工程地质学基础课件

第一章

绪论

工程地質學(EngineeringGeology):是一門研究與工程建設有關的地質問題，為工程建設服務的地質學科，它是地質學的分支學科，屬於應用地質學的範疇。狹義工程地質勘察學工程地質學基礎區域工程地質學廣義狹義土力學岩石力學土質學一、研究對象

淺表層地質環境工程建築物

兩者關係、適應性、矛盾轉化、解決。保證建築物的安全、經濟和正常使用勘察、分析評價——闡明條件、解決問題——滿足建築物的設計、施工、使用三峽工程規劃圖地面沉降使橋墩錯位二、研究任務①闡明建築地區的工程地質條件；②論證建築物所存在的工程地質問題；③選擇地質條件優良的建築場址；④研究工程建築物興建後對地質環境的影響；⑤提出有關建築物類型、規模、結構和施工方法的合理建議：⑥為擬定改善和防治不良地質作用的措施方案提供地質依據。基本任務：查明工程地質條件；中心任務：工程地質問題的分析、評價工程地質條件：與工程建築物有關的地質條件的綜合。岩土類型及其工程性質地質構造地形地貌水文地質工程動力地質作用天然建築材料

由於不同地區的地質環境不同，工程地質條件不同，對工程建築物有影響的地質因素的主次關係不同。工程地質問題：工程建築物與工程地質條件之間所存在的矛盾或問題。場地工程地質條件不同、建築物內容不同，所出現的工程地質問題也各不相同。房屋工程：地基承載力、沉降、基坑邊坡問礦山開採：邊坡穩定性、基坑突水、礦坑穩定……水利水電工程：滲透變形、水庫滲漏、斜坡穩定性、壩體抗滑穩定性……三、研究內容岩土工程性質的研究研究與工程建築物有關的岩土體的工程地質性質及其變化規律，即分佈規律、成因類型、力學性質等

分支學科：工程岩土學工程動力地質作用的研究研究工程動力地質作用的形成機制、規模、空間分佈及發展趨勢，對由此引起的工程地質問題進行評價、防治和改造分支學科：工程動力地質學工程地質勘察理論和技術方法的研究研究勘察方法的選擇、工作的佈置原則、工作量的分配，勘察技術、方法理論的改進。規範、手冊為指南。分支學科：工程地質勘察、岩土工程勘察。區域工程地質研究為工程規劃設計提供地質依據，進行工程地質區劃

分支學科：區域工程地質學環境工程地質研究研究人類工程活動和地質環境之間的聯結模式，科學預測人類活動對地質環境的影響

分支學科：環境工程地質學四、研究方法

自然歷史分析法數學力學分析法模型模擬試驗法工程地質類比法自然歷史分析法—

地質學分析研究地質體、地質現象、自然地質歷史形成演化。地質基礎工作。基本的研究方法。例如：斜體變形破壞研究。

數學力學分析法—

定量分析計算、評價

針對某一具體問題。地質分析為基礎—

地質模型—

數學模型（理論經驗公式等）—

代入有關參數進行計算。例如：剛體極限平衡法、彈塑性理論方法、數論統計方法、數值分析方法。還如，灰色理論、邏輯資訊、摸糊數學、分形、神經網路等。

模型與模擬實驗法—

仿實體演繹

模型實驗：如滲流、斜坡、地基滲透變形、洞室穩定等方面都可以進行。模擬實驗：如光彈實驗、電網絡模擬（歐姆定律—滲流達西定律）、結構的網路模擬等。工程地質類比法—

經驗借鑒、對比

基礎是相似性（地質條件與建築工作方法）如：專家判斷、經驗參數使用。

上述方法各有特點，相互補充，綜合應用。五、其相關的分支學科地質學分支—

礦物學、岩石學、構造地質學、地史學、第四系地質與地貌地質學、水文地質學、動力地質學等。專業基礎學科—

土質學、土力學、岩體力學。其他基礎學科—

數學、物理學、工程力學、彈塑性力學、材料力學、工程建築學、環境科學等。六、歷史、現狀

誕生：

1932年在莫斯科地質勘察學院開始培養工程地質專業人才，奠定工程地質學的理論基礎。此時，在歐美此項工作也在開展，但它附屬於土木建築工程，有關岩土工程地質研究在“岩土工程”學科完成。

機構：

1952年我國成立地礦部，設立水文地質工程地質局。同時，水利、鐵道、運輸等部門相繼設立工程地質處或勘測隊。同年成立北京地院、長春地院並設立水文地質工程地質專業。1956年地礦部、中科院設立水文地質工程地質研究所。

1968年在第23屆國際地質大會上成立國際工程地質分會，之後改為工程地質協會（IAEG)，下設許多專業委員會。1979年在蘇州召開全國工程地質大會，成立中國工程地質專業委員會。至今已召開多屆國際國內工程地質大會。第二章

活斷層工程地質研究

提要概述活斷層基本特徵活斷層鑒別標誌活斷層調查研究方法活斷層區建築原則第一節概述活斷層一般是指現今正在活動的斷層，或近期曾活動過、不久將來可能重新活動過的斷層。後者也稱為潛在活斷層。斷層是地殼構造運動的重要形跡。有的斷層形成於較晚時期，在形成以後受到晚期構造背景條件控制，仍保持著活動的特徵。早在十八世紀，人們從地震活動與斷層活動的關係漸漸意識到斷層的活動性特徵，經過幾個世紀的研究，對活斷層的特徵有了比較深入的認識。活斷層受控於板塊構造全球構造（板塊構造）理論的基本點是，全球劃分為六個剛性的岩石圈板塊在軟流層之上漂移，不斷地運動。

板塊邊界的作用力是中國大陸新生代和現今構造變形的主要動力源。變形呈彌散型(千公里以上)，集中在不同次級塊體的邊界上，具相對低的運動速率(小於10mm/a)。次級塊體內部變形微弱或整體運動邊界帶常常是地質、地球化學和地球物理的結構面，絕大多數大陸地震發生在活動帶上。

在研究某一個地域的大陸構造變形時需要從活動論的觀點，從全球構造框架或區域構造框架出發來自板塊邊界的作用力是中國大陸新生代和現今構造變形的主要動力源

研究表明，印度板塊與歐亞於始新世末，即大約3800萬年前相互碰撞，此後印度板塊仍以每年約5cm的速度向北北東方向推進，強力地推擠著歐亞板塊,板塊接觸帶的兩個端點位於察隅和伊斯蘭堡附近。在碰撞擠壓過程中歐亞板塊內產生了塑性或粘性流動變形。印度洋板塊青藏高原關於活斷層的定義，目前為止沒有完全統一。主要關於過去活斷層歷史時間的上限界定問題看法不一，不同部門、不同國家都存在差別。

《岩土工程勘察規範》

全新活動斷裂：全新世（10000）年內有過活動或近期正在活動，在將來（100年）可能繼續活動的斷裂。發震斷裂：近期（500年）發生過5級以上地震，或在未來100年內預測可能發生5級以上地震的斷裂。《水利水電工程地質勘察規範》

活斷層：最後一次錯動距今10-15萬年（晚更新世）的斷層。

美國原子能委員會（USNRC）的定義是：（1）在3.5萬年內有過一次或多次活動的斷層（2）與其他活動斷層有聯繫的斷層（3）沿該斷裂發生過蠕動或微震活動活斷層工程地質研究意義活斷層的活動可視為一類地質病害，可以對建築物產生破壞作用而致害。從這個意義上講，活斷層的工程地質研究就是要研究活斷層與工程建築的關係，評價其對建築物的破壞作用。活斷層錯動變形對建築物的直接破壞;活斷層對區域地質環境的影響，如地震、區域地殼穩定、水庫地震等。

地震CypressFreewayStructure,Oakland—LomaPrietaEarthquake,1989SanAndreasFaultcrossingtheCarrizoPlain,NorthofSantaBarbaraSanAndreasFaultoffsettingstreamsOntheCarrizoPlainSanFranciscoCityHall,1906振動液化（Liquefaction）.ElCentro,CA,1979LomaPrieta,CA,1989海嘯（Tsunami）對活斷層進行研究，充分掌握其活動特徵，合理評價其對工程的影響，有時可以安全有效地降低工程設計標準，節省投資。如黃河小浪底工程壩址區半徑30公里內有8條大斷裂其中王良斷裂在壩下游6.5公里斷層發生在Q1－Q2期間斷層泥熱釋光法測年齡：

15.4-18.3萬年，37.4-53.2萬年

Q2的中後期，Q3以來再未活動過抗震設計：8級→9級水準加速度：0.3伽→0.215伽，節約至少2億元TQ1Q2小浪底及鄰區第四紀活動斷層分佈圖

本節主要介紹活斷層的類型與活動方式、繼承性與反復性、長度與斷距、錯動速率與週期。第二節活斷層的基本特徵一、活斷層的類型

按照位移方向與水平面的關係：（1）正斷型活斷層差異升降活動為它的斷陷盆地邊緣。下降盤分支斷層多見，形成地塹式的正斷層組合。（2）逆斷型活斷層多分佈於板塊碰撞擠壓帶。上盤變形帶大，出現多分支斷層。（3）走滑型活斷層常分佈於大陸內部的地塊之間的接觸部位，水準錯動量大，斷層帶寬度不大，很少分支斷裂。（1）粘滑型活斷層間歇性突然滑動，常伴有地震活動，也稱為地震斷層。發生在強度較高的岩石中，斷層帶鎖固能力強，危害大。發震斷裂特徵：深斷裂，裂谷，板塊接觸帶。（2）蠕滑型活斷層沿斷層面兩側岩層連續緩慢地滑動發生在強度較低的軟岩中，斷層帶鎖固能力弱一般無震發生，有時可伴有小震。

二、活斷層的活動方式

活動斷層的產狀要素、長度等均是重要的幾何要素，這些可以通過勘探等手段得到確定。而活動斷裂重新活動往往並非全斷裂都活動，而是部分段的活動，這裏斷層長度是指現活動段長度及兩旁相應的錯斷距離。在關於活斷層的建築設計及有關穩定性的分析論證時，需要瞭解斷層活動段長度L和斷距D。對於歷史活斷層長度和斷距，可以從被錯動的形跡得到，而對於潛在活斷層，要根據有關方面進行預測。一般認為，活斷層地表產生的斷裂長度與震源體處斷裂長度相一致。通常是根據活斷層可能產生最大地震震級M，利用統計經驗方式及查表確定L和D。

三、斷層活動段的長度和斷距如下關係圖也可以作為確定L、D時使用

有的情況下，可以採用數字分析（如有限元）方法確定斷層長度及斷距。斷層長度1~數百公里不等，一般小於5.5級地震很少產生地表錯動。活斷層地震活動是否在地表顯現形跡，與地表覆蓋層厚度、震源深度及震級有關，一般覆蓋層厚度大於30-50m、震源深度大於10-30km、地震震級小於6級條件下，很少出現地表斷裂現象。

活斷層活動速率及相應週期是表明活斷層的活動強度的重要指標，是地震強度的重要資料。

1、錯動速率錯動速率是指斷層年錯動位移量，一般是用若干年總的錯動量計算得到，因而也稱平均錯動速率。分為水準和垂直分量。斷層錯動速率從三個方面獲得：（1）精密地形變測量是研究現今活動斷裂的有效方法。我國許多著名活斷層均設有精密水準、三角測量、鐳射測距等量測工作。有了量測數據，便可以計算錯動速率。

四、錯動速率和活動週期

（2）根據第四紀地層、地質的年代及錯動量來獲得研究夷平面、階地、水系、斷崖、土層等，通過測量錯動量及相對年齡，可以計算出平均錯動速率。等級AAABCD錯動速率(㎜/a)>101－100.1－10.01－0.1<0.01活動性極強強弱微非活動

2、錯動週期

斷層兩次錯動之間的時間間隔定義為活斷層錯動週期R。斷層運動是地質體能量積累釋放的結果，顯然能量積累要經歷一個時期，積累的過程斷層處於平靜期（休眠期），釋放的過程為活動期。斷層表現為活動——平衡——再活動的週期恢復。斷層應變速率、鎖固段深度等不同，表現了不同的錯動週期。對於粘滑型斷層，一次錯動對應的是一次地震活動。

可按以下方法確定錯動週期：①按地殼應變速率（這是近似當成斷層平均錯動速率）S及一次地震錯動量d計算R。②根據2次地震條件、時間間隔確定③根據地震震級及錯動速率，由經驗統計式計算

按上式計算，對於S＝1～10mm/a的A級活斷層，當發生M＝7～8的地震時，R≈1000年。

許多人研究了震級M、錯動速率S與錯動週期的關係；建立了許多統計關係。如日本的松田時彥對日本斷層錯動與地震震級關係時，得到lgd=0.6M-4.0,錯動週期是R=d(錯移量)/s(錯動速率)，即有④根據第四紀地層、地質錯動證據，結合年齡測定確定週期。據研究，活斷層活動週期一般在1—2千年左右，少數上萬年或幾百年。三次運動：①第一次（4200a）上盤塊體下滑，產生張裂縫，堆積W1②第二次（2700a）上盤繼續下滑，產生拉張裂縫，將W1拉開，途中堆積W2②第三次（820a）繼續下滑，出現F1

斷裂，將W2錯斷（垂直距離0.6m）週期：一次→二次4200-2700=1500年二次→三次2700-820=1880年速度：二次→三次

0.6÷1880≈0.75mm/a北天山西部喀什河斷裂

斷層的活動性與否要通過一些標誌加以鑒別。鑒別有直接測定活動物質年齡的方法，也可以從有關的地質、地球物理等現象間接判斷。

間接鑒別標誌有如下幾個方面：一、地質、地貌、水文地質標誌二、歷史地震及歷史期地震錯段標誌三、微地震測量及地形變檢測標誌四、地球物理標誌第三節活斷層的鑒別標誌地質方面

只要是見到第四系中、晚期的沉積物被錯斷，均視斷層為活斷層。如位於汾渭地塹中段的平遙活斷層，錯斷晚更新世中晚期的黃土，以及早中期更新世地層，斷距40—50m。最新沉積物被錯斷如上圖，可看出幾期運動：①C堆積以前，斷層已活動，位移量大；②C堆積以後，D堆積以前，斷層至少一次運動（CD的錯距不同）；③D堆積後，至少一次活動，CD錯距不同；④F堆積以後，斷層再次活動。斷層破碎帶構造形跡

活動斷層因其形成時間較晚，一般表現為構造帶物質欠固結欠膠結狀態，較為鬆散。另外，表現出脈體變形被切斷，構造岩片理化，透鏡化，斷面新鮮無風化，第四系物質牽引彎折等。斷層礦物的顯微變形出現顯微組構（如不等顆粒拉長，光軸微定向等）伴有地震現象的活斷層，地表出現斷層陡坎和地裂縫

如，日本丹那斷層帶，地震產生很多地裂縫，呈雁形排列

不同地貌單元突然相接，或兩邊沉積物厚度顯著差別例如，隆起山區與斷陷盆地突然相接。一次錯動量大的活斷層，沿線分佈斷層三角面、斷層崖、陡坎、埡口、“V型穀”等地貌單元的分解和異常例如，河流階地、山脊、水系、婁平面、坡洪積扇等地貌單元由於活斷層作用，使其產生錯斷、分解活斷層作用使正常發育的地貌系統出現異常形態或特殊地貌景觀。如斷層帶一側，河流的同步肘狀拐彎、寬窄變異，斷層下降盤一側線狀排列的洪積群、泥石流、滑坡、串珠狀窪地等。地貌方面

水文地質方面

由於斷層帶構造物質鬆散，容易形成強導水帶，因而活斷層帶一線分佈泉水、溫泉，出現植被發育現象。也由於活斷層為深大斷裂，深迴圈水將導致水的化學異常。地物錯斷

我國有長達3000多年的歷史地震記載資料，尤其是較近的歷史記載，可以幫助判別活斷層的存在，可能時據以判斷活斷層的錯距，斷裂長度等。對古代建築物破壞、錯斷、掩埋等情況調查，可以幫助判斷活斷層當時的錯距等情況。

微震及地形變測量

斷層的現代活動，必然導致斷層帶內產生物理、化學變化，其中如斷層氣、放射性異常；重力、磁力、地溫等物理異常。通過測量分析，可以間接作為活斷層的佐證。

自70年代以來，我國地震部門在一些重要地區設置了密集的地震台網，監測微震震中位置用以判別活斷層，尤其在一些大型水、著名的活斷層地區佈置監測臺站，取得了一系列監測資料。它是研究現代地震活斷層的最直接有效的方法，但其費時、代價高，不能作為研究活斷層的主要工具。採用精密水準測量和三角測量在可能活動斷層兩側進行地形變測量，可以有效地獲得斷層活動性的有關證據。地球化學及地球物理標誌第四節活斷層的調查研究方法

通過有效的調查、分析手段，才能確定斷層的活動性證據，進而確定活斷層的位置、展布方向、活動特徵等.

通常採用的方法包括：現有資料查閱；航衛片解讀；區域地質調查；現場勘探；年齡測量；監測等。活斷層研究首先應從較大的地域範圍內進行研究，初步確定活斷層展布，和位置、長度等，這些可以採用區域地質資料，大範圍地質調查，以及航衛片解譯的方法進行。調查分析中，要注重區域大的地質構造背景，水系，地形地貌，第四紀沉積物等研究.

對建築場地內或附近的活斷層，要進行更加深入的研究，開展必要的鑽探、坑探、物探工作。採用探槽方式揭露斷層帶，對揭露斷層的地層及活動構造變形形跡進行細緻考查研究，通常應配合岩土取樣進行構造分析及有關地層的年齡測定。良好的露頭，可以顯示大量有用的資訊，得到斷層錯動次數、錯動量、錯動週期等有用參數。年齡測定可以根據情況分別採取斷層構造岩、斷層帶充填物、斷層兩側不同時代的地層物質的樣品，採用C14、熱釋光、電子自旋共振等方法進行年齡測定。

載波相位差分技術(RealTimeKinematic）RTK技術是建立在即時處理兩個測站的載波相位基礎上的。載波相位差分原理為，由基準站通過資料鏈,即時將其載波觀測量及站座標資訊一同傳送給用戶站。用戶站接收GPS衛星的載波相位與來自基準站的載波相位，並組成相位差分觀測值進行即時處理，能即時提供觀測點的三維座標(毫米級)。建築物場址一般應避開活動斷裂帶線路工程必須跨越活斷層時，儘量使其大角度相交，並儘量避開主斷層必須在活斷層地區興建的建築物，應盡可能地選擇相對穩定地塊即“安全島”，儘量將重大建築物佈置在斷層的下盤。在活斷層區興建工程，應採用適當的抗震結構和建築型式第五節活斷層區的建築原則大亞灣核電站

選在一完整的燕山期花崗岩岩體中，位於南嶺緯向構造帶與新華夏構造體系第二隆起代的交匯部位。歷史上在核電站周圍曾有強震和多震大鵬半島上有三條不到10公里的斷層這三條斷層均未切割第四系沉積物該區無切穿地殼的深大斷裂，而且場區內從未有過地震記載

第三章

地震工程地质

第一節概述

地震:在地殼表層,因彈性波傳播所引起的振動作用或現象。

構造地震火山地震陷落地震誘發地震按成因分類

淺源地震：0<70km大陸地震多屬此類，占73%，30km以內更多中源地震：70~300km占23%深源地震：>300km占4%，最深達720km震源深度

大地震：M>=7級強烈破壞地震中地震：7>M>=5破壞性地震小地震：5>M>=3,2-4級有感地震微地震：3>M>=1

超地震：M<=1按地震M級大小構造地震最嚴重一類，數量多規模大，波及面廣，破壞性大，世界90%以上屬於此類。本章介紹此類地震及水庫誘發地震。

據統計，全世界每年大約發生幾百萬次地震，人們能感覺到的僅占1％左右，7級以上強烈破壞性的災害性地震每年多則二十幾次，少則三、五次。我國位於環太平洋和地中海一南亞兩個地震帶之間，是一個多地震活動的國家。

在我國三千多年的歷史資料中，記錄地震近萬次，其中上世紀以來破壞性地震達

6000多次；據1200～1989年資料統計，7級地震

147

次，8級及其以上巨大地震共

19

次。建國以來發生>=7級的地震12次。我國地震分佈以西南、西北、華北、東南沿海和臺灣省區破壞性地震最多。其中臺灣尤甚，大震多，頻度高；新疆和西藏次之。

若以地震烈度6度為輕微以上破壞性標準，我國約575萬平方公里屬於輕微以上破壞區，其中，寧夏、蘭州、海口、北京、太原、大同、西安、昆明、天津、呼市、汕頭位於8度區。

一次6級地震可釋放6×1020爾格的能量，大致相當於

30～40萬噸

TNT炸藥的巨大爆炸，7級地震可釋放

2×1022爾格的能量，8級地震可釋放6×1026爾格的能量。可見地震釋放能量之大。而且絕大部分能量的集中釋放，於數秒種內完成。因此，地震災害的猝發性和慘重性往往給人類生命以極大威脅，造成經濟財產巨大損失。

據美國聯邦政府統計，僅二十世紀以來，全世界就有12O餘萬人遇難於地震災害；五十年代以來，全球破壞性地震造成的經濟損失已逾2000億美元。地震災害是最重要的自然災害之一。中國的地震災害又居世界之首。在我國歷史記載中，1556年陝西華縣地震8級死亡人口達83萬；1920年寧夏海原地震死亡人數也超過20萬。令人痛心的1976年唐山地震7.9級，死亡24.2萬多人，工業城市毀於一旦，直接經濟損失100億元，為世界地震史所罕見。還有66年的邢臺地震，70年通海地震，75年海域地震。（我國這些地震震源深都在13km左右）。我國有3000多年地震記錄歷史，發明了地震儀，編制了地震區劃圖，制定了抗震規範，建立了地震監測台網，組建了諸多地震研究工作機構及一大批從事地震的科技工作者。工程地質研究：區域穩定性問題，建築抗震，建築場地選擇，地震穩定性，抗震措施工程地質論證——為規劃設計提供依據。(南投集集鎮)地震前後水準位移監測結果(GPS)地震前後垂直位移監測結果(GPS)地震引起大壩破壞(臺中石崗)地震引起大壩破壞(臺中石崗)地震引起埠豐橋斷裂，河床抬高8m,形成疊水(石崗)

第二節地震基礎知識

一、幾個概念：

1、震源：地震發源地（能量E、深度H）2、震中3、震中距4、震源深度5、地震區（烈度>6度區）；地震作用；遠場（烈度衰減2度以上）近場地震6、地震波：質點振動，彈性波，能量傳播，產生振動（地震力），破壞源動力，資訊載體，透、反、折射傳播。體波：通過地球本體傳播的波面波：體波經過反射、折射後，在介質的介面或自由面（如地面）傳播縱波（P）：壓縮波，對應於介質體應變，三維擴散橫波（S〕：剪切波，對應於切應變，二維擴散破壞

性最大

體波瑞利波（R）：質點在XZ面上橢圓滾動前進勒夫波（Q）：質點在XY面上曲線前進面波（L）瑞利波

振幅A週期T波長

波速VP波最小最短最短最快S波最大長長慢R波

、Q波最大最長最長最慢

地面為自由介面，建築位於其上，該面只存在面波，它對建築的基礎破壞性大；體波對建築破壞性最大，P波能量最大，S波及L波波長大，使建築慌動最大。地震部門最關心P、S波。

勒夫波

一般情況下，一般地震表面

秒，對建築界面，P波先到達，然後是S波，最後L波。7.震級（M）：是衡量地震本身大小的尺度，由地震所釋放出來的能量大小所決定。M＝LOGAA：距震中100公里處標準地震儀在地面所記錄的震波最大振幅。（微米）標準地震儀：自振週期0.8秒，阻尼比0.8，最大靜力放大倍率為2800。能量E（J）與震級（M)關係：理論上M無上限，實際上，因地殼岩石強度有限，即累積應變能有限，目前最大M為8.9級。logE=4.8+1.5M8烈度：一次地震於某地地面震動強烈程度。與地震釋放的能量大小、震源深度、震中距、震域介質條件有關。一次地震只有一個M，但有不同I。震中烈度用I0表示。震源深度和震中距越小，地表岩土越軟弱，地震烈度越大。淺源地震（據152次大震統計）震級與烈度的關係：M=0.68I0+0.98

烈度是估算災情，進行區劃，抗震設計的直接依據。震害大小取決於地震破壞力和地物本身抗震性兩方面，烈度劃分以兩方面作為標準。目前全世界均是以一次地震造成一個地區的宏觀震害（如房屋倒塌程度等），同時引入地震加速度等物理指標作為參考，劃分烈度。國際上有數十種劃分標準，我國是國家地震局制定的標準，根據一個地區某一地震及代表性地質條件（一般二類土層）建築破壞情況劃分烈度。根據：人的感覺，房屋及器物地物震害程度，加速度和速度（參考）。等級：I——

級

幾個烈度概念：烈度人的感覺一般房屋其他現象考物理指標大多數房屋震害程度平均震害指數加速度/（CM/S2）（水準向）速度/（CM/S2）（水準向）I無感II室內個別靜止中的人感覺III室內少數靜止中的人感覺門、窗輕微作懸掛物微動IV室內多數人感覺，少數人夢中驚醒門窗作響懸掛物明顯擺動，器皿作響V室內普遍感覺，室外多數人感覺，多數人夢中驚醒門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落，抹灰出現微細裂縫不穩定器翻倒31（22~44）3（2~4）VI驚慌失措，倉惶逃出損壞——個別磚瓦掉落、牆體微細裂縫0~0.10河岸和鬆軟土上出現裂縫，飽和砂層出現噴砂冒水，地面上有的磚煙囪輕度裂縫、掉頭63（45~89）6（5~9）VII大數多人倉惶逃出輕度破壞——局部破壞、開裂，但不防礙使用0.11~0.30飽和砂層常見噴砂冒水，鬆軟土上地裂縫較多，大多數磚煙囪中等破壞125(90~177)13(10~18)VIII搖晃顛簸，行走困難中等破壞——結構受損，需要修理0.31~0.50幹硬土上變有裂縫，大多數磚囪嚴重破壞250(178~353)25(19~35)IX坐立不穩，行動的人可能摔跤嚴重破壞——牆體龜裂，局部倒塌，修復困難0.51~0.70地方出現裂縫、基岩上可能出現裂縫、滑坡、坍方常見，磚煙囪出現倒塌500(354~707)25(19~35)X騎自行車的人會摔倒，處不穩狀態的人會摔出幾尺遠，有拋起感倒塌——大部倒塌，不堪修復0.71~0.90山崩和地震斷裂出現，基岩上的拱橋破壞，大多數煙囪從根部破壞1000(708~1414)100(72~141)XI毀滅0.91~1.00地震斷裂延續很長，山崩常見，基岩上的拱橋XII地面劇烈變化，山河改觀

《中國地震烈度表（1980）》使用說用（１）烈度>VI度，判定地震烈度以房屋震害為主，人的感覺僅供參考；>X度應結合建築物或構築物的破壞程度，並根據地表現象來確定；XI、XII度的評定，需要專門研究。

（２）“一般房屋”在《中國地震烈度表（1980）》中指土構架和土、石磚牆構造的舊式房屋和單層或多層未經抗震設計的新式磚房。由於我國城市目前一般都已設防，有的鄉村也開始設防，烈度表中的“一般房屋”一般已不普遍，調查中應區別設防與不設防的房屋破壞程度對烈度的反映，給出合理的烈度值。對於品質特別差或特別好的房屋，可根據具體情況，對表列各烈度的震害程度和震害指數予以提高或降低。（３）“人的感覺”指平房內或樓房低層內人的感覺。（４）表中震害指數是對上述“一般房屋”而言。“完好”為０，“毀滅”為１，中間按表列震害程度分級。平均震害指數是對所有房屋的震害指數的總平均值而言，可以用普查或抽查的方法確定之。（５）使用本表時可根據地區具體情況，作出臨時的補充規定。（６）煙囪指工業或取暖用的鍋爐房煙囪。（７）表中數量詞的說明：個別：１０％以下；少數：１０％～５０％；多數：５０％～７０％；大多數：７０％～９０％；普遍：９０％以上。（８）對重要的工業設施，如橋樑、重要車間、高層建築、巷道等，要進行專門的調查，在調查中應結合設防情況進行評估。

（1）

地震基本烈度（I基）：一定時間和一定地區範圍內一般場地條件下可能遭遇的最大烈度。一個地區的平均烈度。（2）場地烈度（I場）：同一I基區，場地條件不同而進一步劃分，對I基修正。（3）設防烈度（設計烈度）（I設）

：是抗震設計所採用的烈度。依建築物重要性、抗震性、經濟性、對I基調整。原則上一般建築用I基，重要建築適當提高。設計部門很少用I場。V度區不設防。二、地震地質基本特征1.介質條件堅硬岩石2.結構條件活斷層的一些特定部位：端點、拐點、交匯點等。3.構造應力條件現代構造運動強烈的部位，應力集中構造應力場包括

1、3的大小方向，構造應力方向與斷層的關係。4.強震活動受活動構造的控制5.絕大多數強震發生在一些穩定斷塊邊緣的深大斷裂帶上,而穩定斷塊內部很少或基本沒有強震分佈。6.裂谷型的斷陷盆地尤其是晚第三紀、第四紀新生盆地業常發生強震。一）世界範圍內的主要地震帶及其形成的大地構造環境

1環太平洋地震帶這是世界上最大的地震帶，在狹窄條帶內震中密度也最大，全世界約80％的淺源地震、90％的中源地震和幾乎全部深源地震集中於此帶，釋放的能量約為全世界地震釋放能量的80％。很早以前就已經知道，此帶的震源深度有自島孤外線的深海溝向大陸內部逐步加深的規律，並解釋為大陸與大洋之間的一條傾向大陸的大斷裂面。2地中海喜馬拉雅地震帶或歐亞地震帶僅次於環太平洋地震帶的第二大地震帶，震中分佈較前者為分散，所以帶的寬度大且有分支。以淺源地震為主，中源地震在帕米爾、喜馬達雅地區有所分佈，深源地震主要分佈於印尼島弧。環太平洋地震帶以外的幾乎所有深源、中源和大的淺源地震均發生於此帶，釋放能量約占全球地震能量的15％。

3大洋海嶺地震帶主要呈線狀分佈於各大洋的接近中部。這一地震帶遠離大陸是多為強震，所以以前未被人注意，60年代以前不把它作為一個地震帶，海底擴張和板塊構造的發展才使人們注意到這一地震帶。這一帶的所有地震均產生於岩石圈內，震源深度小於30km，震級除少數例外均不超5級。二)我國地震地質的基本特徵

1我國強震空間分佈及地震區帶劃分我國大於6級的強震的空間分佈極不均勻，大致以105度為界。西部地震廣泛分佈，東部地震相對稀少，震級均未達到8級。在上述兩地震區域內強震分佈也是極不均勻的，東部域分佈於華北及東南沿海一帶，而西部分佈面積大，但塔里木、准噶爾和鄂爾多斯盆地等則地震分佈較為零星。2我國強震發生的地質條件(1)強震與活動斷裂帶的關係不同方向的斷裂的交匯部位活動性深大斷裂的轉折部位活動性深大斷裂的端部或其他鎖閉段(2)強震與斷陷盆地的關係傾斜斷陷盆地的較深、較陡一側活動斷裂的最大斷距段上；兩盆地間或盆地內部由橫向斷裂控制的橫向隆起帶兩側；斷陷盆地的銳角尖端，或斷陷盆地帶內多組斷裂交匯部位；受不同方向多組斷裂控制，內部構造又比較強烈的複合盆地的次級凹陷帶上，如1966年邢臺地震。

(3)強震產生的深部構造條件我國大陸板內地震多發生在地殼內10-25km深處，在我國西部還發生在地殼內31-37km。由此可見，地殼深部構造活動和受力狀態，對地震的孕育和發生，是更為直接的因素。不同級別的斷裂如蓋層斷裂、基底斷裂、岩石圈斷裂和超岩石圈斷裂，層間斷裂在深部的活動往往是地震發生的主要原因。3我國大陸地震活動與現代構造應力場與形變場的關係

根據大量震源機制解及地震時地表斷層錯動方式分析，我國廣大地區主壓應力以近水準方向者為主。主壓應力仰角小於30度者占80%以上，且以東經105º為界，可區分出兩大應力系統。西部為近南北向-北北東向擠壓應力場。東部為大面積的近東西的水準擠壓應力場。來自板塊邊界的作用力是中國大陸新生代和現今構造變形的主要動力源4我國現代地殼垂直形變與地震活動的相關性研究中國大陸垂直形變的的總趨勢是南升北降，最大上升量在喜馬拉雅山地區，年速率達10mm左右。下降最強烈的新疆准噶爾盆地，年速率為-3到-4mm。

大致以銀川-昆明一線為界，西部線條密集，等值線多呈東西或北西西走向，與主要斷裂線方向一致，其地形變斷裂線多由3-4條等值線組成的梯度帶繪出，表明其活動強度較大。東部線條相對稀疏，等值線走向多為北北東向-北東向，部分為東西向及南北向，也與構造線吻合較好。東部地區的垂直變形大致分為三區：華南-西南區，華北區和東北區。5我國大陸板內現代運動特徵

我國大陸處於歐亞大陸的東部，是一個被周圍板塊擠壓圍限的區域，影響板內變形和運動狀況的邊界動力環境十分複雜：（1）有印度板塊與歐亞大陸在喜馬拉雅一帶的碰撞及向亞洲內部的繼續擠壓；（2）西太平洋板塊向亞洲大陸的俯衝與擠壓；（3）菲律賓板塊向西的俯衝和在臺灣一帶的彙聚；（4）日本海、東海東部沖繩海槽及南海盆地的弧後局部擴張。在周邊板塊碰撞或俯衝的推動下，板塊之間就產生了不同形式、不同規模和速率的相互錯動。大體上又可分為西部板內聚斂為主的擠壓區，東部東北、華北的拉張裂陷區和東南部處於西部擠壓與北部圍限下整體穩定滑移區。西部擠壓區東南部滑移區東及東北部張裂區三、震源機制和震源參數1.震源機制：地震發生的物理過程或震源物理過程。可以通過多個地震台的地震記錄圖來確定。主要依據初到P波的方向。＋＋－－＋＋－－

1

3

1

3單力偶雙力偶P波的初動具有明顯的象限分佈特點。平移斷層正斷層逆斷層2.震源參數

：反映震源斷層的一些特徵量或物理量包括：斷層走向、傾向、傾角、斷層錯動方向、震源斷層長度、寬度、斷層錯距、震源應力方向等。

求解：（1）震源機制解（2）等震線的幾何特徵（3）根據第一章介紹的經驗式，據震級等計算斷層長度、錯距，（4）根據震前後大地變形推求斷層位量、方向、錯距、類型等

第三節地震效應

取決於三方面：場地工程地質條件；震級、震中距；建築物類型及結構。

地震效應——地震作用影響所及的範圍內，地表出現的各種震害和破壞。振動破壞效應——引起建築物破壞地面破壞效應——地面破裂及地基液化、沉陷等斜坡破壞效應——滑坡等三種破壞的效應一、振動破壞效應地震地面運動建築物振動建築物破壞(強度、剛度、整體性不夠產生破裂或倒塌）地震（a,v,A)兩種分析方法1.靜力法2.動力分析法假設：1）建築物是剛體，即建築物的各部分作為一個整體（一個質點），具有相同的加速度。2）建築物受力振動加速度和地面加速度是相同的3）將地震力視為由地面振動a0max引起建築物的慣性力，即地震力就是建築自身的慣性力，固定不變。建築物受到的地震力P為：其中

當amax為水準向量，稱其為水準地震係數kc，相應地為垂直地震係數k/c；g為重力加速度；PW1.靜力法

我國規定Kc’=(1/2-1/3)Kc

一般：不考慮Kc’,但在有傾覆、滑動危險的結構，如擋土牆、水壩等，需用Kc’核算。在高烈度（VI度以上）區必須考慮地震力核算的穩定性。（1）工業與民用建築，建築物的破壞主要與水準地震力作用下的水準滑動及結點脫開有關，故實際上為穩定性課題，其表達為：

式中：f、c為地基與基礎間或滑動面上的摩擦係數及粘聚力；W為建築物的重量；A為建築物基礎底面或滑動面的面積；Kc為水準地震係數。

（2）水壩應考慮兩種情況：只考慮水準地震力作用時，在水準與鉛直地震力共同作用時，2.動力分析法

實際情況：a：A、

方向隨時間變化，建築與地面物理特性不同，不同建築也不同，如（a、T等）。故廣泛用動力分析法考慮地震對建築物的作用與場地工程地質條件、建築物結構特點、地震歷時等因素。地面與建築為一個動態系統。三種方法：模型模擬、電腦模擬分析、簡化反應譜電腦模擬分析——輸入強震波譜模擬地震作用，瞭解振動過程，求振動阻力和動位移。將建築控制在彈性變形限度內。

簡化反應譜法認為建築為一個質點M，為一個彈性係數為K的振其振動性能自由振週期T和阻尼決定，要考查在受到不同時刻的地震加速度a0後，建築所表現的加速度a的大小。原理：由質點受振動後的性能可建立微分方程，該方程中包括了質點a及地面a0，解方程時，按簡化的辦法輸入一次地震的不同時刻的a0，得到一系列amax值，得到一個特定T、阻尼下反應譜曲線。給amax標準化，定義動力係數

，物理含義是質點對a0的放大倍數。

標準反應譜

由於強震地面運動受許多因素影響，準確確定某地區的a0及有困難，抗震部門是根據不同岩土地面所有強震平均值a0的平均反應譜計算出，並從安全及最低設計標準考慮對譜的高低值作了處理，制定供設計用的這一譜稱為設計用標準反應譜。現規範的作法是：

場地類別

近震Tg0.200.300.400.50遠震Tg0.250.400.550.85

應用：1、設計時不一定進行動力分析計算，直接根據T，Tg查

（T），以及a0max後，便可得到amax。2、等效靜力分析方法：

地震力式中：c為結構影響係數，為地震影響係數

上述設計實質是採用一個最大加速度平均值，有人提出考慮震動的時間因素，按反應譜形狀的特徵進行設計即時程設計方法。二地面破壞效應地面破裂效應地基基底效應地震斷層地面裂縫沉降砂土液化地基滑移1.地面破裂效應

指地震時斷層錯斷及地面裂縫引起的破壞。強烈地震均會出現。斷層長度及寬度可按估計的震級用經驗公式計算。延伸數十至數百公里不等。位置一般按已有的主幹斷層線或分支斷裂線出現。

走向斷裂—地表斷裂方向與之相吻合。逆斷裂—地表斷裂與原斷層有一定偏移。正斷裂—介於走、逆之間。

走滑型

逆斷型

正斷型

AD、AB、AD最易出現的斷裂及範圍。主要產生於上盤。

產生的可能性：與斷層活動方式、震源深、M、覆蓋層厚等有關。（1）斷裂活動就可能產生地表斷裂。（2）與上部土層厚有關。臨界厚度

—土層剪損應變臨界值，硬土5%，軟土10%。

—下部斷裂錯動垂直位移（m），一般<3m。

一般覆蓋層30-50m以上很少出現地表斷裂。

（3）M>7.2級幾乎都產生，M=6級、震源10-30Km時，很少產生。地表斷裂寬度：由一條主幹斷裂帶構成，可能為狹長斷面，或一個帶包括影響帶常常有幾英尺至幾十英尺以上。且逆斷層>正斷層>走滑。對於傾角45-90度斷層，寬度約等於

2.地基效應

—強烈震動作用下，土體較大變形移動，使地基承載力下降或喪失，由此造成建築物的破壞。

薩爾瓦多地震引發泥石流1200多人遇難

地基失效問題中，滑坡、砂土液化、岩溶塌陷，這些特殊問題必須採用專門的研究方法。下麵介紹關於地基土產生震陷情況的評價方法。方法：影響因素綜合打分法影響因素：土類型、厚度、埋藏條件、物理力學指標（—承載力指標值；—剪切波速）

某一個單元得分

是分別對因素的等級打分。

按大小評出沉陷的不同等級。（見朱自成書）

規範中標准：若土的fk、vs大於表中數字，不考慮震陷問題

烈度789fk(KPa)>80>130>160vs(m/s)>90>140>200機理：飽水砂土在地震、動力荷載或其他物理作用下，受到強烈振動而喪失抗剪強度，使砂粒處於懸浮狀態，致使地基失效的作用或現象。1液化機理：砂土的抗剪強度：砂基液化問題：日本新瀉1964年地震時砂土液化影響。這些設計為抗震的建築物傾斜而未受損壞。加州沃森維爾附近的野外湧沙砂土液化（橫向移動）系因地震時球粒（理想砂粒）的重新堆集。地震振動造成這種固體顆粒堆集更加有效，這會佔據少量體積。一部分覆蓋層荷載由水來支撐，這就無法阻止水體運移。唐山地造成的噴水冒砂區分布圖震2.影響砂土液化的因素1）土的類型及性質★粒度粉、細砂土最易液化；高烈度時，亞砂土、輕亞粘土、中砂也可液化。我國90%發生在粉組、砂、亞砂土中。粉粒含量>40%時，極易液化；粘粒含量>12.5%時，極難液化。極易液化土的特徵是：平均粒度0.02-0.10mm，ŋ=2-8，粘粒含量<10%★密實度

松砂極易液化，密砂不易液化。相對密度Dr<50%時，很易液化，Dr>80%時，不易液化。★成因及年代多為沖積成因的粉細砂土，如濱海平原、河口三角洲等。沉積年代較新：結構鬆散、含水量豐富、地下水位淺2）飽和砂土的埋藏分佈條件

埋藏條件包括：砂層厚度、上覆非液化土層厚度（即埋藏深度）、地下水埋深。★砂層上覆非液化土層愈厚，液化可能性愈小。一般埋深大於10-15m以下就難以液化了。★地下水位埋深愈大，愈不易液化。實際上，地下水埋深3-4m時，液化現象很少，一般把液化最大地下水埋深定為5m。★砂層越厚越易液化。

3）地震活動的強度及歷時

地震力（剪應力）是砂土液化的動力

地震愈強，歷時愈長，則愈易引起砂土液化，而且波及範圍愈廣。Ⅵ度以下地區很少有液化現象；Ⅶ度區只能使疏鬆的粉、細砂層液化；而Ⅸ度以上地區才能使粗粒及粘粒含量較高的土液化。強度很高的地區即震中區附近，因地振動以垂直為主，也不易產生液化。液化範圍（液化最遠點，以震中距R表示，Km）lgR=0.77M-3.63.砂土液化的判別

根據地質條件，可初步判定該區土層是否存在液化的可能。若有可能，需進一步的工作,作出準確判別。（1）初步判別飽和砂土或粉土，當符合下列條件之一，可判為不液化土或不考慮液化作用。①Q3及Q3以前的土②粉土的粘粒含量不小於表列數據③上覆非液化土層厚度和地下水埋深符合下列條件之一：du>do+db-2液化土特徵深度dw>do+db-3du+dw>1.5do+2db-4.5dw—地下水埋深（m），年最高水位du—上覆非液化土層厚（m）db—基礎砌置深度（m)do—液化土特徵深度（m）粉土的粘粒含量℅7度8度9度101316烈度789粘土678砂土789

①現場標準貫入試驗，地面以下15m以內的液化土應符合下列要求：

其中：N63.5－－飽和土標貫實測值

Ncr－－判別砂土液化的臨界錘擊數

N0－－基準錘擊數（貫人點深3米，地下水埋深2米），查表

ds－－飽和土標準貫入試驗點深度（m）dw－－地下水埋深(m)

c－－粘粒百分含量，當c<3％時，取c＝3判據：Ncr<N63.5不液化（2）進一步判別

方法有:①現場實驗,②剪應力對比法烈度789近震61016遠震812—液化程度等級定義：液化指數I

n—15m以內標貫實驗段總數

—

i段標貫實測值，當實測值大於臨界值時取臨界值

—i段標貫臨界值

—i段土層厚度（m)

—i層單位土層厚度影響權函數（m-1）

該層中點深度<5m，取10該層中點深度=15m，取0該層中總深度5-10m，取內插值

等級判別：I<5輕微，無災害I=5-15中等，不均勻沉陷，冒砂I>15嚴重，建築傾倒，地面變形剪應力對比法

地震剪切波在砂層中產生剪應力，當其超過土層液化時所需的剪應力時，即產生液化。根據地震剪切波及室內、現場實驗測得的土體液化時的剪應力大小，對比判斷。4.砂土液化的防護措施（1）慎重選擇場地（2）選擇基礎類型（3）地基處理處理標準：★應處理至液化深度下限★處理後的土層標貫擊數實測值應大於臨界值壓密通過振動、夯擊、爆破等手段，使砂土急劇液化排水，而達到壓密，提高天然地基土的相對密度Dr排滲法通過排滲井等來消散因振動時而產生的孔隙水壓力，防止液化換土或蓋重用非液化土更換地表的液化土層，或在地表液化土層上覆蓋填土。第四節場地工程地質條件對震害的影響及地震社區劃

一、場地工程地質條件對震害的影響

目前為止，將地震烈度和地震力作用運用於工程設計中時，都沒有很好考慮一個場地實際地質條件的影響。實際上，例如場地條件的差別，可能使同一基本烈度區不同場地的實際烈度相差2-3度。解決途徑：①按場地條件進行動力分析；②場地烈度社區主要影響因素：岩土類型、地形地貌、斷裂、地下水。

1.岩土類型及性質（1）強度及剛度震害程度：岩性：時代：

以基岩為准，高1-2倍小

大基岩——密實礫石——粘土——飽水砂——淤泥、填土老

新（工基教材中表2—6、2—7列出了不同岩性烈度差值。）原因：①介質對波的吸收放大作用，軟土對低頻率週期波選擇放大作用較大，A↑，T↑，a↑，持續時間↑，對長週期建築（如高層建築）破壞大。②地基震動破壞效應不同。基岩強度高，震動下一般不致破壞，土體相反。（2）鬆軟土層厚度

土層厚度越大，震害越大，但對於不同建築影響程度不同，如下圖：原因：地震波多次反射，長週期波疊加三藩市地震，土層對10層房屋最大底部剪力原因：軟層的隔震作用，軟層埋深25m以上越厚影響越顯著；阻尼增大，吸收許多短週期波成分，減弱了地面反應。

（3）土層結構

軟硬層結構不同，震害有著明顯的差別（軟層一般剪切波速100m/s左右；或相對而言，當某層Vs比相鄰層小30%時，也視為軟層）

土層對建築物的破壞作用，是因為它對長週期波放大（軟土自身週期較長），某一類土層往往對某一類週期的波放大明顯。實質是這種土層有自身的固有週期，他與同週期的地震波產生共振作用，因而提出“卓越週期”慨念。

由土層剪切震動微分方程式推得：H—

土層厚度（m）；Vs—

土層剪切波（橫波）速度通過測定土層的剪切波速可以獲得土層的To設計上，盡可能不要把與土樣卓越週期相同週期的建築建於該土層處。（4）地形條件

局部地形對震害影響顯著。一般，孤立突出地形、臺地邊緣、地形較高處（高差30-50m明顯增大）較之平地的地震烈度高0.5-2度。原因：弧類處產生駐波作用，地形越高這種作用越明顯。實際工作中：地形坡度7度以下，不考慮影響。丘陵區，坡中點以下不考慮影響。（5）地下水影響

地下水位埋深越淺，震害越大，1-5m的影響最大。對軟土層及砂層土層影響最大。一般飽水土比不飽水土烈度偏高0.4-0.6度。（6）斷裂影響（略）

二、地震社區劃1.烈度社區劃—靜態社區劃（步驟如下）（1）將同一基本烈度區劃分成方格單元（300～2000m）（2）考慮土層地震剛度的烈度增量△I1viρi—被研究土層的地震剛度；v1p1

—由基本烈度研究時所確定的標準土層的地震剛度（3）考慮“地下水埋深”的烈度增量△I2h--地下水埋深（m）當h>6-10m時，△I2＝0（4）考慮“土層共振”的烈度增量△I3通過下覆基岩剛度和卓越週期和波速計算得出

某一單元的烈度增量△I△I＝△I1＋△I2＋△I3

繪製各單元內的地震烈度等值線，各單元內按調整後的場地烈度進行設計。2.反應譜社區劃—動態社區劃（1）劃分網格單元，單元大小可視精度、比例尺而定；（2）獲得網格中代表性地層剖面，分別測定各層的Vs及阻尼h；（3）選用近期記錄到的強震波譜，以此為依據計算各單元土層的地震加速度標準反應譜；（4）將標準劃反應譜與設計用反應譜對照比較確定場地類型，進行規劃。第五節震區抗震原則及措施（一）場地選擇原則1.避開活斷層2.盡可能避開具有強烈振動效應和地面效應的地段3.避開不穩定斜坡地段4.盡可能避開孤立地區、地下水埋深淺的地區（二）抗震措施（持力層和基礎方案的選擇）1.基礎砌置在堅硬土層上2.砌置深度應大一些，以防發震時傾斜3.不宜使建築物跨越性質不明的土層上4.建築物結構設計要加強整體強度，提供抗震性能。第三章

岩石风化的工程地质研究提要概述影響岩石風化的因素風化殼的垂直分帶防治岩石風化的措施一、定義風化：岩石在各種風化營力作用下，發生的物理和化學變化過程。風化殼：表層不同深度的岩石，遭受風化程度的不同，形成不同成分和結構的多層殘積物，由其構成的複雜剖面稱為風化殼。不同岩石，不同地區，風化殼有很大差別。其厚度很大差別，大則幾百米。地殼表層保留的主要為現代時期形成的風化殼。當風化殼形成後，被後來的堆積物掩埋，被保留下來成為古風化殼。第一節概述二、風化類型物理風化：由於溫度變化、水的凍融、鹽類結晶、植物根劈等力的作用下，引起岩石的機械破碎，而不伴隨有化學成分和礦物成分明顯變化的現象。主要發生在乾旱寒冷的地區，風化深度相對較小。化學風化：岩石在水、氧及有機體等作用下所發生的一系列化學變化過程，引起岩石結構構造、礦物成分和化學成分的變化。多發生於溫暖潮濕的地方，風化深度可達百米以上。生物風化：既有物理風化特點，又具有化學風化特徵。生物新陳代謝產生有機質或機械破壞，如釋放大量有機物酸及CO2

，加強水溶液溶解能力。多發生於溫暖潮濕的地方，風化深度可達百米以上。主要風化作用：氧化、溶解、水化、水解、碳酸化和硫酸化等作用。

岩體結構構造發生變化

岩體完整性遭受破壞，結構性喪失，空隙性增大，礦碎成塊石、碎石或土體。岩石的礦物成分和化學成分發生變化

可溶礦物溶解流失，耐風化礦物殘留下來，形成穩定性好的次生礦物：如綠泥石、絹雲母、高嶺石、蒙脫石等。岩體的工程地質性質發生變化

如：力學強度的降低壓縮性變增大（由基岩→粘土）滲透性增強次生礦物的抗水性降低、親水性增強，易崩解、膨脹、軟化。

三、風化結果及工程意義工程意義

總體上：惡化了岩石的工程性質.在工程選址、岩土體穩定、地基處理、災害防治、工程造價等方面都有重要意義。基礎建基面處置、確定礦坑邊坡角、洞室圍岩支護、基坑開挖層支護、抗滑工程設置等都要考慮到風化問題。第二節影響岩石風化的因素一、氣候因素溫度溫差大、冷熱變化頻率快有利於物理風化；溫度變化對岩石在水中的溶解度和化學反應速度、水溶液濃度都有有較大影響，從而影響化學風化的速度。降雨（濕度）

各種化學風化是水（CO2，O2）參與下完成的，運動的水及礦物質運移，破壞化學平衡，促進反應不斷進行。水的加入使風化向多樣化、深度發展。二岩性因素

礦物成分：抗風化能力氧化物>矽酸鹽>碳酸鹽和硫化物常見造岩礦物易溶解性順序：食鹽、石膏、方解石、橄欖石、輝石、角閃石、滑石、蛇紋石、綠簾石、正長石、黑雲母、白雲母、石英。最穩定的造岩礦物：石英岩漿岩：酸性岩>中性岩>基性岩>超基性岩（花崗岩）（閃長岩、安山岩）（玄武岩）（橄欖岩）變質岩：淺變質岩>中等變質岩>深變質岩沉積岩：抗風化能力大於岩漿岩、變質岩。化學風化較弱沉積岩是由前一旋迴的風化礦物組成，遭受二次風化後仍產生水化、水解、淋濾作用。風化厚度不大，但如粘土岩、葉岩等風化速度很快。主要礦物蝕變趨勢：斜長石：水解作用及脫鈣作用黑雲母：水化脫鉀、氧化→水雲母化輝石、角閃石：水解→綠泥石→蒙脫石白雲母：→伊利石→蒙脫石→高嶺土石英：→矽酸→石髓→次生石英一般：石英、高嶺土、氧化鐵、鋁土礦通常是最終產物的組合。鹼性環境酸性環境絹雲母—綠泥石、蛭石—蒙脫石高嶺石化蛭石綠泥石蒙脫石化學成分活動性強的元素：K、Na等，隨水流失。活動性弱的元素：Fe、Al、Si等，殘留在原地。含活動元素多者易於風化。同一種元素，所組成的化合物不同，岩石的抗風化能力也不同結構特點單一礦物組成的岩石抗風化能力較強：單礦岩>複礦岩礦物成分相同：等粒結構>不等粒結構，單粒結構岩石抗風化能力較強，細粒>粗粒Si質膠結>Ca質膠結>泥質膠結原因：導熱性不同、脹縮性不同、比表面積不同。三地質構造地質結構面：斷層、層面、節理、沉積間斷面、侵入岩與圍岩接觸面等斷層帶（裂隙密集帶）：囊狀風化層理面：差異風化—崩塌等節理、裂縫面：球形風化

風化分帶岩石顏色礦物顏色岩體破碎特點物理力學性質聲速特性其他特點劇風化帶原岩完全變色，常呈黃褐、棕紅、紅色除石英外，其餘礦物多已變異，形成綠泥石、絹雲母、蛭石、滑石、石膏、鹽類及粘土礦物等次生礦物呈土狀，或粘性土夾碎屑，結構已徹底改變，有時外觀保持原岩狀態強度很低，浸水能崩解，壓縮性能增大，手指可捏碎縱波聲速值低，聲速曲線擺動小錘擊聲啞，鍬鎬可挖動強風化帶大部分變色，岩快中心部分尚較新鮮除石英外大部分礦物均已變異，僅岩快中心變異較輕,次生礦物廣泛出現岩體強烈破碎，呈岩塊、岩屑、時夾粘性土物理力學性質不大均一，強度較低，岩塊單軸抗壓強度小於原岩的1/3，風化較深的岩塊手可壓碎縱波聲速值較低，聲速曲線擺動大錘擊聲啞，用鍬鎬開挖，偶須爆破弱風化帶岩體表面及裂隙表面大部分變色，斷口顏色仍較新鮮沿裂隙面礦物變異明顯，有次生礦物出現岩體一般較好，原岩結構構造清晰，風化裂隙尚發育，時夾少量岩屑力學性質較原岩低，單軸抗壓強度為原岩的1/3－2/3縱波聲速值較高，聲速曲線擺動較大錘擊發聲不夠清脆，須爆破開挖微風化帶僅沿裂隙表面略有改變僅沿裂隙面有礦物輕微變異，並有鐵質，鈣質薄膜岩體完整性較好，風化裂隙少見與原岩相差無幾縱波聲速值高，聲速曲線擺動較小錘擊發聲清脆，須爆破開挖四地形

地形不同影響氣候及水文地質條件、光照、溫差條件，溝穀側向入侵作用，殘積物滯留條件。高度海拔高地區：以物理風化為主海拔低地區：化學風化速度較快坡度陡坡地段：風化速度較大，風化殼較薄緩坡地段：風化速度較慢，風化殼較厚其他因素地殼運動強烈上升期：風化速度快，風化殼厚度不大穩定期：風化徹底，風化殼厚度大人類活動人工開挖基坑、邊坡、隧洞、砍伐森林等不同深度岩石與風化營力接觸時間和程度不同礦物風化具有階段性鉀長石→絹雲母→水雲母→高嶺石黑雲母→蛭石→蒙脫石→高嶺石

總之：在整個風化剖面上，風化程度不同的岩石表現出不同的物理、礦物組合特徵。從地表至深部新鮮基岩，風化是逐漸過渡的。第三節風化岩的垂直分帶一分帶的意義及可能性地基：選擇基礎埋深位置邊坡：選擇穩定的邊坡高度和坡度二分帶的原則

充分反映各風化帶岩石變化的客觀規律，反映各風化帶岩石所具有的不同特徵；分帶的標誌應有代表性、明確，便於掌握；將定性與定量結合起來；分帶數目既不