工程地质ch4.2.ppt

经常引起地质灾害的地质构造之一 4 4断层 4 4 1断层要素和位移 断层要素 断层面 断层盘 断层线 位移 滑距 断距 1 下盘2 上盘3 断层面 一 断层的几何学与运动学要素 断层的几何学要素 岩层或岩体顺破裂面发生明显位移的构造就是断层 又叫断裂 一个小型断层 主要有断层面和断层盘 断层盘 断面两侧发生相对位移的岩块或岩层 分上盘与下盘 或上升盘与下降盘 2 断层的运动学要素断层的位移 断层两盘相对运动量的大小 分为滑距和断距 断距 被错断岩层在两盘上的对应层之间的相对距离 与观测方向有关 在垂直岩层走向的剖面上可观测到的断距有 地层断距 ho 铅直地层断距 hg h g 水平地层断距 hf 滑距 断层两盘实际的位移距离 错动前的一点错动后分成的两个对应点之间的实际距离称为总滑距 ab 总滑距可分解为走向滑距 ac 倾向滑距 cb 和水平滑距 am 断层滑距和断距 4 4 2断层的类型 根据断层走向与岩层产状的关系分类走向断层 断层走向与地层走向一致 倾向断层 断层走向与地层倾向一致 斜向断层 断层走向与地层走向斜交 顺层断层 断层面与地层层面平行或重合 根据断层走向与伴生褶皱 或区域构造线 之间的几何关系分类纵断层 断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向基本一致 横断层 断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向基本垂直 斜断层 断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向斜交 2 根据断层两盘相对运动方向分类 这是地质学中最常用的分类方法 分为三种基本的类型 断层的类型 正断层 逆断层和平移 走滑 断层 另外平移正 逆断层等斜向运动断层以及枢纽断层 特点 发育于拉张环境 如重力 断面倾角往往较大 可大于450或600以上 断层带内岩石破碎相对不太强烈 1 正断层上盘相对下降 下盘相对上升的断层 陕西省泾阳县口镇正断层 断面 N 2 逆断层 上盘相对上升的断层 特点 发育于挤压环境 多与褶皱伴生 断面倾角总体较缓 如较大时称冲断层 断层带内岩石破碎 变形相对比较强烈 小型逆断层 3 平移断层 两盘顺断面走向相对滑动的断层 一般把规模巨大的平移断层称为走 向 滑 动 断层 但这两个概念经常混用 可分为左行 左旋 平移断层和右行 右旋 平移断层 左行与右行平移断层 右行平移 左行平移 特点 挤压和拉张环境都可以形成 断面一般较陡 断层带内变形 变质作用往往比较强烈 一种特殊的平移断层 转换断层 沿着断层滑动方向位移突然中止的平移断层 发育于大洋中脊的转换断层 断层的分类讨论 一 正断层 一般特点 组合型式 标志层 地垒地堑 地堑 狭长的谷地 盆地 湖泊 P39图4 24 如 我国汾渭地堑 世界莱茵地堑 贝加尔湖地堑 地垒 如江西庐山 断块隆起的山地 阶梯状断层 多条产状相近的正断层排列 盆岭构造走向基本一致的地堑 地垒和阶梯状断层组合在一起 形成断隆断拗及阶梯形式的交替排列 形成盆岭构造 环状 放射状断层 斜列型断层 断块型断层 逆冲 掩 断层特征 倾角 45 位移 5Km 规模巨大常形成构造窗和飞来峰 推覆构造 如嵩山 喜马拉雅山 阿尔崥斯山 宜兴 P39图4 22 二 逆断层 一般特点 组合型式 推覆构造 叠冲式或叠瓦式逆掩断层 P39图4 25 对冲式逆掩断层 背冲式逆掩断层 平冲式逆掩断层或顺层式逆掩断层 楔冲式逆掩断层 叠瓦状断层 台中地区叠瓦断层带 走滑 4 4 3断层的观察和研究 断层存在的标志 1 地貌标志 断层崖 断层三角面 错断的山脊 平原与山岭的接触带 串珠状湖泊洼地 泉水的带状分布 水系急转弯 断层崖 断层三角面 断层崖 祁连山 祁连山 祁连山脉被阿尔金断层错断 卫星影像 断层造成水系向同一方向偏转 阿尔金断裂造成疏勒河左行偏转 卫星影像 串珠状湖泊 五大连池 2 构造标志 线状 面状地质体 岩层 岩体 岩脉等 的沿走向突然中断或错开 P40图4 26 构造线不连续 构造强化 产状多变 陡变 节理化 劈理化 小褶皱剧增 挤压破碎和擦痕 构造透镜体等等 断层岩 P41 断层泥 断层角砾岩 磨砾岩 碎裂 斑 岩 糜棱岩 玻化岩和片理化岩 P41图4 30 3 擦痕和阶步 镜面 P40图4 27 图4 28 断层面上的阶步与反阶步 擦痕是两盘岩石以及被磨碎的岩屑和岩粉在断面上刻划的结果 由粗到细 即感觉光滑 的方向指示对盘的运动方向 阶步是断层面上与擦痕垂直的微细陡坎 一般面向对盘的运动方向 反阶步正好相反 4 羽状节理与断面两侧小褶皱 羽状张节理与主断层所交锐角指示节理所在盘的运动方向 断层派生的两组剪节理中 与主断层小角度相交的那组节理与主断层的锐夹角指示本盘的运动方向 断层侧边派生的节理和小褶皱 断层控制矿脉的现象 地表地层产状突变指示下伏断层 3 地层标志 4 岩浆活动和矿化标志5 岩相和厚度的急变 牵引构造 牵引构造 断层两盘相对运动时 断层附近岩层因受断层面摩擦力拖曳发生弧形弯曲的现象 牵引褶皱弧形弯曲突出的方向一般指示本盘的相对运动方向 P41图4 29 逆牵引构造 A 与反向断层 B 同沉积断层 A 与一般断层 B 地层厚度变化的对比 4 4 3断层作用的时间性 断层活动时间的确定 原则 断层作用的时间晚于被切割的最新地层的时代 早于覆盖之上的最老地层的时代 断层形成时代是评价其对工程地质稳定性的重要指标 长期活动断层的识别 很多大型断裂都具长期 多次活动的特征 大断裂的长期多次活动主要根据断裂控制下发育的地层及其厚度和岩相的变化来确定 另外 岩浆活动也是分析确定断层是否长期活动的一个依据 4 4 4断裂构造的工程地质评价 断层带是构造薄弱带断裂破碎带常因构造破坏 岩脉穿插 风化强烈裂隙面夹泥而呈碎裂状 或局部因风化和强烈破碎成松散体 断裂与公路 铁路路基 地下洞室地下洞室不应布置在断裂破碎带或断裂交汇处 地下洞室围岩稳定性与断层 节理等的空间组合方式及其与洞室方位间的关系有密切联系 断裂与隧道开挖 隧道不宜沿断裂走向布置 应垂直走向 减少穿越断裂破碎带的距离 断裂与桥梁选址 桥梁应避开断裂破碎带 节理造成岩石破碎 节理越密集 岩石越破碎 节理裂隙张开程度越大越有利于风化作用的进行和地下水的活动 节理裂隙中的泥质充填物易产生滑动变形 节理发育的密集程度 张开度和充填物特征也是评价岩体质量的主要因素 4 5地震与活动性断裂 活断层与工程建设活断层一般指目前还在活动的断层 或者近期曾有过活动 不久的将来还可能重新活动的断层 一般指中更新世以来活动过的断裂 活断层对工程建筑物安全的威胁主要来自断层错动 突发错动 因而对活断层进行工程地质研究和工程安全评价非常必要 在进行工程建设时 一般应避开活动断裂带 特别是重要的建筑物更不能跨越在活断层上 4 5 1地震 地震 属于内动力地质作用 我国地处环太平洋地震带和地中海 喜马拉雅地震带的交接地区 震源 震中 震源深度 震源与震中之间的距离 浅源地震 中源地震 深源地震 地震波 体波 纵波 横波 面波 瑞利波 拉夫波 地震震级 地震释放能量大小的指标 地震烈度 地震产生破坏程度的指标 震级与地震烈度相互联系而又有所区别 活断层引发地震 活断层对工程施工的现实危害 错动 断裂 4 5 1活断层特性 活断层的活动方式 蠕滑和粘滑 P44 蠕滑 连续的滑动过程 仅有小震或无震 粘滑 断层发生快速错动 可产生大震 在同一条断层带的不同区段可以有不同的活动方式 可以相互转化 活断层平均水平位移量与垂直位移量之比可以反映块体的运动状态 也可以反映出区域构造应力场 活断层的活动规模 长度和切割深度 及活动速率断层规模往往可反应其能量和破坏力 据邓起东等统计 8级以上地震 有关断裂长度超过500kM 7 7 9级地震 有关断裂长度超过100kM 6 6 9级地震 有关断裂长度超过10kM 震源深度代表断层错动位置 大多数地震震源深度均比沉积盖层厚度大 6级以上地震震源深度都在地壳下部 一般在10公里以下 最深可达570公里 活断层的活动速率是断层活动性强弱的重要标志 在我国中部沿贺兰山 六盘山和青藏高原东缘为一条近南北向的活动构造带 其不仅是大陆东西两侧地形的分界线 也是重要的构造分界线 我国大陆活断层水平滑动速率在南北构造线两侧有不同的特点 构造线以西 6mm 年 构造线以东 5mm 年 活断层重复活动周期 活断层的活动方式以粘滑为主时 往往是间断性地产生突然错动 且伴随地震的发生 地震重复周期 两次突然错动之间的时间间隔 确定地震重复周期的方法 采用古地震法 也即通过取得某一断层多次古地震事件及其对应的年代数据来进行计算 郯庐断裂带 4 5 2活动性断裂的判别标志和判别方法 地质标志采用的地质手段 第四纪沉积 堆积物研究及古生物化石研究 地质填图 坑探和槽探等方法断层崖 张裂隙崩积楔 P46图4 43 沉积物的同位素年龄洪积扇叠置 最新沉积物被错断现象 P46图4 42 地貌标志 P47图4 44 4 45 河流的纵比降 上游增大 下游减小 异常 河床坡降曲线突然变陡 河漫滩二元结构变化 梳状水系 断块隆起与断陷盆地交接带处发育 玉树7 1级地震形成张裂隙 地壳形变测量 地球物理和地球化学标志及同位素年龄测量 地震波法 采用浅层折射法来研究第四纪松散沉积层中的断裂 P47图4 46 采用测量土壤中汞 氡气 氦气含量来判别断层带中气体的异常情况 地壳形变测量 可采用形变测量来确定断层两盘的相对位移 同位素年龄测量 测定地质年龄 确定断层的最新活动时间 利用遥感影像 浅层地震法 海岸山断层 4 5 3活动性断层的地震工程分类及评价 活动断层会以发震 错动或蠕动等方式对工程建设地区稳定性产生较大影响 活断层的评价是区域稳定性评价的核心问题和关键问题 区域优势活动性断裂 发震机理 场区优势活动性断裂 错动和蠕动 活断层评价 了解工程场地及其周围 是否存在活动断层 以及活断层的规模 产状 活动时代 最晚一次 活动性质 蠕滑 粘滑 活动方式 走滑或倾滑 和活动速率 是否发震 最大震级 复发周期等 要了解或评价断层对场地稳定性的影响 还须评价断层地震危险性 活动性断裂的地震工程分类 1 全新活动断裂 全新世地质时期 一万年 内有过地震活动或近期正在活动 今后可能继续活动的断裂 P48表4 3 2 发震断裂 全新活动断裂中 近期发生过5级以上地震的断裂 或今后可能发生5级以上地震的断裂 3 非全新活动断裂 一万年以前活动过 但一万年以来未发生过活动的断裂 4 5 4地震效应 地震效应 在地震影响范围内 出现的各种震害和破坏现象 地震效应与震级大小 震源深度 震中距以及场地的工程地质条件等有关 地震效应包括 地震力效应 地震破坏效应 地震液化效应和地震激发地质灾害等 地震力 地震发生时建 构 筑物受到地震波产生的惯性力的作用 这种力称为地震力 地震破坏效应 a 地震往往在地面引起地裂缝以及沿裂缝发生小错动 地裂缝多出现在河 湖 水库及高陡悬崖上 b 地震引起地震断层 如1966年邢台地震 c 地震时地面会出现波状起伏 并在震后残留在地表 d 在海底或滨海地带发生强烈地震引起海啸 海啸 地震激发地质灾害 强烈的地震作用会引起边坡松动 失稳 发生滑坡 崩塌以及泥石流 堰塞湖等地质灾害 地震振动破坏程度取决于地震强度 场地条件和建筑物抗震性能 I f M H P42 P44 其中烈度 I 是震级 M 震源深度 H 震中距 及地质地形条件 等综合因素的复杂函数 地震在不同区域有不同的地震烈度 基本烈度 一个地区在今后100年内 在一般场地条件下可能遇到的最大地震烈度 地震区划 场地烈度 建筑场地内因地质条件 地貌地形条件和水文地质条件的不同而引起基本烈度的降低或提高后的烈度 通常建筑场地烈度比基本烈度提高或降低半度至一度 设防烈度 设计烈度 抗震设计所采用的烈度 考虑建筑物的重要性 永久性 抗震性以及工程的经济性等条件对基本烈度的调整 调整后设计采用的烈度称设防烈度 工程地质着重研究场地条件对地震烈度的影响 又称工程场地地震效应 地质条件地块优于褶皱带 老构造优于新构造 隆起区优于凹陷区 活断层常形成高烈度异常区 地基特性基岩上比较安全 就土而言 洪积物 冲积物 海 湖沉积物及人工填土 硬土层在上部时 厚度越大越好 软土层在上部时 情况则相反 卓越周期震源产生的地震波在岩土层中传播 经过不同性质界面的多次反射将出现不同周期的地震波 当某一周期的地震波与地基岩土层固有周期相近 由于共振作用 这种地震波的振幅得到放大 此周期称为卓越周期 卓越周期的确定地震波在地基岩土体中传播 迫使其震动 在地震频度 周期图上频度最大周期为该岩土体的卓越周期 单一土层大体与自振周期一致 T 4H VsT 卓越周期 通过场地脉动观测绘制频度 周期曲线确定 H 土层厚度 Vs为该土层的剪切波 横波 速度 基岩 0 15s 坚硬土层 0 2 0 5s 松软土层 0 3 0 8s 巨厚松软土层 0 5 1 1s地基土与建筑物的相互作