工程地質(zhì)與土力學第2章-地質(zhì)構(gòu)造課件

1、2. 地質(zhì)構(gòu)造1.水平構(gòu)造、單斜構(gòu)造及其產(chǎn)狀2.褶皺構(gòu)造3.斷裂構(gòu)造4.不整合構(gòu)造5.地質(zhì)圖的閱讀與分析工程地質(zhì)及土力學2.1 地質(zhì)年代 巖層的地質(zhì)年代有絕對地質(zhì)年代和相對地質(zhì)年代兩種表示方法，表示地質(zhì)事件發(fā)生的先后順序為相對年代，表示地質(zhì)事件發(fā)生至今的年齡稱為絕對年代（同位素年齡）。相對地質(zhì)年代不能說明巖層形成的確切時間，但能反映巖層形成的自然階段，從而說明地殼發(fā)展的歷史過程，故在地質(zhì)工作中，一般以應(yīng)用相對地質(zhì)年代為主。1相對地質(zhì)年代的確定方法（1）地層層序律地層：一定地質(zhì)時期內(nèi)所形成的層狀巖石的總稱。未經(jīng)過構(gòu)造運動改造的層狀巖層大多是水平巖層，水平巖層的層序為每一層都比它下伏的相鄰層新而比

2、它上覆的相鄰層老，為下老上新，即具有地層層序律,如圖2-1。但巖層因構(gòu)造運動而發(fā)生傾斜但未倒轉(zhuǎn)時，傾斜面以上的巖層新，傾斜面以下的巖層老，此時應(yīng)要仔細研究沉積巖的泥裂、波痕、遞變層理、交錯層等原生構(gòu)造來判別巖層的頂、底面，如圖所示。圖2-1 正常層位 圖2-2 變動層位15代表巖層由老至新15代表巖層由老至新 正常層序：上新下老?；蛏享斚碌?。倒轉(zhuǎn)層序：上老下新?；蛏系紫马?。新 老2遞變層理：下粗上細 頂粗底細3、對稱波痕： 尖棱狀波峰指示頂面方向，波谷的圓弧則是指向巖層底面頂尖底圓4泥裂（龜裂）：在剖面上呈“V”字型；開口示頂、尖端示底 頂寬底窄5雨痕、冰雹痕：凹面為頂、凸面為底（凹坑） 頂凹

3、底凸6.沖刷痕跡: 固結(jié)或半固結(jié)的沉積巖層, 在露出水面或在水下時, 因流水的沖刷而在沉積巖層的層面上造成溝、槽和淺坑等凹凸不平的沖刷痕跡, 新巖層中含有老巖層的礫石（底礫巖），據(jù)此可以用來確定巖層的頂面和底面。（2）生物層序律沉積巖中保存的地質(zhì)時期生物遺體和遺跡稱為化石。在漫長的地質(zhì)歷史時期內(nèi)，生物從無到有、從簡單到復雜、從低級到高級發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展演化。因此不同地質(zhì)時代的巖層中含有不同類型的化石及其組合，而在相同地質(zhì)時期的相同地理環(huán)境下形成的地層，含有相同的化石，這就是生物層序律。（3）切割律不同時代的巖層或巖體常被侵入巖侵入穿插，就侵入巖與圍巖相比，侵入者時代新，被侵入者時代老，這就是

4、切割律，即包裹者新，被包裹者老，如圖所示。 (a) 侵入接觸 (b) 沉積接觸地層切割律6123451最早形成3侵入12侵入1和3，晚于34切割2和3，形成晚于2和35切割1、2、4，晚于46覆蓋15，最晚形成2絕對地質(zhì)年代的確定方法自20世紀30年代發(fā)現(xiàn)了元素的放射性后，同位素地質(zhì)年代測定方法得到越來越廣泛的應(yīng)用。基本原理是基于放射性元素具有固定的衰變系數(shù)(衰變系數(shù)代表每年每克母體同位素能產(chǎn)生的子體同位素的克數(shù))，而且礦物中放射性同位素蛻變后剩余的母體同位素含量N與蛻變而成的子體同位素含量D可以測出，根據(jù)下列公式： 地層間的接觸關(guān)系，是構(gòu)造運動和地質(zhì)發(fā)展歷史的記錄。整合接觸不整合接觸 上、下

5、地層在沉積層序上沒有間斷, 巖性和所含化石都是遞變的, 上、下巖層的產(chǎn)狀平行一致, 它們是連續(xù)沉積形成的。 上、下地層之間的層序有沉積間斷, 即先后沉積的地層之間缺失了部分地層, 這種上、下地層之間的接觸關(guān)系平行不整合角度不整合2.2 地層接觸關(guān)系1.平行不整合（假整合） 不整合面上下兩套巖層之間的地質(zhì)年代不連續(xù)，缺失沉積間斷期的巖層，但彼此的產(chǎn)狀是一致的。下降接受沉積，形成連續(xù)沉積層地殼上升，D層露出水面，接受剝蝕D層被剝蝕完，C層開始受到剝蝕地殼再次下降接受沉積，形成E層下降沉積上升、接受剝蝕，沉積間斷再下降, 再沉積不整合面2.角度不整合 角度不整合不僅不整合面上、下兩套巖層的地質(zhì)年代不

6、連續(xù)，而且兩者的產(chǎn)狀也不一致。角度不整合不整合面（1）角度不整合的特點1234 上、下兩套地層之間有沉積間斷, 缺失部分地層；上、下兩套地層的巖層產(chǎn)狀不一致；在不整合面上常有底礫巖、古風化殼、古土壤層等； 上覆較新地層的底面與不整合面基本平行, 而下伏較老地層的巖層面與不整合面相截交。 層間結(jié)構(gòu)差，地下水發(fā)育的含水層，為軟弱夾層下降, 接受沉積，形成1-4連續(xù)層地層褶皺上升、斷裂、巖漿活動、巖石變質(zhì)（露出水面部分）接受剝蝕, 沉積間斷再次下降, 接受沉積，形成不整合反映了在上覆地層沉積之前, 下伏地層曾發(fā)生過構(gòu)造變形運動（2）角度不整合的形成過程地層接觸關(guān)系示意圖a、整合接觸；b、假整合接觸；

7、c、不整合接觸；d、沉積接觸；e侵入接觸；f、斷層接觸地層接觸關(guān)系地層接觸關(guān)系 整合接觸 不整合接觸 平行不整合接觸 角度不整合 工程地質(zhì)及土力學 1.4地質(zhì)年代表二、地質(zhì)年代表地質(zhì)年代單位地層年代單位宙、代、紀、世、期宇、界、系、統(tǒng)、階新生早晚三四紀，六千萬年喜山期；中生白堊侏疊三，燕山印支兩億年；古生二疊石炭泥，志留奧陶寒武系；震旦青白薊長城，海西加東到晉寧。 地質(zhì)年代表工程地質(zhì)及土力學 1.4地質(zhì)年代表 把地層、地貌和地質(zhì)構(gòu)造用專門的符號按一定的比例、顏色、線條表示在地形圖上的圖件就是地質(zhì)圖。2.2 地質(zhì)圖的閱讀與分析 從地質(zhì)圖上可以全面了解一個地區(qū)的地層順序及時代、巖性特征、地質(zhì)構(gòu)造（

8、褶皺、斷層等）、礦產(chǎn)分布、區(qū)域地質(zhì)特征等內(nèi)容。是指導生產(chǎn)實踐，進行區(qū)域地質(zhì)、地理、自然環(huán)境研究的重要資料。1.地質(zhì)圖的種類1.普通地質(zhì)圖 是表示某地區(qū)的地形、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造條件的基本圖件。根據(jù)普通地質(zhì)圖可編繪其他地質(zhì)圖。2.工程地質(zhì)圖 根據(jù)不同的工程地質(zhì)條件，為各種工程專門編制的地質(zhì)圖。它一般是在普通地質(zhì)圖的基礎(chǔ)上，增加與各種工程建筑有關(guān)的工程地質(zhì)內(nèi)容。 3.水文地質(zhì)圖 是表示一個地區(qū)水文地質(zhì)條件和地下水形成、分布規(guī)律的地質(zhì)圖件。4.第四紀地質(zhì)圖 根據(jù)一個地區(qū)的第四系松散沉積物成因、形成的年代、成分、地貌的類型、巖性及分布情況而編制的綜合圖件。2.地質(zhì)圖的構(gòu)成地質(zhì)平面圖地質(zhì)柱狀圖地質(zhì)剖面圖

9、圖 例*地質(zhì)圖（圖名）比例尺責任表3.地質(zhì)圖一般的閱讀步驟1.先圖外2.后圖內(nèi)圖名、比例尺、圖例先地形后地質(zhì)地形特點、水系發(fā)育特點等 地層與巖石：地層時代、層序和巖石類型、性質(zhì)和巖層、巖體的產(chǎn)狀、分布等； 地質(zhì)構(gòu)造：褶皺、斷裂、巖漿巖體產(chǎn)狀； 分析該區(qū)的地質(zhì)發(fā)展史第二節(jié)巖層及巖層的產(chǎn)狀一、巖層概念巖層指由同一巖性組成的，有兩個平行或近于平行的界面所限制的層狀巖石。巖層的產(chǎn)狀指巖層在地殼中的空間方位。是以巖層面的空間方位及其與水平面的關(guān)系來確定的。二、巖層產(chǎn)狀1.產(chǎn)狀三要素走向、傾向、傾角任何構(gòu)造面或地質(zhì)體的界面，也可以通過測定這三個要素來確定其產(chǎn)狀 。巖層的產(chǎn)狀指巖層在地殼中的空間方位。是以巖

10、層面的空間方位及其與水平面的關(guān)系來確定的。水平面abdce 走向線 傾斜線 傾向 -傾角a 走向 巖層面與水平面的交線即走向線兩端所指的方向。（兩個方位角，相差180）產(chǎn)狀要素傾向 垂直于走向線沿層面向下所引的直線（傾斜線）在水平面上的投影所指方向。走向 = 傾向 90傾角 巖層面與水平面的夾角。 (090）巖層產(chǎn)狀要素的測定，一般在野外用羅盤儀（袖珍經(jīng)緯儀）來測定。2.產(chǎn)狀要素的測量方法地質(zhì)工作者在野外測量巖層產(chǎn)狀 長線代表走向，短線代表傾向，數(shù)字是傾角。（長短線必須按實際方位標繪在圖上）； 巖層水平（05）； 巖層直立（箭頭指向較新巖層）； 巖層倒轉(zhuǎn)（箭頭指向倒轉(zhuǎn)后的傾向，即指向老巖層，數(shù)

11、字是傾角) 30303.產(chǎn)狀要素的表示方法按產(chǎn)狀可分為分類水平巖層傾角5傾斜巖層傾角585直立巖層傾角85巖層指由同一巖性組成的，有兩個平行或近于平行的界面所限制的層狀巖石。2.3 巖層構(gòu)造1.水平構(gòu)造水平構(gòu)造一般出現(xiàn)在地殼運動影響輕微的地區(qū)。前提：巖層沒有發(fā)生倒轉(zhuǎn)水平巖層特征 新巖層在上，老巖層在下； 巖層的厚度等于巖層頂、底面標高之差； 巖層的露頭寬度決定于巖層的厚度和地面坡度；地質(zhì)界線，在地質(zhì)圖上與地形等高線平行或重合，而不相交。2.傾斜巖層傾斜巖層往往是某種構(gòu)造形態(tài)的一部分。傾斜巖層按傾角a的大小又可分為：緩傾巖層，a30陡傾巖層，30a60陡立巖層，a60單面山3.直立巖層直立巖層一

12、般出現(xiàn)在構(gòu)造強烈的地區(qū)。 直立巖層的地質(zhì)界線是沿其走向作直線延伸，不受地形影響。水平巖層()、直立巖層()和傾斜巖層()的露頭形態(tài)及其在平面圖上的表現(xiàn)一褶皺現(xiàn)象 褶皺構(gòu)造：層狀的巖石經(jīng)過變形后，形成彎彎曲曲的形態(tài)，但巖石的連續(xù)完整性沒有受到破壞，這種構(gòu)造叫褶皺構(gòu)造。大部分為水平擠壓形成。第四節(jié)：褶皺構(gòu)造褶曲：是褶皺的基本單位，是褶皺中的一個彎曲。 褶曲的基本形態(tài)：從形態(tài)上*： 背斜：兩翼巖層相背傾斜。形態(tài)上是向下彎曲的 向斜：兩翼巖層相向傾斜。形態(tài)上是向上彎曲的從地層出露關(guān)系上： 背斜：核部是老地層，翼部是新地層 向斜：核部是新地層，翼部是老地層S二褶曲的要素1核部：褶曲的中心部位。2翼部：核

13、部兩側(cè)的地層3軸面：平分褶曲為兩部分的一個假想平面。4軸：軸面與水平面的交線。5轉(zhuǎn)折端：指褶曲從一翼向另一翼過渡的彎曲部分。6. 樞紐：軸面與巖層面的交線。o1褶曲的形態(tài)分類按軸面和兩翼產(chǎn)狀直立褶曲：軸面是直立的，巖層向兩側(cè)傾伏。斜歪褶曲：軸面是傾斜的，巖層向兩側(cè)傾伏。倒轉(zhuǎn)褶曲：軸面是傾斜的，巖層向一個方向傾斜。平臥褶曲：軸面是水平的。翻卷褶曲：軸面是彎曲的。三褶曲的形態(tài)分類5.斷裂構(gòu)造完整巖石破壞節(jié)理斷層斷裂構(gòu)造外力巖層位移4.3 節(jié) 理4.3 節(jié) 理1、節(jié)理的類型次生節(jié)理原生節(jié)理張節(jié)理非構(gòu)造節(jié)理構(gòu)造節(jié)理剪節(jié)理按成因外動力地質(zhì)作用形成的節(jié)理 剪節(jié)理：由剪應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面，其主要特征如下： 裂

14、口是閉合的，節(jié)理面平直而光滑，常見有滑動擦痕和磨光鏡面； 剪節(jié)理的產(chǎn)狀穩(wěn)定，沿其走向和傾向可延伸很遠； 在礫巖或砂巖中發(fā)育的剪節(jié)理常切礫石、砂粒、結(jié)核和巖脈，而不改變其方向； 剪節(jié)理的發(fā)育密度較大，節(jié)理間距小而且具有等間距性，在軟弱薄層巖石中常常密集成帶出現(xiàn)。 張節(jié)理：由張應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面。大多發(fā)育在脆性巖石中，尤其在褶皺轉(zhuǎn)折端等張拉應(yīng)力集中的部位最發(fā)育，它主要有以下特征： 裂口是張開的，剖面呈上寬下窄的楔形，常被后期物質(zhì)或巖脈填充； 節(jié)理面粗糙不平，一般無滑動擦痕和磨擦鏡面； 產(chǎn)狀不穩(wěn)定，沿其走向和傾向都延伸不遠即行尖滅； 在礫巖或砂巖中發(fā)育的張節(jié)理常常繞過礫石、結(jié)核或粗砂粒，其張裂面明顯凹

15、凸不平或彎曲； 張節(jié)理追蹤X型剪節(jié)理發(fā)育呈鋸齒狀。三、節(jié)理的工程地質(zhì)評價 巖石中的節(jié)理，在工程上除有利于開采外，對巖體的強度和穩(wěn)定性均有不利影響。 （1）節(jié)理破壞了巖石的整體性，促使風化速度加快； （2）增強巖體的透水性，使巖體強度和穩(wěn)定性降低。 （3）若節(jié)理的主要發(fā)育方向與路線走向平行，傾向與邊坡一致，不論巖體的產(chǎn)狀如何，路塹邊坡都容易發(fā)生崩塌或碎落。在路基施工時，還會影響爆破作業(yè)的效果。 所以，當節(jié)理有可能成為影響工程設(shè)計的重要因素時，應(yīng)當進行深入的調(diào)查研究，詳細論證節(jié)理對巖體工程建筑條件的影響，采取相應(yīng)措施，以保證建筑物的穩(wěn)定和正常使用。撓曲平緩巖層的一段突然變陡而表現(xiàn)出褶皺面的膝狀彎曲

16、。膝狀褶皺以早期板劈理為變形面發(fā)生褶皺，由左到右褶皺形式發(fā)生變化，既由膝狀-箱狀-圓弧狀漸變過度膝折兩翼平直，轉(zhuǎn)折端尖棱。平緩褶皺褶皺兩翼翼間角大于120度。開闊褶皺褶皺開闊圓滑，翼間角大于120度。W型對稱褶皺中部褶皺較緊閉，向兩側(cè)逐漸開闊，褶皺轉(zhuǎn)折端加厚，翼部減薄。平行褶皺具有共同的曲率中心。外層曲率半徑大，曲率小，內(nèi)層曲率半徑小，曲率大。X型剪節(jié)理在同一應(yīng)力場作用下形成的兩組剪節(jié)理相互交切剪節(jié)理節(jié)理面平直，沿節(jié)理面充填方解石脈，剪節(jié)理2節(jié)理面平直穩(wěn)定，沿節(jié)理面充填方解石細脈剪節(jié)理及派生分支張節(jié)理剪節(jié)理平直穩(wěn)定，派生分支張節(jié)理與剪節(jié)理面呈30度角相交張節(jié)理一組與層面平行的張節(jié)理，延伸不遠，

17、示垂直層面方向的擠壓或平行層面的拉伸節(jié)理的交切發(fā)育兩組時代不同而相互垂直的節(jié)理，沿節(jié)理均充填方解石5.2 斷層 地殼巖層因受力達到一定強度而發(fā)生破裂，并沿破裂面有明顯相對移動的構(gòu)造稱斷層。斷層是構(gòu)造運動中廣泛發(fā)育的構(gòu)造形態(tài)。它大小不一、規(guī)模不等，小的不足一米，大到數(shù)百、上千千米。但都破壞了巖層的連續(xù)性和完整性。 斷層因其規(guī)模比節(jié)理大故在控制固體礦床油氣和地下水的運移和儲藏對大型工程的地基穩(wěn)定性的影響以及地震的監(jiān)測和預報等方面都有著非常重要的實際意義。斷層谷（1）、斷層要素上盤下盤斷層面由走向、傾向、傾角確定。非絕對平面。通常具一定厚度。與地面的交線稱斷層線。1斷層面：巖石斷開并籍以滑動的破裂面

18、。一、斷層要素2斷盤: 巖石斷開之后，被分隔為兩部分的巖塊 斷面直立：按方位稱謂如走向南北，則稱東盤、西盤 斷面傾斜：稱上盤、稱下盤 按運動方式：稱上升盤、稱下降盤二、斷層類型正斷層：上盤下降、下盤上升的斷層；1、按斷層兩盤相對運動分類一般為陡傾角斷面，多由重力作用和水平張力作用而形成。斷層面參差交錯，傾角較陡，一般為45 90斷層線可延長幾百公里，兩盤相對位移距離可由幾厘米至幾十米。斷層破碎帶較寬，斷層角礫。二、斷層類型逆斷層：上盤上升、下盤下降的斷層；進一步細分為： 1、按斷層兩盤相對運動分類1）低角度逆斷層：傾角453）逆沖斷層：位移量較大的低角度逆斷層（傾角30）4）推覆構(gòu)造：大型逆沖

19、斷層，此時，伴有飛來峰和構(gòu)造窗。正斷層斜長角閃巖中發(fā)育的小型正斷層，沿斷層面貫入巖脈標志層平移斷層：兩盤巖塊沿斷層走向作相對水平運動的斷層 （也稱走滑斷層）。 平移斷層為受剪切形成的扭性斷裂，斷層線呈直線，多與褶皺軸斜交。斷層面接近直立，斷層破碎帶較窄沿斷層面可見水平擦痕。 2、組合類型 （2）地塹與地壘：是由走向大致相同、傾向相反、性質(zhì)相同的兩條或數(shù)條斷層組成的。 斷層中間巖塊為共同的下降盤，兩側(cè)斷層的斷盤依次上升，這種組合形態(tài)的斷層稱為地塹。 斷層中間巖塊為共同的上升盤，兩側(cè)斷層的上盤呈階梯狀依次下降，這種組合形態(tài)稱為地壘。 2、組合類型 （3）疊瓦構(gòu)造：產(chǎn)狀大致相同的一系列平行排列的逆斷

20、層組成。5.3、斷層存在的標志1.地質(zhì)體的不連續(xù)：沿走向中斷、錯開，缺失或重復。（2）斷層巖：規(guī)模較大的斷層，常形成斷層破碎帶，其寬度大小不等，在斷層破碎帶內(nèi)常常有斷層(構(gòu)造)角礫巖，糜棱巖、碎裂巖、斷層泥、構(gòu)造片狀巖等構(gòu)造巖。 斷層破碎帶 構(gòu)造巖3. 地貌和水文標志 1）斷層崖與斷層三角面 在斷層兩盤的相對運動中，上升盤常常形成陡崖。稱為斷層崖。如峨眉山金頂舍身崖、昆明滇池西山龍門陡崖。當斷層崖受到與崖面垂直方向的地表流水侵蝕切割，形成沿斷層面分布的三角形陡壁，稱為斷層三角面。如河南偃師的五佛山。 斷層三角面斷層崖 3. 地貌和水文標志3. 地貌和水文標志 2）山脊錯位與河流改向 正常延伸的

21、山脊突然被錯斷，往往是斷層兩盤平移運動的結(jié)果；橫切山脊走向的平原或盆地與山嶺的接觸帶，往往是斷層通過的地方，如太行山前斷裂帶，使太行山在華北平原西緣拔地而起，成為華北平原的西部屏障；正常流經(jīng)的河流突然產(chǎn)生急轉(zhuǎn)彎，或一些順直深切的河谷，都能指示斷層延伸的方向。 5.4斷層的工程地質(zhì)評價 斷層的存在，從總體上說，破壞了巖體的完整件，斷裂面的抗剪強度遠低于巖體其它部位的抗剪強度。斷層一般從以下幾個方面對工程建筑產(chǎn)生影響。 （1）斷層降低了地基巖體的強度及穩(wěn)定性。斷層破碎帶力學強度低，壓縮性增大，會發(fā)生較大沉陷，易造成建筑物斷裂或傾斜。斷裂面是極不穩(wěn)定的滑移面，對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定及橋墩穩(wěn)定常有重要影響。

22、（2）斷裂構(gòu)造帶不僅使巖體破碎，而且斷層上、下盤的巖性也可能不同，如果在此處進行建筑工程、有可能產(chǎn)生不均勻沉降。 （3）斷層位置與線路工程的關(guān)系，一般說來線路垂直通過斷層比順著斷層方向通過受的危害?。凰淼拦こ掏ㄟ^斷裂破碎帶地段，易發(fā)生坍塌甚至冒頂。 （4）沿斷裂破碎帶地段易形成風化深槽及巖溶發(fā)育帶。 （5）斷裂構(gòu)造破碎帶常為地下水的良好通道，地下熱水的出露也常為斷裂構(gòu)造所控制。另一方面，斷裂擠壓帶也可以成為地下水的隔水墻 （6）構(gòu)造斷裂帶在新的地殼運動影響下，可能發(fā)生新的移動。因為構(gòu)造斷裂帶是地殼表層薄弱地帶，若有新的地殼運動發(fā)生時，往往引起附近斷裂產(chǎn)生新的移動，從而影響建筑物的穩(wěn)定。 第六節(jié)

23、 地 震 定義: 地震是地殼的快速顫動，由地球內(nèi) 部的不平衡運動(內(nèi)動力地質(zhì)作用) 所產(chǎn)生,是一種經(jīng)常發(fā)生的、有規(guī) 律的自然災害地質(zhì)現(xiàn)象. 特點： 突發(fā)性 （ ） 毀滅性（） 連鎖性（）二. 6項名詞解釋1.震源（B):引發(fā)地震、釋放深部能量的源區(qū)2.震中（E）：震源(B)在地表的垂直投影3.震源深度(h):震源到震中的距離()4.震中距():地震臺到震中的水平距離()5.震源距（d）：震源到地震臺的距離()6.等震線：地表裂度相等的點的連線BEhSd 構(gòu)造地震 火山地震 陷落地震 誘發(fā)地震按成因分類 淺源地震：0300 km 占4%，最深達720km震源深度：構(gòu)造地震最嚴重一類，數(shù)量多規(guī)模大，波及面廣，破壞性大，世界90%以上屬于此類。本章介紹此類地震及水庫誘發(fā)地震。 大地震 ：M =7級 強烈破壞地震 中地震： 7M=5 破壞性地震 小地震： 5M=3, 2-4級有感地震 微地震： 3M=1 超地震： M=1 按地震M級大小體波：通過地球本體傳播的波面波：體波經(jīng)過反射、折射后，