工程地质-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,地质构造：构造变动在岩层和岩体中遗留下来的各种构造形迹。,3.1 水平构造和单斜构造,产状：构造的产出状态与空间方位。,0,90,180,270,地质产状要素,面状构造形成要素：走向，倾向，倾角 真倾角/视倾角换算：tan=tancos,表示法：25030倾向倾角,走向=倾向90,3.2 褶皱构造,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，称为褶皱构造。 褶皱构造是典型的塑性变形。,背斜和向斜在平面和剖面上的表征,褶皱要素,核部；翼部； 转折端； 褶轴； 枢纽； 轴面； 翼间角； 脊、脊线、高点、脊面； 槽、槽线、槽

2、面,水平褶皱，枢纽近于水平； 倾伏褶皱，枢纽是倾斜的； 褶皱两翼同一褶皱面在水平面上汇合，背斜汇合部位为倾伏端，向斜汇合部位为仰起端。 倾竖褶皱，枢纽直立(90)；,等轴褶皱， 褶皱长宽比近于1；包括穹隆构造(等轴背斜)与 构造盆地(等轴向斜); 短轴褶皱， 褶皱长宽比近于3:110:1； 长轴褶皱， 褶皱长宽大于10:1的狭长褶皱.,褶 皱 构 造,褶皱构造的工程地质评价： 1）充分了解局部（褶曲）与整体（褶皱）的关系； 2）褶曲翼部对于建筑物的地基一般没有不良影响； 但对于深路堑、挖方高边坡： 有利情况：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； 不利情况：路线走向与

3、岩层走向平行，边坡与岩层倾向一致（特别是在云母片岩、绿泥石片岩、化石片岩等松软岩石分布地区）； 最不利情况：路线与岩层走向平行，岩层倾向与路基边坡一致，而边坡的坡角大于岩层的倾角（特别是在石灰岩、砂岩与黏土质页岩互层，且有地下水作用时）。,4）对于隧道工程，从褶曲的翼部通过一般比较有利； 5）在褶曲轴部，不论对于公路、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而产生岩体稳定问题和向斜轴部地下水问题。,褶曲的野外观察：,穿越法：沿着选定的调查路线，垂直岩层走向观察； 追索法：平行岩层走向进行观测。,3.3 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

4、续性和完整性遭到破坏，产生各种大小不一的断裂，称为断裂构造。,断裂构造,节理（裂隙）,断层,3.3.1 节理（裂隙）,节理与岩层、褶皱的关系,1走向节理；2倾向节理；3斜向节理；4顺层节理,a纵节理；b斜节理；c横节理,1. 节理类型 构造节理：岩体受地应力作用随岩体变形而产生的裂隙。,1) 剪节理, 由于剪切应力产生的破裂面; 2) 张节理, 由于拉张应力产生的破裂面;,剪节理特征: 1) 产状稳定, 沿走向与倾向延伸较远; 2) 剪节理面比较平滑, 时而有擦痕; 3) 砂砾岩中剪节理可切穿砾石和胶结物; 4) 剪节理多呈共扼“X”型, 将岩石切成棋盘格式;,张节理特征: 1) 产状不稳定,

5、 延伸不远, 一组张节理常侧列产出; 2) 张节理面粗糙不平滑, 没有擦痕; 3) 张节理常绕过砂砾岩中砾石, 如切穿砾石, 破裂面不平; 4) 张节理多开口, 充填矿脉宽度变化大, 脉壁不平直; 5)张节理可呈不规则树枝状, 各种网络状, 追踪X共扼节理形成锯齿状, 单列或共扼雁列排列, 也有放射状或者同心圆状组合;,非构造节理：由成岩作用、外动力、重力等非构造因素形成的裂隙。 原生节理； 风化节理； 卸荷节理；,2. 裂隙的工程地质评价 1）有利于开挖，对岩体的强度和稳定性均不利； 2）破坏岩体的整体性，促进岩体的风化速度，增强岩体的透水性； 3）当裂隙主要发育方向与路线走向平行，倾向与边

6、坡一致时，路堑边坡均易发生崩塌等不稳定现象。,3.节理调查、统计和表示方法,节理走向、倾向、倾角玫瑰花图,3.3.2 断层,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。,断层要素： 断裂面，断层带，断层线； 上盘，下盘； 上升盘，下降盘,断层的滑距与断距,垂直于被错岩层走向的剖面图,垂直于断层走向的剖面图,ab总滑距； ac走向滑距； cb倾斜滑距； am水平滑距；,ho地层断距； hf水平地层断距； 岩层倾角；,ho视地层断距； hf视水平地层断距； 岩层视倾角；,hg=hg 铅直地层断距,断层类型：（a）正断层；（b）逆断层； （c）平移断层；（d）逆掩断层,断

7、层组合形式,地堑与地垒,阶梯状断层,叠瓦式逆冲断层,断层的工程地质评价 （1）岩层发生断裂变动，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。 （2）在公路建设中，如确定路线布局、选择桥位和隧道位置时，尽量避开大的断层破碎带。 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时，路基靠近断层破碎带时，容易引起边坡发生大规模坍塌； 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； 在断层发育带修建隧道是不利的。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。,断层的野外识别 （1）地貌特征,断层三角面,（2）地层

8、特征 （3）断层的伴生构造现象,3.4 不整合,不整合的工程地质评价： （1）不整合面是下伏古地貌的剥蚀面，常具有较大的起伏，同时常有风化层或底砾存在，层面结合差，地下水发育； （2）当不整合面与斜坡倾向一致时，如开挖路基，常会成为斜坡滑移的边界条件，对工程不利。,整合,平行不整合,角度不整合,3.5 岩石与岩体的工程地质性质,岩石 岩体：工程影响范围内的地质体，包含岩石块、层理、节理和断层等。,矿物成分 岩石的结构和构造 风化作用等,岩体内部裂隙系统的性质及其分布情况 岩石本身性质,3.5.1 岩石的主要物理力学性质,1.主要物理性质 （1）重量 比重：固体（不包括孔隙）单位体积的重量数值上

9、等于岩石固体颗粒的重量与同体积的水在4时重量的比； 重度（重力密度、容重）：岩石单位体积的重量数值上等于岩石试件的总重量（包括孔隙中的水重）与其总体积（包括孔隙体积）之比。,（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产生重要影响。 以孔隙度表示数值上等于岩石中各种孔隙的总体积与岩石总体积之比，用百分数表示。 孔隙度大小主要决定于岩石的结构和构造，同时也受外力因素的影响。,（3）吸水性：反映岩石一定条件下的吸水能力，用吸水率表示（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，用百分数表示。 吸水率与岩石孔隙度大小、孔隙张开程度等因素有关。,（4）

10、软化性：受水作用后，强度和稳定性发生变化的性质。主要取决于矿物成分、结构和构造特征。 软化系数数值上等于岩石在饱和状态下的极限抗压强度和风干状态下极限抗压强度之比。分界点为0.75。,（5）抗冻性：抵抗岩石孔隙中水因结冰膨胀压力作用的能力。 一般用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率表示。降低率小于20%-25%，认为是抗冻的。,2. 主要力学性质 （1）岩石的变形 在弹性变形范围内： 弹性模量：应力和应变之比； 泊松比：横向应变和纵向应变之比；,比例极限,弹性极限,屈服极限,强度极限,（2）岩石的强度：抵抗外力破坏的能力 抗压强度：在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力，数值上等于受压达到破坏时的

11、极限应力； 抗拉强度：拉断破坏时的最大张应力； 抗剪强度：数值上等于岩石受剪破坏时的极限剪应力；（区别于抗剪断强度，抗剪断强度抗剪强度）,抗压强度抗剪强度抗拉强度； 岩石越坚硬，各指标差值越大。,3. 影响岩石工程性质的因素 （1）矿物成分 在矿物分布均匀，高强度矿物在岩石的结构中形成牢固的骨架，岩石强度增加。,（2）结构 结晶联结：大部分岩浆岩、变质岩和一部分沉积岩； 结合力强、结构致密、孔隙度小、容重大、吸水率变化范围小，有较高强度和稳定性。 结晶颗粒的大小对岩石的强度有明显影响，如粗粒花岗岩抗压强度为118137MPa，细粒花岗岩可达196245MPa。,胶结联结：沉积岩中的碎屑岩 强度

12、：硅质胶结钙质、铁质胶结泥质胶结,（石英及其他二氧化硅）,（方解石等碳酸钙）,（铁的氧化物及氢氧化物）,（细粒黏土矿物）,（3）构造：主要是由矿物成分在岩石中分布的不均匀性和岩石结构的不连续性决定。 抗压强度：垂直层面平行层面； 透水性：平行层面垂直层面；,（4）水 浸水强度降低，降低程度取决于岩石孔隙度。 水的影响一般可逆。 （5）风化 促使岩石结构、构造、整体性遭到破坏，孔隙度增大、重度减小，吸水性和透水性增高，强度和稳定性降低。,3.5.2 岩体的工程地质性质,岩体：某一地点一种或多种岩石中的各种结构面、结构体的总体。它包含各种地质界面如层面、层理、节理、断层、软弱夹层等结构面。,岩体结构分析 （1）结构面：各种破裂面（劈理、节理、断层面、顺层裂隙或错动面、卸荷裂隙、风化裂隙等）、物质分异面（如层理、层面、沉积间断面、片理等）以及软弱夹层或软弱带、构造岩、泥化夹层、充填夹泥（层）等 1）分类： 原生：成岩时形成的； 构造：构造应力作用下形成的； 次生：风化、卸荷、地下水等作用下形成的。,2）结构面特征 A.结构面规模：延展数十千米、宽度数十米的破碎带到延展数十厘米至数十米的节理，到微小的不连续裂隙； B.结构面的形态：平整度、光滑度，如平直、波状起伏的、锯齿状或不规则状；,D.结构面的连通度：一定范围内，结构面在走向、倾向方向的连通程度。,C