隧道工程地质构造

地质构造对隧道施工的影响内容提要：

地质构造对隧道施工的影响节理裂隙发育情况对隧道施工的影响及量测方法地质素描方法钻孔柱状图的记录隧道地质展示图

1地质构造及其对隧道施工的影响岩层产状

岩层产状是指岩层在空间的位置，是用岩层层面的走向、倾向和倾角三个产状要素：走向（strike）；倾向(dip)；倾角（dipangle）。应力及可能的变形不同应力造成的变形、变位现象地质罗盘

岩层产状要素走向：层面与任一假想水平面交线的延伸方向倾向：岩层面倾斜的方向倾角：层面与水平面所夹的最大锐角NESWNE50ºSE45ºSW230ºSE45º岩层产状要素的表示方法

方位角表示方法:205∠27°象限角表示方法:N65°W/25°SW。

N0E90W270S180北极南极NWNESW

SE

1.1水平构构造岩层产产状近近于水水平（（<5度）1.2单斜构构造岩层层层面与与水平平面有有一定定夹角角1.3褶皱构造造褶皱的概概念:组成地壳壳的岩层层受构造造应力的的强烈作作用，使使岩层形形成一系系列波状状弯曲而而未丧失失其连续续性的构构造，称称之。两两种基本本形态：：背斜与与向斜。。背斜和向向斜在平平面和剖剖面上的的表现特特征褶皱对隧隧道施工工的影响响按轴面产产状划分分：直立褶皱皱；倾斜褶皱皱；倒转褶皱皱；平卧褶皱皱。直立褶皱皱倾斜褶皱皱倒转褶皱皱平卧褶皱皱褶皱构造造的工程程评价褶皱地区区地形起起伏大，，特别在在褶皱强强烈地区区，岩层层因受强强烈破坏坏，裂隙隙发育，，倾角大大，在这这种地区区的斜坡坡或坡脚脚进行建建筑时应应注意斜斜坡岩层层的稳定定性。地层中一一些具有有特殊工工程意义义的岩层层，如易易泥化夹夹层、含含水层、、含盐层层等随地地层的褶褶皱而褶褶皱，因因而它们们的空间间分布规规律受褶褶皱形态态的控制制。显然然，褶皱皱的研究究对于如如何避开开上述不不利岩层层，选择择合理的的建筑场场地来说说是一项项关键性性的基础础工作。。褶皱构造造的工程程评价在褶皱的的轴部地地区，由由于岩层层遭受的的构造变变动较大大，裂隙隙发育，，如果地地下建筑筑沿褶皱皱构造轴轴线开挖挖，可能能造成大大量的岩岩石崩落落，尤其其是在向向斜轴部部，由于于裂隙间间的岩块块处于倒倒插状态态，更容容易出现现这种情情况。向斜构造造有利于于地下水水的聚集集，地下下水往往往较多，，压力较较高，如如地下建建筑沿向向斜轴线线开挖，，还可能能出现大大量涌水水的事故故。因此，洞洞址不应应选在褶褶皱(尤其是向向斜)轴部地区区，如果果无法避避开褶皱皱轴部，，洞轴线线应与褶褶皱轴线线垂直或或成大角角度(不小于40的锐角)相交。褶皱构造造的工程程评价在洞轴线线与褶皱皱轴线垂垂直或成成大角度度相交的的情况下下，洞体体将穿越越性质不不同的岩岩层，软软弱结构构面处的的岩体不不稳定，，衬砌比比较困难难；同时时洞体还还可能穿穿越含水水层，出出现涌水水，对施施工不利利。因此此，在褶褶皱地区区洞室的的选址和和决定轴轴线时祁祁应注意意这些不不利条件件。尽管褶皱皱形成较较复杂的的地质条条件，但但是这种种地区基基岩埋深深较浅。。另外，，在褶皱皱地区，，向斜构构造常有有丰富的的地下水水，可作作为供水水水源。。1.4断裂构造岩体与岩岩层受力力作用发发生变形形，当所所受的力力超过岩岩石本身身的强度度时，岩岩石的连连续性和和完整性性遭到破破坏，形形成断裂裂构造。。包括节节理和断断层。节理对隧隧道施工工的影响响剪节理：：剪应力形形成的两两组X型共轭破破裂面。。特征是是产状稳稳定，节节理面平平直、光光滑、闭闭合、间间距小，，密集成成带。张节理：：岩层受拉拉应力产产生的破破裂面，，通常呈呈锯齿状状，产状状不稳定定，延伸伸不远，，张开，，常被岩岩脉、粘粘土等充充填，发发育稀疏疏，间距距大。张节理剪节理（二）节节理发育育程度分分级发育程度等级基本特征节理不发育节理1~2组，规则，为构造型，间距在1m以上，多为密闭节理，岩体切割成大块状节理较发育节理2~3组，呈X形，较规则，以构造型为主，多数间距大于0.4m，多为密闭节理，部分为微张节理，少有充填物。岩体切割呈大块状节理发育节理3组以上，不规则，呈X形或米字形，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m,大部分为张开节理，部分有充填物。岩体切割成块石状节理很发育节理3组以上，杂乱，以风化和构造型为主，多数间距小于0.2m，以张开节理为主，有个别宽张节理，一般均有充填物。岩体切割成碎裂状节理的工工程评价价(1)节理破坏坏了岩体体的整体体性和连连续性，，它的发发育情况况直接影影响岩体体的结构构特性。。节别会会降低地地基的承承载力和和地下建建筑围岩岩的稳定定程度。。节理发发育，特特别是当当节理组组比较多多时，引引起垮塌塌，影响响施工，，增加支支护费用用等。因因此，选选择洞址址对应尽尽量避开开节理发发育。(2)岩石边坡坡的稳定定程度主主要取决决于节理理的性质质和组合合特征，，很多山山崩、滑滑坡等边边坡破坏坏都和节节理有关关。(3)节理裂隙隙改变了了岩石的的渗透性性能，水水沿节理理渗入，，影响地地下结构构物的功功能和稳稳定。(4)在挖方和和采石时时，节理理可以提提高工作作效率，，但在爆爆破时常常因漏气气而降低低爆破效效果。(5)非理发育育的岩石石中，可可以找到到地下水水作为供供水水源源。断层的几几何要素素断层面与与断层破破碎带：产状表表达方法法，附近近节理发发育、常常有充填填。断层线：：遵守“V”字形法则则。断盘：上盘、下下盘，上上升盘、、下降盘盘。断距断层概念念：断层是岩岩石圈中中顺破裂裂面发生生明显位位移的一一种断裂裂构造。。上盘下降降下盘上升升正断层：：上盘沿断断层面相相对下降降，下盘盘相对上上升的断断层。其其断层面面倾角较较陡，一一般在45°以上。正正断层是是由于岩岩体受到到张力及及重力作作用，使使上盘沿沿断层面面向下错错动形成成的；上盘上升升下盘下降降逆断层：：上盘沿断断层面相相对上升升，下盘盘相对下下降的断断层。逆逆断层一一般是由由于岩体体受到水水平方向向强烈挤挤压力的的作用，，使上盘盘沿断层层面向上上错动而而成。断断层面从从陡倾角角至缓倾倾角都有有。其中中断层面面倾角大大于450的称为逆逆冲断层层；介于于250～450之间的称称为逆掩掩断层；；小于250的称为碾碾掩断层层(又叫碾掩掩构造或或推复构构造)。逆掩断断层和碾碾掩断层层常是规规模很大大的区域域性断层层；水平错动动平移（推推）断层层：由于岩体体受水平平剪切作作用，使使两盘沿沿断层面面发生相相对水平平位移的的断层。。平移断断层的倾倾角很大大，断层层面近于于直立，，断层线线比较平平直。叠冲(瓦)式逆掩断断层由若干条条产状基基本一致致的逆掩掩断层组组成，各各条断层层的上盘盘依次向向同一方方向向上上逆冲，，平面上上构成叠叠瓦式(状)。断层的野野外识别别地貌特征征：当断层的的断距较较大时可可能形成成陡峭的的断层崖崖；断层破碎碎带岩石石破碎，，易于侵侵蚀下切切，可能能形成沟沟谷或峡峡谷地形形。山脊错断断、错开开，河谷谷跌水瀑瀑布；河河谷方向向发生突突然转折折，串珠珠状泉水水出露；；华山断层层崖河流改道道泉呈线性性分布断层的野野外识别别地层特征征：如岩岩层发生生重复或或缺失、、岩脉被被错断、、岩层沿沿走向突突然发生生中断或或者不同同性质的的岩层突突然接触触等地层层方面的的特征，，则进一一步说明明断层存存在的可可能性很很大；断层的野野外识别别断层的伴伴生构造造现象：：断层的的伴生构构造是断断层在发发生、发发展过程程中遗留留下来的的形迹。。常见的的有岩层层牵引弯弯曲、断断层角砾砾、糜棱棱岩、断断层泥和和断层擦擦痕等；；正断层逆断层平移断层层断层的工工程评价价断层，尤尤其是活活断层与与工程建建设关系系密切，，主要发发现为以以下几个个方面：：(1)断层是构造应应力集中带，，它使岩石裂裂隙增多，零零乱破碎，岩岩体的整体性性被破坏，其其强度和承载载力明显降低低。(2)断层活动能直直接破坏修建建在它上面或或附近的建筑筑物。例如：：1976年我国唐山地地震时发生的的一条断层，，其水平错距距达3m，错开了道路路、围墙、房房屋等建筑物物(3)断层附近是高高地震烈度区区。在新构造造运动强烈地地区，一些活活断层还可能能是发展断层层，产生强烈烈地震。(4)新断层附近地地表风化强烈烈，而且常成成为地下水的的通道。沿断断层带边坡稳稳定性差，常常发育山崩、、滑坡、地陷陷等不良地质质现象。二、节理裂隙发育育情况对隧道道施工的影响响及量测方法法国际岩石力学学学会实验室室和野外试验验标准化委员员会推荐了节节理研究的内内容，方位（orientation）间距（spacing）延续性（persistence）结构面的粗糙糙程度（roughness）结构面侧壁的的抗压强度；；张开度（aperture）被充填情况（（fillingsituation）渗流（seepageflow）结构面组数（（set）块体大小（size）二、岩体工程程力学特征1基本知识2岩体结构类型型3洞室围岩破坏坏类型1基本知识岩体(rockmass)：结构体（岩石石rock）与结构面的的组合。结构面：岩体中的一切切不连续面。。如断层、节节理、层理、、片理等。岩体结构：结构面和结构构体的组合特特征。地应力：是存在于地壳壳中的未受工工程扰动的天天然应力，也也称岩体初始始应力、绝对对应力或原岩岩应力。二次应力：隧道开挖扰动动后的应力。。围岩：指的是隧道周周围一定范围围内，对洞身身的稳定有影影响的岩（土土）体。岩体结构面原生结构面火成结构面：：流纹面、原原生节理、侵侵入体与围岩岩接触面；变质结构面：：片理、板理理；沉积结构面：：层理、沉积积间断、软弱弱夹层等构造结构面：：节理、断层、、层间错动面面等。次生结构面：：在风化作用、、卸荷作用及及地下水作用用下形成的风风化裂隙、破破碎带、卸荷荷裂隙、泥化化夹层等地应力、围岩岩2岩体结构类型型岩体结构控制制论工程实践表明明，岩体的应应力传播、变变形破坏以及及岩体力学介介质属性无不不受控于岩体体结构。岩体体结构对工程程岩体控制作作用主要表现现在三方面：：岩体的应力传传播特征岩体的变形与与破坏特征工程岩体的稳稳定性岩体变形机制制受岩体结构构控制岩体结构整体状结构碎裂状结构块状结构变形成分主要的岩块压缩变形结构面滑移变形结构体滑移及压缩变形次要的微结构面错动结构体及结构面压缩及结构体性状改变结构体压缩及形状改变侧胀系数小于0.5常大于0.5极微小变形系数结构体压缩及形状改变压密沿结构面滑移控制岩体变形的主要因素岩石、岩相特征及Ⅴ级结构面特征开裂的不连续的Ⅲ、Ⅳ级结构面贯通的Ⅰ、Ⅱ级结构面，主要为软弱结构面岩体的强度取取决于结构面面的强度和岩岩石的强度。。岩体的抗剪强强度包络线介介于结构面强强度包络线和和岩石强度包包络线之间。岩体的破坏机机制也受控于于岩体结构：：结构控制有：：岩体破坏难难易程度、岩岩体破坏的规规模、岩体破破坏的过程及及岩体破坏的的主要方式等等。岩体破坏机制制受岩体结构构控制整块体结构岩体块状结构岩体碎裂状结构岩体散体状结构岩体①张破裂②剪破坏结构体沿结构面滑动①结构体张破裂②结构体剪破裂③结构体流动变形④结构体沿结构面滑动⑤结构