工程地质课件：地质构造及其对工程的影响

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工程地质

地质构造及其对工程的影响地质构造及其对工程的影响【知识点】地质构造的概念；岩层产状及其测定和表述方法，褶皱，褶皱对工程的影响，断裂构造，裂隙，裂隙工程地质评价，断层，断层的工程地质评价，断裂构造对工程的影响，地质图的阅读。【重点】岩层产状及倾斜岩层露头特征的V字型法则，褶皱构造及断裂构造对工程的影响，地质图阅读与分析。【难点】倾斜岩层露头特征的V字型法则，各种地质构造对工程的影响，根据结构面和临空面的空间组合关系进行稳定分析。本章知识点3.1地质作用3.1.1地壳地壳是当前地质学的主要研究对象，构成地壳的岩土的性质和特征是工程地质学最基本的知识。类型含义内动力地质作用构造运动指地壳的机械运动，又称为地壳运动。岩浆作用岩浆的形成、运移、冷凝固结成岩浆岩的全过程。地震作用地下深处地壳快速振动的作用。变质作用先成岩石

发生成分、结构、构造变化的地质作用。外动力地质作用风化作用地表岩石发生机械崩解或化学分解而变成松散物的过程。剥蚀作用地质营力将岩石的风化产物剥落、刻蚀带走的过程。搬运作用风化、剥蚀的产物被迁移的过程。沉积作用被搬运的物质在条件适宜的地方发生沉积的过程。固结成岩作用松散沉积物转变为坚硬岩石的过程。人为地质作用工程地质作用因人类工程活动改变原来的地质条件的过程。地质作用：引起地壳或岩石圈，甚至地球的物质组成、内部结构和地表形态变化和发展的作用

地表地形的总轮廓

塑造出各式各样的地貌

3.1地质作用地质作用：引起地壳或岩石圈，甚至地球的物质组成、内部结构和地表形态变化和发展的作用

构造运动岩浆作用变质作用风化作用搬运作用人为地质作用3.1地质作用地质年代:

地球形成、发展、变化的历史年代确定方法绝对年代的确定:同位素的年龄

3.2地质年代相对年代的确定方法：地质事件发生的先后顺序及其相对的新老关系。3.2.1地质年代的确定地层层序律武隆鸡尾山地层层序相对年代的确定方法：地质事件发生的先后顺序及其相对的新老关系。生物层序律3.2.1地质年代的确定岩性对比法在同一时期、同一地质环境下形成的岩石，具有相同的颜色、成分、结构、构造等岩性特征和层序规律。故可根据岩性特征对比来确定某一地区岩石地层的时代。地层接触关系法地层接触关系是指上下地层之间在空间上的接触形式和时间上的发展状况。火成岩与沉积岩接触侵入接触若沉积岩形成后，火成岩体穿插在沉积岩中，则沉积岩的时代比火成岩老。沉积接触火成岩形成后，经风化剥蚀上部又为沉积岩所覆盖，则沉积岩比火成岩新。火成岩与火成岩接触火成岩体相互穿插时。被穿插的岩体时代较老。沉积岩与沉积岩接触整合接触顺序堆积，地层上新下老。平行不整合接触由于地壳升降运动影响，中间有沉积间断，缺失部分时代地层，但上下两套岩层产状一致。角度不整合接触相邻的新、老地层之间缺失了部分地层，且彼此之间的产状也不相同，成角度相交。剥蚀面上具有明显的风化剥蚀痕迹，常具有底砾岩。3.2.1地质年代的确定地层接触关系法地层接触关系是指上下地层之间在空间上的接触形式和时间上的发展状况。当一个地区处在一种长期相对下降的状态，沉积岩层就会不断形成，层层叠置。这样，先后形成的两套岩层之间没有明显的沉积间断，可以看作是地层上的连续关系，两套岩层之间的这种连续接触关系称为整合整合接触3.2.1地质年代的确定地层接触关系法地层接触关系是指上下地层之间在空间上的接触形式和时间上的发展状况。角度不整合接触角度不整合

美国亚利桑那州大峡谷3.2.1地质年代的确定地层接触关系法地层接触关系是指上下地层之间在空间上的接触形式和时间上的发展状况。火成岩与围岩接触关系侵入接触沉积接触侵入与沉积接触

3.2.1地质年代的确定地质年代单位：指地质时期中的时间划分单位，又称“地质时间单位”。年代地层单位：各个地质年代时间段落中所形成的地层也相应划分为若干地层单位。地质年代单位及年代地层单位3.2.2地质年代表地质年代表指按时代早晚顺序表示地史时期的相对地质年代和同位素年龄值的表格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3.2.2地质年代表冥古宙/HaGSSA——4000Ma太古宙/ArGSSA——2500Ma元古宙/PtGSSP——542Ma显生宙/Ph冥古宙太古宙元古宙显生宙显生宙↓古生代中生代新生代↓三叠纪侏罗纪白垩纪↓早、中、晚侏罗世↓阿林期巴柔期

…5个层次4个阶段前寒武纪太古界——华北（片岩、片麻岩）元古界——华北及长江流域（沉积－砂岩灰岩白云岩等）古生界——海相沉积－灰岩白云岩碎屑岩中生界——我国大部分为陆地新生界——第三系主为陆相红色碎屑岩我国地史概况3.2.3我国地史概况3.3岩层产状3.3.1岩层产状要素岩层：岩层是指由两个平行或近于平行的界面所限制的、同一岩性组成的层状岩石。岩层在空间的展布状态?产状三要素3.3.1岩层产状要素二维码动画P38N(0°)(360°)E(90°)W(270°)S(180°)330°(N30°W)走向240°150°走向倾向3.3.1岩层产状要素真倾角视倾角？3.3.1岩层产状要素3.3.2岩层产状的测定及表示方法地质罗盘及其使用方法视频（8分钟）3.3.2岩层产状要素的测定及表示方法智能移动设备法：一种基于智能移动设备的岩层产状测量方法(详见发明专利书)水平构造的地貌景观（阶梯状陡崖）水平构造：水平岩层指的是岩层平行水平面或大致平行水平面的岩层，即岩层和水平面之间的夹角为0或接近0(<5度)。3.4水平构造——水平岩层(1)地质界线(岩层分界面和地表面的交线)和地形等高线平行或重合，随等高线的弯曲而弯曲。(2)在岩层没有发生倒转的情况下，新岩层位于老岩层之上，新岩层出露的位置也比老岩层要高。(3)水平岩层的分布和出露形态受地形的控制。特点：3.5单斜构造倾斜岩层（单斜构造）：岩层层面与水平面之间有一定夹角。岩层的产状是指岩层在地壳中产出的空间状态。即岩层面在三维空间的延伸方位及其倾斜程度。归纳起来，可将岩层按产出状态分为水平、倾斜和直立三类。如何测量和表示呢？3.5单斜构造倾斜岩层（单斜构造）：岩层层面与水平面之间有一定夹角。由于地表面一般为起伏不平的曲面，倾斜岩层露头线也就变成了与等高线相交的曲线。当其穿过沟谷或山脊时，露头线均呈“V”字形态。根据岩层倾向与地面坡向的结合情况，“V”字形会有不同的表现。岩层分界线在地表的出露线称为露头线。任一地质界面与天然地面的交线。在地质平面图上的形状取决于地质界面的产状与地形的关系3.5.1岩层倾向与地面坡向的关系岩层分界线在地表的出露线称为露头线。任一地质界面与天然地面的交线。在地质平面图上的形状取决于地质界面的产状与地形的关系3.5.1岩层倾向与地面坡向的关系表现一：“相反-相同”——即：当岩层倾向与地面坡向相反时，露头线与地形等高线呈相同方向弯曲，且露头线的弯曲度比等高线的弯曲度小。“V”字形露头线的尖端在沟谷处指向上游，在山脊处指向下坡3.5.1岩层倾向与地面坡向的关系表现二：“相同>相反”——即：当岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角大于地形坡角时，露头线与地形等高线呈相反方向弯曲。“V”字形露头线的尖端在沟谷处指向下游，在山脊处指向上坡。3.5.1岩层倾向与地面坡向的关系表现三：“相同<相同”——即：当岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角小于地形坡角时，露头线与地形等高线呈相同方向弯曲，且露头线的弯曲度大于等高线的弯曲度。“V”字形露头线的尖端在沟谷处指向上游，在山脊处指向下坡。3.5.1岩层倾向与地面坡向的关系根据“V”字形法则，阅读地质图时则可反演推断岩层空间展布与地面斜坡的组合关系（岩层倾向与地面坡向关系）“弯反则相同”“弯同曲大也相同”“弯同曲小则不同”K及T岩层分界面的露头线与地形等高线呈相同方向弯曲，且露头线的弯曲度小于等高线的弯曲度，根据“弯同曲小则不同”，则可以推断岩层倾向与地面坡向相反。3.5.1岩层倾向与地面坡向的关系露头形态倾斜岩层的倾角愈小，其露头形态受地形起伏的影响愈大露头宽度岩层露头的宽度主要受岩层厚度、岩层面与地面间夹角大小以及地面陡缓三方面因素控制。厚度

倾斜岩层的厚度，包括了真厚度、铅直厚度和视厚度三种。3.5.2倾向岩层在地质图上的表现3.6褶皱构造及其对工程的影响褶皱构造：组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造。3.6.1褶曲要素核部翼部轴面轴线枢纽脊线

槽线褶曲要素3.6.2褶皱的类型褶曲：褶皱构造中任何一个单独的弯曲褶曲背斜：岩层弯曲向上凸出，核部老，两翼新。向斜：岩层弯曲向下凹陷，核部新，两翼老。向斜、背斜3.6.2褶曲的类型(1)按轴面产状分直立褶曲（a）倾斜褶曲（b）倒转褶曲（c）平卧褶曲（d）翻卷褶曲（e）（2）枢纽产状分类水平褶皱倾伏褶皱水平褶皱倾伏褶皱以枢纽是否近似水平判断3.6.2褶曲的类型（3）褶曲平面形态分类褶曲长宽比判断线状褶曲短轴褶曲穹隆与构造盆地线状褶曲短轴褶曲b图右侧3.6.2褶曲的类型3.6.3褶皱的野外识别褶皱的野外识别步骤：判断有无褶皱存在：重复出现对称分布；确定褶皱的基本类型：背斜：核部老，两翼新；反之；确定褶皱的形态分类：褶皱的形态特征。3.6.3褶皱的野外识别3.6.4褶皱的工程评价岩层破碎产生的岩体稳定问题和向斜核部地下水的问题褶皱核部的不良工程条件褶皱翼部的工程地质评价3.6.4褶皱的工程评价褶皱翼部的工程地质评价单斜构造中倾斜岩层引起的顺层滑坡问题岩层产状与坡向的关系(1)反向坡（逆向坡）(2)顺向坡倾角小于坡角倾角大于坡角稳定不稳定稳定3.6.4褶皱的工程评价褶曲不同部位对工程的影响3.6.4褶皱的工程评价隧道垂直穿过褶皱地层走向时3.6.4褶皱的工程评价隧道3.6.4褶皱的工程评价473.6.4褶皱的工程评价3.7断裂构造断裂构造岩石受构造应力作用超过其强度时就会发生裂缝或错断，岩石的连续完整性遭到破坏而形成的各种大小不一的断裂基本类型：按其规模及断裂面两侧的相对位移节理（裂隙）断层裂隙断层裂隙：岩层受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造裂隙的类型（1）按成因分类构造裂隙（受地壳运动的构造应力作用形成的）非构造裂隙（原生节理、风化、崩塌滑坡，边坡卸荷裂隙、人工）构造裂隙延伸范围大，空间分布具有一定规律性，成群出现非构造裂隙范围小，延伸不远，深度小，无方向性。3.7.1节理（裂隙）特点：（2）按形成时应力类型分类张裂隙剪（扭）裂隙雁列张节理3.7.1节理（裂隙）（2）按形成时应力类型分类张裂隙剪（扭）裂隙（3）按裂隙面与所在岩层产状要素的关系分类走向裂隙(a)倾向裂隙(b)斜向裂隙(c)顺层裂隙(d)雁列张节理3.7.1节理（裂隙）3.7.1.1裂隙对工程的影响裂隙对工程的影响如下：裂隙破坏了岩石的完整性，给风化作用创造了有利条件，促进岩石风化速度。裂隙降低了岩石强度、地基承载力、稳定性。裂隙的存在有利于挖方采石，但影响爆破作业的效果。裂隙是地下水良好的通道，它增强了岩体的透水性，加快可溶岩的溶蚀，会在施工中造成涌水。裂隙发育的岩层是良好的供水水源点。裂隙（节理）组合形成危岩实例：3.7.1.1裂隙对工程的影响裂隙（节理）不利组合造成边坡楔体破坏3.7.1.1裂隙对工程的影响建筑地基中的大裂隙需要先处理3.7.1.1裂隙对工程的影响3.7.1.2裂隙的调查﹑统计和表示方法工程地质勘察应对节理进行调查，应包括以下内容:节理的成因类型、力学性质。节理的组数、密度。节理的张开度、长度和节理面壁的粗糙度。节理的充填物质及厚度、含水情况。节理发育程度分级。裂隙统计：裂隙玫瑰图（裂隙走向编制或者裂隙倾向编制）裂隙玫瑰图（a）裂隙走向玫瑰图；（b）裂隙倾向玫瑰图裂隙发育方向的评价：找出裂隙发育的主要方向；裂隙发育程度的评价：定量指标主要是裂隙间距、裂隙密度、裂隙率及完整系数等；裂隙性质的评价：性质包括裂隙的延伸长度、贯通情况、裂隙面的粗糙程度、力学性质、充填情况等。3.7.1.3裂隙的工程地质评价岩层中裂隙，有利开挖，但岩体的强度和稳定性都有不利的影响。断层：岩层受力断裂后，两侧岩块发生了显著位移的断裂构造。3.7.2断层3.7.2.1断层要素59断层要素断层面：两侧岩块发生相对位移的断裂面断层盘：断层面两侧发生相对位移的岩块断距：断层两盘沿断层面相对移动的距离当断层面倾斜时，位于断层面上部的断盘称为上盘，位于断层面下部的断盘称为下盘603.7.2.1断层要素3.7.2.2断层的类型（1）按断层两盘的相对位移来分类（基本类型）下盘与“下降盘”正断层（a）逆断层（b）平移断层（c）(2)断层的组合类型阶梯状断层阶梯状断层：是由若干条产状大致相同的正断层平行排列而成。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。叠瓦式断层：是由一系列产状大致相同平行排列的逆断层的组合形成。3.7.2.2断层的类型叠瓦式断层地垒地堑3.7.2.2断层的类型台中地区叠瓦式断层带3.7.2.2断层的类型(3)按断层活动发生的时代分类老断层：是指侏罗纪至白垩纪（燕山期）及其更老时代产生的而近期无明显活动的断层。新断层：新生代（喜山期）形成的，它是新构造运动的产物。活断层：是指影响到全新世（Q4）的断层，又称为活动断裂。即指现在正在活动或在最近地质时期发生过活动的断层。活断层对工程建设地区稳定性影响大，因此它是区域稳定性评价的核心问题。3.7.2.2断层的类型3.7.2.3断层存在的标志（断层的野外识别）(1)地貌特征断层断层的存在常常控制和影响水系的发育，河谷常沿断层带发育或突然转向。串珠状分布的湖泊、洼地和带状分布的泉点等往往也是断层存在的标志。断层三角面3.7.2.3断层存在的标志（断层的野外识别）(2)构造线和地质体的不连续任何线状或面状的地质体，在平面或剖面上的突然中断、错开等不连续现像是判断断层存在的—个重要标志。3.7.2.3断层存在的标志（断层的野外识别）(3)地层的重复与缺失断层存在时地层产状的异常现象3.7.2.3断层存在的标志（断层的野外识别）(4)断层面(带)的构造特征断层面(带)的构造特征（a）牵引构造（b）断层角砾（c）断层擦痕由于断层面两侧岩块的相互滑动和摩擦，在断层面上及其附近留下的各种证据。3.7.2.3断层存在的标志（断层的野外识别）3.7.2.4断层的工程地质评价破坏岩体完整性，加速风化作用、地下水的活动及岩溶发育。降低地基岩体强度造成地基及场地稳定性问题地基变形影响施工中的问题坍塌和涌水断层地震3.8地质图的阅读是将自然界的各种地质现象，如地层、地质构造等，用规定的符号，按一定的比例缩小并投影绘制在平面上的一种图件。表示地壳表层岩相、岩性、地层年代、地质构造、岩浆活动、矿产分布等的地图的总称。包括平面图，剖面图和综合地层柱状图，并标明图名、比例、图例和接图等。3.8.1地质图地质图符号是被用来表示地层的岩性、地质年代和地质构造等情况所规定的特定的符号。地层年代符号岩石符号地质构造符号地质图符号常见各种地质构造的表示方法30°30°30°3.8.2地质图的符号3.8.3阅读地质图3.8.3.1不同产状岩层在地质图上的特征水平岩层:与地形等高线平行或者重合。在地势高处出露新岩层，在地势低处出露老岩层。直立岩层:与地面交线位于同一水平面上，在水平面上的投影时一条直线。倾斜岩层:主要