水文地質(zhì)第三章地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響

1、第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響主要內(nèi)容： 水平構(gòu)造 單斜構(gòu)造 褶皺構(gòu)造 斷裂構(gòu)造 不整合 巖石與巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)概 述地質(zhì)構(gòu)造：構(gòu)造變形在巖層和巖體中遺留下來(lái)的 各種構(gòu)造行跡。 特點(diǎn)：規(guī)模大小不一 在形成、發(fā)展和空間分布上，有規(guī)律性 區(qū)域構(gòu)造的復(fù)雜性3.1 水平構(gòu)造和單斜構(gòu)造一、基本概念 水平構(gòu)造：未經(jīng)構(gòu)造變動(dòng)的巖層，其形成的原 始產(chǎn)狀是水平的，先沉積在下，后沉積 在上，稱為水平構(gòu)造。單斜構(gòu)造：原來(lái)水平的地層，在受到地殼運(yùn)動(dòng)的 影響后，巖層向同一個(gè)方向傾斜，稱為單 斜構(gòu)造。（褶皺的一翼、斷層的一盤等）二、巖層產(chǎn)狀 巖層產(chǎn)狀：巖層的空間位置 產(chǎn)狀三要素：走向、傾向、傾角 走向：巖層層面與 水

2、平面交線的方位角 表示巖層的空間延伸方向 傾向：表示巖層的傾斜方向 與走向垂直 傾角：巖層層面與水平面的 夾角（銳角） 三、巖層產(chǎn)狀的測(cè)定及表示方法 測(cè)定：用地質(zhì)羅盤 測(cè)定方法：如圖所示 表示方法： 表達(dá)一組走向?yàn)楸蔽?20，傾向南西230 ，傾角35 的巖層時(shí)： 1. N320 W,S230 W,35 2. SW230 35 3. 230 35 3.2 褶皺構(gòu)造 褶皺構(gòu)造：地層受構(gòu)造應(yīng)力的強(qiáng)烈作用，使巖層形成一系列的波狀彎曲而未喪失其連續(xù)性的構(gòu)造。一、褶曲-褶皺構(gòu)造中的一個(gè)彎曲。 褶曲要素： 核部：最中心的巖層 翼：核部?jī)蓚?cè)，向不同 方向傾斜的部分 軸面：平分兩翼的面 假想面 軸：軸面與水平

3、面的 交線 樞紐：軸面與同一巖 層的交線 二、褶曲的類型： 1.基本類型：向斜、背斜 向斜：巖層向上拱起的彎曲。 剝蝕后：中間的地層新，兩側(cè)地層老。 （老包新） 背斜：巖層向下凹的彎曲。 剝蝕后：中間的地層老，兩側(cè)地層新。 （新包老） 2. 按軸面的產(chǎn)狀分： 直立褶曲 傾斜褶曲 倒轉(zhuǎn)褶曲 平臥褶曲3. 按樞紐的產(chǎn)狀分： 水平褶曲 傾伏褶曲：樞紐向一端傾伏，在轉(zhuǎn)折端閉合三、褶皺構(gòu)造 兩個(gè)或兩個(gè)以上褶曲構(gòu)造的組合。四、褶皺構(gòu)造的工程地質(zhì)評(píng)價(jià) 翼：翼：-單斜單斜 傾斜巖層對(duì)建筑物的地基一般無(wú)不良影響 傾斜巖層對(duì)深路塹、高邊坡，一般垂直于巖層走向較好，如平行于巖層走向，可能會(huì)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。 傾斜巖層對(duì)

4、隧道來(lái)講，一般會(huì)造成受力不勻等問(wèn)題。 核部核部-受力集中部位受力集中部位，巖層一般比較破碎，在實(shí)際工程中，會(huì)帶來(lái)防水問(wèn)題、隧道冒頂?shù)葐?wèn)題。五、褶皺的野外觀察： 褶皺的形態(tài)：一般背斜為山，向斜為谷，但也有向斜山、背斜谷的地貌。 因此野外判斷，應(yīng)從地層特征上進(jìn)行識(shí)別。野外工作方法： 穿越法：垂直巖層走向進(jìn)行觀察 （可以看到很多地層） 追索法：平行于巖層走向。（只看到 一種地層） 3.3 斷裂構(gòu)造主要內(nèi)容: 斷裂概念 裂隙(定義、類型、工程評(píng)價(jià)、調(diào)查統(tǒng)計(jì)方法） 斷層（定義、斷層要素、類型、野外識(shí)別等） 一、斷裂構(gòu)造： 構(gòu)成地殼的巖體，受力作用發(fā)生變形，當(dāng)變形達(dá)到一定程度后，使巖體的連續(xù)性和完整性遭到

5、破壞，產(chǎn)生各種大小不一的斷裂，稱為斷裂構(gòu)造。 根據(jù)斷裂后兩側(cè)巖塊相對(duì)位移的情況，斷裂構(gòu)造又分為裂隙和斷層。 二、裂隙 又稱為節(jié)理，是沒(méi)有顯著位移的小型斷裂構(gòu)造。 1. 裂隙的類型 按成因：構(gòu)造裂隙 非構(gòu)造裂隙 二、裂隙 又稱為節(jié)理，是沒(méi)有顯著位移的小型斷裂構(gòu)造。 1. 裂隙的類型 按成因：構(gòu)造裂隙 非構(gòu)造裂隙 構(gòu)造裂隙： 是巖體受地應(yīng)力作用，隨巖體變形而產(chǎn)生的裂隙。 特點(diǎn)特點(diǎn)：成因上與相關(guān)構(gòu)造有密切聯(lián)系； 空間分布上有一定的規(guī)律性。 分類分類： 張性裂隙：張開(kāi)較寬，斷裂面粗糙，間距較大，分布不勻，延伸不遠(yuǎn)。 常出現(xiàn)在背斜和向斜的軸部。 扭（剪）性裂隙：平直閉合，分布較密，延伸較遠(yuǎn)、深，裂隙面光

6、滑，有擦痕。 常出現(xiàn)在褶曲的翼部和斷層附近。 非構(gòu)造裂隙 由成巖作用、外動(dòng)力、重力等非構(gòu)造因素形成的裂隙。 分類分類：風(fēng)化裂隙 原生裂隙 卸荷裂隙 特點(diǎn)特點(diǎn)：分布凌亂、沒(méi)有規(guī)律性2. 裂隙的工程地質(zhì)評(píng)價(jià) （1）有利于開(kāi)挖 （2）破壞了巖體的整體性 （3）促進(jìn)了風(fēng)化速度 （4）增強(qiáng)了巖體的透水性 （5）降低了強(qiáng)度和穩(wěn)定性。3. 裂隙調(diào)查、統(tǒng)計(jì)和表示方法 調(diào)查方法調(diào)查方法： 調(diào)查裂隙時(shí)，應(yīng)先在工點(diǎn)選擇一具有代表性的基巖露頭，對(duì)一定面積內(nèi)的裂隙，按表3-1所列內(nèi)容進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)要注意研究裂隙的成因和填充情況。測(cè)量裂隙產(chǎn)狀的方法和測(cè)量巖層產(chǎn)狀的方法相同。 裂隙野外測(cè)量記錄表裂隙野外測(cè)量記錄表 表表3-

7、1編號(hào)裂隙產(chǎn)狀長(zhǎng)度寬度條數(shù)填充 情況裂隙成因類型走向傾向傾隙面夾泥扭性裂隙23321521015裂隙面夾泥張性裂隙 統(tǒng)計(jì)方法：統(tǒng)計(jì)方法： 統(tǒng)計(jì)裂隙，有各種不同的圖式。裂隙玫瑰圖就是其中比較常用的一種。裂隙玫瑰圖可以用裂隙走向編制，也可以用裂隙傾向編制。其編制方法如下： （1） 裂隙走向玫瑰圖 1） 在一任意半徑的半圓上，畫上刻度網(wǎng)。 2） 把所測(cè)得的裂隙按走向以每5或每10分組， 統(tǒng)計(jì)每一組內(nèi)的裂隙數(shù)并算出其平均走向。 3） 自圓心沿半徑引射線，射線的方位代表每組裂隙平均走向的方位，射線的長(zhǎng)度代表每組裂隙的條數(shù)。 4） 然后用折線把射線的端點(diǎn)連接起來(lái)，即得裂隙走向玫瑰

8、圖。 （2） 裂隙傾向玫瑰圖 1） 先將測(cè)得的裂隙，按傾向以每5或每10分組， 2） 統(tǒng)計(jì)每一組內(nèi)裂隙的條數(shù)，并算出其平均 傾向。 3） 用繪制走向玫瑰圖的方法，在注有方位的圓周上，根據(jù)平均傾向和裂隙的條數(shù)，定出各組相應(yīng)的點(diǎn)子。 4） 用折線將這些點(diǎn)子連接起來(lái)，即得裂隙傾向玫瑰圖。 v 評(píng)價(jià)方法：評(píng)價(jià)方法： 發(fā)育程度的表示： 裂隙率：裂隙率：巖石中裂隙的面積與巖石總面積的百分比。 裂隙頻率：裂隙頻率：在長(zhǎng)度上，每米通過(guò)的裂隙數(shù)量。 具體發(fā)育程度，不同的系統(tǒng)具有不同的評(píng)價(jià)方法，書中所列為公路系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法。 三、斷層 巖體受力作用斷裂后，兩側(cè)巖塊沿?cái)嗔衙姘l(fā)生了顯著的位移，稱為斷層。 1.斷層要素

9、 斷層面 破碎帶 斷層線 上盤和下盤 斷距 2.斷層的基本類型 根據(jù)兩盤相對(duì)位移的情況: 正斷層 逆斷層 平移斷層 (1) 正斷層 上盤下降,上盤上升 拉張力及重力作用 特點(diǎn):規(guī)模小 斷層線平直 斷層面較陡 (2) 逆斷層 上盤上升,下盤下降, 水平擠壓力形成 特點(diǎn): 斷層線的方向常與巖層走向或褶皺 軸的走向一致; 斷層面傾角陡緩都有; 規(guī)模較大. (3) 平推斷層(平移斷層) 兩盤發(fā)生相對(duì)水平位移 水平扭應(yīng)力 3.斷層的組合 斷層的分布不是孤立的, 某區(qū)域受力的作用,各構(gòu)造依一定的力學(xué)性質(zhì)、以一定的方式有規(guī)律的組合在一起。 組合形式：階狀斷層 地嶄 （凹陷地帶） 地壘 （塊狀山地） 迭瓦式構(gòu)

10、造 4.工程地質(zhì)評(píng)價(jià) （1） 強(qiáng)烈的斷裂變動(dòng)，致使巖體裂隙增多、巖石破碎、風(fēng)化嚴(yán)重、地下水發(fā)育，從而降低了巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，對(duì)工程建筑造成了各種不利的影響。 （2） 在公路工程建設(shè)中，如確定路線布局、選擇橋位和隧道位置時(shí)，要盡量避開(kāi)大的斷層破碎帶。 （3） 在研究路線布局，特別在安排河谷路線時(shí)，要注意河谷地貌與斷層構(gòu)造的關(guān)系。 當(dāng)路線與斷層走向平行，路基靠近斷層破碎帶時(shí)，由于開(kāi)挖路基，容易引起邊坡發(fā)生大規(guī)模坍塌，直接影響施工和公路的正常使用。 （4）在進(jìn)行大橋橋位勘測(cè)時(shí)，要注意查明橋基部分有無(wú)斷層存在，及其影響程度如何）以便根據(jù)不同情況，在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)工程時(shí)采取相應(yīng)的處理措施。 （5）在斷層發(fā)育

11、地帶修建隧道，是最不利的一種情況。由于巖層的整體性遭到破壞，加之地面水或地下水的侵入，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性都是很差的，容易產(chǎn)生洞頂坍落，影響施工安全。 （6）當(dāng)隧道軸線與斷層走向平行時(shí)，應(yīng)盡量避免與斷層破碎帶接觸。隧道橫穿斷層時(shí)，雖然只有個(gè)別段落受斷層影響，但因地質(zhì)及水文地質(zhì)條件不良，必須預(yù)先考慮措施，保證施工安全。特別當(dāng)斷層破碎帶規(guī)模很大，或者穿越斷層帶時(shí)，會(huì)使施工十分困難，在確定隧道平面位置時(shí)，要盡量設(shè)法避開(kāi)。 v 5.斷層的野外識(shí)別 識(shí)別依據(jù)：識(shí)別依據(jù)： （1）改變?cè)械貙拥姆植家?guī)律， （2）斷層面及其相關(guān)部分形成各種伴生構(gòu)造， （3）并形成與斷層構(gòu)造有關(guān)的地貌現(xiàn)象。 識(shí)別方法：識(shí)別方法： 地

12、貌特征： 斷層崖 斷層三角面地形； 溝谷或峽谷地形。 山脊錯(cuò)斷、錯(cuò)開(kāi)， 河谷跌水瀑布， 河谷方向發(fā)生突然轉(zhuǎn)折等。 地層特征：地層特征： 巖層發(fā)生重復(fù)或缺失，巖層發(fā)生重復(fù)或缺失， 巖脈被錯(cuò)斷，巖脈被錯(cuò)斷， 巖層沿走向突然發(fā)生中斷，巖層沿走向突然發(fā)生中斷， 與不同性質(zhì)的巖層突然接觸等。與不同性質(zhì)的巖層突然接觸等。 斷層的伴生構(gòu)造現(xiàn)象：斷層的伴生構(gòu)造現(xiàn)象： 巖層牽引彎曲巖層牽引彎曲 斷層角礫、糜棱巖、斷層泥斷層角礫、糜棱巖、斷層泥 斷層擦痕斷層擦痕 地下水的出露特點(diǎn)地下水的出露特點(diǎn) 3.4 不整合一、不整合的概念 形成年代不相連續(xù)的兩套巖層重疊在一起的現(xiàn)象，這種構(gòu)造形跡，稱為不整合不整合。不整合不同

13、于褶皺和斷層，它是一種主要由地殼的升降運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造形態(tài)。 二、整合與不整合 原因：原因：在地殼上升的隆起區(qū)域發(fā)生剝蝕，在地殼下降的凹陷區(qū)域產(chǎn)生沉積。 1.整合接觸：整合接觸： 沉積區(qū)處于相對(duì)穩(wěn)定階段，沉積區(qū)連續(xù)不斷地進(jìn)行著堆積，這樣，堆積物的沉積次序是銜接的，產(chǎn)狀是彼此平行的，在形成的年代上也是順次連續(xù)的，巖層之間的這種接觸關(guān)系。稱為整合接觸。 2.不整合 由于沉積過(guò)程發(fā)生問(wèn)斷，所以巖層在形成年代上是不連續(xù)的，中間缺失沉積間斷期的巖層，巖層之間的這種接觸關(guān)系，稱為不整合接不整合接觸觸。 三、不整合的類型 平行不整合：產(chǎn)狀一致，沉積年代不連續(xù)。 原因：不整合沉積之前，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以垂直升降為主。

14、角度不整合：產(chǎn)狀不一致。 原因：不整合沉積之前，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有褶皺，有斷層，運(yùn)動(dòng)形式以水平擠壓為主。四、工程地質(zhì)評(píng)價(jià) （1） 不整合面，是下伏古地貌的剝蝕面，它一則常有比較大的起伏，同時(shí)常有風(fēng)化層或底礫存在，層問(wèn)結(jié)合差，地下水發(fā)育； （2） 當(dāng)不整合面與斜坡傾向一致時(shí)，如開(kāi)挖路基，經(jīng)常會(huì)成為斜坡滑移的邊界條件，對(duì)工程建筑不利。 實(shí)驗(yàn)五 地質(zhì)圖的閱讀與分析地質(zhì)圖地質(zhì)圖： 反映一定范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的平面圖件。 地質(zhì)圖內(nèi)容：地質(zhì)圖內(nèi)容： 圖名、圖例、比例尺、巖性特征、地質(zhì)構(gòu)造、巖層接觸關(guān)系、地形特征等。 讀圖步驟：讀圖步驟： （1）比例尺及圖例 （2）地形特征 （3）地層特征 （4）地質(zhì)構(gòu)造 （5）地質(zhì)發(fā)

15、展史 3.5 巖石與巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)主要內(nèi)容： 1. 巖石與巖體 2.巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 3.巖體的工程性質(zhì)一、基本概念 巖石：巖石：是在一定的地質(zhì)條件下，由一種或幾種礦物自然組合而成的礦物集合體。 巖體：巖體：是工程影響范圍內(nèi)的地質(zhì)體，它包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體。 巖體的工程性質(zhì)決定于結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及其分布，同時(shí)決定于巖石本身的力學(xué)性質(zhì)。二、巖石的主要物理力學(xué)性質(zhì) （一）物理性質(zhì) 1. 重量重量 比重 G ：是巖石固體（不包括孔隙）部分單位體積的重量。 數(shù)值上等于巖石固體顆粒的重量與同體積的水在4時(shí)重量的比。（無(wú)量綱，一般2.43.3）。 重度 ：也稱重力密度或容重。指單位體積的重量。 數(shù)值上等于

16、巖石試件的總重量與其總體積之比。 有干容重d 、飽和容重c之分。 2. 孔隙性 反映巖石中各種孔隙的發(fā)育程度，對(duì)巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性有影響，一般用孔隙度表示。 孔隙度n：等于巖石中孔隙的總體積與巖石總體積之比。（百分?jǐn)?shù)表示） 3. 吸水性 反映一定條件下巖石的吸水能力。一般用吸水率表示。 吸水率WB ：通常大氣壓下的吸水能力，數(shù)值上等于巖石的吸水重量與同體積干燥巖石重量的比。 （百分?jǐn)?shù)表示） 4.軟化性 巖石吸水后，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性發(fā)生變化的性質(zhì)。一般用軟化系數(shù)表示。 軟化系數(shù)kd：等于巖石在飽和狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度與在風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強(qiáng)度的比。用小數(shù)表示。 5. 抗凍性 巖石抵抗凍脹壓力作用的

17、能力。一般用強(qiáng)度降低率來(lái)表示。 （二）巖石的力學(xué)性質(zhì) 變形特性：變形特性：彈性模量 泊淞比 彈性模量E：應(yīng)力和應(yīng)變之比。 泊淞比：橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比。 強(qiáng)度特性：強(qiáng)度特性：巖石抵抗外力破壞的能力。 抗壓強(qiáng)度Rc： 抗拉強(qiáng)度Rt ： 抗剪強(qiáng)度： （三）影響巖石工程性質(zhì)的因素 1. 礦物成分 2. 結(jié)構(gòu) 巖石按結(jié)構(gòu)分類：結(jié)晶聯(lián)結(jié) 膠結(jié)物聯(lián)結(jié) 強(qiáng)度上的一般規(guī)律： 結(jié)構(gòu)：結(jié)晶聯(lián)結(jié)膠結(jié)物聯(lián)結(jié) 膠結(jié)物： 硅質(zhì)膠結(jié)鐵質(zhì)膠結(jié)鈣質(zhì)膠結(jié)泥質(zhì)膠結(jié) 膠結(jié)方式： 接觸膠結(jié)孔隙膠結(jié)基底膠結(jié) 3. 構(gòu)造：礦物在巖石中分布的不均勻性、巖石結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性。 4. 水： 5. 風(fēng)化：是在溫度、水、氣體及生物等因素作用下，巖石

18、的狀態(tài)、性質(zhì)發(fā)生改變的物理化學(xué)過(guò)程。 三、巖體的工程地質(zhì)性質(zhì) 本節(jié)主要內(nèi)容包括兩部分內(nèi)容： 巖體結(jié)構(gòu)分析 巖體的工程地質(zhì)性質(zhì) （一）、巖體結(jié)構(gòu)分析 巖體可以簡(jiǎn)單的理解為： 巖體 = 結(jié)構(gòu)面 + 結(jié)構(gòu)體 1. 結(jié)構(gòu)面 結(jié)構(gòu)面：結(jié)構(gòu)面：存在于巖體中的各種地質(zhì)界面。 結(jié)構(gòu)面類型結(jié)構(gòu)面類型： 原生結(jié)構(gòu)面：成巖時(shí)形成 沉積結(jié)構(gòu)面：層面、層理、夾層等 火成結(jié)構(gòu)面：原生節(jié)理、流紋面、接觸面等等 變質(zhì)結(jié)構(gòu)面：片麻理、片理等等 構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：構(gòu)造應(yīng)力作用下形成 斷裂面 破裂構(gòu)造面 錯(cuò)動(dòng)面 構(gòu)造軟弱帶 破碎帶 次生結(jié)構(gòu)面：風(fēng)化作用形成 風(fēng)化裂隙 泥化夾層 可塑粘土帶 結(jié)構(gòu)面特征結(jié)構(gòu)面特征 1. 規(guī)模：大小不一，對(duì)工程影響不一 2. 形態(tài)；平整度、光滑度 平直的 起伏的 鋸齒狀的 3. 密集程度 4. 連通性 5. 張開(kāi)度、充填情況 閉合的 微張的- 張開(kāi)的 寬張的 決定于粗糙度-決定于充填物v結(jié)構(gòu)體 結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體：被結(jié)構(gòu)面切割成的塊體。 形狀：形狀：柱狀、塊狀、板狀、楔狀、錐狀等等 原因：與巖層的產(chǎn)狀有關(guān)。 大?。捍笮。河皿w積裂隙數(shù)表示Jv，指巖體單位體積通過(guò)的總裂隙數(shù)。裂隙數(shù)/m3 Jv =1/S1+1/S2+1/S3+ +1/Sn=1/Si Si ：巖體內(nèi)第i組結(jié)構(gòu)面的間距 1/Si：該組結(jié)構(gòu)面的裂隙數(shù) 結(jié)構(gòu)體 塊度（大小）分類 塊體描述 巨型塊體