工程地质断裂构造课件.ppt

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1、工程地质断裂构造,1,第六节 断层,1.断层的要素；,2.断层的分类；,3.断层的组合形态；,4.断层的野外识别；,5.断层的形成年代；,第七节 地质构造与土木工程,主要内容,第五节 地震,工程地质断裂构造,2,3.地质构造与土木工程的关系。,2.断层的要素及主要类型的特征；,难 点,断层的形成年代,教学目标,1.了解地震的相关知识；,工程地质断裂构造,3,地 震,工程地质断裂构造,4,工程地质断裂构造,5,一、地震概述,震源地下深处发生地震的地点。,震源深度震源到地面上的垂直 距离。,第四章 第五节 地震,1、地震概念,地震是岩石圈物质在地球内力作用下发生弹性应变，当应变能超过岩石强度时，岩

2、石就会发生破裂或沿原有破裂面急速滑动，应变能以弹性波形式突然释放，使岩石圈剧烈震动的地质现象。,工程地质断裂构造,6,震中震源垂直投影在地面上的地点。,震中距地面上受地震影响的任何一点到震中的距离。,震中区是地震破坏程度最大的区域。,震域地震在地面上波及的地区。,第四章 第五节 地震,工程地质断裂构造,7,二、地震的震级与烈度,（一）地震的震级（M）,地震能否使某一个地区建筑物受到破坏取决于地震能量的大小和该建筑物区域距震中的远近。用震级和烈度两个指标来反映地震能量大小和震动强烈程度。,地震震级是以地震过程中释放出来的能量总和来衡量的。,第四章 第五节 地震,1.里氏震级,李希特给出（C.F.

3、Richter）1935年的震级的原始定义：,震级是指距震中100km的标准地震仪所记录的以微米表示的最大振幅（A）的对数值，其表达式： ML = LogA,工程地质断裂构造,8,3.震级与能量,2.面波震级,目前，震级多以面波震级为标准，用MS表示。级地震的能量相当于2106J，每增大一级，能量约增大30倍。一个7级地震释放的能量相当于30个20000t级的原子弹。,由于地震是地壳能量的释放，震级越高，释放能量越大，积累的时间也越长。,美国旧金山及其周围地区，平均一个世纪才可能发生一次强烈的地震。,第四章 第五节 地震,工程地质断裂构造,9,对浅源地震震中烈度（I）与震级的关系可用经验公式表

4、示： M = 0.58I + 1.5 一次地震，震级只能有一个；而烈度可以有若干个。震中烈度最大，向外呈椭圆形缩减，长轴方向一般平行于构造。,（二）地震的烈度（）,1、地震烈度及其影响因素,地震的烈度是指地面以及各类建筑物的破坏程度。,地震的烈度的大小与震级、震源深度、震中距、地震波的传播介质及地质构造条件有关。（1）震级高，烈度大；（2）震源深度小，烈度大；（3）震中距近，烈度大；震中烈度最大。,第四章 第五节 地震,工程地质断裂构造,10,2.地震烈度表,为了表示地震的影响程度，必须有一个烈度评定标准，即地震烈度表，它把宏观现象（人的感觉，器物反映、建筑物及地表破坏程度等）和定量指标，按统

5、一标准，把相同或近似的情况划分在一起，来区别不同烈度的级别。,目前多数国家采用12度的烈度表，欧洲有些国家采用10度的，日本采用8度的烈度表。,第四章 第五节 地震,工程地质断裂构造,11,工程地质断裂构造,12,3.基本烈度,基本烈度是指某一地区在以后一定期限内（50100年）可能遭遇的地震最大烈度。是中长期地震预报在防震、抗震上的具体估量。,5.场地烈度,场地烈度是建筑物场地地质构造、地形、地貌和地层结构等工程地质条件对建筑物震害的影响产生的烈度。,4.设计烈度,以基本烈度为基础，根据地质、地形及建筑物的重要性按抗震设计规范作适当调整的烈度。,第四章 第五节 地震,工程地质断裂构造,13,

6、三、地震的类型,1、按震源深度分,浅源地震（0-70km）,中源地震（70-300km）,深源地震（300km）,2、按震级与人的关系分,微震（2级，人感觉不到）,有感地震（2-5级）,破坏性地震（5级）,3、按地震成因,天然地震,人为地震,第四章 第五节 地震,工程地质断裂构造,14,四、中国的地震分布,1.中国地震的活动特点,地震活动分布广 地震活动频度高 地震震源深度浅,2.地震的空间分布,台湾地震带 西南地震带 天山地震带 西北地震带 华北地震带 东南地震带,3.地震的时间分布,地震活动期 地震宁静期,第四章 第五节 地震,工程地质断裂构造,15,第四章 第六节 断层,第六节 断层,断

7、层不仅对岩体的稳定性和渗透性、地震活动和区域稳定有重大的影响，而且是地下水运动的良好通道和汇聚的场所。在规模较大的断层附近或断层发育地区，常赋存有丰富的地下水资源。,指岩体在构造应力的作用下发生断裂，且断裂面两侧岩体有明显相对位移的构造现象，它是节理的扩大和发展。,工程地质断裂构造,16,第四章 第六节 断层,一、断层要素,断层面：两侧岩块发生相对位移的断裂面。,断层线：断层面与地面的交线。,断盘：断层面两侧的岩块。,断距：断层两盘沿断层面移动开的距离。,断层面,断层线,工程地质断裂构造,17,第四章 第六节 断层,断层面产状,工程地质断裂构造,18,标志层,第四章 第六节 断层,工程地质断裂

8、构造,19,电影2012中正在裂开的断层,工程地质断裂构造,20,二、断层的基本分类,第四章 第六节 断层,断层的三种基本形式,工程地质断裂构造,21,正断层,上盘下降,第四章 第六节 断层,1.正断层：正断层一般是由于岩体受到水平张力及重力作用，使上盘沿断层面向下错动而成。其断层线较平直，断层面倾角较陡，一般大于45。,断层特征： a.由于受水平张力作用，断层面较粗糙，擦痕一般不太发育，产状较陡； b.其破碎带中常形成棱角明显的断层角砾岩。,工程地质断裂构造,22,上盘上升,逆断层,第四章 第六节 断层,2.逆断层：逆断层是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用，使上盘沿断层面向上错动而成。断

9、层线的方向常与岩层走向或褶皱轴的方向近于一致，和压应力作用的方向垂直。逆断层的倾角变化很大。,断层特征：a.是由挤压作用产生 的，断层面呈舒缓波状，断层擦 痕较发育。b.断层破碎带中角砾 岩常被压扁，棱角不明显。c.断 层面倾角大小不等，45为高角度逆断层，45为低角度逆断层, 25的称辗掩断层。 。,工程地质断裂构造,23,水平错动,平推断层,第四章 第六节 断层,3.平推断层：其断层面倾角很陡，常近于直立，断层线平直延伸远，断层面上常有近于水平的擦痕。,断层特征： a.产状较陡，常近于直立。b.断层面一般平直光滑，常具水平擦痕。c.破碎带中有剪裂破碎岩石，常被碾磨成粉状物质，称为断层泥。,

10、工程地质断裂构造,24,4、推覆构造断层面倾角十分低缓（一般小于30），相对推移距离很大的低角度逆断层。,其特征是：断层上盘推移较远，与原地基岩不是一个整体，属外来岩体，称为推覆体。,第四章 第六节 断层,工程地质断裂构造,25,三、断层的组合形态,断层很少孤立出现，往往由一些正断层和逆断层有规律地组合成一定形式，形成不同形式的断层带。如阶梯状断层、地堑、地垒和叠瓦式构造。,地垒与地堑,迭瓦式构造,第四章 第六节 断层,工程地质断裂构造,26,四、断层的野外识别,1.地貌上的反映 上升盘的前缘可能形成陡峭的断层崖，如果经剥蚀，就会形成断层三角面地形。另外，山脊错断、断开，河谷跌水瀑布，河谷方向

11、发生突然转折等，很可能均是断裂错动在地貌上的反映。,第四章 第六节 断层,工程地质断裂构造,27,第四章 第六节 断层,a-断层崖剥蚀成冲沟；b-冲沟扩大，形成三角面；c-继续侵蚀，三角面消失,工程地质断裂构造,28,工程地质断裂构造,29,第四章 第六节 断层,2.地层特征 若地层发生缺失或不对称的重复，岩脉被错断，或者岩层沿一走向突然中断，与不同性质的岩层突然接触等。,走向断层造成地层重复（a、c、e）与缺失（d、b、f）,工程地质断裂构造,30,第四章 第六节 断层,3.断层的伴生构造 断层的伴生构造是断层在发生、发展过程中遗留下来的痕迹。常见的有牵引弯曲、断层角砾、糜棱岩、断层泥和断层

12、檫痕。,岩层的牵引弯曲现象,工程地质断裂构造,31,第四章 第六节 断层,4.水系 河流遇断层面而急剧改向，甚至发生河谷错断现象。湖泊、洼地呈串珠状排列，往往意味着大断裂的存在；温泉和冷泉呈带状分布往往也断层存在的标志；线状分布小型侵入体。,工程地质断裂构造,32,5.断层面：一般在剖面（断面上）直接观察，可见到相对较平直的断层面，其上常常具有擦痕、阶步，有的被磨的很光滑，有的面上附着硅质、铁质或碳酸盐矿物薄膜。,第四章 第六节 断层,北京西山奥陶系石灰岩断层面上的擦痕与阶步,工程地质断裂构造,33,6.断层破碎带：常形成硅化破碎带、断层角砾岩或断层泥，有的具有构造透镜体、糜棱岩及片理化现象。

13、断层破碎带在地表易被风化剥蚀（硅化破碎带除外），常形成负地形（鞍部、沟谷）。,第四章 第六节 断层,断层角砾岩,断层磨砾岩,构造透镜体,工程地质断裂构造,34,五、地质图上断层性质判定步骤：,第四章 第六节 断层,1.判定断层位置（依据地质界线不连续和地层不对称重复、缺失或对顶）； 2.依据断层产状找出上、下盘； 3.依据断层线附近地层新老关系确定上、下盘运动方向； 4.依据上下盘运动方向确定断层性质。,工程地质断裂构造,35,老 新,上盘,下盘,下盘 上盘,例如：,水平倾斜背斜、走向逆断层,水平向斜、横向正断层,第四章 第六节 断层,工程地质断裂构造,36,六、断层的形成时代,第四章 第六节

14、 断层,确定断层的形成时代，主要利用断层与不整合面的关系进行。,断层形成年代在二叠纪（P）与三叠纪（T）之间 断层的形成年代剖面示意图,工程地质断裂构造,37,第四章 第六节 断层,七、活断层,1.概念 现今仍在活动或者近期有过活动，不久的将来还可能活动的断层。,“近期”有不同的标准，有的行业规范定为晚更新世（约12万年）以来。国家标准岩土工程勘察规范中规定全新世以来有过地震活动或正在活动、或将来可能继续活动的断裂叫做全新活动断裂。,工程地质断裂构造,38,活断层对工程的危害主要是活断层的地面错动和活断层快速滑动引起地震两方面。 蠕变型的活断层，当变形速率较大时，可能导致建筑地基不均匀沉陷，使

15、建筑物拉裂破坏。 突发型的活断层伴随地震产生的错动距离通常较长，多在几十厘米至几百厘米之间，这种危害是无法抗拒的。因此在工程建筑地区有突发型的活断层存在时，任何建筑原则上都应避免跨越活断层以及与其有构造活动联系的分支断层，应将建筑物选择在无断层穿过的位置。,第四章 第六节 断层,2.活断层对工程建筑的影响,工程地质断裂构造,39,第七节 地质构造与工程的关系,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,成层构造,褶皱构造,断裂构造,水平构造,直立构造,倾斜构造,背斜构造,向斜构造,节理,断层,正断层,逆断层,平移断层,工程地质断裂构造,40,水平、直立岩层,一、层状构造与工程的关系,第四章 第七节

16、地质构造与工程的关系,（一）与路基工程的关系,a,b,倾斜岩层,c,d,1.当岩层水平、直立或单斜层面（裂隙面）背向路基时，对边坡稳定有利，见图a、b、c；如夹有软弱岩层时，应抹面护壁以防止风化。,2.单斜层面及裂隙面倾向路基，且结构面的倾角大于10，其走向又与路线平行或交角较小时对边坡稳定不利；如夹有软弱岩层时，则易形成边坡的坍塌或滑动，见图d、e。,公路路基的主要工程地质问题是：路基边坡稳定性和路基基底稳定性问题。,工程地质断裂构造,41,节理发育的倾斜岩层,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,4.断层破碎带的岩体松散，裂隙也很发育，常是地下水活动的通道，加之断层面倾向路基，所以当挖方边

17、坡与断层带平行时，极易产生滑坍（图f）。,3.裂隙特别发育的陡坡地段，当有一组或几组裂隙倾向路线时（图e），开挖后常造成边坡崩塌、落石等病害。在构造裂隙中的张性裂隙，对路堑边坡也是极不稳定的因素。,e,f,工程地质断裂构造,42,滑石片岩,泥质页岩,泉及地下水,覆盖层与基岩接触,路堑边坡不稳定情况示意图,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,工程地质断裂构造,43,（二）与桥基工程的关系,桥基的稳定性与岩层产状、软弱结构面等都有直接关系。当岩层产状倾向下游，其中又带有软弱夹层时，会因水的冲蚀作用而影响基础的稳定性，如果软弱夹层较厚，会使基础产生差异沉降导致墩身歪斜或倾覆。,当两种不同岩层接触，

18、其接触面较陡时，会造成桥基不稳，因为接触面一般多是软弱结构面，故最好是将桥基设计在单一岩层之上。,桥基不稳定示意图,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,桥墩台地基稳定性和冲刷问题是桥梁工程的主要工程地质问题。,工程地质断裂构造,44,(三) 与隧道工程的关系,岩层的产状及成层条件对洞室的稳定性有很大影响，尤其是岩层的层次多、层薄或夹有极薄层的易滑动的软弱岩层时，对修建地下工程很不利。,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,隧道工程的主要工程地质问题是：山岩压力及洞室围岩变形与破坏问题、地下水及洞室涌水问题、洞室进出口稳定性问题。,工程地质断裂构造,45,洞室轴线与岩层走向垂直正交,这种方案一

19、般为较好的洞室布置方案，参见图e，但应注意岩层倾角较平缓，岩层岩性较差、节理裂隙发育的情况，参见图f。,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,工程地质断裂构造,46,二、褶皱构造的工程地质评价,褶皱构造的工程地质评价主要是褶皱翼部倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关系问题。,（一）深路堑和高边坡,1.有利情况：路线垂直岩层走向，或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时，对路基边坡的稳定性是有利的； 2.不利情况：路线走向与岩层的走向平行，边坡与岩层的倾向一致，特别在云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩、千枚岩等松软岩石分布地区，坡面容易发生风化剥蚀，产生严重碎落坍塌，对路基边坡及路基排水系统

20、会造成经常性的危害； 3.最不利情况：路线与岩层走向平行，岩层倾向与路基边坡一致，而边坡的坡角大于岩层的倾角，特别在石灰岩、砂岩与粘土质页岩互层，且有地下水作用时，如路堑开挖过深，边坡过陡，或者由于开挖使软弱构造面暴露，都容易引起斜坡岩层发生大规模的顺层滑动，破坏路基稳定。,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,工程地质断裂构造,47,横穿向斜层：向斜轴部可能遇到大量地下水及洞室顶板岩块崩落的危险，参见图j。 横穿背斜层：地层压力较小，洞室顶部坍塌少，但应注意若岩层受到剧烈的动力作用会被压碎，参见图k。 重合褶皱轴线：背斜轴部较向斜轴部优越， 可将隧道轴线选在背斜或向斜的两翼，参见图h。,（二

21、）隧道轴线穿过褶皱地层,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,工程地质断裂构造,48,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,工程地质断裂构造,49,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,工程地质断裂构造,50,1.节理将岩石切割成块体，影响岩体的强度和稳定性； 2.节理间距越小岩石破碎程度越高，承载力明显下降； 3.节理发育增强透水性，加速了岩石的风化，使岩石强度降低； 4.节理的存在影响对路基爆破施工的效果，对路堑边坡的开挖有影响； 5.若有一组节理倾向公路，无论岩体的产状如何，都容易造成路堑边坡崩塌、落石。,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,三、节理的工程地质评价,工程地质断裂构造,5

22、1,四、断裂构造与工程的关系,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,在断层分布密集的断层带内，岩层一般都受到强烈破坏，产状紊乱，岩体裂隙增多、岩层破碎、风化严重、地下水多，从而降低了岩石的强度和稳定性；同时，沟谷斜坡崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象发育。,因此，在确定路线布局、选择桥位和隧道位置时，要尽量避开大的断层破碎带。,1.路线布局，特别在安排河谷路线时，要注意河谷地貌与断层构造的关系；当路线与断层走向平行，路基靠近断层破碎带时，由于开挖路基，容易引起边坡发生大规模坍塌，直接影响施工和公路的正常使用。,2.桥位勘测时，要注意查明桥基部位有无断层存在，及其影响程度如何，以便根据不同情况，在

23、设计基础工程时采取相应的处理措施。,工程地质断裂构造,52,断层破碎带桥基失稳,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,工程地质断裂构造,53,A台可能产生顺层滑动,C台位于断层带上,B台较为有利,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,工程地质断裂构造,54,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,路基：断层破碎带的岩体松散，节理也很发育，常是地下水活动的通道，加之断层面倾基，所以当挖方边坡与断层带平行时，极易产生滑塌。,桥基：应尽可能的避开断层破碎带，因桥基岩体破碎，易风化渗水，受桥基和桥体荷载后出现沉陷，或沿断层破裂面错动的方向，使桥墩发生滑移或倾斜；断裂面对岩质边坡、桥基稳定常有重要影响。,

24、隧道：由于岩层的整体性遭到破坏，加之地表水或地下水的侵入，其强度和稳定性都很差，容易产生洞顶坍落，影响施工安全，对工程极为不利，宜选择绕避；当隧道轴线与断层走向平行时，应尽量避免与断层破碎带接触，若不能绕避则应与断层构造线呈直交或近乎直交穿越；在确定隧道平面位置时，要尽量设法避开大规模的断层破碎带。,工程地质断裂构造,55,断层与隧道工程的关系,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,工程地质断裂构造,56,第四章 第七节 地质构造与工程的关系,地基：由于断层破碎带力学强度低、压缩性大，降低了地基的强度和稳定性，建于其上的建筑物因地基的较大沉陷，易造成开裂或倾斜；跨越断裂构造带的建筑物，由于断裂带及其两侧上、下盘的岩性均可能不同，易产生不均匀沉降；断裂带在新的地壳运动的影响下，可能发生新的移动，从而影响建筑物的稳定。,工程地质断裂构造,57,总,1.构造运动的证据、概念、方式；,2.成层构造的含义、构造面的产状（产状要素）、露头线的主要分布规律、地层（或岩体）间的接触关系；,3.褶皱构造的含义、皱曲的几何要素、褶皱的基本类型、褶皱的野外识别及形成时代；,4.节理的含义、节理的分类及主要特征；,6.断层的概念、要素、主要类型及特征、断层的野外识别、断层的形成时代；,结,7.地质构造与工程的关系。,5.地震的相关知识；,