工程地質(zhì)分析原理緒論一、工程地質(zhì)的基本任務人類工程活動地質(zhì)環(huán)境的相互作用研究對象:工程地質(zhì)條件工程活動的地質(zhì)環(huán)境工程地質(zhì)學的基本任務:研究人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境(工程地質(zhì)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(zhì)環(huán)境。二、工程地質(zhì)分析的基本方法研究對象:工程地質(zhì)問題:即:人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境相互制約的主要形式。例:區(qū)域穩(wěn)定問題巖土體穩(wěn)定問題圍巖穩(wěn)定問題地基穩(wěn)定問題邊坡穩(wěn)定問題變形程度時間效應研究內(nèi)容:工程地質(zhì)問題產(chǎn)生的地質(zhì)條件、形成機制、發(fā)展演化趨勢研究方法:地質(zhì)分析、地質(zhì)模擬分析、試驗分析、力學分析thatconstructionsiteclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemi-finishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeitsqualityinspectionmustbecarriedoutaccordingtoacceptanceofconcealedwork-related.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningcompliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(5)thematerialusediseligible.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogressatanytimefinishingselfacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Requirements:(1)covertacceptanceisthe第一章地殼巖體結構的工程地質(zhì)分析1.1基本概念巖體:指與工程建設有關的那一部分地質(zhì)體。它處于一定的地質(zhì)環(huán)境中，被各種結構面所分割。注意:與巖石、巖塊的區(qū)別。結構面:巖體中具有一定方向、力學強度相對(上下巖層)相對較低而延伸(或具一定厚度)的地質(zhì)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(tài)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(xù)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(zhì)條件優(yōu)劣不同的巖體進行分類，便于深入評價巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)和特征，以達到合理利用和有效治理的目的。b.原則theacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Requirements:(1)covertacceptanceise.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogressatanytimefinishingselfmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(5)thematerialusediseligiblrelated.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-rdingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspectionmustbecarriedoutaccofinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-eclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemithatconstructionsit2?差異性原則:不同類別的巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)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(zhì)指標為基礎的分類。如Y軸抗壓強度。?以巖體穩(wěn)定性為基礎的分類——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:?考慮巖石的基本性質(zhì)。(建造)?考慮巖體強度的改造。?考慮巖體所處的實際地質(zhì)環(huán)境條件。二、巖體結構類型劃分以中科院地質(zhì)所方案為代表，重點考慮巖體的改造，并應用地質(zhì)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——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(zhì)特征a.高彎度河流沉積相模式。河流特點:河床比降小、彎度大、水深但流態(tài)較穩(wěn)定，單向環(huán)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(1)covertacceptanceisthements:ressatanytimefinishingselfacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Require5)thematerialusediseligible.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(related.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-ectionmustbecarriedoutaccordingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspfinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-thatconstructionsiteclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemi3頂部邊灘相松散沉積物易發(fā)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(wěn)定、彎度小、水淺、流態(tài)不穩(wěn)定，具復雜環(huán)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(fā)育中部心灘相砂巖(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。(P)注意洪泛平原20砂巖層與天然堤粉砂質(zhì)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(tài)、水流強度相關。由此追溯和判斷沉積環(huán)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?yōu)槠叫袑永恚⌒筒罱诲e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(zhì)巖自己看。1.4巖體構造結構特征的地質(zhì)力學分析1.4.1構造斷裂的基本組合模式解決兩大問題:區(qū)域構造穩(wěn)定和巖體穩(wěn)定性追溯應力演變歷史根據(jù)現(xiàn)代構造地質(zhì)學研究，構造斷裂的形成，表現(xiàn)為兩種或多種機制的組合?？v向上分為上層構造(表現(xiàn)為剪切或拉裂)、中層構造(表現(xiàn)為彎曲)和下層構造(表現(xiàn)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theacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Requirements:(1)covertacceptanceise.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogressatanytimefinishingselfmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(5)thematerialusediseligiblrelated.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-rdingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspectionmustbecarriedoutaccofinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-eclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemithatconstructionsit4a、厚皮構造帶發(fā)育高角度逆沖斷層。由中、下構造層的物質(zhì)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——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(qū)域隆起背景上以斷陷谷為特征的大型復雜地塹系。a.深部形成一系列拉張斷裂或正斷層。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張斷裂?；螂S裂谷的拉張，形成側(cè)緣拉裂，不受深部斷裂控制。三、走滑斷裂主要發(fā)育于相對穩(wěn)定的地塊中，屬拉性剪切破裂。地質(zhì)力學對走滑斷裂的研究較深入。插圖現(xiàn)在的研究表明，最大主壓應力在斷層錯動面附近發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)方向向錯動方向。1.5巖體結構特征的統(tǒng)計分析重點介紹路線精測法。跡線法和統(tǒng)計窗法、實習中已介紹。一、結構面現(xiàn)場測量和資料較正主要針對延伸數(shù)米或數(shù)十米結構面。方法:在掌子面上布置相互垂直的18條測線，組成測網(wǎng)。在網(wǎng)內(nèi)，逐一測量每一條與測線相交的結構面位置、產(chǎn)狀、延伸長度、張開度、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。(1)covertacceptanceisthements:ressatanytimefinishingselfacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Require5)thematerialusediseligible.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(related.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-ectionmustbecarriedoutaccordingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspfinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-thatconstructionsiteclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemi5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(jié)理，被測機會大大減小。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L作為標準長度。，其它線段的應測結構面數(shù)量修改為:n(按某組結構面進行校正)Ls,NN,dSddSd,,,,Lnb.方位校正即調(diào)整到結構面組法線方向上來確定結構面的數(shù)量。,NdSd,,N,dSd,,Cos(,d),Cos(S,S),,LdL二、巖體結構特征量化模式程序theacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Requirements:(1)covertacceptanceise.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogressatanytimefinishingselfmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(5)thematerialusediseligiblrelated.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-rdingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspectionmustbecarriedoutaccofinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-eclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemithatconstructionsit6第二章地殼巖體天然應力狀態(tài)2.1基本概念及研究意義天然應力:指未經(jīng)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(tài)，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,,,,,,N,vhv01,,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(tài)的主要因素一、主要因素天然應力場的形成取決于地質(zhì)條件和巖體所經(jīng)歷的地質(zhì)歷史。地質(zhì)條件:巖性R、E、μ巖體結構不連續(xù)性、各向異性、應力集中地質(zhì)歷史:構造作用及其演變歷史(主要因素)區(qū)域卸荷作用a.構造作用分活動構造應力，即現(xiàn)今還在形成，累積的應力場。剩余構造應力，即地質(zhì)歷史時期構造作用形成的應力至今尚未完全卸除?；顒訕嬙鞈λ纬傻膽?，其最大主應力比較一致或呈規(guī)律變化而剩余應力則各地不一，比較雜亂。b.區(qū)域卸荷作用指區(qū)域性的面剝蝕。h，h例:巖體內(nèi)深度處的侵入巖應力場(靜水應力狀態(tài))0(1)covertacceptanceisthements:ressatanytimefinishingselfacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Require5)thematerialusediseligible.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(related.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-ectionmustbecarriedoutaccordingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspfinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-thatconstructionsiteclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemi7,,,,r(h，h)hv0經(jīng)地面剝蝕后，剝蝕厚度為h。則,,r(h，h),rh,rhv00,,r(hh)rh,，,,v001,,,,12,rh，(),,1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內(nèi)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(tài)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(fā)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。?最大主應力由內(nèi)向外逐漸增大，而最小主應力由內(nèi)向外逐漸減小，至臨空面上為零，甚至出現(xiàn)拉應力。?應力在坡腳附近顯著增大。應力增大現(xiàn)象稱應力集中。集中程度用應力集中系數(shù)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(zhì)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(zhì)的材料表現(xiàn)出不同的變形特征，以達到巖體內(nèi)部應力和變形的總體平衡。特征:以達到巖體內(nèi)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(guī)律2.3.1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(guī)律性theacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Requirements:(1)covertacceptanceise.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogressatanytimefinishingselfmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(5)thematerialusediseligiblrelated.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-rdingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspectionmustbecarriedoutaccofinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-eclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemithatconstructionsit8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(cè)和察隅外側(cè)不同。b.三向應力狀態(tài)與由此決定的現(xiàn)代構造活動呈規(guī)律分布。?潛在逆斷型應力狀態(tài)主重要分布于喜馬拉雅山前緣一帶。(與印度板塊碰撞有關)、水平，垂直,,,312?潛在走滑型應力狀態(tài)區(qū)主要分布于中、西部廣大地區(qū)。、水平垂直,,,312?潛在正斷型和張剪性走滑型應力狀態(tài)區(qū)，主要分布于西藏高原(正斷型)、東北、華北地區(qū)，汾渭地塹(張剪走滑型)。2.3.2斷裂帶附近局部構造應力集中作用a.一般規(guī)律巖體受力變形時，其內(nèi)所含的結構面會出現(xiàn)應力集中，使巖體內(nèi)應力狀態(tài)復雜化。易于發(fā)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(qū)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(qū)，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(qū)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(zhì)。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，但隨時間推移，應力一旦達到某一極限值就會不再增長，而變形不斷發(fā)展。前段表現(xiàn)出彈性介質(zhì)特征，而后者表現(xiàn)出粘性特征。當應力大于臨界值，則巖體表現(xiàn)彈性介質(zhì)特征，直至破壞，斷裂是巖體的薄弱環(huán)節(jié)，其變形較巖體更加容易。b.地應力隨時間變化的一般規(guī)律從以上規(guī)律可得出應力隨時間變化的一般規(guī)律。在巖體中地應力大于臨界應變速率的地區(qū)，應力隨時間呈線性遞增。(1)covertacceptanceisthements:ressatanytimefinishingselfacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Require5)thematerialusediseligible.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(related.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-ectionmustbecarriedoutaccordingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspfinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-thatconstructionsiteclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemi9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(wěn)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內(nèi)的應力都在初期遞增至一定水平后，將穩(wěn)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(tài)的復雜性僅為經(jīng)驗總結，并無統(tǒng)一的認識。2.4.1巖體應力的若干規(guī)律a.垂直應力(巖體應力隨深度增加，地表巖體卸荷尚未完成),,A，rhvb.水平應力,,各方向上應力水平各異，并非如，最大值與最小值的關?,,,h1hh21,,系為=(0.5~0.75)，且相互正交，,,h1h2?水平應力隨深度變化分三種情況即<(重力型),h,r,=少見(靜水壓力型)深部塑性區(qū),hr,>多見(構造應力型)或卸荷作用,hr?淺部應力與深部應力狀態(tài)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(fā)生重大變化。其次由于應力變化梯度不同，使淺部應力狀態(tài)與深部應力狀態(tài)發(fā)生了變化。2.5巖體應力場與區(qū)域應力場研究(主要研究方法)研究途徑:?以地質(zhì)、地貌方法研究構造應力場的演變歷史和現(xiàn)今應力場的基本特征。(定性研究)theacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Requirements:(1)covertacceptanceise.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogressatanytimefinishingselfmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(5)thematerialusediseligiblrelated.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-rdingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspectionmustbecarriedoutaccofinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-eclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemithatconstructionsit10?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(shù)值模擬。2.5.1地質(zhì)、地貌研究一、構造應力場演變歷史的研究可采用地質(zhì)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(xiàn)今地應力基本特征研究主要采用震源機制解(新斷裂網(wǎng)絡地質(zhì)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(qū)的分布。c.高地力區(qū)的標志的地質(zhì)、地貌現(xiàn)象發(fā)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2.5.3區(qū)域地應力場的物理模擬及數(shù)值模擬(1)covertacceptanceisthements:ressatanytimefinishingselfacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Require5)thematerialusediseligible.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(related.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-ectionmustbecarriedoutaccordingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspfinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-thatconstructionsiteclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemi11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(xù)性無明顯變化者。破壞:巖體的宏觀連續(xù)性已發(fā)生明顯變化。巖體破壞的基本形式:(機制)剪切破壞和拉斷(張性)破壞。一、巖體破壞形式與受力狀態(tài)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(zhuǎn)化隨圍壓條件的變化而變化。破壞機制轉(zhuǎn)化的界限圍壓稱破壞機制轉(zhuǎn)化圍壓。一般認為，1/5~1/4[]不可拉斷轉(zhuǎn)化為剪切。,1/3~2/3[]可由剪切轉(zhuǎn)化為塑性破壞。,有人認為(納達)，可用偏向的程度來劃分應力狀態(tài)類型。,,21應力狀態(tài)類型參數(shù),,,,,2213(,1，即σ2,σ1;,,1，即σ2,σ3),,,,,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(xiàn)為張性破壞。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(xiàn)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(jù)已經(jīng)介紹很多了。第二種情況，可采用三向應力狀態(tài)莫爾圓圖解簡單判斷。三、巖體的強度特征,單軸應力狀態(tài)時，結構與方向決定了巖體的破壞形式。1復雜應力狀態(tài)時，含一組結構面的巖體破壞形式與巖體性質(zhì)、結構面產(chǎn)狀，應力狀態(tài)關系很大。theacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Requirements:(1)covertacceptanceise.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogressatanytimefinishingselfmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(5)thematerialusediseligiblrelated.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-rdingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspectionmustbecarriedoutaccofinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-eclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemithatconstructionsit123.2巖體在加荷過程中的變形與破壞3.2.1拉斷破壞機制與過程一、拉應力條件下的拉斷破壞當時，拉應力對巖石破壞起主導作用。,，3,,013[,],,S3t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地方向上，并逐漸向與平行地方向擴展。當,,30~40:,,，3,,0131時，破壞準則為:2(,,,)/(,，,),8S1313t=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(wěn)定破裂階段后，巖體內(nèi)部應力狀態(tài)變化復雜。產(chǎn)生一系列破裂。(1)拉張分支裂隙的形成，原理同前。(2)不穩(wěn)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(xiàn)的兩種破壞，張性雁裂和壓扭性雁裂。其中張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(1)covertacceptanceisthements:ressatanytimefinishingselfacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Require5)thematerialusediseligible.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(related.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-ectionmustbecarriedoutaccordingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspfinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-thatconstructionsiteclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemi13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?板梁滑脫二、橫彎條件下巖體的彎形與破壞a.軸部區(qū)1222,,若以,,,(,,)，(,,,)，(,,,)，代表巖石的曲服應力。,133112y2極梁彎曲變形分三個階段。?輕微隆起階段彎曲初期。梁底中心兩側(cè)出現(xiàn)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(xiàn)破壞區(qū)，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(xiàn)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(jīng)典歐拉公式，簡支梁條件下，屈曲的縱向壓力Ncr2EJ3其中慣性矩J=bh/12(矩形梁板時取單寬)N,,cr2,l則臨界應力E,JhN,,22N,,,,,lrlLb,hcr,,2多層板梁組合情況(二層介質(zhì))，等厚,,3EE1/32n:板梁層數(shù)J,,,12cr26n,,2,n1/3彎曲段波長:1,,2()Whd,62b.軸部的變形與破壞亦可分為三個階段:theacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Requirements:(1)covertacceptanceise.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogressatanytimefinishingselfmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(5)thematerialusediseligiblrelated.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-rdingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspectionmustbecarriedoutaccofinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-eclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemithatconstructionsit14?輕微隆起階段，頂部拉裂，底部出現(xiàn)剖面x節(jié)理。?強裂隆起階段，頂部拉裂向縱深發(fā)展，底部x節(jié)理，護展層為中性層。?剪斷破壞階段，x節(jié)理與拉裂面貫通，或切斷板梁形成逆沖斷裂。大多數(shù)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(fā)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3.3.1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、張性破裂面a.材料性質(zhì)不同造成b.應力歷史不同造成顆粒受壓變形，后期膠結，膠結物未經(jīng)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(zhì)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。(1)covertacceptanceisthements:ressatanytimefinishingselfacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Require5)thematerialusediseligible.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(related.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-ectionmustbecarriedoutaccordingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspfinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-thatconstructionsiteclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemi153.3.3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(zhì)模型經(jīng)典的描述介質(zhì)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(zhì)，而沒有考慮巖石介質(zhì)的塑性性質(zhì)。經(jīng)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，微裂及擴張地不斷進行擴張、轉(zhuǎn)移直至整體破壞。流變試驗已經(jīng)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(xiàn)(累進性破壞)。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)T,E,,,,,，，1t,應變速率:，c,,,,,，，,,，,tT,,,,,E,E，，,,,0當,,時，即常數(shù)，C,,常數(shù)。,應為等速蠕變，巖體內(nèi)應力保持不變。,,當<0，則C<，巖體松馳。,,,當>0，則C>，巖體內(nèi)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C。0theacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Requirements:(1)covertacceptanceise.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogressatanytimefinishingselfmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(5)thematerialusediseligiblrelated.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-rdingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspectionmustbecarriedoutaccofinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-eclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemithatconstructionsit16當C<C時，無加速蠕變。0反之，當C>C時，加速蠕變，可導致巖體破壞可能。0當應變速率C降低，巖體內(nèi)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(zhuǎn)動磨擦中的翻轉(zhuǎn)所造成的剪切位移突躍現(xiàn)象。粘滑現(xiàn)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(shù)將提高。結論:?按運動特征，沿結構面的滑移分穩(wěn)滑和粘滑面種基本類型。穩(wěn)滑狀態(tài)的產(chǎn)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。,,,tg,，cn',,(,,p)tg,，en,,,Pu顯然，<。即存在時，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?nèi)?。空隙水壓力變化原??地下水補排條件變化(略)?巖體受荷狀態(tài)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(xiàn)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(xiàn)象。(1)covertacceptanceisthements:ressatanytimefinishingselfacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Require5)thematerialusediseligible.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(related.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-ectionmustbecarriedoutaccordingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspfinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-thatconstructionsiteclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemi17“水擊”現(xiàn)象。3.7巖體變形、破壞的地質(zhì)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(chǎn)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。基本組合地質(zhì)模式:蠕滑—拉裂滑移—壓致拉裂彎曲—拉裂塑流—拉裂滑移—彎曲theacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Requirements:(1)covertacceptanceise.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogressatanytimefinishingselfmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(5)thematerialusediseligiblrelated.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-rdingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspectionmustbecarriedoutaccofinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-eclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemithatconstructionsit18第四章活斷層的工程地質(zhì)研究4.1基本要領及研究意義活斷層:目前還在持續(xù)活動，或在近期地質(zhì)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?蠕滑、粘滑。意義(工程意義):規(guī)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(guī)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(tài)，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(tài)為,,垂直，、水平。,213特征:斷層面傾向大(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(1)covertacceptanceisthements:ressatanytimefinishingselfacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Require5)thematerialusediseligible.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(related.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-ectionmustbecarriedoutaccordingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspfinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-thatconstructionsiteclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemi19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(fā)生強震。二、逆斷層應力狀態(tài)為垂直，、水平。,,,312o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(cè)地面隆升，下盤一般無地表變形，分支斷層發(fā)育，主要產(chǎn)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(fā)震斷層。三、正斷層應力狀態(tài)為垂直，、水平。,,,312特征:斷層面傾角介于逆斷層與平移斷層之間，一般60~80o之間。上盤下降并發(fā)育分支斷層近斷層可以引發(fā)中強震。由于地應力場的復雜性，因此，實際發(fā)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(wěn)滑。易發(fā)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(shù)據(jù)，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由百米至數(shù)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(jīng)驗公式為:M,1.19lgL，5.25L,0.56M,2.25或:統(tǒng)計分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(zhì)、大地構造環(huán)境等因素有關。但若采用地震面波震級Ms與lgLlgD或進行相關分析，則有較好的關系，見圖4-12和4-13。(P147)theacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Requirements:(1)covertacceptanceise.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogressatanytimefinishingselfmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(5)thematerialusediseligiblrelated.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-rdingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspectionmustbecarriedoutaccofinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-eclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethesafetyofmaterialsandsemithatconstructionsit20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(xiàn)周期是地震預報的重要數(shù)據(jù)。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(jù)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>8.07~7.96~6.96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(zhì)、地貌分析法。重要研究大地震事件。古地震事件的地貌證據(jù):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(fā)生時間，次數(shù)、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14關于測年，有許多方法，用得較普遍的是C，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(zhì)、地貌學方法，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(shù)據(jù)14(K-Ar、C、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(chǎn)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，DRx,S,C(1)covertacceptanceisthements:ressatanytimefinishingselfacceptance,signatureacceptanceaftertherepresentativesofthepartywereinvited.Require5)thematerialusediseligible.(6)completeinformationhasbeencollected.Documentation:shouldfollowconstructionprogmpliancerequirements.(4)haveanimpactonotherprojects.(related.Mainlyinthefollowingaspects:(1)acceptanceofpositioningisaccurate.(2)isfixedsecurely.(3)tighteningco-ectionmustbecarriedoutaccordingtoacceptanceofconcealedworksqualityinspfinishedproducts.8.qualityassessment,datacompilation:buried,belongstotheconcealedworksconstruction,thereforeit-thatconstructionsiteclean,consciouslymaintainsanitation.(4)ensurethe