工程地质与土力学第2章-地质构造课件

1、2. 地质构造1.水平构造、单斜构造及其产状2.褶皱构造3.断裂构造4.不整合构造5.地质图的阅读与分析工程地质及土力学2.1 地质年代 岩层的地质年代有绝对地质年代和相对地质年代两种表示方法，表示地质事件发生的先后顺序为相对年代，表示地质事件发生至今的年龄称为绝对年代（同位素年龄）。相对地质年代不能说明岩层形成的确切时间，但能反映岩层形成的自然阶段，从而说明地壳发展的历史过程，故在地质工作中，一般以应用相对地质年代为主。1相对地质年代的确定方法（1）地层层序律地层：一定地质时期内所形成的层状岩石的总称。未经过构造运动改造的层状岩层大多是水平岩层，水平岩层的层序为每一层都比它下伏的相邻层新而比

2、它上覆的相邻层老，为下老上新，即具有地层层序律,如图2-1。但岩层因构造运动而发生倾斜但未倒转时，倾斜面以上的岩层新，倾斜面以下的岩层老，此时应要仔细研究沉积岩的泥裂、波痕、递变层理、交错层等原生构造来判别岩层的顶、底面，如图所示。图2-1 正常层位 图2-2 变动层位15代表岩层由老至新15代表岩层由老至新 正常层序：上新下老。或上顶下底。倒转层序：上老下新。或上底下顶。新 老2递变层理：下粗上细 顶粗底细3、对称波痕： 尖棱状波峰指示顶面方向，波谷的圆弧则是指向岩层底面顶尖底圆4泥裂（龟裂）：在剖面上呈“V”字型；开口示顶、尖端示底 顶宽底窄5雨痕、冰雹痕：凹面为顶、凸面为底（凹坑） 顶凹

3、底凸6.冲刷痕迹: 固结或半固结的沉积岩层, 在露出水面或在水下时, 因流水的冲刷而在沉积岩层的层面上造成沟、槽和浅坑等凹凸不平的冲刷痕迹, 新岩层中含有老岩层的砾石（底砾岩），据此可以用来确定岩层的顶面和底面。（2）生物层序律沉积岩中保存的地质时期生物遗体和遗迹称为化石。在漫长的地质历史时期内，生物从无到有、从简单到复杂、从低级到高级发生不可逆转的发展演化。因此不同地质时代的岩层中含有不同类型的化石及其组合，而在相同地质时期的相同地理环境下形成的地层，含有相同的化石，这就是生物层序律。（3）切割律不同时代的岩层或岩体常被侵入岩侵入穿插，就侵入岩与围岩相比，侵入者时代新，被侵入者时代老，这就是

4、切割律，即包裹者新，被包裹者老，如图所示。 (a) 侵入接触 (b) 沉积接触地层切割律6123451最早形成3侵入12侵入1和3，晚于34切割2和3，形成晚于2和35切割1、2、4，晚于46覆盖15，最晚形成2绝对地质年代的确定方法自20世纪30年代发现了元素的放射性后，同位素地质年代测定方法得到越来越广泛的应用。基本原理是基于放射性元素具有固定的衰变系数(衰变系数代表每年每克母体同位素能产生的子体同位素的克数)，而且矿物中放射性同位素蜕变后剩余的母体同位素含量N与蜕变而成的子体同位素含量D可以测出，根据下列公式： 地层间的接触关系，是构造运动和地质发展历史的记录。整合接触不整合接触 上、下

5、地层在沉积层序上没有间断, 岩性和所含化石都是递变的, 上、下岩层的产状平行一致, 它们是连续沉积形成的。 上、下地层之间的层序有沉积间断, 即先后沉积的地层之间缺失了部分地层, 这种上、下地层之间的接触关系平行不整合角度不整合2.2 地层接触关系1.平行不整合（假整合） 不整合面上下两套岩层之间的地质年代不连续，缺失沉积间断期的岩层，但彼此的产状是一致的。下降接受沉积，形成连续沉积层地壳上升，D层露出水面，接受剥蚀D层被剥蚀完，C层开始受到剥蚀地壳再次下降接受沉积，形成E层下降沉积上升、接受剥蚀，沉积间断再下降, 再沉积不整合面2.角度不整合 角度不整合不仅不整合面上、下两套岩层的地质年代不

6、连续，而且两者的产状也不一致。角度不整合不整合面（1）角度不整合的特点1234 上、下两套地层之间有沉积间断, 缺失部分地层；上、下两套地层的岩层产状不一致；在不整合面上常有底砾岩、古风化壳、古土壤层等； 上覆较新地层的底面与不整合面基本平行, 而下伏较老地层的岩层面与不整合面相截交。 层间结构差，地下水发育的含水层，为软弱夹层下降, 接受沉积，形成1-4连续层地层褶皱上升、断裂、岩浆活动、岩石变质（露出水面部分）接受剥蚀, 沉积间断再次下降, 接受沉积，形成不整合反映了在上覆地层沉积之前, 下伏地层曾发生过构造变形运动（2）角度不整合的形成过程地层接触关系示意图a、整合接触；b、假整合接触；

7、c、不整合接触；d、沉积接触；e侵入接触；f、断层接触地层接触关系地层接触关系 整合接触 不整合接触 平行不整合接触 角度不整合 工程地质及土力学 1.4地质年代表二、地质年代表地质年代单位地层年代单位宙、代、纪、世、期宇、界、系、统、阶新生早晚三四纪，六千万年喜山期；中生白垩侏叠三，燕山印支两亿年；古生二叠石炭泥，志留奥陶寒武系；震旦青白蓟长城，海西加东到晋宁。 地质年代表工程地质及土力学 1.4地质年代表 把地层、地貌和地质构造用专门的符号按一定的比例、颜色、线条表示在地形图上的图件就是地质图。2.2 地质图的阅读与分析 从地质图上可以全面了解一个地区的地层顺序及时代、岩性特征、地质构造（

8、褶皱、断层等）、矿产分布、区域地质特征等内容。是指导生产实践，进行区域地质、地理、自然环境研究的重要资料。1.地质图的种类1.普通地质图 是表示某地区的地形、地层岩性和地质构造条件的基本图件。根据普通地质图可编绘其他地质图。2.工程地质图 根据不同的工程地质条件，为各种工程专门编制的地质图。它一般是在普通地质图的基础上，增加与各种工程建筑有关的工程地质内容。 3.水文地质图 是表示一个地区水文地质条件和地下水形成、分布规律的地质图件。4.第四纪地质图 根据一个地区的第四系松散沉积物成因、形成的年代、成分、地貌的类型、岩性及分布情况而编制的综合图件。2.地质图的构成地质平面图地质柱状图地质剖面图

9、图 例*地质图（图名）比例尺责任表3.地质图一般的阅读步骤1.先图外2.后图内图名、比例尺、图例先地形后地质地形特点、水系发育特点等 地层与岩石：地层时代、层序和岩石类型、性质和岩层、岩体的产状、分布等； 地质构造：褶皱、断裂、岩浆岩体产状； 分析该区的地质发展史第二节岩层及岩层的产状一、岩层概念岩层指由同一岩性组成的，有两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。岩层的产状指岩层在地壳中的空间方位。是以岩层面的空间方位及其与水平面的关系来确定的。二、岩层产状1.产状三要素走向、倾向、倾角任何构造面或地质体的界面，也可以通过测定这三个要素来确定其产状 。岩层的产状指岩层在地壳中的空间方位。是以岩

10、层面的空间方位及其与水平面的关系来确定的。水平面abdce 走向线 倾斜线 倾向 -倾角a 走向 岩层面与水平面的交线即走向线两端所指的方向。（两个方位角，相差180）产状要素倾向 垂直于走向线沿层面向下所引的直线（倾斜线）在水平面上的投影所指方向。走向 = 倾向 90倾角 岩层面与水平面的夹角。 (090）岩层产状要素的测定，一般在野外用罗盘仪（袖珍经纬仪）来测定。2.产状要素的测量方法地质工作者在野外测量岩层产状 长线代表走向，短线代表倾向，数字是倾角。（长短线必须按实际方位标绘在图上）； 岩层水平（05）； 岩层直立（箭头指向较新岩层）； 岩层倒转（箭头指向倒转后的倾向，即指向老岩层，数

11、字是倾角) 30303.产状要素的表示方法按产状可分为分类水平岩层倾角5倾斜岩层倾角585直立岩层倾角85岩层指由同一岩性组成的，有两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。2.3 岩层构造1.水平构造水平构造一般出现在地壳运动影响轻微的地区。前提：岩层没有发生倒转水平岩层特征 新岩层在上，老岩层在下； 岩层的厚度等于岩层顶、底面标高之差； 岩层的露头宽度决定于岩层的厚度和地面坡度；地质界线，在地质图上与地形等高线平行或重合，而不相交。2.倾斜岩层倾斜岩层往往是某种构造形态的一部分。倾斜岩层按倾角a的大小又可分为：缓倾岩层，a30陡倾岩层，30a60陡立岩层，a60单面山3.直立岩层直立岩层一

12、般出现在构造强烈的地区。 直立岩层的地质界线是沿其走向作直线延伸，不受地形影响。水平岩层()、直立岩层()和倾斜岩层()的露头形态及其在平面图上的表现一褶皱现象 褶皱构造：层状的岩石经过变形后，形成弯弯曲曲的形态，但岩石的连续完整性没有受到破坏，这种构造叫褶皱构造。大部分为水平挤压形成。第四节：褶皱构造褶曲：是褶皱的基本单位，是褶皱中的一个弯曲。 褶曲的基本形态：从形态上*： 背斜：两翼岩层相背倾斜。形态上是向下弯曲的 向斜：两翼岩层相向倾斜。形态上是向上弯曲的从地层出露关系上： 背斜：核部是老地层，翼部是新地层 向斜：核部是新地层，翼部是老地层S二褶曲的要素1核部：褶曲的中心部位。2翼部：核

13、部两侧的地层3轴面：平分褶曲为两部分的一个假想平面。4轴：轴面与水平面的交线。5转折端：指褶曲从一翼向另一翼过渡的弯曲部分。6. 枢纽：轴面与岩层面的交线。o1褶曲的形态分类按轴面和两翼产状直立褶曲：轴面是直立的，岩层向两侧倾伏。斜歪褶曲：轴面是倾斜的，岩层向两侧倾伏。倒转褶曲：轴面是倾斜的，岩层向一个方向倾斜。平卧褶曲：轴面是水平的。翻卷褶曲：轴面是弯曲的。三褶曲的形态分类5.断裂构造完整岩石破坏节理断层断裂构造外力岩层位移4.3 节 理4.3 节 理1、节理的类型次生节理原生节理张节理非构造节理构造节理剪节理按成因外动力地质作用形成的节理 剪节理：由剪应力产生的破裂面，其主要特征如下： 裂

14、口是闭合的，节理面平直而光滑，常见有滑动擦痕和磨光镜面； 剪节理的产状稳定，沿其走向和倾向可延伸很远； 在砾岩或砂岩中发育的剪节理常切砾石、砂粒、结核和岩脉，而不改变其方向； 剪节理的发育密度较大，节理间距小而且具有等间距性，在软弱薄层岩石中常常密集成带出现。 张节理：由张应力产生的破裂面。大多发育在脆性岩石中，尤其在褶皱转折端等张拉应力集中的部位最发育，它主要有以下特征： 裂口是张开的，剖面呈上宽下窄的楔形，常被后期物质或岩脉填充； 节理面粗糙不平，一般无滑动擦痕和磨擦镜面； 产状不稳定，沿其走向和倾向都延伸不远即行尖灭； 在砾岩或砂岩中发育的张节理常常绕过砾石、结核或粗砂粒，其张裂面明显凹

15、凸不平或弯曲； 张节理追踪X型剪节理发育呈锯齿状。三、节理的工程地质评价 岩石中的节理，在工程上除有利于开采外，对岩体的强度和稳定性均有不利影响。 （1）节理破坏了岩石的整体性，促使风化速度加快； （2）增强岩体的透水性，使岩体强度和稳定性降低。 （3）若节理的主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致，不论岩体的产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌或碎落。在路基施工时，还会影响爆破作业的效果。 所以，当节理有可能成为影响工程设计的重要因素时，应当进行深入的调查研究，详细论证节理对岩体工程建筑条件的影响，采取相应措施，以保证建筑物的稳定和正常使用。挠曲平缓岩层的一段突然变陡而表现出褶皱面的膝状弯曲

16、。膝状褶皱以早期板劈理为变形面发生褶皱，由左到右褶皱形式发生变化，既由膝状-箱状-圆弧状渐变过度膝折两翼平直，转折端尖棱。平缓褶皱褶皱两翼翼间角大于120度。开阔褶皱褶皱开阔圆滑，翼间角大于120度。W型对称褶皱中部褶皱较紧闭，向两侧逐渐开阔，褶皱转折端加厚，翼部减薄。平行褶皱具有共同的曲率中心。外层曲率半径大，曲率小，内层曲率半径小，曲率大。X型剪节理在同一应力场作用下形成的两组剪节理相互交切剪节理节理面平直，沿节理面充填方解石脉，剪节理2节理面平直稳定，沿节理面充填方解石细脉剪节理及派生分支张节理剪节理平直稳定，派生分支张节理与剪节理面呈30度角相交张节理一组与层面平行的张节理，延伸不远，

17、示垂直层面方向的挤压或平行层面的拉伸节理的交切发育两组时代不同而相互垂直的节理，沿节理均充填方解石5.2 断层 地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造称断层。断层是构造运动中广泛发育的构造形态。它大小不一、规模不等，小的不足一米，大到数百、上千千米。但都破坏了岩层的连续性和完整性。 断层因其规模比节理大故在控制固体矿床油气和地下水的运移和储藏对大型工程的地基稳定性的影响以及地震的监测和预报等方面都有着非常重要的实际意义。断层谷（1）、断层要素上盘下盘断层面由走向、倾向、倾角确定。非绝对平面。通常具一定厚度。与地面的交线称断层线。1断层面：岩石断开并籍以滑动的破裂面

18、。一、断层要素2断盘: 岩石断开之后，被分隔为两部分的岩块 断面直立：按方位称谓如走向南北，则称东盘、西盘 断面倾斜：称上盘、称下盘 按运动方式：称上升盘、称下降盘二、断层类型正断层：上盘下降、下盘上升的断层；1、按断层两盘相对运动分类一般为陡倾角断面，多由重力作用和水平张力作用而形成。断层面参差交错，倾角较陡，一般为45 90断层线可延长几百公里，两盘相对位移距离可由几厘米至几十米。断层破碎带较宽，断层角砾。二、断层类型逆断层：上盘上升、下盘下降的断层；进一步细分为： 1、按断层两盘相对运动分类1）低角度逆断层：倾角453）逆冲断层：位移量较大的低角度逆断层（倾角30）4）推覆构造：大型逆冲

19、断层，此时，伴有飞来峰和构造窗。正断层斜长角闪岩中发育的小型正断层，沿断层面贯入岩脉标志层平移断层：两盘岩块沿断层走向作相对水平运动的断层 （也称走滑断层）。 平移断层为受剪切形成的扭性断裂，断层线呈直线，多与褶皱轴斜交。断层面接近直立，断层破碎带较窄沿断层面可见水平擦痕。 2、组合类型 （2）地堑与地垒：是由走向大致相同、倾向相反、性质相同的两条或数条断层组成的。 断层中间岩块为共同的下降盘，两侧断层的断盘依次上升，这种组合形态的断层称为地堑。 断层中间岩块为共同的上升盘，两侧断层的上盘呈阶梯状依次下降，这种组合形态称为地垒。 2、组合类型 （3）叠瓦构造：产状大致相同的一系列平行排列的逆断

20、层组成。5.3、断层存在的标志1.地质体的不连续：沿走向中断、错开，缺失或重复。（2）断层岩：规模较大的断层，常形成断层破碎带，其宽度大小不等，在断层破碎带内常常有断层(构造)角砾岩，糜棱岩、碎裂岩、断层泥、构造片状岩等构造岩。 断层破碎带 构造岩3. 地貌和水文标志 1）断层崖与断层三角面 在断层两盘的相对运动中，上升盘常常形成陡崖。称为断层崖。如峨眉山金顶舍身崖、昆明滇池西山龙门陡崖。当断层崖受到与崖面垂直方向的地表流水侵蚀切割，形成沿断层面分布的三角形陡壁，称为断层三角面。如河南偃师的五佛山。 断层三角面断层崖 3. 地貌和水文标志3. 地貌和水文标志 2）山脊错位与河流改向 正常延伸的

21、山脊突然被错断，往往是断层两盘平移运动的结果；横切山脊走向的平原或盆地与山岭的接触带，往往是断层通过的地方，如太行山前断裂带，使太行山在华北平原西缘拔地而起，成为华北平原的西部屏障；正常流经的河流突然产生急转弯，或一些顺直深切的河谷，都能指示断层延伸的方向。 5.4断层的工程地质评价 断层的存在，从总体上说，破坏了岩体的完整件，断裂面的抗剪强度远低于岩体其它部位的抗剪强度。断层一般从以下几个方面对工程建筑产生影响。 （1）断层降低了地基岩体的强度及稳定性。断层破碎带力学强度低，压缩性增大，会发生较大沉陷，易造成建筑物断裂或倾斜。断裂面是极不稳定的滑移面，对岩质边坡稳定及桥墩稳定常有重要影响。

22、（2）断裂构造带不仅使岩体破碎，而且断层上、下盘的岩性也可能不同，如果在此处进行建筑工程、有可能产生不均匀沉降。 （3）断层位置与线路工程的关系，一般说来线路垂直通过断层比顺着断层方向通过受的危害小；隧道工程通过断裂破碎带地段，易发生坍塌甚至冒顶。 （4）沿断裂破碎带地段易形成风化深槽及岩溶发育带。 （5）断裂构造破碎带常为地下水的良好通道，地下热水的出露也常为断裂构造所控制。另一方面，断裂挤压带也可以成为地下水的隔水墙 （6）构造断裂带在新的地壳运动影响下，可能发生新的移动。因为构造断裂带是地壳表层薄弱地带，若有新的地壳运动发生时，往往引起附近断裂产生新的移动，从而影响建筑物的稳定。 第六节

23、 地 震 定义: 地震是地壳的快速颤动，由地球内 部的不平衡运动(内动力地质作用) 所产生,是一种经常发生的、有规 律的自然灾害地质现象. 特点： 突发性 （ ） 毁灭性（） 连锁性（）二. 6项名词解释1.震源（B):引发地震、释放深部能量的源区2.震中（E）：震源(B)在地表的垂直投影3.震源深度(h):震源到震中的距离()4.震中距():地震台到震中的水平距离()5.震源距（d）：震源到地震台的距离()6.等震线：地表裂度相等的点的连线BEhSd 构造地震 火山地震 陷落地震 诱发地震按成因分类 浅源地震：0300 km 占4%，最深达720km震源深度：构造地震最严重一类，数量多规模大，波及面广，破坏性大，世界90%以上属于此类。本章介绍此类地震及水库诱发地震。 大地震 ：M =7级 强烈破坏地震 中地震： 7M=5 破坏性地震 小地震： 5M=3, 2-4级有感地震 微地震： 3M=1 超地震： M=1 按地震M级大小体波：通过地球本体传播的波面波：体波经过反射、折射后，