第三章 地质构造及其对工程的影响

1、工程地质工程地质地质构造及地质构造及工程地质性质工程地质性质第三章第三章喜马拉雅山脉喜马拉雅山脉地质构造：地质构造：在地壳运动作用下，岩层和岩体中产生在地壳运动作用下，岩层和岩体中产生的变形和位移的形迹。的变形和位移的形迹。地质构造的基本类型：地质构造的基本类型：水平构造、倾斜构造、褶皱构造、断裂构造水平构造、倾斜构造、褶皱构造、断裂构造 3.1 水平构造和单斜构造水平构造和单斜构造水平构造：水平构造：地壳表层沉积的地壳表层沉积的原始岩层，产状原始岩层，产状近于水平（小于近于水平（小于5）的构造。）的构造。水平构造水平构造 3.1 水平构造和单斜构造水平构造和单斜构造 3.1 水平构造和单斜构

2、造水平构造和单斜构造单斜构造：单斜构造：在一定地区内，在一定地区内，岩层的倾斜方岩层的倾斜方向及倾斜角度向及倾斜角度大体一致的岩大体一致的岩层。层。 3.1 水平构造和单斜构造水平构造和单斜构造单斜构造单斜构造 3.1 水平构造和单斜构造水平构造和单斜构造岩层产状岩层产状：岩层在空间的位置：岩层在空间的位置 走向走向岩层层面与水平面交线的方位角。表示岩层在空间延伸的方向。如北东（NE）30或南西（SW）210 倾向倾向垂直走向，顺倾斜面向下引出一条直线，此直线在水平面投影的方位角。表示岩层在空间的倾斜方向。如倾向南东（SE）120倾角倾角岩层层面与水平面所夹的锐角。表示岩层在空间的倾斜角度大小

3、。 3.1 水平构造和单斜构造水平构造和单斜构造岩岩层层产产状状地地质质罗罗盘盘地地质质罗罗盘盘 3.2 褶皱构造褶皱构造褶皱构造褶皱构造：岩层在构造运动作用下产生一系列波状：岩层在构造运动作用下产生一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造。弯曲而未丧失其连续性的构造。 3.2 褶皱构造褶皱构造 3.2 褶皱构造褶皱构造褶曲褶曲：褶皱构造中的一个弯曲。：褶皱构造中的一个弯曲。是褶皱构造的组成单位。 核部：核部：褶曲的中心部分。通常把位于褶曲中央最内部的一个岩层称为褶曲的核。 翼：翼：位于核部两侧，向不同方向倾斜的部分。 轴面：轴面：从褶曲顶部平分两翼的面。 轴：轴：轴面与水平面的交线。轴的方位表示

4、褶曲的方位，轴的长度表示褶曲延伸的规模。 枢纽：枢纽：轴面与褶曲同一岩层层面的交线。枢纽可以反映褶曲在延伸方向产状的变化情况。 3.2 褶皱构造褶皱构造 3.2 褶皱构造褶皱构造背斜背斜向斜向斜褶皱的基本形态：褶皱的基本形态： 背斜：背斜：核部岩层较老，两翼岩层较新。 （岩层向上拱起的弯曲） 向斜向斜：核部岩层较新，两翼岩层较老。 （岩层向下凹的弯曲） 3.2 褶皱构造褶皱构造地形倒置地形倒置剥蚀面剥蚀面 3.2 褶皱构造褶皱构造根据褶皱轴面产状划分根据褶皱轴面产状划分直立褶曲直立褶曲倾斜褶曲倾斜褶曲倒转褶曲倒转褶曲平卧褶曲平卧褶曲 3.2 褶皱构造褶皱构造根据褶曲的轴面产状划分：根据褶曲的轴

5、面产状划分：直立褶皱倾斜褶皱 直立褶曲：直立褶曲：轴面近乎垂直，两翼岩层向两侧倾斜，倾角大致相等。 倾斜褶曲倾斜褶曲：轴面倾斜，两翼岩层向两侧倾斜，两翼岩层的倾角不等。 3.2 褶皱构造褶皱构造根据褶曲的轴面产状划分：根据褶曲的轴面产状划分： 倒转褶曲：倒转褶曲：轴面倾斜，两冀岩层倾向相同，一冀岩层正常，另一冀岩层倒转，即新岩层位于老岩层之下。 平卧褶曲平卧褶曲：轴面近于水平，两冀岩层近于水平，一冀岩层正常，另一冀岩层倒转，即新岩层位于老岩层之下。倒转褶皱平卧褶皱直立褶皱直立褶皱 3.2 褶皱构造褶皱构造倾斜褶皱倾斜褶皱 3.2 褶皱构造褶皱构造倒转褶皱倒转褶皱 3.2 褶皱构造褶皱构造平卧褶

6、皱平卧褶皱 3.2 褶皱构造褶皱构造 3.2 褶皱构造褶皱构造按照褶曲的枢纽产状划分按照褶曲的枢纽产状划分水平褶曲倾伏褶曲 3.2 褶皱构造褶皱构造水平褶曲：水平褶曲：褶曲的枢纽水平展布，两翼岩层平行延伸。倾伏褶曲：倾伏褶曲：褶曲的枢纽向一端倾伏，两翼岩层在转折端闭合。 3.2 褶皱构造褶皱构造倾伏褶皱倾伏褶皱褶皱构造野外观察方法：褶皱构造野外观察方法：背斜成谷向斜成山 穿越法:垂直于岩层走向观察.追踪法:平行于岩层走向观察. 3.2 褶皱构造褶皱构造 3.3 断裂构造断裂构造 岩体受构造应力作用超过其岩体受构造应力作用超过其强度而发生裂缝或错断，破坏了强度而发生裂缝或错断，破坏了岩体的完整性

7、和连续性而形成断岩体的完整性和连续性而形成断裂，称为裂，称为断裂构造断裂构造。 3.3 断裂构造断裂构造裂裂隙隙断断层层 3.3 断裂构造断裂构造裂隙的类型：裂隙的类型： 构造裂隙构造裂隙 非构造裂隙非构造裂隙由（地壳运动产生的）地壳构造应力作用而形成的裂隙 由非构造因素形成的裂隙 3.3 断裂构造断裂构造 张性裂隙张性裂隙剪性裂隙剪性裂隙 构造裂隙构造裂隙 受力作用不同受力作用不同裂隙的类型：裂隙的类型：张性裂隙张性裂隙 3.31 裂隙裂隙剪性裂隙剪性裂隙 3.31 裂隙裂隙共轭剪节理共轭剪节理原生节理次生节理 3.31 裂隙裂隙 非构造裂隙非构造裂隙 原生裂隙原生裂隙 次生裂隙次生裂隙 岩

8、石在成岩过程中形成的裂隙 外力作用形成的裂隙 裂隙调查：裂隙调查： 选择代表性的基岩露头选择代表性的基岩露头,对一定面积内的裂隙进行测量对一定面积内的裂隙进行测量。 3.31 裂隙裂隙裂隙走向玫瑰图裂隙走向玫瑰图 3.31 裂隙裂隙裂隙走向玫瑰图绘制过程：裂隙走向玫瑰图绘制过程： 3.31 裂隙裂隙1、绘制任意半圆，并画上刻度；2、将裂隙分组（5或10）；3、统计每组的裂隙数和平均走向；4、画射线；5、连接端点。裂隙发育程度分级表裂隙发育程度分级表 3.31 裂隙裂隙 3.31 裂隙裂隙断层要素：断层要素： 断裂面：岩石断裂后沿其发生位移的破裂面 断层破碎带：由许多密集的破裂面组成的错动带 断

9、盘：被断层面分开并发生相对位移的岩体 断层线：断层面与地面的交线 断距：断层两盘相对位移的距离和 上盘上盘下盘下盘下降盘下降盘上升盘上升盘 3.32 断层断层断层破碎带断层破碎带 3.32 断层断层断距断距总断距总断距水平断距水平断距铅直断距铅直断距正断层正断层逆断层逆断层平移断层平移断层 3.32 断层断层断层的基本类型断层的基本类型 3.32 断层断层正断层正断层 3.32 断层断层逆断层逆断层 3.32 断层断层平推断层平推断层 3.32 断层断层正断层的组合形式：地垒、地堑、阶梯式断层正断层的组合形式：地垒、地堑、阶梯式断层地堑地垒 地堑：两边岩层沿断层面上升，中间岩层相对下降 地垒：

10、两边岩层沿断层面下降，中间岩层相对上升 阶梯式断层：岩层沿多个相互平行的断层面向同一方向一次下降梯式断层 3.32 断层断层地堑地堑地垒地垒由两条或数条，走向基本一致，倾向相反的正断层组成。地堑地堑地垒地垒中间有共同下降盘中间有共同下降盘中间有共同上升盘中间有共同上升盘 3.32 断层断层地堑地堑地垒地垒 3.32 断层断层阶梯状断层：产状基本一致的正断层平行阶梯状断层：产状基本一致的正断层平行 排列而成，呈阶梯状。排列而成，呈阶梯状。 3.32 断层断层断层的工程地质评价断层的工程地质评价东东 非非 大大 裂裂 谷谷1、断层降低了地基岩体的强度及稳定性。2、断层上、下盘岩性可能不同，造成不均

11、匀沉降。3、对隧道工程易产生洞顶坍落。4、沿断层破碎带易形成风化深槽及岩溶发育带。断层陡坡易发生崩塌。5、断层破碎带常为地下水的良好通道，易发生涌水问题。6、对区域稳定性的影响不利，可能发生新的移动。7、道路选线若与断层走向平行易产生边坡滑塌。 3.4 不整合不整合一、不整合的概念一、不整合的概念 形成年代不相连续的两套岩层重叠在一起的现象，这种构造形迹，称为不整合不整合。不整合不同于褶皱和断层，它是一种主要由地壳的升降运动产生的构造形态。 二、整合与不整合二、整合与不整合 原因：原因：地壳上升时期发生剥蚀作用，地壳下降时期产生沉积作用。 1.整合接触：整合接触： 沉积区处于相对稳定阶段，沉积

12、区连续不断地进行着堆积，这样，堆积物的沉积次序是衔接的，产状是彼此平行的，在形成的年代上也是顺次连续的，岩层之间的这种接触关系。称为整合接触。 3.4 不整合不整合 3.4 不整合不整合整合接触整合接触地壳连续均匀下沉、连续沉积条件下形成 3.4 不整合不整合2、不整合不整合 由于沉积过程发生间断，所以岩层在形成年代上是不连续的，中间缺失沉积间断期的岩层，岩层之间的这种接触关系，称为不整合接触不整合接触。 3.4 不整合不整合三、不整合的类型三、不整合的类型 平行不整合：相邻的新、老地层时代不连续，产状基本一致。 原因：不整合沉积之前，构造运动以垂直升降为主。 角度不整合：地质年代不连续，产状

13、也不一致。 原因：不整合沉积之前，构造运动有褶皱，有断层，运动形式以水平挤压为主。 3.4 不整合不整合平行不整合平行不整合地壳交替升降的结果角度不整合的形成过程角度不整合的形成过程 3.4 不整合不整合反映地壳剧烈运动。 3.4 不整合不整合 3.4 不整合不整合不整合的工程地质评价不整合的工程地质评价1、不整合面常有风化层等存在，层面结合差，容易地下水发育。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，对工程建筑不利。 3.5 岩石与岩体的岩石与岩体的 工程地质性质工程地质性质 岩石岩石：在一定的地质作用下，由一种或多种矿物或石屑组成的自然集合体。成因成因岩浆岩

14、岩浆岩沉积岩沉积岩变质岩变质岩 岩体岩体：工程影响范围内的地质体。 3.5 岩石与岩体的岩石与岩体的 工程地质性质工程地质性质 3.5 岩石与岩体的岩石与岩体的 工程地质性质工程地质性质溪洛渡水电站大坝坝基开挖现场溪洛渡水电站大坝坝基开挖现场 隧道施工现场隧道施工现场甘肃九甸峡水利枢纽厂房后边坡甘肃九甸峡水利枢纽厂房后边坡网格梁加预应力锚索加固工程网格梁加预应力锚索加固工程高陡边坡高陡边坡锚固工程锚固工程一、岩石的工程性质一、岩石的工程性质 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质物理性质物理性质 水理性质水理性质 力学性质力学性质 1 1、物理性质、物理性质（1 1）重量）重量比重（

15、相对密度）：岩石固体颗粒的质量与同比重（相对密度）：岩石固体颗粒的质量与同 体积体积4 4C水的质量之比水的质量之比重度（容重）：岩石单位体积的重量。重度（容重）：岩石单位体积的重量。干重度干重度 饱和重度饱和重度 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质1 1、物理性质、物理性质（2 2）孔隙性）孔隙性岩石的裂隙和孔隙发育的程度岩石的裂隙和孔隙发育的程度孔隙度孔隙度n n：岩石中孔隙的体积与岩石总体积的：岩石中孔隙的体积与岩石总体积的 比，用百分数表示。比，用百分数表示。 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质2 2、水理性

16、质、水理性质（1 1）吸水性）吸水性岩石在浸入水时的吸水能力。岩石在浸入水时的吸水能力。吸水率吸水率W W：岩石在标准大气压下吸入水的质量：岩石在标准大气压下吸入水的质量 （重量）与同体积干燥岩石的质量（重量）与同体积干燥岩石的质量 （重量）之比，用百分数表示。（重量）之比，用百分数表示。取决于岩石所含孔隙、裂隙的数量、大小、取决于岩石所含孔隙、裂隙的数量、大小、开闭程度和分布情况等开闭程度和分布情况等 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质2 2、水理性质、水理性质（2 2）软化性）软化性岩石浸水后，强度和稳定性发岩石浸水后，强度和

17、稳定性发 生变化的性质。生变化的性质。软化系数：岩石在饱和状态下的极限抗压强度软化系数：岩石在饱和状态下的极限抗压强度 和在风干状态下的极限抗压强度的和在风干状态下的极限抗压强度的 比，用小数表示。比，用小数表示。主要取决于岩石的矿物成分、孔隙性和吸水性。主要取决于岩石的矿物成分、孔隙性和吸水性。 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质2 2、水理性质、水理性质（3 3）抗冻性）抗冻性岩石抵抗冻融破坏作用的能力。岩石抵抗冻融破坏作用的能力。常用表示方法：岩石在抗冻试验前后抗压强度常用表示方法：岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率来表示。的降低率来表示。主要取决于岩石的矿物成分、孔隙性和

18、吸水性。主要取决于岩石的矿物成分、孔隙性和吸水性。 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质2 2、水理性质、水理性质（4 4）溶蚀性）溶蚀性由于水的化学作用而把岩石中由于水的化学作用而把岩石中 某些组成物质带走的现象。某些组成物质带走的现象。 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质3 3、力学性质、力学性质变形变形 强度强度 岩石在外力作用下形状或者体积发生变化岩石抵抗外力破坏的能力二、影响岩石工程性质的因素二、影响岩石工程性质的因素 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质矿物成分矿物成分 结构结构构造构造水水风化

19、风化 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质 3.5.1 岩石的主要工程性质岩石的主要工程性质 3.5.2 岩体的主要工程性质岩体的主要工程性质岩体：岩体：赋存于一定赋存于一定地质环境（地应力、地质环境（地应力、地温、地下水等）中地温、地下水等）中，由岩石和结构面组，由岩石和结构面组成的地质体。成的地质体。通常指工程影响范围内的地质体。通常指工程影响范围内的地质体。结构面：结构面：存在于岩体存在于岩体中的各种地质界面。中的各种地质界面。 3.5.2 岩体的主要工程性质岩体的主要工程性质岩岩体体 3.5.2 岩体的主要工程性质岩体的主要工程性质 结构面的划分结构面的划分原生结构面原生结构面 沉积结构面沉积结构面: :层面、层理、沉积间断面、沉积软弱夹层等层面、层理、沉积间断面、沉积软弱夹层等 火成结构面火成结构面: :原生节理、流纹面、与围岩的接触面等原生节理、流纹面、与围岩的接触面等 变质结构面变质结构面: :片理等片理等构造结构面构造结构面 破裂结构面破裂结构面: :断层面、节理、劈理等断层面、节理、劈理等 构造软弱带构造软弱带: :断层破碎带、层间错动破碎带断层破碎带、层间错动破碎带次生结构面次生结构面 风化裂隙、卸荷裂隙等风化裂隙、卸荷裂隙等 3.5.2 岩体