1、第3章 地质构造及其对工程的影响概述概述 地质构造是地壳运动的产物。构造运动是一种机械运动，涉及的范围包括地壳及上地幔上部即岩石圈，可分为水平运动和垂直运动，水平方向的构造运动使岩块相互分离裂开或是相向聚汇，发生挤压、弯曲或剪切、错开；垂直方向的构造运动则使相邻块体作差异性上升或下降。构造变动在岩层和岩体中遗留下来的各种构造形迹，如岩层褶曲、断层等，称为地质构造。地质构造的规模有大有小，大的如构造带，可以纵横数千公里，小的如岩石片理等，它们都是地壳运动造成的永久变形和岩石发生相对位移的踪迹。在漫长的地质历史过程中，地壳经历了长期、多次复杂的构造运动。在同一区域，往往会有先后不同规模和不同类型的
2、构造体系形成，它们互相干扰，互相穿插，使区域地质构造会显得十分复杂。但大型的复杂的地质构造，总是由一些较小的简单的基本构造形态按一定方式组合而成的。1岩层产状岩层产状 走向：指岩层层面与水平面交线的方位角，其表示岩层在空间延伸的方向，如图中AB线。倾向：指垂直走向顺倾斜面向下引出的直线在水平面的投影的方位角，表示岩层在空间的倾斜方向，如图中CD线。倾角：指岩层层面与水平面所夹的锐角，表示岩层在空间倾斜角度的大小，如图中。可见，用岩层产状的三个要素，能表达经过构造变动后的构造形态在空间的位置。3.1岩层及岩层产状第3章 地质构造及其对工程的影响岩层的产状是指岩层的空间位置，它是研究地质构造的基础
3、。产状用岩层层面的走向、倾向和倾角三个产状要素来表示,参见图示。岩层产状要素及其测量示意图岩层产状要素及其测量示意图 3.1岩层及岩层产状第3章 地质构造及其对工程的影响3.1岩层及岩层产状第3章 地质构造及其对工程的影响地质罗盘仪3.1岩层及岩层产状第3章 地质构造及其对工程的影响岩层产状的测定及表示方法岩层产状的测定及表示方法测量走向时，使罗盘的长边紧贴层面，将罗盘放平，水准泡居中，读指北针所示的方位角，就是岩层的走向。测量倾向时，将罗盘的短边紧贴层面，注意将罗盘的北端朝向岩层的倾斜方向，水准泡居中，读指北针所示的方位角，就是岩层的倾向。测量倾角时，需将罗盘横着竖起来，使长边与岩层的走向垂
4、直，紧贴层面，等倾斜器上的水准泡居中后，读悬锤所示的角度，就是岩层的倾角。一组走向为北西320，倾向南西230，倾角35的岩层产状，可写成：N320N320W W，S230S230W W，35353.1岩层及岩层产状第3章 地质构造及其对工程的影响在地质图上，岩层的产状用符号“”表示，长线表示岩层的走向，与长线垂直的短线表示岩层的倾向（长短线所示的均为实测方位），数字表示岩层的倾角。由于岩层的走向与倾向相差90，所以在野外测量岩层的产状时，往往只记录倾向和倾角。如上述岩层的产状，可记录为SW23035形式。如需知道岩层的走向时，只需将倾向加减90即可。第3章 地质构造及其对工程的影响3.2 3
5、.2 褶皱构造及其与工程的关系褶皱构造及其与工程的关系水平构造与单斜构造水平构造：未经构造变动的沉积岩层，其形成时的原始产状是水平的，先沉积的老岩层在下，后沉积的新岩层在上；地壳在发展过程中，经历了长期复杂的运动过程，岩层的原始产状都发生了不同程度的变化，水平构造，只是相对而言，就其分布来说，也只是局限于受地壳运动影响轻微的地区。单斜构造：原来水平的岩层，在受到地壳运动的影响后，产状发生变动，岩层向同一个方向倾斜，形成单斜构造；单斜构造往往是褶曲的一翼、断层的一盘或者是局部地层不均匀的上升或下降所引起。第3章 地质构造及其对工程的影响3.2 3.2 褶皱构造及其与工程的关系褶皱构造及其与工程的
6、关系褶皱构造指组成地壳的岩层，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，参见图；褶皱构造是岩层产生的塑性变形，为地壳表层广泛发育的基本构造之一。褶皱图。第3章 地质构造及其对工程的影响3.2 3.2 褶皱构造及其与工程的关系褶皱构造及其与工程的关系褶褶曲曲的的组组成成要要素素核部翼位于褶曲中央最内部的一个岩层，是褶曲的中心部分位于核部两侧，向不同方向倾斜的部分,如图中ABC所包围的内部岩层从褶曲顶平分两翼的面，DEFH面轴面轴面与水平面的交线；轴的方位，表示褶曲的方位；轴的长度，表示褶曲延伸的规模，DH轴轴面与褶曲同一岩层层面的交线，枢纽可以反映褶曲在延伸方向产状的
7、变化情况，BH。枢纽褶曲的组成要素褶曲的组成要素第3章 地质构造及其对工程的影响3.2 3.2 褶皱构造及其与工程的关系褶皱构造及其与工程的关系褶褶曲曲的的类类型型背斜褶曲向斜褶曲两翼岩层以核部为中心向两侧倾斜，形态上是岩层向上弯曲。背斜核部出露的岩层时代相对较老，翼部时代相对较新。两翼岩层向核部倾斜，形态上是岩层向下弯曲的褶皱。向斜核部岩层时代较新，翼部时代较老。相邻向斜和背斜共用一个冀部。褶曲的类型褶曲的类型背斜A、C向斜B、D皱曲基本形态第3章 地质构造及其对工程的影响3.2 3.2 褶皱构造及其与工程的关系褶皱构造及其与工程的关系第3章 地质构造及其对工程的影响3.2 3.2 褶皱构造
8、及其与工程的关系褶皱构造及其与工程的关系轴面直立，两翼向不同方向倾斜，两翼岩层的倾角基本相同，在横剖面上两翼对称。轴面倾斜，两翼向不同方向倾斜，但两翼岩层的倾角不等，在横剖面上两翼不对称。轴面倾斜程度更大，两翼岩层大致向同一方向倾斜，一翼层位正常，另一翼老岩层覆盖于新岩层之上，层位发生倒转。轴面水平或近于水平，两翼岩层也近于水平，一翼层位正常，另一翼发生倒转图。倾斜褶曲直立褶曲倒转褶曲平卧褶曲皱曲根据轴面产状可分为第3章 地质构造及其对工程的影响褶曲的枢纽向一端倾伏，两翼岩层在转折端闭合。当褶曲的枢纽倾伏时，在平面上会看到，褶曲的一翼逐渐转向另一翼，形成一条圆滑的曲线，褶曲的枢纽水平展布，两翼
9、岩层平行延伸。按褶曲的枢纽产状分 类水平褶曲倾伏褶曲第3章 地质构造及其对工程的影响按褶曲的平面形态分类线形褶曲短轴褶曲穹隆与构造盆地褶曲的长度和宽度的比例大于10：1，延伸长度大而分布宽度小，图(a)。褶曲向两端倾伏，长宽比介于10：13：1之间，成长圆形；如为背斜则称为短背斜；如为向斜则称为短向斜，图(b右侧)。褶曲长宽比小于3：l的圆形背斜为穹隆、向斜为构造盆地；图(b左侧)。按褶曲的平面形态分类伊拉克和伊朗交界附近的背斜山美国怀俄明州的穹隆山n3褶皱构造褶皱构造 褶皱是褶曲的组合形态，两个或两个以上褶曲构造的组合，称为褶皱构造。在褶皱比较强烈的地区，一般的情况都是线形的背斜与向斜相间排
10、列，以大体一致的走向平行延伸，有规律地组合成不同形式的褶皱构造。如果褶皱剧烈，或在早期褶皱的基础上再经褶皱变动，就会形成更为复杂的褶皱构造，我国的一些著名山脉，如昆仑山、祁连山、秦岭等，都是这种复杂的褶皱构造山脉。第3章 地质构造及其对工程的影响褶皱构造褶皱构造 （1）有利情况有利情况：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：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时，只就岩层产状与路线走向的关系而言，对路基边坡的稳定坡倾向相反时，只就岩层产状与路线走向的关系而言，对路基边坡的稳定性是有利的；（性是有利的；（2）不利情况不利情况：路线走向与岩层的走向平行，边
11、坡与岩层的：路线走向与岩层的走向平行，边坡与岩层的倾向一致，特别在云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩、千枚岩等松软岩石倾向一致，特别在云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩、千枚岩等松软岩石分布地区，坡面容易发生风化剥蚀，产生严重碎落坍塌，对路基边坡及路分布地区，坡面容易发生风化剥蚀，产生严重碎落坍塌，对路基边坡及路基排水系统会造成经常性的危害；（基排水系统会造成经常性的危害；（3）最不利情况最不利情况：路线与岩层走向平行，：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，特别在石灰岩、岩层倾向与路基边坡一致，而边坡的坡角大于岩层的倾角，特别在石灰岩、砂岩与粘土质页岩互层，且有地下
12、水作用时，如路堑开挖过深，边坡过陡，砂岩与粘土质页岩互层，且有地下水作用时，如路堑开挖过深，边坡过陡，或者由于开挖使软弱构造面暴露，都容易引起斜坡岩层发生大规模的顺层或者由于开挖使软弱构造面暴露，都容易引起斜坡岩层发生大规模的顺层滑动，破坏路基稳定。滑动，破坏路基稳定。第3章 地质构造及其对工程的影响4褶皱构造的工程地质评价褶皱构造的工程地质评价褶皱构造的工程地质评价主要是倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关褶皱构造的工程地质评价主要是倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关系问题。倾斜岩层对建筑物的地基，一般来说，没有特殊不良的影响，但对系问题。倾斜岩层对建筑物的地基，一般来说，没有特殊不良
13、的影响，但对于深路堑、挖方高边坡及隧道工程等，则需要根据具体情况作具体的分析。于深路堑、挖方高边坡及隧道工程等，则需要根据具体情况作具体的分析。对于深路堑和高边坡来说，存在三种情况：对于深路堑和高边坡来说，存在三种情况：第3章 地质构造及其对工程的影响4褶皱构造的工程地质评价褶皱构造的工程地质评价对于隧道工程对于隧道工程来说，从褶曲的翼部通过一般是比较有利的；对于隧道工程来说，从褶曲的翼部通过一般是比较有利的；但如果中间有松软岩层或软弱构造面时，则在顺倾向一侧的但如果中间有松软岩层或软弱构造面时，则在顺倾向一侧的洞壁，有时会出现明显的偏压现象，甚至会导致支撑破坏，洞壁，有时会出现明显的偏压现象
14、，甚至会导致支撑破坏，发生局部坍塌。发生局部坍塌。在褶曲构造的轴部，从岩层的产状来说，是岩层倾向发生在褶曲构造的轴部，从岩层的产状来说，是岩层倾向发生显著变化的地方；从构造作用对岩层整体性的影响来说，是显著变化的地方；从构造作用对岩层整体性的影响来说，是岩层受应力作用最集中的地方，因此在褶曲构造的轴部，不岩层受应力作用最集中的地方，因此在褶曲构造的轴部，不论公路、隧道或桥梁工程，容易遇到工程地质问题，主要是论公路、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的岩体稳定问题和向斜轴部地下水的问由于岩层破碎而产生的岩体稳定问题和向斜轴部地下水的问题。这些问题在隧道工程中往往显得更
15、为突出，容易产生隧题。这些问题在隧道工程中往往显得更为突出，容易产生隧道塌顶和涌水现象，有时会严重影响正常施工。道塌顶和涌水现象，有时会严重影响正常施工。n褶皱构造的野外观察 褶皱构造的背向斜与地形的山谷是不一样的，因为背斜遭受长期剥蚀，不但可以逐渐地被夷为平地，而且往往由于背斜轴部的岩层遭到构造作用的强烈破坏，在一定的外力条件下，甚至可以发展成为谷地，故不能够完全以地形的起伏情况作为识别褶曲构造的主要标志。n对小型褶曲构造，可通过几个出露在地面的基岩露头进行观察；对大型褶曲构造，可采用穿越法和追索法进行观察。第3章 地质构造及其对工程的影响4褶皱构造的工程地质评价褶皱构造的工程地质评价褶皱构
16、造的野外观察褶皱构造的野外观察第3章 地质构造及其对工程的影响4褶皱构造的工程地质评价褶皱构造的工程地质评价褶皱构造的野外观察褶皱构造的野外观察就是沿着选定的调查路线，垂直岩层走向进行观察。采用穿越法，可便于了解岩层的产状、层序及其新老关系。如果在路线通过地带的岩层呈有规律的重复出现，则必为褶曲构造。再根据岩层出露的层序及其新老关系，判断是背斜还是向斜。然后进一步分析两翼岩层的产状和两翼与轴面之间的关系，这样就可以判断褶曲的形态类型。就是平行岩层走向进行观察的方法。采用追索法，可便于查明褶曲延伸的方向及其构造变化的情况，当两翼岩层在平面上彼此平行展布时为水平褶曲，如果两翼岩层在转折端闭合或呈“S”形弯曲时，为倾伏褶曲。穿越法和追索法，不仅是野外观察褶曲的主要方法，同时也是野外观察和研究其他地质构造现象的一种基本的方法。在实践中一般以穿越法为主，追索法为辅，根据不同情况，穿插运用。穿越法追索法
