1、工程地质学基础工程地质学基础全册全册配套完整教学课件配套完整教学课件工程地质学基础绪 论 工程地质学：研究人类工程活动与地质环境相互关系的学科，是服务于工程建设的应用学科。 地质环境制约工程活动：.活动断裂地震活火山岩溶崩塌、滑坡、泥石流特殊土中国活动断裂与震中分布松潘松潘 后山断裂山前断裂Main shock fault12BEICHUAN COUNTYShale & sandstoneLimestone汶川地震中地表破裂2010年新西兰7.1级地震地表破裂 20002000年年4 4月月6 6日下午日下午4 4时时8 8时，洪山区青菱乡烽火村地面塌陷。时，洪山区青菱乡烽火村地面塌陷。陷坑陷
2、坑1818个，最大陷坑长个，最大陷坑长6363米、深米、深6 67 7米；最小陷坑米；最小陷坑1 12 2长，深小于长，深小于2 2米。米。 陷坑带呈近东西向分布，散分在东西陷坑带呈近东西向分布，散分在东西300300米、南北米、南北250250米的范围内。米的范围内。有有2 2栋民房完全倒塌，有栋民房完全倒塌，有1616栋民房出现不同程度的开裂、破损。栋民房出现不同程度的开裂、破损。该村该村196196户、户、990990余名村民无一人伤亡。余名村民无一人伤亡。8.13泥石流之前8.13泥石流之前8.13泥石流之后8.13泥石流之后 特殊土：指在特定地理环境或人为条件下形成的具有特殊性质的土
3、。它的分布一般具有明显的地域性。 黄土:多孔性、垂直节理发育、层理不明显、透水性强、沉陷性。 软土：天然含水量高、孔隙 比大、压缩性高、抗剪强度低。 冻土：短时冻土、季节冻土和多年冻土，冻胀和融沉。 膨胀土：吸水膨胀和失水收缩的高塑性黏质土。剥落、冲蚀、溜塌、滑坡等破坏。 人类活动影响地质环境： 地下水过渡开采 水库兴建 线路工程 采矿.工程地质学的基本任务 研究地质环境与人类工程活动之间的关系，促进两者之间矛盾的转化与解决。（查明工程地质条件，解决工程地质问题。） 工程地质条件：与工程建设有关的地质因素的综合，包括岩土类型及其工程性质、地质构造、地貌、水文条件、工程动力地质作用和天然建筑材料
4、等。 工程地质问题：工程地质条件与工程建筑物之间存在的矛盾或问题。 活断层 渗透变形 滑坡 岩溶 泥石流 地震 围岩稳定性工程地质学的研究内容与分支 岩土工程地质：研究岩土的分布规律和成因类型，它的工程性质和形成、变化规律，各项参数的测试技术和方法以及对其不良性质进行改善、补强等方面的内容。 工程动力地质作用：工程动力地质作用的分布、规模、形成机制、发展演化规律，所产生的不良地质问题，对之进行分析、评价以及提出有效的防治对策和措施等。 工程地质勘察：工程地质学服务于工程建设的具体工作就是要进行工程地质勘察。工程地质勘察的主要目的，就是为工程建筑物的规划、设计、施工和使用，提供所需要的地质资料和
5、各项数据。 区域工程地质：不同地域的自然地质条件不同，因为工程地质条件和工程地质问题也有明显的区域性分布规律和特点。为了国土资源开发利用和工程建设布局的优化，就必须研究不同地域工程地质条件的形成和分布规律，进行区划。 环境工程地质：为了合理开发利用和保护地质环境，要建立起地质环境与人类活动之间的理论模式关系，科学地预测由于人类活动对地质环境的负影响以及它的区域性变化，尤其在大型水利水电工程、城市建设和矿产开发等方面要大力开展环境工程地质研究。巫山秀峰寺滑坡巫山秀峰寺滑坡巫山龙潭沟移民小区巫山龙潭沟移民小区地质学与其它学科的关系 学好工程地质需要： 地质学科：动力地质学、矿物学、岩石学、构造地质
6、学、地层学、第四纪地质学、地貌学和水文地质学等学科的知识。 基础知识：数学、物理学、化学、力学等基础学科知识。工程地质学的发展历史 工程地质学成为地质学的一门独立分支学科，仅80多年的历史。由苏联最先发展，欧美和日本等国随后开展相关的工作。 1968年成立国际地质学会工程地质分会，后改名为国际工程地质协会，最后改名为国际工程地质与环境学会（IAEG）。 我国的工程地质学是50年代初开始发展。1979年成立中国地质学会工程地质专业委员会。 目前我国工程地质的专业学术组织： 中国地质学会工程地质专业委员会 国际工程地质与环境学会中国国家小组教学内容与安排 第一篇 岩土工程地质性质研究 第二篇 工程
7、动力地质作用研究 第三篇 工程地质勘察第一章 土的物理力学性质第一节 土的物质组成与结构、构造 土是由固体颗粒以及颗粒间孔隙中的水和气体组成的，是一个多相、分散、多孔的系统，一般可把土看作为三相体系，包括固相、液相和气相。土的粒度成分及表示方法 土颗粒的大小以其直径表示，称为“粒径”。 粒组及其划分 粒度成分的测定及表示方法 土的粒度成分是指土中各个粒组的相对百分含量，通常用各粒组占土粒质量的百分数表示。 表示方法：表格法和累计曲线和分布曲线。 土按粒度成分分类岩土工程勘察规范 土的矿物成分 土的固相部分是由各种矿物颗粒和矿物集合体组成的，矿物成分不同，则土的性质不同。 原生矿物：岩石经物理风
8、化破碎但成分没有发生变化的矿物碎屑。一般是粗粒土的主要矿物。 次生矿物：原生矿物经过化学风化作用，使其进一步分解，形成颗粒更小的新矿物。可溶性次生矿物和不可溶次生矿物。 有机质：土中动植物残骸在微生物作用下分解形成的产物。 粒组与矿物成分的关系 粘土矿物成分 蒙脱石： 高岭石： 伊利石： 土中的水和气体土中水矿物成分水结构水结晶水沸石水孔隙中的水液态水固态水气态水结合水毛细水重力水土中气体吸附气体游离气体密闭气体土的结构与构造 土的结构：指组成土的土粒大小、形状、表面特征、土粒间的连接关系和土粒的排列情况。 土的构造：在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征，成为土的构造。第二节
9、 土的物理性质 土的物理性质指土本身由于三相组成部分的相对比例关系不同所表现的物理状态以及固、液两相相互作用时所表现出来的性质。前者称土的基本物理性质，主要指土的轻重、干湿、松密等，具体用土的质量、含水性和孔隙性指标来说明；后者主要包括细粒土的稠度、塑性、胀缩性以及各种土的透水性和毛细性。 土的基本物理性质： 土粒密度(实测) 土的密度：天然密度（实测）、干密度和饱和密度 土的含水性：含水率（实测）、饱和度 土的孔隙性：孔隙率和孔隙比、砂土的性对密度 土的基本物理力学性质之间的联系 细粒土的稠度和可塑性 细粒土的稠度：细粒土由于含水量不同，可表现出稀稠软硬程度不同的物理状态，如固态、塑态或流态
10、等。细粒土这种因含水率变化而表现出的各种不同的物理状态，即成为细粒土的稠度。 随着含水率的变化细粒土可由一种稠度状态转变为另一种稠度状态，相应于转变点的含水率，成为界限含水率，也称为稠度界限。 细粒土的可塑性：细粒土的含水率在塑限和液限之间时，在外力的作用下可以揉塑成任意形状而不破坏土粒间的连接，并且在外力解除后仍保持已有形状的性质。 塑性指数：PLpwwI 液性指数：PLPLwwwwI 细粒土的膨胀性和崩解性 膨胀性：细粒土含水率增加而发生体积增大的性能，称膨胀性；而由于土中失去水分体积减小的性能，称收缩性。 细粒土由于浸水而发生崩散解体的性能，成为崩解性。第三节 土的力学性质 土的压缩性：
11、土在压力作用下体积变小的性能。 土压缩变形的机理：土的压缩变形其实就是土中水和气体排出的过程。饱水土在一定的荷载作用下的渗透压密过程，成为渗透固结；饱和砂土的压缩很快能完成，而饱和细粒土的孔隙小，透水性弱，在压缩作用下孔隙中的水不可能很快被挤出，土的压缩时间常需要相当长的时间，但其压缩量也大。压缩定律 压缩系数，表征土压缩性大小的指标。1221PPee 建筑地基基础设计规范中取土P1=0.1MPa， P2=0.2MPa对应的压缩系数判断土的压缩性。 土的压缩模量：zzsEaeEs11 土的变形模量： 土的前期固结压力：土层在地质历史过程中受到过的最大固结压力（包括自重和外荷载）称为前期固结压力
12、。前期固结压力的意义在于：说明土层现时的固结状态；判断未来条件下是否会产生新的压密固结。 正常固结土 超固结土 欠固结土)121 (2sEEszszsz 卡萨格兰德法求前期固结压力 地基沉降量计算土体压缩性的应用土的抗剪性 土的抗剪性是指土体抵抗剪切破坏的性能。 土的抗剪强度：土抵抗剪切破坏的极限强度。 土剪切破坏的原理：土粒间发生相互错动，引起土的一部分相对另一部分沿着某个面发生与剪切方向一致的的滑动。 库伦定律 土的抗剪强度公式：ctan 土的抗剪强度测试方法直剪 三轴剪切试验 土的抗剪强度应用 地基承载力计算地基破坏形式 斜坡稳定性计算第二章 岩体力学第一节 岩石的工程地质性质 几个概念
13、： 岩石、岩块和岩体：岩石是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体；岩体由岩块和结构面组成。 岩石与土的主要区别：1.岩石矿物颗粒间具有更为牢固的连接；2. 岩体存在结构面；3.岩体具有高地应力。岩石的物理性质 岩石的密度：颗粒密度块体密度：干密度、天然密度和饱和密度。 空隙性：岩石孔隙性和裂隙性的统称，用空隙率表示。总空隙率、总开空隙率、大开空隙率、小开空隙率和闭空隙率。 岩石的吸水性：岩石在一定试验条件下吸收水分的能力。 岩石的吸水率：指岩石试件在一个大气压和室温条件下自由吸入水的质量与试件干质量之比。 岩石的饱和吸水率：是指岩石试件在高压（一般为15MPa）或真空条件下吸
14、入水的质量与岩样干质量之比。 饱水系数：吸水率与饱和吸水率之比。 岩石的软化性：岩石浸水后强度降低的性质。岩石的软化性取决于它的矿物组成及空隙性。 软化系数为饱和抗压强度与干燥抗压强度之比。 岩石的抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性质。 岩石的抗冻性常用抗冻系数和质量损失率两个指标表示。 抗冻系数是指岩石冻融实验后干抗压强度与冻融前抗压强度之比，以百分数表示。 质量损失率是指冻融前后岩样干质量之差与冻融前干质量之比，以百分数表示。 当抗冻系数大于75%，质量损失率小于2%时，认为岩石抗冻性好，吸水率小于5%，软化系数大于0.75以及饱水系数小于0.8的岩石，具有足够的抗冻能力。 岩石的透水性：岩石能
15、被水透过的性质，用渗透系数表示。它的大小取决于空隙的数量、大小、方向和连通情况。岩石的力学性质 岩石在外力作用下所变现出来的性质，这里主要研究变形、破坏及其强度。单轴受压下岩石的变形与强度L岩石单轴受压应力应变曲线dV孔隙裂隙压密阶段；微破裂稳定发展阶段；破坏后阶段弹性变形；非稳定破裂发展阶段；根据美国学者米勒（1965）对28种岩石的试验成果，可以将岩块峰值前应力-轴向应变曲线分为6类。岩石的变形参数 变形模量：指岩石在单向受压时，轴向压力与轴向应变之比，当岩石变形为弹性变形时，应力应变曲线为一直线，该模量为弹性模量，数值等于直线斜率。初始模量切线模量割线模量 泊松比：岩石单向受压时，横向应
16、变与轴向应变之比。在实际工作中常采用抗压强度50%处的横向应变与轴向应变之比计算泊松比。 岩石的变形模量和泊松比往往具有各向异性，当平行于微结构面加载时，变形模量最大；当垂直于微结构面的变形模量最小。循环荷载条件下岩石变形特征反复加载卸载应力应变曲线单向受力条件下的岩石强度 岩石的强度主要包括抗压、抗拉和剪切强度。 抗压强度：岩石单向受压时，能够承受的最大压应力，称为单轴抗压强度，简称抗压强度。 影响岩石抗压强度的因素： 1. 岩石本身的因素，如矿物组成、结构构造及含水状态等； 2. 试验条件，如试件形状、大小、高径比及加工精度、加荷速率等。 抗拉强度：岩石试件单向受拉时，能承受的最大拉应力，
17、称为岩石的抗拉强度。 影响岩石抗拉强度的因素与抗压强度影响因素相同，但其控制作用的因素是岩石的结构，特别是空隙性的影响尤为严重。 岩石的抗拉强度远小于其抗压强度。 岩石的剪切强度：受剪力作用时抵抗剪切破坏的最大剪应力，称为剪切强度。 抗剪断强度：指在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。它反映了岩石的内聚力和内摩擦阻力。 抗剪强度：指在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面再次剪坏时的最大剪应力。它反映了岩石中微结构面（裂隙、层理等）或人工破裂面上的摩擦阻力。 抗切强度：指法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。它反映了岩石的内聚力。三向应力下岩石的变形与强度三轴应力下岩石
18、的变形与强度测试：真三轴或不等压三轴： 0123假三轴： = 0321 三轴压缩试验可以得出：（1）不同围压 下三轴压缩强度 ；（2）强度包络线及剪切强度参数；（3）压力差（ ）-轴向应变 曲线和变形模量。根据这些成果可以分析岩块在三轴压缩条件下的变形与强度性质。m1331三轴压缩强度：试件在三向压力下能抵抗的最大轴向应力，称为岩块的三轴压缩强度。通过三轴压缩试验可以得到相应围压的三轴压缩强度、剪切强度参数、单轴抗拉强度。Apmm1cot2/ )(2/ )(sin3131Cmmsin1sin12sin1sin131Cm)245tan(2 Cc)2-(45tan2ct2tcC 围压对岩块变形破坏
19、的影响： 岩石破坏前的应变随围压增大而增加； 岩石逐渐由脆性转为延性； 对变形模量的影响；总体说来，变形模量和泊松比随着围压增大都有一定程度的增加。围压对岩石强度的影响 岩石的三轴压缩强度 均随围压 的增加而增大，但是 的增加速率小于 的增加速率，即两者呈非线性关系。 当围压为零或者很低时，应力达到峰值后曲线迅速下降至接近零，岩块残余强度很低，随着围压增大，其残余强度也逐渐增大，直到产生应变硬化。 m13m13岩石的蠕变特性 岩石的蠕变：岩石在大小和方向不变的外力作用下，变形量随时间延续而不断增长的现象。岩石的典型蠕变曲线页岩、砂岩和花岗岩在一定压力下蠕变曲线第二节 岩体的工程地质性质及岩体工
20、程分类 岩体包括结构面和结构体两个部分。 结构面的类型：原生结构面、构造结构面和次生结构面。不同的结构面成因不同，工程地质特性也不相同。 结构面特征及其对岩体力学性质的影响： 结构面产状； 结构面连续性； 结构面密度； 结构面形态； 结构面张开度； 结构面冲填胶结程度； 结构面的分级和特征；结构面分级及特征结构体：被结构面切割成的岩石块体。 结构体分级，可以分为4级，不同级别的结构面所切割围限的岩石块体（结构体）的规模是不同的。结构体一般分为4级。 级结构面切割的结构体成为岩块，其内部还有微裂隙、隐节理等级结构面。 岩体结构类型岩体结构控制论 岩体的应力传播、变形破坏以及岩体力学介质属性无不受
21、控于岩体结构。岩体结构对工程岩体的控制作用主要表现在三方面： 应力传播特征 岩体的变形与破坏特征 工程岩体的稳定性不同结构岩体的变形破坏方式结构面的变形与强度性质 结构面的法向变形特征 法向刚度：法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力，数值上等于 某一点的切线斜率。jnV切向变形特征：结构面切向刚度 结构面的强度，这里重点研究其抗剪强度。 结构面的抗剪强度主要受结构面的形态、连续性、胶结填充特征、壁岩性质、次生变化和受力历史等因素的影响。 根据结构面的形态、填充情况及连续性特征，将其划分为：平直无填充的结构面、粗糙起伏无填充的结构面、非贯通连续的结构面和具有填充物的软弱结构面。 平
22、直无填充的结构面：特点是面平直、光滑，只有微弱的风化。jjCtan 粗糙起伏无填充的结构面：具有明显的粗糙度，是影响结构面剪切强度的一个重要因素。)(itgi当法向应力较低：当法向应力足够大时：Ctan规则锯齿形结构面)lgtan(uJCSJRC不规则起伏结构面JRC-结构面的粗糙度系数；JCS-结构面的壁岩强度； - 结构面的基本摩擦角，等于结构面 壁岩平直表面的摩擦角u 非连续贯通的结构面jCtan)1 (tan)1 (1111KKCKCKjjj裂隙面的粘聚力和摩擦角；C岩石粘聚力和摩擦角；1K结构面的线连续性系数。baaK1 具有填充物的软弱结构面曲线为粘粒含量较高的泥化夹层的剪切曲线，
23、而曲线-的粗碎屑成分逐渐增加。岩体的变形研究岩体变形的意义：1. 防止岩体各部分形变差过大而在建筑物结构中产生附加应力；2.岩体形变量过大导致建筑物形变量过大。岩体的形变是岩块材料变形和结构变形的总和，而结构变形通常包括结构面闭合、填充物压密、结构体转动和滑动等变形，一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。 岩体变形参数的测定方法： 一般采用原位测试：承压板法、钻孔变形法、狭缝法、声波法和地震波法。 岩体变形参数的估算： 比尼卫斯基：1002RMREm401010RMRmESerafim 和Pereira：RMR55RMR55岩体的强度性质 岩体的剪切强度 原位岩体剪切试验岩体的压缩强度估算：
24、1. 利用单结构面理论估算岩体强度：2. Hoek和Brown根据岩体性质的理论与实践经验，依据试验资料导出了岩体的强度方程。2sin)cottan1 ()tan(2331jjjC2331ccSm第三节 岩体的工程分类 岩体的工程分类是工程地质学中一个重要的研究课题。它是通过岩体一些简单和易实测的指标，把工程地质条件与岩体力学性质联系起来进行归类。并对各类岩体质量、工程建筑条件予以定性或定量的评价，给人们质量好坏的改良，为工程设计和施工提供地质依据。 RQD分类 RQD值：大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。 RMR分类没有考虑岩体中结构面性质的影响，也没有考虑岩块性质的影响
25、及这些因素的综合效应。 RMR分类 由岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水5类参数组成。 Q分类 式中6个参数的组合，反映了岩体质量的3个方面，即岩体的完整性；结构面（节理）的形态、填充物特征及其次生变化程度；水与其他应力存在时对岩体质量的影响。SRFJJJJRQDQwarn BQ法 国标工程岩体分级标准（GB50218-94）提出二级分级法，先按岩体的基本质量指标BQ进行初步分级；然后考虑其他影响因素对BQ进行修正，再按修正后的BQ进行详细分级。vcwKBQ2503902)(rpmpvvvK )(100321KKKBQBQ工程岩体分类的具体应用 工程岩体分类广泛应用于岩体参数估算、
26、稳定性评价及其加固与支护。例子：某隧道位于地下200m处的泥岩中，岩体内发育有3组主要结构面：第一组结构面为层面，其特点为强风化，表面较为粗糙，产状为18010，该组节理条件评分为15；第二组结构面为节面，其特点为中等风化，表面较粗糙，产状为185 75，该组节理条件评分为21，第三组结构面为节理面，其特点为为中等风化，表面较为粗糙，产状为90 80，该组节理条件评分为21；岩石抗压强度为55MPa，RQD值为60%，平均裂隙宽度为0.4m。试采用RMR系统对该岩体进行分类，估算岩体力学参数，评估由东向西开挖10m隧道的稳定性。RMR评分与岩体质量分级一般岩体，岩体内聚力200300KPa，内
27、摩擦角为2535，5m直径的隧道自稳时间为一周，如果修建10m的隧道，围岩发生失稳的可能性较大，建议对其进行初期支护。风化岩体的工程地质特征 岩体在各种风化营力，如太阳能、大气、水及动植物有机体等的作用下，发生物理化学变化的过程，成为岩体风化作用。 风化岩体的工程地质特征主要有： 岩体完整性遭到破坏； 岩石的矿物成分和化学成分发生变化； 岩体的工程地质性质发生变化；岩体的风化分带 我国岩石风化壳分带的标准： 1. 风化岩石的颜色； 2. 岩体的破碎程度； 3. 原生矿物的变异和新出想矿物的种类和含量； 4. 物理力学性质的变化； 5. 声波特征及其变化； 6. 钻探掘进及开挖中的技术特性。第三
28、章 活断层与地震工程地质研究第一节 概述 区域地壳稳定性：指地球内动力地质作用,如地震、火山活动、断层错动以及显著的地壳升降运动等对工程建设安全稳定的影响程度。 指工程建设区域的现今地壳，由于天然或工程因素引起的地应力变化，主要产生构造、火山、地震等活动所造成的具有区域性地壳表层位移和破坏的程度。活断层地震破裂带唐唐山山大大地地震震唐山大地震唐山大地震玉玉 树树 地地 震震汶汶 川川 地地 震震印尼的活火山印尼的活火山印尼的活火山印尼的活火山印尼的活火山印尼的活火山核 爆 试 验三峡水库诱发地震三峡水库诱发地震第二节 活 断 层 概念及工程意义 活断层基本特征 活断层鉴别标志 活断层调查研究方
29、法 活断层区建筑原则断裂与断层的区别 断裂 ：fracture, rupture， 又称破裂，物体受力变形，当应力达到破裂强度时，物体就会 发生断开，使物体的连续性和完整性遭到破坏，称为断裂或破裂。岩石中的断裂包括裂隙、节理和断层等。不论断裂两侧岩层或岩体是否沿断裂面发生过相对位移。 断层：fault ，岩石在力的作用下发生破裂，并在被破裂的两个岩体之间发生相对位移的不连续面，位移方向平行于不连续面。概念及工程意义概念及工程意义 活断层一般是指现今正在活动的断层，活断层一般是指现今正在活动的断层，或近期曾活动过、不久将来可能重新或近期曾活动过、不久将来可能重新活动过的断层。后者也称为潜在活断活
30、动过的断层。后者也称为潜在活断层。层。 岩土工程勘察规范 全新活动断裂：全新世（10000）年内有过活动或近期正在活动，在将来（100年）可能继续活动的断裂。 发震断裂：近期（500年）发生过5级以上地震，或在未来100年内预测可能发生5级以上地震的断裂。 水利水电工程地质勘察规范 活断层：最后一次错动距今10-15万年（晚更新世）的断层。 美国原子能委员会（USNRC）的定义是： （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活断层的工程意义沿活动断裂带分布的房屋被摧毁沿活动断裂带分布的房屋被摧毁沿活动断裂带道路出现波状节律
31、性破坏沿活动断裂带道路出现波状节律性破坏北川县城Main shock fault12BEICHUAN COUNTYShale & sandstoneLimestoneHalf of old town was buried by landslideWest town Landslide1600 fatalityTHE FIVE-FLOOR HOUSE WERE CRUSHED OVERLAYEDDamaged School building shows “typical axis pressure test”水平错动水平错动0.5m2nd storey is gone away Horizont
32、al Moving is 0.5m From sky从天而降从天而降抛掷抛掷振动液化（振动液化（ Liquefaction Liquefaction ）.El Centro, CA,1979Loma Prieta, CA,1989海啸（海啸（ Tsunami）主要介绍活断层的类型与活动方式、继承主要介绍活断层的类型与活动方式、继承性与反复性、长度与断距、错动速率与周性与反复性、长度与断距、错动速率与周期期。活断层的基本特征活断层的基本特征一、活断层的类型一、活断层的类型 按照位移方向与水平面的关系：按照位移方向与水平面的关系： （1 1）正断型活断层）正断型活断层 差异升降活动为它的断陷盆地差
33、异升降活动为它的断陷盆地边缘。下降盘分支断层多见，形边缘。下降盘分支断层多见，形成地堑式的正断层组合。成地堑式的正断层组合。 （2 2）逆断型活断层）逆断型活断层 多分布于板块碰撞挤压带。上多分布于板块碰撞挤压带。上盘变形带大，出现多分支断层。盘变形带大，出现多分支断层。 （3 3）走滑型活断层）走滑型活断层 常分布于大陆内部的地块之间常分布于大陆内部的地块之间的接触部位，水平错动量大，断的接触部位，水平错动量大，断层带宽度不大，很少分支断裂。层带宽度不大，很少分支断裂。二、活断层的基本特征二、活断层的基本特征 继承性与反复性 1、继承了老的断裂构造尤其是中生代和第三纪以来的断裂构造格架 2、
34、西部地区以走滑和逆冲走滑断层为主，且强度明显大于东部 3、东部以正断层和走滑正断层为主。 是深大断裂复活运动的产物 1、深大断裂在挽近期及现代地壳构造应力条件下重新活动而产生 2、深大断裂：切穿岩石圈、地壳或基底的断裂，延伸数十数千km，切割深度数公里百余公里. 活断层受控于板块构造研究表明，印度板块与欧亚于始新世末，即大约研究表明，印度板块与欧亚于始新世末，即大约38003800万年前相互碰撞，此后印度板块仍以每年约万年前相互碰撞，此后印度板块仍以每年约5cm5cm的速度向的速度向NNENNE方向推进，强力地推挤着欧亚板块方向推进，强力地推挤着欧亚板块, , 板块接触带的两个端点位于察隅和伊
35、斯兰堡板块接触带的两个端点位于察隅和伊斯兰堡附近。在碰撞挤压过程中欧亚板块内产生了塑性或粘性流动变形。附近。在碰撞挤压过程中欧亚板块内产生了塑性或粘性流动变形。印度洋板块青藏高原（1）粘滑型活断层间歇性突然滑动，常伴有地震活动，也称为地震断层。发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强，危害大。发震断裂特征：深断裂，裂谷，板块接触带。（2）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。活动方式可分为粘滑型和蠕滑型 近年来，一些研究者注意到了粘滑型断层在大震前后一段时间内在震源区及其外围的蠕滑现象。 1976年唐山地震前后的一些宏观
36、现象，如井壁坍塌变形、沿八宝山断层地下水位的变化、河北省中部的井喷现象等，都可能与深部断层的蠕动有关。 据唐山地震区地形变资料反演求得的震中区8km6km的地带内，于19691975年发生了走滑错距为104cm的无震蠕滑，走向和倾向滑动的平均速率分别达18.6cm/a 和1.4cma。 我国大陆内部还有一种特殊的反映断裂蠕动的构造形式，就是由于地壳块体或断裂带蠕动，导致在地面产生一系列微型破裂构造，一般称为地裂缝(ground fissure)或“地裂”现象。 典型代表有西安地裂缝和19741976年在冀、鲁、豫、皖等省先后出现的大面积地裂现象。 上述的地裂现象不受地貌、土质和水文条件影响而广
37、泛分布在大范围内，与区域构造方向和区域应力场方向协调，表现出有统一的受力方向，反映出它们可能是一种大范围构造活动或深部断裂的蠕动而引起的地表蠕裂现象。西安地裂缝就被认为是由于渭河断陷南侧的长安临潼断裂的张性蠕动，为厚达一千余米的第四纪土西安地裂缝就被认为是由于渭河断陷南侧的长安临潼断裂的张性蠕动，为厚达一千余米的第四纪土层提供了潜在临空面，在自重应力场作用下产生了侧向扩展层提供了潜在临空面，在自重应力场作用下产生了侧向扩展(gravitational lateral spreading)而形成的。而形成的。活动断层的产状要素、长度等均是重要的几何要素，这些可以通过勘探等手段得到确定。而活动断裂
38、重新活动往往并非全断裂都活动，而是部分段的活动，指现活动段长度及两旁相应的错断距离。通常用强震导致的地面破裂(地震断层或地表错断)的长度(L)和伴随地震产生的一次突然错断的最大位移值(D)表示。通过对地表错断的研究，可以了解地震破裂的方式和过程，判定地震断层动力学特征，又可了解地震时的地面效应，判定地震危险性和震害程度，为在活断层区修建建筑物的抗震设计提供参数。对于历史活断层长度和断距，可以从被错动的形迹得到，而对于潜在活断层，要根据有关方面进行预测。通常是根据活断层可能产生最大地震震级M，利用统计经验方式及查表确定L和D。 活断层参数的定量研究如下关系图也可以作为确定如下关系图也可以作为确定
39、L L、D D时使用时使用（1）我国关系式（四川省地震局）我国关系式（四川省地震局1986）：）： M=1.19lgL+5.25 L=0.56M-2.25（2）日本松田时彦得出的关系式为：）日本松田时彦得出的关系式为： M=（1/0.6）lgL+4.85 lgD=0.55M-3.71（3）博泥拉得出的关系式：）博泥拉得出的关系式： Ms(L)=6.04+0.708lgL 断层长度1 数百公里不等，一般小于5.5级地震很少产生地表错动。地表所见断层长度是地下的1/21/5. 活断层地震活动是否在地表显现形迹，与地表覆盖层厚度、震源深度及震级有关，一般覆盖层厚度大于30-50m、震源深度大于10-
40、30km、地震震级小于6级条件下，很少出现地表断裂现象。 有的情况下，可以采用数字分析（如有限元）方法确定断层长度及断距。 1、错动速率 错动速率是指断层年错动位移量，一般是用若干年总的错动量计算得到，因而也称平均错动速率。分为水平和垂直分量。断层错动速率从两个方面获得： 活断层活动速率及相应周期是表明活断层的活动强度的重要指标，是地震强度的重要资料。（1）精密地形变测量 是研究现今活动断裂的有效方法。我国许多著名活断层均设有精密水准、三角测量、激光测距等量测工作。 有了量测数据，便可以计算错动速率。如贺兰山东麓活断裂红果子沟处，84年86年测得断层右旋错动，水平8.48mm、垂直0.75mm
41、。故错动速率：ammS/8 . 2348. 8水平ammS/25. 0375. 0垂直四、错动速率和活动周期（2）根据第四纪地层、地质的年代及错动量来获得 研究夷平面、阶地、水系、断崖、土层等，通过测量错动量及相对年龄，可以计算出平均错动速率。等级AAABCD错动速率(/a)101100.110.010.10.01活动性极强强弱微非活动丽江断裂缺失的沉积物多次运动老沉积物C14=2.51万年47m2、错动周期 地震断层两次突然错动之间的时间间隔为活断层错动周期。 断层运动是地质体能量积累释放的结果，显然能量积累要经历一个时期，积累的过程断层处于平静期（休眠期），释放的过程为活动期。断层表现为活
42、动平衡再活动的周期恢复。断层应变速率、锁固段深度等不同，表现了不同的错动周期。对于粘滑型断层，一次错动对应的是一次地震活动。可按以下方法确定错动周期： 按地壳应变速率（这是近似当成断层平均错动速率）S及一次地震错动量d计算R。锁 固 段 段 一 次 粘 滑 错 动长 期 变 形 缓 慢 错 动精 密 地 形 变 测 量例 如 ： 某 断 层 一 次 地 表 错 动 水 平 距 离 4.5 6.2m， 而 相 应 的 形 变 速 率 为 3cm/a， 那 么 ， S=150 200a)0 . 4(6 . 0LOGSMLOGR 按上式计算，对于S110mm/a的A级活断层，当发生M78的地震时，R
43、1000年。 根据2次地震条件、时间间隔确定 根据地震震级及错动速率，由经验统计式计算 许多人研究了震级M、错动速率S与错动周期的关系；建立了许多统计关系。如日本的松田时彦对日本断层错动与地震震级关系时，得到lgd=0.6M-4.0,错动周期是R=d(错移量)/s(错动速率)，即有 根据第四纪地层、地质错动证据，结合年龄测定确定周期。据研究，活断层活动周期一般在12千年左右，少数上万年或几百年。三次运动： 第一次（4200a）上盘块体下滑， 产生张裂缝，堆积W1. 第二次（2700a）上盘继续下滑， 产生拉张裂缝，将W1拉开，途中 堆积W2. 第三次（820a）继续下滑，出现F2 断裂，将W2
44、错断（垂直距离0.6m）.周期：一次二次 4200-2700=1500年 二次三次 2700-820=1880年速度： 二次三次 0.618800.75mm/a北天山西部喀什河断裂活断层的年龄判据 活断层的年龄判据方法有间接法（错断地层年龄法）和直接法（断层物质绝对年龄法）两种： 间接法：适用于错断断层带及其所在地质体上覆盖有第四纪沉积物的条件。 直接法：从断层带内采取样品，并用专门一起测定样品中某些矿物、岩石、化石的物理、化学和显微结构的变化等，用以确定绝对年龄。14C法：宇宙射线中子冲击高空氮生成14C,新生的14C被氧化成为CO2,参加自然界碳循环，扩散到整个生物界以及大气发生交换的一切
45、含碳物质中。这些14C含量一方面衰减，一方面从大气中得到补偿，保持平衡，但是一旦动植物死亡掩埋，则只会衰减而不得到补偿。即可通过半衰期测年。适用范围是距今300年-50000年。 热释光法：某些固体物质因长时间受到射线的辐射，在辐射电离作用下，固体物质产生电子-空穴对，一些电子被晶体的缺陷所俘获。如果将晶体加热，被俘获的电子则从陷阱中逃逸出来与空穴复合，同时以光子的形式释放出他们所储存的能量，这就是热释光。当积累热释光以后，遇到光-热事件，就会使积存的热释放，然后重新积累热释光。一、地质、地貌、水文地质标志二、历史地震及历史期地震错段标志三、微地震测量及地形变检测标志四、地球物理标志 断层的活
46、动性与否要通过一些标志加以鉴别。鉴别有直接测定活动物质年龄的方法，也可以从有关的地质、地球物理等现象间接判断。 间接鉴别标志有如下几个方面：活断层的鉴别标志地质方面地质方面最新沉积物被错断，断层破碎带，砂土液化，地面破裂等最新沉积物被错断 只要是见到第四系中、晚期的沉积物被错断，均视断层为活断层。如位于汾渭地堑中段的平遥活断层，错断晚更新世中晚期的黄土，以及早中期更新世地层，断距4050m。如图：FEDCBEDCB如 上 图 ， 可 看 出 几 期 运 动 ： 堆 积 以 前 ， 断 层 已 活 动 ， 位 移 量 大 ； 堆 积 以 后 ，堆 积 以 前 ， 断 层 至 少 一 次 运动 （
47、的 错 距 不 同 ） ； 堆 积 后 ， 至 少 一 次 活 动 ，错 距 不 同 ； 堆 积 以 后 ， 断 层 再 次 活 动 。如上图，可看出几期运动： C堆积以前，断层已活动，位移量大； C堆积以后，D堆积以前，断层至少一次运动 （CD的错距不同）； D堆积后，E堆积以前至少一次活动。断层破碎带构造形迹 活动断层因其形成时间较晚，一般表现为构造带物质欠固结欠胶结状态，较为松散。另外，表现出脉体变形被切断，构造岩片理化，透镜化，断面新鲜无风化，第四系物质牵引弯折等。断层矿物的显微变形出现显微组构（如不等颗粒拉长，长轴微定向等），如图1、不同地貌单元突然相接，或两边沉积物厚度显著差别地貌
48、方面地貌方面 例如，隆起山区与断陷盆地突然相接。一次错动量大的活断层，沿线分布断层三角面、断层崖、陡坎、垭口、“V型谷”等。2、地貌单元的分解和异常 例如，河流阶地、山脊、水系、夷平面、坡洪积扇等地貌单元，由于活断层作用，使其产生错断、分解。 例如，活断层作用使正常发育的地貌系统出现异常形态或特殊地貌景观。如断层带一侧，河流的同步肘状拐弯、宽窄变异，活断裂带上线状排列的洪积群、泥石流、滑坡、串珠状洼地等。湖沼下降盘冲沟冲沟冲沟山脊右旋位错水文地质方面水文地质方面 由于断层带构造物质松散，容易形成强导水带，因而活断层带一线分布泉水、温泉，出现植被发育现象。也由于活断层为深大断裂，深循环水将导致水
49、的化学异常。历史地震记载资料历史地震记载资料 我国有长达3000多年的历史地震记载资料，尤其是较近的历史记载，可以帮助判别活断层的存在，可能时据以判断活断层的错距，断裂长度等。 对古代建筑物破坏、错断、掩埋等情况调查，可以帮助判断活断层当时的错距等情况。微震及地形变测量微震及地形变测量 采用精密水准测量和三角测量在可能活动断层两侧进行地形变测量，可以有效地获得断层活动性的有关证据。 断层的现代活动，必然导致断层带内产生物理、化学变化，其中如断层气、放射性异常；重力、磁力、地温等物理异常。通过测量分析，可以间接作为活断层的佐证。 自70年代以来，我国地震部门在一些重要地区设置了密集的地震台网，监
50、测微震震中位置用以判别活断层，尤其在一些大型水、著名的活断层地区布置监测台站，取得了一系列监测资料。它是研究现代地震活断层的最直接有效的方法，但其费时、代价高，不能作为研究活断层的主要工具。地球化学及地球物理标志 活断层的工程地质调查目的在于准确确定建筑区附近活断层带位置，确定建筑区内有无活断层，活断层带的宽度，错动最大幅值及变形带宽度，以及间断活动的时间间隔，如果伴有地震，则应进行地震研究。活断层的调查研究方法活断层的调查研究方法航测照片 可以看到地表研究所不能看到的迹象，近年来快鸟(QUICK BIRD)卫片精度达0.68m,在研究属于线性构造的断层中是很有用的。有些主干走向错动活断层在图
