工程地质学课件-第三章 地质构造及其对工程的影响

第三讲地质构造及其对工程的影响

、地质作用概述由自然动力引起使地壳组成物质，地壳构造，地表形态等不断的变化和形成的作用，称为地质作用。地质作用主要分为构造运动、岩浆活动、地震作用、变质作用、风化作用、斜坡重力作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和固结成岩作用等。、岩层产状与地层接触关系产状三要素——

面状构造的产状——指面状构造的空间产出状态，即指其与水平参考面和地理方位之间的关系。任何面状构造或地质体界面的产状均以其走向、倾向和倾角的数据表示。其中，倾向和倾角是必要条件。

一般认为：除盆地（包括洋盆和陆盆）的边缘外，沉积岩层的初始产状都是水平的，受到力的作用发生变形后，它们的产状才有可能发生改变。这是研究地质界面产状在变形前后发生变化与否的重要的基础性参考“坐标”。走向、倾向、倾角()走向:倾斜面与水平面的交线叫走向线（左图中AE），走向线两端延伸的方向即为该平面的走向。倾向：倾斜平面上与走向线相垂直的线叫倾斜线（OD），倾斜线在水平面上的投影所指的（沿平面向下倾斜的）方位即倾向。倾角()：指倾斜面与水平面之间的夹角。地层接触关系整合接触不整合接触。3.3褶皱构造岩层在形成时，一般是水平的。岩层在构造运动作用下，因受力而发生弯曲，一个弯曲称褶曲，如果发生的是一系列波状的弯曲变形，就叫褶皱。褶皱基本形态:背形、向形基本形态:背形、向形基本类型

根据褶皱面（层）的弯曲形态和地层变新之关系可分：背斜－核部老地层、翼部新地层向斜－核部新地层、翼部老地层向斜背斜ＳＤ３

背斜向斜圆弧褶皱尖棱褶皱箱状褶皱挠曲直立水平褶皱直立倾伏褶皱斜歪水平褶皱斜卧褶皱平卧褶皱倾竖褶皱斜歪倾伏褶皱几种典型的褶皱平行褶皱平行褶皱与相似褶皱相似褶皱相似褶皱、褶皱要素褶皱要素是为了描述一个褶皱的形态和产状特征，要素包括核部、翼、轴面、及枢纽等。核部：褶皱的中心部分，即位于褶皱中央最内部的一个岩层。翼：位于核部两侧，向不同方向倾斜的部分。轴面：从褶皱顶部平分两翼的面。轴面在客观上并不存在，而是为了标定褶曲方位及产状而划定的一个假象面，轴面可以是简单的平面，也可以是复杂的曲面或者是直立的、倾斜的或平卧的。轴：轴面与水平面的交线。轴的方位表示了褶皱的方位，轴的长度表示了褶皱延伸的规模。枢纽：轴面与褶皱同一岩层层面的交线。褶皱的枢纽有水平的、倾斜的、或者波状起伏的，枢纽反映出褶皱在延伸方向产状的变化情况。二、基本要素核翼拐点特征线

枢纽－指同一褶皱面上最大弯曲点的连线

轴迹（褶轴）

特征点

顶（脊）

拐点

槽

特征值

波长、波幅、翼间角特征面褶皱面轴面－各相邻褶皱面的枢纽连成的面背面槽面、褶皱类型 褶皱的面向上弯曲，两侧相背倾斜，称为背形；褶皱面向下弯曲，两侧相向倾斜，称为向形。如组成褶皱的各岩层间的时代顺序清楚，则较老岩层位于核心的褶皱称为背斜；较新岩层位于核心的褶皱称为向斜。正常情况下，背斜呈背形，向斜呈向形，是褶皱的两种基本形式。单个褶皱大者可延伸数十公里，小者可见于手标本或在显微镜下才能见到。、褶皱的野外识别研究褶皱的基本要点，不外乎褶皱的形态、产状、类型、形成的方式以及分布的特点。褶皱的基本形态只有两种：背斜和向斜。认识背斜和向斜构造以后，就可以按照褶皱要素——核部、翼部、转折端、轴向、倾伏等进行具体地描述。区别背斜和向斜确定两翼产状判断轴面产状确定枢纽产状和构造认识褶皱转折端形态判断翼间角大小和褶皱紧闭程度分析褶皱平面形态褶皱组合形式认识确定褶皱形成时代、褶皱的工程地质评价褶皱构造的工程地质评价主要是倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关系问题。倾斜岩层对建筑物的地基，一般来说，没有特殊不良的影响，但对于深路堑、挖方高边坡及隧道工程等，则需要根据具体情况作具体的分析。褶皱核部岩层由于受水平挤压作用，产生许多裂隙，直接影响到岩体的完整性和强度。褶皱的核部是岩层强烈变形的部位，变形强烈时，沿褶皱核部常有断层发生，造成岩石破碎或形成构造角砾岩带。地下水多聚积在向斜核部，背斜核部的裂隙也往往是地下水富集和流动的通道，必须注意岩层的坍落、漏水及涌水问题，在石灰岩地区还往往使岩溶较为发育。由于岩层构造变形和地下水的影响，所以公路、隧道工程或桥梁工程在褶皱核部容易遇到工程地质问题。褶皱的翼部不同于核部，在褶皱翼部布置建筑工程时，如果开挖边坡的走向近于平行岩层走向，且边坡倾向与岩层倾向一致，边坡坡角大于岩层倾角，则容易造成顺层滑动现象。在褶皱两翼形成倾斜岩层容易造成顺层滑动，特别是当岩层倾向与临空面坡向一致，且岩层倾角小于坡角，或当岩层中有软弱夹层，如有云母片岩、滑石片岩等软弱岩层存在时应慎重对待。对于隧道等深埋地下的工程，从褶皱的翼部通过一般是比较有利的；因为隧道通过均一岩层有利稳定，而背斜顶部岩层受张力作用可能塌落，向斜核部则是储水较丰富的地段，但如果中间有松软岩层或软弱构造面时，则在顺倾向一侧的洞壁，有时会出现明显的偏压现象，甚至会导致支撑破坏，发生局部坍塌。、断裂构造断裂构造又称断裂。断裂或断裂构造是指岩石因受地壳内的动力，沿着一定方向产生机械破裂，失去其连续性和整体性的一种现象。断裂的基本类型一、节理：节理是岩石中的裂隙张节理：张节理是由张应力产生的破裂面。剪节理：剪节理是由剪应力产生的破裂面。二、断层：断层是岩石顺破裂面发生明显位移的断裂构造。3.4.1节理节理是断裂构造的一类，指岩石裂开而裂面两侧无明显相对位移者（与有明显位移的断层相对）。节理是很常见的一种构造地质现象，就是我们在岩石露头上所见的裂缝，或称岩石的裂缝。这是由于岩石受力而出现的裂隙，但裂开面的两侧没有发生明显的（眼睛能看清楚的）位移，地质学上将这类裂缝称为节理，在岩石露头上，到处都能见到节理。节理的概念及其研究意义节理－是岩石中的裂隙，是规模甚小的断裂．

注意区别于“解理”！节理的分类按节理的成因，节理包括原生节理和次生节理两大类。按节理与岩层的产状要素的关系而划分为四种节理：走向节理、倾向节理、斜向节理、顺层节理按节理的走向与区域褶皱主要方向、断层的主要走向或其他线形构造的延伸方向等关系而进行，可划分为三种：纵节理、横节理、斜节理节理与褶皱轴的关系a纵节理；c横节理；b斜节理节理分类示意图

1、走向节理2、倾向节理3、斜向节理4、顺层节理按力学性质分类

剪节理张节理

特征：产状稳定，延伸远产状不稳定，延伸不远平直光滑，有擦痕和羽裂弯曲粗糙，无擦痕出现在砂、砾岩中，一般出现在砂、砾岩中，常绕切过砂砾和胶结物过砂、砾未充填时，是闭合的缝多张口，一般被充填一般是共轭“X”型节理系树枝状，锯齿状，雁列状等剪应力产生张应力产生剪性破裂－节理节理柱状节理S或反S型张剪裂脉破裂构造的组合型式火炬状节理（张剪裂脉）花岗岩节理柱状节理剪节理张节理3.4.2断层3.4.2.1断层要素破裂面两侧岩块发生显著相对位移的断裂构造。

规模大小不等，大者沿走向延伸数百千米，常由许多断层组成，可称为断裂带；小者可见于手标本。断层由断层面和断盘构成。

断层面是岩块沿之发生相对位移的破裂面；断盘指断层面两侧的岩块，位于断层面之上的称为上盘，断层面之下的称为下盘。如断层面直立，则按岩块相对于断层走向的方位来描述。

断层两侧错开的距离统称位移。按测量位移的参考物的不同，有真位移和视位移之分，真位移是断层两侧相当点错开的距离，即断层面上错断前的一点，错断后分成的两个对应点之间的距离，称为总滑距；视位移是断层两侧相当层错开的距离，即错动前的某一岩层，错断后分成两对应层之间的距离，统称断距。断层要素3.4.2.2断层类型正断层逆断层平移断层3.4.2.3断层的野外识别

野外认识断层及其性质的主要标志是：①地层、岩脉、矿脉等地质体在平面或剖面上突然中断或错开。②地层的重复或缺失，这是断层走向与地层走向大致平行的正断层或逆断层常见的一种现象，在断层倾向与地层倾向相反，或二者倾向相同但断层倾角小于地层倾角的情况下，地层重复表明为正断层，地层缺失则为逆断层。③擦痕，断层面上两盘岩石相互摩擦留下的痕迹，可用来鉴别两盘运动方向进而确定断层性质。④牵引构造。断层运动时断层近旁岩层受到拖曳造成的局部弧形弯曲，其凸出的方向大体指示了所在盘的相对运动方向。⑤由断层两盘岩石碎块构成的断层角砾岩、断层运动碾磨成粉末状断层泥等的出现表明该处存在断层。此外还可根据地貌特征（如错断山脊、断层陡崖、水系突然改向）来识别断层的存在。3.4.2.4断层的工程地质评价断层是在地球表面沿一个破裂面或破裂带两侧发生相对位错的现象。它是由于在构造应力作用下积累的大量应变能在达到一定程度时导致岩层突然破裂位移而形成的。破裂时释放出很大能量，其中一部分以地震波形式传播出去造成地震，会对工程造成影响。由于岩层发生强烈的断裂变动，导致岩体裂隙增多、岩石破碎、风化严重、地下水发育充分，从而降低了岩石的强度和稳定性，对工程建筑造成了不利的影响。

岩层(岩体)被不同方向、不同性质、不同时代的断裂构造切割，如果发育有层理、片理，则情况更复杂。作为不连续面的断层是影响岩体稳定性的重要因素，这是因为断层带岩层破碎强度低，另一方面它对地下水、风化作用等外力地质作用往往起控制作用。断层的存在降低了地基岩体的强度稳定性。断层破碎带力学强度低、压缩性大，建于其上的建筑物由于地基的较大沉陷，易造成断裂或倾斜。断裂面对岩质边坡、坝基及桥基稳定常有重要影响。断裂带在新的地壳运动影响下，可能发生新的移动，从而影响建筑物的稳定。

跨越断裂构造带的建筑物，由于断裂带及其两侧上、下盘的岩性均可能不同，易产生不均匀沉降。

隧道工程通过断裂破碎时易发生坍塌。在断层发育地段修建隧道，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，容易产生洞顶塌落，影响施工安全。当隧道轴线与断层走向平行时，应尽量避免与断层的破碎带接触。隧道横穿断层时，虽然只有个别断落受到断层影响，但因工程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。如果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。断层构造地带沿断裂面附近的岩块因强烈挤压而产生破碎，往往形成一条破碎带。因此，隧道工程通过断层时必须采取相应的工程加固措施，以免发生崩塌；水库等大型工程选址，应避开断层带，以免诱发断层活动，同时防止因坝基或地基不稳固产生地震、滑坡、渗漏等不良后果。在山地区域、溪沟、河流常沿断层面发育，有断层的地方，常有地下水出露，这对寻找地下水有一定的指导意义。3.4.2.5活断层活断层一般是指现今正在活动的断层，或近期曾活动过、不久将来可能重新活动过的断层。后者也称为潜在活断层。断层是地壳构造运动的重要形迹。有的断层形成于较晚时期，在形成以后受到晚期构造背景条件控制，仍保持着活动的特征。早在十八世纪，人们从地震活动与断层活动的关系渐渐意识到断层的活动性特征，经过几个世纪的研究，对活断层的特征有了比较深入的认识。活断层受控于板块构造

《岩土工程勘察规范》

全新活动断裂：全新世（10000）年内有过活动或近期正在活动，在将来