工程地质-第三章 地质构造及其对工程的影响

轴面；
翼间角； 脊、脊线、高点、 脊面； 槽、槽线、槽面
水平褶皱，枢纽近 于水平； 倾伏褶皱，枢纽是 倾斜的； 褶皱两翼同一 褶皱面在水平面上 汇合，背斜汇合部 位为倾伏端，向斜 汇合部位为仰起端。 倾竖褶皱，枢纽直 立(90)；
等轴褶皱， 褶皱长宽比近于1；包括穹隆构造(等轴背斜)与 构造盆地(等轴向斜); 短轴褶皱， 褶皱长宽比近于3:1—10:1； 长轴褶皱， 褶皱长宽大于10:1的狭长褶皱.
3.5 岩石与岩源自文库的工程地质性质
• 岩石 • 岩体：工程影响范围内的地质体，包含岩 石块、层理、节理和断层等。
矿物成分
岩石的结构和构造
风化作用等
岩体内部裂隙系统的 性质及其分布情况 岩石本身性质
3.5.1 岩石的主要物理力学性质
1.主要物理性质 （1）重量 比重：固体（不包括孔隙）单位体积的重 量——数值上等于岩石固体颗粒的重量与 同体积的水在4℃时重量的比； 重度（重力密度、容重）：岩石单位体积 的重量——数值上等于岩石试件的总重量 （包括孔隙中的水重）与其总体积（包括 孔隙体积）之比。
3.节理调查、统计和表示方法
节理走向、倾向、倾角玫瑰花图
3.3.2 断层
岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生了显 著位移的断裂构造，称为断层。
断层要素： 断裂面，断层带， 断层线； 上盘，下盘； 上升盘，下降盘
ab—总滑距；
ac—走向滑距；
cb—倾斜滑距； am—水平滑距；
ho—地层断距； hf—水平地层断距； α—岩层倾角； hg=h’g’ 铅直地层 断距
（5）风化 促使岩石结构、构造、整体性遭到破坏，孔 隙度增大、重度减小，吸水性和透水性增高， 强度和稳定性降低。
3.5.2 岩体的工程地质性质
• 岩体：某一地点一种或多种岩石中的各种 结构面、结构体的总体。它包含各种地质 界面——如层面、层理、节理、断层、软 弱夹层等结构面。
1. 岩体结构分析 （1）结构面：各种破裂面（劈理、节理、断层面、顺
C.结构面密集程度：通常以线密度（条/m）或 结构面的间距表示。 D.结构面的连通度：一 定范围内，结构面在 走向、倾向方向的连 通程度。
E.结构面张开度和充填情况
闭合： ＜0.2mm ；微张： 0.2~1.0mm ；
张开： 1.0mm~5.0mm ；宽张：＞5.0mm
（2）结构体
体积裂隙数Jv
• 构成地壳的岩体，受力作用发生变形，当 变形达到一定程度后，使岩体的连续性和 完整性遭到破坏，产生各种大小不一的断 裂，称为断裂构造。
节理（裂隙）
断裂构造
断层
3.3.1 节理（裂隙）
节理与岩层、褶皱的关系
1—走向节理；2—倾向节理； 3—斜向节理；4—顺层节理
a—纵节理；b—斜节理；c—横节理
第三章 地质构造及其 对工程的影响
• 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。
3.1 水平构造和单斜构造
产状：构造的产出状态与空间方位。
0
N
NW
NNW NNE
NE
NEE SEE
270
W
NWW SWW
E
SE
90
SW
SSW
SSE
S
180
地质产状要素
面状构造形成要素：走向，倾向，倾角
褶皱构造
褶皱构造的工程地质评价：
1）充分了解局部（褶曲）与整体（褶皱）的关系； 2）褶曲翼部对于建筑物的地基一般没有不良影响； 但对于深路堑、挖方高边坡：
• 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； • 不利情况：路线走向与岩层走向平行，边坡与岩层倾向一 致（特别是在云母片岩、绿泥石片岩、化石片岩等松软岩 石分布地区）； • 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（特别是在石灰岩、 砂岩与黏土质页岩互层，且有地下水作用时）。
• 非构造节理：由成岩作用、外动力、重力 等非构造因素形成的裂隙。 原生节理； 风化节理； 卸荷节理；
2. 裂隙的工程地质评价 1）有利于开挖，对岩体的强度和稳定性均不 利； 2）破坏岩体的整体性，促进岩体的风化速度， 增强岩体的透水性； 3）当裂隙主要发育方向与路线走向平行，倾 向与边坡一致时，路堑边坡均易发生崩塌 等不稳定现象。
4）对于隧道工程，从褶曲的翼部通过一般比 较有利； 5）在褶曲轴部，不论对于公路、隧道或桥梁 工程，容易遇到工程地质问题，主要是由 于岩层破碎而产生岩体稳定问题和向斜轴 部地下水问题。
• 褶曲的野外观察：
穿越法：沿着选定的调查路线，垂直岩层走向观察； 追索法：平行岩层走向进行观测。
3.3 断裂构造
1) 产状不稳定, 延伸不远, 一组张节理常侧列产出;
2) 张节理面粗糙不平滑, 没有擦痕; 3) 张节理常绕过砂砾岩中砾石, 如切穿砾石, 破裂面不平; 4) 张节理多开口, 充填矿脉宽度变化大, 脉壁不平直; 5)张节理可呈不规则树枝状, 各种网络状, 追踪X共扼节理 形成锯齿状, 单列或共扼雁列排列, 也有放射状或者同心圆 状组合;
n 1 1 1 1 Jv …… S1 S2 Sn i 1 Si
Si —第i组结构面的间距； 1 —第i组结构面的裂隙数。 Si
（3）岩体结构特征 岩体结构：岩体中结构面与结构体的组合方式。
整体块状结构
层状结构
碎裂结构
散体结构
2. 岩体的工程地质性质 ①岩体结构类型与特征（主要）； ②组成岩体的岩石性质。
层裂隙或错动面、卸荷裂隙、风化裂隙等）、物质分异 面（如层理、层面、沉积间断面、片理等）以及软弱夹 层或软弱带、构造岩、泥化夹层、充填夹泥（层） 等……
1）分类： 原生：成岩时形成的； 构造：构造应力作用下形成的； 次生：风化、卸荷、地下水等作用下形成的。
2）结构面特征 A.结构面规模：延展数十千米、宽度数十米 的破碎带到延展数十厘米至数十米的节理， 到微小的不连续裂隙； B.结构面的形态：平整度、光滑度，如平直、 波状起伏的、锯齿状或不规则状；
2. 主要力学性质
（1）岩石的变形 在弹性变形范围内： 弹性模量：应力和应变之比； 泊松比：横向应变和纵向应变之比；
强度极限 屈服极限
弹性极限 比例极限
（2）岩石的强度：抵抗外力破坏的能力
• 抗压强度：在单向压力作用下抵抗压碎破 坏的能力，数值上等于受压达到破坏时的 极限应力； • 抗拉强度：拉断破坏时的最大张应力； • 抗剪强度：数值上等于岩石受剪破坏时的 极限剪应力；（区别于抗剪断强度，抗剪 断强度>抗剪强度）
• 抗压强度＞抗剪强度＞抗拉强度；
• 岩石越坚硬，各指标差值越大。
3. 影响岩石工程性质的因素 （1）矿物成分 在矿物分布均匀，高强度矿物在岩石的 结构中形成牢固的骨架，岩石强度增加。
（2）结构 • 结晶联结：大部分岩浆岩、变质岩和一部 分沉积岩；
结合力强、结构致密、孔隙度小、容重 大、吸水率变化范围小，有较高强度和稳 定性。 结晶颗粒的大小对岩石的强度有明显影 响，如粗粒花岗岩抗压强度为 118~137MPa，细粒花岗岩可达 196~245MPa。
• 胶结联结：沉积岩中的碎屑岩
（方解石等碳酸钙） （细粒黏土矿物）
强度：硅质胶结＞钙质、铁质胶结＞泥质胶结
（石英及其他二氧化硅） （铁的氧化物及氢氧化物）
（3）构造：主要是由矿物成分在岩石中分布 的不均匀性和岩石结构的不连续性决定。 抗压强度：垂直层面＞平行层面； 透水性：平行层面＞垂直层面；
（4）水 浸水强度降低，降低程度取决于岩石孔隙度。 水的影响一般可逆。
吸水率与岩石孔隙度大小、孔隙张开程度 等因素有关。
（4）软化性：受水作用后，强度和稳定性发 生变化的性质。主要取决于矿物成分、结 构和构造特征。
软化系数——数值上等于岩石在饱和状态 下的极限抗压强度和风干状态下极限抗压 强度之比。分界点为0.75。
（5）抗冻性：抵抗岩石孔隙中水因结冰膨胀 压力作用的能力。 一般用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降 低率表示。降低率小于20%-25%，认为是 抗冻的。
（2）孔隙性：反映岩石中各种孔隙的发育程 度、对岩石的强度和稳定性产生重要影响。 以孔隙度表示——数值上等于岩石中各种孔 隙的总体积与岩石总体积之比，用百分数表 示。 孔隙度大小主要决定于岩石的结构和构造， 同时也受外力因素的影响。
（3）吸水性：反映岩石一定条件下的吸水能 力，用吸水率表示（通常大气压下的吸水 能力）——数值上等于岩石的吸水重量与 同体积干燥岩石重量的比，用百分数表示。
真倾角/视倾角换算：tan=tancos 表示法：25030倾向倾角 走向=倾向±90
3.2 褶皱构造
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，称为褶皱构造。
褶皱构造是典型的塑性变形。
背斜和向斜在平面和剖面上的表征
褶皱要素
核部；翼部； 转折端； 褶轴； 枢纽；
h‘o‘—视地层断距； ω—岩层视倾角；
h’f’—视水平地层断距；
垂直于被错岩层走向的剖面图
垂直于断层走向的剖面图
断层的滑距与断距
断层类型：（a）正断层；（b）逆断层； （c）平移断层；（d）逆掩断层
• 断层组合形式
地堑与地垒
阶梯状断层
叠瓦式逆冲断层
断层的工程地质评价 （1）岩层发生断裂变动，致使岩体裂隙增多、岩石 破碎、风化严重、地下水发育，从而降低了岩石 的强度和稳定性。 （2）在公路建设中，如确定路线布局、选择桥位和 隧道位置时，尽量避开大的断层破碎带。 • 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时，路基靠近断层 破碎带时，容易引起边坡发生大规模坍塌； • 进行大桥桥位勘测时，要注意查明桥基部分有无 断层存在，及其影响程度如何； • 在断层发育带修建隧道是不利的。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。
• 断层的野外识别
（1）地貌特征
断层三角面
（2）地层特征 （3）断层的伴生构造现象
3.4 不整合
整合
平行不整合
角度不整合
不整合的工程地质评价： （1）不整合面是下伏古地貌的剥蚀面，常具有较大 的起伏，同时常有风化层或底砾存在，层面结合 差，地下水发育； （2）当不整合面与斜坡倾向一致时，如开挖路基， 常会成为斜坡滑移的边界条件，对工程不利。
1. 节理类型
• 构造节理：岩体受地应力作用随岩体变形而产生 的裂隙。
1) 剪节理, 由于剪切 应力产生的破裂面; 2) 张节理, 由于拉张 应力产生的破裂面;
剪节理特征: 1) 产状稳定, 沿走向与倾向延伸较远; 2) 剪节理面比较平滑, 时而有擦痕;
3) 砂砾岩中剪节理可切穿砾石和胶结物;
4) 剪节理多呈共扼“X”型, 将岩石切成棋盘格式; 张节理特征: