工程地質(zhì)學(xué)第三章地質(zhì)構(gòu)造課件

1、 第三章 地質(zhì)構(gòu)造3.1 地質(zhì)年代及其特征地球有60億年以上歷史；根據(jù)同位素和他們衰變產(chǎn)物的相對濃度測試,人類所見到地球最古老的巖石-西格陵蘭片麻巖已有38億年的歷史。地球經(jīng)歷了一連串的變化，這些變化可以把地球歷史分成若干個(gè)發(fā)展階段，地球發(fā)展的時(shí)間段叫地質(zhì)年代。絕對地質(zhì)年代(同位素年齡)相對地質(zhì)年代（不能說明巖層形成的確切時(shí)間,能反映巖層形成的自然過程）巖層的地質(zhì)年代3.1.1 相對地質(zhì)年代的確定方法1 沉積巖1)地層對比法：以地層的沉積順序?yàn)閷Ρ鹊幕A(chǔ)，在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)應(yīng)用困難。The youngest layerThe oldest layer 整合接觸(conformity)：時(shí)間上連續(xù)，

2、產(chǎn)狀上一致。反映地殼連續(xù)均勻下降。2)地層接觸關(guān)系：按地層接觸關(guān)系確定地層新老關(guān)系。 平行不整合 (disconformity)： 時(shí)間上不連續(xù)，產(chǎn)狀一致。 反映地殼間斷上升。缺失O3、S、D角度不整合(discordant)： 時(shí)間上不連續(xù)，產(chǎn)狀不一致。 反映地殼劇烈運(yùn)動(dòng)。3)巖性對比:以標(biāo)準(zhǔn)剖面為依據(jù)4)古生物化石法 從古至今，生物由低級向高級發(fā)展，由簡單向復(fù)雜發(fā)展。 根據(jù)巖漿巖侵入接觸和沉積接觸來確定巖層的新老關(guān)系。 侵入接觸 沉積接觸 侵入與沉積接觸 2、巖漿巖2、巖漿巖 變質(zhì)巖由于變質(zhì)作用，確定相對地質(zhì)年代較困難。3、變質(zhì)巖3.1.2 地質(zhì)年代單位及地層單位劃分地質(zhì)年代和地層單位的主

3、要依據(jù)是地殼運(yùn)動(dòng)和生物的演變。地殼發(fā)生大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之后，自然地理?xiàng)l件發(fā)生明顯改變，各種生物也將隨之演變，這樣形成了地層發(fā)展歷史的階段性。地球發(fā)展的時(shí)間段叫地質(zhì)年代。 地質(zhì)年代單位：代、紀(jì)、世、期、 時(shí)(從大到小)地層單位：一定地質(zhì)時(shí)期所形成的地層的總體的名稱。 地層單位：界、系、統(tǒng)、階、 群(從大到小) 地層單位國際性（界、系、統(tǒng)）全國性或大區(qū)域性（階）地方性（群）3.2.1 產(chǎn)狀三要素(elements of attitude)走向(strike)：巖層面和任一假想水平面交線的 延伸方向。傾向(dip)：巖層的傾斜方向。與走向線垂直。只有一個(gè)。傾角(dip angle)：巖層層面與水平面的最

4、大銳角。3.2 巖層產(chǎn)狀3.2.2 產(chǎn)狀三要素測試測定與表示產(chǎn)狀測定：工具羅盤產(chǎn)狀表示方法 ：走向和傾向用方位角表示(可只表示傾向)，傾角用度數(shù)。 例： N320W、S230W、30 或 SW23030 3.3 水平構(gòu)造和單斜構(gòu)造 未經(jīng)構(gòu)造變動(dòng)的沉積巖層，其形成時(shí)的原始產(chǎn)狀是水平的，先沉積的在下，新沉積的在上，稱為水平構(gòu)造。原來水平的地層，在受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響后，產(chǎn)狀發(fā)生變動(dòng)，最簡單的形式就是巖層向一個(gè)方向傾斜，形成單斜構(gòu)造。水平構(gòu)造和單斜構(gòu)造水平構(gòu)造 單斜構(gòu)造 組成地殼的巖層，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈作用，使巖層形成一系列波狀彎曲而未喪失連續(xù)性的構(gòu)造叫-。是地殼表層廣泛發(fā)育的基本構(gòu)造之一。昆侖山、祁

5、連山、泰嶺都是復(fù)雜的褶皺構(gòu)造山脈。3.3 褶皺構(gòu)造褶皺構(gòu)造 (fold) (a) (b) (c)圖 4-5 褶曲的力學(xué)成因(a)水平擠壓力；(b)垂直作用力；(c)力偶作用 地殼運(yùn)動(dòng)時(shí)水平巖層受到擠壓而產(chǎn)生的一系列波狀彎曲，稱為褶皺，其中每個(gè)彎曲稱為褶曲，在褶皺影響下所成的地貌，稱為褶皺構(gòu)造地貌。褶曲要素：核部(core)兩翼(limb)軸面(axialplane)軸線(axial line)樞紐(hinge)圖 3-3 褶曲要素示意圖褶曲：褶皺構(gòu)造中的一個(gè)彎曲叫-。3.4.1 褶曲要素3.4.1 褶皺構(gòu)造基本形態(tài)：背斜(anticline)：巖層向上彎曲，核部老，兩翼新。向斜(synclin

6、e)：巖層向下彎曲，核部新，兩翼老。按軸面產(chǎn)狀分：直立傾斜倒轉(zhuǎn)平臥3.4.1 褶皺分類水平傾伏按樞紐產(chǎn)狀分： 按褶曲長短軸的比例分：長寬比大于101 線形褶曲；長寬比大于101 - 31 短褶曲；長寬比小于31 穹隆和構(gòu)造盆地褶曲構(gòu)造與隧道位置選擇1、3-不利；2-較好3.4.2 褶皺構(gòu)造的工程地質(zhì)評價(jià)山坡巖層地質(zhì)構(gòu)造的影響a- 向斜山；b- 背斜山；c- 單斜山1- 有利情況；2- 不利情況 穿越法：垂直于巖層走向觀察。 追蹤法：平行于巖層走向觀察。3.4.2 褶皺構(gòu)造野外觀察方法 構(gòu)成地殼的巖體，受力作用發(fā)生變形，當(dāng)達(dá)到一定程度后，使巖體的連續(xù)性和完整性遭到破壞，產(chǎn)生各種大小不一的斷裂，稱

7、為斷裂構(gòu)造。 裂隙 斷裂構(gòu)造 斷層。 3.5 斷裂構(gòu)造斷裂構(gòu)造的力學(xué)機(jī)制斷裂構(gòu)造的形成3.5.1 裂隙 構(gòu)造裂隙是巖體受力斷裂后兩側(cè)巖塊沒有顯著位移的小型斷裂構(gòu)造，又叫節(jié)理。 1、裂隙類型： 構(gòu)造裂隙 按成因分為 非構(gòu)造裂隙。 張性裂隙a 、構(gòu)造裂隙： 扭(剪)性裂隙。 張性裂隙 扭（剪）性裂隙褶皺構(gòu)造中的裂隙 非構(gòu)造裂隙是由成巖作用、外動(dòng)力、重力等非構(gòu)造因素形成的裂隙，例如原生裂隙、風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙等。 火成巖柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu),見于熔巖，特別是厚層基性熔巖中，常構(gòu)成規(guī)則的多邊形長柱體，柱體垂直熔巖層面（冷卻面）。也見于熔結(jié)凝灰?guī)r中。一般認(rèn)為是在巖漿均勻冷卻條件下收縮形成的。b、非構(gòu)造裂隙丹東黃

8、椅山 玄武巖的六方柱狀節(jié)理 浙江 衢州 巨人堤位于愛爾蘭堤道海岸一帶，歷史文獻(xiàn)中第一次提到這個(gè)奇特地貌是在1693年。置身巨人堤之上，看著眼前出現(xiàn)的怪異六邊形玄武巖柱，游客們仿佛來到另一顆星球。玄武巖柱與古代鋪地塊料類似，最初是5000萬至6000萬年前一個(gè)熔巖高原的組成部分。2、裂隙發(fā)育程度分級裂隙發(fā)育程度等級基本特征附注不發(fā)育裂隙1-2組，規(guī)則，構(gòu)造型，間距1米以上，多為密閉裂隙，少有充填物，巖體被切割成巨塊狀對基礎(chǔ)工程無影響，對巖體穩(wěn)定性影響不大較發(fā)育裂隙2-3組，較規(guī)則，以構(gòu)造型為主，間距0.4-1米以上，多為密閉裂隙，巖體被切割成大塊狀對基礎(chǔ)工程無影響不大，對其他工程有相當(dāng)影響注：裂

9、隙寬度1 mm 密閉裂隙；13mm微張裂隙； 35mm張開裂隙;5mm寬張裂隙表33 裂隙發(fā)育程度分級裂隙發(fā)育程度等級基本特征附注發(fā)育裂隙3組以上，不規(guī)則，以構(gòu)造型和風(fēng)化型為主，多數(shù)間距小于0.4米，大部分為張開型裂隙，部分有充填物，巖體被切割成小塊狀對工程建筑物可能產(chǎn)生很大影響很發(fā)育裂隙3組以上，雜亂，以風(fēng)化型和構(gòu)造型為主，多數(shù)間距小于0.2米，以張開型裂隙為主，一般均有充填物，巖體被切割成碎石狀對工程建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重影響3、裂隙調(diào)查、統(tǒng)計(jì)和表示方法： 為了反映裂隙的分布規(guī)律及其對巖體穩(wěn)定性的影響，需要對裂隙進(jìn)行野外調(diào)查和室內(nèi)統(tǒng)計(jì)整理。節(jié)理調(diào)查內(nèi)容：產(chǎn)狀、長度、寬度、填充情況、成因等。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分

10、析整理后，繪制節(jié)理玫瑰花圖。 節(jié)理玫瑰花圖有節(jié)理（裂隙）走向和節(jié)理（裂隙）傾向玫瑰花圖兩種。NWE0901020節(jié)理走向玫瑰花圖 （1）、將野外測得的節(jié)理走向，換算成北東和北西方向，按其走向方位角的一定間隔分組。分組間隔大小依作圖要求及地質(zhì)情況而定，一般采用5或10為一間隔，然后統(tǒng)計(jì)每組的節(jié)理數(shù)目，計(jì)算每組節(jié)理平均走向，把統(tǒng)計(jì)整理好的數(shù)值，填入表中。 (2)、確定作圖的比例尺及座標(biāo):根據(jù)作圖的大小和各組節(jié)理數(shù)目，選取一定長度的線段代表一條節(jié)理，然后以等于或稍大于按比例表示的、數(shù)目最多的那一組節(jié)理的線段的長度為半徑，作半圓，過圓心作南北線及東西線，在圓周上標(biāo)明方位角。節(jié)理走向玫瑰花圖的制作(3)

11、、找點(diǎn)連線：順序按各組平均走向方位角在半圓周上作一記號，再從圓心向圓周上該點(diǎn)的半徑方向，按該組節(jié)理數(shù)目和所定比例尺定出一點(diǎn)，此點(diǎn)即代表該組節(jié)理平均走向和節(jié)理數(shù)目。各組的點(diǎn)確定后，順次將相鄰組的點(diǎn)連線。如其中某組節(jié)理為零，則連線回到圓心，然后再從圓心引出與下一組相連 (最好邊找點(diǎn)邊聯(lián)線)。4、裂隙的工程地質(zhì)評價(jià)1）地下工程:強(qiáng)度、變形、圍巖壓力、滲透性等；2）建筑工程：強(qiáng)度、邊坡穩(wěn)定性等；3）公路工程：邊坡穩(wěn)定性等； 例路塹邊坡 裂隙主要發(fā)育方向與路線走向平行,傾向與邊坡一致時(shí),易發(fā)生崩塌等不穩(wěn)定現(xiàn)象。 巖體中的裂隙，在工程上除有利于開挖外，對巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均有不利的影響。 巖體受力作用斷裂

12、后，兩側(cè)巖塊沿?cái)嗔衙姘l(fā)生了顯著位移的斷裂構(gòu)造，稱為斷層。規(guī)模小幾十公分，大者上千公里。3.5.2 （Faulting） 斷層1、斷層要素?cái)鄬觾A角下盤斷層走向斷層面上盤相對移動(dòng)方向正斷層(normal fault)逆斷層(reverse fault)平移斷層(parallel fault)2、斷層基本類型 斷層的形成和分布，不是弧立的現(xiàn)象。它受區(qū)域性或地區(qū)性地應(yīng)力場的控制，并經(jīng)常與相關(guān)構(gòu)造相伴生。各構(gòu)造之間，總是依一定的力學(xué)性質(zhì)，以一定的排列方式有規(guī)律地組合在一起，形成不同形式的斷裂帶，又叫斷層帶，是局限于一定地帶內(nèi)的一系列走向大致平行的斷裂組合，如地塹、地壘、迭瓦狀構(gòu)造等。 地塹常形成狹長的凹

13、陷地帶，如汾河河谷、渭河河谷等。 地壘多形成山地，如天山、阿爾泰山等。3、斷層組合分類傾向不同的正斷層形成地塹傾向相同的正斷層形成地壘傾向相同的逆斷層形成疊瓦狀構(gòu)造對大型工業(yè)民用建筑選址不利對大型橋位選址不利 對道路選線若與斷層走向平行易產(chǎn)生邊坡滑塌 對隧道工程易產(chǎn)生洞頂坍落 對區(qū)域穩(wěn)定性的影響不利4、斷層的工程地質(zhì)評價(jià):A臺易產(chǎn)生順層滑動(dòng)B臺位于斷層帶上C臺較為有利5、斷層的識別 地層界限不連續(xù)或巖層中斷 巖層不對稱重復(fù)或缺失 斷層破碎帶及構(gòu)造巖 擦痕 牽引構(gòu)造及伴生節(jié)理 地貌標(biāo)志活斷層：第四紀(jì)以來仍在活動(dòng)的斷層。注：2002年巖土工程勘察規(guī)范指全新地質(zhì)時(shí)期（11.1萬年）以來活動(dòng)著的斷層，且在今后100年可能繼續(xù)活動(dòng)?；顢鄬印驹黾觾?nèi)容】直接危害跨越該斷層的建筑物 例：寧夏石嘴山市紅果子溝和河北薊縣境內(nèi)的兩段長城被錯(cuò)斷。伴有地震發(fā)生的活斷層使較大范圍的建筑物摧毀 例：1906年美國舊金山地震中，圣.安德烈斯斷裂導(dǎo)致一座27m高的水壩潰壩?；顢鄬訉こ痰奈：Γ夯顢鄬訁^(qū)的建筑原則：建筑物場址一般應(yīng)避開活斷層；線路工程必須跨越活斷層時(shí)，盡量使其大角度相交；盡可能選擇相對穩(wěn)定的“安全島”，將建筑物布置在斷層的下盤；（例：大亞灣核電站）采取抗震結(jié)構(gòu)和建筑型式。3.6 不整合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，當(dāng)沉積區(qū)處于相對穩(wěn)定的階段，堆積物沉積次序是