隧道工程地质构造实用教案

1、1 1 地质构造及其对隧道地质构造及其对隧道(sudo)(sudo)施工的影响施工的影响岩层产状岩层产状 岩层产状是指岩层在空间的位置，是用岩层层面的走向岩层产状是指岩层在空间的位置，是用岩层层面的走向(zuxing)(zuxing)、倾向和倾、倾向和倾角三个产状要素：角三个产状要素：走向走向(zuxing)(zuxing)（strikestrike）；）；倾向倾向( dip)( dip)；倾角（倾角（dip angledip angle）。）。第1页/共72页第一页，共72页。第2页/共72页第二页，共72页。第3页/共72页第三页，共72页。第4页/共72页第四页，共72页。地质(dzh)

2、罗盘第5页/共72页第五页，共72页。第6页/共72页第六页，共72页。第7页/共72页第七页，共72页。 岩层(yncng)产状要素走向：层面与任一走向：层面与任一假想水平面交线的假想水平面交线的延伸延伸(ynshn)方方向向倾向：岩层面倾斜倾向：岩层面倾斜的方向的方向倾角：层面与水平倾角：层面与水平面所夹的最大锐角面所夹的最大锐角NESWNE50SE45SW230SE45第8页/共72页第八页，共72页。岩层产状要素的表示岩层产状要素的表示(biosh)方方法法 方位角表示方法(fngf): 20527象限角表示方法(fngf): N65W/25SW。 N 0E 90W 270S 180北

3、极南极NWNESW SE 第9页/共72页第九页，共72页。1.1 1.1 水平水平(shupng)(shupng)构造构造岩层(yncng)产状近于水平（5度）第10页/共72页第十页，共72页。1.2 1.2 单斜构造单斜构造(guzo)(guzo)岩层(yncng)层面与水平面有一定夹角第11页/共72页第十一页，共72页。1.3 1.3 褶皱褶皱(zhzhu)(zhzhu)构造构造第12页/共72页第十二页，共72页。背斜和向斜在平面(pngmin)和剖面上的表现特征第13页/共72页第十三页，共72页。第14页/共72页第十四页，共72页。第15页/共72页第十五页，共72页。褶皱对

4、隧道褶皱对隧道(sudo)施工的影响施工的影响 按轴面产状划分：按轴面产状划分： 直立褶皱；直立褶皱；倾斜倾斜(qngxi)褶皱；褶皱；倒转褶皱；倒转褶皱；平卧褶皱。平卧褶皱。直立直立(zh l)褶皱褶皱倾斜褶皱倾斜褶皱倒转褶皱倒转褶皱平卧褶皱平卧褶皱第16页/共72页第十六页，共72页。第17页/共72页第十七页，共72页。褶皱构造的工程(gngchng)评价 褶皱地区地形(dxng)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

5、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。第18页/共72页第十八页，共72页。褶皱(zhzhu)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(xin xi)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(xin xi)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(xin xi)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(xin xi)轴部地区，如果无

6、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。第19页/共72页第十九页，共72页。褶皱(zhzhu)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(chxin)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。 第20页/共72页第二十页，共72页。第21页/共72页第二十一页，共72页。1.4 1.4 断裂断

7、裂(dun li)(dun li)构造构造第22页/共72页第二十二页，共72页。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(pn zh)、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。第23页/共72页第二十三页，共72页。第24页/共72页第二十四页，共72页。张节理(jil)第25页/共72页第二十五页，共72页。剪节理(jil)第26页/共72页第二十六页，共72页。（二）节理(jil)发育程度分级第27页/共72页第二十七页，共72页。节理的

8、工程(gngchng)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(ync)，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。 第28页/共72页第

9、二十八页，共72页。断层的几何断层的几何(j h)要素要素 断层面与断层破碎带：断层面与断层破碎带：产状表达方法，附近节产状表达方法，附近节理发育、常有充填。理发育、常有充填。 断层线：遵守断层线：遵守(znshu)“V”(znshu)“V”字形字形法则。法则。 断盘：上盘、下盘，上断盘：上盘、下盘，上升盘、下降盘。升盘、下降盘。 断距断距第29页/共72页第二十九页，共72页。上盘下降上盘下降(xijing)下盘上升下盘上升(shngshng)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(zhngl)作用，使上盘沿断层面向

10、下错动形成的； 第30页/共72页第三十页，共72页。上盘上升上盘上升(shngshng)下盘下降下盘下降(xijing)逆断层：上盘沿断层面相对上升(shngshng)，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250450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； 第31页/共72页第三十一页，共72页。水平水平(shupng)错动错动平移（推）断层：由于(yuy)岩体受水平剪切作用，使两盘

11、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。第32页/共72页第三十二页，共72页。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(z chn)，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)。第33页/共72页第三十三页，共72页。第34页/共72页第三十四页，共72页。断层的野外(ywi)识别 地貌(dmo)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(hu shn)断层崖河流改道泉呈线性分布第3

12、5页/共72页第三十五页，共72页。断层的野外(ywi)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(trn)发生中断或者不同性质的岩层突然(trn)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； 第36页/共72页第三十六页，共72页。断层的野外(ywi)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(chn jin)的有岩层牵引弯曲、断层角砾、糜棱岩、断层泥和断层擦痕等； 第37页/共72页第三十七页，共72页。正断层第38页/共72页第三十八页，共72页。逆断层(duncng)第39页/共72页第三十九页，共72页。平移

13、(pn y)断层第40页/共72页第四十页，共72页。断层的工程(gngchng)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(shupng)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

14、、滑坡、地陷等不良地质现象。第41页/共72页第四十一页，共72页。第42页/共72页第四十二页，共72页。二、节理裂隙发育情况对隧道施工的影响(yngxing)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(jigu)面的粗糙程度（roughness）结构(jigu)面侧壁的抗压强度；张开度（aperture）被充填情况（filling situation）渗流（seepage flow）结构(jigu)面组数（set）块体大小（size）第43页/共72页第四十三页，共7

15、2页。二、岩体工程力学特征(tzhng)1 基本知识2 岩体结构类型3 洞室(dn sh)围岩破坏类型第44页/共72页第四十四页，共72页。1基本知识 岩体(rock mass)：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(fnwi)内，对洞身的稳定有影响的岩（土）体。 第45页/共72页第四十五页，共72页。岩体第46页/共72页第四十六页，共7

16、2页。结构结构(jigu)(jigu)面面原生结构面原生结构面火成结构面：流纹面、原生火成结构面：流纹面、原生节理、侵入体与围岩接触节理、侵入体与围岩接触面；面；变质结构面：片理、板理；变质结构面：片理、板理；沉积沉积(chnj)结构面：层理、结构面：层理、沉积沉积(chnj)间断、软弱间断、软弱夹层等夹层等构造结构面：构造结构面：节理、断层、层间错动面等。节理、断层、层间错动面等。次生结构面：次生结构面：在风化作用、卸荷作用及地在风化作用、卸荷作用及地下水作用下形成的风化裂下水作用下形成的风化裂隙、破碎带、卸荷裂隙、隙、破碎带、卸荷裂隙、泥化夹层等泥化夹层等第47页/共72页第四十七页，共7

17、2页。第48页/共72页第四十八页，共72页。地应力、围岩(wi yn)第49页/共72页第四十九页，共72页。2 岩体结构(jigu)类型第50页/共72页第五十页，共72页。第51页/共72页第五十一页，共72页。 工程实践表明，岩体的应力传播(chunb)、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(chunb)特征岩体的变形与破坏特征工程岩体的稳定性 第52页/共72页第五十二页，共72页。 岩体变形(bin xng)机制受岩体结构控制第53页/共72页第五十三页，共72页。岩体的强度岩体的强度(qingd)(qingd)

18、取决于结构面的强度取决于结构面的强度(qingd)(qingd)和岩石和岩石的强度的强度(qingd)(qingd)。岩体的抗剪强度岩体的抗剪强度(qingd)(qingd)包络线介于结构面强度包络线介于结构面强度(qingd)(qingd)包络线和岩石强度包络线和岩石强度(qingd)(qingd)包络线之间。包络线之间。第54页/共72页第五十四页，共72页。 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(guchng)及岩体破坏的主要方式等。岩体破坏机制受岩体结构(jigu)控制第55页/共72页第五十五页，共72页。不不同同结结构构(jigu)类类型型岩岩体体的的破破坏坏方方式式第56页/共72页第五十六页，共72页。3 洞室(dn sh)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