不良地质条件下的工程地质问题课件

《不良地质条件下的工程地质问题课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不良地质条件下的工程地质问题课件（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第六章 不良地质条件下的工程地质问题,活断层、地震、斜坡、岩溶、土洞、采空区等,6.1 活断层简介 活断层是目前正在活动着的断层，或者近期（全新世，10000年）曾有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层，后一种情况也可称为潜在活断层。 活断层一般是沿已有断层产生错动，它常常发生在现代地应力场活跃的地方，可以直接涉及第四纪疏松土层。 活断层对工程建筑物的影响有以下两个方面： 其一是活断层的地面错动及其附近伴生的地面变形，往往会直接损害跨断层修建或建于其邻近的建筑物； 其二是活断层诱发地震使附近建筑物受到损害。,6.1.1 活断层的特性,活断层的特性包括活断层的类型和活动方式，活断层的规模，活断

2、层的错动速率，活断层的重复活动周期，以及作为活断层活动记录的古地震事件等。 一、活断层的类型和活动方式 按构造应力状态及两盘相对位移，可将活断层划分为地质上熟悉的两种类型，即：走向滑动型断层（或称平移断），倾向滑动型断层（包括逆断层和正断层）。其中以走向滑动型最为常见。 我国东部以正断层和走滑断层为主；西部以逆断层和走滑断层为主。,活断层活动的两种基本方式是粘滑与蠕滑。 粘滑错动是间断性突然性发生的。在一定时间段内断层的两盘就如同粘在一起(锁固起来)，不产生或仅有极其微弱的相互错动，一旦应力达到锁固段的强度极限，较大幅度的相互错动就在瞬时之内突然发生，锁固期间积蓄起来的弹性应变能也就突然释放出

3、来而发生较强地震。这种瞬间发生的强烈错动间断的，周期性的发生，沿这种断层就有周期性的地震活动。 蠕（稳)滑的错动是持续地平稳地发生的。由于断层两盘岩体强度低，或由于断层带内有软弱充填物或有高孔隙水压力，在受力过程中就会持续不断的相互错动而不能锁固以积蓄应变能，这种方式活动的断层仅伴有小震或无地震活动。有些断层则兼有粘滑与蠕滑。,二、活断层的长度和断距 活断层的长度和断距是表征活断层规模的重要数据，通常用强震导致的地面破裂的长度(L)和伴随地震产生的一次突然错断的最大位移值(D)表示。 三、活断层的错动速率和重复错动周期 错动速率即断距除以时间。 断层两次突然错动之间的时间间隔即是活断层的错动周

4、期。 断层的错动速率愈大，两次突然错断之间的时间间隔，亦即其重复错动周期，也就愈短。 世界范围的活断层研究表明，活断层的错动速率很小，一般为每年不足1毫米到几毫米，最强的也仅有每年几十毫米。,活动断层会破坏建筑场地的稳定，诱发地震，要将它与一般断层区分开来。 根据以下几方面的证据判断活断层： 1）活断层往往错断、拉裂或扭动全新世以来的最新地层。特别自人类历史以来所形成的岩层，如黄土层、残积层、坡积层、河床砂砾石层、河漫滩沉积层等被错断、拉裂或扭动见图6-2，更是活断层的确凿证据。,6.1.2活断层的判别标志,2）地表疏松土层出现大面积有规律分布的地裂缝。见图6-3 ，其总体延展方向与基底断层方

5、向大体一致，这是基底活断层在地表的响应。,3）古老岩层与全新世以后最新岩层成断层接触，或者其断层上覆全新世以来最新岩层又沿该断层线发生变形见图6-4，该断层就是活断层。,4）活断层破碎带中物质，一般疏松未胶结；最新充填的物质，发生牵引变形或擦痕。 5）活断层穿切现代地表，往往造成地形突变。水系上可使溪流同步转折；山嘴处可能形成三角断崖；河床纵剖面上可能形成瀑布(除岩性差别的影响)、急滩，以及漫滩阶地高程或类型的不连续；山口处可错断冲、洪积扇。,6）河谷常与断层一致，断层往往被河床冲积层所覆盖。如果断层在全新世活动，就会使河谷一岸阶地缺失或两岸阶地不对称，同一级阶地在一岸低而另一岸高见图6-5；

6、两侧地貌特征也会很不协调，一侧上升为高山陡崖，另一侧下降为平缓丘陵。 7）活断层有时错断古建筑物，如万里长城、古城堡和古墓等。 8）活断层附近常常伴有较频繁的地震活动，有时也会有火山活动。,活断层的工程地质评价 建筑场地选择一般应避开活动断裂带，特别是重要的建筑物更不能跨越在活断层上。 铁路、输水线路等线性工程必须跨越活断层时也应尽量避开主断层。若工程必须在活断层附近布置，比较重大的建筑物放在断层的下盘较为妥善。此外，可选择合适的建筑物结构形式和尺寸。 存在活断层的建筑场地需进行危险性分区评价，以便根据各区危险性大小和建筑物的重要程度合理配置建筑物。,6.2 地震 6.2.1地震基本知识 地震

7、是在地壳表层，由于自然原因或人类工程活动，使岩层忽然破裂，产生的弹性波传播所引起的振动作用或现象。 1、地震的成因类型 地震按其成因，可分为天然地震与人为地震两大类。天然地震按其成因可划分为构造地震，火山地震、陷落地震和激发地震。 构造地震： 由于地质构造作用所产生的地震称为构造地震。构造地震是地震的最主要类型，约占地震总数的90%。 火山地震： 由于火山喷发和火山下面岩浆活动而产生的地面振动称为火山地震。 陷落地震： 由于洞穴崩塌，地层陷落等原因发生的地震，称为陷落地震。 激发地震： 构造应力处于相对平衡的地区，由于外界力量的作用，破坏了相对稳定的状态，发生构造运动并引起的地震称为激发地震。

8、如水库诱发地震。,2、震源与震中 震源：在地壳内部振动的发源地。 震中：震源在地面上的垂直投影。 震源深度：震中到震源的距离。 按震源深度，可将深度分为浅源地震（0-70km）、中源地震（70-300km）和深源地震（300km）。破坏性地震一般均为浅源地震。 震中距：地面上某一点到震中的直线距离。 震中距在1000km以内的地震，通常称为近震，1000km的称为远震。引起灾害的一般都是近震。 震中区：围绕震中一定面积的地区。它表示一次地震时震害最严重的地区。 极震区：强烈地震的震中区。 等震线：同次地震影响下，地南上破坏程度相同各点的连线。,3、地震波 地震破坏力来于自震源所发出的地震波。

9、地震波是一种弹性波，它包括体波和面波两种。,体波,面波（L）,一般情况下纵波速度大于横波，面波的传播速度最慢,4、地震震级与烈度 地震能否使某一地区的建筑物受到破坏，主要取决于地震本身的大小和该区距震中的远近，距震中远则受到的振动愈弱。 所以需要有两个尺度来说明地震的情况。地震本身大小称为震级；某一地区振动强烈程度称为烈度，它们之间有一定联系，但却是两个不同的指标，不能混淆起来。 1） 地震震级 地震震级是表示地震本身大小的尺度，是由地震所释放出来的能量大小所决定的。释放出来的能量愈大则震级愈大。因为一次地震所释放的能量是固定的，所以无论在任何地方测定，地震的震级只有一个。,MlgA,A：距震

10、中100公里处标准地震仪在地面所记录的地震波最大振幅。,能量E与震级（M)关系 ： lgE=11.8+1.5M 理论上M无上限，实际上，因地壳岩石强度有限，即累积应变能有限，目前最大M为8.9级。 2级微震；2-4有感地震；5级以上破坏性地震；7级以上称强烈地震或大震,2）地震烈度 指某一地区的地面和各种建筑物遭受地震破坏的强烈程度。 它不仅取决于地震能量，同时也受震源深度、震中距、地震波传播介质的性质等因素的制约。 一次地震只有一个震级，但在不同地点，烈度大小是不一样的。一般地说，震源深度和震中距愈小，地震烈度愈大；在震源深度和震中距相同的条件下，则坚硬基岩的场地（地基）较之松软土烈度要小些

11、。 因此，烈度是不能与震级混淆的。地震烈度是根据地震时人的感觉、建筑物破坏、器物振动以及自然表象等宏观标志判定的。通过各类标志的对比分析来划分烈度，并按由小到大的顺序排列，就构成了烈度表。我国和世界上大多数国家把烈度分为十二度（见文字教材p94-96表6-2）。,地震烈度又分为基本烈度、场地烈度和设计烈度三种类型。 基本烈度 指在今后一定时期内，某一地区在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。 场地烈度 根据场地条件调整后的烈度，在工程上称为场地烈度。 设计烈度 在场地烈度的基础上，考虑工程的重要性、抗震性和修复的难易程度，根据规范进一步调整得到的烈度成为设计烈度，亦称设防烈度。设计烈度是设计

12、中实际采用的烈度。,6.2.2地震效应 在地震作用影响下，地面出现的各种震害和破坏称为为地震效应。地震效应包括：地震力效应、地震破裂效应、地震液化效应和地震激发地质灾害的效应等。 1、地震力效应 地震可使建(构)筑物受到一种惯性力的作用，这种力称为地震力。当建筑物经受不住这种地震力的作用时，建(构)筑物将会发生变形、开裂，甚至倒塌。 建筑物的水平刚度比垂直刚度小得多，建筑物的破碎主要是水平分力造成的。,设建筑物重为Q，作用在建筑物上的地震力P为： 式中：amax最大水平加速度；g为重力加速度； 令： 则 Kc为地震系数。它是地震时地面运动最大加速度与重力加速度之比值。 通过大量数据的总结，目前

13、我国的地震烈度表上已列出各级烈度相应的地震最大加速度值，亦即总结出地面最大加速度与地震烈度的关系。,2、地震破裂效应 震源释放的能量，以地震波的形式传播于周围的地层上，引起相邻的岩石振动。当振动力超过岩石的强度时，岩石发生突然破裂和位移，形成断层和地裂缝，引发建(构)筑物变形和破坏，这种现象称为地震破裂效应。 断层诱发的地裂缝，具有方向性,地震力震动产生的地裂缝,3、地震液化效应 干的松散粉细砂土受到震动时有变得更为紧密的趋势，但当粉细砂土层饱和时，即孔隙全部为水充填时，振动使得饱和砂土中的孔隙水压力骤然上升，而在地震作用的短暂时间内，骤然上升的孔隙水压力来不及消散，使得砂土的有效压力减小。当

14、有效压力完全消失时，砂土层完全丧失抗剪强度和承载能力，变得象液体一样，即所谓的砂土液化。 4、地震激发地质灾害的效应 强烈的地震作用能激发斜坡上岩土体松动、失稳，发生滑坡和崩塌等不良地质现象。,斜坡(slope) 统指地表一切具有侧向临空面的地质体，包括天然斜坡和人工边坡。 天然斜坡(简称斜坡）是指自然地质作用形成未经人工改造的斜坡。 人工边坡(简称边坡）是指经人工开挖或改造形成的斜坡。 按组成边坡的岩性，边坡可分为土质边坡和岩质边坡。本节着重讲述岩质边坡的变形及防治。 岩质边坡是由岩体构成的。岩体即被各种各样地质界面切割而成的岩块的组合体。 斜坡的变形与破坏,6.3.1 概述,6.3 斜坡的

15、变形及其防治,6.3.2 岩体结构,在岩体（岩质边坡）的变形和破坏中起主导作用的是岩体结构。在对岩质边坡的变形、破坏及稳定性进行分析评价之前，首先需了解岩体结构。 结构面：存在于岩体中的各种地质界面，如岩层层面、裂隙面、断裂面、不整合面等。 结构体：岩体受结构面切割而产生的单个块体（岩体）。 岩石结构：岩体结构表示岩体中结构面和结构体两个要素的组合特征。 在力的作用下，岩体变形破坏的过程，实际上是结构体沿着结构面的剪切滑动或开裂。,1、结构面类型 按照成因可分为原生结构面、构造结构面、次生结构面 原生结构面：岩体在成岩过程中形成的结构面，其特征与岩体的成因密切相关。分为以下三大类： （1）沉积

16、结构面是沉积岩层在沉积、成岩过程中形成的结构面。包括层理、层面、假整合面(沉积间断面)、不整合面、原生软弱夹层等。 （2）火成结构面是岩浆侵入活动及冷凝过程中所形成的结构面。包括岩浆岩体与围岩的接触面、冷凝原生裂隙及侵入挤压破碎结构面等。 （3）变质结构面 是受变质作用而形成的结构面。如片理、片岩软弱夹层等。,构造结构面 岩体中受构造应力作用所产生的破裂面或破碎带。包括构造裂隙、断层及层间错动面等。 其特点是延展性较强、规模较大、分布有一定规律、对岩体稳定影响很大。它们的产状和分布情况主要受当地构造应力场的控制。 次生结构面 岩体受卸荷、风化、地下水等次生作用所形成的结构面。如卸荷裂隙、风化裂隙、风化夹层、泥化夹层，次生夹泥层等。它们的产状及分布受地形影响较大，对河谷及岸坡岩体稳定影响较为显著，在桥基，隧道口及路堑边坡等工程部位应特别注意。,2、结构面的工程地质研究 对结构面的工程地质研究包括生成年代及其活动情况、成因类型、延续性及穿切性、形态、充填胶结情况 生成年代：针对构造结构面而言。古老的结构面，