工程地質(zhì)條件成因演化論

工程地質(zhì)條件成因演化論第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論1.1概述工程地質(zhì)條件的特定組合規(guī)律及空間分布規(guī)律是長期自然地質(zhì)歷史發(fā)展演化形成的。自然地質(zhì)歷史發(fā)展演化有區(qū)域性規(guī)律，對應的，地質(zhì)歷史發(fā)展演化產(chǎn)物的工程地質(zhì)條件極其空間分布也有其區(qū)域規(guī)律性。例如：高山峽谷：

地質(zhì)結(jié)構(gòu)：復雜；多（活）斷層；河谷深切，溝谷發(fā)育，地勢聳高、斜坡陡峭。

地下水：常為埋藏較深的基巖裂隙水、富水程度較低，但地下水交替強烈，水質(zhì)多為低礦化度的淡水，如遇有可溶性碳酸鹽巖或大的斷層破碎帶，則往往為強富水帶。

工程地質(zhì)問題：崩塌、滑坡、泥石流廣泛發(fā)育，且規(guī)模往往很大。

天然建筑材料：石料、粗骨料豐富，細骨料、土料貧乏。第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論沖積平原：

地質(zhì)結(jié)構(gòu)及巖性：距地表一定深度內(nèi)廣泛分布的是由各種礫、砂、粘性土互層組成的松軟土體，強度低，易于變形。地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單，主要形成各類土層的組合關(guān)系。地表開闊、平坦，往往有各種型式河流階地或埋藏古河床。

地下水：多為埋藏淺的孔隙潛水或?qū)娱g水，粗砂、礫石層中客（貯存）水，且水質(zhì)良好可作為良好的供水水源，過量抽取會產(chǎn)生地面沉降。

工程地質(zhì)問題：除階地斜坡有小型滑坡發(fā)育外，崩塌、滑坡、泥石流等外生地質(zhì)災害不發(fā)育，如有埋藏型碳酸鹽巖，可伴有地面塌陷；若有隱伏活動斷裂，則伴有地震。

天然建筑材料：土料及細骨料豐富；粗骨料貧乏、缺乏石料。第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論1.2工程地質(zhì)條件形成的控制因素內(nèi)動力地質(zhì)作用：構(gòu)造運動、巖漿作用和變質(zhì)作用。巖漿作用和變質(zhì)作用是伴隨構(gòu)造運動而產(chǎn)生的。外動力地質(zhì)作用：風化作用、剝蝕作用、搬運作用、沉積作用和固結(jié)成巖作用。內(nèi)、外動力聯(lián)合作用下，年輕隆起的高原邊緣或近代褶皺山系，由于河流的強烈下切而形成高山峽谷；在山間斷陷，由于河流或湖泊的沉積作用而形成山間盆地；在近期只有輕微隆起的古老褶皺山系或穩(wěn)定地臺，由于河流的剝蝕、夷平和沉積作用而形成準平原及沖擊平原；在河口地帶，則由于下陷和迅速沉積而形成河口三角洲；在濱岸地帶，則由于海陸交互沉積作用而形成濱海平原。它們各有其特有的工程地質(zhì)條件組合，其空間分布也各具規(guī)律性。

大地構(gòu)造和自然地理環(huán)境對工程地質(zhì)條件的形成起關(guān)鍵作用：第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論1）不同的大地構(gòu)造環(huán)境有不同的內(nèi)動力地質(zhì)作用強度1.2.1大地構(gòu)造

最微弱的是固化最早的陸核或地盾剛性地塊。

其次是地臺或地塊，因為它們固化于前寒武紀，剛性強，內(nèi)動力地質(zhì)作用較弱。不同時期的褶皺山系形成于古生代到新生代初期，褶皺鑿山時代越新，固化愈弱，其內(nèi)動力地質(zhì)作用愈強。

最強的是大陸邊緣，特別是活動大陸邊緣和大陸峽谷。在活動大陸邊緣，由于洋殼向陸殼的俯沖，擠壓褶皺、逆沖斷層、巖漿作用和地震作用都最為強烈。第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論2）內(nèi)動力地質(zhì)作用對外動力地質(zhì)作用的性質(zhì)和強度有控制作用年輕褶皺山系的強烈的隆起，必然使得在這一山系帶以強烈剝蝕作用為主，隆起愈強，剝蝕愈強。如有地表水系，河流必然深切侵蝕。在裂谷或斷陷盆地地帶，外動力地質(zhì)作用必然以堆積作用為主，下陷愈深，堆積作用愈強，所形成的堆積體愈厚。在特定的大地構(gòu)造剝蝕環(huán)境中，由于較長時間的大陸剝蝕，地臺上的蓋層被剝蝕凈盡，古老的變質(zhì)巖系出露地表；又如較老的褶皺山系，長期的剝蝕作用也可使褶皺造山同期侵入的巖漿巖系出露地表。在一定的大地構(gòu)造沉積環(huán)境中，在漫長的地質(zhì)歷史時期，形成一定的沉積巖石共生組合體。如在穩(wěn)定地臺區(qū)內(nèi)的內(nèi)陸開闊盆地，可形成河湖相砂泥質(zhì)沉積層。第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論3）構(gòu)造運動使大陸地殼在地表分布格局發(fā)生重要變化如：在古陸核周邊形成穩(wěn)定地臺；各大陸地臺及相鄰地塊產(chǎn)生大規(guī)模水平位移或旋轉(zhuǎn)；聯(lián)合古陸中的部分超級大陸又相互離散，使大西洋、印度洋開啟，出現(xiàn)全球性的洋盆張裂體系；太平洋盆周緣則發(fā)生普遍的洋殼向陸殼下的俯沖，形成環(huán)太平洋孤、盆、海溝體系。歷史上不斷演化的大地構(gòu)造環(huán)境最終塑造了現(xiàn)代全球性大陸格局，即全球性的洋底張裂體系和古地中海-環(huán)太平洋擠壓山系。這一演化歷史確定了穩(wěn)定地臺和各時期褶皺山系在地表的分布，也確定了現(xiàn)代張裂體系和擠壓造山帶在地表的分布。第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論4）不同大地構(gòu)造環(huán)境有著不同的構(gòu)造型式褶皺山系因受強烈的水平擠壓而形成緊閉的線性褶皺系或推覆逆掩斷裂體系；在裂谷帶，由于引張的地應力而形成一列列伸展構(gòu)造體系；穩(wěn)定地臺上的沉積蓋層則往往只有十分微弱的構(gòu)造變形，形成不連續(xù)的寬緩褶皺，如穹窿、短軸背向斜等。第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論5）大地構(gòu)造環(huán)境決定了現(xiàn)代構(gòu)造應力場地處歐亞大陸東段的中國及相鄰地區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造應力場就是典型實例。歐亞大陸東端巖石圈南部收到印度板塊自南向北的碰撞擠壓，大陸東部邊緣的北部又受到太平洋板塊由東向西的俯沖擠壓，大陸邊緣南部則收到菲律賓海板塊由南東東向北西西的俯沖擠壓。因而在這一廣大地區(qū)內(nèi)，總體上是最大主壓應力軸近于水平，并由西部內(nèi)陸中心向沿海呈放射狀分布；最小主應力也近于水平，并沿向東突出的弧形呈環(huán)裝分布，在華北一帶為張應力，我國東部大陸的中間主應力則以垂直為主。第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論6）現(xiàn)代構(gòu)造應力場決定了現(xiàn)代構(gòu)造的活動性印度板塊的強烈推擠使大陸內(nèi)部塊體產(chǎn)生向北逐漸減弱的塊體運動，同時也決定了塊體邊界的相對運動的形式和強度。大陸西部塊體邊界多為近東西向，在近南北向的主壓應力作用下，多產(chǎn)生逆沖斷裂活動。而歐亞大陸東部大部分地區(qū)，中間主應力軸近于垂直，最大、最小主應力軸近于水平，故多以走滑型斷裂活動為主。我國的華北地區(qū)和東南沿海便是這種斷裂活動的典型代表。第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論1.2.2自然環(huán)境地球表層，太陽輻射能產(chǎn)生的大氣環(huán)流（風）、水循環(huán)和萌生的生物作用于巖石圈表層巖石而產(chǎn)生風化作用、搬運作用、沉積作用、和固結(jié)成巖作用等一系列外動力地質(zhì)作用。這些作用既形成于特定的自然地理環(huán)境之中，又不斷改造它，外動力地質(zhì)作用特性和強度必然受自然地理環(huán)境所制約。自然地理環(huán)境表現(xiàn)出地帶或區(qū)域性分異：①由于太陽能分不均所造成的氣候緯度地帶性分異；②由于海陸分布使?jié)穸确植疾痪斐傻母蓾穸鹊貛Х之?；③由于地勢起伏和高原、山地、平原、盆地空間分布不均所造成的地形地貌區(qū)域分異。在以上各異的外動力地質(zhì)作用下，形成了各不相同的工程地質(zhì)條件因素組合。第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論1）氣候分帶

太陽能的分布不均造成了氣溫、氣壓、風向、濕度、降水等氣候要素的地帶性差異，形成了熱帶、亞熱帶、濕帶到寒帶的氣候緯度分帶。

氣候緯度分帶導致了各帶巖石風化作用的差異性。熱帶特別是濕潤熱帶，化學風化強烈；寒帶則以物理風化為主，風化殼變薄。

外動力地質(zhì)作用的營力：其隨氣候分帶而變化，在熱帶以致溫帶，主要是水體；在極地主要是冰雪。

地質(zhì)現(xiàn)象：在寒溫帶冬季氣溫普遍低于0℃的地區(qū)，出現(xiàn)了季節(jié)凍結(jié)及與此相伴的凍脹、融陷；而在寒帶則出現(xiàn)了多年凍結(jié)帶及與之相伴的冰錐、冰丘、熱融滑坡等地質(zhì)現(xiàn)象。第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論2）干濕度地帶分異海陸分布是地球內(nèi)部能造成的自然地理環(huán)境的基本差異。在大氣環(huán)流和水循環(huán)中，由陸地邊緣向內(nèi)陸中心，海洋提供的濕度逐漸減少，降水量因而隨之減少，蒸發(fā)量則逐漸鄭大，于是氣候：濕潤→半濕潤→半干旱→干旱。植被和巖石風化作用也有相應的變化，也引起外動力地質(zhì)營力的變化：①海岸帶，營力為波浪和潮汐；②濕潤、半濕潤帶，營力是地表流水；③半干旱、干旱帶，營力主要是風。不同的外營力形成各自不同的侵蝕地貌、堆積地貌及相應的不同的堆積物。由濕潤→干旱帶，水文地質(zhì)條件如潛水的埋深、富水性、水的礦化度等都產(chǎn)生一系列變化，物理地質(zhì)現(xiàn)象的突出變化是干旱區(qū)出現(xiàn)了特有的流動沙丘。第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論3）地貌區(qū)域性變化內(nèi)動力地質(zhì)作用下產(chǎn)生的區(qū)域性分異，在內(nèi)、外營力作用下，產(chǎn)生地貌的區(qū)域性分異，形成高原、山地、丘陵、盆地、平原等地貌類型。地殼和地球表面地貌為地表綜合體提供了基本格局，控制著水圈和大氣圈對地表的作用。①氣候的垂直分帶氣溫隨山體或高原的高度增加而迅速降低，由山底到山頂出現(xiàn)氣候分帶，高差幾千米之內(nèi)可出現(xiàn)從熱帶至極地的變化，氣候的垂直分帶明顯。氣候的垂直變化引起植被、土壤、水文的變化，而最大的變化則是外營力的變化，即由流水轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，地貌形態(tài)，巖石風化作用、成壤作用、材料以及表層沉積物和物理地質(zhì)現(xiàn)象都隨之發(fā)生相應的變化。第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論②地貌的區(qū)域性變化所確定的地面狀態(tài)，對大氣環(huán)流產(chǎn)生顯著影響，加劇地面水熱分布的不均勻性，使氣候類型更加多樣化。③與此同時，地貌的區(qū)域性變化對地表水循環(huán)起著控制作用，對地表水系的形成和分布，河流水系的流向有決定作用。地勢的起伏不僅決定河流水系的流向和長短，也決定這些水系的侵蝕區(qū)、搬運區(qū)、沉積區(qū)的分布：

河源及上游為侵蝕區(qū)，多成高山峽谷地貌并伴有粗碎屑沉積物；

中游多為低山、丘陵寬谷地形、且多發(fā)育多級河流階地，并發(fā)育不同厚度具有二元結(jié)構(gòu)的沖積物；

下游或出山口進入平原，往往形成河口沖積扇平原及開闊的沖積平原，形成巨厚的細碎屑沖基層。第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論1.3中國工程地質(zhì)條件分區(qū)分帶的規(guī)律性西部全球地殼厚度最大的青藏高原，厚達60～70km，僅在柴達木盆地減薄至50km。由東向西逐漸變薄。東部沿海平原30～35km。中間的廣大地區(qū)是40～50km。地殼厚度陡變帶：

青藏高原之南的喜馬拉雅陡變帶，北昆侖-祁連陡變帶、東賀蘭-龍門陡變帶；中間帶的興安-太行-武陵陡變帶；東南沿海和臺灣存在2個規(guī)模較小的陡變帶；西北地區(qū)阿爾泰、天山地殼厚度陡變帶。

上述8個陡變帶為大的塊體的結(jié)合部，與地表的高大山系向?qū)?.3.1中國大地構(gòu)造環(huán)境1）地殼厚度第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論2）穩(wěn)定臺塊與褶皺造山帶的基本輪廓地臺：華北、揚子、塔里木最大的三塊地臺；喜馬拉雅山以南印度地臺的一部分；南海的南海地臺。褶皺區(qū)：

①準格爾-興安褶皺區(qū)（蒙古褶皺帶的一部分）；②秦祁-昆侖褶皺區(qū)；③青藏-滇西褶皺區(qū)；④喜馬拉雅褶皺系；陸地增生褶皺系：

東北的烏蘇里-錫霍特褶皺帶、華南褶皺系、臺灣褶皺系。3）新構(gòu)造活動帶（自學）第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論1.3.2中國自然地理環(huán)境1）地貌輪廓基本特征地貌總輪廓西高東低，以青藏高原最高，向東逐級下降的）階梯狀斜面。（三個階梯）2）氣候分區(qū)及其形成因素按溫度，由南到北：赤道帶→熱帶→亞熱帶→暖溫帶→溫帶→寒帶按水分，由南到北：濕潤→半濕潤→半干旱→干旱遼闊的領(lǐng)土（漠河-曾母暗沙，緯度跨度49°），海陸位置（歐亞板塊、太平洋、印度洋），復雜的地形（地貌的三級），造就了氣候多樣性。第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論3）地殼表層沉積物與地貌和氣候環(huán)境分區(qū)相對應，地殼表層第四紀沉積也有如下自北向南的規(guī)律變化：沙漠→黃土→膨脹土→紅土→淤泥質(zhì)軟土（東南沿海）

①沙漠南北寬600km，東西長4000km的弧形帶分布于西北、華北和東北的部分土地上，面積約71×104km2。以塔克拉瑪干沙漠面積最大，連同戈壁，總面積達128×104km2。厚度一般可達200～400m，最厚達1800m（烏蘭布和沙漠）。

②黃土分布于沙漠外緣，西起昆侖山，東南到淮陽、秦嶺山地，總體呈帶狀展布。大致分3段：青海湖和青鞘嶺以西（西段）；大興安嶺和太行山以東（東段）；兩者之間的黃河中游地區(qū)（中斷），該段黃土最為集中，面積約30×104km2，平均海拔1000m，覆蓋厚度約100～200m。第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論

③膨脹土主要分布于中南各省，如湖北、四川、云貴、廣西、陜南、安徽等處?；曰鹕綆r、中酸性火山巖、泥巖、粘土巖及頁巖的風華產(chǎn)物，殘積、坡積成因，多形成濕潤的暖溫帶及亞熱帶。

④紅土主要分布于南方各省區(qū)，以云貴、四川南部、兩湖和兩廣北部等地區(qū)最為發(fā)育。厚度受下伏基巖起伏的影響，變化較大，一般在10m左右，個別地帶可達到20～30m。氣候濕熱、雨量充沛條件下，碳酸鹽巖、玄武巖、頁巖等巖石經(jīng)強風華作用，殘積、坡積而成。

⑤淤泥質(zhì)軟土東部、東南沿海、河流的河口三角洲及新淤淮地。在靜水或水流緩慢、富含有機質(zhì)、缺氧的環(huán)境中沉積并經(jīng)生物化學作用而形成。天然含水量大于液限，一般軟塑態(tài)，抗剪強度低，壓縮性很強。第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論4）區(qū)域水文地質(zhì)特征與上述大地構(gòu)造、地形地貌、氣候特征、地表沉積特征相適應，水文地質(zhì)條件具有明顯的區(qū)域性特征：①孔隙、裂隙、巖溶等不同含水介質(zhì)的空間分布具有區(qū)域規(guī)律性。中國東部沖擊及沉降平原的孔隙含水層；西部山區(qū)的裂隙含水層；滇、黔、桂三省的裸露于地表的巖溶含水層。②由于降水的空間差異，產(chǎn)生了干旱、半干旱地區(qū)與東部濕潤區(qū)水文地質(zhì)條件的顯著差異。③高寒地區(qū)形成的多年凍結(jié)層中特有的水文地質(zhì)條件。第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論5）物理地質(zhì)現(xiàn)象的區(qū)域性分布規(guī)律與上述大地構(gòu)造、地形地貌、氣候特征、地表沉積特征、水文地質(zhì)條件相適應，物理地質(zhì)現(xiàn)象具有明顯的區(qū)域性分布規(guī)律。不但不同地區(qū)內(nèi)有不同性質(zhì)的物理地質(zhì)現(xiàn)象，同一性質(zhì)的物理地質(zhì)現(xiàn)象在不同地區(qū)也有不同的特點。我國從東南沿海到內(nèi)陸腹地，濕度分配顯著變化，從而引起外動力地質(zhì)作用營力發(fā)生變化，由波浪，潮汐、地表水流和風等產(chǎn)生的物理地質(zhì)現(xiàn)象也隨作用營力的變化而產(chǎn)生明顯的變化：①沙漠區(qū)，主導外動力地質(zhì)作用是風的吹蝕和沉積，特有的物理地質(zhì)現(xiàn)象為流動沙丘，隨風流動。第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論②黃土高原區(qū)，主導外動力地質(zhì)作用是水土流失。溝谷溯源侵蝕形成無數(shù)的沖溝，密度高達5km/km2，成為黃土高原區(qū)特有的物理地質(zhì)現(xiàn)象。沖溝兩側(cè)陡峭，多發(fā)育崩塌（小型）和滑坡（大型），災害性大。黃土顆粒間有可溶性膠結(jié)物，在下滲水流的溶蝕、侵蝕作用下，就形成漏斗、豎井、陷穴等假巖溶現(xiàn)象，也為黃土高原區(qū)特有的物理地質(zhì)現(xiàn)象。③中西部山區(qū)，內(nèi)外地質(zhì)動力作用下，多形成高山峽谷地貌，河谷兩側(cè)為基巖高陡谷陂，常見的物理地質(zhì)現(xiàn)象為大型至巨型基巖崩塌及滑坡，在大型活動斷裂帶兩側(cè)尤為密集。泥石流也是這一地區(qū)的常見物理地質(zhì)現(xiàn)象。第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論④西南部，石灰?guī)r廣泛裸露于地表，巖溶為其典型的物理地質(zhì)現(xiàn)象。⑤東北高緯地帶及青藏高原多年凍結(jié)區(qū)，常見的物理地質(zhì)現(xiàn)象：與厚層地下冰有關(guān)的物理地質(zhì)現(xiàn)象如熱融滑塌、熱融沉陷、熱融湖；與地下水有關(guān)的冰錐和冰丘以及與地表水有關(guān)的沼澤化濕地。多種物理地質(zhì)現(xiàn)象在不同的氣候帶，其特點有所不同，凍結(jié)現(xiàn)象和巖溶現(xiàn)象隨地帶特點變化最為明顯——→第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章工程地質(zhì)條件成因演化論

凍結(jié)現(xiàn)象具有明顯的緯度分帶和垂直分布性。緯度分帶性：從北往南，隨緯度的降低，多年凍結(jié)層厚度逐漸變薄直至消失而轉(zhuǎn)化為季節(jié)凍結(jié)，到低緯度亞熱帶季節(jié)凍結(jié)層也消失。在多年凍結(jié)區(qū)內(nèi)部，隨緯度的降低，由連續(xù)多年凍結(jié)→有島狀融區(qū)的多年凍結(jié)→島狀多年凍結(jié)。垂直分布性：在青藏高原，隨海拔高度的降低，凍結(jié)現(xiàn)象的特點也與上述類似。第二十五頁，共二十九頁，202