工程地质 断裂构造

1、工程地质 断裂构造第1页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三3.地质构造与土木工程的关系。2.断层的要素及主要类型的特征；难 点断层的形成年代教学目标1.了解地震的相关知识；第2页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三地 震第3页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第4页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三一、地震概述震源地下深处发生地震的地点。 震源深度震源到地面上的垂直距离。 第四章 第五节 地震1、地震概念 地震是岩石圈物质在地球内力作用下发生弹性应变，当应变能超过岩石强度时，岩石就会发生破裂或沿原有破裂面急速

2、滑动，应变能以弹性波形式突然释放，使岩石圈剧烈震动的地质现象。第5页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三震中震源垂直投影在地面上的地点。 震中距地面上受地震影响的任何一点到震中的距离。 震中区是地震破坏程度最大的区域。 震域地震在地面上波及的地区。 第四章 第五节 地震第6页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三二、地震的震级与烈度（一）地震的震级（M） 地震能否使某一个地区建筑物受到破坏取决于地震能量的大小和该建筑物区域距震中的远近。用震级和烈度两个指标来反映地震能量大小和震动强烈程度。 地震震级是以地震过程中释放出来的能量总和来衡量的。第四章 第五节

3、地震1.里氏震级 李希特给出（C.F.Richter）1935年的震级的原始定义： 震级是指距震中100km的标准地震仪所记录的以微米表示的最大振幅（A）的对数值，其表达式： ML = LogA第7页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三3.震级与能量2.面波震级 目前，震级多以面波震级为标准，用MS表示。级地震的能量相当于2106J，每增大一级，能量约增大30倍。一个7级地震释放的能量相当于30个20000t级的原子弹。 由于地震是地壳能量的释放，震级越高，释放能量越大，积累的时间也越长。 美国旧金山及其周围地区，平均一个世纪才可能发生一次强烈的地震。第四章 第五节 地震第

4、8页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三 对浅源地震震中烈度（I）与震级的关系可用经验公式表示： M = 0.58I + 1.5 一次地震，震级只能有一个；而烈度可以有若干个。震中烈度最大，向外呈椭圆形缩减，长轴方向一般平行于构造。（二）地震的烈度（）1、地震烈度及其影响因素 地震的烈度是指地面以及各类建筑物的破坏程度。 地震的烈度的大小与震级、震源深度、震中距、地震波的传播介质及地质构造条件有关。（1）震级高，烈度大；（2）震源深度小，烈度大；（3）震中距近，烈度大；震中烈度最大。第四章 第五节 地震第9页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三2.地震烈

5、度表 为了表示地震的影响程度，必须有一个烈度评定标准，即地震烈度表，它把宏观现象（人的感觉，器物反映、建筑物及地表破坏程度等）和定量指标，按统一标准，把相同或近似的情况划分在一起，来区别不同烈度的级别。 目前多数国家采用12度的烈度表，欧洲有些国家采用10度的，日本采用8度的烈度表。 第四章 第五节 地震第10页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三中国地震烈度表 （简要） 度； 无感，仅仪器能记录到； 度； 个别敏感的人在完全静止中有感； 度； 室内少数人在静止中有感，悬挂物轻微摆动； 度；室内大多数人，室外少数人有感，悬挂物摆动，不稳器皿作响； 度； 室外大多数人有感，家

6、畜不宁，门窗作响，墙壁表面出现裂纹 度； 人站立不稳，家畜外逃，器皿翻落，简陋棚舍损坏，陡坎滑坡； 度； 房屋轻微损坏，牌坊，烟囱损坏，地表出现裂缝及喷沙冒水； 度； 房屋多有损坏，少数破坏路基塌方，地下管道破裂； 度； 房屋大多数破坏，少数倾倒，牌坊，烟囱等崩塌，铁轨弯曲； 度； 房屋倾倒，道路毁坏，山石大量崩塌，水面大浪扑岸； 度； 房屋大量倒塌，路基堤岸大段崩毁，地表产生很大变化； 度； 一切建筑物普遍毁坏，地形剧烈变化动植物遭毁灭。震级与烈度统计对应关系震中烈度：震 级：1.92.53.13.74.34.95.56.16.77.37.98.5第11页，共57页，2022年，5月20日，

7、19点56分，星期三3.基本烈度 基本烈度是指某一地区在以后一定期限内（50100年）可能遭遇的地震最大烈度。是中长期地震预报在防震、抗震上的具体估量。5.场地烈度 场地烈度是建筑物场地地质构造、地形、地貌和地层结构等工程地质条件对建筑物震害的影响产生的烈度。4.设计烈度 以基本烈度为基础，根据地质、地形及建筑物的重要性按抗震设计规范作适当调整的烈度。第四章 第五节 地震第12页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三三、地震的类型1、按震源深度分浅源地震（0-70km）中源地震（70-300km）深源地震（300km）2、按震级与人的关系分微震（2级，人感觉不到）有感地震（2

8、-5级）破坏性地震（5级）3、按地震成因天然地震人为地震第四章 第五节 地震第13页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三四、中国的地震分布1.中国地震的活动特点地震活动分布广地震活动频度高地震震源深度浅2.地震的空间分布台湾地震带西南地震带天山地震带西北地震带华北地震带东南地震带3.地震的时间分布地震活动期地震宁静期第四章 第五节 地震第14页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第四章 第六节 断层第六节 断层 断层不仅对岩体的稳定性和渗透性、地震活动和区域稳定有重大的影响，而且是地下水运动的良好通道和汇聚的场所。在规模较大的断层附近或断层发育地区，常赋

9、存有丰富的地下水资源。 指岩体在构造应力的作用下发生断裂，且断裂面两侧岩体有明显相对位移的构造现象，它是节理的扩大和发展。第15页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第四章 第六节 断层一、断层要素断层面：两侧岩块发生相对位移的断裂面。断层线：断层面与地面的交线。断盘：断层面两侧的岩块。断距：断层两盘沿断层面移动开的距离。断层面断层线第16页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第四章 第六节 断层断层面产状第17页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三标志层第四章 第六节 断层第18页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星

10、期三电影2012中正在裂开的断层第19页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三二、断层的基本分类第四章 第六节 断层断层的三种基本形式第20页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三正断层上盘下降第四章 第六节 断层1.正断层：正断层一般是由于岩体受到水平张力及重力作用，使上盘沿断层面向下错动而成。其断层线较平直，断层面倾角较陡，一般大于45。 断层特征： a.由于受水平张力作用，断层面较粗糙，擦痕一般不太发育，产状较陡； b.其破碎带中常形成棱角明显的断层角砾岩。 第21页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三上盘上升逆断层第四章 第六节

11、断层2.逆断层：逆断层是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用，使上盘沿断层面向上错动而成。断层线的方向常与岩层走向或褶皱轴的方向近于一致，和压应力作用的方向垂直。逆断层的倾角变化很大。断层特征：a.是由挤压作用产生的，断层面呈舒缓波状，断层擦痕较发育。b.断层破碎带中角砾岩常被压扁，棱角不明显。c.断层面倾角大小不等，45为高角度逆断层，45为低角度逆断层, 25的称辗掩断层。第22页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三水平错动平推断层第四章 第六节 断层3.平推断层：其断层面倾角很陡，常近于直立，断层线平直延伸远，断层面上常有近于水平的擦痕。断层特征：a.产状较陡，常近于

12、直立。b.断层面一般平直光滑，常具水平擦痕。c.破碎带中有剪裂破碎岩石，常被碾磨成粉状物质，称为断层泥。第23页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三4、推覆构造断层面倾角十分低缓（一般小于30），相对推移距离很大的低角度逆断层。 其特征是：断层上盘推移较远，与原地基岩不是一个整体，属外来岩体，称为推覆体。第四章 第六节 断层第24页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三三、断层的组合形态 断层很少孤立出现，往往由一些正断层和逆断层有规律地组合成一定形式，形成不同形式的断层带。如阶梯状断层、地堑、地垒和叠瓦式构造。地垒与地堑迭瓦式构造第四章 第六节 断层第2

13、5页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三四、断层的野外识别 1.地貌上的反映 上升盘的前缘可能形成陡峭的断层崖，如果经剥蚀，就会形成断层三角面地形。另外，山脊错断、断开，河谷跌水瀑布，河谷方向发生突然转折等，很可能均是断裂错动在地貌上的反映。第四章 第六节 断层第26页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第四章 第六节 断层a-断层崖剥蚀成冲沟；b-冲沟扩大，形成三角面；c-继续侵蚀，三角面消失第27页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第28页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第四章 第六节 断层2.地层特征

14、若地层发生缺失或不对称的重复，岩脉被错断，或者岩层沿一走向突然中断，与不同性质的岩层突然接触等。走向断层造成地层重复（a、c、e）与缺失（d、b、f） 第29页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第四章 第六节 断层3.断层的伴生构造 断层的伴生构造是断层在发生、发展过程中遗留下来的痕迹。常见的有牵引弯曲、断层角砾、糜棱岩、断层泥和断层檫痕。岩层的牵引弯曲现象第30页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第四章 第六节 断层4.水系 河流遇断层面而急剧改向，甚至发生河谷错断现象。湖泊、洼地呈串珠状排列，往往意味着大断裂的存在；温泉和冷泉呈带状分布往往也断层

15、存在的标志；线状分布小型侵入体。第31页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三5.断层面：一般在剖面（断面上）直接观察，可见到相对较平直的断层面，其上常常具有擦痕、阶步，有的被磨的很光滑，有的面上附着硅质、铁质或碳酸盐矿物薄膜。 第四章 第六节 断层北京西山奥陶系石灰岩断层面上的擦痕与阶步 第32页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三6.断层破碎带：常形成硅化破碎带、断层角砾岩或断层泥，有的具有构造透镜体、糜棱岩及片理化现象。断层破碎带在地表易被风化剥蚀（硅化破碎带除外），常形成负地形（鞍部、沟谷）。第四章 第六节 断层 断层角砾岩 断层磨砾岩 构造透镜体

16、 第33页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三五、地质图上断层性质判定步骤：第四章 第六节 断层1.判定断层位置（依据地质界线不连续和地层不对称重复、缺失或对顶）；2.依据断层产状找出上、下盘；3.依据断层线附近地层新老关系确定上、下盘运动方向；4.依据上下盘运动方向确定断层性质。第34页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三老 新上盘下盘下盘上盘例如： 水平倾斜背斜、走向逆断层水平向斜、横向正断层第四章 第六节 断层第35页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三六、断层的形成时代第四章 第六节 断层 确定断层的形成时代，主要利用断层与不

17、整合面的关系进行。断层形成年代在二叠纪（P）与三叠纪（T）之间 断层的形成年代剖面示意图第36页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第四章 第六节 断层七、活断层1.概念 现今仍在活动或者近期有过活动，不久的将来还可能活动的断层。 “近期”有不同的标准，有的行业规范定为晚更新世（约12万年）以来。国家标准岩土工程勘察规范中规定全新世以来有过地震活动或正在活动、或将来可能继续活动的断裂叫做全新活动断裂。第37页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三活断层对工程的危害主要是活断层的地面错动和活断层快速滑动引起地震两方面。蠕变型的活断层，当变形速率较大时，可能导

18、致建筑地基不均匀沉陷，使建筑物拉裂破坏。突发型的活断层伴随地震产生的错动距离通常较长，多在几十厘米至几百厘米之间，这种危害是无法抗拒的。因此在工程建筑地区有突发型的活断层存在时，任何建筑原则上都应避免跨越活断层以及与其有构造活动联系的分支断层，应将建筑物选择在无断层穿过的位置。第四章 第六节 断层2.活断层对工程建筑的影响第38页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第七节 地质构造与工程的关系第四章 第七节 地质构造与工程的关系成层构造褶皱构造断裂构造水平构造直立构造倾斜构造背斜构造向斜构造节理断层正断层逆断层平移断层第39页，共57页，2022年，5月20日，19点56分

19、，星期三水平、直立岩层一、层状构造与工程的关系第四章 第七节 地质构造与工程的关系（一）与路基工程的关系ab倾斜岩层cd1.当岩层水平、直立或单斜层面（裂隙面）背向路基时，对边坡稳定有利，见图a、b、c；如夹有软弱岩层时，应抹面护壁以防止风化。2.单斜层面及裂隙面倾向路基，且结构面的倾角大于10，其走向又与路线平行或交角较小时对边坡稳定不利；如夹有软弱岩层时，则易形成边坡的坍塌或滑动，见图d、e。 公路路基的主要工程地质问题是：路基边坡稳定性和路基基底稳定性问题。第40页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三节理发育的倾斜岩层第四章 第七节 地质构造与工程的关系 4.断层破碎

20、带的岩体松散，裂隙也很发育，常是地下水活动的通道，加之断层面倾向路基，所以当挖方边坡与断层带平行时，极易产生滑坍（图f）。3.裂隙特别发育的陡坡地段，当有一组或几组裂隙倾向路线时（图e），开挖后常造成边坡崩塌、落石等病害。在构造裂隙中的张性裂隙，对路堑边坡也是极不稳定的因素。ef第41页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三滑石片岩泥质页岩泉及地下水覆盖层与基岩接触 路堑边坡不稳定情况示意图第四章 第七节 地质构造与工程的关系第42页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三（二）与桥基工程的关系 桥基的稳定性与岩层产状、软弱结构面等都有直接关系。当岩层产状倾向

21、下游，其中又带有软弱夹层时，会因水的冲蚀作用而影响基础的稳定性，如果软弱夹层较厚，会使基础产生差异沉降导致墩身歪斜或倾覆。 当两种不同岩层接触，其接触面较陡时，会造成桥基不稳，因为接触面一般多是软弱结构面，故最好是将桥基设计在单一岩层之上。桥基不稳定示意图第四章 第七节 地质构造与工程的关系 桥墩台地基稳定性和冲刷问题是桥梁工程的主要工程地质问题。第43页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三(三) 与隧道工程的关系 岩层的产状及成层条件对洞室的稳定性有很大影响，尤其是岩层的层次多、层薄或夹有极薄层的易滑动的软弱岩层时，对修建地下工程很不利。第四章 第七节 地质构造与工程的关

22、系 隧道工程的主要工程地质问题是：山岩压力及洞室围岩变形与破坏问题、地下水及洞室涌水问题、洞室进出口稳定性问题。第44页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三洞室轴线与岩层走向垂直正交 这种方案一般为较好的洞室布置方案，参见图e，但应注意岩层倾角较平缓，岩层岩性较差、节理裂隙发育的情况，参见图f。第四章 第七节 地质构造与工程的关系第45页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三二、褶皱构造的工程地质评价 褶皱构造的工程地质评价主要是褶皱翼部倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关系问题。（一）深路堑和高边坡1.有利情况：路线垂直岩层走向，或路线与岩层走向平行但

23、岩层倾向与边坡倾向相反时，对路基边坡的稳定性是有利的；2.不利情况：路线走向与岩层的走向平行，边坡与岩层的倾向一致，特别在云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩、千枚岩等松软岩石分布地区，坡面容易发生风化剥蚀，产生严重碎落坍塌，对路基边坡及路基排水系统会造成经常性的危害；3.最不利情况：路线与岩层走向平行，岩层倾向与路基边坡一致，而边坡的坡角大于岩层的倾角，特别在石灰岩、砂岩与粘土质页岩互层，且有地下水作用时，如路堑开挖过深，边坡过陡，或者由于开挖使软弱构造面暴露，都容易引起斜坡岩层发生大规模的顺层滑动，破坏路基稳定。第四章 第七节 地质构造与工程的关系第46页，共57页，2022年，5月20日，19

24、点56分，星期三 横穿向斜层：向斜轴部可能遇到大量地下水及洞室顶板岩块崩落的危险，参见图j。 横穿背斜层：地层压力较小，洞室顶部坍塌少，但应注意若岩层受到剧烈的动力作用会被压碎，参见图k。 重合褶皱轴线：背斜轴部较向斜轴部优越， 可将隧道轴线选在背斜或向斜的两翼，参见图h。（二）隧道轴线穿过褶皱地层第四章 第七节 地质构造与工程的关系第47页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第四章 第七节 地质构造与工程的关系第48页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三第四章 第七节 地质构造与工程的关系第49页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三

25、1.节理将岩石切割成块体，影响岩体的强度和稳定性；2.节理间距越小岩石破碎程度越高，承载力明显下降；3.节理发育增强透水性，加速了岩石的风化，使岩石强度降低；4.节理的存在影响对路基爆破施工的效果，对路堑边坡的开挖有影响；5.若有一组节理倾向公路，无论岩体的产状如何，都容易造成路堑边坡崩塌、落石。第四章 第七节 地质构造与工程的关系三、节理的工程地质评价第50页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三四、断裂构造与工程的关系第四章 第七节 地质构造与工程的关系 在断层分布密集的断层带内，岩层一般都受到强烈破坏，产状紊乱，岩体裂隙增多、岩层破碎、风化严重、地下水多，从而降低了岩石

26、的强度和稳定性；同时，沟谷斜坡崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象发育。 因此，在确定路线布局、选择桥位和隧道位置时，要尽量避开大的断层破碎带。1.路线布局，特别在安排河谷路线时，要注意河谷地貌与断层构造的关系；当路线与断层走向平行，路基靠近断层破碎带时，由于开挖路基，容易引起边坡发生大规模坍塌，直接影响施工和公路的正常使用。2.桥位勘测时，要注意查明桥基部位有无断层存在，及其影响程度如何，以便根据不同情况，在设计基础工程时采取相应的处理措施。第51页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三断层破碎带桥基失稳第四章 第七节 地质构造与工程的关系第52页，共57页，2022年，5月20日，19点56分，星期三A台可能产生顺层滑动C台位于断层带上