地質(zhì)構(gòu)造教案.doc

昆明理工大學(xué) 工程地質(zhì)學(xué) 教案建筑工程學(xué)院土木工程系 教師姓名： 陳積普（講師）授課學(xué)時(shí)： 3 課時(shí) 授課時(shí)間：2009年11月10、17日教學(xué)課題第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對工程影響3-2 褶皺構(gòu)造3-3 斷裂構(gòu)造3-4 不整合教學(xué)目的通過本小節(jié)的學(xué)習(xí)，熟悉幾種常見的地質(zhì)構(gòu)造的概念、要素、類型及其特性?；疽?. 熟練掌握褶皺的概念、成因，要素及類型，了解褶皺的野外識別方法和工程意義。2. 熟練掌握節(jié)理、斷層的概念、成因，要素及類型，了解斷層的識別方法及其工程意義。教學(xué)重點(diǎn)1 褶皺的成因及類型；2. 節(jié)理、斷層的成因及類型。教學(xué)難點(diǎn)褶皺、斷層的成因。 主要教學(xué)方法及手段1. 課堂教學(xué)，利用多媒體教學(xué)課件分析褶皺、斷層的形成原因，通過大量圖片讓學(xué)生認(rèn)識褶皺、斷層的類型。2. 采用提問、討論等啟發(fā)式教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考問題。教學(xué)學(xué)時(shí)總學(xué)時(shí) 32，本次教案3學(xué)時(shí)（135分鐘）授課內(nèi)容3-2 褶皺構(gòu)造1、 褶皺的概念2、 褶皺的成因3、 褶皺的要素4、 褶皺的分類5、 褶皺的野外識別6、 褶皺的工程地質(zhì)特性3-3 斷裂構(gòu)造1、 斷裂構(gòu)造的定義授課內(nèi)容2、 裂隙（節(jié)理）（1） 裂隙的定義（2） 裂隙的分類（3） 裂隙與褶皺的成生關(guān)系（4） 裂隙的調(diào)查、統(tǒng)計(jì)及表示方法（5） 裂隙的工程地質(zhì)特性3、 斷層（1） 斷層的定義（2） 斷層的要素（3） 斷層的分類（4） 斷層的野外識別（5） 斷層的工程地質(zhì)特性工程地質(zhì)學(xué) 講 稿授課年級：工程力學(xué)、工程管理、給排水工程、建筑環(huán)境與設(shè)備、工程造價(jià)09級授課時(shí)間：2009年11月10.17日 授課教師：陳積普（講師）教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容引入課題約5分鐘本章第一節(jié)的內(nèi)容主要介紹了地應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造的概念，在此基礎(chǔ)上分析了什么是水平構(gòu)造和單斜構(gòu)造，另外對巖層產(chǎn)狀的描述、測定及表示方法進(jìn)行了闡述。內(nèi)容回顧那么：什么叫地質(zhì)構(gòu)造？什么是水平構(gòu)造和單斜構(gòu)造？描述巖層產(chǎn)狀的參數(shù)有那些？野外如何測了巖層產(chǎn)狀？巖層產(chǎn)狀參數(shù)如何表示？提出問題在地應(yīng)力的長期作用下，地殼就會發(fā)生變形，形成構(gòu)造變動(dòng)的形跡，這種殘留的形跡就成為地質(zhì)構(gòu)造，常見的地質(zhì)構(gòu)造主要為褶皺、斷裂兩種，本節(jié)課主要介紹這兩種地質(zhì)構(gòu)造的成因、類型、要素、野外識別方法以及工程意義?？偨Y(jié)，承上啟下。新課教學(xué)約45分鐘3-2 褶皺構(gòu)造（Fold）1、 褶皺構(gòu)造的概念 組成地殼的巖層，受構(gòu)造應(yīng)力的強(qiáng)烈作用，使巖層形成一系列波狀彎曲而未喪失其連續(xù)性的構(gòu)造，稱為褶曲構(gòu)造。教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容新課教學(xué)約45分鐘2、 褶皺構(gòu)造的成因 如圖13所示，在構(gòu)造應(yīng)力作用下，巖層產(chǎn)生褶曲變形而未喪失其連續(xù)性，褶皺構(gòu)造形跡就是褶皺構(gòu)造。圖 2 豎向力作用圖 1 水平力作用圖3 力偶作用3、褶曲要素 褶皺構(gòu)造中的一個(gè)彎曲，稱為褶曲。褶曲是褶皺構(gòu)造的組成單位，如圖 4所示，一般都有核部、翼、軸面、及樞紐等幾個(gè)部分，稱為褶曲要素。圖4 褶曲要素示意圖4、褶皺類型 （1）褶皺的基本形態(tài)是背斜和向斜，如圖5所示，背斜是向上拱起的彎曲，以褶皺軸為中心向兩側(cè)傾斜，當(dāng)出露巖體風(fēng)化剝教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容新課教學(xué)約45分鐘蝕后，顯示從軸部向兩翼，巖層越來越新；向斜巖層的傾向于背斜相反，從軸部向兩翼，巖層越來越老。圖 5 背斜與向斜示意圖 （2）如圖6所示，按褶皺的軸面產(chǎn)狀，褶曲可以分為直立褶皺、傾斜褶皺、倒轉(zhuǎn)褶皺和平臥褶皺。圖6 直立、倒轉(zhuǎn)、傾斜、平臥褶皺示意圖 （3）如圖7所示，按褶皺樞紐產(chǎn)狀分類，分為水平褶皺和傾覆褶皺。圖7 水平褶皺和傾覆褶皺示意圖教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容新課教學(xué)約45分鐘（4）如圖8所示，按剖面形態(tài)劃分，褶皺可以分為扇形褶皺、箱型褶皺和單斜。圖8 扇形、箱型褶皺及單斜5、褶皺的識別不能簡單的認(rèn)為背斜為山、向斜為谷，同時(shí)由于褶皺規(guī)模大小的不同，靠觀測出露在地面的基巖無法識別大型褶皺，因此野外觀察褶皺的方法主要有穿越法、追索法等。6、褶曲構(gòu)造的工程意義。在道路工程、隧道工程中，褶曲構(gòu)造對工程的不利影響在于當(dāng)巖層走向與路線走向一致，巖層傾向與路基邊坡傾向相同時(shí)，不利于邊坡工程的穩(wěn)定，隧道內(nèi)巖層產(chǎn)狀不利時(shí)，會造成隧道內(nèi)巖體中塊石掉落或滑移。圖9 地質(zhì)構(gòu)造對工程建設(shè)的影響教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容新課教學(xué)約40分鐘3-3 斷裂構(gòu)造（Fracture）1、斷裂構(gòu)造的概念 構(gòu)成地殼的巖體，受力作用變形，當(dāng)變形達(dá)到一定的程度后，使巖體的連續(xù)性和完整性遭到破壞，產(chǎn)生各種大小不一的斷裂，這種構(gòu)造形跡稱為斷裂構(gòu)造。斷裂構(gòu)造主要包括斷層和裂隙，區(qū)別在于斷裂后兩側(cè)巖塊有無明顯的錯(cuò)動(dòng)位移。2、 裂隙（1）定義：裂隙也稱為節(jié)理，是存在于巖體中的裂縫，是巖體受力斷裂后兩側(cè)巖塊沒有顯著的相對位移的小型斷裂構(gòu)造。分類。（2）分類：A、按裂隙（節(jié)理）成因劃分，分為原生裂隙、構(gòu)造裂隙和次生裂隙。原生裂隙是巖體形成是就產(chǎn)生的裂隙，如玄武巖的柱狀節(jié)理；構(gòu)造裂隙是在地應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂隙，如“X”剪節(jié)理；次生裂隙是由于風(fēng)化作用、開挖卸荷作用形成的裂隙，如風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙等。構(gòu)造節(jié)理一般規(guī)模比較大、分布廣、規(guī)律性強(qiáng)，非構(gòu)造節(jié)理（即原生節(jié)理和次生節(jié)理）則相反。B、按力學(xué)成因，構(gòu)造裂隙可以分為張性裂隙和扭（剪）性裂隙，如圖10、11所示。圖10 （a）追蹤張節(jié)理 （b）雁列張節(jié)理教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容新課教學(xué)約40分鐘圖11 “X”剪節(jié)理C、按節(jié)理的幾何形態(tài)劃分，可以分為走向節(jié)理、傾向節(jié)理、斜向節(jié)理和順層節(jié)理，如圖12所示。D、按節(jié)理走向與所在線狀構(gòu)造延伸方向的關(guān)系可以劃分為縱節(jié)理、橫節(jié)理和斜節(jié)理。圖12 節(jié)理的幾何形態(tài)圖13 節(jié)理走向與線狀構(gòu)造延伸方向的關(guān)系教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容新課教學(xué)約40分鐘（3）節(jié)理與褶皺的成生關(guān)系 褶皺形成過程中，用于巖體的變形可能造成巖體局部斷裂而形成節(jié)理，一般來說，張性裂隙主要發(fā)育在褶皺的軸部；扭性裂隙常出現(xiàn)在褶曲的褶皺的翼部和斷層附近。圖1416表示在褶皺形成過程中產(chǎn)生裂隙，圖14為褶皺錢兩組剪節(jié)理及橫張節(jié)理；圖15為褶皺剖面出現(xiàn)的兩組剪節(jié)理；圖16為褶皺后再背斜頂部出現(xiàn)的縱張節(jié)理及層間剪節(jié)理。圖14圖15圖16教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容新課教學(xué)約40分鐘（4）裂隙調(diào)查、統(tǒng)計(jì)和表示方法。對某一具有代表性的基巖露頭進(jìn)行調(diào)查，主要調(diào)查裂隙的產(chǎn)狀、裂隙的密度、裂隙的充填情況等，利用裂隙走向、傾向玫瑰圖（如圖17、18）進(jìn)行裂隙統(tǒng)計(jì)。圖17 裂隙走向玫瑰圖圖18 裂隙傾向、傾角玫瑰圖（5）裂隙的工程意義巖體裂隙的發(fā)育，把巖體分割成塊狀或碎塊狀，降低巖體的整體性和強(qiáng)度；另外裂隙為地下水提供了過水通道，造成裂隙進(jìn)一步發(fā)育或者粘土礦物的充填，對巖體強(qiáng)度和穩(wěn)定性均產(chǎn)生不利影響。在地下建筑工程中、路基工程、路塹邊坡工程中，裂隙的存在即及產(chǎn)狀將不利于這些工程的進(jìn)展，如可能會發(fā)生邊坡崩坍、隧道洞室的坍塌等，因此在隧道圍巖分級中，裂隙是重要影響因素和調(diào)查的重點(diǎn)對象。教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容新課教學(xué)約40分鐘 3. 斷層（Fault）（1）定義：巖體受力作用斷裂后，兩側(cè)巖塊沿?cái)嗔衙姘l(fā)生了顯著位移的斷裂構(gòu)造，稱為斷層。（2）要素（圖19）A、斷層面、斷層帶：兩側(cè)巖塊發(fā)生相對位移的斷裂面稱為斷層面，規(guī)模大的斷層經(jīng)常不是沿著一個(gè)斷層面產(chǎn)生，而會產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)動(dòng)發(fā)生帶，稱為斷層帶。B、斷層線：斷層面與地面的交線，表示斷層延伸的方向，其形狀取決于斷層面的形狀和地面起伏情況。C、上盤和下盤：兩側(cè)發(fā)生相對位移的巖塊稱為斷盤，當(dāng)斷層傾斜時(shí)，位于斷層面上方的為上盤，斷層直立時(shí)用斷塊所在方位判定，如東盤、西盤等。D、斷距：是斷層兩盤沿?cái)鄬用嫦鄬σ崎_的距離。圖19 斷層要素示意圖（3）分類A、按斷層兩盤相對位移的情況，可以分為正斷層、逆斷層和平推斷層。正斷層是上盤下降、下盤相對上升，一般由于巖體收到水平作用和重力作用形成的（圖20）；逆斷層是上盤上升、下盤相對下降，一般收到強(qiáng)烈的水平擠壓力作用形成（圖21）；平推斷層也成平移斷教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容新課教學(xué)約40分鐘層，是斷層兩盤發(fā)生相對水平位移，一般是由于水平扭應(yīng)力作用形成（如圖21）。圖19 正斷層示意圖圖20 逆斷層示意圖圖21 平移斷層示意圖B、按力學(xué)成因劃分：壓性斷層：由壓應(yīng)力作用形成，壓性斷層的走向與壓應(yīng)力方向垂直，常成群出現(xiàn)構(gòu)成擠壓構(gòu)造帶；張性斷層：由張（拉）應(yīng)力作用形成。扭性斷層：由扭（剪）應(yīng)力作用產(chǎn)生，一般兩組共生。壓扭性斷層：具有壓性斷層兼扭性斷層的力學(xué)特性。教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容新課教學(xué)約40分鐘張扭性斷層，具有張性斷層兼扭性斷層的力學(xué)特性。C、按斷層走向與巖層走向的關(guān)系劃分：走向斷層，傾向斷層，斜交斷層和順層斷層（圖22）。D、按斷層面走向與褶皺軸走向的關(guān)系劃分（圖22）：總斷層：兩個(gè)走向平行的斷層；橫斷層：兩個(gè)走向垂直的斷層；斜斷層：兩個(gè)走向斜交的斷層。圖22 斷層示意圖F1走向斷層（縱斷層） F2傾向斷層（橫斷層）F3斜向斷層（斜斷層）（4）斷層的野外識別圖23 斷層崖A、地貌特征：當(dāng)斷距較大時(shí)，上升盤的前緣可能形成陡峭的斷層崖（圖23），若經(jīng)剝蝕可能會形成斷層三角面地形；另外斷層破碎帶易于風(fēng)化，還可能會形成溝谷或峽谷地形，這些地形應(yīng)注重觀察是否存在斷層。B、地層特性，如巖層重復(fù)或缺失，巖脈錯(cuò)斷，或巖層巖走向突然缺失，說明斷層存在的可能性比較大。C、伴生構(gòu)造現(xiàn)象：斷層在發(fā)生過程中會遺留某些痕跡，如牽引彎曲、斷層角礫、斷層泥和斷層擦痕等。教學(xué)過程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容新課教學(xué)約40分鐘（5）斷層的工程地質(zhì)評價(jià)A、斷層和地貌發(fā)育的關(guān)系至為密切。如塊狀山地、斷陷盆地、斷層谷、飛來峰、大裂谷以及某些水文現(xiàn)象（如湖泊的形成，河流的發(fā)育等）都與斷層有關(guān)B、斷層，特別是活動(dòng)性斷層是導(dǎo)致地震活動(dòng)的重要地質(zhì)背景。 C、斷層與工程建設(shè)。斷層與水利水電工程：修筑大壩時(shí)需對壩體所在區(qū)岸坡進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘查，詳細(xì)了解斷層的產(chǎn)狀、斷層帶的填充物，當(dāng)斷層走向與壩體的軸線方向