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1、绪 论论一、工程程地质的的基本任任务人类工程程活动 地质质环境的的相互作作用研究对象象：工程程地质条条件 工程活活动的地地质环境境 工程地质质学的基基本任务务：研究人类类工程活活动与地地质环境境（工程程地质条条件）之之间的相相互作用用，以便便正确评评价、合合理利用用、有效效改造和和完善保保护地质质环境。二、工程程地质分分析的基基本方法法研究对象象：工程程地质问问题：即即：人类类工程活活动与地地质环境境相互制制约的主主要形式式。例：区域域稳定问问题 岩土体体稳定问问题 围岩稳稳定问题题 地地基稳定定问题 边坡坡稳定问问题变形 程度 时间间效应研究内容容：工程程地质问问题产生生的地质质条件、形形成
2、机制制、发展展演化趋趋势研究方法法：地质质分析、地地质模拟拟分析、试试验分析析、力学学分析第一章 地壳壳岩体结结构的工工程地质质分析1.1 基本本概念岩体：指指与工程程建设有有关的那那一部分分地质体体。它处处于一定定的地质质环境中中，被各各种结构构面所分分割。注意：与与岩石、岩岩块的区区别。结构面：岩体中中具有一一定方向向、力学学强度相相对（上上下岩层层）较低低而延伸伸（或具具一定厚厚度）的的地质界界面。结构体：由结构构面分割割、围成成的岩石石块体（相相对完整整）。岩体结构构：由岩岩体中含含有的不不同结构构面和结结构体在在空间的的排列分分布和组组合状态态所决定定。（88类）。为什么要要研究岩岩
3、体结构构。a. 结结构面是是岩体中中力学强强度相对对较薄弱弱的部位位，导致致岩体的的不连续续性、不不均一性性和各面面异性。b. 岩岩体结构构特征对对岩体的的变形、破破坏方式式和强度度特征起起重要的的控制作作用。c. 在在地表的的岩体，其其结构特特征在很很大程度度上决定定了外营营力对岩岩体的改改造程程程。风化、地地下水等等。1.2 岩体体结构的的主要类类型与特特征1.2.1 结构面面的主要要类型及及其特征征从成因角角度：原生结构构面构造结构构面表生结构构面：层层向错动动、泥化化夹层、表表生夹泥泥1.2.2 岩体结结构类型型一、岩体体分类a. 分分类目的的和原则则目的：对对工程地地质条件件优劣不不
4、同的岩岩体进行行分类，便便于深入入评价岩岩体的工工程地质质性质和和特征，以以达到合合理利用用和有效效治理的的目的。b. 原则差异性性原则：不同类类别的岩岩体的工工程地质质性质有有明显的的差异。适用性性原则：分类体体系便于于（工程程）应用用。分类指指标便于于测定原原则岩体分类类的三大大体系：以岩石石材料的的力学 性质指指标为基基础的分分类。如如Y轴抗抗压强度度。以岩体体稳定性性为基础础的分类类专门门性分类类。如RRMR、QQ等。以岩体体结构为为基础的的分类。目前岩体体分类的的趋势：考虑岩岩石的基基本性质质。（建建造）考虑岩岩体强度度的改造造。考虑岩岩体所处处的实际际地质环环境条件件。二、岩体体结
5、构类类型划分分以中科院院地质所所方案为为代表，重重点考虑虑岩体的的改造，并并应用地地质力学学观点对对岩体结结构类型型进行详详细划分分。这种分类类方案首首先考虑虑建造特特征。分为块体体（整体体）状块状层状散体状松散散堆积其次考虑虑岩体的的改造特特征如完整的的、块裂裂化的（或或板裂化化的），碎碎裂化的的散体化化的。1.3 岩体体原生结结构特征征的岩相相分析原生结构构体系对对岩体的的性能及及其变形形破坏起起着重要要的控制制作用，因因此对原原生结构构体系特特征的研研究显得得极其重重要。以河流沉沉积主要要相模式式的研究究为例。一、河流流沉积主主要相模模式及其其工程地地质特征征a. 高高弯度河河流沉积积相
6、模式式。河流特点点：河床床比降小小、弯度度大、水水深但流流态较稳稳定，单单向环流流。其沉积物物分：底底部滞留留相（河河床）；中部边边滩相（粉粉砂岩）；顶部：天然堤堤相和洪洪积相（砂砂堤、决决口肩、滨滨岸沼泽泽沉积等等）特征：自自下而上上由粗变变细岩体具软软硬相间间的互层层状结构构特征砂岩抗风风化能力力弱，自自下而上上强度由由高变低低顶部边滩滩相松散散沉积物物易发生生砂土液液化b. 瓣瓣状河流流沉积相相模式（游游荡型）河流特点点：河谷谷纵坡降降大，河河床不稳稳定、弯弯度小、水水浅、流流态不稳稳定，具具复杂环环流特征征。沉积物分分：底部部（滞留留相）中部心滩滩相（上上部，小小型槽状状交错层层；下部
7、部，大型型单斜交交错层）顶部，边边滩相、洪洪流相（细细砂、中中砂、泥泥岩，具具水平层层理或包包卷层理理）特征：具具层状或或块状结结构特征征滞留相岩岩泥岩砾砾石层成成为主要要软弱层层顶部相不不发育中部心滩滩相砂岩岩（砾岩岩）具较较高的强强度（抗抗风化能能力强）二、岩体体原生结结构特征征的亚相相、微相相分析a. 软软弱夹层层的亚相相、微相相分析河流相沉沉积中的的软弱夹夹层按亚亚相、微微相特征征见表11-4。（PP20）注注意洪泛泛平原砂砂岩层与与天然堤堤粉砂质质泥岩层层的展布布特征。在亚相、微微相分析析中注意意准同生生变形作作用。b. 砂岩体体中原生生结构面面的微相相分析流水沉积积的层理理类型与与
8、泥砂粒粒度、水水流状态态、水流流强度相相关。由此追溯溯和判断断沉积环环境和古古水流特特征。高弯度河河流边滩滩相，下下部为大大型槽状状交错层层，向上上递变为为平行层层理，小小型波状状交错层层理，向向上与堤堤岸相过过渡。而瓣状河河流则主主要由大大型楔状状交错层层理，楔楔型错层层理、逆逆行沙波波为特征征。变质岩自自己看。1.4 岩体体构造结结构特征征的地质质力学分分析1.4.1 构造断断裂的基基本组合合模式解决两大大问题：区域构构造稳定定和岩体体稳定性性 追溯溯应力演演变历史史根据现代代构造地地质学研研究，构构造断裂裂的形成成，表现现为两种种或多种种机制的的组合。纵向上分分为上层层构造（表表现为剪剪
9、切或拉拉裂）、中中层构造造（表现现为弯曲曲）和下下层构造造（表现现为压扁扁、流动动）一、 聚合带（大大型推服服构造）按构造分分类：厚厚皮构造造、薄皮皮构造、接接触扰动动带a、厚皮皮构造带带发育高角角度逆冲冲断层。由中、下下构造层层的物质质组成。以塑性、韧韧性变形形破裂为为主，并并沿推覆覆方向逐逐渐减弱弱。后期叠加加脆性破破裂，沿沿推覆方方向逐渐渐增强。b. 薄薄皮构造造带以弯曲和和剪切造造成的浅浅部褶皱皱断裂为为主，伴伴随表部部的重力力滑动构构造滑覆体体。层间错动动方式尤尤为突出出。c. 接接触振动动带以地表条条件的弯弯曲 、剪剪切为主主，形成成正错叠叠瓦式断断裂。二、裂谷谷带（伸伸展带）一般
10、认为为是区域域隆起背背景上以以断陷谷谷为特征征的大型型复杂地地堑系。a. 深深部形成一系系列拉张张断裂或或正断层层。b. 盖盖层盖层随裂裂谷的扩扩展，在在地幔中中隆起轴轴附近形形成受深深部断裂裂控制的的拉张断断裂。或随裂谷谷的拉张张，形成成侧缘拉拉裂，不不受深部部断裂控控制。三、走滑滑断裂主要发育育于相对对稳定的的地块中中，属拉拉性剪切切破裂。地质力学学对走滑滑断裂的的研究较较深入。插图现在的研研究表明明，最大大主压应应力在断断层错动动面附近近发生偏偏转，偏偏转方向向向错动动方向。1.5 岩体体结构特特征的统统计分析析重点介绍绍路线精精测法。迹迹线法和和统计窗窗法、实实习中已已介绍。一、结构构
11、面现场场测量和和资料较较正主要针对对延伸数数米或数数十米结结构面。方法：在在掌子面面上布置置相互垂垂直的118条测测线，组组成测网网。在网网内，逐逐一测量量每一条条与测线线相交的的结构面面位置、产产状、延延伸长度度、张开开度、充充填情况况、表面面特征资资料。实践证明明，采用用六条测测线已能能正确探探明结构构面的状状况。资料较正正：主要要解决被被测机率率不等的的问题。特特别是与与掌子面交交角较小小的节理理，被子子测机会会大大减减小。资料校正正分长度度校正和和方位校校正。a. 长长度校正正以测线中中最长线线段Ln作为标标准长度度。，其其它线段段的应测测结构面面数量修修改为：（按某某组结构构面进行行
12、校正）b. 方方位校正正即调整到到结构面面组法线线方向上上来确定定结构面面的数量量。二、岩体体结构特特征量化化模式程程序第二章 地壳壳岩体天天然应力力状态2.1 基本本概念及及研究意意义天然应力力：指未未经人为为扰动，主主要是在在重力场场、构造造应力场场综合作作用下，所所形成的的应力状状态，亦亦称初始始应力（物物理、化化学、变变化，岩岩浆侵入入等）由由人为活活动而引引起的应应力场变变化原生生应力。a. 自自重应力力场亦有 b. 构构造应力力场由地壳的的构造运运动所引引起，活活动的、剩剩余的。c. 变变异应力力与残余余应力变异应力力：为物物理、化化学变化化及岩浆浆侵入形形成的应应力场。残余应力力
13、：岩体体卸荷或或部分卸卸荷所形形成的拉拉压应力力自相平平衡的应应力场。2.2 影响响岩体天天然应力力状态的的主要因因素一、主要要因素天然应力力场的形形成取决决于地质质条件和和岩体所所经历的的地质历历史。地质条件件：岩性性 R、EE、 岩体结结构 不不连续性性、各向向异性、应应力集中中地质历史史：构造造作用及及其演变变历史（主主要因素素） 区域卸卸荷作用用a. 构构造作用用分活动构构造应力力，即现现今还在在形成，累累积的应应力场。剩余构造造应力，即即地质历历史时期期构造作作用形成成的应力力至今尚尚未完全全卸除。活动构造造应力所所形成的的应力场场，其最最大主应应力比较较一致或或呈规律律变化而而剩余
14、应应力则各各地不一一，比较较杂乱。b. 区区域卸荷荷作用指区域性性的面剥剥蚀。例：岩体体内 深度处处的侵入入岩应力力场（静静水应力力状态）经地面剥剥蚀后，剥剥蚀厚度度为h。则 水平应力力与垂直直应力的的减小幅幅有很大大不同。思考题：岩体卸卸荷过程程中能否否造成岩岩体破坏坏（设）二、自由由临空面面附近的的应力重重分布以河谷为为例：河谷下切切，形成成地表的的自由临临空面，由由此引起起临空面面附近岩岩体卸荷荷回弹，形形成临空空面附近近岩体内内应力重重分布。重分布应应力大小小和特点点受原始始地应力力水平、岩岩性特征征、临空空面形态态特征的的影响。重分布应应力的主主要特征征：主应力力方向在在临空面面附近发发生明显显变化最大重应应力与临临空面近近于平行行，而最最小主应应力与临临空面近近于垂直直。最大主主应力由由内向外外逐渐增增大，而而最小主主应力由由内向外外逐渐减减小，至至临空面面上为零零，甚至至出现拉拉应力。 应应力在坡坡脚附近近显著增增大。应力增大大现象称称应力集集中。集集中程度度用应力力集中系系数表示示。三、岩体体切割面面附近的的残余应应力效应应由于岩体体是由多多种力学学性质不不同的材材料（元元件）组组成，在在加载条条件和卸卸载条
