工程地質(zhì)學(xué)課件-第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響

第三講地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響

、地質(zhì)作用概述由自然動(dòng)力引起使地殼組成物質(zhì)，地殼構(gòu)造，地表形態(tài)等不斷的變化和形成的作用，稱為地質(zhì)作用。地質(zhì)作用主要分為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)、地震作用、變質(zhì)作用、風(fēng)化作用、斜坡重力作用、剝蝕作用、搬運(yùn)作用、沉積作用和固結(jié)成巖作用等。、巖層產(chǎn)狀與地層接觸關(guān)系產(chǎn)狀三要素——

面狀構(gòu)造的產(chǎn)狀——指面狀構(gòu)造的空間產(chǎn)出狀態(tài)，即指其與水平參考面和地理方位之間的關(guān)系。任何面狀構(gòu)造或地質(zhì)體界面的產(chǎn)狀均以其走向、傾向和傾角的數(shù)據(jù)表示。其中，傾向和傾角是必要條件。

一般認(rèn)為：除盆地（包括洋盆和陸盆）的邊緣外，沉積巖層的初始產(chǎn)狀都是水平的，受到力的作用發(fā)生變形后，它們的產(chǎn)狀才有可能發(fā)生改變。這是研究地質(zhì)界面產(chǎn)狀在變形前后發(fā)生變化與否的重要的基礎(chǔ)性參考“坐標(biāo)”。走向、傾向、傾角()走向:傾斜面與水平面的交線叫走向線（左圖中AE），走向線兩端延伸的方向即為該平面的走向。傾向：傾斜平面上與走向線相垂直的線叫傾斜線（OD），傾斜線在水平面上的投影所指的（沿平面向下傾斜的）方位即傾向。傾角()：指傾斜面與水平面之間的夾角。地層接觸關(guān)系整合接觸不整合接觸。3.3褶皺構(gòu)造巖層在形成時(shí)，一般是水平的。巖層在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下，因受力而發(fā)生彎曲，一個(gè)彎曲稱褶曲，如果發(fā)生的是一系列波狀的彎曲變形，就叫褶皺。褶皺基本形態(tài):背形、向形基本形態(tài):背形、向形基本類型

根據(jù)褶皺面（層）的彎曲形態(tài)和地層變新之關(guān)系可分：背斜－核部老地層、翼部新地層向斜－核部新地層、翼部老地層向斜背斜ＳＤ３

背斜向斜圓弧褶皺尖棱褶皺箱狀褶皺撓曲直立水平褶皺直立傾伏褶皺斜歪水平褶皺斜臥褶皺平臥褶皺傾豎褶皺斜歪傾伏褶皺幾種典型的褶皺平行褶皺平行褶皺與相似褶皺相似褶皺相似褶皺、褶皺要素褶皺要素是為了描述一個(gè)褶皺的形態(tài)和產(chǎn)狀特征，要素包括核部、翼、軸面、及樞紐等。核部：褶皺的中心部分，即位于褶皺中央最內(nèi)部的一個(gè)巖層。翼：位于核部?jī)蓚?cè)，向不同方向傾斜的部分。軸面：從褶皺頂部平分兩翼的面。軸面在客觀上并不存在，而是為了標(biāo)定褶曲方位及產(chǎn)狀而劃定的一個(gè)假象面，軸面可以是簡(jiǎn)單的平面，也可以是復(fù)雜的曲面或者是直立的、傾斜的或平臥的。軸：軸面與水平面的交線。軸的方位表示了褶皺的方位，軸的長(zhǎng)度表示了褶皺延伸的規(guī)模。樞紐：軸面與褶皺同一巖層層面的交線。褶皺的樞紐有水平的、傾斜的、或者波狀起伏的，樞紐反映出褶皺在延伸方向產(chǎn)狀的變化情況。二、基本要素核翼拐點(diǎn)特征線

樞紐－指同一褶皺面上最大彎曲點(diǎn)的連線

軸跡（褶軸）

特征點(diǎn)

頂（脊）

拐點(diǎn)

槽

特征值

波長(zhǎng)、波幅、翼間角特征面褶皺面軸面－各相鄰褶皺面的樞紐連成的面背面槽面、褶皺類型 褶皺的面向上彎曲，兩側(cè)相背傾斜，稱為背形；褶皺面向下彎曲，兩側(cè)相向傾斜，稱為向形。如組成褶皺的各巖層間的時(shí)代順序清楚，則較老巖層位于核心的褶皺稱為背斜；較新巖層位于核心的褶皺稱為向斜。正常情況下，背斜呈背形，向斜呈向形，是褶皺的兩種基本形式。單個(gè)褶皺大者可延伸數(shù)十公里，小者可見于手標(biāo)本或在顯微鏡下才能見到。、褶皺的野外識(shí)別研究褶皺的基本要點(diǎn)，不外乎褶皺的形態(tài)、產(chǎn)狀、類型、形成的方式以及分布的特點(diǎn)。褶皺的基本形態(tài)只有兩種：背斜和向斜。認(rèn)識(shí)背斜和向斜構(gòu)造以后，就可以按照褶皺要素——核部、翼部、轉(zhuǎn)折端、軸向、傾伏等進(jìn)行具體地描述。區(qū)別背斜和向斜確定兩翼產(chǎn)狀判斷軸面產(chǎn)狀確定樞紐產(chǎn)狀和構(gòu)造認(rèn)識(shí)褶皺轉(zhuǎn)折端形態(tài)判斷翼間角大小和褶皺緊閉程度分析褶皺平面形態(tài)褶皺組合形式認(rèn)識(shí)確定褶皺形成時(shí)代、褶皺的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)褶皺構(gòu)造的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)主要是傾斜巖層的產(chǎn)狀與路線或隧道軸線走向的關(guān)系問(wèn)題。傾斜巖層對(duì)建筑物的地基，一般來(lái)說(shuō)，沒(méi)有特殊不良的影響，但對(duì)于深路塹、挖方高邊坡及隧道工程等，則需要根據(jù)具體情況作具體的分析。褶皺核部巖層由于受水平擠壓作用，產(chǎn)生許多裂隙，直接影響到巖體的完整性和強(qiáng)度。褶皺的核部是巖層強(qiáng)烈變形的部位，變形強(qiáng)烈時(shí)，沿褶皺核部常有斷層發(fā)生，造成巖石破碎或形成構(gòu)造角礫巖帶。地下水多聚積在向斜核部，背斜核部的裂隙也往往是地下水富集和流動(dòng)的通道，必須注意巖層的坍落、漏水及涌水問(wèn)題，在石灰?guī)r地區(qū)還往往使巖溶較為發(fā)育。由于巖層構(gòu)造變形和地下水的影響，所以公路、隧道工程或橋梁工程在褶皺核部容易遇到工程地質(zhì)問(wèn)題。褶皺的翼部不同于核部，在褶皺翼部布置建筑工程時(shí)，如果開挖邊坡的走向近于平行巖層走向，且邊坡傾向與巖層傾向一致，邊坡坡角大于巖層傾角，則容易造成順層滑動(dòng)現(xiàn)象。在褶皺兩翼形成傾斜巖層容易造成順層滑動(dòng)，特別是當(dāng)巖層傾向與臨空面坡向一致，且?guī)r層傾角小于坡角，或當(dāng)巖層中有軟弱夾層，如有云母片巖、滑石片巖等軟弱巖層存在時(shí)應(yīng)慎重對(duì)待。對(duì)于隧道等深埋地下的工程，從褶皺的翼部通過(guò)一般是比較有利的；因?yàn)樗淼劳ㄟ^(guò)均一巖層有利穩(wěn)定，而背斜頂部巖層受張力作用可能塌落，向斜核部則是儲(chǔ)水較豐富的地段，但如果中間有松軟巖層或軟弱構(gòu)造面時(shí)，則在順傾向一側(cè)的洞壁，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的偏壓現(xiàn)象，甚至?xí)?dǎo)致支撐破壞，發(fā)生局部坍塌。、斷裂構(gòu)造斷裂構(gòu)造又稱斷裂。斷裂或斷裂構(gòu)造是指巖石因受地殼內(nèi)的動(dòng)力，沿著一定方向產(chǎn)生機(jī)械破裂，失去其連續(xù)性和整體性的一種現(xiàn)象。斷裂的基本類型一、節(jié)理：節(jié)理是巖石中的裂隙張節(jié)理：張節(jié)理是由張應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面。剪節(jié)理：剪節(jié)理是由剪應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面。二、斷層：斷層是巖石順破裂面發(fā)生明顯位移的斷裂構(gòu)造。3.4.1節(jié)理節(jié)理是斷裂構(gòu)造的一類，指巖石裂開而裂面兩側(cè)無(wú)明顯相對(duì)位移者（與有明顯位移的斷層相對(duì)）。節(jié)理是很常見的一種構(gòu)造地質(zhì)現(xiàn)象，就是我們?cè)趲r石露頭上所見的裂縫，或稱巖石的裂縫。這是由于巖石受力而出現(xiàn)的裂隙，但裂開面的兩側(cè)沒(méi)有發(fā)生明顯的（眼睛能看清楚的）位移，地質(zhì)學(xué)上將這類裂縫稱為節(jié)理，在巖石露頭上，到處都能見到節(jié)理。節(jié)理的概念及其研究意義節(jié)理－是巖石中的裂隙，是規(guī)模甚小的斷裂．

注意區(qū)別于“解理”！節(jié)理的分類按節(jié)理的成因，節(jié)理包括原生節(jié)理和次生節(jié)理兩大類。按節(jié)理與巖層的產(chǎn)狀要素的關(guān)系而劃分為四種節(jié)理：走向節(jié)理、傾向節(jié)理、斜向節(jié)理、順層節(jié)理按節(jié)理的走向與區(qū)域褶皺主要方向、斷層的主要走向或其他線形構(gòu)造的延伸方向等關(guān)系而進(jìn)行，可劃分為三種：縱節(jié)理、橫節(jié)理、斜節(jié)理節(jié)理與褶皺軸的關(guān)系a縱節(jié)理；c橫節(jié)理；b斜節(jié)理節(jié)理分類示意圖

1、走向節(jié)理2、傾向節(jié)理3、斜向節(jié)理4、順層節(jié)理按力學(xué)性質(zhì)分類

剪節(jié)理張節(jié)理

特征：產(chǎn)狀穩(wěn)定，延伸遠(yuǎn)產(chǎn)狀不穩(wěn)定，延伸不遠(yuǎn)平直光滑，有擦痕和羽裂彎曲粗糙，無(wú)擦痕出現(xiàn)在砂、礫巖中，一般出現(xiàn)在砂、礫巖中，常繞切過(guò)砂礫和膠結(jié)物過(guò)砂、礫未充填時(shí)，是閉合的縫多張口，一般被充填一般是共軛“X”型節(jié)理系樹枝狀，鋸齒狀，雁列狀等剪應(yīng)力產(chǎn)生張應(yīng)力產(chǎn)生剪性破裂－節(jié)理節(jié)理柱狀節(jié)理S或反S型張剪裂脈破裂構(gòu)造的組合型式火炬狀節(jié)理（張剪裂脈）花崗巖節(jié)理柱狀節(jié)理剪節(jié)理張節(jié)理3.4.2斷層3.4.2.1斷層要素破裂面兩側(cè)巖塊發(fā)生顯著相對(duì)位移的斷裂構(gòu)造。

規(guī)模大小不等，大者沿走向延伸數(shù)百千米，常由許多斷層組成，可稱為斷裂帶；小者可見于手標(biāo)本。斷層由斷層面和斷盤構(gòu)成。

斷層面是巖塊沿之發(fā)生相對(duì)位移的破裂面；斷盤指斷層面兩側(cè)的巖塊，位于斷層面之上的稱為上盤，斷層面之下的稱為下盤。如斷層面直立，則按巖塊相對(duì)于斷層走向的方位來(lái)描述。

斷層兩側(cè)錯(cuò)開的距離統(tǒng)稱位移。按測(cè)量位移的參考物的不同，有真位移和視位移之分，真位移是斷層兩側(cè)相當(dāng)點(diǎn)錯(cuò)開的距離，即斷層面上錯(cuò)斷前的一點(diǎn)，錯(cuò)斷后分成的兩個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離，稱為總滑距；視位移是斷層兩側(cè)相當(dāng)層錯(cuò)開的距離，即錯(cuò)動(dòng)前的某一巖層，錯(cuò)斷后分成兩對(duì)應(yīng)層之間的距離，統(tǒng)稱斷距。斷層要素3.4.2.2斷層類型正斷層逆斷層平移斷層3.4.2.3斷層的野外識(shí)別

野外認(rèn)識(shí)斷層及其性質(zhì)的主要標(biāo)志是：①地層、巖脈、礦脈等地質(zhì)體在平面或剖面上突然中斷或錯(cuò)開。②地層的重復(fù)或缺失，這是斷層走向與地層走向大致平行的正斷層或逆斷層常見的一種現(xiàn)象，在斷層傾向與地層傾向相反，或二者傾向相同但斷層傾角小于地層傾角的情況下，地層重復(fù)表明為正斷層，地層缺失則為逆斷層。③擦痕，斷層面上兩盤巖石相互摩擦留下的痕跡，可用來(lái)鑒別兩盤運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)而確定斷層性質(zhì)。④牽引構(gòu)造。斷層運(yùn)動(dòng)時(shí)斷層近旁巖層受到拖曳造成的局部弧形彎曲，其凸出的方向大體指示了所在盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。⑤由斷層兩盤巖石碎塊構(gòu)成的斷層角礫巖、斷層運(yùn)動(dòng)碾磨成粉末狀斷層泥等的出現(xiàn)表明該處存在斷層。此外還可根據(jù)地貌特征（如錯(cuò)斷山脊、斷層陡崖、水系突然改向）來(lái)識(shí)別斷層的存在。3.4.2.4斷層的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)斷層是在地球表面沿一個(gè)破裂面或破裂帶兩側(cè)發(fā)生相對(duì)位錯(cuò)的現(xiàn)象。它是由于在構(gòu)造應(yīng)力作用下積累的大量應(yīng)變能在達(dá)到一定程度時(shí)導(dǎo)致巖層突然破裂位移而形成的。破裂時(shí)釋放出很大能量，其中一部分以地震波形式傳播出去造成地震，會(huì)對(duì)工程造成影響。由于巖層發(fā)生強(qiáng)烈的斷裂變動(dòng)，導(dǎo)致巖體裂隙增多、巖石破碎、風(fēng)化嚴(yán)重、地下水發(fā)育充分，從而降低了巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，對(duì)工程建筑造成了不利的影響。

巖層(巖體)被不同方向、不同性質(zhì)、不同時(shí)代的斷裂構(gòu)造切割，如果發(fā)育有層理、片理，則情況更復(fù)雜。作為不連續(xù)面的斷層是影響巖體穩(wěn)定性的重要因素，這是因?yàn)閿鄬訋r層破碎強(qiáng)度低，另一方面它對(duì)地下水、風(fēng)化作用等外力地質(zhì)作用往往起控制作用。斷層的存在降低了地基巖體的強(qiáng)度穩(wěn)定性。斷層破碎帶力學(xué)強(qiáng)度低、壓縮性大，建于其上的建筑物由于地基的較大沉陷，易造成斷裂或傾斜。斷裂面對(duì)巖質(zhì)邊坡、壩基及橋基穩(wěn)定常有重要影響。斷裂帶在新的地殼運(yùn)動(dòng)影響下，可能發(fā)生新的移動(dòng)，從而影響建筑物的穩(wěn)定。

跨越斷裂構(gòu)造帶的建筑物，由于斷裂帶及其兩側(cè)上、下盤的巖性均可能不同，易產(chǎn)生不均勻沉降。

隧道工程通過(guò)斷裂破碎時(shí)易發(fā)生坍塌。在斷層發(fā)育地段修建隧道，是最不利的一種情況。由于巖層的整體性遭到破壞，加之地面水或地下水的侵入，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性都是很差的，容易產(chǎn)生洞頂塌落，影響施工安全。當(dāng)隧道軸線與斷層走向平行時(shí)，應(yīng)盡量避免與斷層的破碎帶接觸。隧道橫穿斷層時(shí)，雖然只有個(gè)別斷落受到斷層影響，但因工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件不良，必須預(yù)先考慮措施，保證施工安全。如果斷層破碎帶規(guī)模很大，或者穿越斷層帶時(shí)，會(huì)使施工十分困難，在確定隧道平面位置時(shí)，要盡量設(shè)法避開。斷層構(gòu)造地帶沿?cái)嗔衙娓浇膸r塊因強(qiáng)烈擠壓而產(chǎn)生破碎，往往形成一條破碎帶。因此，隧道工程通過(guò)斷層時(shí)必須采取相應(yīng)的工程加固措施，以免發(fā)生崩塌；水庫(kù)等大型工程選址，應(yīng)避開斷層帶，以免誘發(fā)斷層活動(dòng)，同時(shí)防止因壩基或地基不穩(wěn)固產(chǎn)生地震、滑坡、滲漏等不良后果。在山地區(qū)域、溪溝、河流常沿?cái)鄬用姘l(fā)育，有斷層的地方，常有地下水出露，這對(duì)尋找地下水有一定的指導(dǎo)意義。3.4.2.5活斷層活斷層一般是指現(xiàn)今正在活動(dòng)的斷層，或近期曾活動(dòng)過(guò)、不久將來(lái)可能重新活動(dòng)過(guò)的斷層。后者也稱為潛在活斷層。斷層是地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的重要形跡。有的斷層形成于較晚時(shí)期，在形成以后受到晚期構(gòu)造背景條件控制，仍保持著活動(dòng)的特征。早在十八世紀(jì)，人們從地震活動(dòng)與斷層活動(dòng)的關(guān)系漸漸意識(shí)到斷層的活動(dòng)性特征，經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀(jì)的研究，對(duì)活斷層的特征有了比較深入的認(rèn)識(shí)?；顢鄬邮芸赜诎鍓K構(gòu)造

《巖土工程勘察規(guī)范》

全新活動(dòng)斷裂：全新世（10000）年內(nèi)有過(guò)活動(dòng)或近期正在活動(dòng)，在將來(lái)