工程地质-褶皱构造分析

地质构造 褶皱构造 何树兴 提要 褶皱 节理和断层是最基本的地质构造 它们是岩石圈中构造运动的产物 本节系统地介绍了褶皱构造的概念 要素 类型及其分类 简要阐述褶皱构造的野外识别和工程地质评价 Page 2 褶皱构造 岩层不是绝对的刚体 在一定条件下受力时 可以产生塑性变形 形成一系列弯曲 1 褶皱 岩层在构造运动作用下所产生的一系列弯曲 其大小差别巨大 小的在显微镜才可见 大的上千km Page 3 Page 4 褶皱的几何要素 1 为了研究和描述褶皱形态和空间展布特征 先要了解组成褶皱的几何形态要素 简单几个重要的 褶曲几何要素 核部 褶皱中心部分的地层 翼部 褶皱核部两侧的地层 简称 翼转折端 从一翼向另一翼过度的部分 枢纽 在褶皱的各个横剖面上 同一褶皱面的各最大弯曲点的连线 背斜的枢纽称为脊线 向斜的称为槽线 轴面 平分褶曲两翼的假想面 直面 曲面 轴 轴面与水平面的交线 表示褶曲的方位 Page 5 褶曲 褶皱构造中任何一个单独的弯曲 其是褶皱构造的基本单位 1 背斜 岩层向上弯曲 核部的岩层时代较老 外侧的岩层时代较新 2 向斜 岩层向下弯曲 核部的岩层时代较新 外侧的岩层时代较老 二者并存 相邻背斜间为向斜 相邻背斜与向斜共用一个翼 Page 6 在野外往往不能看到褶曲的全貌 主要是根据岩层的时代新老关系及对称出现的关系来判断 地形表现 刚形成褶皱时是背斜成山 向斜成谷 未受到侵蚀或沉积 Page 7 向斜槽部受到挤压 物质坚实不易被侵蚀 经长期侵蚀并接受沉积后可能成为山岭 背斜表面受张力 容易被侵蚀 形成了谷地 一 根据褶皱轴面和两翼产状分类 1 直立褶皱 褶皱轴面直立 两翼岩层倾向相反 倾角相等 形态呈对称分布 Page 8 2 倾斜褶皱 褶皱轴面倾斜 两翼岩层倾向相反 但倾角不等 呈不对称分布 3 倒转褶皱 褶皱轴面倾斜 两翼岩层倾向相同 即一翼正常 一翼倒转 平卧褶皱 轴面水平或近于水平 其一翼岩层层位正常 另一翼倒转 Page 9 翻卷褶皱 轴面弯曲的平卧褶皱 二 根据褶皱枢纽产状分类 1 水平褶皱 褶皱的枢纽近于水平 两翼岩层平行延伸 Page 10 2 倾伏褶曲 褶曲的枢纽向一端倾伏 两翼岩层不平行 背斜的弧形尖端指向枢纽的倾伏方向 向斜的开口方向指示枢纽的倾伏方向 三 根据褶皱的平面形态分类 1 线状褶皱 在水平方向上延伸较远的狭长形褶皱 长宽比大于10 1 Page 11 即根据褶皱的长度和横向宽度之比可分为4大类 长度是指枢纽延伸的长度 宽度即相邻的背斜 向斜 间的最小距离 2 短轴褶皱 褶皱的长度和宽度之比在3 1 10 1之间 平面形态呈长圆形 短轴褶皱 3 穹隆构造 背斜构造的纵向和横向长度之比小于3 1 平面形态接近圆形 穹隆构造 4 构造盆地 向斜构造的纵向和横向长度之比小于3 1 褶皱面从四周向中心倾斜 平面形态接近圆形 构造盆地 4 根据褶皱横剖面形态分类 1 圆弧褶皱 转折端呈圆弧形弯曲 Page 12 2 尖棱褶皱 两翼褶皱面平直相交 转折端呈尖角状 3 箱状褶皱 褶皱两翼陡 转折端平直 呈箱状 4 挠曲 平缓岩层中的一段岩层突然变陡而表现出的膝状弯曲 3 确定褶皱的剖面形态 Page 13 1 判断有无褶皱 如果地层出现对称重复 就一定有 有对称 而不重复常是断裂构造 2 确定褶皱的基本类型 背斜还是向斜 根据新老地层的分布 根据所测得的产状和各类褶皱的基本特征 分析其剖面形态 4 确定褶皱的平面形态 为全面分析褶皱 还要对其轴向进行纵向观察 若两翼岩层平行延伸 为水平褶皱 若相互汇合 展开 或呈Z字形分布 则是倾伏褶皱 5 确定褶皱形成年代 其形成年代介于该褶皱岩层中最新的地质年代与上覆未褶皱的岩层中最古老的地质年代之间 2 大坝的轴线尽量不与岩层走向垂直 否则坝基在不同的岩性上会产生不均匀沉降 亦易发生渗漏 1 建电站 隧道时应该尽量避开轴部地段 e和D 张应力集中 岩石易碎 渗透性大 Page 14 上游 下游 3 大坝的轴线平行于岩层走向 岩层倾向上游 倾角较陡时 建坝最有利 so处 既抗滑 又不会产生渗漏 但是如果倾角平缓 则坝基易滑动 而当岩层倾向下游 且倾角平缓 建坝最为不利 易滑动 渗漏 评价褶皱对工程的影响 六方面 1 褶皱受挤压程度 Page 15 挤压越剧烈 工程地质条件越差 张力 风化 2 工程与褶皱部位的关系 褶皱的受拉部位工程地质条件差 3 褶皱的组成成分 脆性岩石组成的褶皱工程地质条件差 4 褶皱核部 核部受挤压易产生裂隙 破坏岩体的完整性 而在贵州石灰岩发育 易产生岩溶 在建隧道等时 要注意防止岩层塌落 漏水等 5 褶曲翼部 边坡倾向于岩层倾向相反 或两者倾向相同但是岩层倾向更大时 有利于开挖边坡的稳定性 否则会造成顺层滑动 6 对于隧道等深埋地下的工程 应布置在翼部的均一岩层里更稳定 Page 16 谢谢观赏 谢谢观赏 Page 18 褶皱构造对工程的影响程度与工程类型及褶皱类型 褶皱部位密切相关 对于某一具体工程来说 所遇到的褶皱构造往往是其中的一部分 因此褶皱构造的工程地质评价应根据具体情况作具体的分析 褶皱核部 由于褶皱核部是岩层受构造应力最为强烈 最为集中的部位 因此在褶皱核部 不论是公路 隧道或桥梁工程 容易遇到工程地质问题 主要是由于岩层破碎产生的岩体稳定问题和向斜核部地下水的问题 这些问题在隧道工程中往往显得更为突出 容易产生隧道塌顶和涌水现象 褶皱的翼部 主要是单斜构造中倾斜岩层引起的顺层滑坡问题 倾斜岩层作为建筑物地基时 一般无特殊不良的影响 但对于深路堑 高切坡及隧道工程等则有影响 对于深路堑 高切坡来说 当路线垂直岩层走向 或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时形成反向坡 就岩层产状与路线走向的关系而言 对边坡的稳定性是有利的 当路线与岩层走向平行且岩层倾向与边坡倾向一致时形成顺向坡 稳定性较差 特别是当边坡倾角大于岩层倾角时且有软弱岩层分布在其中时 稳定性最差 对于隧道工程来说 从褶皱的翼部通过一般较为有利 如果中间有软弱岩层或软弱结构面时 则在顺倾向一侧的洞壁 有时会出现明显的偏压现象 甚至会导致