中国区域工程地质1课件

工程地质学研究内容,土体工程地质 粘土矿物 特殊土 岩体工程地质 岩体结构控制论、优势结构面 软弱结构面 破碎岩体 工程动力地质作用与地质灾害 工程地质勘察理论与技术方法 区域工程地质（工程选址、规划） 环境工程地质（生态保护、环境影响评估）,大亚湾中微子实验隧道工程地质勘察,尚彦军 中科院地质与地球物理所 (IGG),2006年7月5日 中科院高能所,IHEP,1. 目的 通过可行性研究阶段工程地质勘察，为大亚湾中微子实验隧道工程初步设计提供地质依据,2.勘察工作内容,(1) 地形测绘 (2) 踏勘 (3) 地质填图 (4) 地球物理勘探 (5) 钻探和编录 (6) 孔内测试 (地应力, 渗透性, 钻孔电视, 声波测井) (7) 室内实验 (化学/矿物/物理/力学) (8) 结果综合分析,3.勘察方法和仪器设备,(2) 地质填图,手持 GPS,(3) 地质勘探 物探 钻探,(1) 地形图测绘 Leica TCA 2003 全站仪 精度: 角度:0.5，距离: 1mm1ppm,高密度电阻率法,地震折射法 微重力法 可控源音频大地电磁法（CSAMT）,中远厅地球物理解释剖面,微重力勘探地质解释剖面,显示风化囊和断层的地球物理解释剖面,钻孔ZK1,深度: 213.1m,综合工程地质图,A线工程地质剖面图,物探与工程地质 地表地质调查、物探和钻探构成地下工程勘察工作的主要内容和技术方法 有利于掌握线上和面上的地质结构变化，节约钻探工作量 对深埋地下工程，物探的意义更为突出，因为高山上钻探难度大，有时是唯一有效的手段,物探物探相信一半？ 假异常 多解性 综合物探,物探需要和地质结合 地球物理人员需要学习了解工程地质,孙玉军 （地球物理博士 中科院研究生院）20080311,地应力,地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数 地应力在绝大部分地区是以水平应力为主的三向不等压应力场三个主应力的大小和方向是随着空间和时间而变化的，因而它是个非稳定的应力场,地应力,地应力测量,测量原始地应力就是确定存在于拟开挖岩体及其周围区域的末受扰动的三维应力状态这种测量通常是通过一点一点的量测来完成的,地应力测量方法,根据测量手段：构造法、变形法、电磁法、地震法、放射性法五类 根据测量原理的不同分为：应力恢复法、应力解除法、应变恢复法、应变解除法、水压致裂法、声发射法、x射线法、重力法共八类 依据基本原理：直接法和间接法。,I = (1 + 2) / 2 + (1 - 2 ) cos 21 (1) II = (1 + 2) / 2 + (1 - 2 ) cos 2 (1 + 45o) = (1 + 2) / 2 + (1 - 2 ) sin 21 (2) III = (1 + 2) / 2 + (1 - 2 ) cos 2 (1+90o) = (1 + 2) / 2 - (1 - 2 ) cos 21 (3),应力解除法,地应力测量方法,我做过的一些工作山东泰安,地震台站中设置各种仪器，记录地应变和地倾斜等，以此相应来获取地壳变形信息，预测地震的发生。 外界的干扰因素很多，需要排除干扰因素，突然异常。,36 42 117 07,46.10” 251m 30.13”,47.91” 261m 30.05”,44.14” 242m 30.19”,41.96” 235m 30.34”,39.78” 231m 30.16”,256m,246m,236m,230m,46.16” 250m 27.56”,44.07” 243m 27.54”,42.07” 238m 27.51”,Hole,A,B,C,D,采用的方程,热传导方程 平衡方程 几何方程,采用的方程,热传导方程 平衡方程 几何方程,地倾斜结果,计算值,观测值,地应变结果,计算值,观测值,工程选址,工程目的（地面、地下基坑、边坡、坝基重要程度） 工作阶段（预可研、可行性初步勘察、详细勘察、施工勘察） 因素（自然、经济、环境、社会） 区域工程地质山体结构岩体结构（多层次） 区域稳定性山体稳定性岩体稳定性 地质条件（新构造运动、岩性、地震） 工程地质条件（多因素） 边坡工程：岩体结构控制 地下工程：地应力和岩性 原则：顺应原则（适应自然）、协调原则（改造、加固）,工程地质条件（工程地质勘察） 工程地质问题（分析、预测） 工程地质评价（服务于工程设计、施工）,工程地质研究核心 工程建筑与地质环境两者之间相互制约、相互作用,第1章 中国区域工程地质研究 第2章 区域地壳稳定性分析 第3章不良地质作用研究（活断层与地震） 第4章 新的研究思路和技术方法,尚彦军 中科院地质与地球物理所 主 攻： 施工地质灾害、软岩硬土、TBM施工地质 电子邮件： ,第1节 涵义及研究概况 第2节 中国工程地质环境形成的制约因素 第3节 中国工程地质区域划分 第4节 中国工程地质环境问题的基本特征,第1章 中国区域工程地质研究,研究较大地域的工程地质特征，为工程规划布局或工程地质勘察提供区域性地质资料 任务： 认识并掌握区域工程地质条件的形成和分布规律，并预测这些条件在人类工程-经济活动影响下的变化规律以及可能产生的工程地质问题。 按工程地质条件和预测可能产生工程地质问题的相似性和差异性，遵循一定的原则和方法进行区划，做出工程地质区划图，更详细地研究所划分的各级单元的工程地质特征，为各类工程的规划布局和进一步工程地质研究指明方向。 分类：比例尺 用途：行政区、流域、地质灾害类型、区域稳定,（据张咸恭 王思敬 李智毅 2005.工程地质学概论. 地震出版社）,第1节 涵义及研究概况,1. 我国最初的一幅区域工程地质图是由谷德振等于20世纪50年代中期编制的 “1：100万长江流域工程地质分区图” 2. 50年代后期和60年代初、中期是我国区域工程地质研究最为活跃的时期 （1）1957年 刘国昌撰写了中国区域工程地质纲要一文，并附有 “1：200万中国工程地质分区略图”一幅 （2）刘国昌 1964中国区域工程地质学教材，中国工业出版社 （3）郑象铣 陈维辉 1958 中国工程地质分区一文，附有 “1：800万中国区域工程地质图” （4）1959年地质部水文地质工程地质局姜达权主编1：400万中国综合工程地质图 （5）60年代初期胡海涛主编1：300万中国工程地质图 （6）1960年北京地质学院张咸恭编撰了中国区域工程地质概论 （7）1965年地质部水文地质工程地质研究所张宗祜主编 “1：100万中国黄土类土工程地质图”及说明书，中国工业出版社,我国区域工程地质研究史,3. 改革开放后结合开发区开展区域工程地质工作 （8）我国正式出版的第一幅全国性工程地质图： 1990年中国地质科学院水文地质工程地质研究所 任国林主编 “1：400万中国工程地质图”及说明书，中国地图出版社 （9）1991年地质矿产部成都水文地质工程地质中心葛中远主编 “1：500万中国地质灾害类型图” （10）1992年中国水文地质工程勘查院段永侯主编“1：600万中国环境地质图系”，中国地图出版社,区域工程地质的一项重要内容： 区域地壳稳定性研究相当活跃,李兴唐 1987 .区域地壳稳定性研究理论与方法. 地质出版社 地质矿产部水文地质工程地质司主持编写组著1991.深圳市区域稳定性评价.地质出版社 刘国昌著1993. 区域稳定工程地质.吉林大学出版社,第2节 中国工程地质环境形成的制约因素,大洋板块与大陆板块相互作用制约着挽近地质时期以来 地质 地形地貌 气候,一、地质因素,燕山运动奠定了中国大陆基本的构造格架,白垩纪得名于英吉利海峡上由白垩土形成的白色断壁。,挽近时期中国大陆附近板块活动及大陆现代构造应力场特征 岩土体类型及其工程地质性质 岩体 土体,印度 NE20,速率4042mm/a 喜马拉雅 NE30,速率2931mm/a 拉萨地块 NE3047,速率2730mm/a 羌塘地块 NE60,速率285mm/a 昆仑山 NE61,速率21mm/a 柴达木 NE61,速率1214mm/a,全球构造（板块构造）理论的基本点是，全球划分为六个刚性的岩石圈板块在软流层之上漂移，不断地运动（包括转动）,板块的变形主要集中在块体的边界,上世纪60年代从大洋研究中提出的板块构造理论，较好地解释了现今板块的几何学和运动学。到了上世纪70年代，“板块构造上陆”，即用“活动论”观点探寻2亿年前的大陆构造形成历史，遇到了很大的挑战。,地球形成历史约46亿年，经过多期演化历史 大陆岩石圈形成远比大洋岩石圈复杂 假定板块是刚体，其变形和运动主要集中在边界上，而大陆变形是弥散型 大陆可以分割成不同尺度的次级块体，变形主要集中在块体的边界，中国大陆上的一系列地震带就是典型的例子,在研究某一个地域的大陆构造变形时需要从活动论的观点，从全球构造框架或区域构造框架来研考,【全球四大构造系统（马宗晋，2001）】,GPS结果揭示的现今构造变形运动场,挟持于几大板块之间的中国大陆地块成为现代板内构造活动最强烈的地域之一,板块相互作用导致了中国大陆由西往东形成各不相同的大地构造格架和现代构造应力场，它对中国不同地域的工程地质环境起着主导的控制作用，首先控制了区域地壳稳定性；,【 GPS观测到的中国大陆现今构造背景场的水平分量（张培震，2002）】,来自板块边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变形的主要动力源,板块边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变形的主要动力源。 变形呈弥散型 (千公里以上)，集中在不同次级块体的边界上，具相对低的运动速率(小于10mm/a)。 次级块体内部变形微弱或整体运动 边界带常常是地质、地球化学和地球物理的结构面，绝大多数大陆地震发生在活动带上。,GPS结果显示现今构造变形,走滑断层 （正 ）断层 （ 逆 ）断层 图1. 震源机制断层面解,2,又由于板块作用制约了地形地貌和气候环境，因而对斜坡稳定性和地面稳定性等各种外动力工程地质作用也起着控制作用。,2. 地形地貌因素,高原 山地 丘陵 盆地 平原 滨海,山脉是中国工程地质环境区划的重要分界线,3. 气候因素,降水 温度,第3节 中国工程地质区域划分,一、区划的原则 分级区划的原则 工程地质条件相似性的原则 综合因素与主导因素相结合的原则 自然地质因素与人类活动因素相结合的原则 动态的原则,级序 第一级区划以大地貌作为主导因素 分区 全国划分为6个区： I 华北、东北平原及丘陵低山区 II 华南丘陵山地及平原区 III 黄土高原及山西山地区 IV 秦巴、西南中山高原区 V 西北高原、盆地及山地区 VI 青藏高原区,中国工程地质分区图 （李智毅 1999）,I 华北、东北平原及丘陵低山区 I1 大小兴安岭和长白山地亚区 I2 松辽平原亚区 I3 燕山山地和胶辽丘陵亚区 I4 黄淮海平原亚区,土层广布且厚度大 人类活动对地质环境的影响强烈：地面沉降、塌陷,II 华南丘陵山地及平原区 II1 长江中下游平原亚区 II2 湘桂低山丘陵亚区 II3 淮阳山地-东南丘陵低山亚区 II4 琼雷台地、丘陵低山亚区 II5 台湾山地、平原亚区,中国地震活动最弱的地区,III 黄土高原及山西山地区 III1 黄土高原亚区 III2 桑汾渭谷地亚区 III3 山西山地亚区,黄土分布最广、沉积最厚 我国水土流失最严重的地区,IV 秦巴、西南中山高原区 IV1 秦巴山地亚区 IV2 四川盆地亚区 IV3 鄂西-云贵中山高原亚区 IV4 横断中高山高原亚区,多暴雨灾害性天气 水利资源十分丰富 中国山地灾害最严重的地域 西部南北向构造带地震活动强度大、频度高,V 西北高原、盆地及山地区 V1 内蒙-阿拉善高原亚区 V2 银川、河套高平原亚区 V3 鄂尔多斯高原亚区 V4 塔准吐盆地及河西走廊亚区 V5 阿尔泰山、天山、阴山山地亚区,气候干旱、土地荒漠化严重 生态环境脆弱，人口稀少 矿产资源丰富,VI 青藏高原区 VI1青藏高原及高山亚区 VI2柴达木-共和盆地亚区 VI3青藏高原东部高山山原亚区,地壳活动强烈、地震频繁而强度大 大江、大河发源地，水利资源丰富 冰雪融化型泥石流主要分布区,第4节 中国工程地质环境问题的基本特征,区域性分布的规律 周期性和伴发性的特点 人类活动对工程地质环境干扰加剧 工程地质环境问题的严重性,人类活动对环境影响,三峡库区,韩国,中科院成都山地所编制 1991,既然风化剥蚀作用下，地表夷平过程是自然进行着的，不是人力所能改变的，那我们预防地质灾害就要从“空间差”和“时间差”两方面做工作。所谓“空间差”就是“避让”，这也是预防特大型地质灾害或规划重大工程的原则。主动绕避开可能发生地