地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響

第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響概述地質(zhì)構(gòu)造是地殼運動的產(chǎn)物。構(gòu)造運動是一種機(jī)械運動，涉及的范圍包括地殼及上地幔上部即巖石圈，可分為水平運動和垂直運動，水平方向的構(gòu)造運動使巖塊相互別離裂開或是相向聚匯，發(fā)生擠壓、彎曲或剪切、錯開；垂直方向的構(gòu)造運動那么使相鄰塊體作差異性上升或下降。構(gòu)造變動在巖層和巖體中遺留下來的各種構(gòu)造形跡，如巖層褶曲、斷層等，稱為地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造的規(guī)模有大有小，大的如構(gòu)造帶，可以縱橫數(shù)千公里，小的如巖石片理等，它們都是地殼運動造成的永久變形和巖石發(fā)生相對位移的蹤跡。在漫長的地質(zhì)歷史過程中，地殼經(jīng)歷了長期、屢次復(fù)雜的構(gòu)造運動。在同一區(qū)域，往往會有先后不同規(guī)模和不同類型的構(gòu)造體系形成，它們互相干擾，互相穿插，使區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造會顯得十分復(fù)雜。但大型的復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，總是由一些較小的簡單的根本構(gòu)造形態(tài)按一定方式組合而成的。1．巖層產(chǎn)狀

走向：指巖層層面與水平面交線的方位角，其表示巖層在空間延伸的方向，如圖中AB線。

傾向：指垂直走向順傾斜面向下引出的直線在水平面的投影的方位角，表示巖層在空間的傾斜方向，如圖中CD線。

傾角：指巖層層面與水平面所夾的銳角，表示巖層在空間傾斜角度的大小，如圖中∠α。

可見，用巖層產(chǎn)狀的三個要素，能表達(dá)經(jīng)過構(gòu)造變動后的構(gòu)造形態(tài)在空間的位置。

3.1巖層及巖層產(chǎn)狀第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響巖層的產(chǎn)狀是指巖層的空間位置，它是研究地質(zhì)構(gòu)造的根底。產(chǎn)狀用巖層層面的走向、傾向和傾角三個產(chǎn)狀要素來表示,參見圖示。巖層產(chǎn)狀要素及其測量示意圖

3.1巖層及巖層產(chǎn)狀第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響3.1巖層及巖層產(chǎn)狀第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響地質(zhì)羅盤儀3.1巖層及巖層產(chǎn)狀第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響巖層產(chǎn)狀的測定及表示方法測量走向時，使羅盤的長邊緊貼層面，將羅盤放平，水準(zhǔn)泡居中，讀指北針?biāo)镜姆轿唤?，就是巖層的走向。測量傾向時，將羅盤的短邊緊貼層面，注意將羅盤的北端朝向巖層的傾斜方向，水準(zhǔn)泡居中，讀指北針?biāo)镜姆轿唤?，就是巖層的傾向。測量傾角時，需將羅盤橫著豎起來，使長邊與巖層的走向垂直，緊貼層面，等傾斜器上的水準(zhǔn)泡居中后，讀懸錘所示的角度，就是巖層的傾角。一組走向為北西320°，傾向南西230°，傾角35°的巖層產(chǎn)狀，可寫成：N320°W，S230°W，∠35°3.1巖層及巖層產(chǎn)狀第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響在地質(zhì)圖上，巖層的產(chǎn)狀用符號“┥〞表示，長線表示巖層的走向，與長線垂直的短線表示巖層的傾向〔長短線所示的均為實測方位〕，數(shù)字表示巖層的傾角。由于巖層的走向與傾向相差90°，所以在野外測量巖層的產(chǎn)狀時，往往只記錄傾向和傾角。如上述巖層的產(chǎn)狀，可記錄為SW230°∠35°形式。如需知道巖層的走向時，只需將傾向加減90°即可。第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響3.2褶皺構(gòu)造及其與工程的關(guān)系水平構(gòu)造與單斜構(gòu)造水平構(gòu)造：未經(jīng)構(gòu)造變動的沉積巖層，其形成時的原始產(chǎn)狀是水平的，先沉積的老巖層在下，后沉積的新巖層在上；地殼在開展過程中，經(jīng)歷了長期復(fù)雜的運動過程，巖層的原始產(chǎn)狀都發(fā)生了不同程度的變化，水平構(gòu)造，只是相對而言，就其分布來說，也只是局限于受地殼運動影響輕微的地區(qū)。單斜構(gòu)造：原來水平的巖層，在受到地殼運動的影響后，產(chǎn)狀發(fā)生變動，巖層向同一個方向傾斜，形成單斜構(gòu)造；單斜構(gòu)造往往是褶曲的一翼、斷層的一盤或者是局部地層不均勻的上升或下降所引起。第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響3.2褶皺構(gòu)造及其與工程的關(guān)系褶皺構(gòu)造指組成地殼的巖層，受構(gòu)造應(yīng)力的強(qiáng)烈作用，使巖層形成一系列波狀彎曲而未喪失其連續(xù)性的構(gòu)造，參見圖；褶皺構(gòu)造是巖層產(chǎn)生的塑性變形，為地殼表層廣泛發(fā)育的根本構(gòu)造之一。褶皺圖。

第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響3.2褶皺構(gòu)造及其與工程的關(guān)系褶曲的組成要素核部翼位于褶曲中央最內(nèi)部的一個巖層，是褶曲的中心局部位于核部兩側(cè)，向不同方向傾斜的局部,如圖中ABC所包圍的內(nèi)部巖層從褶曲頂平分兩翼的面，DEFH面軸面軸面與水平面的交線；軸的方位，表示褶曲的方位；軸的長度，表示褶曲延伸的規(guī)模，DH軸軸面與褶曲同一巖層層面的交線，樞紐可以反映褶曲在延伸方向產(chǎn)狀的變化情況，BH。樞紐褶曲的組成要素第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響3.2褶皺構(gòu)造及其與工程的關(guān)系褶曲的類型背斜褶曲向斜褶曲兩翼巖層以核部為中心向兩側(cè)傾斜，形態(tài)上是巖層向上彎曲。背斜核部出露的巖層時代相對較老，翼部時代相對較新。兩翼巖層向核部傾斜，形態(tài)上是巖層向下彎曲的褶皺。向斜核部巖層時代較新，翼部時代較老。相鄰向斜和背斜共用一個冀部。褶曲的類型背斜A、C向斜B、D皺曲根本形態(tài)第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響3.2褶皺構(gòu)造及其與工程的關(guān)系第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響3.2褶皺構(gòu)造及其與工程的關(guān)系軸面直立，兩翼向不同方向傾斜，兩翼巖層的傾角根本相同，在橫剖面上兩翼對稱。軸面傾斜，兩翼向不同方向傾斜，但兩翼巖層的傾角不等，在橫剖面上兩翼不對稱。軸面傾斜程度更大，兩翼巖層大致向同一方向傾斜，一翼層位正常，另一翼老巖層覆蓋于新巖層之上，層位發(fā)生倒轉(zhuǎn)。軸面水平或近于水平，兩翼巖層也近于水平，一翼層位正常，另一翼發(fā)生倒轉(zhuǎn)圖。傾斜褶曲直立褶曲倒轉(zhuǎn)褶曲平臥褶曲皺曲根據(jù)軸面產(chǎn)狀可分為第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響褶曲的樞紐向一端傾伏，兩翼巖層在轉(zhuǎn)折端閉合。當(dāng)褶曲的樞紐傾伏時，在平面上會看到，褶曲的一翼逐漸轉(zhuǎn)向另一翼，形成一條圓滑的曲線，褶曲的樞紐水平展布，兩翼巖層平行延伸。按褶曲的樞紐產(chǎn)狀分類水平褶曲傾伏褶曲第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響按褶曲的平面形態(tài)分類線形褶曲短軸褶曲穹隆與構(gòu)造盆地褶曲的長度和寬度的比例大于10：1，延伸長度大而分布寬度小，圖(a)。褶曲向兩端傾伏，長寬比介于10：1~3：1之間，成長圓形；如為背斜那么稱為短背斜；如為向斜那么稱為短向斜，圖(b右側(cè))。

褶曲長寬比小于3：l的圓形背斜為穹隆、向斜為構(gòu)造盆地；圖(b左側(cè))。

按褶曲的平面形態(tài)分類伊拉克和伊朗交界附近的背斜山美國懷俄明州的穹隆山3．褶皺構(gòu)造

褶皺是褶曲的組合形態(tài)，兩個或兩個以上褶曲構(gòu)造的組合，稱為褶皺構(gòu)造。在褶皺比較強(qiáng)烈的地區(qū)，一般的情況都是線形的背斜與向斜相間排列，以大體一致的走向平行延伸，有規(guī)律地組合成不同形式的褶皺構(gòu)造。如果褶皺劇烈，或在早期褶皺的根底上再經(jīng)褶皺變動，就會形成更為復(fù)雜的褶皺構(gòu)造，我國的一些著名山脈，如昆侖山、祁連山、秦嶺等，都是這種復(fù)雜的褶皺構(gòu)造山脈。第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響褶皺構(gòu)造

〔1〕有利情況：路線垂直巖層走向，或路線與巖層走向平行但巖層傾向與邊坡傾向相反時，只就巖層產(chǎn)狀與路線走向的關(guān)系而言，對路基邊坡的穩(wěn)定性是有利的；〔2〕不利情況：路線走向與巖層的走向平行，邊坡與巖層的傾向一致，特別在云母片巖、綠泥石片巖、滑石片巖、千枚巖等松軟巖石分布地區(qū)，坡面容易發(fā)生風(fēng)化剝蝕，產(chǎn)生嚴(yán)重碎落坍塌，對路基邊坡及路基排水系統(tǒng)會造成經(jīng)常性的危害；〔3〕最不利情況：路線與巖層走向平行，巖層傾向與路基邊坡一致，而邊坡的坡角大于巖層的傾角，特別在石灰?guī)r、砂巖與粘土質(zhì)頁巖互層，且有地下水作用時，如路塹開挖過深，邊坡過陡，或者由于開挖使軟弱構(gòu)造面暴露，都容易引起斜坡巖層發(fā)生大規(guī)模的順層滑動，破壞路基穩(wěn)定。第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響4．褶皺構(gòu)造的工程地質(zhì)評價褶皺構(gòu)造的工程地質(zhì)評價主要是傾斜巖層的產(chǎn)狀與路線或隧道軸線走向的關(guān)系問題。傾斜巖層對建筑物的地基，一般來說，沒有特殊不良的影響，但對于深路塹、挖方高邊坡及隧道工程等，那么需要根據(jù)具體情況作具體的分析。對于深路塹和高邊坡來說，存在三種情況：第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響4．褶皺構(gòu)造的工程地質(zhì)評價對于隧道工程對于隧道工程來說，從褶曲的翼部通過一般是比較有利的；但如果中間有松軟巖層或軟弱構(gòu)造面時，那么在順傾向一側(cè)的洞壁，有時會出現(xiàn)明顯的偏壓現(xiàn)象，甚至?xí)?dǎo)致支撐破壞，發(fā)生局部坍塌。

在褶曲構(gòu)造的軸部，從巖層的產(chǎn)狀來說，是巖層傾向發(fā)生顯著變化的地方；從構(gòu)造作用對巖層整體性的影響來說，是巖層受應(yīng)力作用最集中的地方，因此在褶曲構(gòu)造的軸部，不管公路、隧道或橋梁工程，容易遇到工程地質(zhì)問題，主要是由于巖層破碎而產(chǎn)生的巖體穩(wěn)定問題和向斜軸部地下水的問題。這些問題在隧道工程中往往顯得更為突出，容易產(chǎn)生隧道塌頂和涌水現(xiàn)象，有時會嚴(yán)重影響正常施工。褶皺構(gòu)造的野外觀察

褶皺構(gòu)造的背向斜與地形的山谷是不一樣的，因為背斜遭受長期剝蝕，不但可以逐漸地被夷為平地，而且往往由于背斜軸部的巖層遭到構(gòu)造作用的強(qiáng)烈破壞，在一定的外力條件下，甚至可以開展成為谷地，故不能夠完全以地形的起伏情況作為識別褶曲構(gòu)造的主要標(biāo)志。對小型褶曲構(gòu)造，可通過幾個出露在地面的基巖露頭進(jìn)行觀察；對大型褶曲構(gòu)造，可采用穿越法和追索法進(jìn)行觀察。第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響4．褶皺構(gòu)造的工程地質(zhì)評價褶皺構(gòu)造的野外觀察第3章地質(zhì)構(gòu)造及其對工程的影響4．褶皺構(gòu)造的工程地質(zhì)評價褶皺構(gòu)造的野外觀察就是沿著選定的調(diào)查路線，垂直巖層走向進(jìn)行觀察。采用穿越法，可便于了解巖層的產(chǎn)狀、層序及其新老關(guān)系。如果在路線通過地帶的巖層呈有規(guī)律的重復(fù)出現(xiàn)，那么必為褶曲構(gòu)造。再根據(jù)巖層出露的層序及其新老關(guān)系，判斷是背斜還是向斜。然后進(jìn)一步分析兩翼巖層的產(chǎn)狀和兩翼