地质构造教案.doc

昆明理工大学 工程地质学 教案建筑工程学院土木工程系 教师姓名： 陈积普（讲师）授课学时： 3 课时 授课时间：2009年11月10、17日教学课题第三章 地质构造及其对工程影响3-2 褶皱构造3-3 断裂构造3-4 不整合教学目的通过本小节的学习，熟悉几种常见的地质构造的概念、要素、类型及其特性。基本要求1. 熟练掌握褶皱的概念、成因，要素及类型，了解褶皱的野外识别方法和工程意义。2. 熟练掌握节理、断层的概念、成因，要素及类型，了解断层的识别方法及其工程意义。教学重点1 褶皱的成因及类型；2. 节理、断层的成因及类型。教学难点褶皱、断层的成因。 主要教学方法及手段1. 课堂教学，利用多媒体教学课件分析褶皱、断层的形成原因，通过大量图片让学生认识褶皱、断层的类型。2. 采用提问、讨论等启发式教学，启发学生主动思考问题。教学学时总学时 32，本次教案3学时（135分钟）授课内容3-2 褶皱构造1、 褶皱的概念2、 褶皱的成因3、 褶皱的要素4、 褶皱的分类5、 褶皱的野外识别6、 褶皱的工程地质特性3-3 断裂构造1、 断裂构造的定义授课内容2、 裂隙（节理）（1） 裂隙的定义（2） 裂隙的分类（3） 裂隙与褶皱的成生关系（4） 裂隙的调查、统计及表示方法（5） 裂隙的工程地质特性3、 断层（1） 断层的定义（2） 断层的要素（3） 断层的分类（4） 断层的野外识别（5） 断层的工程地质特性工程地质学 讲 稿授课年级：工程力学、工程管理、给排水工程、建筑环境与设备、工程造价09级授课时间：2009年11月10.17日 授课教师：陈积普（讲师）教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容引入课题约5分钟本章第一节的内容主要介绍了地应力、地质构造的概念，在此基础上分析了什么是水平构造和单斜构造，另外对岩层产状的描述、测定及表示方法进行了阐述。内容回顾那么：什么叫地质构造？什么是水平构造和单斜构造？描述岩层产状的参数有那些？野外如何测了岩层产状？岩层产状参数如何表示？提出问题在地应力的长期作用下，地壳就会发生变形，形成构造变动的形迹，这种残留的形迹就成为地质构造，常见的地质构造主要为褶皱、断裂两种，本节课主要介绍这两种地质构造的成因、类型、要素、野外识别方法以及工程意义。总结，承上启下。新课教学约45分钟3-2 褶皱构造（Fold）1、 褶皱构造的概念 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，称为褶曲构造。教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容新课教学约45分钟2、 褶皱构造的成因 如图13所示，在构造应力作用下，岩层产生褶曲变形而未丧失其连续性，褶皱构造形迹就是褶皱构造。图 2 竖向力作用图 1 水平力作用图3 力偶作用3、褶曲要素 褶皱构造中的一个弯曲，称为褶曲。褶曲是褶皱构造的组成单位，如图 4所示，一般都有核部、翼、轴面、及枢纽等几个部分，称为褶曲要素。图4 褶曲要素示意图4、褶皱类型 （1）褶皱的基本形态是背斜和向斜，如图5所示，背斜是向上拱起的弯曲，以褶皱轴为中心向两侧倾斜，当出露岩体风化剥教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容新课教学约45分钟蚀后，显示从轴部向两翼，岩层越来越新；向斜岩层的倾向于背斜相反，从轴部向两翼，岩层越来越老。图 5 背斜与向斜示意图 （2）如图6所示，按褶皱的轴面产状，褶曲可以分为直立褶皱、倾斜褶皱、倒转褶皱和平卧褶皱。图6 直立、倒转、倾斜、平卧褶皱示意图 （3）如图7所示，按褶皱枢纽产状分类，分为水平褶皱和倾覆褶皱。图7 水平褶皱和倾覆褶皱示意图教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容新课教学约45分钟（4）如图8所示，按剖面形态划分，褶皱可以分为扇形褶皱、箱型褶皱和单斜。图8 扇形、箱型褶皱及单斜5、褶皱的识别不能简单的认为背斜为山、向斜为谷，同时由于褶皱规模大小的不同，靠观测出露在地面的基岩无法识别大型褶皱，因此野外观察褶皱的方法主要有穿越法、追索法等。6、褶曲构造的工程意义。在道路工程、隧道工程中，褶曲构造对工程的不利影响在于当岩层走向与路线走向一致，岩层倾向与路基边坡倾向相同时，不利于边坡工程的稳定，隧道内岩层产状不利时，会造成隧道内岩体中块石掉落或滑移。图9 地质构造对工程建设的影响教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容新课教学约40分钟3-3 断裂构造（Fracture）1、断裂构造的概念 构成地壳的岩体，受力作用变形，当变形达到一定的程度后，使岩体的连续性和完整性遭到破坏，产生各种大小不一的断裂，这种构造形迹称为断裂构造。断裂构造主要包括断层和裂隙，区别在于断裂后两侧岩块有无明显的错动位移。2、 裂隙（1）定义：裂隙也称为节理，是存在于岩体中的裂缝，是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著的相对位移的小型断裂构造。分类。（2）分类：A、按裂隙（节理）成因划分，分为原生裂隙、构造裂隙和次生裂隙。原生裂隙是岩体形成是就产生的裂隙，如玄武岩的柱状节理；构造裂隙是在地应力作用下产生的裂隙，如“X”剪节理；次生裂隙是由于风化作用、开挖卸荷作用形成的裂隙，如风化裂隙、卸荷裂隙等。构造节理一般规模比较大、分布广、规律性强，非构造节理（即原生节理和次生节理）则相反。B、按力学成因，构造裂隙可以分为张性裂隙和扭（剪）性裂隙，如图10、11所示。图10 （a）追踪张节理 （b）雁列张节理教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容新课教学约40分钟图11 “X”剪节理C、按节理的几何形态划分，可以分为走向节理、倾向节理、斜向节理和顺层节理，如图12所示。D、按节理走向与所在线状构造延伸方向的关系可以划分为纵节理、横节理和斜节理。图12 节理的几何形态图13 节理走向与线状构造延伸方向的关系教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容新课教学约40分钟（3）节理与褶皱的成生关系 褶皱形成过程中，用于岩体的变形可能造成岩体局部断裂而形成节理，一般来说，张性裂隙主要发育在褶皱的轴部；扭性裂隙常出现在褶曲的褶皱的翼部和断层附近。图1416表示在褶皱形成过程中产生裂隙，图14为褶皱钱两组剪节理及横张节理；图15为褶皱剖面出现的两组剪节理；图16为褶皱后再背斜顶部出现的纵张节理及层间剪节理。图14图15图16教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容新课教学约40分钟（4）裂隙调查、统计和表示方法。对某一具有代表性的基岩露头进行调查，主要调查裂隙的产状、裂隙的密度、裂隙的充填情况等，利用裂隙走向、倾向玫瑰图（如图17、18）进行裂隙统计。图17 裂隙走向玫瑰图图18 裂隙倾向、倾角玫瑰图（5）裂隙的工程意义岩体裂隙的发育，把岩体分割成块状或碎块状，降低岩体的整体性和强度；另外裂隙为地下水提供了过水通道，造成裂隙进一步发育或者粘土矿物的充填，对岩体强度和稳定性均产生不利影响。在地下建筑工程中、路基工程、路堑边坡工程中，裂隙的存在即及产状将不利于这些工程的进展，如可能会发生边坡崩坍、隧道洞室的坍塌等，因此在隧道围岩分级中，裂隙是重要影响因素和调查的重点对象。教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容新课教学约40分钟 3. 断层（Fault）（1）定义：岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生了显著位移的断裂构造，称为断层。（2）要素（图19）A、断层面、断层带：两侧岩块发生相对位移的断裂面称为断层面，规模大的断层经常不是沿着一个断层面产生，而会产生一个错动发生带，称为断层带。B、断层线：断层面与地面的交线，表示断层延伸的方向，其形状取决于断层面的形状和地面起伏情况。C、上盘和下盘：两侧发生相对位移的岩块称为断盘，当断层倾斜时，位于断层面上方的为上盘，断层直立时用断块所在方位判定，如东盘、西盘等。D、断距：是断层两盘沿断层面相对移开的距离。图19 断层要素示意图（3）分类A、按断层两盘相对位移的情况，可以分为正断层、逆断层和平推断层。正断层是上盘下降、下盘相对上升，一般由于岩体收到水平作用和重力作用形成的（图20）；逆断层是上盘上升、下盘相对下降，一般收到强烈的水平挤压力作用形成（图21）；平推断层也成平移断教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容新课教学约40分钟层，是断层两盘发生相对水平位移，一般是由于水平扭应力作用形成（如图21）。图19 正断层示意图图20 逆断层示意图图21 平移断层示意图B、按力学成因划分：压性断层：由压应力作用形成，压性断层的走向与压应力方向垂直，常成群出现构成挤压构造带；张性断层：由张（拉）应力作用形成。扭性断层：由扭（剪）应力作用产生，一般两组共生。压扭性断层：具有压性断层兼扭性断层的力学特性。教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容新课教学约40分钟张扭性断层，具有张性断层兼扭性断层的力学特性。C、按断层走向与岩层走向的关系划分：走向断层，倾向断层，斜交断层和顺层断层（图22）。D、按断层面走向与褶皱轴走向的关系划分（图22）：总断层：两个走向平行的断层；横断层：两个走向垂直的断层；斜断层：两个走向斜交的断层。图22 断层示意图F1走向断层（纵断层） F2倾向断层（横断层）F3斜向断层（斜断层）（4）断层的野外识别图23 断层崖A、地貌特征：当断距较大时，上升盘的前缘可能形成陡峭的断层崖（图23），若经剥蚀可能会形成断层三角面地形；另外断层破碎带易于风化，还可能会形成沟谷或峡谷地形，这些地形应注重观察是否存在断层。B、地层特性，如岩层重复或缺失，岩脉错断，或岩层岩走向突然缺失，说明断层存在的可能性比较大。C、伴生构造现象：断层在发生过程中会遗留某些痕迹，如牵引弯曲、断层角砾、断层泥和断层擦痕等。教学过程及时间分配主 要 教 学 内 容新课教学约40分钟（5）断层的工程地质评价A、断层和地貌发育的关系至为密切。如块状山地、断陷盆地、断层谷、飞来峰、大裂谷以及某些水文现象（如湖泊的形成，河流的发育等）都与断层有关B、断层，特别是活动性断层是导致地震活动的重要地质背景。 C、断层与工程建设。断层与水利水电工程：修筑大坝时需对坝体所在区岸坡进行详细的地质勘查，详细了解断层的产状、断层带的填充物，当断层走向与坝体的轴线方向