工程地质分析原理 (61).pdf
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1、地壳岩体结构特征的地壳岩体结构特征的工程地质分析工程地质分析1 1.2 2.1 1结构面的主要类型及特征结构面的主要类型及特征(1)结构面的成因分类)结构面的成因分类(最基本的分类方法):(最基本的分类方法):原生结构面:原生结构面:沉积结构面:沉积结构面:层理,层面,软弱夹层,不整合面等;层理,层面,软弱夹层,不整合面等;火成结构面:火成结构面:侵入体与围岩接触面,岩脉、岩墙接触面,侵入体与围岩接触面,岩脉、岩墙接触面,喷出岩的流线、流面,冷凝节理面等喷出岩的流线、流面,冷凝节理面等。变质结构面:变质结构面:片理,片麻理,板劈理,片岩软弱夹层等。片理,片麻理,板劈理,片岩软弱夹层等。1.2
2、岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型(层面)(石英脉)(片理)构造结构面:构造结构面:节理(节理(X X型节理,张节理);型节理,张节理);断层(正断层,逆断层,走滑断层);断层(正断层,逆断层,走滑断层);层间错动带,羽状裂隙,破劈理。层间错动带,羽状裂隙,破劈理。(节理)(断层)(层间错动带)1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型成因成因类型类型地质类型地质类型主要特征主要特征工程地质评价工程地质评价产状产状分布分布性质性质原原生生结结构构面面沉沉积积结结构构面面沉积和成岩作用沉积和成岩作用过程中所形成的过程中所形成的界面:界面:层理、层层理、层面、软弱夹层、面、软弱
3、夹层、沉积间断及不整沉积间断及不整合面合面是岩层的是岩层的结合面,结合面,在构造和在构造和风化作用风化作用下,易分下,易分开。开。海相岩层中此海相岩层中此类结构面分布类结构面分布稳定,陆相岩稳定,陆相岩层中呈交错状,层中呈交错状,易尖灭。易尖灭。层面、软弱夹层层面、软弱夹层等结构面较平整;等结构面较平整;不整合面及沉积不整合面及沉积间断面波状起伏,间断面波状起伏,多具古风化特征,多具古风化特征,由碎屑、泥质物由碎屑、泥质物构成。构成。这些结构面常常这些结构面常常是地下水的良好是地下水的良好通道,通道,可控制产可控制产生坝基滑动、巨生坝基滑动、巨型滑坡。型滑坡。火火成成结结构构面面岩浆侵入、喷溢
4、、岩浆侵入、喷溢、冷凝所形成的结冷凝所形成的结构面:构面:侵入体与侵入体与围岩接触面、围岩接触面、.岩岩脉岩墙接触面、脉岩墙接触面、流线、流层、原流线、流层、原生冷凝节理生冷凝节理岩脉受构岩脉受构造结构面造结构面控制,而控制,而原生节理原生节理受岩体接受岩体接触面控制。触面控制。接触面延伸较接触面延伸较远,比较稳定,远,比较稳定,而原生节理往而原生节理往往短小密集。往短小密集。接触面可具熔合接触面可具熔合及破裂两种不同及破裂两种不同的特征;原生节的特征;原生节理一般为张裂面,理一般为张裂面,较粗糙不平。较粗糙不平。一般不造成大规一般不造成大规模的岩体破坏,模的岩体破坏,但有时破碎接触但有时破碎
5、接触面与构造断裂配面与构造断裂配合,也可形成岩合,也可形成岩体的滑移。体的滑移。变变质质结结构构面面区域变质作用形区域变质作用形成的结构面:成的结构面:片片理、板理、剥理理、板理、剥理及其他片麻状构及其他片麻状构造造产状与岩产状与岩层或构造层或构造线方向一线方向一致,象层致,象层面一样连面一样连续。续。变质结构面和变质结构面和构造运动的方构造运动的方向有关,片理向有关,片理短小,分布极短小,分布极密,片岩软弱密,片岩软弱夹层延展较远,夹层延展较远,具固定层次。具固定层次。结构面波状光滑,结构面波状光滑,连接紧密,片理连接紧密,片理在岩体深部往往在岩体深部往往闭合成隐闭结构闭合成隐闭结构面,片岩
6、软弱夹面,片岩软弱夹层含片状矿物,层含片状矿物,呈鳞片状。呈鳞片状。在变质较浅的沉在变质较浅的沉积变质岩,如千积变质岩,如千枚岩等路堑边坡枚岩等路堑边坡常见塌方。常见塌方。片岩片岩夹层有时对工程夹层有时对工程及地下洞体稳定及地下洞体稳定也有影响。也有影响。成因成因类型类型地质类型地质类型主要特征主要特征工程地质评价工程地质评价产状产状分布分布性质性质构造构造结构结构面面包括节理、包括节理、断层、劈理、断层、劈理、隐微裂隙及隐微裂隙及层间错动等层间错动等产状与构产状与构造线呈一造线呈一定关系,定关系,层间错动层间错动与岩层一与岩层一致。致。张性断裂较短小;张性断裂较短小;剪切断裂延展较剪切断裂延
7、展较远;压性断裂远;压性断裂(如冲断层、逆(如冲断层、逆掩断层)规模巨掩断层)规模巨大,但有时为横大,但有时为横断层切割成不连断层切割成不连续状。续状。张性结构面粗糙不张性结构面粗糙不平整,具次生充填;平整,具次生充填;剪切破裂面光滑平剪切破裂面光滑平直,多闭合;压性直,多闭合;压性或压扭性破裂面波或压扭性破裂面波状起伏,规模较大。状起伏,规模较大。对岩体稳定性影对岩体稳定性影响较大,在上述响较大,在上述岩体破坏过程中,岩体破坏过程中,大多都有构造结大多都有构造结构面的配合构面的配合。此。此外还常构成边坡外还常构成边坡及地下工程的塌及地下工程的塌方、冒顶。方、冒顶。次生次生结构结构面面包括卸荷
8、裂包括卸荷裂隙、风化裂隙、风化裂隙、风化夹隙、风化夹层、泥化夹层、泥化夹层、次生夹层、次生夹泥层等泥层等受地形及受地形及原生结构原生结构面控制。面控制。分布上往往呈不分布上往往呈不连续状,透镜体,连续状,透镜体,延展性差,且主延展性差,且主要在地表风化带要在地表风化带内。内。一般为泥质物充填,一般为泥质物充填,水理性质差。水理性质差。泥质物充填及泥泥质物充填及泥膜的存在通常构膜的存在通常构成了极其不利的成了极其不利的工程地质条件,工程地质条件,并对岩体稳定有并对岩体稳定有显著影响。显著影响。1 1.2 2.1 1 结构面的主要类型及特征结构面的主要类型及特征 浅浅、表生结构面:表生结构面:浅层
9、结构面浅层结构面表部结构面表部结构面卸荷断裂卸荷断裂重力扩展变形破裂重力扩展变形破裂卸荷裂隙卸荷裂隙风化裂隙风化裂隙风化夹层风化夹层泥化夹层泥化夹层次生夹泥次生夹泥(泥化夹层)(次生夹泥)(卸荷裂隙)1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型(2 2)结构面的工程地质分级结构面的工程地质分级按其规模和工程地质性状按其规模和工程地质性状,结构面可以可划分为三个类别结构面可以可划分为三个类别。1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型岩体结构面等级分类岩体结构面等级分类类型类型结构面特征结构面特征工程地质意义工程地质意义代表性结构面代表性结构面(断层型或充断层型或充填型结构面填
10、型结构面)连续或近似连续连续或近似连续,有确有确定的延伸方向定的延伸方向、延伸长延伸长度一般大于度一般大于100m,有有一定厚度的影响带一定厚度的影响带破坏了岩体的连续性破坏了岩体的连续性、构成岩体力学构成岩体力学作用边界作用边界、控制岩体变形破坏的演化控制岩体变形破坏的演化方向方向、稳定性计算的边界条件稳定性计算的边界条件断层面或断层破碎带断层面或断层破碎带软弱夹层软弱夹层某些贯通性结构面某些贯通性结构面(裂隙型或非裂隙型或非充填型结构面充填型结构面)近似连续近似连续,有确定的延有确定的延伸方向伸方向、延伸长度数十延伸长度数十米米、可有一定的厚度或可有一定的厚度或影响带影响带破坏了岩体的连续
11、性破坏了岩体的连续性、构成岩体力学构成岩体力学作用边界作用边界,可能对块体的剪切边界形可能对块体的剪切边界形成起一定的控制作用成起一定的控制作用长大缓倾裂隙长大缓倾裂隙长大裂隙密集带长大裂隙密集带层面层面某些贯通性结构面某些贯通性结构面(非贯通型岩非贯通型岩体结构面体结构面)硬性结构面硬性结构面、短小短小、随随机断续分布机断续分布、延伸长度延伸长度米级至十余米米级至十余米、具有统具有统计优势方向计优势方向破坏岩体的完整性破坏岩体的完整性、使岩体力学性质使岩体力学性质具有各向异性特征具有各向异性特征、影响岩体变形破影响岩体变形破坏的方式坏的方式,控制岩体的渗流等特性控制岩体的渗流等特性各类原生和
12、构造裂隙各类原生和构造裂隙层间错动带层间错动带被搓碎的石英脉被搓碎的石英脉原生软弱夹层原生软弱夹层砂岩夹炭质页砂岩夹炭质页岩条带岩条带泥化夹层泥化夹层挤压面挤压面挤压带挤压带挤压带和挤压面挤压带和挤压面(3 3)按结构面发育规模及其力学效应分级:)按结构面发育规模及其力学效应分级:级序级序分级依据分级依据力学效应力学效应力学属性力学属性地质构造特征地质构造特征级结构面延展长,几公里至几十公里以上,贯通岩体,破碎带宽度达数至数十米1.形成岩体力学作用边界2.岩体变形和破坏的控制条件3.构成独立的力学介质单元1.属于软弱结构面2.构成独立的力学模型软弱夹层较大的断层级延展规模与研究的岩体相若,破碎
13、带宽度比较窄,几厘米至数米1.形成块裂岩体边界2.控制岩体变形和破坏方式3.构成次级地应力场边界属于软弱结构面小断层层间错动面级延展长度短,从十几米至几十米,无破碎带,面内不夹泥,有的具有泥膜1.参与块裂岩体切割2.构成次级地应力场边界少数属于软弱结构面不夹泥大节理或小断层开裂的层面级延展短、未错动、不夹泥,有的呈弱结合状态1.是岩体力学性质、结构效应的基础2.有的为次级地应力场边界节理劈理层面次生裂隙级结构面小,且连续性差1.岩体内形成应力集中2.岩体力学性质、结构效应的基础不连续的小节理隐节理层面片理面结构面分级及其特征(据孙广忠、1988)-1挤压带挤压带-2断层带断层带-2挤压面挤压面
14、级级 区域性区域性断层断层-1控制性结构面控制性结构面(a)单裂型断层断层破碎带 压碎岩带 碎块岩带断层泥 断层角组成的辫状体(b)多裂型断层研究区为研究区为灌县灌县-江油断裂江油断裂,灌县,灌县-江油断裂是龙门山前山断裂带江油断裂是龙门山前山断裂带的的主断裂主断裂,沿大邑县、都江堰、彭州白鹿镇、什邡市八角镇、绵竹,沿大邑县、都江堰、彭州白鹿镇、什邡市八角镇、绵竹市金花市金花-汉旺镇及安县晓坝汉旺镇及安县晓坝-雎水镇一线发育,雎水镇一线发育,延伸长度超过延伸长度超过260km。“5.12”汶川特大地震中该断裂在汶川特大地震中该断裂在研究区有活动研究区有活动。灌县灌县-江油断裂江油断裂按照活断层
15、区破碎带的按照活断层区破碎带的破碎破碎情况情况可分为可分为三个区三个区,区为地震断裂面区为地震断裂面。活断层主要由活断层主要由高碳化片状岩、高碳化片状岩、糜棱岩、岩屑及断层泥构成糜棱岩、岩屑及断层泥构成破碎带的破碎带的分区分区前山断裂的错动前山断裂的错动地震断裂面地震断裂面垂直向垂直向错动错动0.701.00m,带内的,带内的片理面与断面片理面与断面之间的产状关系之间的产状关系显示地震破裂显示地震破裂形式为形式为逆冲错动逆冲错动。断面上清晰断面上清晰可见多组地震擦痕可见多组地震擦痕,最大侧伏最大侧伏角为角为SW75。级结构面级结构面级结构面级结构面(断层)(层间错动带)(大节理)(小断层)(层
16、内错动带)1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型级结构面级结构面级结构面级结构面(节理)(层面)(不连续短小节理)(片理面)(劈理)(闭合层面)1.2 岩体结构特征及主要类型岩体结构特征及主要类型1 1.2 2.2 2岩体分类岩体分类岩体分类:岩体分类:岩体结构分类;岩体结构分类;岩体工程应用分类岩体工程应用分类。(1)岩体结构分类:岩体结构分类:岩体结构是岩体结构是建造建造和和改造改造这两方面的综合产物这两方面的综合产物,岩体结构类型岩体结构类型划分也必须从这两方面综合考虑划分也必须从这两方面综合考虑。首先按首先按建造特征建造特征将岩体划分为将岩体划分为块体状块体状(或整体状或
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