相互作用，以便正確評價、合理利用、有效改造和完善保護(hù)地質(zhì)環(huán)境。二、工程地質(zhì)分析的基本方法研究對象：工程地質(zhì)問題：即：人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境相互制約的主要形式。例：區(qū)域穩(wěn)定問題 巖土體穩(wěn)定問題 圍巖穩(wěn)定問題 地基穩(wěn)定問題

2、 邊坡穩(wěn)定問題變形 程度 時間效應(yīng)研究內(nèi)容：工程地質(zhì)問題產(chǎn)生的地質(zhì)條件、形成機(jī)制、發(fā)展演化趨勢研究方法：地質(zhì)分析、地質(zhì)模擬分析、試驗分析、力學(xué)分析第一章 地殼巖體結(jié)構(gòu)的工程地質(zhì)分析1.1 基本概念巖體：指與工程建設(shè)有關(guān)的那一部分地質(zhì)體。它處于一定的地質(zhì)環(huán)境中，被各種結(jié)構(gòu)面所分割。注意：與巖石、巖塊的區(qū)別。結(jié)構(gòu)面：巖體中具有一定方向、力學(xué)強度相對（上下巖層）相對較低而延伸（或具一定厚度）的地質(zhì)界面。結(jié)構(gòu)體：由結(jié)構(gòu)面分割、圍成的巖石塊體（相對完整）。巖體結(jié)構(gòu)：由巖體中含有的不同結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體在空間的排列分布和組合狀態(tài)所決定。（8類）。為什么要研究巖體結(jié)構(gòu)。a. 結(jié)構(gòu)面是巖體中力學(xué)強度相對較薄弱的部

3、位，導(dǎo)致巖體的不連續(xù)性、不均一性和各面異性。b. 巖體結(jié)構(gòu)特征對巖體的變形、破壞方式和強度特征起重要的控制作用。c. 在地表的巖體，其結(jié)構(gòu)特征在很大程度上決定了外營力對巖體的改造程程。風(fēng)化、地下水等。1.2 巖體結(jié)構(gòu)的主要類型與特征從成因角度：原生結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面表生結(jié)構(gòu)面：層向錯動、泥化夾層、表生夾泥一、巖體分類a. 分類目的和原則目的：對工程地質(zhì)條件優(yōu)劣不同的巖體進(jìn)行分類，便于深入評價巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)和特征，以達(dá)到合理利用和有效治理的目的。b. 原則差異性原則：不同類別的巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)有明顯的差異。適用性原則：分類體系便于（工程）應(yīng)用。分類指標(biāo)便于測定原則巖體分類的三大體系：以巖石材

4、料的力學(xué) 性質(zhì)指標(biāo)為基礎(chǔ)的分類。如Y軸抗壓強度。以巖體穩(wěn)定性為基礎(chǔ)的分類專門性分類。如RMR、Q等。以巖體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的分類。目前巖體分類的趨勢：考慮巖石的基本性質(zhì)。（建造）考慮巖體強度的改造。考慮巖體所處的實際地質(zhì)環(huán)境條件。二、巖體結(jié)構(gòu)類型劃分以中科院地質(zhì)所方案為代表，重點考慮巖體的改造，并應(yīng)用地質(zhì)力學(xué)觀點對巖體結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行詳細(xì)劃分。這種分類方案首先考慮建造特征。分為塊體（整體）狀塊狀層狀散體狀松散堆積其次考慮巖體的改造特征如完整的、塊裂化的（或板裂化的），碎裂化的散體化的。1.3 巖體原生結(jié)構(gòu)特征的巖相分析原生結(jié)構(gòu)體系對巖體的性能及其變形破壞起著重要的控制作用，因此對原生結(jié)構(gòu)體系特征的研究顯

5、得極其重要。以河流沉積主要相模式的研究為例。一、河流沉積主要相模式及其工程地質(zhì)特征a. 高彎度河流沉積相模式。河流特點：河床比降小、彎度大、水深但流態(tài)較穩(wěn)定，單向環(huán)流。其沉積物分：底部滯留相（河床）；中部邊灘相（粉砂巖）；頂部：天然堤相和洪積相（砂堤、決口肩、濱岸沼澤沉積等）特征：自下而上由粗變細(xì)巖體具軟硬相間的互層狀結(jié)構(gòu)特征砂巖抗風(fēng)化能力弱，自下而上強度由高變低頂部邊灘相松散沉積物易發(fā)生砂土液化b. 瓣狀河流沉積相模式（游蕩型）河流特點：河谷縱坡降大，河床不穩(wěn)定、彎度小、水淺、流態(tài)不穩(wěn)定，具復(fù)雜環(huán)流特征。沉積物分：底部（滯留相）中部心灘相（上部，小型槽狀交錯層；下部，大型單斜交錯層）頂部，邊

6、灘相、洪流相（細(xì)砂、中砂、泥巖，具水平層理或包卷層理）特征：具層狀或塊狀結(jié)構(gòu)特征滯留相巖泥巖礫石層成為主要軟弱層頂部相不發(fā)育中部心灘相砂巖（礫巖）具較高的強度（抗風(fēng)化能力強）二、巖體原生結(jié)構(gòu)特征的亞相、微相分析a. 軟弱夾層的亞相、微相分析河流相沉積中的軟弱夾層按亞相、微相特征見表1-4。（P20）注意洪泛平原砂巖層與天然堤粉砂質(zhì)泥巖層的展布特征。在亞相、微相分析中注意準(zhǔn)同生變形作用。b. 砂巖體中原生結(jié)構(gòu)面的微相分析流水沉積的層理類型與泥砂粒度、水流狀態(tài)、水流強度相關(guān)。由此追溯和判斷沉積環(huán)境和古水流特征。高彎度河流邊灘相，下部為大型槽狀交錯層，向上遞變?yōu)槠叫袑永恚⌒筒罱诲e層理，向上與堤岸

7、相過渡。而瓣狀河流則主要由大型楔狀交錯層理，楔型錯層理、逆行沙波為特征。變質(zhì)巖自己看。1.4 巖體構(gòu)造結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)力學(xué)分析解決兩大問題：區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定和巖體穩(wěn)定性 追溯應(yīng)力演變歷史根據(jù)現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究，構(gòu)造斷裂的形成，表現(xiàn)為兩種或多種機(jī)制的組合?？v向上分為上層構(gòu)造（表現(xiàn)為剪切或拉裂）、中層構(gòu)造（表現(xiàn)為彎曲）和下層構(gòu)造（表現(xiàn)為壓扁、流動）一、 聚合帶（大型推服構(gòu)造）按構(gòu)造分類：厚皮構(gòu)造、薄皮構(gòu)造、接觸擾動帶a、厚皮構(gòu)造帶發(fā)育高角度逆沖斷層。由中、下構(gòu)造層的物質(zhì)組成。以塑性、韌性變形破裂為主，并沿推覆方向逐漸減弱。后期疊加脆性破裂，沿推覆方向逐漸增強。b. 薄皮構(gòu)造帶以彎曲和剪切造成的淺部褶皺斷

8、裂為主，伴隨表部的重力滑動構(gòu)造滑覆體。層間錯動方式尤為突出。c. 接觸振動帶以地表條件的彎曲 、剪切為主，形成正錯疊瓦式斷裂。二、裂谷帶（伸展帶）一般認(rèn)為是區(qū)域隆起背景上以斷陷谷為特征的大型復(fù)雜地塹系。a. 深部形成一系列拉張斷裂或正斷層。b. 蓋層蓋層隨裂谷的擴(kuò)展，在地幔中隆起軸附近形成受深部斷裂控制的拉張斷裂?；螂S裂谷的拉張，形成側(cè)緣拉裂，不受深部斷裂控制。三、走滑斷裂主要發(fā)育于相對穩(wěn)定的地塊中，屬拉性剪切破裂。地質(zhì)力學(xué)對走滑斷裂的研究較深入。插圖現(xiàn)在的研究表明，最大主壓應(yīng)力在斷層錯動面附近發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)方向向錯動方向。1.5 巖體結(jié)構(gòu)特征的統(tǒng)計分析重點介紹路線精測法。跡線法和統(tǒng)計窗法、實

9、習(xí)中已介紹。一、結(jié)構(gòu)面現(xiàn)場測量和資料較正主要針對延伸數(shù)米或數(shù)十米結(jié)構(gòu)面。方法：在掌子面上布置相互垂直的18條測線，組成測網(wǎng)。在網(wǎng)內(nèi)，逐一測量每一條與測線相交的結(jié)構(gòu)面位置、產(chǎn)狀、延伸長度、張開度、充填情況、表面特征資料。實踐證明，采用六條測線已能正確探明結(jié)構(gòu)面的狀況。資料較正：主要解決被測機(jī)率不等的問題。特別是與長子面交角較小的節(jié)理，被子測機(jī)會大大減小。資料校正分長度校正和方位校正。a. 長度校正以測線中最長線段Ln作為標(biāo)準(zhǔn)長度。，其它線段的應(yīng)測結(jié)構(gòu)面數(shù)量修改為：（按某組結(jié)構(gòu)面進(jìn)行校正）b. 方位校正即調(diào)整到結(jié)構(gòu)面組法線方向上來確定結(jié)構(gòu)面的數(shù)量。 二、巖體結(jié)構(gòu)特征量化模式程序第二章 地殼巖體天然

10、應(yīng)力狀態(tài)2.1 基本概念及研究意義天然應(yīng)力：指未經(jīng)人為擾動，主要是在重力場、構(gòu)造應(yīng)力場綜合作用下，所形成的應(yīng)力狀態(tài)，亦稱初始應(yīng)力（物理、化學(xué)、變化，巖漿侵入等）由人為活動而引起的應(yīng)力場變化原生應(yīng)力。a. 自重應(yīng)力場亦有 b. 構(gòu)造應(yīng)力場由地殼的構(gòu)造運動所引起，活動的、剩余的。c. 變異應(yīng)力與殘余應(yīng)力變異應(yīng)力：為物理、化學(xué)變化及巖漿侵入形成的應(yīng)力場。殘余應(yīng)力：巖體卸荷或部分卸荷所形成的拉壓應(yīng)力自相平衡的應(yīng)力場。2.2 影響巖體天然應(yīng)力狀態(tài)的主要因素一、主要因素天然應(yīng)力場的形成取決于地質(zhì)條件和巖體所經(jīng)歷的地質(zhì)歷史。地質(zhì)條件：巖性 R、E、 巖體結(jié)構(gòu) 不連續(xù)性、各向異性、應(yīng)力集中地質(zhì)歷史：構(gòu)造作用及

11、其演變歷史（主要因素） 區(qū)域卸荷作用a. 構(gòu)造作用分活動構(gòu)造應(yīng)力，即現(xiàn)今還在形成，累積的應(yīng)力場。剩余構(gòu)造應(yīng)力，即地質(zhì)歷史時期構(gòu)造作用形成的應(yīng)力至今尚未完全卸除?；顒訕?gòu)造應(yīng)力所形成的應(yīng)力場，其最大主應(yīng)力比較一致或呈規(guī)律變化而剩余應(yīng)力則各地不一，比較雜亂。b. 區(qū)域卸荷作用指區(qū)域性的面剝蝕。例：巖體內(nèi) 深度處的侵入巖應(yīng)力場（靜水應(yīng)力狀態(tài)）經(jīng)地面剝蝕后，剝蝕厚度為h。則 水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的減小幅有很大不同。思考題：巖體卸荷過程中能否造成巖體破壞（設(shè)>）二、自由臨空面附近的應(yīng)力重分布以河谷為例：河谷下切，形成地表的自由臨空面，由此引起臨空面附近巖體卸荷回彈，形成臨空面附近巖體內(nèi)應(yīng)力重分布。重分

12、布應(yīng)力大小和特點受原始地應(yīng)力水平、巖性特征、臨空面形態(tài)特征的影響。重分布應(yīng)力的主要特征：主應(yīng)力方向在臨空面附近發(fā)生明顯變化最大重應(yīng)力與臨空面近于平行，而最小主應(yīng)力與臨空面近于垂直。最大主應(yīng)力由內(nèi)向外逐漸增大，而最小主應(yīng)力由內(nèi)向外逐漸減小，至臨空面上為零，甚至出現(xiàn)拉應(yīng)力。 應(yīng)力在坡腳附近顯著增大。應(yīng)力增大現(xiàn)象稱應(yīng)力集中。集中程度用應(yīng)力集中系數(shù)表示。三、巖體切割面附近的殘余應(yīng)力效應(yīng)由于巖體是由多種力學(xué)性質(zhì)不同的材料（元件）組成，在加載條件和卸載條件下，不同力學(xué)性質(zhì)的材料表現(xiàn)出不同的變形特征，以達(dá)到巖體內(nèi)部應(yīng)力和變形的總體平衡。特征：以達(dá)到巖體內(nèi)部應(yīng)力和變形的總體平衡。約束緊密的不同材料卸載的殘余應(yīng)

13、力效應(yīng)。2.3 我國地應(yīng)力場的空間分布隨時間變化的一般規(guī)律a. 各地的最大重應(yīng)力方向呈明顯規(guī)律性大致與察隅和伊斯蘭堡連線的夾角平分線方向一致。僅伊斯蘭堡外側(cè)和察隅外側(cè)不同。b. 三向應(yīng)力狀態(tài)與由此決定的現(xiàn)代構(gòu)造活動呈規(guī)律分布。潛在逆斷型應(yīng)力狀態(tài)主重要分布于喜馬拉雅山前緣一帶。（與印度板塊碰撞有關(guān)）、水平， 垂直潛在走滑型應(yīng)力狀態(tài)區(qū)主要分布于中、西部廣大地區(qū)。、水平 垂直潛在正斷型和張剪性走滑型應(yīng)力狀態(tài)區(qū)，主要分布于西藏高原（正斷型）、東北、華北地區(qū)，汾渭地塹（張剪走滑型）。a. 一般規(guī)律巖體受力變形時，其內(nèi)所含的結(jié)構(gòu)面會出現(xiàn)應(yīng)力集中，使巖體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜化。易于發(fā)生應(yīng)力集中的部位往往是裂隙、斷

14、裂的端點、交匯點、錯裂段、拐點、鎖固段、分支點等。b. 局部應(yīng)力集中區(qū)與活動斷層的關(guān)系上述應(yīng)力集中的特殊部位往往形成與之相適應(yīng)的構(gòu)造帶。局部壓力集中區(qū)，形成局部隆起和擠壓型構(gòu)造，伴強震。反之，局部拉應(yīng)力集中區(qū)形成拗陷和拉裂型構(gòu)造，伴正斷型地震。2.4 地應(yīng)力隨時間變化與地殼巖體應(yīng)變速率的關(guān)系a. 地應(yīng)力與應(yīng)變速率的關(guān)系地殼巖體是粘彈性介質(zhì)。伊騰等做的試驗表明，當(dāng)應(yīng)力小于某臨界值時，（不同材料的臨界值不同）。變形初期，應(yīng)力增高，但隨時間推移，應(yīng)力一旦達(dá)到某一極限值就會不再增長，而變形不斷發(fā)展。前段表現(xiàn)出彈性介質(zhì)特征，而后者表現(xiàn)出粘性特征。當(dāng)應(yīng)力大于臨界值，則巖體表現(xiàn)彈性介質(zhì)特征，直至破壞，斷裂是

15、巖體的薄弱環(huán)節(jié)，其變形較巖體更加容易。b. 地應(yīng)力隨時間變化的一般規(guī)律從以上規(guī)律可得出應(yīng)力隨時間變化的一般規(guī)律。在巖體中地應(yīng)力大于臨界應(yīng)變速率的地區(qū)，應(yīng)力隨時間呈線性遞增。在巖體地應(yīng)力低于其臨界應(yīng)變速率，但高于斷裂的臨界應(yīng)變速率時，巖體中應(yīng)變速率遞增到一定程度后將穩(wěn)定在與臨界應(yīng)變速率相適應(yīng)的應(yīng)力水平，而斷裂的應(yīng)力所屬于遞增型。當(dāng)巖體中的應(yīng)變速率和斷裂應(yīng)變速率均低于斷裂臨界應(yīng)變速率時，巖體中的應(yīng)力和斷裂帶內(nèi)的應(yīng)力都在初期遞增至一定水平后，將穩(wěn)定在與巖體和斷裂應(yīng)變速率相適應(yīng)的水平。2.4 地殼表層巖體應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性僅為經(jīng)驗總結(jié)，并無統(tǒng)一的認(rèn)識。a. 垂直應(yīng)力 （巖體應(yīng)力隨深度增加，地表巖體卸荷尚

16、未完成）b. 水平應(yīng)力各方向上應(yīng)力水平各異，并非如，最大值與最小值的關(guān)系為=(0.50.75) ，且相互正交，水平應(yīng)力隨深度變化分三種情況即 < （重力型）= 少見（靜水壓力型）深部塑性區(qū) > 多見（構(gòu)造應(yīng)力型）或卸荷作用淺部應(yīng)力與深部應(yīng)力狀態(tài)差異明顯由于淺部河谷臨空面的影響，使近地表巖體中應(yīng)力無論量值還是方向均發(fā)生重大變化。其次由于應(yīng)力變化梯度不同，使淺部應(yīng)力狀態(tài)與深部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化。2.5 巖體應(yīng)力場與區(qū)域應(yīng)力場研究（主要研究方法）研究途徑：以地質(zhì)、地貌方法研究構(gòu)造應(yīng)力場的演變歷史和現(xiàn)今應(yīng)力場的基本特征。（定性研究）在此基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)力場實測。在應(yīng)力實測基礎(chǔ)上進(jìn)行地應(yīng)力場的數(shù)

17、值模擬。一、構(gòu)造應(yīng)力場演變歷史的研究可采用地質(zhì)力學(xué)的研究方法（構(gòu)造體系配套）配合斷層錯動機(jī)制的極射赤平投影方法。二、現(xiàn)今地應(yīng)力基本特征研究主要采用震源機(jī)制解（新斷裂網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)地貌解析）三、應(yīng)力累積條件和累積程度研究主要查明：a. 歷史上各時期及當(dāng)代地殼隆起的速度和高度。b. 應(yīng)力集中條件和集中區(qū)的分布。c. 高地力區(qū)的標(biāo)志的地質(zhì)、地貌現(xiàn)象發(fā)育及分布。主要有：應(yīng)力解除法、應(yīng)力恢復(fù)法、水力壓裂法等。Kaiser效應(yīng)測量法第三章 巖體的變形與破壞3.1 基本概念及研究意義變形：巖體的宏觀連續(xù)性無明顯變化者。破壞：巖體的宏觀連續(xù)性已發(fā)生明顯變化。巖體破壞的基本形式：（機(jī)制）剪切破壞和拉斷（張性）破壞。一

18、、巖體破壞形式與受力狀態(tài)的關(guān)系巖體破壞形式與圍巖大小有明顯關(guān)系。注意：巖全破壞機(jī)制的轉(zhuǎn)化隨圍壓條件的變化而變化。破壞機(jī)制轉(zhuǎn)化的界限圍壓稱破壞機(jī)制轉(zhuǎn)化圍壓。一般認(rèn)為，1/51/4不可拉斷轉(zhuǎn)化為剪切。 1/32/3可由剪切轉(zhuǎn)化為塑性破壞。有人認(rèn)為（納達(dá)），可用偏向的程度來劃分應(yīng)力狀態(tài)類型。應(yīng)力狀態(tài)類型參數(shù) （1，即21； 1，即23）二、巖體破壞形式與巖體結(jié)構(gòu)的關(guān)系低圍壓條件下巖石三 軸試驗表明。堅硬的完整巖體主要表現(xiàn)為張性破壞。含軟弱結(jié)構(gòu)面的塊狀巖體，當(dāng)結(jié)構(gòu)面與最大主應(yīng)力夾角合適時，則表現(xiàn)為沿結(jié)構(gòu)面的剪切。碎裂巖體的破壞方式介于二者之間。碎塊狀或散體狀巖體主要為塑性破壞。對第一種情況，某破壞判據(jù)

19、已經(jīng)介紹很多了。第二種情況，可采用三向應(yīng)力狀態(tài)莫爾圓圖解簡單判斷。三、巖體的強度特征單軸應(yīng)力狀態(tài)時，結(jié)構(gòu)與方向決定了巖體的破壞形式。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時，含一組結(jié)構(gòu)面的巖體破壞形式與巖體性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系很大。3.2 巖體在加荷過程中的變形與破壞一、拉應(yīng)力條件下的拉斷破壞當(dāng)時，拉應(yīng)力對巖石破壞起主導(dǎo)作用。二、壓應(yīng)力條件下的拉斷破壞壓應(yīng)力條件下裂縫尖端拉應(yīng)力集中最強的部位位于與主壓應(yīng)力是地方向上，并逐漸向與平行地方向擴(kuò)展。當(dāng)時，破壞準(zhǔn)則為： =0時為單軸壓拉斷。一、潛在剪切面剪斷機(jī)制與過程A滑移段B鎖固段進(jìn)入穩(wěn)定破裂階段后，巖體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)變化復(fù)雜。產(chǎn)生一系列破裂。（1）拉張分支裂隙的形成

20、，原理同前。（2）不穩(wěn)定破裂階段法向壓碎帶的形成，削弱鎖固段巖石。（3）潛在剪切面貫通。剪脹，壓碎帶剪壞，鎖固段變薄弱，最終全面貫通。剪切破壞過程中巖石銷固段被各個擊破，所以整個剪切過程中剪切位段具有脈動的特征。二、單剪應(yīng)力條件下變形破壞機(jī)制與過程即力偶作用于有一定厚度的剪切帶中。這種應(yīng)力條件下可出現(xiàn)的兩種破壞，張性雁裂和壓扭性雁裂。其中張性雁裂對軟弱帶的強度削弱最大。三、沿已有結(jié)構(gòu)面剪切機(jī)制及過程（略）一、彎曲變形的基本形式按受力條件：橫彎、縱彎。按約束條件：簡支梁、外伸梁、懸臂梁。梁彎曲時，軸受擠壓，兩翼受剪力作用板梁滑脫二、橫彎條件下巖體的彎形與破壞a. 軸部區(qū)若以，代表巖石的曲服應(yīng)力。

21、極梁彎曲變形分三個階段。輕微隆起階段彎曲初期。梁底中心兩側(cè)出現(xiàn)局部塑性破壞，頂部受拉，但尚未破壞。（H/D=1.8%），H上隆量。強列隆起階段隨彎曲加劇，軸部頂、底均出現(xiàn)破壞區(qū)，并有上下貫通的趨勢。H/D=7.8%。折斷破壞階段破壞進(jìn)一步擴(kuò)展，最終連通、折斷破壞。（H/D=4.8%）b. 橫彎滑脫滑脫可緩解軸部應(yīng)力集中現(xiàn)象，亦可使翼部應(yīng)變能釋放。但可引起地震。三、縱彎曲條件下巖體的變形與破壞a. 極梁的屈曲的應(yīng)力條件由經(jīng)典歐拉公式，簡支梁條件下，屈曲的縱向壓力 其中慣性矩J=bh3/12 （矩形梁板時取單寬）則臨界應(yīng)力 多層板梁組合情況（二層介質(zhì)），等厚 n：板梁層數(shù)彎曲段波長：b. 軸部的變

22、形與破壞亦可分為三個階段：輕微隆起階段，頂部拉裂，底部出現(xiàn)剖面x節(jié)理。強裂隆起階段，頂部拉裂向縱深發(fā)展，底部x節(jié)理，護(hù)展層為中性層。剪斷破壞階段，x節(jié)理與拉裂面貫通，或切斷板梁形成逆沖斷裂。大多數(shù)背斜符合縱彎模式。三、縱彎過程中的滑脫分兩種形式：背斜式滑脫：軸部虛脫，翼部單剪式剪裂。向斜式滑脫：主要發(fā)生向臨空面方向的滑脫，甚至核部擠出。（地面剝蝕）3.3 巖體在卸荷過程中的變形與破壞拉裂面：拉應(yīng)力集中部位壓致拉裂面：平行臨空面的拉裂面剪裂面：層間剪切滑段基坑底板彎曲隆起等。一、張性破裂面a. 材料性質(zhì)不同造成b. 應(yīng)力歷史不同造成顆粒受壓變形，后期膠結(jié)，膠結(jié)物未經(jīng)壓縮，卸荷面導(dǎo)致顆粒與膠結(jié)物接

23、觸界面上的拉裂。裂紋之高部受壓亦相同。二、剪切破裂以 狀巖芯為典型其本質(zhì)也是差異性卸荷回彈，所不同的是其差異性卸荷回彈是由受限面引起的。3.4動荷載（略）3.5 巖體變形破壞過程中的時間效應(yīng)分兩種類型：蠕變、松馳經(jīng)典的描述介質(zhì)流變性能的本構(gòu)模型為馬克斯韋爾模型和開爾文模型。這種模型僅考慮了粘性和彈性性質(zhì)，而沒有考慮巖石介質(zhì)的塑性性質(zhì)。經(jīng)過這些單元的不同組合，可形成各種各樣巖體的流變本構(gòu)模型。巖體力學(xué)這已介紹。累進(jìn)性破壞，即應(yīng)力變化不大，微裂及擴(kuò)張地不斷進(jìn)行擴(kuò)張、轉(zhuǎn)移直至整體破壞。流變試驗已經(jīng)證實，只有應(yīng)力水平達(dá)到或超過其長期強度，加速蠕變階段才能出現(xiàn)（累進(jìn)性破壞）。由馬克斯韋爾模型來說明。應(yīng)變

24、： （）應(yīng)變速率：當(dāng)時，即常數(shù)，常數(shù)。應(yīng)為等速蠕變，巖體內(nèi)應(yīng)力保持不變。當(dāng)<0，則C<，巖體松馳。當(dāng)>0，則C>，巖體內(nèi)應(yīng)力有增加趨勢，直至達(dá)到新的平衡。由此看來，巖體變形過程存在一臨界應(yīng)變速率C0。當(dāng)C<C0時，無加速蠕變。反之，當(dāng)C>C0時，加速蠕變，可導(dǎo)致巖體破壞可能。當(dāng)應(yīng)變速率C降低，巖體內(nèi)應(yīng)力將逐漸減小，松馳。粘滑：指剪切破壞過程中，由于動、靜摩擦角的差異或由于凸起體剪斷、翻越，或由于轉(zhuǎn)動磨擦中的翻轉(zhuǎn)所造成的剪切位移突躍現(xiàn)象。粘滑現(xiàn)象可能與剪切上的凸起體嵌入蠕變機(jī)制有關(guān)。嵌入時，靜磨擦系數(shù)將提高。結(jié)論：按運動特征，沿結(jié)構(gòu)面的滑移分穩(wěn)滑和粘滑面種基本

25、類型。穩(wěn)滑狀態(tài)的產(chǎn)生條件：結(jié)構(gòu)面平堤或有足夠厚的夾泥。勻速滑動粘滑時釋放的能量大小不僅與粘滑機(jī)制有關(guān)，對某一特定剪切滑移，停止活動承受法向應(yīng)力時間愈長，則粘滑時釋放的能量也就愈高。3.6 空隙水壓力在巖體變形破壞中的作用一、有效應(yīng)力原理在巖體中的適用性完全適用注意：其對巖體強度的影響。 顯然，<。即存在時，巖體強度降低。二、空隙水壓力變化對巖體變形破壞的影響，。反之變?nèi)弧？障端畨毫ψ兓颍旱叵滤a排條件變化（略）巖體受荷狀態(tài)變化形成超孔隙水壓力如地震，土力學(xué)介紹很多。巖體變形、破裂封閉水體，破裂形成使空隙水壓力降低甚至形成負(fù)壓，形成膨脹強化現(xiàn)象。非封閉水體，破裂擴(kuò)容超過地下水補給，亦可

26、形成膨脹強化現(xiàn)象?！八畵簟爆F(xiàn)象。3.7 巖體變形、破壞的地質(zhì)模式巖體變形的基本單元拉裂 含壓致拉裂 脫性蠕滑 剪切彎曲 懸臂梁彎曲、縱、橫彎剪流 塑性流動上述各變形單元往往不是單獨產(chǎn)生，往往相伴另外的變形單元，且互為因果的變形單元對變形、破壞起主導(dǎo)作用?；窘M合地質(zhì)模式：蠕滑拉裂滑移壓致拉裂彎曲拉裂塑流拉裂滑移彎曲第四章 活斷層的工程地質(zhì)研究4.1 基本要領(lǐng)及研究意義活斷層：目前還在持續(xù)活動，或在近期地質(zhì)歷史時期活動過，極可能在不遠(yuǎn)的將來重新活動的斷層10000年以來活動過的斷層稱全新活動斷層?；顢鄬拥幕顒犹卣鳎喝浠?、粘滑。意義（工程意義）：規(guī)避重大破壞性地震對建筑群的破壞，防止因活斷層位錯壞

27、建筑物（無破壞性地震）。4.2 活斷層的特性包括：活斷層的類型 活動方式 規(guī)模 錯動速率及基本分級 活動周期 古地震事件按構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)，活斷層可劃分為三類：走向滑動型（平移斷層）逆斷層正斷層由于三類活斷層的幾何特征及運動特性各不相同，因而對工程場地的影響也不同。一、走向滑動斷層應(yīng)力狀態(tài)為垂直，、水平。特征：斷層面傾向大（近于垂直） 斷層的地表出露線平直 地貌上常形成陡直的斷崖 以水平運動為主，相對垂直升降量很小 分支斷裂較少，斷層帶寬度小這類斷層的水平錯動量往往很大，因而易于識別，易于發(fā)生強震。二、 逆斷層應(yīng)力狀態(tài)為垂直，、水平。特征：斷層地傾角較小，一般2040o之間，上盤上升引起上盤一側(cè)地

28、面隆升，下盤一般無地表變形，分支斷層發(fā)育，主要產(chǎn)生在上盤。斷層面的地面出露線不平直，呈波狀彎曲。逆斷層也是強烈發(fā)震斷層。三、正斷層應(yīng)力狀態(tài)為垂直，、水平。特征：斷層面傾角介于逆斷層與平移斷層之間，一般6080º之間。上盤下降并發(fā)育分支斷層近斷層可以引發(fā)中強震。由于地應(yīng)力場的復(fù)雜性，因此，實際發(fā)育的斷層往往既有水平運動分量亦有垂直運動分量。因為形成走滑逆沖斷層或走滑正斷層等?；顢鄬踊顒拥膬煞N基本方式：粘滑和穩(wěn)滑。易發(fā)生同期強地震。對活斷層，其長度和斷距是表征活斷層的重要數(shù)據(jù)，通常用：強度導(dǎo)致地面破裂的長度（L）和一次錯段的最大位移（D）來表示。一般地震地表錯段長度從由百米至數(shù)百公里，最

29、大位移自幾十厘米至十余米。地震愈大，震源愈淺，則地表錯段就愈長。我國的經(jīng)驗公式為：或： 統(tǒng)計分析是一種常用的研究方法。然而，斷裂面長度與震級之間的關(guān)系并非如此簡單，還受許多因素的影響。如斷裂面的形狀，剪切模量、斷層性質(zhì)、大地構(gòu)造環(huán)境等因素有關(guān)。但若采用地震面波震級Ms與或進(jìn)行相關(guān)分析，則有較好的關(guān)系，見圖4-12和4-13。（P147）分支斷裂的錯斷位移則隨主斷層的距離加大而減少。錯動速率與地震重現(xiàn)周期是地震預(yù)報的重要數(shù)據(jù)。一般活斷層錯動的速率愈大，則兩次錯斷的時間間隔就愈短。根據(jù)斷層速率，我國將其分為四級。ABCD100<R<1010>R>11>R>0.1

30、R<0.1特別強烈強烈中等弱m>8.077.966.96以下對斷層錯動速率的研究，可以采用跨斷層重復(fù)測量，但對于獲取平均錯動速率有時較難。另一種研究方法，叫地質(zhì)、地貌分析法。重要研究大地震事件。古地震事件的地貌證據(jù)：走滑型：沖溝 、溪流、階地、沖積扇和山脊錯斷傾滑型：斷層陡坎、斷層三角面、斷陷湖等此外，如錯斷第四系、地震崩積楔、地震沖填楔等。通過對這些地震事件的分析、判斷事件發(fā)生時間，次數(shù)、累積錯的距離，各事件的絕對年齡，就可以求出平均錯動速率和重復(fù)錯動事件。地震崩積楔關(guān)于測年，有許多方法，用得較普遍的是14C，此外如熱釋光（TL）電子自旋共振等方法（ESR）。K-Ar法。因此，研

31、究活斷層錯速率和重交周期的地質(zhì)、地貌學(xué)方法，首先是取得某一斷層多次古地震事件位錯資料（地震崩積楔、地震充填楔）。亦獲得其年代數(shù)據(jù)（K-Ar、14C、TL、ESR）。由此研究這一條斷裂的平均位錯速率及由這一速率形成地震的位錯量，推算下一次地震的重復(fù)周期。此外，地震重復(fù)周期與一次地震產(chǎn)生的位錯量成正比，而與平均錯動速率成反比，即：有蠕滑成分時，4.3 活斷層活動的時空不均勻性時間上，時密（群發(fā)性），時稀?？臻g上，有弱活動區(qū)和強活動區(qū)這分，并隨時間發(fā)生遷移?；顢鄬踊顒泳哂虚g歇性活動特點。特點 總體 時間上 具群集性 相對于分布稀疏總體：單發(fā)型 每隔一段時間發(fā)生一次強震，新驗的二臺斷裂 群集型 在某段

32、時間多發(fā)，別的時間稀少 阿爾金斷裂 混合型 某時段群發(fā)，某時段單發(fā) 解水河斷裂我國活斷層的錯動速率具有區(qū)域性的不均勻性，根據(jù)區(qū)域性差異，共分為七個斷塊，其中青藏高原、臺灣等斷塊、斷層的新活動性比較強烈。同一區(qū)域的斷層，也存在不均勻性。同一斷層的不同段，也存在不均勻性。當(dāng)活斷層的活動段發(fā)生一系列的群集方式的破裂后，（地震）斷裂活動往往會轉(zhuǎn)移到別的段落式別的區(qū)域，即形成活斷層的遷移。以郯廬斷裂為例?；顢鄬拥倪w移，對地震的預(yù)報關(guān)系極大。研究活動斷裂的發(fā)展規(guī)律及其時間序列。4.4 活斷層區(qū)規(guī)劃設(shè)計建筑的原則活動斷層對建筑物的安全性危害很大，一般在活斷層附近不宜選擇建筑場地，特別是重要建筑物。當(dāng)不能避讓

33、活斷裂時，也必須在場地選擇、建筑物類型選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面采取措施，以保證建筑物的安全。一、選擇對抗震有利的地段a. 低級別活斷層地帶優(yōu)于高級別活斷層地帶。活動時期老的活斷層地帶優(yōu)于新的地帶。（尤其是全新世活動地帶）b. 避開主干斷層帶，避開有強烈變形的地帶，分支斷層發(fā)育地帶。（逆斷和正斷的下盤有利抗震）c. 避開填土層，避開結(jié)構(gòu)自振周期與土層特征周期相同（相近）地帶。d. 避開淺埋大溶洞、地下采空區(qū)等地帶。e. 避開有加重震害的突出孤立地形、崩滑斜坡地帶。f. 持力層的選擇宜選擇基巖或堅硬巖土作為地基。選擇有利于抗大變形的建筑物類型。大壩：以堆石壩、抗變形能力較強。選擇有利于抗震的平面設(shè)計（

34、圖、方形、矩形）無凹凸，有利的立面設(shè)計（利用沉降縫分割成規(guī)則單元）減輕重量，降低重心。4.5 活斷層的調(diào)查與判別目的：確定斷層帶的位置、寬度、分支斷裂發(fā)育情況。錯動幅度及變形帶寬度，以及活斷層的活動時間間隔。一、地質(zhì)、地貌調(diào)查植被、溪流、山脊錯動、微地貌變形、不良地質(zhì)現(xiàn)象、斷層三角面等。斷陷湖及洼地。二、歷史標(biāo)志歷史上記錄的地震證據(jù)和說明。三、地震標(biāo)志震中沿一定的斷層線分布。四、航空攝影低陽光角源空攝影，增加斷層崖、斷層三角面等地面起伏的陰影效果。紅外攝影，了解地下水的分布特征。五、大地測量和活斷層監(jiān)測六、斷層帶研究開挖措施，研究最新沉積物是否被錯斷及錯動幅度。提取樣品 14C、TL、ESR研

35、究擦痕研究斷層性及混入物 充填物（砂脈等）注意區(qū)別假象第五章 地震的工程地質(zhì)研究5.1 基本概念及研究意義地震：地表巖層中因彈性波的傳播所引起的震動。震源：地球深處因巖石破裂引起地殼振動的發(fā)源地。震中：震源在地面的投影。震源深度：震中至震源的距離。按震源深度將地震分為：淺源地震（070km）中源地震（70300km） 深源地震（300700km）我國地處兩大地震帶，是地震多發(fā)國家。5.2 地震及地震波地震時，震源釋放的能量以彈性波的形式向四處傳播，這種彈性波就是地震波。地震波種類：體坡 P波（縱波）、S波（橫波） 面坡 R波（瑞利波）、Q波（勒夫波）震源機(jī)制：地震發(fā)生時震源的物理過程。震源參數(shù)

36、：指描述震源物理過程的一組物理量。一、震源機(jī)制推拉模式單力偶模式雙力偶模式震源機(jī)制斷層面解利用赤平投影可以表達(dá)地震P波初動最適合的象限分布特征。實例解水河斷裂帶震源機(jī)制解與斷裂帶變形組合的關(guān)系。二、震源參數(shù)震源實際上一個產(chǎn)生有限錯動的斷層面。限定一個震源需要以下七個物理是：斷層面長度、寬度、走向、傾向和傾角、斷層錯動方向、錯距、破裂擴(kuò)展速度。震級是表示地震發(fā)生時，震源釋放的能量大小。震波與釋放能量大小的關(guān)系為：lgE=11.8+1.5M地震烈度是表示地震發(fā)生時對一個具體地點的實際震動的強弱程度。它不僅取決于地震能量大小，還與震源深度、震中距離、傳播介質(zhì)特征等因素有關(guān)。按地震發(fā)生時對人或地面的影

37、響程度，可分為十二度。（見表52）平均震害指數(shù)： i=震害指數(shù) 0i1僅相類似條件比較才能真正確定出地震烈度的相對強弱。有的學(xué)者想用地震力的大小來表描地震的破壞力。但統(tǒng)計也較困難?；玖叶龋褐冈诮窈笠欢〞r期內(nèi)，在一定地點的一般場地可能遭受的最大烈度。5.3 我國地震地質(zhì)的基本特征地震并非均勻分布在地球各部分，而是集中于某些特定的條帶，稱為地震帶。世界范圍的地震帶主要為：一、環(huán)太平洋帶 集中了全世界的絕大部分地震二、地中海喜馬拉雅地震帶 以淺源地震為主三、大洋海嶺地震帶 以淺源地震為主，震級也不大上述三大地震帶均處于板塊構(gòu)造的邊緣。由于地幔物質(zhì)對流，運載著深浮其上的剛性極塊運移，因而造成了板塊增

38、生帶、板塊消減帶和轉(zhuǎn)換斷層三個發(fā)震構(gòu)造帶。a. 板塊增生帶地幔軟流圖圈在海嶺兩側(cè)作相反方向流動，使海嶺中軸承受拉應(yīng)力，產(chǎn)生正斷層面發(fā)生地震。 b. 轉(zhuǎn)換斷層在海嶺間形似走滑斷層，在轉(zhuǎn)換斷層上常發(fā)生走滑斷層地震。c. 板塊消減帶兩大板塊相接觸，產(chǎn)生兩種運動方式：俯沖和碰撞。太平洋板塊向歐亞板塊下俯沖，在泮殼一側(cè)形成正斷型地震，陸殼一側(cè)產(chǎn)生逆斷型地震，其中洋殼可俯沖至720km深度形成深源地震。印度板塊與歐亞板塊發(fā)生碰撞，歐亞板塊以低角度仰沖起覆于印度板塊之上，形成喜馬拉雅山強烈隆開，并伴隨地震，以低角度逆動型地震為主。我國除臺灣東部、西藏南部和吉林東部深源地震外，其余地區(qū)的地震均屬大陸

39、板塊內(nèi)部地震。一、我國強震空間分布及地震帶劃分以東經(jīng)105º為界，西部地震廣泛分布、東部僅華北和東南沿海一帶有地震分布，西部地震強度和數(shù)量也大于東部，西部塔里木、 準(zhǔn)噶爾等盆地地震亦少發(fā)生。有的研究者將我國及鄰近區(qū)域共劃分為12個地震區(qū)見P194頁圖5-21。從西部看，地震以喜馬拉雅南緣、青藏高原南部最強，向北減弱，但天山南北地震有所增強。地震發(fā)震深度西部4070km，東部20km，東南沿海僅10km。二、我國強震發(fā)生的地質(zhì)構(gòu)造條件已有資料表明，絕大多數(shù)強震都發(fā)生在穩(wěn)定地塊邊緣的深達(dá)巖石圈，基底巖層深大活動斷裂或斷陷盆地中。a. 強震與活動斷裂的關(guān)系強震經(jīng)常發(fā)生在活動斷裂的應(yīng)力集中的

40、特定部位上，如：活動得大斷裂的交匯部位，約占50%；活動性得大斷裂的轉(zhuǎn)折段，約占15%；活動性得大斷裂的端部或鎖固段（錯裂段）在發(fā)震斷裂中，第四紀(jì)以來有明顯活動的、晚第三紀(jì)以來有活動者和新生代以來有活動者的比例為721。由此看來，新近活動的第四紀(jì)活動斷裂活動性最強。b. 強震與斷陷盆地的關(guān)系斷陷盆地受活動斷裂的影響和控制，因而也是強震的多發(fā)地。其主要發(fā)震構(gòu)造部位為：對于傾斜的斷陷盆地，其較深、較陡的一側(cè)的活動斷裂易形成地震。盆地間或盆地內(nèi)由橫向斷裂控制的隆起帶兩側(cè)。斷陷盆地的銳角形端部。斷陷盆地內(nèi)多組斷裂交匯部位。復(fù)合盆地中的次級凹陷帶。c. 地震活動與深部構(gòu)造的關(guān)系主要是地殼厚度的梯度異常帶

41、或莫霍面的梯度異常帶，如青藏高原周邊，常發(fā)育深達(dá)地殼的地殼斷裂，或巖石圈斷裂，常發(fā)生強震。5.4 地震區(qū)劃即根據(jù)基本烈度對地震的可能危害程度進(jìn)行分區(qū)。1977年內(nèi)國家地震局已編制了中國地震烈火度區(qū)域劃分圖，作為工程建設(shè)參考。其方法是首先地震區(qū)或地震帶在未來100年內(nèi)可能發(fā)生的各極地震的地點、地段、勾劃出各極地震活動危險區(qū)。其后，根據(jù)地震活動危險區(qū)，以及我國歷史地震的震級與震中烈度的經(jīng)驗關(guān)系，將各級地震危險區(qū)核算為相應(yīng)的震中烈度。地震影響烈度及其分布范圍。編制地震烈度區(qū)劃圖。目前地震區(qū)劃多采用概率模型。（略）5.5 場地地震反應(yīng)及地震小區(qū)劃上述的地震區(qū)劃圖比例尺太小，是較大地區(qū)內(nèi)地震危險性的平均

42、估計。顯然，對于某一特定的場地或工程建設(shè)項目，由于具體的工程地質(zhì)條件不同，（包括地形、地質(zhì)、水文地質(zhì)條件等），因而地震震害的影響也就不同，因而有必要根據(jù)具體場地的工程地質(zhì)條件，編制適合于工程建設(shè)和土地規(guī)劃利用的地震小區(qū)劃圖。地震的小區(qū)劃圖的編制需要結(jié)構(gòu)場地的具體工程地質(zhì)條件，根據(jù)地震破壞效應(yīng)來進(jìn)行。地震破壞效應(yīng)：在地震波的作用下，場地會出現(xiàn)的各種破壞作用。它包括兩個方面的內(nèi)容：場地破壞效應(yīng)和強烈震動效應(yīng)。一、地面破裂效應(yīng)分兩種情況：其一，活動斷裂錯動，直接將地面錯裂。其二，地震力超過地面質(zhì)點的彈性極限，從而形成地面破裂。二、地基失效松散土體震動變形造成沉降或不均勻沉降。如地震砂土液化引起地基失

43、效。三、斜坡破壞效應(yīng)包括地震誘發(fā)的崩塌、滑坡、地震水體潰決等，引起的附加破壞效應(yīng)。強烈地震動造成的地震力是造成人員傷亡的直接原因，地震力的大小為：F=ma=kmK：地震系數(shù)：垂直、水平描述地震強烈程度的參數(shù)為：振幅、頻譜和地震持續(xù)時間。一、振幅由地震加速度： A即為振幅，是質(zhì)點的最大位移。二、頻譜地震波是由不同振幅、不同頻率的諧波合成的，不同振幅、不同相位的諧波隨頻率的變化規(guī)律稱為頻譜。由于地震波頻譜復(fù)雜，因而地基對某些頻率的波有選擇性放大的作用。當(dāng)震動的頻率與地基的固有頻率（特征周期、卓越周期）相同（相近）時，地基發(fā)生共振，震達(dá)到最大值。建筑物與地基也有共振的問題。三、持續(xù)時間震動持續(xù)時間愈

44、長，對建筑物的危害也愈大。一、基巖基巖在地震動時振幅小，持續(xù)時間短，因基巖地基一般震害小。圖5-38和表5-8（P220）二、深厚松散覆蓋層松散覆蓋層自振周期長，震動持續(xù)時間也較長，因一般震害較重。沉積物的厚度對建筑物的危害影響較大，一般厚度大的覆蓋層（160m以上），對高層建筑影響大；中等厚度覆蓋層對中等高度建筑物影響較大。表5-9 （P221）隨沉積層厚度的增大，木結(jié)構(gòu)房屋破壞嚴(yán)重。一般卓越周期 T=H：沉積層厚 Vs：剪切波速因此抗震設(shè)計中應(yīng)避開地基的卓越周期。三、局部地形對震害一般突出、孤立地形對震害有加強作用，而低洼地帶對震害有減弱的作用。此外，巖、土體不穩(wěn)定地形有加重震害的作用。四

45、、砂土液化a. 砂土液化機(jī)理砂土液化按形成機(jī)制可分為振動液化和滲流液化。b. 振動液化松散砂體飽水，由于砂粒振動擠密排水，當(dāng)排水不暢時將形成孔隙水壓力增高，以致于抵削了有效應(yīng)力，砂粒處于無聯(lián)接狀態(tài)而液化。b. 滲流液化滲流液化產(chǎn)生條件滲流段微元左端作用的水壓力為：F1=右 F2=合力為： F=F1-F2= F1=當(dāng)水石流動時，相當(dāng)于土體微元固體積水作用于滲流方向上地分力。（重力分力）因此，水流動時，作用于土體微元上地動水壓力合力FW=F-F0 =定義：將作用于單位體積土骨架上的力稱為動水壓力（fd）則 fd = =J J為水力坡度顆粒流動條件為：動水壓力要克服土粒的有效重度（水下重度）即： f

46、d =由此得： 稱臨界水力坡度。滲流液化對于砂土滲流液化來說，除原有的靜水壓力Pwo外，還有因振動所產(chǎn)生的超孔隙水壓力Pwe。（內(nèi)骨架轉(zhuǎn)化而來）總孔隙水壓力PW = Pwo + Pwe而 Pwo = Pwe = 則 Pw = Pwo + Pwe = 即起孔隙水壓力隨深度的增加而增大。將向壓力小的方向消散。在深度Z1和Z2上，水頭差h為： h =（-w）Z2-（-w）Z1=（-w） 則水力坡度 地震砂土液化的評價相對象度判別 地面最大加速度不發(fā)生流化的相對密度0.10gDr>530.15gDr>640.20gDr>780.30gDr>90砂土的粒度和級配中、粗砂，排水條件

47、好，不易形成超孔隙水壓力，不易液化。粘粒，具有較大的粒間粘結(jié)力，對液化有抵卸作用。因此，當(dāng)粉、細(xì)砂、粘土中粉粒含量少時，有可能液化。對于粉土不液化條件：地震烈度789粘粒含量（%）101316不發(fā)生液化原位試驗判別（粉、細(xì)砂、粉土）Ncr = No 0.9+0.1 ( ds-dw) N0：基準(zhǔn)標(biāo)貫擊數(shù)； ds：標(biāo)貫深度 dw：地下水位 ：粉粒含量百分比 烈 度789近 震61016遠(yuǎn) 震812當(dāng)N>Ncr時，不易液化。埋藏條件根據(jù)砂土液化機(jī)理，只有當(dāng)孔隙水壓力大于砂粒間的有效應(yīng)力時，才能產(chǎn)生液化，而有效應(yīng)力取決于固結(jié)壓力的大小和固結(jié)時間。從固結(jié)壓力來講，埋藏愈深，自重壓力愈大，有利于產(chǎn)生

48、較大的有效應(yīng)力。如果飽水砂層埋藏很深，則由上覆自重建以抑制砂土液化，則砂土液化將不會產(chǎn)生。工程上，當(dāng)上覆土層厚度和地下水深度符合下列條件之一，則不考慮液化。du>dp+db-2dw>do+db-3du+dw>1.5do+2db-4.5du：上覆非液化土層厚度（m）do：基礎(chǔ)深度dw：地下水位深度db：液化土層特征深度，按下表取值烈 度789粉 土678砂 土789飽水砂層的成因和時代時代古老的土、固結(jié)時間長、固結(jié)程度高、密實，不易產(chǎn)生液化。故，一般晚更新世（Q3）以前的土可判定為不液化。砂土液化前若上覆土層能保持一定的強度從而使地基不失效的話，則下伏的液化層能起到阻止地震剪切

49、波的作用進(jìn)而免除建筑物遭受震害威脅。第六章 水庫誘發(fā)地震活動的工程地質(zhì)分析6·1 基本概念及研究意義n 在一定條件下，人類的工程活動可以誘發(fā)地震，諸如修建水庫，城市或油田的抽水或n注水，礦山坑道的崩塌，以及人工爆破或地下核爆炸等都能引起當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)異常的地震活動，n這類地震活動統(tǒng)稱為誘發(fā)地震。n其形成一方面依賴于該區(qū)的地質(zhì)條件、地應(yīng)力狀態(tài)和有待釋放的應(yīng)變能積累程度等因素；另一方面也與工程行為是否改變了一定范圍內(nèi)應(yīng)力場的平衡狀態(tài)密切相關(guān)。6.2 水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況nn卡里巴科列馬斯塔型n 地震活動性的主要變化主要發(fā)生在1963年6月水庫蓄水位超出正常高水位之后，尤以196

50、3年8月庫水位超出正常高水位2.9m之后為最強烈，此時水頭增值僅為2，以此作為地震活動性強烈變化的誘因是缺乏說服力的。可是在正常高水位附近，水位波動幾米庫容變化卻很大，顯然庫底巖石所承受的水庫附加荷載以及附加荷載的影響深度都隨之產(chǎn)生較大變化，水庫底部承受附加應(yīng)力超出一定值的巖石的體積也會產(chǎn)生很大變化。n科因納新豐江型科因納水庫誘發(fā)地震n 科因納水庫誘發(fā)地震之所以具有典型意義，就在于它是迄今為止最強的水庫誘發(fā)地震(0.5級，地震序列中大于5.0級的達(dá)15次)，而又是產(chǎn)生在構(gòu)造跡象最不明顯、巖層產(chǎn)狀基本水平、近200 a附近沒有明顯地層活動的印度地盾德干高原之上。n 庫、壩區(qū)均位于厚達(dá)1500m、

51、產(chǎn)狀水平、自古至始新世噴發(fā)的玄武巖層之上，由致密塊狀玄武巖與凝灰?guī)r及氣孔狀玄武巖互層，凝灰?guī)r中央有紅色粘土，滲透性不良(圖67)。6.3 水庫誘發(fā)地震的共同特點 從以上典型實例描述可知，水庫誘發(fā)地震不同類型雖各有其特性，但概括起來它們卻有很多共性。這主要是這類地層的產(chǎn)生空間和地震活動隨時間的變化與水庫所在空間和水庫水位或荷載隨時間的變化密切相關(guān)，表示介質(zhì)品質(zhì)的地震序列有其固有特點和震源機(jī)制解得出的應(yīng)力場與同一地區(qū)產(chǎn)生天然地震的應(yīng)力場基本相同。n 震中密集于庫壩附近n通常主要是密集分布于水庫邊岸幾km到十幾km范圍之內(nèi)。n或是密集于水庫最大水深處及其附近(卡里巴、科因納)，n或是位于水庫主體兩側(cè)

52、的峽谷區(qū)(新豐江見圖612，丹江口如圖625)。n如庫區(qū)及附近有斷裂，則精確定位的震中往往沿斷裂分布。n有的水庫誘發(fā)地層初期距水庫較遠(yuǎn)而隨后逐漸向水庫集中(丹江口、蘇聯(lián)的努列克)。n震源極淺、震源體小n 水庫誘發(fā)地震主要發(fā)生在庫水或水庫荷載影響范圍之內(nèi)，所以震源深度很淺。一般多n在地表之下10km之內(nèi)，以47km范圍內(nèi)為最多，且有初期淺隨后逐步加深的趨勢。例如我國新豐江水庫誘發(fā)地震1962年至1965年5月震源深度分布有如圖626所示。n 由于震源淺，所以面波強烈，震中烈度一般較天然地層高，零點幾級就有感，3級就可以造成破壞。 6.3.2 誘發(fā)地震活動與庫水位及水荷載隨時間變化的相關(guān)性n 這種相關(guān)性已被廣泛用以判別地震活動是否屬水庫誘發(fā)地震。一般是水庫蓄水幾個月之后為微地震活動即有明顯的增強，隨后地震頻度也隨水位或庫容而明顯變化，但地震活動峰值在時間上均較水位或庫容峰值有所滯后。n 我國幾個水庫誘發(fā)地震蓄水開始與微震活動加強有如表63所示的關(guān)系。nn 既然水庫誘發(fā)地震有水的活動和水庫荷