工程地质分析原理 (64).pdf

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1、地壳岩体的天然应力状态地壳岩体的天然应力状态2.3.1 地应力场空间分布及其与板块构造关系2.3.1.1 我国地应力场的空间分布特点从从活动构造、震源机制解、活动构造、震源机制解、地应力实测数据来看：地应力实测数据来看：我国现代的构造应力场格局我国现代的构造应力场格局具有以下特点：具有以下特点：2.3 我国地应力场空间分布的一般规律我国地应力场空间分布的一般规律中国及邻区现代构造应力场中国及邻区现代构造应力场(马杏垣，马杏垣，1987)1、最大主应力轴空间展布的规律性、最大主应力轴空间展布的规律性（1）最大主应力轴近于水平，并由西部内陆中心向沿海呈放射状分布；）最大主应力轴近于水平，并由西部内

2、陆中心向沿海呈放射状分布；最小主应力也近于水平，最小主应力也近于水平，并沿向东凸出的弧形呈环状分布。并沿向东凸出的弧形呈环状分布。（2）大致以东经）大致以东经105 的南北的南北地震带为界，西部为近南北向，地震带为界，西部为近南北向，东部则为近东西向。东部则为近东西向。西部地区西部地区的南部为接近南北向的南部为接近南北向，向北逐渐转为，向北逐渐转为NNENE向向;东部地区东部地区的北部（东北地区）的北部（东北地区）为为NE向，向南逐渐由华北的近向，向南逐渐由华北的近东西向转为华南的南东向。东西向转为华南的南东向。2.3 我国地应力场空间分布的一般规律我国地应力场空间分布的一般规律2、三向应力状

3、态空间分布的规律性三向应力状态空间分布的规律性:（1 1）“潜在逆断型潜在逆断型”应力状应力状态区态区主要分布于喜马拉雅山前缘主要分布于喜马拉雅山前缘一带。特点：一带。特点：*两个水平主应力均大于垂两个水平主应力均大于垂直主应力，强烈水平挤压区。直主应力，强烈水平挤压区。*最大主应力的方向总体近最大主应力的方向总体近南北向，垂直于主要山脉走向。南北向，垂直于主要山脉走向。*地震地震-平行于山脉走向的平行于山脉走向的断层逆冲活动。断层逆冲活动。3垂直垂直，1和和2水平水平2.3 我国地应力场空间分布的一般规律我国地应力场空间分布的一般规律123（2）“潜在走滑型”）“潜在走滑型”应力状态区应力状

4、态区主要分布在中西部广大主要分布在中西部广大地区，特点：地区，特点：只有一个水平主应力大只有一个水平主应力大于垂直主应力，具中等挤压于垂直主应力，具中等挤压区的特征。区的特征。地震地震-断层的走向滑动断层的走向滑动性质的再活动，且左旋型活性质的再活动，且左旋型活断层较为发育。断层较为发育。2垂直垂直，1和和3水水平平2.3 我国地应力场空间分布的一般规律我国地应力场空间分布的一般规律（3）“潜在正断型”和“张剪性走）“潜在正断型”和“张剪性走滑型”应力状态区滑型”应力状态区东部和东北部东部和东北部-华北平原、松辽平华北平原、松辽平原及汾渭地堑等地区。主要特点：原及汾渭地堑等地区。主要特点：新生

5、代以来新生代以来正断层和地堑式断陷盆地正断层和地堑式断陷盆地十分发育，发育方向北东十分发育，发育方向北东-北北东向。北北东向。此外，在西藏高原最高顶面分布范围此外，在西藏高原最高顶面分布范围内，存在着一个局部潜在正断型应力分布内，存在着一个局部潜在正断型应力分布区，广泛地发育着可能是新生代晚期形成区，广泛地发育着可能是新生代晚期形成的近南北向的正断层和地堑式的断陷谷地。的近南北向的正断层和地堑式的断陷谷地。天然地震的震源机制天然地震的震源机制-正断型，主拉应力正断型，主拉应力轴为近东西向。轴为近东西向。2.3 我国地应力场空间分布的一般规律我国地应力场空间分布的一般规律1垂直垂直，2和和3水水

6、平平2.3.1.2 地应力场的形成与板块运动的关系内在原因内在原因-地壳运动方式和区域构造力来源问题。地壳运动方式和区域构造力来源问题。现代地应力场主要是在周围现代地应力场主要是在周围板块的联合作用板块的联合作用下形成的。下形成的。一般认为，一般认为，白垩纪末白垩纪末印度板块向印度板块向NNE方向推移，并在方向推移，并在始新世和渐新世始新世和渐新世之间，之间，即大约即大约3800万年前与欧亚板块相碰撞。此后，印度板块仍以每年约万年前与欧亚板块相碰撞。此后，印度板块仍以每年约50mm的的速率向速率向NNE方向推进。但由于在帕米尔受阻较强而偏向东运动。方向推进。但由于在帕米尔受阻较强而偏向东运动。

7、*印度板块与欧亚板块之间印度板块与欧亚板块之间巨大而持续的相互作用是控制我巨大而持续的相互作用是控制我国西部地区地应力场的国西部地区地应力场的主导因素主导因素。*太平洋板块和菲律宾海板块太平洋板块和菲律宾海板块则分别从北东东和南东方向向欧亚则分别从北东东和南东方向向欧亚大陆之下俯冲，分别对华北和华南大陆之下俯冲，分别对华北和华南地区地应力场的形成地区地应力场的形成产生重大影响产生重大影响。2.3 我国地应力场空间分布的一般规律我国地应力场空间分布的一般规律新近纪古近纪2.3 我国地应力场空间分布的一般规律我国地应力场空间分布的一般规律中国境内现代形变场中国境内现代形变场(资料来源：中国地震局资

8、料来源：中国地震局)上述板块运动特征在近年来通过上述板块运动特征在近年来通过GPS测量到的我国形变场分布规律中测量到的我国形变场分布规律中得到验证。得到验证。2.3.2 活断层活动与局部应力集中2.3.2.l 一般规律各类断裂的发育往往使岩体内的应力状态变得极为复杂。各类断裂的发育往往使岩体内的应力状态变得极为复杂。岩体受力变形时，不同方位的断裂应力的集中程度不同。通常那些与岩体受力变形时，不同方位的断裂应力的集中程度不同。通常那些与最大主应力成最大主应力成3040左右交的断裂组，左右交的断裂组，其应力集中程度最高角的断裂，其应力集中程度最高角的断裂，尤其是呈雁行式或断续直线式排列。尤其是呈雁

9、行式或断续直线式排列。这类断裂最易于发展成为活动性断裂。这类断裂最易于发展成为活动性断裂。在此类断裂的不同部位，其应力集中情况又有明显的差别。通常在其在此类断裂的不同部位，其应力集中情况又有明显的差别。通常在其端点、首尾错列段、局部拐点、分枝点或与其它方向断裂的交汇点端点、首尾错列段、局部拐点、分枝点或与其它方向断裂的交汇点，总之，总之一切能对其继续活动起阻碍作用的地段一切能对其继续活动起阻碍作用的地段，都将是应力高度集中的部位，这，都将是应力高度集中的部位，这些地段常成为强震发生的特殊部位。些地段常成为强震发生的特殊部位。2.3 我国地应力场空间分布的一般规律我国地应力场空间分布的一般规律在

10、断层交叉、错落、转换等部位，地质灾害分布尤为集中，发育密度尤其高。(3)锁固段效应锁固段效应112处大型滑坡集中分布区段：处大型滑坡集中分布区段：A.映秀段；映秀段；B.小鱼洞段；小鱼洞段；C.红白红白茶坪段；茶坪段；D.擂鼓擂鼓陈陈家坝段；家坝段；E.南坝南坝东河口段。东河口段。2.3.2.2 局部构造应力集中区的发育与活断层的关系活断层活断层-现今地应力场中应力现今地应力场中应力集中程度相对较高的断裂带集中程度相对较高的断裂带，同时同时它的持续活动又将导致其附近地区它的持续活动又将导致其附近地区应力进一步重新分布应力进一步重新分布。在活断层或活动断块的特定部位在活断层或活动断块的特定部位，

11、往往形成很高的局部构造应力集中区往往形成很高的局部构造应力集中区。*局部压应力集中区局部压应力集中区-近代的隆起近代的隆起和推挤型构造的形成地带和推挤型构造的形成地带，往往伴有逆往往伴有逆断型的强震活动；断型的强震活动；*局部拉应力集中区局部拉应力集中区-近代的拗陷近代的拗陷和拉分型构造的形成地带和拉分型构造的形成地带，有时伴有正有时伴有正断机制的地震断机制的地震。2.3 我国地应力场空间分布的一般规律我国地应力场空间分布的一般规律例：圣安德烈斯断层例：圣安德烈斯断层“反向和顺向梯坎反向和顺向梯坎”在同一条断层上的特定在同一条断层上的特定组合组合，形成一种特殊的构造形成一种特殊的构造-应力环境

12、应力环境。反向梯坎段反向梯坎段，由于法向压应力的增大由于法向压应力的增大，其锁固能力显著增强其锁固能力显著增强，故这类区段通常能故这类区段通常能储聚大量应变能储聚大量应变能，是强震的孕震区是强震的孕震区。在地壳受力变形过程中在地壳受力变形过程中，反向梯坎的存反向梯坎的存在往往使相邻的平直段或顺向梯坎发育段在往往使相邻的平直段或顺向梯坎发育段遭受一定的侧向拉伸作用遭受一定的侧向拉伸作用，从而使作用在这类区段断层面上的法向压应从而使作用在这类区段断层面上的法向压应力有所降低力有所降低。因法向压应力降低而导致的锁固能力的减弱因法向压应力降低而导致的锁固能力的减弱，往往就使与往往就使与反向梯坎相邻接的

13、平直段或顺向梯坎段成为反向梯坎相邻接的平直段或顺向梯坎段成为无震或伴有弱震的蠕滑段无震或伴有弱震的蠕滑段。2.3 我国地应力场空间分布的一般规律我国地应力场空间分布的一般规律例：云南丽江地区例：云南丽江地区复合断裂构造复合断裂构造对局部地应力场的影响对局部地应力场的影响。在在NNWSSE向现今应力场的作用下向现今应力场的作用下，各单一断裂表现为：各单一断裂表现为：NE走向的丽江走向的丽江小金河断裂左旋走滑兼逆断；小金河断裂左旋走滑兼逆断；NW向的中甸向的中甸永胜永胜断裂发生右旋走滑断裂发生右旋走滑。断裂的复合作用断裂的复合作用，使由断裂所夹持的使由断裂所夹持的三角形九子海断块的主体部分向西移动三角形九子海断块的主体部分向西移动，断块尖端附近形成了局部的近断块尖端附近形成了局部的近EW向向拉拉张应力集中张应力集中环境环境。处于该部位的南北向玉龙雪山东麓断处于该部位的南北向玉龙雪山东麓断裂于裂于1996 年年2月月3日发生了日发生了正断正断错动错动，并导并导致致7.0级丽江地震的发生级丽江地震的发生。2.3 我国地应力场空间分布的一般规律我国地应力场空间分布的一般规律大具丽江玉龙雪山哈巴雪山（2）（4）九子海断块玉龙雪山断块（1）（3）(5)1996.2.3/M=7.01996.2.5/M=6.0010km4321楚波-白汉场断裂中甸-永胜断裂丽江-小金河断裂