工程地质.ppt

主讲人：许兰兰兰州交通大学岩石与地下工程系246-2第二章地质构造地质构造就是指缓慢而长期的地壳运动使岩石发生变形，产生相对位移，形变后所表现出来的种种形态。倾斜构造地质构造的基本类型褶皱构造断裂构造246-3第二章地质构造第一节地壳运动及地质作用的概念第二节岩层及岩层的产状第三节褶皱构造第四节断裂构造第五节地质年代第六节地质图246-4第一节地壳运动及地质作用的概念一、地壳运动的概念二、地质作用的概念246-5一、地壳运动的概念地壳运动——主要是指由地球内力引起岩石圈的变形、变位以及洋底的增生和消亡的作用，从而使地壳产生褶皱、断裂等地质构造。是引起海陆分布变化、地壳隆陷，形成山脉、海沟，产生火山、地震的根本原因。古构造运动晚第三纪以前发生的构造运动新构造运动晚第三纪以来发生的构造运动现代构造运动人类历史时期到现在所发生的构造运动246-6地壳运动的基本形式水平运动地壳或岩石圈大致沿地球表面切线方向的运动，引起岩层的褶皱和断裂—造山运动。垂直运动地壳或岩石圈沿垂直于地表即沿地球半径方向的运动，引起岩石圈的隆起和凹陷—升降运动。246-7圣安德烈斯大断层246-8海水侵蚀部分那不勒斯海岸的三根石柱246-9二、地质作用的概念地质作用——是指由自然动力引起地球的物质组成、内部结构和地表形态发生变化的作用。主要表现为对地球的矿物、岩石、地质构造和地表形态等进行的破坏和建造作用。246-10按照能源和作用部位不同，地质作用分为：风化作用风的地质作用流水、冰川、冰水、重力的地质作用等内动力地质作用外动力地质作用构造运动岩浆活动变质作用地震作用246-11各种地质作用（内、外）：一方面不断地破坏原有的物质成分（矿、岩），地质构造和地表形态。另一方面又不断地形成新的物质成分（矿、岩），地质构造和地表形态。破坏→建设→再破坏→再建设循环反复，促使地壳不断的变化和发展。246-12思考题：1.什么是地质构造？什么是地壳运动？地壳运动的基本形式有哪些？2.什么是地质作用？246-13第二节岩层及岩层的产状一、岩层二、岩层产状三、岩层的露头形态和宽度四、地层的接触关系246-14一、岩层概念岩层——指由同一岩性组成的，有两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。岩层的产状——指岩层在地壳中的空间方位。是以岩层面的空间方位及其与水平面的关系来确定的。246-15二、岩层产状产状三要素走向水平延展倾向倾斜方向倾角倾斜程度任何构造面或地质体的界面，也可以通过测定这三个要素来确定其产状。确定岩层的空间分布状态产状三要素246-16水平面abdceab-走向线ce-倾斜线cd-倾向α-倾角a走向岩层面与水平面的交线即走向线两端所指的方向。（两个方位角，相差180˚）产状要素倾向垂直于走向线沿层面向下所引的直线（倾斜线）在水平面上的投影所指方向。走向=倾向±90°倾角岩层面与水平面的夹角。(0～90˚）246-17真倾角——真倾斜线HG与其在水平面上投影线OG的夹角视倾角——视倾斜线HD、HC与其在水平面上投影线OD、OC的夹角。注意！246-18【推导】从图上的三角关系可知：∵tga=HO/GO，tgb=HO/OC，sinq=GO/OC∴∴tga=tgb/sinq真倾角a和视倾角b之间的换算公式：其中：q——视倾向与走向线的夹角。qbasintgtgaqbtgsintgGOHOGOOCOCHO246-19岩层产状要素的测定，一般在野外用罗盘仪（袖珍经纬仪）来测定。产状要素的测量方法246-20246-21文字表示法符号表示法产状要素的表示方法地质图件方位角法象限角法野外记录和文字报告246-22135˚∠30˚（倾向、倾角）135°N30°方位角法0˚文字表示法246-2345°30°NWSEN45˚E∠30˚SE（走向、倾角、倾向象限）0°0°90°90°象限角法文字表示法246-24——长线代表走向，短线代表倾向，数字是倾角。（长短线必须按实际方位标绘在图上）；——岩层水平（0˚～5˚）；——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°符号表示法30°246-25按产状可分为分类水平岩层倾角＜5˚倾斜岩层倾角5˚～85˚直立岩层倾角≥85˚三、岩层的分类和露头特征岩层的露头形态岩层露头分布形态，决定于岩层产状、地形及二者的相互关系。246-26水平岩层水平岩层一般出现在地壳运动影响轻微的地区。246-27前提：岩层没有发生倒转水平岩层特征⑴新岩层在上，老岩层在下；⑵岩层的厚度等于岩层顶、底面标高之差；⑶岩层的露头宽度决定于岩层的厚度和地面坡度；⑷地质界线，在地质图上与地形等高线平行或重合，而不相交。246-28水平岩层的露头分布形态，完全受地形的影响，在地质图上，其地质界线与地形等高线平行或重合。246-29倾斜岩层倾斜岩层往往是某种构造形态的一部分。246-30单面山246-31倾斜岩层按倾角a的大小又可分为：缓倾岩层，a＜30˚陡倾岩层，30˚≤a＜60˚陡立岩层，a≥60˚246-32倾斜岩层露头分布形态较复杂，表现出地质界线与等高线相交的曲线延伸，并有一定规律，当其穿过沟谷或山脊时，露头线均呈“V”字形，故此规律又称为V字形法则。246-33V字形尖端沟谷处山脊处沟谷上游山脊下坡246-34V字形尖端沟谷处山脊处沟谷上游山脊下坡246-35V字形尖端沟谷处山脊处沟谷下游山脊上坡246-36岩层界面、断层面、不整合面等露头线的分布形态。V字形法则，适用于：246-37直立岩层直立岩层一般出现在构造强烈的地区。246-38直立岩层的地质界线是沿其走向作直线延伸，不受地形影响。水平岩层(Ⅰ)、直立岩层(Ⅱ)和倾斜岩层(Ⅲ)的露头形态及其在平面图上的表现岩层的露头形态246-40决定于岩层的厚度和地面坡度。岩层的露头宽度水平岩层246-41受岩层厚度、产状、地面坡度的共同影响。ＡＢ露头宽度与厚度、倾角的关系Ａ－倾角不变，露头宽度随厚度而变化；Ｂ－厚度不变，露头随倾角而变化岩层的露头宽度倾斜岩层246-42四、研究产状的工程意义1、对边坡稳定性的影响2、对桥隧稳定性的影响246-43一、对边坡稳定性的影响边坡中的各种结构面对斜坡稳定性有着重要的影响。特别是软弱结构面与斜坡临空面的关系，对斜坡稳定起着很大作用。这种关系多种多样，稳定性也各不相同，可以分为以下几种情况：246-441.平叠坡主要软弱结构面为水平的。这种斜坡一般比较稳定。246-452.顺向坡b＜a边坡稳定性最差ba稳定性较好主要是指软弱结构面的走向与边坡面的走向平行或比较接近，且倾向一致的边坡。246-463.逆向坡主要软弱结构面的倾向与坡面倾向相反，这种边坡一般是稳定的。246-474.斜交坡主要软弱结构面与坡面走向成斜交关系。其交角越小，稳定性越差。246-485.横交坡主要软弱结构面的走向与坡面走向近于垂直。这类边坡稳定性较好，很少发生大规模的滑坡。246-49二、对桥隧稳定性的影响1.水平或倾斜不大的岩层较坚硬的厚层岩层中较为稳定软硬相间的岩层中易发生坍方246-502．直立岩层坚硬岩层、地下水很少，一般是较稳定的，层薄又有软弱夹层，只要有少量的地下水活动，也会造成较大的地层压力，将有掉块和坍塌冒顶的可能。246-513．倾斜岩层岩层倾斜角度的大小和岩层的性质是影响隧道稳定性的关键因素。岩层倾角较大且有软弱夹层时易发生顺层滑动246-52有时在一个断面上出现几种岩层，或者出现不整合面或断层破碎带等，这时地层压力是比较复杂的，而且是巨大的，同时地下水常沿此活动，在设计施工中都得慎重处理。246-53作业题：什么是岩层？岩层的产状三要素是什么？并绘图表示。246-54第三节褶皱构造一、概念二、褶曲要素三、褶曲分类四、褶皱构造的类型五、褶皱构造的辨认六、褶皱的形成时代七、褶皱的工程意义246-55一、概念褶皱构造——岩层受到构造运动作用后，在未丧失连续性的情况下产生的弯曲变形。褶皱形成过程246-57褶曲背斜向斜褶曲——褶皱构造中的任何一个单独的弯曲。246-58老新新背斜246-59向斜老新老246-60地形倒置：向斜成山，背斜成谷。向斜和背斜剖面示意图246-61二、褶曲要素轴线——轴面和包括地面在内的任何面的交线。轴面轴线核翼翼核部——泛指褶皱弯曲的核心部位。翼部——泛指褶皱核部两侧的岩层。轴面——通过褶皱核部，平分褶皱的一个假想面。246-62脊线槽线枢纽枢纽枢纽——褶皱中同一层面上最大弯曲点的连线。脊线——背斜弯曲最高点的连线。槽线——向斜弯曲最低点的连线。246-63三、褶曲分类（一）根据褶曲轴面产状，结合两翼产状特点，可将褶曲分为：直立褶曲倾斜褶曲倒转褶曲平卧褶曲246-64轴面直立，两翼倾向相反，倾角近于相等（差值小于5˚）直立褶曲246-65直立褶曲246-66轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，倾角不等倾斜褶曲246-67轴面倾斜，两翼向同一方向倾斜，有一翼地层层序倒转。倒转褶曲246-68轴面近于水平，一翼地层正常，另一翼地层层序倒转。平卧褶曲246-69（二）根据褶曲枢纽产状，可将褶曲分为：倾伏褶曲水平褶曲246-70枢纽水平时，在实际地形图上的表现为互相近似平行且呈直线延伸。246-71枢纽水平时，地质界线在平面图上仍表现为互相近似平行；246-72在实际地形图上，倾伏背斜的地质界线表现为在倾伏端封闭弯曲；倾伏向斜的地质界线表现为在仰起端封闭弯曲。246-73枢纽倾斜时，地质界线在平面图上表现为在一端封闭弯曲。246-74直立水平背斜直立倾伏背斜246-75（三）根据褶曲在平面上的形态，可分为：线状褶曲短轴褶曲穹窿构造构造盆地246-76线状褶曲：长宽比超过10∶1的褶曲；246-77短轴褶曲：长宽比为3∶1～10∶1的褶曲；246-78穹窿构造长宽比小于3∶1的背斜构造；246-79构造盆地长宽比小于3∶1的向斜构造。A——穹窿构造Ｂ——构造盆地246-80四、褶皱构造的类型复背斜复向斜（一）复背斜和复向斜246-81复背斜复向斜246-82（二）隔挡式褶皱和隔槽式褶皱246-83五、褶皱构造的辨认向斜成山、背斜成谷246-84（一）褶曲的野外观察法1.通过横向、纵向的观察，找地层界线、断层线、化石等，观察岩层是否有对称重复出现的现象；2.比较核部与两翼岩层的新老关系，比较两翼岩层的走向和倾斜；3.研究两翼相当层的平面形态。246-85走向走向倾向倾向倾角倾角246-86（二）褶皱内部构造的认识顺层剪切褶皱的卡片模型246-87层面擦痕246-88牵引褶皱246-89虚脱现象和鞍状矿体246-90六、褶皱的形成时代介于参加褶皱的最新地层与上覆未褶皱的最老地层之间。246-91七、褶皱的工程意义褶皱构造很普遍，无论是对找矿、找地下水及水利建设都有着相当重要的意义。根据褶皱两翼对称重复的规律，在褶皱的一侧发现沉积型矿层时，可预测在另一侧也可能有相应的矿层存在；石油常储存在背斜的顶部。除此以外，背斜核部的岩层常常较为破碎，如果水库位于此就易于漏水，工程建设时必须注意到这一点。246-92思考题：1.什么是褶皱构造？什么是褶曲？褶曲的基本形式有哪两种？作业题：2.论述在野外怎样观察褶曲？3.褶曲有哪些分类方法？是怎样分类的。246-93第四节断裂构造断裂构造——指岩层受构造运动的作用，当所受的构造应力超过其破裂强度时，岩石或岩块失去连续性而产生断裂的地质构造。246-94第四节断裂构造一、节理二、断层246-95一、节理北京西山的一条张剪性节理指岩层受力断开后，断裂面两侧岩层沿断裂面没有明显相对位移的断裂构造。节理的断裂面称为节理面。246-96节理246-97（一）节理分类1．按与岩层产状的关系分为：1-走向节理；2-倾向节理；3-斜交节理；4-岩层走向246-982．按力学性质分类：剪节理张节理246-99剪节理——由剪应力产生，剪切面发展而产生的破裂面。特征长、大、平直光滑，延伸稳定，常常呈“X”型，可切穿砾石。常与褶皱断层相伴而生246-100剪节理——由剪应力产生，剪切面发展而产生的破裂