工程地质学课件

1、工程地质学课件 1 第三章第三章 地质构造地质构造 第一节 地质作用 第二节 地质年代 第三节 岩层产状 第四节 褶皱构造 第六节 地质图 第五节 断裂构造 工程地质学课件 2 由自然动力引起地壳的物质组成、内部结构和 地表形态发生变化和发展的作用称为地质作用 。 按动力来源分为： 内力地质作用内力地质作用 (endogenic geological process) 外力地质作用外力地质作用 (exogenic geological process) 第一节 地质作用 工程地质学课件 3 内力地质作用： 由地球内部的能（旋转能、重力能、辐射热能） 引起。 地壳运动岩浆作用变质作用地震作用 内

2、力地质 作用 工程地质学课件 4 地壳运动（tectonism） 水平和升降运动。 工程地质学课件 5 三根大理石柱的升降变化示意图 升降运动(造陆) 水平运动(造山) 第一节 地质作用 工程地质学课件 6 世界上最有名的实例是意大利那不勒斯湾塞拉比斯古庙，建于公元前的古 罗马时代。古庙的废墟中耸立着三根大理石柱，高12米。从底向上的3.6米 石柱表面光滑无痕；再向上2.7米则被虫蛀出许多梨状小孔，有海水浸没的 痕迹；其上的石柱仍完好如初。这个古庙显然是建在陆地上的，曾有一段时 间因地表下沉，石柱没入海内6.3米（下部的3.6米因被海底泥沙或火山灰掩 埋而未受虫蛀）。18世纪时石柱重又升出海面

3、。现在又在下降（可能从19世 纪开始），故石柱的基部已浸没在水中了。 世界上典型的大面积上升的例 子见于北欧的斯堪的那维亚半岛，以半岛的内部上升最快。据阶地和海岸线 的位置计算的上升速率是0.5米/百年。上升的原因，普遍认为是冰川消融后 的减负作用。即：这里原发育大陆冰盖（见前“冰川的恶作剧”一节），实 际上加了个沉重的负载。冰川融掉了，这个负载也去掉了，大地象是“苏醒” 过来似的，发生大面积上升。 我国的华北平原则是现代下沉区。 在河北昌黎县城附近有一指路石碑，标明离县城2.5km，离海边2.5km，而 现在这个碑离海只有1km多了。因为陆地的沉降，原海边的一座古庙已被淹 没。也有人用冰川消

4、融来解释这个现象，认为冰川融化后使海平面上升，所 以低洼的地方就被海水浸没了，并估计这里的海岸线已向陆推进约23 24km. 第二节 地质年代 工程地质学课件 7 地震作用(earthquake) 地内机械能 突然释放，以弹 性波的形式传播 到地表引起猛烈 冲击。 汶川地震 工程地质学课件 8 岩浆作用（magmatism） 岩浆形成、运动、 演化、冷凝。 工程地质学课件 9 变质作用(metamorphism) 在高温、高压并有化学物质参与下，岩石发 生成分、结构构造的变化，生成新的岩石。 工程地质学课件 10 各种内力地质作用是相互关连的 构造运动形成断裂，引起地震，并为岩浆活 动创造通道

5、。 构造运动和岩浆活动引起变质作用。 地壳运动在内力地质作用中起主导地位地壳运动在内力地质作用中起主导地位。 工程地质学课件 11 外力地质作用： 由太阳辐射能引起，产生大气环流，形成水的循 环，动植物生长，在运动的过程中改造地表。 工程地质学课件 12 外力地质作用的营力： 河流的侵蚀； 地下水的潜蚀； 风的吹蚀； 冰川的刨蚀等。 湖泊海洋的冲蚀; 工程地质学课件 13 一般按风化剥蚀搬运沉积硬结成岩的程 序进行 风化 (weathering)： 在地表环境下由于大气、水、生物等作用，岩石 在原地分解和破坏。 剥蚀(denudation)： 各种地质营力，在运动过程中对地表岩石产生 破坏，并

6、把破碎分解了的产物剥离原地。 工程地质学课件 14 搬运(transportation) 拖曳搬运 悬浮搬运 溶解搬运 硬结成岩(diagenesis) 压实 胶结 重结晶 沉积(sedimentation) 机械沉积 化学沉积 生物化学沉积 工程地质学课件 15 外力地质作用主要影响因素是：气候和地形。 我国温度带的划分图 工程地质学课件 16 我国干湿地区划分图 工程地质学课件 17 潮湿气候区：河流、湖泊、地下水发育，风化 彻底。如东南沿海。 干旱气候区：暴雨，风力强，咸水湖。 如西北高原。 冰冻气候区：气温低，蒸发量小，生物稀少， 冰川盘踞。如两极和高山地区。 工程地质学课件 18 中

7、国地势分布示意图 工程地质学课件 19 大陆以剥蚀剥蚀为主，海洋以沉积沉积为主。 山区以剥蚀剥蚀为主，平原以沉积沉积为主。 工程地质学课件 20 内力和外力地质作用的关系： 内力地质作用决定地表的基本形态和内部 构造地表形态的塑造者 外力地质作用破坏和重塑地表形态地 表形态的雕刻者 地壳上升时，遭受剥蚀。 地壳下降时，接受沉积。 工程地质学课件 21 绝对年龄：通过放射性元素蜕变周期测定。 适用于岩浆岩、变质岩地区。钾-氩、铀-铅和碳 -14。 第二节 地质年代 式中：t岩石实际地质年龄； 衰减系数，每年每克母体同位素能产生的字体同位素的 克数； D岩石中放射性元素蜕变而成的子体同位素含量；

8、N岩石中放射性元素蜕变后剩余的母体同位素含量。 N D 1ln 1 t 工程地质学课件 22 第二节 地质年代 相对年代：适用于沉积岩地区。 地层层序律 古生物层序律 岩性对比 地质体接触关系 工程地质学课件 23 地层接触关系 层状地层接触关系 整合接触(conformity)：时间上连续，产状上一致。反映地壳 连续均匀下降。 工程地质学课件 24 平行不整合 (disconformity)： 时间上不连续，产状一致。 反映地壳间断上升。 工程地质学课件 25 角度不整合(discordant)： 时间上不连续，产状不一致。 反映地壳剧烈运动。 工程地质学课件 26 2. 岩浆岩与围岩接触关

9、系 侵入接触 沉积接触 侵入与沉积接触 工程地质学课件 27 地质年代单位：宙、代、纪、世、期(从大到小) 地层单位：宇、界、系、统、阶(从大到小) 地质年代单位和地层单位 工程地质学课件 28 地质年代表 工程地质学课件 29 地质年代表 工程地质学课件 30 地质年代表 显 生 宙 工程地质学课件 31 地质年代表 显 生 宙 工程地质学课件 32 地质年代表 相对年代绝对年 龄 (百万年) 主要构 造运动 我国地史简要特征 宙代纪世 隐 生 宙 元古 代(Pt) 晚元古代 震旦纪 （Z） 800 晋宁运 动 吕梁运 动 五台运 动 元古代地层在我国分布广、 发育厚度大，出露好。华北 地区

10、主要为未变质或浅变质 的海相硅镁质碳酸盐岩及碎 屑岩类夹火山岩。华南地区 下部以陆相红色碎屑河湖相 沉积为主，上部以浅海相沉 积为主，含冰碛物为特。低 等生特开始大量繁殖。菌藻 类化石较丰富 青白口 纪(Qn） 1000 中元古代 蓟县纪 （Jx） 1400 长成纪 (Ch） 1900 早元古代2500 太古代（Ar）4000 太古代构造运动频繁，岩浆 活动强烈，侵入岩和火山岩 和火山岩广泛分布，岩石普 遍变质很深，形成古老的片 麻岩、结晶片岩、石英岩、 大理岩等。构成地壳的古老 基底。目前已知最古老岩石 的年龄为45.8亿年。最老的 菌化石为32亿年 地球初期发展阶段 工程地质学课件 33

11、水平岩层 (horizontal stratum) 第三节 岩层倾向 水平构造的地貌景观（阶梯 状陡崖） 工程地质学课件 34 倾斜岩层(tilted stratum) 单斜构造的力学成因 图 4-3 地层层序 (a) 正常层序；(b) 倒转层序 工程地质学课件 35 产状三要素(elements of attitude) 走向(strike)：岩层面和任一假想 水平面交线的延伸方向。 倾向(dip)：岩层的倾斜方向。与 走向线垂直。只有一个。 倾角(dip angle)：岩层层面与水平 面的最大锐角。 表示方法 ： 走向和倾向用方位角表示(可 只表示倾向)，倾角用度数。如 SW200、SE1

12、10 、 。 30 工程地质学课件 36 褶皱构造 (fold) 工程地质学课件 37 (a) (b) (c) 图 4-5 褶曲的力学成因 (a)水平挤压力；(b)垂直作用力；(c)力偶作用 工程地质学课件 38 褶曲要素： 核部(core) 两翼(limb) 轴面(axial plane ) 轴线(axial line) 枢纽(hinge) 图 4-6 褶曲要素示意图 工程地质学课件 39 褶皱构造基本形态： 背斜(anticline)：岩层向上弯曲，核部老，两翼新。 向斜(syncline)：岩层向下弯曲，核部新，两翼老。 工程地质学课件 40 按轴面产状分： 直立倾斜倒转平卧 工程地质学

13、课件 41 水平倾伏 按枢纽产状分： 按褶曲长短轴的比例分： 图 4-10 穹隆和构造盆地 (a)穹隆；(b)构造盆地 工程地质学课件 43 褶皱构造野外观察方法 背斜成谷 向斜成山 穿越法穿越法：垂直于岩层走向观察。 追踪法追踪法：平行于岩层走向观察。 工程地质学课件 44 褶皱构造的工程地质评价： 对深路堑和高边坡 对隧道工程 褶曲构造与隧道位置选择 1、3-不利；2-较好山坡岩层地质构造的影响 a- 向斜山；b- 背斜山；c- 单斜山 1- 有利情况；2- 不利情况 工程地质学课件 45 工程地质学课件 46 工程地质学课件 47 fracture 工程地质学课件 48 断裂构造的力学机

14、制 工程地质学课件 49 断裂构造的形成 工程地质学课件 50 断裂构造的分类 节理（裂隙） 断层 次生节理 张节理 剪节理 构造节理 原生节理 平移断层 逆断层 正断层 工程地质学课件 51 裂隙裂隙 (fissure): 也称节理节理 (joint)，是未发生明显位移的断裂。 原生裂隙:岩石在成岩过程中形成的裂隙。 次生裂隙:包括风化裂隙、卸荷裂隙等。 构造裂隙:由于地壳构造运动而形成的裂隙。 分为张裂隙和剪裂隙。 工程地质学课件 52 表 4-2 裂 隙 发 育 程 度 分 级 表 一定一定 工程地质学课件 53 裂隙调查、统计和表示方法： 选择代表性的基岩露头,对一定面积内的裂隙进行测

15、量。 表 4-3 裂 隙 野 外 测 量 记 录 表 图 4-12 裂隙玫瑰图 （a）裂隙走向玫瑰图；（b）裂隙倾向玫瑰图 工程地质学课件 54 裂隙的工程地质评价: 对路堑边坡对路堑边坡 裂隙主要发育方向与路线走向平行,倾向与边 坡一致时,易发生崩塌等不稳定现象。 工程地质学课件 55 断层断层 (fault): 有明显位移的断裂。 断层要素: 断层面（带） 断盘 断距 工程地质学课件 56 断层基本类型 正断层 (normal fault) 逆断层 (reverse fault) 平移断层 (parallel fault) 工程地质学课件 57 断层组合形式 叠瓦式断层 工程地质学课件 5

16、8 按断层走向与岩层走向的关系分： 走向断层F1 倾向断层F2 斜交断层F3 工程地质学课件 59 按断层与褶皱轴的关系分： 纵向断层 横向断层 斜向断层 F3 F3 工程地质学课件 60 断层的识别 地层界限不连续或岩层中断 工程地质学课件 61 岩层不对称重复或缺失 工程地质学课件 62 断层破碎带及构造岩 擦痕 牵引构造及伴生节理 工程地质学课件 63 地貌标志 工程地质学课件 64 活断层： 第四纪以来仍 在活动的断层。 注：1994年岩土工程 勘察规范指全新地质 时期（11.1万年）以 来活动着的断层，且在 今后100年可能继续活 动。 第四节 活断层 工程地质学课件 65 活断层的

17、活动方式： 突然错动（黏滑型）伴随地震发生。 发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强， 危害大。 缓慢蠕动（蠕滑型）不直接产生地震。 发生在强度较低的软岩中，断层带锁固能力弱， 危害小。 工程地质学课件 66 活断层对工程的危害： 直接危害跨越该断层的建筑物 例：宁夏石嘴山市红果子沟和河北蓟县境内的两段长 城被错断。 伴有地震发生的活断层使较大范围的建筑物摧毁 例：1906年美国旧金山地震中，圣.安德烈斯断裂导 致一座27m高的水坝溃坝。 工程地质学课件 67 活断层的标志: 地层标志 地貌标志 水文地质标志 历史地震 2-3 3-4 图 4-22 山东郯城窑上村活动断层剖面 K W-上白垩

18、系砂岩夹页岩； Q -下更新统泥质砂岩； Q -中、上更新统粉土； Q -上更新统及全新统洪坡积物 工程地质学课件 68 断层的工程地质评价: 对大型工业民用建筑选址不利 对大型桥位选址不利 对道路选线若与断层走向平行易产生边坡滑塌 对隧道工程易产生洞顶坍落 对区域稳定性的影响不利 工程地质学课件 69 活断层区的建筑原则： 建筑物场址一般应避开活断层； 线路工程必须跨越活断层时，尽量使其大角度 相交； 尽可能选择相对稳定的“安全岛”，将建筑物 布置在断层的下盘；（例：大亚湾核电站） 1. 采取抗震结构和建筑型式。 工程地质学课件 70 地质图(geological map)的种类： 普通地质图 地貌及第四纪地质图 工程地质图 水文地质图 地质平面图 地质剖面图 地层柱状图 第五节 地质图 工程地质学课件 71 各种地质界面在地质图上的表现: 工程地质学课件 72 倾斜构造（V字形法则） 1.倾向反，同弯曲且曲率小。 工程地质学课件 73 2. 倾向同，倾角大，反弯曲。 工程地质学课件 74 3. 倾向同， 倾角小，同弯曲 但曲率大。 工程地质学课件 75 水平岩层和倾斜岩层地质图 练习：练习： 地质图分析 工程地质学课件 76 褶皱在地质图上的表现： 水平褶曲倾伏褶曲 工程地质学课件 77 断层构造在