第3章 地质构造及对工程的影响

第3章 地质构造及对工程的影响

地壳运动：指由于地球内动力而引起的地壳变形和变位。

包括：升降运动：指垂直地表的运动（沿地球半径方向的上升或下降运动）。

水平运动：指平行于地表的运动（沿地球切线方向或沿水平方向的构造运动）。 地壳运动的结果：导致地壳岩石产生变形和变位，并形成各种地质构造(构造变动在岩层和岩体中遗留下来的各种构造形迹）。

第一节 水平构造和单斜构造

一、概念

沉积岩层形成时的原始产出状态(即产状)大多数是水平或近于水平。如果经受地壳运动（垂直抬升）的影响，改变了原始形成时的位置，但仍保持水平产状的一套水平岩层组成的构造，称为水平构造。

岩层受构造运动的影响，不仅改变了岩层形成时的位置，而且改变了原有的水平状态，使岩层面向同一方向倾斜，并与水平面具有一定的交角，便形成了单斜构造。常常是组成其它构造(褶曲一翼，断层一盘等)的一部分。

二、岩层产状

岩层的产状常用岩层的走向、倾向、倾角来确定，这三者称为产状要素。在野外产状要素直接用地质罗盘进行测量。

第二章 褶皱构造

褶皱指组成地壳的岩层，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。岩层的连续性整性末遭到破坏，是岩石塑性变形的表现。 褶皱构造的基本类型

一、褶曲：褶皱构造中的一个弯曲

二、褶曲的类型

1、褶曲的基本形态是背斜和向斜。

产状要素

走向 岩层面与水平面的交线，称走向线走向线

两端所指的方向称走向

倾向 垂直于走向线沿层面向下所引的直线，称倾斜线。其在水平面上的投影线所指方向，称为倾向 倾角 倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角 褶曲

的要素

核：褶皱中心部分的地层

翼：核部两侧对称出露的地层

轴线：轴面与地面的交线 枢纽：轴面与层面的交线 枢纽在空间上的产出状态：枢纽水平、枢纽倾斜

轴面：指大致平分褶皱的一个假想面

2、按褶曲的轴面产状分：

三、褶皱构造：褶皱是褶曲的组合形态，两个或两个以上褶曲构造的组合，称为褶皱构造。

四、褶皱构造的工程地质评价

1、褶皱构造的工程地质评价主要是倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线(线路工程）走向的关系问题。倾斜岩层对建筑物的地基，一般来说，没有特殊不良的影响。对于深路堑、挖方高边坡及隧道工程等，需要根据具体情况作具体的分析。

2、对于深路堑和高边坡来说，存在三种情况：

（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，只就岩层产状与路线走向的关系而言，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。

3、对于隧道工程来说，从褶曲的翼部通过一般是比较有利的；但如果中间有松软岩层或软弱构造面时，则在顺倾向一侧的洞壁，有时会出现明显的偏压现象，甚至会导致支撑破坏，发生局部坍塌。

在褶曲构造的轴部，从岩层的产状来说，是岩层倾向发生显著变化的地方；从构造作用对岩层整体性的影响来说，是岩层受应力作用最集中的地方，因此在褶曲构造的轴部，不论公路、隧道或桥梁工程，容易遇到工程地质问题，主要是由于岩层破碎而产生的岩体稳定问题和向斜轴部地下水的问题。这些问题在隧道工程中往往显得更为突出，容易产生隧道塌顶和涌水现象，有时会严重影响正常施工。

五、褶皱构造的野外观察

对小型褶曲构造，可通过几个出露在地面的基岩露头进行观察；对大型褶曲构造，可采背斜 指岩层向上拱弯，形成中心部位岩层的时代老，外

侧岩层时代新的褶皱。

向斜 指岩层向下凹曲，形成中心部位岩层的时代新，外侧岩层时代老的褶皱。 褶曲的分类

直立褶曲：轴面直立，两翼岩层倾向相反，倾角大致相

等。

倾斜褶曲：轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，倾角不等。 倒转褶曲：轴面倾斜，两翼岩层倾向相同，一翼岩层产

状正常，另一翼岩层倒转。

平卧褶曲：轴面水平，两翼岩层近于水平，一翼岩层产

状正常，另一翼岩层倒转。

用穿越法和追索法进行观察。

1、穿越法，就是沿着选定的调查路线，垂直岩层走向进行观察。采用穿越法，可便于了解岩层的产状、层序及其新老关系。如果在路线通过地带的岩层呈有规律的重复出现，则必为褶曲构造。再根据岩层出露的层序及其新老关系，判断是背斜还是向斜。然后进一步分析两翼岩层的产状和两翼与轴面之间的关系，这样就可以判断褶曲的形态类型。

2、追索法，就是平行岩层走向进行观察的方法。采用追索法，可便于查明褶曲延伸的方向及其构造变化的情况，当两翼岩层在平面上彼此平行展布时为水平褶曲，如果两翼岩层在转折端闭合或呈“S”形弯曲时，则为倾伏褶曲。

穿越法和追索法，不仅是野外观察褶曲的主要方法，同时也是野外观察和研究其他地质构造现象的一种基本的方法。在实践中一般以穿越法为主，追索法为辅，根据不同情况，穿插运用。

第三节断裂构造

岩体或岩层受力后发受变形，当所受之力超过岩石的强度极限时，岩石连续完整性将遭到破坏，于是形成断裂构造。断裂构造包括裂隙和断层两类（根据岩体断裂后两侧岩块的相对位移情况）。

一、裂隙（节理）：指岩层或岩体破裂后形成的一种裂缝。其两侧的岩块沿破裂面无明显位移。

1、裂隙的类型：

按成因分为构造裂隙和非构造裂隙两类。

①构造裂隙：岩体受地应力作用随岩体变形而产生的裂隙。

按力学性质分：张性裂隙；剪性裂隙。

*剪性裂隙：由剪应力产生的破裂面。

特征：长、大、平直光滑、多闭合，延伸稳定，常常呈“X”型，常出现在翼部和断层附近。

*张性裂隙：由张应力产生的破裂面，主要发育在背斜和向斜的轴部。

特征：短、小、粗糙不平，延伸不远。

②非构造裂隙：指由成岩作用、外动力、重力等非构造因素形成的裂隙，如岩石在形成过程中产生的原生裂隙，风化裂隙，以及沿沟壁岸坡发育的卸荷裂隙等，其中风化裂隙主要发育在岩体靠近地面的部分，一般很少达到地面下10～15m的深度。裂隙分布零乱，没有规律性，使岩石多成碎块，沿裂隙面岩石的结构和矿物成分也有明显变化。

2、裂隙的工程地质评价

岩体中的裂隙，在工程上除有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。岩体中存在裂隙，破坏了岩体的整体性，促进岩体风化速度，增强岩体的透水性，因而使岩体的强度和稳定性降低。当裂隙主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致时，不论岩体的产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌等不稳定现象。在路基施工中，如果岩体存在裂隙，还会影响爆破作业的效果。

因此，当裂隙构造可能成为影响工程设计的重要因素时，应当对裂隙进行深入的调查研究，详细论证裂隙对岩体工程建筑条件的影响，采取相应措施，以保证建筑物的稳定和正常使用。

二、断层：岩层或岩体受力破裂后，两侧岩块沿破裂面发生了明显的位移。

1、断层要素：下盘、上盘、断层面

2、断层的基本类型：

①正断层：上盘相对下降