1、、工程地質的基本任務人類工程活動 地質環境的相互作用研究對象：工程地質條件工程活動的地質環境工程地質學的基本任務：研究人類工程活動與地質環境（工程地質條件）之間的相互作用，以便正確評價、合理利用、有效改造和完善保護地質環境。二、工程地質分析的基本方法研究對象：工程地質問題：即：人類工程活動與地質環境相互制約的主要形式。例：區域穩定問題 巖土體穩定問題 圍巖穩定問題 地基穩定問題 邊坡穩定問題變形程度時間效應研究容：工程地質問題產生的地質條件、形成機制、發展演化趨勢研究方法：地質分析、地質模擬分析、試驗分析、力學分析第一章地殼巖體結構的工程地質分析1.1 基本概念巖體：指與工程建設有關的那一部分

2、地質體。它處于一定的地質環境中，被各種結構 面所分割。注意：與巖石、巖塊的區別。結構面：巖體中具有一定方向、力學強度相對（上下巖層）較低而延伸（或具一定厚 度）的地質界面。結構體：由結構面分割、圍成的巖石塊體（相對完整）。巖體結構：由巖體中含有的不同結構面和結構體在空間的排列分布和組合狀態所決定。（8 類）。為什么要研究巖體結構。a. 結構面是巖體中力學強度相對較薄弱的部位，導致巖體的不連續性、不均一性和各面異性。b. 巖體結構特征對巖體的變形、破壞方式和強度特征起重要的控制作用。c. 在地表的巖體，其結構特征在很大程度上決定了外營力對巖體的改造程程。 風化、地下水等。1.2 巖體結構的主要類

3、型與特征1.2.1 結構面的主要類型及其特征從成因角度：原生結構面構造結構面表生結構面：層向錯動、泥化夾層、表生夾泥1.2.2 巖體結構類型一、巖體分類a. 分類目的和原則目的：對工程地質條件優劣不同的巖體進行分類，便于深入評價巖體的工程地質性質 和特征，以達到合理利用和有效治理的目的。b. 原則 差異性原則：不同類別的巖體的工程地質性質有明顯的差異。 適用性原則：分類體系便于（工程）應用。 分類指標便于測定原則巖體分類的三大體系： 以巖石材料的力學 性質指標為基礎的分類。如 Y軸抗壓強度。 以巖體穩定性為基礎的分類一一專門性分類。如RMR Q等。 以巖體結構為基礎的分類。目前巖體分類的趨勢：

4、 考慮巖石的基本性質。（建造） 考慮巖體強度的改造。 考慮巖體所處的實際地質環境條件。二、巖體結構類型劃分以中科院地質所方案為代表，重點考慮巖體的改造，并應用地質力學觀點對巖體結構類型進行詳細劃分。這種分類方案首先考慮建造特征。分為塊體（整體）狀塊狀層狀散體狀一一松散堆積其次考慮巖體的改造特征如完整的、塊裂化的（或板裂化的），碎裂化的散體化的。1.3 巖體原生結構特征的巖相分析原生結構體系對巖體的性能及其變形破壞起著重要的控制作用，因此對原生結構體系 特征的研究顯得極其重要。以河流沉積主要相模式的研究為例。一、河流沉積主要相模式及其工程地質特征a. 高彎度河流沉積相模式。河流特點：河床比降小、

5、彎度大、水深但流態較穩定，單向環流。其沉積物分：底部滯留相（河床）；中部邊灘相（粉砂巖）；頂部：天然堤相和洪積相（砂堤、決口肩、濱岸沼澤沉積等）特征：自下而上由粗變細巖體具軟硬相間的互層狀結構特征砂巖抗風化能力弱，自下而上強度由高變低頂部邊灘相松散沉積物易發生砂土液化b. 瓣狀河流沉積相模式（游蕩型）河流特點：河谷縱坡降大，河床不穩定、彎度小、水淺、流態不穩定，具復雜環流特 征。沉積物分：底部（滯留相）中部心灘相（上部，小型槽狀交錯層；下部，大型單斜交錯層）頂部，邊灘相、洪流相（細砂、中砂、泥巖，具水平層理或包卷層理）特征：具層狀或塊狀結構特征滯留相巖泥巖礫石層成為主要軟弱層頂部相不發育中部心

6、灘相砂巖（礫巖）具較高的強度（抗風化能力強）二、巖體原生結構特征的亞相、微相分析a. 軟弱夾層的亞相、微相分析河流相沉積中的軟弱夾層按亞相、微相特征見表1-4。（ P20 ）注意洪泛平原砂巖層與天然堤粉砂質泥巖層的展布特征。在亞相、微相分析中注意準同生變形作用。b. 砂巖體中原生結構面的微相分析流水沉積的層理類型與泥砂粒度、水流狀態、水流強度相關。由此追溯和判斷沉積環境和古水流特征。高彎度河流邊灘相，下部為大型槽狀交錯層，向上遞變為平行層理，小型波狀交錯層 理，向上與堤岸相過渡。而瓣狀河流則主要由大型楔狀交錯層理，楔型錯層理、逆行沙波為特征。變質巖自己看。1.4 巖體構造結構特征的地質力學分析

7、1.4.1 構造斷裂的基本組合模式解決兩大問題：區域構造穩定和巖體穩定性追溯應力演變歷史根據現代構造地質學研究，構造斷裂的形成，表現為兩種或多種機制的組合。縱向上分為上層構造（表現為剪切或拉裂）、中層構造（表現為彎曲）和下層構造（表現為壓扁、流動）一、聚合帶（大型推服構造）按構造分類：厚皮構造、薄皮構造、接觸擾動帶a、厚皮構造帶發育高角度逆沖斷層。由中、下構造層的物質組成。以塑性、韌性變形破裂為主，并沿推覆方向逐漸減弱。后期疊加脆性破裂，沿推覆方向逐漸增強。b. 薄皮構造帶以彎曲和剪切造成的淺部褶皺斷裂為主，伴隨表部的重力滑動構造一一滑覆體。 層間錯動方式尤為突出。c. 接觸振動帶以地表條件的

8、彎曲 、剪切為主，形成正錯疊瓦式斷裂。二、裂谷帶（伸展帶）一般認為是區域隆起背景上以斷陷谷為特征的大型復雜地塹系。a. 深部形成一系列拉斷裂或正斷層。b. 蓋層蓋層隨裂谷的擴展，在地幔中隆起軸附近形成受深部斷裂控制的拉斷裂。 或隨裂谷的拉，形成側緣拉裂，不受深部斷裂控制。三、走滑斷裂主要發育于相對穩定的地塊中，屬拉性剪切破裂。地質力學對走滑斷裂的研究較深入。插圖現在的研究表明，最大主壓應力在斷層錯動面附近發生偏轉，偏轉方向向錯動方向。1.5 巖體結構特征的統計分析重點介紹路線精測法。跡線法和統計窗法、實習中已介紹。一、結構面現場測量和資料較正主要針對延伸數米或數十米結構面。方法：在掌子面上布置

9、相互垂直的18條測線，組成測網。在網，逐一測量每一條與測線相交的結構面位置、產狀、延伸長度、開度、充填情況、表面特征資料。實踐證明，采用六條測線已能正確探明結構面的狀況。資料較正：主要解決被測機率不等的問題。特別是與掌子面交角較小的節理，被子測機會大大減小。資料校正分長度校正和方位校正。a.長度校正以測線中最長線段 Ln作為標準長度。，其它線段的應測結構面數量修改為：（按某組結構面進行校正）N d SdN d SdLsb.方位校正即調整到結構面組法線方向上來確定結構面的數量。N d SdN d SdCos( l d) Cos(Sd Sl )、巖體結構特征量化模式程序第二章地殼巖體天然應力狀態2

10、.1 基本概念及研究意義天然應力：指未經人為擾動，主要是在重力場、構造應力場綜合作用下，所形成的應 力狀態，亦稱初始應力（物理、化學、變化，巖漿侵入等）由人為活動而引起的應力場變化 原生應力。a.自重應力場h 廠 v N。亦有nVb. 構造應力場由地殼的構造運動所引起，活動的、剩余的。c. 變異應力與殘余應力變異應力：為物理、化學變化及巖漿侵入形成的應力場。殘余應力：巖體卸荷或部分卸荷所形成的拉壓應力自相平衡的應力場。2.2 影響巖體天然應力狀態的主要因素一、主要因素天然應力場的形成取決于地質條件和巖體所經歷的地質歷史。地質條件：巖性R、E、卩巖體結構不連續性、各向異性、應力集中地質歷史：構造

11、作用及其演變歷史(主要因素)區域卸荷作用a.構造作用分活動構造應力，即現今還在形成，累積的應力場。剩余構造應力，即地質歷史時期構造作用形成的應力至今尚未完全卸除。活動構造應力所形成的應力場，其最大主應力比較一致或呈規律變化而剩余應力則各 地不一，比較雜亂。b.區域卸荷作用指區域性的面剝蝕。例：巖體 h0 h深度處的侵入巖應力場(靜水應力狀態)h v r(ho h)經地面剝蝕后，剝蝕厚度為ho則V r(h0 h) rh0 rhv r(ho h)-1rhorh水平應力與垂直應力的減小幅有很大不同。思考題：巖體卸荷過程中能否造成巖體破壞（設h>）二、自由臨空面附近的應力重分布以河谷為例：河谷下

12、切，形成地表的自由臨空面，由此引起臨空面附近巖體卸荷回彈，形成臨空面 附近巖體應力重分布。重分布應力大小和特點受原始地應力水平、巖性特征、臨空面形態特征的影響。重分布應力的主要特征： 主應力方向在臨空面附近發生明顯變化最大重應力與臨空面近于平行，而最小主應力與臨空面近于垂直。 最大主應力由向外逐漸增大，而最小主應力由向外逐漸減小，至臨空面上為零，甚 至出現拉應力。 應力在坡腳附近顯著增大。應力增大現象稱應力集中。集中程度用應力集中系數表示。三、巖體切割面附近的殘余應力效應由于巖體是由多種力學性質不同的材料（元件）組成，在加載條件和卸載條件下，不 同力學性質的材料表現出不同的變形特征，以達到巖體

13、部應力和變形的總體平衡。特征：以達到巖體部應力和變形的總體平衡。約束緊密的不同材料卸載的殘余應力效應。2.3 我國地應力場的空間分布隨時間變化的一般規律231我國地應力場的空間分布特點a.各地的最大重應力方向呈明顯規律性大致與察隅和伊斯蘭堡連線的夾角平分線方向一致。僅伊斯蘭堡外側和察隅外側不同。b.三向應力狀態與由此決定的現代構造活動呈規律分布。（與印度板塊碰撞有關）1、2水平， 3垂直 潛在逆斷型應力狀態主重要分布于喜馬拉雅山前緣一帶。 潛在走滑型應力狀態區主要分布于中、西部廣區。潛在正斷型和剪性走滑型應力狀態區,主要分布于高原1、3水平2垂直（正斷型）、東北、華北地區,汾渭地塹（剪走滑型）

14、2.3.2 斷裂帶附近局部構造應力集中作用a.般規律巖體受力變形時，其所含的結構面會出現應力集中，使巖體應力狀態復雜化。易于發生應力集中的部位往往是裂隙、斷裂的端點、交匯點、錯裂段、拐點、鎖固段、 分支點等。b.局部應力集中區與活動斷層的關系上述應力集中的特殊部位往往形成與之相適應的構造帶。局部壓力集中區，形成局部 隆起和擠壓型構造，伴強震。反之，局部拉應力集中區形成拗陷和拉裂型構造，伴正斷型地 震。2.4 地應力隨時間變化與地殼巖體應變速率的關系a. 地應力與應變速率的關系地殼巖體是粘彈性介質。伊騰等做的試驗表明，當應力小于某臨界值時，（不同材料的臨界值不同）。變形初期,應力增高，但隨時間推

15、移，應力一旦達到某一極限值就會不再增長，而變形不斷發展。前段表現出彈性介質特征，而后者表現出粘性特征。當應力大于臨界值，則巖體表現彈性介質特征，直至破壞，斷裂是巖體的薄弱環節，其變形較巖體更加容易。b. 地應力隨時間變化的一般規律從以上規律可得出應力隨時間變化的一般規律。在巖體中地應力大于臨界應變速率的地區，應力隨時間呈線性遞增。在巖體地應力低于其臨界應變速率，但高于斷裂的臨界應變速率時，巖體中應變速率遞增到一定程度后將穩定在與臨界應變速率相適應的應力水平，而斷裂的應力所屬于遞增 型。當巖體中的應變速率和斷裂應變速率均低于斷裂臨界應變速率時，巖體中的應力和斷裂帶的應力都在初期遞增至一定水平后，

16、將穩定在與巖體和斷裂應變速率相適應的水平。2.4 地殼表層巖體應力狀態的復雜性僅為經驗總結，并無統一的認識。2.4.1 巖體應力的若干規律a. 垂直應力v A rh （巖體應力隨深度增加，地表巖體卸荷尚未完成）b. 水平應力各方向上應力水平各異，并非如，最大值h1與最小值h2的關系為水平應力隨深度變化分三種情況即"h< r（重力型）h ：=r少見（靜水壓力型）深部塑性區_h> r多見（構造應力型）或卸荷作用淺部應力與深部應力狀態差異明顯由于淺部河谷臨空面的影響，使近地表巖體中應力無論量值還是方向均發生重大變化。其次由于應力變化梯度不同，使淺部應力狀態與深部應力狀態發生了變

17、化。h2=(0.50.75)hi，且相互正交，2.5 巖體應力場與區域應力場研究（主要研究方法）研究途徑： 以地質、地貌方法研究構造應力場的演變歷史和現今應力場的基本特征。（定性研究） 在此基礎上進行應力場實測。 在應力實測基礎上進行地應力場的數值模擬。2.5.1 地質、地貌研究一、構造應力場演變歷史的研究可采用地質力學的研究方法（構造體系配套）配合斷層錯動機制的極射赤平投影方法。二、現今地應力基本特征研究主要采用震源機制解（新斷裂網絡地質地貌解析）三、應力累積條件和累積程度研究主要查明：a. 歷史上各時期及當代地殼隆起的速度和高度。b. 應力集中條件和集中區的分布。c. 高地力區的標志的地質

18、、地貌現象發育及分布。2.5.2 巖體的應力測定主要有：應力解除法、應力恢復法、水力壓裂法等。Kaiser效應測量法第三章巖體的變形與破壞3.1 基本概念及研究意義變形：巖體的宏觀連續性無明顯變化者。破壞：巖體的宏觀連續性已發生明顯變化。巖體破壞的基本形式：（機制）剪切破壞和拉斷（性）破壞。一、巖體破壞形式與受力狀態的關系巖體破壞形式與圍巖大小有明顯關系。注意：巖全破壞機制的轉化隨圍壓條件的變化而變化。破壞機制轉化的界限圍壓稱破壞機制轉化圍壓。 一般認為，1/51/4不可拉斷轉化為剪切。1/32/3可由剪切轉化為塑性破壞。有人認為（納達），可用 2偏向1的程度來劃分應力狀態類型。 應力狀態類型

19、參數2 213（= 1，即 b 2=6 1 ； = 1，即 b 2=6 3）13二、巖體破壞形式與巖體結構的關系低圍壓條件下巖石三軸試驗表明。堅硬的完整巖體主要表現為性破壞。含軟弱結構面的塊狀巖體，當結構面與最大主應力夾角合適時，則表現為沿結構面的 剪切。碎裂巖體的破壞方式介于二者之間。碎塊狀或散體狀巖體主要為塑性破壞。對第一種情況，某破壞判據已經介紹很多了。第二種情況，可采用三向應力狀態莫爾圓圖解簡單判斷。三、巖體的強度特征單軸應力狀態時，結構與1方向決定了巖體的破壞形式。復雜應力狀態時，含一組結構面的巖體破壞形式與巖體性質、結構面產狀，應力狀態 關系很大。3.2 巖體在加荷過程中的變形與破

20、壞321 拉斷破壞機制與過程一、拉應力條件下的拉斷破壞當13 30時，拉應力對巖石破壞起主導作用。3St二、壓應力條件下的拉斷破壞壓應力條件下裂縫尖端拉應力集中最強的部位位于與主壓應力是3040地方向上，并逐漸向與.平行地方向擴展。當30時，破壞準則為：113(13)S( 13)8®=0時為單軸壓拉斷。33.2.2 剪切變形破壞機制與過程一、潛在剪切面剪斷機制與過程A. 滑移段B. 鎖固段進入穩定破裂階段后，巖體部應力狀態變化復雜。產生一系列破裂。(1) 拉分支裂隙的形成，原理同前。(2) 不穩定破裂階段法向壓碎帶的形成，削弱鎖固段巖石。(3) 潛在剪切面貫通。剪脹，壓碎帶剪壞，鎖固

21、段變薄弱，最終全面貫通。剪切破壞過程中巖石銷固段被各個擊破，所以整個剪切過程中剪切位段具有脈動的特征。二、單剪應力條件下變形破壞機制與過程即力偶作用于有一定厚度的剪切帶中。這種應力條件下可出現的兩種破壞，性雁裂和壓扭性雁裂。其中性雁裂對軟弱帶的強度削弱最大。三、沿已有結構面剪切機制及過程(略)3.2.3 彎曲變表破壞機制與過程一、彎曲變形的基本形式按受力條件：橫彎、縱彎。按約束條件：簡支梁、外伸梁、懸臂梁。梁彎曲時，軸受擠壓，兩翼受剪力作用T板梁滑脫二、橫彎條件下巖體的彎形與破壞a. 軸部區2 2右以一（13）（31 ）（ 12） ，y代表巖石的曲服應力。.2極梁彎曲變形分三個階段。 輕微隆起

22、階段彎曲初期。梁底中心兩側出現局部塑性破壞，頂部受拉，但尚未破壞。（H/D=1.8%）, H上隆量。 強列隆起階段隨彎曲加劇，軸部頂、底均出現破壞區，并有上下貫通的趨勢。H/D=7.8%。 折斷破壞階段破壞進一步擴展，最終連通、折斷破壞。（H/D=4.8%）b. 橫彎滑脫滑脫可緩解軸部應力集中現象，亦可使翼部應變能釋放。但可引起地震。三、縱彎曲條件下巖體的變形與破壞a.極梁的屈曲的應力條件由經典歐拉公式，簡支梁條件下，屈曲的縱向壓力Ncr3其中慣性矩J=bh/12（矩形梁板時取單寬）N cr則臨界應力crN irb h多層板梁組合情況（二層介質），等厚cr22_6 n 2:板梁層數彎曲段波長：

23、W dh<iJ)12b.軸部的變形與破壞亦可分為三個階段:輕微隆起階段，頂部拉裂，底部出現剖面x節理。強裂隆起階段，頂部拉裂向縱深發展，底部x節理,護展層為中性層。 剪斷破壞階段，x節理與拉裂面貫通，或切斷板梁形成逆沖斷裂。大多數背斜符合 縱彎模式。三、縱彎過程中的滑脫分兩種形式：背斜式滑脫：軸部虛脫，翼部單剪式剪裂。向斜式滑脫：主要發生向臨空面方向的滑脫，甚至核部擠出。（地面剝蝕）3.3 巖體在卸荷過程中的變形與破壞331基本類型拉裂面：拉應力集中部位壓致拉裂面：平行臨空面的拉裂面剪裂面：層間剪切滑段基坑底板彎曲隆起等。3.3.2 差異性卸荷回彈造成的破裂一、性破裂面a. 材料性質不同

24、造成b. 應力歷史不同造成顆粒受壓變形，后期膠結，膠結物未經壓縮，卸荷面導致顆粒與膠結物接觸界面上的 拉裂。裂紋之高部受壓亦相同。二、剪切破裂以狀巖芯為典型其本質也是差異性卸荷回彈，所不同的是其差異性卸荷回彈是由受限面引起的。3.3.3 卸荷造成的變形、破裂空間組合模式3.4動荷載（略）3.5 巖體變形破壞過程中的時間效應分兩種類型：蠕變、松馳3.5.1 巖石變形時間效應介質模型經典的描述介質流變性能的本構模型為馬克斯韋爾模型和開爾文模型。這種模型僅考慮了粘性和彈性性質，而沒有考慮巖石介質的塑性性質。經過這些單元的不同組合，可形成各種各樣巖體的流變本構模型。 巖體力學這已介紹。3.5.2 巖體

25、的累進性破壞和加速蠕變累進性破壞，即應力變化不大，微裂及擴地不斷進行擴、轉移直至整體破壞。（累流變試驗已經證實，只有應力水平達到或超過其長期強度，加速蠕變階段才能出現進性破壞）。3.5.3 巖體變形破壞與應變速率的關系由馬克斯韋爾模型來說明。應變：T-t(E(t)應變速率：c當一 o時，即常數，C 常數。應為等速蠕變，巖體應力保持不變。當 <0,則c<，巖體松馳。當一 >0,則c>，巖體應力有增加趨勢，直至達到新的平衡。由此看來，巖體變形過程存在一臨界應變速率Co。當c<c時，無加速蠕變。反之，當c>c時，加速蠕變，可導致巖體破壞可能。當應變速率c降低，巖體

26、應力將逐漸減小，松馳。3.5.4 粘滑和嵌入蠕變粘滑：指剪切破壞過程中，由于動、靜摩擦角的差異或由于凸起體剪斷、翻越，或由 于轉動磨擦中的翻轉所造成的剪切位移突躍現象。粘滑現象可能與剪切上的凸起體嵌入蠕變機制有關。嵌入時，靜磨擦系數將提高。結論： 按運動特征，沿結構面的滑移分穩滑和粘滑面種基本類型。穩滑狀態的產生條件：結構面平堤或有足夠厚的夾泥。勻速滑動 粘滑時釋放的能量大小不僅與粘滑機制有關，對某一特定剪切滑移，停止活動承受 法向應力時間愈長，則粘滑時釋放的能量也就愈高。3.6 空隙水壓力在巖體變形破壞中的作用一、有效應力原理在巖體中的適用性完全適用注意：其對巖體強度的影響。ntgc'

27、;(n P )tge顯然， < 。即存在Pu時，巖體強度降低。二、空隙水壓力變化對巖體變形破壞的影響Pu /,。反之變然?？障端畨毫ψ兓颍?地下水補排條件變化(略) 巖體受荷狀態變化形成超孔隙水壓力如地震，土力學介紹很多。 巖體變形、破裂封閉水體，破裂形成使空隙水壓力降低甚至形成負壓，形成膨脹強化現象。非封閉水體，破裂擴容超過地下水補給，亦可形成膨脹強化現象?！八畵簟爆F象。3.7 巖體變形、破壞的地質模式巖體變形的基本單元拉裂含壓致拉裂脫性蠕滑剪切彎曲懸臂梁彎曲、縱、橫彎剪流塑性流動上述各變形單元往往不是單獨產生，往往相伴另外的變形單元，且互為因果的變形單 元對變形、破壞起主導作用。

28、基本組合地質模式： 蠕滑一拉裂 滑移一壓致拉裂 彎曲一拉裂 塑流一拉裂 滑移一彎曲第四章 活斷層的工程地質研究4.1 基本要領及研究意義活斷層：目前還在持續活動，或在近期地質歷史時期活動過，極可能在不遠的將來重新活動的斷層10000年以來活動過的斷層稱全新活動斷層?；顢鄬拥幕顒犹卣鳎喝浠?、粘滑。意義（工程意義）：規避重大破壞性地震對建筑群的破壞，防止因活斷層位錯壞建筑物（無破壞性地震）。4.2 活斷層的特性包括：活斷層的類型活動方式規模錯動速率及基本分級活動周期古地震事件4.2.1 活斷層的類型和活動方式按構造應力狀態，活斷層可劃分為三類：走向滑動型（平移斷層）逆斷層正斷層由于三類活斷層的幾何

29、特征及運動特性各不相同，因而對工程場地的影響也不同。一、走向滑動斷層應力狀態為 2垂直，1、 水平。3特征：斷層面傾角大（近于垂直）斷層的地表出露線平直地貌上常形成陡直的斷崖以水平運動為主，相對垂直升降量很小分支斷裂較少，斷層帶寬度小這類斷層的水平錯動量往往很大，因而易于識別，易于發生強震。二、逆斷層應力狀態為垂直， 、 水平。3 1 2特征：斷層地傾角較小， 一般20 40°之間，上盤上升引起上盤一側地面隆升，下盤一 般無地表變形，分支斷層發育，主要產生在上盤。斷層面的地面出露線不平直，呈波狀彎曲。逆斷層也是強烈發震斷層。三、正斷層應力狀態為i垂直， 2、 3水平。特征：斷層面傾角

30、介于逆斷層與平移斷層之間，一般6080o之間。上盤下降并發育分支斷層正斷層可以引發中強震。由于地應力場的復雜性，因此，實際發育的斷層往往既有水平運動分量亦有垂直運動 分量。因為形成走滑逆沖斷層或走滑正斷層等?；顢鄬踊顒拥膬煞N基本方式：粘滑和穩滑。易發生同期強地震。4.2.2 活斷層的長度和斷距對活斷層，其長度和斷距是表征活斷層的重要數據，通常用：強度導致地面破裂的長 度（L）和一次錯段的最大位移（D）來表示。一般地震地表錯段長度從數百米至數百公里，最大位移自幾十厘米至十余米。地震愈大，震源愈淺，則地表錯段就愈長。我國的經驗公式為：M 1.19 lg L 5.25或：L 0.56M2.25統計分

31、析是一種常用的研究方法。然而，斷裂面長度與震級之間的關系并非如此簡單，還受許多因素的影響。如斷裂面 的形狀，剪切模量、斷層性質、構造環境等因素有關。但若采用地震面波震級 Ms與lg L或lg D進行相關分析，則有較好的關系，見圖4-12和 4-13。（P147）分支斷裂的錯斷位移則隨主斷層的距離加大而減少。4.2.3 活斷層的錯動速率和重復周期錯動速率與地震重現周期是地震預報的重要數據。一般活斷層錯動的速率愈大，則兩 次錯斷的時間間隔就愈短。根據斷層速率，我國將其分為四級。ABCD100<R<1010>R>11>R>0.1R<0.1特別強烈強烈中等弱m

32、>8.077.966.96以下對斷層錯動速率的研究，可以采用跨斷層重復測量，但對于獲取平均錯動速率有時較難。另一種研究方法，叫地質、地貌分析法。重要研究震事件。古地震事件的地貌證據：走滑型：沖溝、溪流、階地、沖積扇和山脊錯斷傾滑型：斷層陡坎、斷層三角面、斷陷湖等此外，如錯斷第四系、地震崩積楔、地震沖填楔等。通過對這些地震事件的分析、判斷事件發生時間，次數、累積錯的距離，各事件的絕對年齡，就可以求出平均錯動速率和重復錯動事件。地震崩積楔關于測年，有許多方法，用得較普遍的是14C,此外如熱釋光（TL）電子自旋共振等方法（ESR。K-Ar 法。因此，研究活斷層錯速率和重交周期的地質、地貌學方法

33、，首先是取得某一斷層多次古地震事件位錯資料 （地震崩積楔、地震充填楔）。亦獲得其年代數據（K-Ar、14C、TL、ESR。 由此研究這一條斷裂的平均位錯速率及由這一速率形成地震的位錯量，推算下一次地震的重復周期。此外，地震重復周期與一次地震產生的位錯量成正比，而與平均錯動速率成反比，即：Rx D/S有蠕滑成分時，DRxS C4.3 活斷層活動的時空不均勻性時間上，時密（群發性），時稀?？臻g上，有弱活動區和強活動區這分，并隨時間發生遷移。4.3.1 活斷層突然錯動在時間分布上的不均勻性活斷層活動具有間歇性活動特點。特點總體 時間上具群集性相對于分布稀疏總體：單發型每隔一段時間發生一次強震，新驗的

34、二臺斷裂群集型在某段時間多發，別的時間稀少阿爾金斷裂混合型某時段群發，某時段單發解水河斷裂432 活斷層錯動在空間上的不均勻性我國活斷層的錯動速率具有區域性的不均勻性，根據區域性差異，共分為七個斷塊， 其中青藏高原、等斷塊、斷層的新活動性比較強烈。同一區域的斷層，也存在不均勻性。同一斷層的不同段，也存在不均勻性。433 活斷層遷移當活斷層的活動段發生一系列的群集方式的破裂后，（地震）斷裂活動往往會轉移到別的段落式別的區域，即形成活斷層的遷移。以郯廬斷裂為例。活斷層的遷移，對地震的預報關系極大。研究活動斷裂的發展規律及其時間 序列。4.4 活斷層區規劃設計建筑的原則活動斷層對建筑物的安全性危害很

35、大，一般在活斷層附近不宜選擇建筑場地，特別是 重要建筑物。當不能避讓活斷裂時，也必須在場地選擇、建筑物類型選擇、結構設計等方面采取措 施，以保證建筑物的安全。4.4.1 場地選擇一、選擇對抗震有利的地段a. 低級別活斷層地帶優于高級別活斷層地帶?；顒訒r期老的活斷層地帶優于新的地 帶。（尤其是全新世活動地帶）b. 避開主干斷層帶，避開有強烈變形的地帶，分支斷層發育地帶。（逆斷和正斷的下盤有利抗震）c. 避開填土層，避開結構自振周期與土層特征周期相同（相近）地帶。d. 避開淺埋大溶洞、地下采空區等地帶。e. 避開有加重震害的突出孤立地形、崩滑斜坡地帶。f. 持力層的選擇宜選擇基巖或堅硬巖土作為地基

36、。4.4.2 建筑物類型選擇選擇有利于抗大變形的建筑物類型。大壩：以堆石壩、抗變形能力較強。選擇有利于抗震的平面設計（圖、方形、矩形）無凹凸，有利的立面設計（利用沉降 縫分割成規則單元）減輕重量，降低重心。4.5 活斷層的調查與判別目的：確定斷層帶的位置、寬度、分支斷裂發育情況。錯動幅度及變形帶寬度，以及 活斷層的活動時間間隔。一、地質、地貌調查植被、溪流、山脊錯動、微地貌變形、不良地質現象、斷層三角面等。斷陷湖及洼地。二、歷史標志歷史上記錄的地震證據和說明。三、地震標志震中沿一定的斷層線分布。四、航空攝影低角源空攝影，增加斷層崖、斷層三角面等地面起伏的陰影效果。紅外攝影，了解地下水的分布特征

37、。五、測量和活斷層監測六、斷層帶研究開挖措施，研究最新沉積物是否被錯斷及錯動幅度。提取樣品14C、TL、ESR研究擦痕研究斷層性及混入物充填物（砂脈等）注意區別假象第五章地震的工程地質研究5.1 基本概念及研究意義地震：地表巖層中因彈性波的傳播所引起的震動。震源：地球深處因巖石破裂引起地殼振動的發源地。震中：震源在地面的投影。震源深度：震中至震源的距離。按震源深度將地震分為：淺源地震（070km中源地震（70300km）深源地震（300700km）我國地處兩震帶，是地震多發國家。5.2 地震及地震波521地震波地震時，震源釋放的能量以彈性波的形式向四處傳播，這種彈性波就是地震波。 地震波種類：

38、體坡 p波（縱波）、s波（橫波）面坡R波（瑞利波）、Q波（勒夫波）5.2.2 震源機制和震源參數震源機制：地震發生時震源的物理過程。震源參數：指描述震源物理過程的一組物理量。一、震源機制推拉模式單力偶模式雙力偶模式震源機制斷層面解利用赤平投影可以表達地震 P波初動最適合的象限分布特征。實例解水河斷裂帶震源機制解與斷裂帶變形組合的關系。二、震源參數震源實際上一個產生有限錯動的斷層面。限定一個震源需要以下七個物理是：斷層面長度、寬度、走向、傾向和傾角、斷層錯動方向、錯距、破裂擴展速度。523地震的震級和烈度震級是表示地震發生時，震源釋放的能量大小。震波與釋放能量大小的關系為：lg E=11.8+1

39、.5M地震烈度是表示地震發生時對一個具體地點的實際震動的強弱程度。它不僅取決于地 震能量大小，還與震源深度、震中距離、傳播介質特征等因素有關。按地震發生時對人或地面的影響程度，可分為十二度。（見表5-2）平均震害指數：_門：=震害指數0 < i < 1ii LN僅相類似條件比較才能真正確定出地震烈度的相對強弱。有的學者想用地震力的大小來表描地震的破壞力。但統計也較困難?；玖叶龋褐冈诮窈笠欢〞r期，在一定地點的一般場地可能遭受的最大烈度。5.3 我國地震地質的基本特征5.3.1 世界圍的主要地震帶及其構造環境地震并非均勻分布在地球各部分，而是集中于某些特定的條帶，稱為地震帶。世界圍的

40、地震帶主要為：一、 環太平洋帶集中了全世界的絕大部分地震二、 地中海一喜馬拉雅地震帶以淺源地震為主三、 大洋海嶺地震帶以淺源地震為主，震級也不大上述三震帶均處于板塊構造的邊緣。由于地幔物質對流，運載著深浮其上的剛性極塊運移，因而造成了板塊增生帶、板塊 消減帶和轉換斷層三個發震構造帶。a. 板塊增生帶地幔軟流圖圈在海嶺兩側作相反方向流動，使海嶺中軸承受拉應力，產生正斷層面發 生地震。b. 轉換斷層在海嶺間形似走滑斷層，在轉換斷層上常發生走滑斷層地震。c. 板塊消減帶兩大板塊相接觸，產生兩種運動方式：俯沖和碰撞。太平洋板塊向歐亞板塊下俯沖，在泮殼一側形成正斷型地震，陸殼一側產生逆斷型地印度板塊與歐

41、亞板塊發生碰撞，歐亞板塊以低角度仰沖起覆于印度板塊之上，形成喜 馬拉雅山強烈隆開，并伴隨地震，以低角度逆動型地震為主。532我國地震的基本特征我國除東部、南部和東部深源地震外，其余地區的地震均屬大陸板塊部地震。一、我國強震空間分布及地震帶劃分以東經105。為界，西部地震廣泛分布、東部僅華北和東南沿海一帶有地震分布，西 部地震強度和數量也大于東部，西部塔里木、準噶爾等盆地地震亦少發生。有的研究者將我國及鄰近區域共劃分為12個地震區見P194頁圖5-21。從西部看，地震以喜馬拉雅南緣、青藏高原南部最強，向北減弱，但天山南北地震有 所增強。地震發震深度西部 4070km,東部20km,東南沿海僅10

42、km。二、我國強震發生的地質構造條件已有資料表明，絕大多數強震都發生在穩定地塊邊緣的深達巖石圈，基底巖層深大活 動斷裂或斷陷盆地中。a. 強震與活動斷裂的關系強震經常發生在活動斷裂的應力集中的特定部位上，如： 活動得大斷裂的交匯部位，約占50% 活動性得大斷裂的轉折段，約占15% 活動性得大斷裂的端部或鎖固段（錯裂段）在發震斷裂中，第四紀以來有明顯活動的、晚第三紀以來有活動者和新生代以來有活 動者的比例為7 : 2：1。由此看來，新近活動的第四紀活動斷裂活動性最強。b. 強震與斷陷盆地的關系斷陷盆地受活動斷裂的影響和控制，因而也是強震的多發地。 其主要發震構造部位為: 對于傾斜的斷陷盆地，其較

43、深、較陡的一側的活動斷裂易形成地震。 盆地間或盆地由橫向斷裂控制的隆起帶兩側。 斷陷盆地的銳角形端部。 斷陷盆地多組斷裂交匯部位。 復合盆地中的次級凹陷帶。c. 地震活動與深部構造的關系主要是地殼厚度的梯度異常帶或莫霍面的梯度異常帶，如青藏高原周邊，常發育深達 地殼的地殼斷裂，或巖石圈斷裂，常發生強震。5.4 地震區劃即根據基本烈度對地震的可能危害程度進行分區。1977年國家地震局已編制了中國地震烈火度區域劃分圖，作為工程建設參考。其方法是首先地震區或地震帶在未來100年可能發生的各極地震的地點、地段、勾劃出各極地震活動危險區。其后，根據地震活動危險區，以及我國歷史地震的震級與震中烈度的經驗關

44、系，將各 級地震危險區核算為相應的震中烈度。地震影響烈度及其分布圍。編制地震烈度區劃圖。目前地震區劃多采用概率模型。（略）5.5 場地地震反應及地震小區劃上述的地震區劃圖比例尺太小，是較區地震危險性的平均估計。顯然，對于某一特定的場地或工程建設項目，由于具體的工程地質條件不同，（包括地形、地質、水文地質條件等），因而地震震害的影響也就不同，因而有必要根據具體場地的工程地質條件，編制適合 于工程建設和土地規劃利用的地震小區劃圖。地震的小區劃圖的編制需要結構場地的具體工程地質條件，根據地震破壞效應來進行。地震破壞效應：在地震波的作用下，場地會出現的各種破壞作用。它包括兩個方面的容：場地破壞效應和強

45、烈震動效應。5.5.1 場地破壞效應一、地面破裂效應分兩種情況：其一，活動斷裂錯動，直接將地面錯裂。其二，地震力超過地面質點的彈性極限，從而形成地面破裂。二、地基失效松散土體震動變形造成沉降或不均勻沉降。如地震砂土液化引起地基失效。三、斜坡破壞效應包括地震誘發的崩塌、滑坡、地震水體潰決等，引起的附加破壞效應。5.5.2 強烈地震動強烈地震動造成的地震力是造成人員傷亡的直接原因，地震力的大小為：aF=mam =k? mgK:地震系數：垂直、水平描述地震強烈程度的參數為：振幅、頻譜和地震持續時間。、振幅由地震加速度:amaxA(*)2A即為振幅，是質點的最大位移。二、頻譜地震波是由不同振幅、不同頻

46、率的諧波合成的，不同振幅、不同相位的諧波隨頻率的變化規律稱為頻譜。由于地震波頻譜復雜，因而地基對某些頻率的波有選擇性放大的作用。當震動的頻率與地基的固有頻率 （特征周期、卓越周期）相同（相近）時，地基發生共振，震達到最大值。建筑物與地基也有共振的問題。三、持續時間震動持續時間愈長，對建筑物的危害也愈大。5.5.3 場地條件對地震動的影響、基巖基巖在地震動時振幅小，持續時間短，因基巖地基一般震害小。圖 5-38 和表 5-8 （ P220）二、深厚松散覆蓋層松散覆蓋層自振周期長，震動持續時間也較長，因一般震害較重。沉積物的厚度對建筑物的危害影響較大，一般厚度大的覆蓋層（160m以上），對高層建筑

47、影響大；中等厚度覆蓋層對中等高度建筑物影響較大。表 5-9（ P221）隨沉積層厚度的增大，木結構房屋破壞嚴重。4H一般卓越周期 T=VsH:沉積層厚 Vs :剪切波速因此抗震設計中應避開地基的卓越周期。三、局部地形對震害一般突出、孤立地形對震害有加強作用，而低洼地帶對震害有減弱的作用。此外，巖、土體不穩定地形有加重震害的作用。四、砂土液化a. 砂土液化機理砂土液化按形成機制可分為振動液化和滲流液化。b. 振動液化松散砂體飽水，由于砂粒振動擠密排水，當排水不暢時將形成孔隙水壓力增高，以致 于抵削了有效應力，砂粒處于無聯接狀態而液化。b.滲流液化 滲流液化產生條件滲流段微元左端作用的水壓力為：F

48、i= w （ H i hi） s右F2= w（H2 h2）s合力為：F=Fi-F2= F i= w （ H i H i） （h? hi ） s當水石流動時，Fo （h h2） s，相當于土體微元固體積水作用于滲流方向上地分力。（重力分力）因此，水流動時，作用于土體微元上地動水壓力合力FW= F- F0=w（H i h2 ） s定義：將作用于單位體積土骨架上的力稱為動水壓力（fd）fdFww(Hi H2)LH i H2=JJ為水力坡度顆粒流動條件為：動水壓力要克服土粒的有效重度（水下重度）即:fd由此得：Jcr稱臨界水力坡度。 滲流液化對于砂土滲流液化來說,除原有的靜水壓力 Pwo外，還有因振動

49、所產生的超孔隙水壓力Pweo （骨架轉化而來）總孔隙水壓力Pw = P wo + P wewo = Wwe =(w)Zw = P wo + P we即起孔隙水壓力隨深度的增加而增大。將向壓力小的方向消散。在深度Zi和Z2上，水頭差h為:w) Z2-(w)乙地面最大加速度不發生流化的相對密度0.10gDr>530.15gDr>640.20gDr>780.30gDr>90則水力坡度hZ2 Zi 地震砂土液化的評價相對象度判別Drw) ?Z2乙WJcremax eemax emin砂土的粒度和級配中、粗砂，排水條件好，不易形成超孔隙水壓力，不易液化。 粘粒，具有較大的粒間粘結

50、力，對液化有抵卸作用。因此，當粉、細砂、粘土中粉粒含量少時，有可能液化。對于粉土不液化條件：地震烈度789粘粒含量（%101316不發生液化原位試驗判別（粉、細砂、粉土）Ncr = No 0.9+0.1 ( ds-dw)PcN0：基準標貫擊數;ds：標貫深度dw：地下水位c :粉粒含量百分比烈度789近震61016遠震812一當N>Ncr時，不易液化。埋藏條件根據砂土液化機理，只有當孔隙水壓力大于砂粒間的有效應力時，才能產生液化，而 有效應力取決于固結壓力的大小和固結時間。從固結壓力來講，埋藏愈深，自重壓力愈大，有利于產生較大的有效應力。如果飽水砂層埋藏很深，則由上覆自重建以抑制砂土液化

51、，則砂土液化將不會產生。 工程上，當上覆土層厚度和地下水深度符合下列條件之一，則不考慮液化。du>dp+db-2dw>do+cb-3du+dw>1.5do+2db-4.5du：上覆非液化土層厚度（mdo：基礎深度dw：地下水位深度db：液化土層特征深度，按下表取值烈度789粉 土678砂 土789飽水砂層的成因和時代時代古老的土、固結時間長、固結程度高、密實，不易產生液化。故，一般晚更新世 （Q）以前的土可判定為不液化。砂土液化前若上覆土層能保持一定的強度從而使地基不失效的話，則下伏的液化層能 起到阻止地震剪切波的作用進而免除建筑物遭受震害威脅。第六章水庫誘發地震活動的工程地

52、質分析6 1基本概念及研究意義在一定條件下，人類的工程活動可以誘發地震，諸如修建水庫，城市或油 田的抽水或注水，礦山坑道的崩塌，以及人工爆破或地下核爆炸等都能引起當地 出現異常的地震活動，這類地震活動統稱為誘發地震。其形成一方面依賴于該區 的地質條件、地應力狀態和有待釋放的應變能積累程度等因素；另一方面也與工 程行為是否改變了一定圍應力場的平衡狀態密切相關。6.2 水庫誘發地震活動性變化的幾種典型情況621蓄水后地震活動性增強6.2.1.1 卡里巴一科列馬斯塔型地震活動性的主要變化主要發生在1963年6月水庫蓄水位超出正常高水 位之后，尤以1963年8月庫水位超出正常高水位2.9m之后為最強烈

53、，此時水頭 增值僅為2%,以此作為地震活動性強烈變化的誘因是缺乏說服力的?？墒窃谡?常高水位附近，水位波動幾米庫容變化卻很大，顯然庫底巖石所承受的水庫附加 荷載以及附加荷載的影響深度都隨之產生較大變化，水庫底部承受附加應力超出 一定值的巖石的體積也會產生很大變化。6.2.1.2 科因納一新豐江型科因納水庫誘發地震科因納水庫誘發地震之所以具有典型意義，就在于它是迄今為止最強 的水庫誘發地震（5.0級，地震序列于5.0級的達15次），而又是產生在構造跡 象最不明顯、巖層產狀基本水平、近 200 a附近沒有明顯地層活動的印度地盾德 干高原之上。庫、壩區均位于厚達1500m產狀水平、自古至始新世噴發的玄武巖層之 上，由致密塊狀玄武巖與凝灰巖及氣孔狀玄武巖互層，凝灰巖中央有紅色粘土， 滲透性不良（圖67）。蓄水后地震活動性減弱6.3 水庫誘發地震的共同特點從以上典型實例描述可知，水庫誘發地震不同類型雖各有其特性，但概括起來它們卻有很多共性。這主要是這類地層的產生空間和地震活動隨時間的變化 與水庫所在空間和水庫水位或荷載隨時間的變化密切