隧道工程地质构造.ppt

地质构造对隧道施工的影响 内容提要 地质构造对隧道施工的影响节理裂隙发育情况对隧道施工的影响及量测方法地质素描方法钻孔柱状图的记录隧道地质展示图 1地质构造及其对隧道施工的影响 岩层产状岩层产状是指岩层在空间的位置 是用岩层层面的走向 倾向和倾角三个产状要素 走向 strike 倾向 dip 倾角 dipangle 应力及可能的变形 不同应力造成的变形 变位现象 地质罗盘 岩层产状要素 走向 层面与任一假想水平面交线的延伸方向倾向 岩层面倾斜的方向倾角 层面与水平面所夹的最大锐角 岩层产状要素的表示方法 方位角表示方法 205 27 象限角表示方法 N65 W 25 SW 1 1水平构造 岩层产状近于水平 5度 1 2单斜构造 岩层层面与水平面有一定夹角 1 3褶皱构造 褶皱的概念 组成地壳的岩层受构造应力的强烈作用 使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造 称之 两种基本形态 背斜与向斜 背斜和向斜在平面和剖面上的表现特征 褶皱对隧道施工的影响 按轴面产状划分 直立褶皱 倾斜褶皱 倒转褶皱 平卧褶皱 直立褶皱 倾斜褶皱 倒转褶皱 平卧褶皱 褶皱构造的工程评价 褶皱地区地形起伏大 特别在褶皱强烈地区 岩层因受强烈破坏 裂隙发育 倾角大 在这种地区的斜坡或坡脚进行建筑时应注意斜坡岩层的稳定性 地层中一些具有特殊工程意义的岩层 如易泥化夹层 含水层 含盐层等随地层的褶皱而褶皱 因而它们的空间分布规律受褶皱形态的控制 显然 褶皱的研究对于如何避开上述不利岩层 选择合理的建筑场地来说是一项关键性的基础工作 褶皱构造的工程评价 在褶皱的轴部地区 由于岩层遭受的构造变动较大 裂隙发育 如果地下建筑沿褶皱构造轴线开挖 可能造成大量的岩石崩落 尤其是在向斜轴部 由于裂隙间的岩块处于倒插状态 更容易出现这种情况 向斜构造有利于地下水的聚集 地下水往往较多 压力较高 如地下建筑沿向斜轴线开挖 还可能出现大量涌水的事故 因此 洞址不应选在褶皱 尤其是向斜 轴部地区 如果无法避开褶皱轴部 洞轴线应与褶皱轴线垂直或成大角度 不小于40的锐角 相交 褶皱构造的工程评价 在洞轴线与褶皱轴线垂直或成大角度相交的情况下 洞体将穿越性质不同的岩层 软弱结构面处的岩体不稳定 衬砌比较困难 同时洞体还可能穿越含水层 出现涌水 对施工不利 因此 在褶皱地区洞室的选址和决定轴线时祁应注意这些不利条件 尽管褶皱形成较复杂的地质条件 但是这种地区基岩埋深较浅 另外 在褶皱地区 向斜构造常有丰富的地下水 可作为供水水源 1 4断裂构造 岩体与岩层受力作用发生变形 当所受的力超过岩石本身的强度时 岩石的连续性和完整性遭到破坏 形成断裂构造 包括节理和断层 节理对隧道施工的影响剪节理 剪应力形成的两组X型共轭破裂面 特征是产状稳定 节理面平直 光滑 闭合 间距小 密集成带 张节理 岩层受拉应力产生的破裂面 通常呈锯齿状 产状不稳定 延伸不远 张开 常被岩脉 粘土等充填 发育稀疏 间距大 张节理 剪节理 二 节理发育程度分级 节理的工程评价 1 节理破坏了岩体的整体性和连续性 它的发育情况直接影响岩体的结构特性 节别会降低地基的承载力和地下建筑围岩的稳定程度 节理发育 特别是当节理组比较多时 引起垮塌 影响施工 增加支护费用等 因此 选择洞址对应尽量避开节理发育 2 岩石边坡的稳定程度主要取决于节理的性质和组合特征 很多山崩 滑坡等边坡破坏都和节理有关 3 节理裂隙改变了岩石的渗透性能 水沿节理渗入 影响地下结构物的功能和稳定 4 在挖方和采石时 节理可以提高工作效率 但在爆破时常因漏气而降低爆破效果 5 非理发育的岩石中 可以找到地下水作为供水水源 断层的几何要素 断层面与断层破碎带 产状表达方法 附近节理发育 常有充填 断层线 遵守 V 字形法则 断盘 上盘 下盘 上升盘 下降盘 断距 断层概念 断层是岩石圈中顺破裂面发生明显位移的一种断裂构造 上盘下降 下盘上升 正断层 上盘沿断层面相对下降 下盘相对上升的断层 其断层面倾角较陡 一般在45 以上 正断层是由于岩体受到张力及重力作用 使上盘沿断层面向下错动形成的 上盘上升 下盘下降 逆断层 上盘沿断层面相对上升 下盘相对下降的断层 逆断层一般是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用 使上盘沿断层面向上错动而成 断层面从陡倾角至缓倾角都有 其中断层面倾角大于450的称为逆冲断层 介于250 450之间的称为逆掩断层 小于250的称为碾掩断层 又叫碾掩构造或推复构造 逆掩断层和碾掩断层常是规模很大的区域性断层 水平错动 平移 推 断层 由于岩体受水平剪切作用 使两盘沿断层面发生相对水平位移的断层 平移断层的倾角很大 断层面近于直立 断层线比较平直 叠冲 瓦 式逆掩断层由若干条产状基本一致的逆掩断层组成 各条断层的上盘依次向同一方向向上逆冲 平面上构成叠瓦式 状 断层的野外识别 地貌特征 当断层的断距较大时可能形成陡峭的断层崖 断层破碎带岩石破碎 易于侵蚀下切 可能形成沟谷或峡谷地形 山脊错断 错开 河谷跌水瀑布 河谷方向发生突然转折 串珠状泉水出露 华山断层崖 河流改道 泉呈线性分布 断层的野外识别 地层特征 如岩层发生重复或缺失 岩脉被错断 岩层沿走向突然发生中断或者不同性质的岩层突然接触等地层方面的特征 则进一步说明断层存在的可能性很大 断层的野外识别 断层的伴生构造现象 断层的伴生构造是断层在发生 发展过程中遗留下来的形迹 常见的有岩层牵引弯曲 断层角砾 糜棱岩 断层泥和断层擦痕等 正断层 逆断层 平移断层 断层的工程评价 断层 尤其是活断层与工程建设关系密切 主要发现为以下几个方面 1 断层是构造应力集中带 它使岩石裂隙增多 零乱破碎 岩体的整体性被破坏 其强度和承载力明显降低 2 断层活动能直接破坏修建在它上面或附近的建筑物 例如 1976年我国唐山地震时发生的一条断层 其水平错距达3m 错开了道路 围墙 房屋等建筑物 3 断层附近是高地震烈度区 在新构造运动强烈地区 一些活断层还可能是发展断层 产生强烈地震 4 新断层附近地表风化强烈 而且常成为地下水的通道 沿断层带边坡稳定性差 常发育山崩 滑坡 地陷等不良地质现象 二 节理裂隙发育情况对隧道施工的影响及量测方法 国际岩石力学学会实验室和野外试验标准化委员会推荐了节理研究的内容 方位 orientation 间距 spacing 延续性 persistence 结构面的粗糙程度 roughness 结构面侧壁的抗压强度 张开度 aperture 被充填情况 fillingsituation 渗流 seepageflow 结构面组数 set 块体大小 size 二 岩体工程力学特征 1基本知识2岩体结构类型3洞室围岩破坏类型 1基本知识 岩体 rockmass 结构体 岩石rock 与结构面的组合 结构面 岩体中的一切不连续面 如断层 节理 层理 片理等 岩体结构 结构面和结构体的组合特征 地应力 是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力 也称岩体初始应力 绝对应力或原岩应力 二次应力 隧道开挖扰动后的应力 围岩 指的是隧道周围一定范围内 对洞身的稳定有影响的岩 土 体 岩体 结构面 原生结构面火成结构面 流纹面 原生节理 侵入体与围岩接触面 变质结构面 片理 板理 沉积结构面 层理 沉积间断 软弱夹层等构造结构面 节理 断层 层间错动面等 次生结构面 在风化作用 卸荷作用及地下水作用下形成的风化裂隙 破碎带 卸荷裂隙 泥化夹层等 地应力 围岩 2岩体结构类型 岩体结构控制论 工程实践表明 岩体的应力传播 变形破坏以及岩体力学介质属性无不受控于岩体结构 岩体结构对工程岩体控制作用主要表现在三方面 岩体的应力传播特征岩体的变形与破坏特征工程岩体的稳定性 岩体变形机制受岩体结构控制 岩体的强度取决于结构面的强度和岩石的强度 岩体的抗剪强度包络线介于结构面强度包络线和岩石强度包络线之间 岩体的破坏机制也受控于岩体结构 结构控制有 岩体破坏难易程度 岩体破坏的规模 岩体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等 岩体破坏机制受岩体结构控制 不同结构类型岩体的破坏方式 3洞室围岩的变形破坏类型 1 岩体洞室的变形与破坏 脆性破裂 块体运动 弯曲折断 松动解脱 塑性变形 2 松散围岩的变形与破坏 重力坍塌 塑