水文地质第三章地质构造及其对工程的影响

1、第三章 地质构造及其对工程的影响主要内容： 水平构造 单斜构造 褶皱构造 断裂构造 不整合 岩石与岩体的工程地质性质概 述地质构造：构造变形在岩层和岩体中遗留下来的 各种构造行迹。 特点：规模大小不一 在形成、发展和空间分布上，有规律性 区域构造的复杂性3.1 水平构造和单斜构造一、基本概念 水平构造：未经构造变动的岩层，其形成的原 始产状是水平的，先沉积在下，后沉积 在上，称为水平构造。单斜构造：原来水平的地层，在受到地壳运动的 影响后，岩层向同一个方向倾斜，称为单 斜构造。（褶皱的一翼、断层的一盘等）二、岩层产状 岩层产状：岩层的空间位置 产状三要素：走向、倾向、倾角 走向：岩层层面与 水

2、平面交线的方位角 表示岩层的空间延伸方向 倾向：表示岩层的倾斜方向 与走向垂直 倾角：岩层层面与水平面的 夹角（锐角） 三、岩层产状的测定及表示方法 测定：用地质罗盘 测定方法：如图所示 表示方法： 表达一组走向为北西320，倾向南西230 ，倾角35 的岩层时： 1. N320 W,S230 W,35 2. SW230 35 3. 230 35 3.2 褶皱构造 褶皱构造：地层受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列的波状弯曲而未丧失其连续性的构造。一、褶曲-褶皱构造中的一个弯曲。 褶曲要素： 核部：最中心的岩层 翼：核部两侧，向不同 方向倾斜的部分 轴面：平分两翼的面 假想面 轴：轴面与水平

3、面的 交线 枢纽：轴面与同一岩 层的交线 二、褶曲的类型： 1.基本类型：向斜、背斜 向斜：岩层向上拱起的弯曲。 剥蚀后：中间的地层新，两侧地层老。 （老包新） 背斜：岩层向下凹的弯曲。 剥蚀后：中间的地层老，两侧地层新。 （新包老） 2. 按轴面的产状分： 直立褶曲 倾斜褶曲 倒转褶曲 平卧褶曲3. 按枢纽的产状分： 水平褶曲 倾伏褶曲：枢纽向一端倾伏，在转折端闭合三、褶皱构造 两个或两个以上褶曲构造的组合。四、褶皱构造的工程地质评价 翼：翼：-单斜单斜 倾斜岩层对建筑物的地基一般无不良影响 倾斜岩层对深路堑、高边坡，一般垂直于岩层走向较好，如平行于岩层走向，可能会诱发地质灾害。 倾斜岩层对

4、隧道来讲，一般会造成受力不匀等问题。 核部核部-受力集中部位受力集中部位，岩层一般比较破碎，在实际工程中，会带来防水问题、隧道冒顶等问题。五、褶皱的野外观察： 褶皱的形态：一般背斜为山，向斜为谷，但也有向斜山、背斜谷的地貌。 因此野外判断，应从地层特征上进行识别。野外工作方法： 穿越法：垂直岩层走向进行观察 （可以看到很多地层） 追索法：平行于岩层走向。（只看到 一种地层） 3.3 断裂构造主要内容: 断裂概念 裂隙(定义、类型、工程评价、调查统计方法） 断层（定义、断层要素、类型、野外识别等） 一、断裂构造： 构成地壳的岩体，受力作用发生变形，当变形达到一定程度后，使岩体的连续性和完整性遭到

5、破坏，产生各种大小不一的断裂，称为断裂构造。 根据断裂后两侧岩块相对位移的情况，断裂构造又分为裂隙和断层。 二、裂隙 又称为节理，是没有显著位移的小型断裂构造。 1. 裂隙的类型 按成因：构造裂隙 非构造裂隙 二、裂隙 又称为节理，是没有显著位移的小型断裂构造。 1. 裂隙的类型 按成因：构造裂隙 非构造裂隙 构造裂隙： 是岩体受地应力作用，随岩体变形而产生的裂隙。 特点特点：成因上与相关构造有密切联系； 空间分布上有一定的规律性。 分类分类： 张性裂隙：张开较宽，断裂面粗糙，间距较大，分布不匀，延伸不远。 常出现在背斜和向斜的轴部。 扭（剪）性裂隙：平直闭合，分布较密，延伸较远、深，裂隙面光

6、滑，有擦痕。 常出现在褶曲的翼部和断层附近。 非构造裂隙 由成岩作用、外动力、重力等非构造因素形成的裂隙。 分类分类：风化裂隙 原生裂隙 卸荷裂隙 特点特点：分布凌乱、没有规律性2. 裂隙的工程地质评价 （1）有利于开挖 （2）破坏了岩体的整体性 （3）促进了风化速度 （4）增强了岩体的透水性 （5）降低了强度和稳定性。3. 裂隙调查、统计和表示方法 调查方法调查方法： 调查裂隙时，应先在工点选择一具有代表性的基岩露头，对一定面积内的裂隙，按表3-1所列内容进行测量，同时要注意研究裂隙的成因和填充情况。测量裂隙产状的方法和测量岩层产状的方法相同。 裂隙野外测量记录表裂隙野外测量记录表 表表3-

7、1编号裂隙产状长度宽度条数填充 情况裂隙成因类型走向倾向倾隙面夹泥扭性裂隙23321521015裂隙面夹泥张性裂隙 统计方法：统计方法： 统计裂隙，有各种不同的图式。裂隙玫瑰图就是其中比较常用的一种。裂隙玫瑰图可以用裂隙走向编制，也可以用裂隙倾向编制。其编制方法如下： （1） 裂隙走向玫瑰图 1） 在一任意半径的半圆上，画上刻度网。 2） 把所测得的裂隙按走向以每5或每10分组， 统计每一组内的裂隙数并算出其平均走向。 3） 自圆心沿半径引射线，射线的方位代表每组裂隙平均走向的方位，射线的长度代表每组裂隙的条数。 4） 然后用折线把射线的端点连接起来，即得裂隙走向玫瑰

8、图。 （2） 裂隙倾向玫瑰图 1） 先将测得的裂隙，按倾向以每5或每10分组， 2） 统计每一组内裂隙的条数，并算出其平均 倾向。 3） 用绘制走向玫瑰图的方法，在注有方位的圆周上，根据平均倾向和裂隙的条数，定出各组相应的点子。 4） 用折线将这些点子连接起来，即得裂隙倾向玫瑰图。 v 评价方法：评价方法： 发育程度的表示： 裂隙率：裂隙率：岩石中裂隙的面积与岩石总面积的百分比。 裂隙频率：裂隙频率：在长度上，每米通过的裂隙数量。 具体发育程度，不同的系统具有不同的评价方法，书中所列为公路系统的评价方法。 三、断层 岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生了显著的位移，称为断层。 1.断层要素

9、 断层面 破碎带 断层线 上盘和下盘 断距 2.断层的基本类型 根据两盘相对位移的情况: 正断层 逆断层 平移断层 (1) 正断层 上盘下降,上盘上升 拉张力及重力作用 特点:规模小 断层线平直 断层面较陡 (2) 逆断层 上盘上升,下盘下降, 水平挤压力形成 特点: 断层线的方向常与岩层走向或褶皱 轴的走向一致; 断层面倾角陡缓都有; 规模较大. (3) 平推断层(平移断层) 两盘发生相对水平位移 水平扭应力 3.断层的组合 断层的分布不是孤立的, 某区域受力的作用,各构造依一定的力学性质、以一定的方式有规律的组合在一起。 组合形式：阶状断层 地崭 （凹陷地带） 地垒 （块状山地） 迭瓦式构

10、造 4.工程地质评价 （1） 强烈的断裂变动，致使岩体裂隙增多、岩石破碎、风化严重、地下水发育，从而降低了岩石的强度和稳定性，对工程建筑造成了各种不利的影响。 （2） 在公路工程建设中，如确定路线布局、选择桥位和隧道位置时，要尽量避开大的断层破碎带。 （3） 在研究路线布局，特别在安排河谷路线时，要注意河谷地貌与断层构造的关系。 当路线与断层走向平行，路基靠近断层破碎带时，由于开挖路基，容易引起边坡发生大规模坍塌，直接影响施工和公路的正常使用。 （4）在进行大桥桥位勘测时，要注意查明桥基部分有无断层存在，及其影响程度如何）以便根据不同情况，在设计基础工程时采取相应的处理措施。 （5）在断层发育

11、地带修建隧道，是最不利的一种情况。由于岩层的整体性遭到破坏，加之地面水或地下水的侵入，其强度和稳定性都是很差的，容易产生洞顶坍落，影响施工安全。 （6）当隧道轴线与断层走向平行时，应尽量避免与断层破碎带接触。隧道横穿断层时，虽然只有个别段落受断层影响，但因地质及水文地质条件不良，必须预先考虑措施，保证施工安全。特别当断层破碎带规模很大，或者穿越断层带时，会使施工十分困难，在确定隧道平面位置时，要尽量设法避开。 v 5.断层的野外识别 识别依据：识别依据： （1）改变原有地层的分布规律， （2）断层面及其相关部分形成各种伴生构造， （3）并形成与断层构造有关的地貌现象。 识别方法：识别方法： 地

12、貌特征： 断层崖 断层三角面地形； 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等。 地层特征：地层特征： 岩层发生重复或缺失，岩层发生重复或缺失， 岩脉被错断，岩脉被错断， 岩层沿走向突然发生中断，岩层沿走向突然发生中断， 与不同性质的岩层突然接触等。与不同性质的岩层突然接触等。 断层的伴生构造现象：断层的伴生构造现象： 岩层牵引弯曲岩层牵引弯曲 断层角砾、糜棱岩、断层泥断层角砾、糜棱岩、断层泥 断层擦痕断层擦痕 地下水的出露特点地下水的出露特点 3.4 不整合一、不整合的概念 形成年代不相连续的两套岩层重叠在一起的现象，这种构造形迹，称为不整合不整合。不整合不同

13、于褶皱和断层，它是一种主要由地壳的升降运动产生的构造形态。 二、整合与不整合 原因：原因：在地壳上升的隆起区域发生剥蚀，在地壳下降的凹陷区域产生沉积。 1.整合接触：整合接触： 沉积区处于相对稳定阶段，沉积区连续不断地进行着堆积，这样，堆积物的沉积次序是衔接的，产状是彼此平行的，在形成的年代上也是顺次连续的，岩层之间的这种接触关系。称为整合接触。 2.不整合 由于沉积过程发生问断，所以岩层在形成年代上是不连续的，中间缺失沉积间断期的岩层，岩层之间的这种接触关系，称为不整合接不整合接触触。 三、不整合的类型 平行不整合：产状一致，沉积年代不连续。 原因：不整合沉积之前，构造运动以垂直升降为主。

14、角度不整合：产状不一致。 原因：不整合沉积之前，构造运动有褶皱，有断层，运动形式以水平挤压为主。四、工程地质评价 （1） 不整合面，是下伏古地貌的剥蚀面，它一则常有比较大的起伏，同时常有风化层或底砾存在，层问结合差，地下水发育； （2） 当不整合面与斜坡倾向一致时，如开挖路基，经常会成为斜坡滑移的边界条件，对工程建筑不利。 实验五 地质图的阅读与分析地质图地质图： 反映一定范围内地质构造的平面图件。 地质图内容：地质图内容： 图名、图例、比例尺、岩性特征、地质构造、岩层接触关系、地形特征等。 读图步骤：读图步骤： （1）比例尺及图例 （2）地形特征 （3）地层特征 （4）地质构造 （5）地质发

15、展史 3.5 岩石与岩体的工程地质性质主要内容： 1. 岩石与岩体 2.岩石的物理力学性质 3.岩体的工程性质一、基本概念 岩石：岩石：是在一定的地质条件下，由一种或几种矿物自然组合而成的矿物集合体。 岩体：岩体：是工程影响范围内的地质体，它包括结构面和结构体。 岩体的工程性质决定于结构面的性质及其分布，同时决定于岩石本身的力学性质。二、岩石的主要物理力学性质 （一）物理性质 1. 重量重量 比重 G ：是岩石固体（不包括孔隙）部分单位体积的重量。 数值上等于岩石固体颗粒的重量与同体积的水在4时重量的比。（无量纲，一般2.43.3）。 重度 ：也称重力密度或容重。指单位体积的重量。 数值上等于

16、岩石试件的总重量与其总体积之比。 有干容重d 、饱和容重c之分。 2. 孔隙性 反映岩石中各种孔隙的发育程度，对岩石的强度和稳定性有影响，一般用孔隙度表示。 孔隙度n：等于岩石中孔隙的总体积与岩石总体积之比。（百分数表示） 3. 吸水性 反映一定条件下岩石的吸水能力。一般用吸水率表示。 吸水率WB ：通常大气压下的吸水能力，数值上等于岩石的吸水重量与同体积干燥岩石重量的比。 （百分数表示） 4.软化性 岩石吸水后，其强度和稳定性发生变化的性质。一般用软化系数表示。 软化系数kd：等于岩石在饱和状态下的极限抗压强度与在风干状态下极限抗压强度的比。用小数表示。 5. 抗冻性 岩石抵抗冻胀压力作用的

17、能力。一般用强度降低率来表示。 （二）岩石的力学性质 变形特性：变形特性：弹性模量 泊淞比 弹性模量E：应力和应变之比。 泊淞比：横向应变与纵向应变之比。 强度特性：强度特性：岩石抵抗外力破坏的能力。 抗压强度Rc： 抗拉强度Rt ： 抗剪强度： （三）影响岩石工程性质的因素 1. 矿物成分 2. 结构 岩石按结构分类：结晶联结 胶结物联结 强度上的一般规律： 结构：结晶联结胶结物联结 胶结物： 硅质胶结铁质胶结钙质胶结泥质胶结 胶结方式： 接触胶结孔隙胶结基底胶结 3. 构造：矿物在岩石中分布的不均匀性、岩石结构的不连续性。 4. 水： 5. 风化：是在温度、水、气体及生物等因素作用下，岩石

18、的状态、性质发生改变的物理化学过程。 三、岩体的工程地质性质 本节主要内容包括两部分内容： 岩体结构分析 岩体的工程地质性质 （一）、岩体结构分析 岩体可以简单的理解为： 岩体 = 结构面 + 结构体 1. 结构面 结构面：结构面：存在于岩体中的各种地质界面。 结构面类型结构面类型： 原生结构面：成岩时形成 沉积结构面：层面、层理、夹层等 火成结构面：原生节理、流纹面、接触面等等 变质结构面：片麻理、片理等等 构造结构面：构造应力作用下形成 断裂面 破裂构造面 错动面 构造软弱带 破碎带 次生结构面：风化作用形成 风化裂隙 泥化夹层 可塑粘土带 结构面特征结构面特征 1. 规模：大小不一，对工程影响不一 2. 形态；平整度、光滑度 平直的 起伏的 锯齿状的 3. 密集程度 4. 连通性 5. 张开度、充填情况 闭合的 微张的- 张开的 宽张的 决定于粗糙度-决定于充填物v结构体 结构体结构体：被结构面切割成的块体。 形状：形状：柱状、块状、板状、楔状、锥状等等 原因：与岩层的产状有关。 大小：大小：用体积裂隙数表示Jv，指岩体单位体积通过的总裂隙数。裂隙数/m3 Jv =1/S1+1/S2+1/S3+ +1/Sn=1/Si Si ：岩体内第i组结构面的间距 1/Si：该组结构面的裂隙数 结构体 块度（大小）分类 块体描述 巨型块体