第四讲 与区域稳定性有关的工程地质问题

面波（L）
瑞利波（R）：质点在XZ面上椭圆滚动前进 勒夫波（Q）：质点在XY面上曲线前进
L(面波)
p
s
Vp>Vs>VL
5、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。
M＝LOGA A：距震中100公里处标准地震仪在地面所记录的最大振幅 （微米）。 M<2 微震 标准地震仪：自振周期0.8 秒，阻尼比0.8，最大静力 放大倍率为2800。 2~4 有感地震
3 4 5 6 7 8 9
3
4
5
6
7
8
9
地震震级 位移类型说明 走向滑动 正向滑动 正斜向滑动 逆向滑动 逆斜向滑动
地震震级 断层位移类型说明 走向滑动 正向滑动 正斜向滑动 逆向滑动 逆斜向滑动
• 错动速率
现今错动速率：精密地形测量确定 平均错动速率：最新沉积物的错动位移与沉积年代之比
等级 错动速率 (㎜/a) 活动性 AA >10 很高 A 1－10 高 B 0.1－1 中等 C 0.01－0.1 低 D <0.01 非活动性
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。
1.0 0.8 0.6 0.4
最大地表位移（m）
20
圣费尔南多，1971
0.2
10 8 6 4
0.1
走向滑动 北美和全世界
0.08
奥尔维尔，1975 所有的断层类型（北美） 所有的断 层类型 （世界）
0.06 0.04
奥尔维尔，1975
2 1 2
0.02
0.01
在这个地区需要建立 关系的另外资料 英皮里尔，1966
我国活断层的分布特征
• 我国活断层的分布总体上继承了老的断裂构 造 • 大多处于活动性强的现代地应力场中，受控 于现代应力场。 • 以东经105度为界，分为东西两部分，东部 以NE和NNE走向为主的正断层和走滑正地 层为主，西部以NW和NWW走向的走滑和逆 冲-走滑断层为主。
7、活断层区的建筑原则
活断层的活动方式
（1）地震断层（粘滑型活断层）
以地震方式产生间歇性突然滑动 发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强，危害大 （2）蠕变断层（蠕滑型活断层） 沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动 发生在强度较低的软岩中，断层带锁固能力弱 一般无震发生，有时可伴有小震
4、活断层的参数
• 产状
断层面的走向、倾 向和倾角
第四讲 与区域稳定性有关的工 程地质问题
第四讲 与区域稳定性有关的工程地质问题
• • • • 一、区域稳定性的概念 二、活断层 三、地震 四、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。
美国 圣安德烈斯断层, 错动速率4-5cm/ a
• 错动周期
应变能积累的速度：地壳应变速率S
地质体能够承受应变能的极限：断层 锁固段的强度 d：一次地震的错移量 S：断层的平均错动速率
d R＝ s
d R＝ sc
• 年龄判据
直接法：断层物质绝对年龄法
C14、热发光法等 间接法：错动地层年龄法
Q －Q4
《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物
• 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
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
（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
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 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
三、地震
•据统计，全世界每年大约发生几百万次地震，人们能感觉 到的仅占1％左右，7级以上的灾害性地震每年多则二十几 次，少则三、五次。 •我国位于环太平洋和地中海一南亚两个地震带之间，是一 个多地震活动的国家。在我国三千多年的历史资料中，记 录地震近万次，其中破坏性地震达 6000 多次；据 1200 ～ 1989年资料统计，7级地震为 147次，8 级及其以上巨大地 震共 19次。1966年至今，大地震已达20余次。我国地震分 布以西南、西北、华北、东南沿海和台湾省区破坏性地震 最多。其中台湾尤甚，大震多，频度高；新疆和西藏次之。
遥感判读、宏观地 质调查、震源机制 断层面解、裂缝、 地震特征
里马洞 金鸭上村 乃冲 白云 小街 金山 通海 胜利桥 核桃冲 海马格 Ⅸ Ⅹ 大白寨
小寨
Ⅶ
白云
1970年通海地震的等震线图
北 水平错动 0.70-1.00m
长度和断距
A 断
卫 生 池 水平错动 1。00－1。10m 层 缝 裂 汽 水平错动 1.25m 车 路 B
活断层工程安全性评估
• （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。
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.
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
靠近旧 金山第 六街的 布鲁克 桑姆街 路面出 现了深 深的地 裂缝并 有明显 的垂直 位错
一、基本概念
1、地震：在地壳表层,因弹性波传播所引起的振动作 用或现象。 2、震源：地壳内部振动的发源地。 3、震中：震源在地面上的垂直投影。
浅源地震：<70km
震源深度： 中源地震：70~300km 深源地震：>300km
4、地震波
体波：通过地球本体传播的波 面波：体波经过反射、折射后，沿地面传播的波 体波 纵波（P）：压缩波 横波（S〕：剪切波－－破坏性最大
对活断层进行研究，首先调查其展布情况，即活断层的位置、 方向、长度等。可根据已有区地质、航磁和重力异常资料， 与卫星影象、航空照片对照，进行初步判释，勾划出所有可 能对场地有影响的活断层。 在卫（航）片判释的基础上，要进行区域性踏勘，进一步验 证判释成果。一般是根据发震断层的地质、地貌和水文地质 鉴别标志来进行，并作详细研究。对建筑场地内及其附近的 活断层要进行详尽的研究。为了确定活断层近期及现今活动 的参数，需进行钻探、坑探、物探和绝对年龄测定等工作。 对于蠕滑型活断层，可通过跨断层的地面精密水准和精密三 角测量、地震测震以及地下洞室中跨断层埋设位移计、激光 测距仪等监测，以获取某些活动参数。还是确定活断层最新 一次活动的地质年代和绝对年龄，这对对工程建设和活断层 危险性评估也至关重要。
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）
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。
2 3
Q1 －Q4 3
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
（2）地貌方面
• 断崖：活断 层两侧往往 是截然不同
N
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
>5
>7
破坏性地震
强烈地震
6、烈度：地面震动强烈程度
受地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质条件 的影响。 震源深度和震中距越小，地震烈度越大。 在震源深度和震中距相同的条件下，坚硬基岩场地较松软土 场地烈度小。 （1）地震基本烈度：一定时间和一定地区范围内一般场地 条件下可能遭遇的最大烈度。－－一个地区的平均烈度
海城县析木公社近SN向和 近EW向锯齿状地裂缝,具有 左旋扭动性质,位移36cm
1000 800 600 400
10.0 8.0 6.0wenku.baidu.com4.0
全世界历史 资料界限
地震震级与地表错断长度的关系 地震震级与地表最大位移的关系
地表断层作用长度（km）
200
2.0
圣费尔南多，1971 北美资料界限
100 80 60 40
• 活断层是深大断裂复活的产物
深度 盖层断裂 基底断裂 地壳断裂 岩石圈断裂 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 切穿地壳，达到地幔顶面 切穿岩石圈，达到软流圈 地震活动 地震M﹤3 M﹤6，不形成地震带 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
（2）设防烈度（设计烈度）：是抗震设计所采用的烈度。
是根据建筑物的重要性、经济性等的需要，对基本烈度的 调整。
建筑物等级
抗震设防烈度
甲类：特殊要求的后果极为严 特殊抗震、专门研究 重（放射性、毒气、大爆炸） 乙类：国家重点抗震城市的生 基本烈度提高一度 命线工程（交通、通讯） 丙类：一般工业民用建筑物 丁类：次要的临时性建筑物 基本烈度 降低一度或不设防