1、第三章 地质构造及其对工程的影响,组成地壳的岩层或岩体在地应力的长期作用下，发生变形、变位，形成各种构造运动的形迹，称为地质构造。地质构造规模有大有小地质构造复杂多样地质构造与工程建设活动密切相关因此，研究地质构造不但对阐明和探讨地壳运动发生、发展规律有理论意义，而且对工程建筑的场址选择、设计和施工都有重要的实际意义。地质构造的基本类型有：水平构造、单斜构造、褶皱构造和断裂构造。,导言,第一节 水平构造、单斜构造及岩层产状,3.1.1 水平构造岩层产状近于水平(一般倾 角小于5)的构造称为水平构造。水平构造出现在构造运动较为轻微的地区或大范围均匀抬升或下降的地区，一般都在平原、高原或盆地中部，
2、其岩层未见明显变形。水平构造中较新的岩层总是位于较老岩层之上。当岩层受切割时，老岩层出露在河谷低洼处，较新岩层出露在较高的地方。不同地点在同一高程上，出露的是同一岩层。,第一节 水平构造、单斜构造及岩层产状,3.1.2 单斜构造单斜构造：是由于地壳运动使原始水平的岩层产状发生变动，岩层向同一个方向倾斜。单斜构造常是褶皱的一翼、断层的一盘或者是区域内的不均匀上升或下降所形成的。,第一节 水平构造、单斜构造及岩层产状,一般情况下，倾斜岩层仍然保持顶面 在上、底面在下（新岩层在上、老岩层在 下）的产出状态，称为正常倾斜岩层。当构造运动强烈，使岩层倾角近于90 时，称为直立岩层。当岩层底面在上、顶面在
3、下、老岩层在上、新岩层在下的产出状态时，称为倒转岩层。岩层的正常和倒转主要依据化石来确定，也可以根据岩层层面特征以及沉积岩岩性和构造特征来确定。, 倾斜岩层按倾角的大小又可分为缓倾岩层(30)、陡倾岩层(3060)和陡立岩层(60)。,第一节 水平构造、单斜构造及岩层产状,3.1.3 岩层产状岩层在空间的分布状态，称为岩层产状。倾斜岩层的产状，用岩层层面的走向、倾向、倾角三个要素来表示的。对倾斜岩层产状的观 测（空间的产出状态）， 是研究地质构造的基础。 在野外产状要素直接用地 质罗盘进行测量。, 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。同一岩层走向有两个值，数值相差
4、180度。 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。 倾向只有一个方向，且与走 向垂直，走向=倾向90。 倾角：岩层层面与水 平面所夹的锐角。,第一节 水平构造、单斜构造及岩层产状,将罗盘仪的短边紧贴岩层层面，罗盘北端则指向岩层倾斜方向，调整罗盘位置使水准气泡居中，待磁针静止，读指北针所指的方位角度数为所测之倾向方位。,将罗盘仪竖放在层面上，使其长边与走向线垂直，拨动旋纽，待测角水泡居中，倾角指示器所指的度数即为岩层的倾角。,第一节 水平构造、单斜构造及岩层产状,第一节 水平构造、单斜构造及岩层产状,3.1.4 岩层产状的表示方法方位角表
5、示方法：一般只测 量和记录岩层的倾向和倾角，若测 量出。例如某一岩层倾向为220， 倾角35，则记录为22035。象限角表示方法：以北和南 的方向为零度，测量和记录岩层的 走向、倾角和倾向。例如：N65W/25 SW，即岩 层走向北偏西65，倾角为20， 岩层向南西倾斜。,在地质图上，产状要素用符号表示如下。,第一节 水平构造、单斜构造及岩层产状,长线代表走向，短线代表倾向，数字表示倾角。（长短线必须按实际方位标绘在图上）；岩层水平（05）；岩层直立（箭头指向较新岩层）；岩层倒转（箭头指向倒转后的倾向，即指向老岩层，数字是倾角）,30,第二节 褶皱构造,组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使
6、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。褶皱构造是岩层产生的塑性变形，是地壳表层广泛发育的基本构造之一。研究褶皱的产状、形态、类型、成因及分布特点，对于查明区域地质构造和工程地质条件，具有重要意义。,褶皱的力学成因,第二节 褶皱构造,3.2.1 褶曲褶皱构造中岩石的一个弯曲，称为褶曲。褶曲是褶皱构造的组成单位，每一个褶曲都有核部、翼、轴面、轴及枢纽等几个部分组成，一般称为褶曲要素。核：褶皱岩层的中心翼：褶皱岩层的两侧弧尖：层面上最大的 弯曲点枢纽：单个层面最大 弯曲点的连线,第二节 褶皱构造,轴面：褶皱两翼近似对称的面，是平分褶皱为两部分的理想面。轴面可以是直立的、倾斜的和
7、水平的。轴面和褶皱的交线就是枢纽。轴线：轴面与水平面或地面的交线。,第二节 褶皱构造,3.2.2 褶曲的类型褶曲的基本形态是背斜和向斜。,褶皱的基本类型,褶皱（美国加利福尼亚）,背斜 向斜,第二节 褶皱构造,3.2.3 褶曲的形态分类1. 根据褶曲轴面的产状分为,第二节 褶皱构造,直立褶曲或倾斜褶曲:褶皱不太强烈和受力性质比较简单 倒转褶曲或平卧褶曲:褶皱强烈和受力性质比较复杂,第三系砂岩中的直立水平褶曲(新疆库车河),第二节 褶皱构造,第二节 褶皱构造,倾斜褶曲,第二节 褶皱构造,倒转褶曲,第二节 褶皱构造,大型平卧褶曲(中巴公路盖孜检查站),第二节 褶皱构造,2. 根据褶曲枢纽的产状分为水
8、平褶曲：枢纽近于水平延伸，两翼岩层走向平行。,第二节 褶皱构造,倾伏褶曲：枢纽向一端倾伏，两翼岩层走向发生弧形合围。对背斜而言，合围的尖端指向枢纽的倾伏方向；对向斜而言，合围的开口指向枢纽的倾伏方向。,第二节 褶皱构造,3. 按褶曲的长度和宽度比例分类线状褶曲：长为宽的10倍以上，常达数十倍。短轴褶曲：长为宽的310倍。穹隆与构造盆地：长宽比小于3:1的圆形背斜称为穹隆；向斜称为构造盆地。,第二节 褶皱构造,4. 根据褶皱组合方式，可分为复背斜与复向斜：大规模的背斜两翼被次一级的（或较小的）褶皱复杂化者称为复背斜；大规模的向斜被被次一级的（或较小的）褶皱复杂化者称为复向斜。,第二节 褶皱构造,
9、3.2.4 褶皱构造的野外识别及工程地质评价1. 褶皱构造的野外识别（1）首先可沿垂直于岩层走向（穿越法）的方向进行观察，查明地层的层序和确定地层的时代，并测量岩层的产状要素。然后根据以下几点分析判断是否有褶皱存在，进而确定是向斜还是背斜。（2）根据岩层是否有对称重复的出露，可判断是否有褶皱存在，若在某时代的岩层两侧，有其他时代的岩层对称重复山现，则可确定有褶皱存在。若岩层虽有重复出露现象，但并不对称分布，则可能是断层形成的，不能误认为褶皱。,第二节 褶皱构造,（3）对比褶皱核部和两翼岩层的时代新老关系，判断褶皱是背斜还是向斜。若核部地层时代较老，两侧依次出现渐新的地层，为背斜；反之，若核部地
10、层时代较新，两侧依次出现渐老的地层，如则为向斜。（4）根据两翼岩层的产状，判断褶皱是直立的、倾斜的、还是倒转的等等。（5）为了对褶皱进行全面认识，还要平行岩层走向进行追索观察（追索法），便于查明褶曲延伸的方向及其构造变化的情况。,第二节 褶皱构造,2. 褶皱构造的工程地质评价（1）褶皱核部岩层由于受水平挤压作用，产生许多裂隙，直接影响到岩体的完整性和强度高低，在石灰岩地区还往往使岩溶较为发育，所以在核部布置各种建筑工程，如厂房、路桥、隧道等，必须注意岩层的坍落、漏水及涌水问题。（2）褶皱翼部布置建筑工程时，对于深路堑和高边坡来说 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
11、时，对边坡的稳定性有利；,第二节 褶皱构造, 路线走向与岩层走向平行，岩层倾向与边坡倾向相同时，在松软岩石分布地区，边坡容易发生风化剥蚀，产生严重塌陷，对路基边坡及路基排水系统造成经常性危害； 最不利的情况是路线走向与岩层走向平行，岩层倾向与边坡倾向相同，而岩层倾角小于边坡的倾角，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，从褶皱的翼部通过较为有利。如果中间有软弱岩层或软弱结构面时，则在顺倾向一侧的洞壁，有时会出现明显的偏压现象，甚至会导致支护结构的破坏，发生局部坍塌。,第三节 断裂构造,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
12、整性遭到破坏，产生各种大小不一的断裂，称为断裂构造。断裂构造是地壳上层常见的地质构造，根据岩体断裂后两侧岩块相对位移的情况，断裂构造分为裂隙和断层两类。,第三节 断裂构造,3.3.1 裂隙（节理）裂隙（节理）是存在于岩体中的裂缝，是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造。1.裂隙的类型裂隙按成因可分为构造裂隙和非构造裂隙两种类型。构造裂隙：岩体受地应力作用随岩体变形而产生的裂隙。按裂隙的力学性质，构造裂隙分为张性裂隙和扭（剪）性裂隙。,第三节 断裂构造,非构造裂隙是由成岩作用、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
13、，其中具有普遍意义的是风化裂隙。,第三节 断裂构造,2. 裂隙的工程地质评价裂隙与工程的关系密切，主要表现在以下几个方面：（1）裂隙破坏了岩石的完整性，为风化作用创造了有利条件，促进岩石风化速度；（2）裂隙降低了岩石强度、地基承载力、稳定性。当裂隙主要发育方向与路线平行、倾向与边坡一致时，不论岩体产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌等现象；（3）裂隙的存在有利于挖方采石，但是影响爆破作业的效果；（4）裂隙是地下水良好的通道，增强了岩体的透水性，加快可溶岩的溶蚀，会在施工中造成涌水；,第三节 断裂构造,3. 裂隙的调查、统计和表示方法调查裂隙时，应先在工点选择具有代表性的基岩露头，对一定面积内的裂隙
14、，按下表所列内容进行测量，同时要注意研究裂隙的成因和填充情况。（1）观察点的选择（考虑因素）露头要好，最好能在三度空间观测，其露头面积一般不小于10m2，便于大量测量。构造特征清楚，岩层产状稳定。裂隙比较发育，组系及其相互关系比较明确。观测点应选在构造的重要部位，并且在不同构造层、不同岩系和不同岩性岩层中都应布点。,第三节 断裂构造,（2）裂隙调查、统计和表示方法 统计裂隙的图式常用的有裂隙玫瑰图。既可以编制裂隙走向玫瑰图，也可以编制裂隙倾向、倾角玫瑰图。裂隙走向玫瑰图：在任意半径的半圆上画上刻度网，将测得的裂隙按走向以每5或10分组，统计每一组内的裂隙,第三节 断裂构造,数、 算出其平均走向
15、。自圆心沿半径引射线，射线的方位代表每组裂隙平均走向，走向长度代表每组裂隙的条数，最后将各射线的端点连接起来，既可得到裂隙走向玫瑰图。裂隙倾向玫瑰图：编制步骤与裂隙走向玫瑰图的编制方法基本相同，不同点就是倾向玫瑰图用的是整圆。裂隙走向玫瑰图：按上述裂隙倾向方位角的组，求出每一组的平均倾角，然后用裂隙的平均倾向和平均倾角作图，圆半径长度代表倾角，由圆心至圆周从090，找点和连线方法与倾向玫瑰图相同。,第三节 断裂构造,第三节 断裂构造,裂隙的发育程度用裂隙率来表示。裂隙率是指岩石中裂隙的面积与岩石总面积的百分比。裂隙率越大，表示岩石中的裂隙越发育。在评价裂隙的危害性时应注意裂隙的力学性质，张裂隙
16、比剪切裂隙的工程性能差。在评价裂隙的危害性时还应注意裂隙的闭合程度及填充情况。根据裂隙的成因类型、密度、组数、闭合及填充情况等多方面的因素，将裂隙发育程度等级分为不发育、稍发育、发育和很发育四等。,第三节 断裂构造,第三节 断裂构造,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。,攀西大裂谷（长约300公里，宽约100公里）,第三节 断裂构造,东非大裂谷南起赞比西河口一带，向北经希雷河谷至马拉维湖（尼亚萨湖）北部后分为东西两支： 东支裂谷带：是主裂谷，沿维多利亚湖东侧，向北经坦桑尼亚、肯尼亚中部，穿过埃塞俄比亚高原入红海，再由红海向西北方向延伸抵约旦谷
17、地，全长近6000公里。这里的裂谷带宽约几十至200公里，谷底大多比较平坦。裂谷两侧是陡峭的断崖，谷底与断崖顶部的高差从几百米到2000米不等。 西支裂谷带：大致沿维多利亚湖西侧由南向北穿过坦噶尼喀湖、基伍湖等一串湖泊，向北逐渐消失，规模比较小，全长1700多公里。,第三节 断裂构造,东非大裂谷,第三节 断裂构造,1. 断层要素断层由以下几个部分组成：（1）断层面和破碎带两侧岩块发生相对位移的断裂面，称为断层面。断层的产状，就是断层面的走向、倾向和倾角。规模大的断层，经常不是沿着一个简单的面发生，而往往是沿着个错动带发生，称为断层破碎带。其宽度从数厘米到数十米不等。断层的规模越大,破碎带也就越
18、宽，越复杂。由于两侧岩块沿断层面发生带动。所以在断层面上常留有擦痕，在断层带中常形成糜棱岩、断层角砾和断层泥等。,第三节 断裂构造,（2）断层线 断层面与地面的交线，称为断层线，实际上就是断层面在地表的出露线。断层线表示断层的延伸方向, 其形状决定于断层面的形状和地面的起伏情况。（3）上盘和下盘 断层面两侧发生相对位移的岩块，称为断盘。当断层面倾斜时，位于断层面上部的称为上盘；位于断层面下部的称为下盘。当断层面直立时，常用断块所在的方位表示，如东盘、西盘等。（如以断盘位移的相对关系为依据，将相对上升的一盘称为上升盘，相对下降的一盘称为下降盘）（4）断层滑距 断层两盘沿断层面相对移动开的距离。,
19、第三节 断裂构造,2. 断层的基本类型根据断层两盘相对位移的情况，可以分为（1）正断层上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。正断层般是由于岩体受到水平张应力及重力作用，使上盘沿断层面向下错动而成。断层面倾角较陡，常大于45。,第三节 断裂构造,（2）逆断层上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。逆断层是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用，使上盘沿断面向上错动而成。其中断层面倾角大于45的称为冲断层；2545的称为逆掩断层；小于25的称为碾掩断层。逆掩断层和碾掩断层常是规模很大的区域性断层。,第三节 断裂构造,（3）平移断层由于岩体受水平扭应力作用，使两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。
20、平移断层的倾角很大，断层面近于直立。,第三节 断裂构造,3. 断层的组合形式断层的形成和分布受区域性或地区性地应力场的控制，断层往往是成群出现，在断层发育地区，常组合成一定的形式。常见的断层组合形式有（1）阶梯状断层 由若干条产状大致相同的正断层平行排列而成。阶梯状断层一般发育在上升地块的边缘。,第三节 断裂构造,（2）地堑和地垒 地堑是倾斜面相向的两个正断层所夹持的共同上盘（下降盘）岩块，常为谷地、盆地与湖泊。如我国的山西的汾河河谷、陕西的渭河河谷等。 地垒是倾斜面相背的两个正断层所加持的共同下盘（上升盘）岩块，呈断块隆起的山地，如新疆的天山、江西的庐山。,第三节 断裂构造,（3）叠瓦式构造
21、 一系列产状大致相同平行排列的逆断层的组合形式，各断层的上盘依次逆冲形成像瓦片般的叠覆。叠瓦构造中各断层面的倾角向下变缓，在深处有时收敛成一条主干大断层。,第三节 断裂构造,4. 断层的野外识别大部分断层在形成后遭受外力地质作用剥蚀和被松散沉积物覆盖，认识它们比较困难。因此需要依据一些标志来判断和证实断层的存在。判断断层存在的标志，主要是地层和构造方面的依据，其次是地貌、水文等方面。（1）地貌标志断层崖当断层的断距较大时，上升盘的前缘可能形成陡峭的断层崖；断层三角面断层崖经剥蚀，则形成断层三角面地形；,第三节 断裂构造,沟谷断层破碎带岩石破碎，易于侵蚀下切，可能形成沟谷和峡谷地形；串珠状的湖泊
22、、泉水分布断层是地下水的通道，故沿断层延伸地带常见到一系列 湖泊分布及泉水出露。此外山脊错断、河谷跌 水瀑布，河谷方向发生突然 转折等都可能是断裂错动在 地貌上的反映，应特别注意 观察，分析有无断层存在。,第三节 断裂构造,（2）地层特征岩层发生重复（a）或缺失（b），岩脉被错断（c），或者岩层沿走向突然发生中断，与不同性质的岩层突然接触等地层方面的特征，则进一步说明断层存在的可能性很大。,第三节 断裂构造,（3）断层的伴生构造现象 野外识别断层的存在的可靠标志断层的伴生构造是断层在发生、发展过程中遗留下来的形迹。常见的有岩层牵引弯曲、断层泥、断层角砾、糜棱岩和断层擦痕等。岩层的牵引弯曲岩层因
23、断层两盘发生相对错动，因受牵引而形成的弯曲，多形成于页岩、片岩等柔性岩层和薄层岩层中。,第三节 断裂构造,断层泥和断层角砾断层泥当断层发生相对位移时，其两侧岩石因强烈的挤压力，有时沿断层面被研磨成细泥；断层角砾岩石沿断层面岩石被研碎成角砾。,第三节 断裂构造,糜棱岩具有糜棱结构的岩石。动力变质岩石的矿物颗粒几乎全部被破碎成微粒状（或细粒至隐晶质）的结构称为糜棱结构。破碎的微粒往往具明显的定向分布，其中可残留少量稍大的矿物碎块，但也常被磨圆呈眼球状。,第三节 断裂构造,断层擦痕在断层面上由于岩块相互滑动和摩擦，常留下具有一定方向密集的微细刻槽的痕迹，称为擦痕。顺擦痕方向用手摸，感觉光滑的方向即表
24、示另一盘滑动的方向。,平移断层形成的水平擦痕 安徽霍邱四十里长山,第三节 断裂构造,5. 断层的工程地质评价断层的存在，从总体上说，破坏了岩体的完整性，降低了岩体的强度，加速了风化作用、地下水活动及岩溶发育，从而在以下几方面对工程建设产生影响。（1）断层降低了地基岩体的强度及稳定性。建于其上的建筑易产生较大的沉降、开裂和倾斜。（2）断裂构造带不仅岩体破碎，而且断层上、下盘的岩性也可能不同，跨越断裂带的建筑物，易产生不均匀沉降。（3）隧道等地下工程建设通过断裂破碎带地段，易发生坍塌甚至冒顶。（4）沿断裂破碎带地段易形成风化深槽及岩溶发育带。断层陡坡或悬崖多处于不稳定状态，容易发生崩塌等。,第三节
25、 断裂构造,（5）断裂构造破碎带常为地下水的良好通道，地下水的出露也常为断裂构造所控制。施工中，若遇到断层带时会发生涌水问题。（6）构造断裂带在新的地壳运动影响下，可能发生新的移动。因为构造断裂带是地壳表层薄弱地带，若有新的地壳出运动发生时，往往引起附近断裂带产生新的移动，从而影响建筑物的稳定。这些不良地质条件能严重地影响地基的稳定性。在选择建筑物场地时，最好避开断层地带，尤其是应避开宽达数米或几十米的破碎带、断层交会带和断层密集的破碎带。如工程建设实在无法避开断层时，一般应垂直通过断层带。,在地质历史发展演化各个阶段，构造运动贯穿始终，由于构造运动的性质不同或所形成的地质构造特征不同，造成新
26、老地层之间具有不同的相互接触关系。地层接触关系是构造运动最明显的综合表现。,地层接触关系,整合接触不整合接触,平行不整合接触角度不整合接触,第四节 沉积岩层的接触关系,1. 整合接触（1）特点：两套岩层产状一致，沉积连续，无构造运动（2）过程：下降、沉积再下降、再沉积2. 平行整合（假整合）接触（1）特点：两套岩层产状一致，地层缺失，沉积间断，有升降运动，但不强烈。缺：无沉积，因地壳上升； 失：有沉积，被剥蚀（2）过程：下降、沉积上升、沉积间断、剥蚀下降、沉积,第四节 沉积岩层的接触关系,3.角度不整合接触（1）特点：两套岩层产状不一致，地层缺失，沉积间断，有强烈构造运动（褶皱、断层、变质、岩
27、浆活动） （2）过程：下降、沉积上升（强烈构造运动）、沉积间断、剥蚀下降、再沉积,整合接触 平行不整合接触 角度不整合接触,第四节 沉积岩层的接触关系,角度不整合,第四节 沉积岩层的接触关系,4. 不整合接触的工程地质评价不整合接触中的不整合面，是下伏古地貌的剥蚀面，它一则常有比较大的起伏，同时常有风化层或底砾存在，层间结合差。地下水发育，当不整合面与斜坡倾向一致时，如开挖路基，经常会成为斜坡滑移的边界条件，对工程建筑不利。,地质图是反映一定范围内地质构造的平面图件。图中包括以下内容：图名、图例、比例尺、岩层的性质、地质年代及其分布规律；地质构造形态特征（向斜、背斜、断层等）；岩层的接触关系以
28、及地形特征等。地质图的读图步骤：（1）读地质图时，先看图名和比例尺，了解图的位置及精度。（2）阅读图例。图例自上而下，按从新到老的顺序，列出了图中出露的所有地层符号和地质构造符号，通过图例，可以概括了解图中出现的地质情况。在看图例时，要注意地层之间的地质年代是否连续，中间是否存在地层缺失现象。,地质图的阅读与分析,（3）正式读图时先分析地形，通过地形等高线或河流水系的分布特点，了解地区的山川形势和地形高低起伏情况。（4）阅读岩层的分布、新老关系、产状及其地形的关系，分析地质构造。分析方法可以先局部后整体，亦可以先整体后局部。图上有几种不同类型的构造时，可以先分析各年代地层的接触关系，再分析褶皱
29、，然后分析断层。,地质图的阅读与分析,明山寨地质图,地质图的阅读与分析,地质图的阅读与分析,明山寨地质图的阅读与分析（1）地质图的比例尺：明山寨地质图是1:50000，即1cm =500m；据此，明山寨地质图的范围为35km2面积。（2）阅读图例可知出现的地层由早到晚为：早泥盆纪(D1)的粗砂岩；中泥盆纪(D2)的细砂岩；晚泥盆纪(D3)的石灰质页岩；早石炭纪(C1)的细砂岩；中石炭纪(C2)的石灰岩；晚二叠纪(P2)的泥质灰岩；早三叠纪(T1)的页岩；中三叠纪(T2)的硅质灰岩；晚三叠纪(T3)的泥灰岩。在晚石炭纪及早二叠纪时期为上升隆起时期，遭受风化剥蚀，这两个地质时期的沉积间断。中石炭纪
30、与晚二叠纪之间的接触关系是角度不整合接触。,地质图的阅读与分析,（3）地形特征：本区地形最高点为1000m位于西北部，最低处为200m位于本区东南角，除东部有一个600m高程的小山岗外，地势由西北向东南逐渐低缓，呈一单面坡的地形特征。,地质图的阅读与分析,（4）地层分布情况：地质年代较晚的中生代地层均分布在西北部。晚二叠纪的地层界线除与EE、FF两断层接触外，还与D2、D3、C1等地层界线相交，说明中石炭纪地层与上覆晚二叠纪地层呈角度不整合接触，其他地层的接触关系是整合的。,地质图的阅读与分析,（5）地质构造形成的分析褶曲分析：从出露的地层来看，中部较大面积出露C2的石灰岩，而其两侧对称重复出
31、露C1、D3、D2等地层，由此可知该褶曲是向斜构造，该向斜的轴向是近NE-SW向。此外该向斜南侧是一个背斜构造。,C2,C1,C1,D3,D3,D2,D2,地质图的阅读与分析,（5）地质构造形成的分析断层分析：本区出露两条断层（EE、FF），其中EE断层的右盘是上升盘，左盘是下降盘，断层发生在中石炭纪之后、晚二叠纪之前。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,在20世纪以前，由于生产规模和科学水平的限制，人们习惯用岩石材料的力学性质来评价岩体的稳定性。随着人类工程活动的规模越来越大，在工程实践中，特别在一些大型建筑物失事的教训中，才清醒认识到岩体中的软弱面在岩体稳定性中的重大意义，从而提出了岩体的
32、概念。实际上，从工程地质观点看，岩石是矿物的集合体，是没有显著软弱面的石质材料，岩石的工程性质主要受矿物成分、结构和构造以及风化作用的控制。岩体则是岩石的地质综合体，岩体工程地质性质，则主要决定于岩体内各种结构面的性质及其对岩体的切割程度。当然，岩石的工程地质性质亦起着重要作用。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,3.5.1 岩石的主要物理力学性质1. 岩石的主要物理性质（1）重量岩石的重量是岩石最基本的物理性质之一，一般用比重和重度两个指标表示。岩石的比重是岩石固体（不包括孔隙）部分单位体积的重量。岩石的比重大小取决于组成岩石的矿物的比重及其在岩石中的相对含量。常见的岩石的比重介于2.43.
33、3之间。岩石的重度是指岩石单位体积的重量，也称容重。岩石重度的大小决定于岩石中矿物的比重，岩石的孔隙性及其含水的情况。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,干重度岩石孔隙中完全没有水存在的重度饱和重度岩石中的孔隙全部被水充满时的重度，同一种岩石，若重度有差异，则重度大的结构致密、孔隙性小，强度和稳定性相对较高。（2）孔隙性 岩石的孔隙性，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的影响。孔隙性用孔隙度表示，在数值上等于岩石中各种孔隙（包括裂隙）的总体积与岩石总体积的比，用百分数表示。岩石的孔隙率的大小，主要决定于岩石的结构构造，同时也受风化作用、岩浆作用、构造运动和变质作用的影响
34、。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,（3）吸水性岩石的吸水性，反映岩石在一定条件下的吸水能力，一般用吸水率表示。岩石的吸水率，是指岩石在通常大气压下的吸水能力。在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。岩石的吸水率，与岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度等因素有关。岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸湿、软化作用就强。岩石强度和稳定性受水作用的影响就越显著。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,（4）软化性岩石受水作用后，强度和稳定性发生变化的性质，称为岩石的软化性。岩石的软化性主要决定于岩石的矿物成分、结构和构造持征。岩石软化性的指标是软化系数，在数值上等于岩石在饱和
35、状态下的极限抗压强度和在风干状态下极限抗压强度的比值。其值越小，表示岩石在水作用下的强度和稳定性越差。软化系数小于0.75的岩石，认为是软化性强的岩石，工程性质比较差。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,（5）抗冻性岩石的孔隙、裂隙中有水存在时，水结冰，体积膨胀，则产生较大的压力，使岩石的强度和稳定性遭到破坏。岩石抵抗这种冰冻作用的能力，称为岩石的抗冻性。在高寒冰冻地区，抗冻性是评价岩石工程地质性质的一个重要指标。岩石的抗冻性一般用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率表示。抗压强度降低率小于2025的岩石，认为是抗冻的；大于25的岩石，认为是非抗冻的。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,2. 岩
36、石的力学性质岩石的力学性质是指岩石抵抗外力作用的性能。岩石在外力作用下，首先发生变形，当外力增加到某一数值时，岩石便开始破坏。所以在研究岩石的力学性质时，既要考虑岩石的变形特性，也要考虑岩石的强度特性。（1）岩石的变形岩石典型的应力应变曲线岩石在外力作用下产生变形，且其变形性质分为弹性和塑性两种。根据曲率的变化，可将岩石变形过程划分为四个阶段：,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,.微裂隙压密阶段(oa段）岩石中原有的微裂隙在荷重作用 下逐渐被压密，曲线呈上凹形，曲线斜率随应力增大而逐渐增加，表示微裂隙的变化开始较快，随后逐渐减慢。a点对应的应力称为压密极限强度。对于微裂隙发育的岩石，本阶段比较
37、明显，但致密坚硬的岩石很难划出这个阶段。.弹性变形阶段（ab段）岩石中的微裂隙进一步闭合，孔隙被压缩，原有裂隙基本上没有新的发展，也没有产生新的裂隙，应力与应变基本上成正比关系，曲线近于直线，岩石变形以弹性为主。b点对应的应力称为弹性极限强度。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,.裂隙发展和破坏阶段（bc段） 当应力超过弹性极限强度后，岩石中产生新的裂隙，同时已有裂隙也有新的发展，应变的增加速率超过应力的增加速率，应力应变曲线的斜率逐渐降低，并呈曲线关系，体积变形由压缩转变为膨胀。应力增加，裂隙进一步扩展，岩石局部破损，且破损范围逐渐扩大形成贯通的破裂面，导致岩石“破坏”。c点对应的应力达到最
38、大值，称为峰值强度或单轴极限抗压强度。 .破坏后阶段（c点之后） 岩石被环后，经过较大的变形，应力下降到一定程度开始保持常数，d点对应的应力称为残余强度。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,由于大多数岩石的变形具有不同程度的弹性性质，且工程实践中建筑物所能作用于岩石的压应力远远低于单轴极限抗压强度。因此，可在一定程度上将岩石看作准弹性体，用弹性参数表征其变形特征。岩石的变形性能用弹性模量和泊松比两个指标表示。弹性模量是在单轴压缩条件下，轴向压应力和轴向应变之比，是反映材料抵抗弹性变形能力的指标。 岩石在轴向压力作用下，除产生纵向压缩外，还会产生横向膨胀。这种横向应变与纵向应变的比值，称为岩石的
39、泊松比，是反映材料横向变形的弹性常数。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,（2）岩石的强度岩石抵抗外力破坏的能力称为岩石的强度。它与应变形式有很大关系。岩石受力作用破坏，有压碎、拉断和剪断等形式。所以其强度分为抗压强度、抗拉强度和抗剪强度。抗压强度是指岩石在单向压力作用下，抵抗压碎破坏的能力。岩石抗压强度的大小，与岩石的结构和构造 有关，同时受矿物成分和岩石生成条件的影响。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,抗拉强度是岩石单向拉伸时抵抗拉断破坏的能力，以拉断破坏时的最大张应力表示。抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力。以岩石被剪破时的极限应力表示。岩石的抗剪强度决定建筑物的抗滑稳定性，是评价建筑
40、物稳定性的重要指标之一。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,在岩石强度的几个指标中，岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。抗剪强度为抗压强度的1040；抗拉强度仅是抗压强度的216。岩石越坚硬，其值相差越大，软弱的岩石差别较小。岩石的抗压强度和抗剪强度是评价岩石稳定性的指标，是对岩石稳定性进行定量分析的依据。由于岩石的抗拉强度很小，所以当岩层受到挤压形成褶皱时，常在弯曲变形较大的部位受拉破坏，产生张性裂隙。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,3. 影响岩石工程性质的因素影响岩石工程地质性质的因素主要有两个方面：一是岩石的地质特征，如岩石的矿物成分、结构、构造及成因等；另一个是岩石形成
41、后所受外部因素的影响，如水的作用及风化作用等。（1）岩石的矿物成分岩石是由矿物组成的，岩石的矿物成分对岩石的物理力学性质产生直接的影响。例如，石英岩的抗压强度比大理岩的要高得多，这是因为石英的强度比方解石的强度高，由此可见，尽管岩类相同，结构和构造也相同，如果矿物成分不同，岩石的物理力学性质会有明显的差别。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,由于岩石受力是通过矿物颗粒的直接接触来传递的，如果强度较高的矿物在岩石中互不接触，则应力就会受到中间低强度矿物的影响，岩石就不能显示出高的强度。所以，对岩石的工程地质性质进行分析和评价时，应注意可能降低岩石强度的因素。对岩石的工程地质性质进行分析和评价时,
42、更应该注意那些可能降低岩石强度的因素。例如，花岗岩中的黑云母含量过高，石灰岩、砂岩中粘土类矿物的含量过高会直接降低岩石的强度和稳定性。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,（2）岩石的结构岩石的结构是影响岩石工程地质性质的重要因素。岩石的结构分为两类：结晶联结的岩石，如大部分的岩浆岩、变质岩和一部分沉积岩；胶结联结的岩石，如沉积岩中的碎屑岩等。结晶联结是由岩浆或溶液结晶或重结晶形成的。矿物结晶颗粒通过结晶相互嵌合在一起，比胶结联结的岩石具有更高的强度和稳定性。但就结晶联结的岩石来说，晶粒愈细，愈均匀，玻璃质愈少，强度愈高。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,胶结联结的岩石，其强度和稳定性主要决定
43、于胶结物的成分和胶结的形式，同时也受碎屑成分的影响，变化很大。就胶结物的成分而言，岩石的强度和稳定性：硅质胶结钙质和铁质胶结泥质胶结。胶结的形式，有基底胶结，孔隙胶结和接触胶结三种形式。对岩石强度有重要影响。基底胶结：碎屑物质散布于胶结物中，碎 屑颗粒互不接触。力学性质完全取决于胶结物 的性质。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,孔隙胶结: 碎屑颗粒互相间直接接触，胶结物充填于碎屑间的孔隙中，所以其强度视胶结物的性质和其充填情况而定。接触胶结：只有在颗粒接触处才有胶结物胶结，胶结一般不牢固，故岩石的强度低，透水性较强。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,（3）岩石的构造构造对岩石物理力学性质的
44、影响，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所决定的。 矿物分布的不均匀性某些岩石具有的片状构造、板状构造、千枚状构造、片麻状构造以及流纹构造等，岩石的这些构造，使矿物成分在岩石中的分布极不均匀。一些强度低、易风化的矿物定向富集，从而使岩石的物理力学性质在局部发生很大变化。岩石受力破坏和岩石遭受风化，首先都是从岩石的这些缺陷中开始发生的。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质, 岩石结构的不连续性不同的矿物成分虽然在岩石中的分布是均匀的，但由于层理、裂隙和各种成因孔隙的存在，岩石结构的连续性与整体性受到一定程度的影响，使得岩石的强度和透水性在不同的方向上发生明显的差异。一般来说
45、，垂直层面的抗压强度大于平行层面的抗压强度，平行层面的透水性大于垂直层面的透水性。假如上述两种情况同时存在，则岩石的强度和稳定性将会明显降低。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,（4）水实验证明，岩石饱水后强度降低。当岩石受到水的作用时，水就沿着岩石中可见和不可见的孔隙、裂隙侵入，浸湿岩石自由表面上的矿物颗粒，并继续沿着矿物颗粒间的接触面向深部侵入，削弱矿物颗粒间的联结，使岩石的强度受到影响。如石灰岩和砂岩被水饱和后，其极限抗压强度会降低2545左右。降低程度在很大程度上取决于岩石的孔隙度。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,（5）风化风化作用使岩石的原有裂隙进一步扩大，并产生新的风化裂隙，使
46、岩石矿物颗粒间的联结松散和矿物颗粒沿解理面崩解。影响后果：使岩石的结构、构造和整体性遭到破坏，孔隙度增大，重度减小，吸水性和透水性显著增高，强度和稳定性大为降低。随着化学过程的加强，则会引起岩石中的某些矿物发生次生变化，从根本上改变岩石原有的工程性质。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,3.5.2 岩体的工程地质性质 岩体是指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的应力状态、被各种结构面所分割。岩体具有一定的结构特征，它由岩体中含有的不同类型结构面及其在空间的分布和组合状况所确定。岩体是由结构面和结构体两部分组成。 结构面是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定
47、厚度）的地质界面（或带）。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂等。由于这种界面中断了岩体的连续性，又称为不连续面。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质, 结构体是指结构面在空间的分布和组合将岩体切割成形状、大小不同的块体。工程地质之所以将岩体的结构特征作为重要研究对象，意义如下：（1）岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。只有掌握岩体的结构特征，才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分布和应力状况。（2）岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,坏方式和强度特征起着重要的控制作用。岩体中的软弱结构面，常常
48、成为决定岩体稳定性的控制面。,结构面影响地下洞室围岩的稳定,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,（3）靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的改造进程。这是由于结构面往往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位，常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要通道，往往发展为重要的控制面。,软硬岩性互层的陡坡局部崩塌示意图1.砂岩；2.页岩,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,1. 岩体结构分析（1）结构面. 结构面的成因类型按地质成因分为原生结构面、构造结构面及次生结构面。 原生结构面：在成岩阶段形成的结构面。 沉积结构面：在沉积岩成岩过程中形成的地质界面，如层理层面、软弱夹层、沉积
49、间断面。火成结构面：是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,变质结构面：在变质作用中形成的结构面，如片理、片岩软弱夹层、片麻理、板理及千枚理。 构造结构面：在构造应力作用下于岩体中形成的破裂面或破碎带，包括劈理、节理、断层和层间错动带。劈理：岩体受力或因变质作用产生并沿着一定方向大致成平行排列的密集的裂隙或面状构造。 次生结构面：岩体在形成后经风化、卸荷及地下水等作用在岩体中形成的结构面。如风化裂隙、卸荷裂隙和次生充填夹泥等。,第五节 岩石与岩体的工程地质性质,. 结构面的特征结构面的规模、形态、密集程度、连通性、结构面的张开度及充填情况对结构面的物理力学性质有很大影响。 结构面的规模按结构面的延伸长度、切割深度、破碎带宽度及其力学效应，将结构面分为五级。一级结构面：延伸数公里数十公里以上，破碎带的宽度从数米至数百米的大断层或区域性断层（断裂带）（如汶川大地震龙门山断裂长500公里）。工程意义：软弱结构面，影响区域稳定性，山体稳定性，控制工程岩体变形、破坏和稳定性。,
