区域性稳定与工程
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区域稳定性与工程建设
一 | 区域稳定性概念 二 | 活动断裂 三 | 地震
四 |构造应力场
五 |火山作用与地热 六 |区域稳定性评价
一、区域稳定性的概念
• 区域稳定性是指在内、外动力作用下，现 今一定区域地壳表层的相对稳定程度及其 对工程建筑安全的影响程度。 • 区域稳定性与区域地壳稳定性或区域构造 稳定性不同。区域稳定性包含后者，后者 通常不包括区域性外动力地质作用，而只 是现代地壳活动性及其对工程建设影响的 研究与评价。
二、活断层
1、概念 活断层:指目前正在活动着的断层或近期有过活 动且不久的将来可能会重新发生活动的断层。美
国原子能委员会（USNRC）： （1）在3.5万年内有过一次或多次活动的断层 （2）与其他活动断层有联系的断层 （3）沿该断裂发生过蠕动或微震活动
《岩土工程勘察规范》全新地质时期（1～1.1万年）
（3）水文地质方面
• 导水性和透水性较强，泉 水常沿断裂带呈线状分布， 植被发育
（4）历史资料方面
•古建筑的错断、地面变形 •考古 •地震记载
（5）地形变监测方面 •水准测量、三角测量
6、活断层的研究方法 野外调查 活断层的位置、方向、长度 遥感解译 勘探 地形变测量、微震测震 安全评估
区域稳定性研究的基本任务
• 研究区域工程地质特征； • 进行区域稳定性评价； • 研究区域工程地质改造，并强调对 任何重大工程项目都应该研究区域 稳定性问题
区域稳定性研究的基本内容
1 区域地壳结构与组成研究 • 区域地壳结构与组成研究是区域稳定性研究的重要地质基础，它 主要包括岩石圈结构演化，层圈对流和深断裂的分布及其对表层 构造格架的影响研究，地壳厚度变化，重力梯度带，布格异常变 化带的研究，构造动力来源研究，表层构造格架研究等。 2 区域新构造运动与应力场研究 • 区域新构造运动与应力场是区域稳定性研究的主要内容之一。它 主要包括区域新构造运动形式、特点、强度及其变化趋势，区域 地壳形变特征，新构造应力场特征、最大主应力与最小主应力及 剪应力的分布状态，现今地应力测量，区域现今应力场反演、模 拟计算，应力场演化趋势及其与活动断裂和地震活动关系模拟计 算分析等。
A
教 室
垂直断距 0.50-0.80m
B
粘土 断层
唐山大地震地表断层错动
5、活断层的识别 （1）地质方面 •最新沉积物的错断 •活断层带物质结构松散
伴有地震现象的活断层， 地表出现断层陡坎和地裂缝
源自文库
（2）地貌方面
•断崖：活断层两侧往往是 截然不同的地貌单元直接相
接的部位 •水系：对于走滑型断层
（1）一系列的水系河谷向同一方向同步移错 （2）主干断裂控制主干河道的走向 •不良地质现象呈线形密集分布 宝成铁路：长609公里，灾害112处
•构造稳定性问题 工程区构造稳定性评价 （1）根据地壳的现在构造 活动稳定性确定地震危险区 （2）水库诱发地震 的可能性 （3）局部地震效应
•区域地应力场与洞室稳定性问题 •卸荷回弹引起的工程地质问题
工程区地应力场 与区域构造背 景和控制现代构造活动的板块 碰撞所形成的构造应 力场有密 切关系 工程实践表明 由于高 应力的作用引起地下洞室破坏 边坡失稳和工 程区的构造稳定 性等间题 随着工程建设的深 入开展也日益显得突出 并受 到人们的普遍关注
3 区域断裂现今活动性研究 • 区域断裂现今活动性是区域稳定性研究的另一主要内容之一。它 主要包括区域活动断裂分布、产状、规模和类型，断裂分段性活 动特征，断裂活动年代，活动强度与活动速率测试估算，活动周 期，微震台网监测研究其活动性，主要活动断裂演化趋势及其对 工程建设可能的危险性分析等。 4 区域地震活动与火山活动研究 • 区域地震活动与火山活动研究是区域稳定性研究的中心内容，特 别是地震强烈活动地区，对区域稳定性具有决定性作用。它主要 包括区域地震活动和火山活动基本特征、空间分布，历史地震活 动分析，发震断裂构造或潜在震源区确定，地震强度、最大震级 和活动周期，地震带的潜在演化趋势，潜在震源区划分及其对工 程建设地区的危险性评价等。 5 区域重大地质灾害研究 • 区域重大地质灾害研究主要包括区域地质灾害分布，主要地质灾 害类型和危害性分析，重点是崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地 面塌陷和地面沉降等灾害的分布特征及其发展趋势；地质灾害预 测、危险性评估和对工程危害程度分析等。
（2）蠕变断层（蠕滑型活断层）
4、活断层的参数
北
•产状
断层面的走向、倾向和倾角
遥感判读、宏观地质调查、震源机制 断层面解、裂缝、地震特征
缝 A 断
水平错动 0.70-1.00m
卫 生 池 水平错动 1。00－1。10m 层 裂 汽 水平错动 1.25m 车 路 B
•长度和断距
地震时地表断裂带长度和断层最大位 移量. 一般：震级越大，震源深度越浅，地 表断裂越长，断距越大 7.5级以上地震均出现地表错断，而小 于5.5级的较少出现
2、地震发生的主要条件
1、介质条件
坚硬岩石
2、结构条件 活断层的一些特定部位：端点、拐点、交汇点等。 3、构造应力条件 现代构造运动强烈的部位，应力集中 研究构造应力重要包括1、3的方向及其实测值，并研究构 造应力方向与断层的关系。
3、地震与工程---以汶川地震为例 3.1汶川地震特点
1.震级高，震源浅，破坏性强 2.地表裂缝大，地震造成损失大 3.地震的次生地质灾害问题突出
三、地震
1、基本概念
地震：又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成的 振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地球上板块与板块 之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂， 是引起地震的主要原因。 震级：是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量 大小所决定。 烈度：地面震动强烈程度
7、活断层与工程安全性评估
• （1）通过野外地质地貌调查、探槽与实验室年代测定， 根据活动断层鉴定的标准，确定工程场区及区域范围内的 断层是否为活动断层，为工程选址避开活动断层提供科学 依据。 • （2）查明活动断层的长度、宽度、运动性质、错动方式、 滑动速率、一次错动的位移量与重复特征以及分段性等特 征，在此基础上要评价活动断层对工程场地的影响。 • （3）根据发震断层最大潜在地震及地震发生特征的分析， 划分潜在震源区和评价地震活动性参数。通过对工程场地 的地震危险性分析，给出场址不同风险概率水平的抗震设 防参数，据此进行工程抗震设计，从而保证工程设施在遭 遇未来地震时的安全性。 • （4）根据工程场地的地质条件，结合地震危险性分析结 果，进行地震地质灾害评价，评估工程场地遭受上述灾害 的可能性及程度，作为工程场地避让潜在地震地质灾害地 带或采取相应工程安全措施的依据。
8、活断层区的建筑原则
根据目前的认识水平及近20多年的最新研究结果,国家技术监督局和中华 人民共和国建设部联合发布的国家标准《岩土工程勘察规范》(GB500212001)中明确规定了重大工程与活断层的安全距离及处理措施见表
8、活断层区的建筑原则
建筑物场址一般应避开活动断裂带 线路工程必须跨越活断层时，尽量使其大角度 相交，并尽量避开主断层 若必须在活断层地区兴建的建筑物，应尽可能 地选择相对稳定地块即“安全岛”，尽量将重 大建筑物布置在断层的下盘。 在活断层区兴建工程，应采用适当的抗震结构 和建筑型式
《中国水利水电工程地质勘察规范》晚更新世（10万年）
2、活断层的危害
活断层的地面错断直接危害跨越该断层的建筑
• 西安地裂缝：临潼－长安活动断裂带
• 伴有地震发生的活断层，强烈的地面振动对较大 范围内的建筑物损害
石岗大坝全长700m, 台湾1999.9.21地震中被断层切错
3、活断层的基本特征 • 活断层是深大断裂复活的产物
深度 盖层断裂 基底断裂 切穿沉积盖层，达到基底顶面 切穿岩浆岩层，达到玄武岩顶面 地震活动 地震M﹤3 M﹤6，不形成地震带
地壳断裂 岩石圈断裂
切穿地壳，达到地幔顶面 切穿岩石圈，达到软流圈
M﹥6，形成地震带 M﹥6，形成控制性地震 带
活断层的继承性和反复性
•活断层的活动方式
（1）地震断层（粘滑型活断层）
3.2汶川地震工程震害特征
3.3工程抗震设计
四 、构造应力场
1、中国大陆现代构造应力场特征
•地应力场的主应力迹线呈现出明显的规律性，大致以东径105度为界限 •主压应力迹线由北东东，逐逐转为北北东直到南北向展布 •东受太平洋板块向西运移，南有印度板块向北挤压
。 。
2、构造应力场与工程地质问题
, 。 , 、 , ,
一 | 区域稳定性概念 二 | 活动断裂 三 | 地震
四 |构造应力场
五 |火山作用与地热 六 |区域稳定性评价
一、区域稳定性的概念
• 区域稳定性是指在内、外动力作用下，现 今一定区域地壳表层的相对稳定程度及其 对工程建筑安全的影响程度。 • 区域稳定性与区域地壳稳定性或区域构造 稳定性不同。区域稳定性包含后者，后者 通常不包括区域性外动力地质作用，而只 是现代地壳活动性及其对工程建设影响的 研究与评价。
二、活断层
1、概念 活断层:指目前正在活动着的断层或近期有过活 动且不久的将来可能会重新发生活动的断层。美
国原子能委员会（USNRC）： （1）在3.5万年内有过一次或多次活动的断层 （2）与其他活动断层有联系的断层 （3）沿该断裂发生过蠕动或微震活动
《岩土工程勘察规范》全新地质时期（1～1.1万年）
（3）水文地质方面
• 导水性和透水性较强，泉 水常沿断裂带呈线状分布， 植被发育
（4）历史资料方面
•古建筑的错断、地面变形 •考古 •地震记载
（5）地形变监测方面 •水准测量、三角测量
6、活断层的研究方法 野外调查 活断层的位置、方向、长度 遥感解译 勘探 地形变测量、微震测震 安全评估
区域稳定性研究的基本任务
• 研究区域工程地质特征； • 进行区域稳定性评价； • 研究区域工程地质改造，并强调对 任何重大工程项目都应该研究区域 稳定性问题
区域稳定性研究的基本内容
1 区域地壳结构与组成研究 • 区域地壳结构与组成研究是区域稳定性研究的重要地质基础，它 主要包括岩石圈结构演化，层圈对流和深断裂的分布及其对表层 构造格架的影响研究，地壳厚度变化，重力梯度带，布格异常变 化带的研究，构造动力来源研究，表层构造格架研究等。 2 区域新构造运动与应力场研究 • 区域新构造运动与应力场是区域稳定性研究的主要内容之一。它 主要包括区域新构造运动形式、特点、强度及其变化趋势，区域 地壳形变特征，新构造应力场特征、最大主应力与最小主应力及 剪应力的分布状态，现今地应力测量，区域现今应力场反演、模 拟计算，应力场演化趋势及其与活动断裂和地震活动关系模拟计 算分析等。
A
教 室
垂直断距 0.50-0.80m
B
粘土 断层
唐山大地震地表断层错动
5、活断层的识别 （1）地质方面 •最新沉积物的错断 •活断层带物质结构松散
伴有地震现象的活断层， 地表出现断层陡坎和地裂缝
源自文库
（2）地貌方面
•断崖：活断层两侧往往是 截然不同的地貌单元直接相
接的部位 •水系：对于走滑型断层
（1）一系列的水系河谷向同一方向同步移错 （2）主干断裂控制主干河道的走向 •不良地质现象呈线形密集分布 宝成铁路：长609公里，灾害112处
•构造稳定性问题 工程区构造稳定性评价 （1）根据地壳的现在构造 活动稳定性确定地震危险区 （2）水库诱发地震 的可能性 （3）局部地震效应
•区域地应力场与洞室稳定性问题 •卸荷回弹引起的工程地质问题
工程区地应力场 与区域构造背 景和控制现代构造活动的板块 碰撞所形成的构造应 力场有密 切关系 工程实践表明 由于高 应力的作用引起地下洞室破坏 边坡失稳和工 程区的构造稳定 性等间题 随着工程建设的深 入开展也日益显得突出 并受 到人们的普遍关注
3 区域断裂现今活动性研究 • 区域断裂现今活动性是区域稳定性研究的另一主要内容之一。它 主要包括区域活动断裂分布、产状、规模和类型，断裂分段性活 动特征，断裂活动年代，活动强度与活动速率测试估算，活动周 期，微震台网监测研究其活动性，主要活动断裂演化趋势及其对 工程建设可能的危险性分析等。 4 区域地震活动与火山活动研究 • 区域地震活动与火山活动研究是区域稳定性研究的中心内容，特 别是地震强烈活动地区，对区域稳定性具有决定性作用。它主要 包括区域地震活动和火山活动基本特征、空间分布，历史地震活 动分析，发震断裂构造或潜在震源区确定，地震强度、最大震级 和活动周期，地震带的潜在演化趋势，潜在震源区划分及其对工 程建设地区的危险性评价等。 5 区域重大地质灾害研究 • 区域重大地质灾害研究主要包括区域地质灾害分布，主要地质灾 害类型和危害性分析，重点是崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地 面塌陷和地面沉降等灾害的分布特征及其发展趋势；地质灾害预 测、危险性评估和对工程危害程度分析等。
（2）蠕变断层（蠕滑型活断层）
4、活断层的参数
北
•产状
断层面的走向、倾向和倾角
遥感判读、宏观地质调查、震源机制 断层面解、裂缝、地震特征
缝 A 断
水平错动 0.70-1.00m
卫 生 池 水平错动 1。00－1。10m 层 裂 汽 水平错动 1.25m 车 路 B
•长度和断距
地震时地表断裂带长度和断层最大位 移量. 一般：震级越大，震源深度越浅，地 表断裂越长，断距越大 7.5级以上地震均出现地表错断，而小 于5.5级的较少出现
2、地震发生的主要条件
1、介质条件
坚硬岩石
2、结构条件 活断层的一些特定部位：端点、拐点、交汇点等。 3、构造应力条件 现代构造运动强烈的部位，应力集中 研究构造应力重要包括1、3的方向及其实测值，并研究构 造应力方向与断层的关系。
3、地震与工程---以汶川地震为例 3.1汶川地震特点
1.震级高，震源浅，破坏性强 2.地表裂缝大，地震造成损失大 3.地震的次生地质灾害问题突出
三、地震
1、基本概念
地震：又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成的 振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地球上板块与板块 之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂， 是引起地震的主要原因。 震级：是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量 大小所决定。 烈度：地面震动强烈程度
7、活断层与工程安全性评估
• （1）通过野外地质地貌调查、探槽与实验室年代测定， 根据活动断层鉴定的标准，确定工程场区及区域范围内的 断层是否为活动断层，为工程选址避开活动断层提供科学 依据。 • （2）查明活动断层的长度、宽度、运动性质、错动方式、 滑动速率、一次错动的位移量与重复特征以及分段性等特 征，在此基础上要评价活动断层对工程场地的影响。 • （3）根据发震断层最大潜在地震及地震发生特征的分析， 划分潜在震源区和评价地震活动性参数。通过对工程场地 的地震危险性分析，给出场址不同风险概率水平的抗震设 防参数，据此进行工程抗震设计，从而保证工程设施在遭 遇未来地震时的安全性。 • （4）根据工程场地的地质条件，结合地震危险性分析结 果，进行地震地质灾害评价，评估工程场地遭受上述灾害 的可能性及程度，作为工程场地避让潜在地震地质灾害地 带或采取相应工程安全措施的依据。
8、活断层区的建筑原则
根据目前的认识水平及近20多年的最新研究结果,国家技术监督局和中华 人民共和国建设部联合发布的国家标准《岩土工程勘察规范》(GB500212001)中明确规定了重大工程与活断层的安全距离及处理措施见表
8、活断层区的建筑原则
建筑物场址一般应避开活动断裂带 线路工程必须跨越活断层时，尽量使其大角度 相交，并尽量避开主断层 若必须在活断层地区兴建的建筑物，应尽可能 地选择相对稳定地块即“安全岛”，尽量将重 大建筑物布置在断层的下盘。 在活断层区兴建工程，应采用适当的抗震结构 和建筑型式
《中国水利水电工程地质勘察规范》晚更新世（10万年）
2、活断层的危害
活断层的地面错断直接危害跨越该断层的建筑
• 西安地裂缝：临潼－长安活动断裂带
• 伴有地震发生的活断层，强烈的地面振动对较大 范围内的建筑物损害
石岗大坝全长700m, 台湾1999.9.21地震中被断层切错
3、活断层的基本特征 • 活断层是深大断裂复活的产物
深度 盖层断裂 基底断裂 切穿沉积盖层，达到基底顶面 切穿岩浆岩层，达到玄武岩顶面 地震活动 地震M﹤3 M﹤6，不形成地震带
地壳断裂 岩石圈断裂
切穿地壳，达到地幔顶面 切穿岩石圈，达到软流圈
M﹥6，形成地震带 M﹥6，形成控制性地震 带
活断层的继承性和反复性
•活断层的活动方式
（1）地震断层（粘滑型活断层）
3.2汶川地震工程震害特征
3.3工程抗震设计
四 、构造应力场
1、中国大陆现代构造应力场特征
•地应力场的主应力迹线呈现出明显的规律性，大致以东径105度为界限 •主压应力迹线由北东东，逐逐转为北北东直到南北向展布 •东受太平洋板块向西运移，南有印度板块向北挤压
。 。
2、构造应力场与工程地质问题
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