断层的工程地质研究
1 基本要领及研究意义
活断层：目前还在持续活动，或在近期地质历史时期活动过，极可能在不远的将来重新活动的断层
10000年以来活动过的断层称全新活动断层。
活断层的活动特征：蠕滑、粘滑。
意义（工程意义）：规避重大破坏性地震对建筑群的破坏，防止因活断层位错坏建筑物（无破坏性地震）。
2 活断层的特性
包括：活断层的类型
活动方式
规模
错动速率及基本分级
活动周期
古地震事件
2.1 活断层的类型和活动方式
按构造应力状态，活断层可划分为三类：
走向滑动型（平移断层）
逆断层
正断层
由于三类活断层的几何特征及运动特性各不相同，因而对工程场地的影响也不同。
一、走向滑动断层
应力状态为2σ垂直，1σ、3
σ水平。 特征：断层面倾向大（近于垂直）
断层的地表出露线平直
地貌上常形成陡直的断崖
以水平运动为主，相对垂直升降量很小
分支断裂较少，断层带宽度小
这类断层的水平错动量往往很大，因而易于识别，易于发生强震。
一、逆断层
应力状态为3σ垂直，1σ、2
σ水平。 特征：断层地倾角较小，一般20－40o 之间，上盘上升引起上盘一侧地面隆升，下盘一般无地表变形，分支断层发育，主要产生在上盘。
断层面的地面出露线不平直，呈波状弯曲。
逆断层也是强烈发震断层。
三、正断层
应力状态为1σ垂直，2σ、3σ水平。
特征：
断层面倾角介于逆断层与平移断层之间，一般60~80o之间。上盘下降并发育分支断层
近断层可以引发中强震。
由于地应力场的复杂性，因此，实际发育的断层往往既有水平运动分量亦有垂直运动分量。因为形成走滑逆冲断层或走滑正断层等。
活断层活动的两种基本方式：粘滑和稳滑。
易发生同期强地震。
2.2 活断层的长度和断距
对活断层，其长度和断距是表征活断层的重要数据，通常用：强度导致地面破裂的长度（L ）和一次错段的最大位移（D ）来表示。
一般地震地表错段长度从由百米至数百公里，最大位移自几十厘米至十余米。
地震愈大，震源愈浅，则地表错段就愈长。
我国的经验公式为：
25.5lg 19.1+=L M
或： 25.256.0-=M L
统计分析是一种常用的研究方法。
然而，断裂面长度与震级之间的关系并非如此简单，还受许多因素的影响。如断裂面的形状，剪切模量、断层性质、大地构造环境等因素有关。
但若采用地震面波震级Ms 与L lg 或D lg 进行相关分析，则有较好的关系，见图4-12和4-13。（P147）
分支断裂的错断位移则随主断层的距离加大而减少。
2.3 活断层的错动速率和重复周期
错动速率与地震重现周期是地震预报的重要数据。一般活断层错动的速率愈大，则两次错断的时间间隔就愈短。
率有时较难。
另一种研究方法，叫地质、地貌分析法。重要研究大地震事件。古地震事件的地貌证据：
走滑型：冲沟 、溪流、阶地、冲积扇和山脊错断
倾滑型：断层陡坎、断层三角面、断陷湖等
此外，如错断第四系、地震崩积楔、地震冲填楔等。
通过对这些地震事件的分析、判断事件发生时间，次数、累积错的距离，各事件的绝对年龄，就可以求出平均错动速率和重复错动事件。
地震崩积楔
关于测年，有许多方法，用得较普遍的是14C ，此外如热释光（TL ）电子自旋共振等方法（ESR ）。K-Ar 法。
因此，研究活断层错速率和重交周期的地质、地貌学方法，首先是取得某一断层多次古地震事件位错资料（地震崩积楔、地震充填楔）。亦获得其年代数据（K-Ar 、14C 、TL 、ESR ）。由此研究这一条断裂的平均位错速率及由这一速率形成地震的位错量，推算下一次地震的重复周期。
此外，地震重复周期与一次地震产生的位错量成正比，而与平均错动速率成反比，即：
S D Rx /=
有蠕滑成分时，
C
S D Rx -= 3 活断层活动的时空不均匀性
时间上，时密（群发性），时稀。
空间上，有弱活动区和强活动区这分，并随时间发生迁移。
3.1 活断层突然错动在时间分布上的不均匀性
活断层活动具有间歇性活动特点。
特点 总体 时间上 具群集性 相对于分布稀疏
总体：单发型 每隔一段时间发生一次强震，新验的二台断裂
群集型 在某段时间多发，别的时间稀少 阿尔金断裂
混合型 某时段群发，某时段单发 解水河断裂
3.2 活断层错动在空间上的不均匀性
我国活断层的错动速率具有区域性的不均匀性，根据区域性差异，共分为七个断块，其中青藏高原、台湾等断块、断层的新活动性比较强烈。
同一区域的断层，也存在不均匀性。
同一断层的不同段，也存在不均匀性。
3.3 活断层迁移
当活断层的活动段发生一系列的群集方式的破裂后，（地震）断裂活动往往会转移到别的段落式别的区域，即形成活断层的迁移。
以郯庐断裂为例。
活断层的迁移，对地震的预报关系极大。研究活动断裂的发展规律及其时间序列。
4 活断层区规划设计建筑的原则
活动断层对建筑物的安全性危害很大，一般在活断层附近不宜选择建筑场地，特别是重要建筑物。
当不能避让活断裂时，也必须在场地选择、建筑物类型选择、结构设计等方面采取措施，以保证建筑物的安全。
4.1 场地选择
一、选择对抗震有利的地段
a. 低级别活断层地带优于高级别活断层地带。活动时期老的活断层地带优于新的地带。（尤其是全新世活动地带）
b. 避开主干断层带，避开有强烈变形的地带，分支断层发育地带。（逆断和正断的下盘有利抗震）
c. 避开填土层，避开结构自振周期与土层特征周期相同（相近）地带。
d. 避开浅埋大溶洞、地下采空区等地带。
e. 避开有加重震害的突出孤立地形、崩滑斜坡地带。
f. 持力层的选择宜选择基岩或坚硬岩土作为地基。
4.2 建筑物类型选择
选择有利于抗大变形的建筑物类型。
大坝：以堆石坝、抗变形能力较强。
选择有利于抗震的平面设计（图、方形、矩形）无凹凸，有利的立面设计（利用沉降缝分割成规则单元）减轻重量，降低重心。
5 活断层的调查与判别
目的：确定断层带的位置、宽度、分支断裂发育情况。错动幅度及变形带宽度，以及活断层的活动时间间隔。
一、地质、地貌调查
植被、溪流、山脊错动、微地貌变形、不良地质现象、断层三角面等。断陷湖及洼地。
二、历史标志
历史上记录的地震证据和说明。
三、地震标志
震中沿一定的断层线分布。
四、航空摄影
低阳光角源空摄影，增加断层崖、断层三角面等地面起伏的阴影效果。
红外摄影，了解地下水的分布特征。
五、大地测量和活断层监测
六、断层带研究
开挖措施，研究最新沉积物是否被错断及错动幅度。
提取样品14C、TL、ESR
研究擦痕
研究断层性及混入物充填物（砂脉等）
注意区别假象
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岩层产状：是指岩层的空间位置。 逆断层：是沿断层面倾斜方向，上盘相对上升，下盘相对下降的断层。 地质年代：地球（壳）形成、发展、变化的历史年代。 矿物：天然形成的单中化合物，为均质固体，具有相对稳定的化学成份和物理性质。 承压水：充满于两个稳定隔水层间的重力水。 流砂：是地下水自下而上渗流时砂土产生流动的现象。 岩溶：岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现象统称为岩溶 滑坡：指斜坡上的岩土体或其它碎屑堆积物在自然或人为因素影响下失去稳定，沿一定的滑动面整体下滑的现象。 泥石流：由暴雨或冰雪迅速融化形成的急骤水流，挟带堆积在缓坡或山谷中的大量松散堆积物成为泥石洪流山前地带的现象。 软土：一般是指天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。膨胀土：是一种对环境变化，特别是对于湿热变化非常敏感，易于发生膨胀和收缩，产生膨胀压力的土。 潜水：埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。 逆断层：是沿断层面倾斜方向，上盘相对上升，下盘相对下降的断层。 背斜：背斜是两翼岩层以核部为中心向两侧倾斜，形态上是岩层向上弯曲的褶皱。向斜：向斜是两翼岩层向核部倾斜，形态上是岩层向下弯曲的褶皱。 整合接触：相邻的新、老地层产状一致，时代连续无间断。 地质构造：构造运动使岩层发生变形和变位，形成的产物称为地质构造。
洪积土：大雨或融雪水将山区或高地的大量碎屑物沿冲沟搬运到山前或山坡的低平地带堆积而成。 冲积土：河流地质作用形成的沉积物。 不整合(角度不整合)：相邻的新、老地层产状不一致以角度相交，且地层时代不连续。褶皱：岩层受力而发生的弯曲变形称为褶皱。 砂土液化：疏松且含水量高(或饱和)的砂性土在受到地震的情况下，砂体达到液化状态，丧失地基承载力。 膨胀土：是一种对环境变化，特别是对于湿热变化非常敏感，易于发生膨胀和收缩，产生膨胀压力的土。 结构面：岩体中各种具有一定方向，延展较大，厚度较小的二维地质界面均称为结构面。 正断层：是沿断层面倾斜线方向，上盘相对下降，下盘相对上升的断层。 地震烈度：地震对某具体地点的实际影响和破坏的强烈程度。 平行不整合：在沉积过程中，受到剥蚀，沉积作用间断，后来又下沉接受沉积，故其间缺失部分地层。 残积土：岩石经风化作用后残留在原地的碎屑物称为残积物或残积土，因其覆盖在地表，又常称为残积层。 风化作用：出露在地表的岩石，在太阳辐射作用下并与水圈、大气圈和生物圈接触，发生的物理、化学性质的变化。 平推断层：断层两盘基本无上下相对运动，而沿着断层面在水平方向发生相对位移，以走向断距为主的断层，叫平推断层。
活断层的工程地质研究 姓名： 班级： 学号：
一、基本概念 活断层，是指现今在持续活动的断层，或在人类历史时期或近期地质时期曾经活动过，极有可能在不远的将来重新活动的断层。后一种也可称为潜在活断层。断层在目前持续活动的标志，当然是判定活断层的无可争议的证据。如何判定潜在活断层则有各种不同的标准。《岩土工程勘察规范》：在全新地质时期（一万年）内有过地震活动或近期正在活动，在将来（今后100年）可能继续活动的断裂，称为活断层。全新活动断裂中，近期（近500年来）发生过地震震级大于或等于5级的断裂，或在今后100年内，可能发生大于或者等于5级的断裂，为发震断裂。 活断层有不同的分类。按运动速率分为A、B、C、D不同级别；按运动性质分为粘滑断层和蠕滑断层；按发震与否分为发震断层的和非发震断层的；按几何形态（两盘相对运动方向）分为走滑断层（又分左旋断层和右旋断层）、倾滑断层（正断层和逆断层）和混合型断层等。 二、活断层特性 活断层的特性需要从活断层类型、规模、错动速率和活动周期等方面进行研究。 （一）活断层工程地质分类 为适应我国振兴经济, 建立对工程适用性较强的活断层工程地质分类, 已经成为当代中国和国际社会大规模工程建设急待解决的新问题。鉴于活断层对工程的影响主要表现为灾害性质, 工程地质的目标是要提出灾害减缓的对策, 首先建立一个满足工程需要的灾害性工程地质分类原则, 弥补当代活断层研究中为地震学服务的局限性, 摆脱现存活断层研究中那种以时限为基础的状况, 使活断层研究与工程灾害直接结合起来。大量实践证明, 活断层的工程灾害主要通过直接发震、蠕动、积累较高的地应力及增强断裂带地下水循环交替而导致断层带岩石软化, 进而导致滑坡和崩塌作用等的发生。据此, 提出活断层工程地质分类如 表2。 第一类, 灾害型活断层, 第二类, 危害型活断层, 第三类, 灾害减缓型活断层, 第四 类, 安全型活断层。 （二）活断层规模（断层活动段的长度L和错距D）
《工程地质学》课程教学大纲 【英文译名】：Engineering?Geology 【适用专业】：地质工程 【学分数】： 【总学时】：40 【实践学时】：8 一、本课程教学目的和课程性质 本课程是为地质工程专业本科开设的一门专业基础课，必修课。课程系统地讲授岩土工程地质性质及工程动力地质作用。系统概括了工程地质学最基本的原理和方法。在教学过程中适量安排一定时间的参观及试验。通过本课程教学，培养学生掌握工程地质学最基本的原理与方法，了解国内外工程地质学领域的研究动态，能从系统的、动态的角度认识人类工程活动与地质环境的相互关系，为今后研究与解决工程地质、水文地质、地震地质、环境地质等方面有关的工程问题奠定坚实的基础。 二、本课程的基本要求 通过本课程的学习，使学生掌握岩土的工程地质性质、工程动力地质作用等工程地质学最基本的原理和方法，并能初步应用工程地质学的基本原理分析工程地质问题，能运用力学原理进行工程地质问题的定量评价等。为学习后继课程以及从事工程地质工作和科学研究打下一定的基础。在教学过程中，应注意培养学生对工程地质问题分析中的地质思维逻辑，辩证唯物主义的科学思维方法和实事求是、严谨认真的工作作风。
三、本课程与其他课程的关系 本课程学习前必须学习《动力地质学》、《矿物学》、《岩石学》、《构造地质学》、《水文地质学》、《地层学》、《地貌及第四纪地质学》、《工程力学》等课程。 四、课程内容 绪论 一、工程地质学的研究对象与任务 二、工程地质学的研究内容、分科及其与其它学科的关系 三、工程地质学的发展历史 四、本课程的内容与学习方法 重点了解工程地质学的研究对象和任务，工程地质学的研究内容；了解工程地质学分科及其与其它学科的关系，工程地质学的发展历史。 重点：工程地质学、工程地质条件及工程地质问题的概念；工程地质学的意义 第一章土的物质组成与结构、构造 第一节土的粒度成分 粒径、粒组概念；粒组划分；粒度成分测定与表示；土按粒度成分分类； 第二节土的矿物成分 土中矿物成分类型；矿物成分与粒度成分的关系；粘土矿物的类型及其工程地质特征 第一节土中的水与气体
工程地质形成性考核册参考答案 工程地质作业1 一、选择题1C 2A 3D 4C 5A 6A 7B 8B 9A 10D 11A 12C 13A 14A 15A 二、判断题1 √ 2 × 3 × 4 ×5× 6 √7×8 ×9 ×10 √ 三、简答题 1、简述工程地质学及其内容。 工程地质学是研究人类工程活动与地质环境相互作用的一门学科，是地质学的一个分支。它把地质科学的基础理论应用于土木工程实践，通过工程地质调查、勘探等方法，弄清建筑物的地质条件（环境），为土木工程建筑的规划、设计、施工提供可靠的地质资料，并预测和论证工程建筑和地质环境的相互作用，进而提出防治措施。 2、什么是工程地质条件 工程地质条件是指与工程建设有关的地质条件的总和，它包括土和岩石的工程性质、地质构造、地貌、水文地质、地质作用、自然地质现象和天然建筑材料等方面。 3、岩石坚硬程度分类的依据是什么？ 岩石坚硬程度类型有哪些？岩石坚硬程度分类的依据是岩石的饱和单轴抗压强度岩石坚硬程度类型有：坚硬岩、软硬岩、较软岩、软岩和极软岩。 4、什么是地质作用？内外地质作用是怎么改造地球的？ 在自然界中所发生的一切可以改变地球的物质组成、构造和地表形态的作用称为地质作用。内力地质作用通过地壳运动、地震作用、岩浆作用和变质作用改造地球；外力地质作用通过风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用改造地球。 5、什么是变质岩？变质岩有哪些主要矿物、结构和构造？ 常见变质岩的鉴别特征是什么？由变质作用形成的岩石称为变质岩。变质岩的矿物有两部分，一部分为岩浆岩和沉积岩所共有：石英、长石、云母等；另一部分为变质作用后所产生的特有变质矿物：红柱石、矽线石、蓝晶石等。变质岩的结构可分为变余结构、变晶结构和碎裂结构。变质岩的构造主要包括变余构造和变成构造。常见变质岩的鉴别特征是特有的变质矿物。 四、论述题 1、影响岩石工程地质的因素岩石工程地质性质的因素是多方面的，但归纳起来，主要有两个方面；一是岩石的地质特征，如岩石的矿物成分、结构、构造及成因等；另一个是岩石形成后所受外部因素的影响，如水的作用及风化作用等。 工程地质作业 2 一、选择题1B 2D 3D 4A 5C 6D 7A 8A 9B 10 A 11B 12B 13A 14A 15D 二、判断题1 √ 2 √ 3 × 4 ×5√ 6 ×7 ×8 √ 9 × 10 × 三、简答题 1．叙述张节理的主要特征。 答：张节理的主要特征是产状不很稳定，在平面上和剖面上的延展均不远；节理面粗糙不平，擦痕不发育，节理两壁裂开距离较大，且裂缝的宽度变化也较大，节理内常充填有呈脉状的方解石、石英，以及松散工已胶结的粘性土和岩屑等；张节理一般发育稀疏，节理间的距离较大，分布不均匀。 2.在野外如何测定岩石的产状？ 答：岩石的产状要素用地质罗盘在岩层层面上直接测量。测量走向时，使罗盘的长边
第一章绪论 1、概念 （1）、工程地质学 研究人类工程活动与地质环境之间相互制约的关系，以便科学评估，合理利用，有效改进和妥善保护地质环境的科学。 （2）、工程地质条件 指工程建筑物所在地区与工程建筑有关的地质环境各项因素的综合。 （3）、工程地质问题 工程建筑条件与工程建筑物之间存在的矛盾或问题。 （4）、岩土工程 土木工程中涉及岩石、土、地下、水中的部分称岩土工程。 2、简述人类活动与地质环境的关系 （1）地质环境对人类活动的制约 ①影响工程活动的安全 ②影响工程建筑的稳定性和正常使用 （2）人类活动对地质环境的制约（工程活动破坏地质环境） （3）工程活动与地质环境之间的相互制约 人类开采矿产会对地质环境造成破坏，形成各类地质灾害。地质环境影响人类工程活动，比如工程建设必须作地下水保护论证、渗漏评价、地质灾害危险性评估、压覆矿产调查等等 3、工程地质条件主要包括哪些？ ①岩土类型及性质（地层岩性与性质） ②地质构造（断层、褶皱、节理等） ③地形地貌（平原、丘陵、山区等） ④水文地质（地下水成因、埋藏、动态、成分等） ⑤不良地质现象（滑坡、岩溶、泥石流等） ⑥天然建筑材料（砂砾、石块等） 4.工程地质问题主要包括哪些？ ①区域稳定性问题 ②地基稳定性问题 ③斜坡稳定性问题 ④围岩稳定性问题 5. 工程地质学的研究内容和任务是什么？ （1）区域稳定性研究与评价—由内力地质作用引起的断裂活动，地震对工程建设地区稳定性的影响 （2）地基稳定性研究与评价—指地基的牢固，坚实性 （3）环境影响评价—指人类活动对环境造成的影响 总的来说就是研究工程建设与地质环境的相互制约关系，促使矛盾转化和解决，既保证工程安全，经济，正常使用，又合理开发和利用地质条件 6.说明工程地质在土木工程建设中的作用。 建筑场地工程地质条件的优劣直接影响到工程的设计方案类型，施工工期的长短和工程投资的大小，影响基础建设
一、工程地质学基本概念及方法 1、工程地质学 工程地质学就是地质学的分支学科,它就是一门研究与工程建设有关的地质问题、为工程建设服务的地质科学,属应用地质学的范畴。 2、工程地质条件 工程地质条件指的就是与工程建筑有关的地质因素的综合。地质因素包括:岩土类型及其工程性质、地质结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用与天然建筑材料等方面。 3、工程地质问题 指工程建筑物与地质条件之间的矛盾或问题。如:地基沉降、水库渗漏等。 4、不良地质现象 对工程建设不利或有不良影响的动力地质现象。它泛指地球外动力作用为主引起的各种地质现象,如崩塌、滑坡、泥石流、岩溶、土洞、河流冲刷以及渗透变形等, 它们既影响场地稳定性,也对地基基础、边坡工程、地下洞室等具体工程的安全、经济与正常使用不利。 5、工程地质学的任务 1、阐明建筑地区的工程地质条件,并指出对建筑物有利的与不利的因素; 2、论证建筑物所存在的工程地质问题,进行定性与定量的评价,作出确切的结论; 3、选择地质条件优良的建筑场址,并根据场址的地质条件合理配置各个建筑物; 4、研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响,预测其发展演化趋势,并提出对地质环境合理利用与保 护的建议; 5、根据建筑场址的具体地质条件,提出有关建筑物类型、规模、结构与施工方法的合理建议,以及保 证建筑物正常使用所应注意的地质要求; 6、为拟定改善与防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。 6、工程地质学的研究方法 工程地质学的研究方与它的研究内容相适应的,主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法与工程地质类比法。四种研究方法各有特点,应互为补充,综合应用。其中自然历史分析法就是最重要与最根本的研究方法,就是其它研究方法的基础。 7、岩石力学、土力学与工程地质学有何关系 岩石力学与土力学与工程地质学有着十分密切的关系,工程地质学中的大量计算问题,实际上就就是岩石力学与土力学中所研究课题,因此在广义的工程地质学概念中,甚至将岩石力学、土力学也包含进去,土力学与岩石力学就是从力学的观点研究土体与岩体。它们属力学范畴的分支。 二、活断层工程地质研究 1、活断层的定义 活断层指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层(即潜在活断层)。 2、活断层的特征及分类 (1)活断层就是深大断裂复活的产物 (2)活断层具有继承性与反复性 (3)活断层按活动方式可以分为地震断层(粘滑型活断层)与蠕变断层(蠕滑型活断层)。
1.野外鉴别走滑型活断层最好的地貌标志是河流沟谷的同步错移。 2.同一烈度震害区,对于同一建筑来说,以土层为地基的建筑一定比以基岩为地基的建筑损害程度大。 3.砂土相对密度愈低,愈易产生地震液化。 4.斜坡成坡后,在坡顶处形成剪应力集中带。 5.砂土的渗透系数越大,产生管涌的临界水力梯度越小。 6.深层岩溶是原来在地表附近形成的岩溶由于地壳下降运动而埋藏到地下深部的。 7.水库蓄水前,只要河间地块存在分水岭,蓄水后就不会产生库水向邻谷渗漏。 8.潜在正断型应力场产生水库诱发地震的可能性最小。TTTFTFFF 1.把一类以突然错动并产生地震的活动断层称为蠕滑断层。 2.地震震动破坏静力分析法是考虑由地面振动的最大加速度引起的惯性力。 3.地震震动时间越长、饱和砂层越厚埋深越浅,越易产生震动液化。 4.边坡破高越大、坡度越小,越容易在坡顶面及坡脚处产生应力集中区。 5.滑坡后部陡倾,前部缓倾滑坡,容易产生牵引式滑动。 6.深层岩溶是原来在地表附近形成的岩溶由于地壳下降运动而埋藏到地下深部的。 7.有可能产生渗透变形的土体,其细粒含量越高、土的粒度越均一,越容易产生流土。 8.两种不同溶液的水相混合后,溶蚀作用有所减小。
9.按以往震例来看,应变积累速率较高地区,透水性好的坚硬岩体库盆、库水深的条件下,容易产生水库地震。 10.斜坡变形一般可以分为卸荷回弹,局部破裂、崩塌弯曲倾倒等形式。FTTFFTTFT 1.水库蓄水前,河间地块存在地下分水岭,蓄水后将不会产生库水向邻谷的渗漏。 2.斜坡变形的结果将导致斜坡的破坏。 3.在岩土体稳定性评价中,由于边界条件、荷载条件、岩土体强度等难以精确确定,通常在设计上考虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值,此即稳定性系数。 4.地震烈度是衡量地震本身大小的尺度,由地震所释放出来的能量大小来确定。 5.用标准贯入试验判定砂土液化时,若某一土层的实际贯入击数大于临界贯入击数,则该土层液化。FFFFF 1.野外鉴别走滑型活断层最好的地貌标志是河流沟谷的同步错移。 2.同一烈度震害区,对于同一建筑来说,以土层为地基的建筑一定比以基岩为地基的建筑损害程度大。 3.砂土相对密度愈低,愈易产生地震液化。 4.斜坡形成后,在坡顶处形成剪应力集中带。 5.砂土的渗透系数越大,产生管涌的临界水力梯度越小。 6.深层岩溶是原来在地表附近形成的岩溶由于地壳下降运动而埋藏到地下深部的。
绪论 、名词解释 1）工程地质学：地质学的一个分支学科，是一门研究与工程建设相关的地质环境问题，是工程科学和地质学相交叉的一门边缘学科。 2）地质工程（Geoengineerig）：指以地质体为工程结构?以地质体为工程的建筑材料，以地质环境为工程的建筑环境修建的一种工程。 3）工程地质条件（Engineering geological condition：指与工程建筑物有关的地质因素的综合。地质因素包括岩土类型及其工程性质、地质结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等方面，是一-个综合概念。4）工程地质问题（Engineering geological problem：工程地质条件与建筑物之间所存在的矛盾或问题。 二、填空 工程地质学发展趋势是环境工程地质、矿山工程地质、地震工程地质、海洋工程___________ 1）工程地质学的任务是什么？ ①阐明建筑地区的工程地质条件，并指出对建筑物有利和不利的因素； ②论证建筑物所存在的工程地质问题，并进行定性和定量评价，做出确切结论； ③选择地质条件优良的建筑场地，并根据场地工程地质条件对建筑物配置提出建议； ④研究工程建筑物建成后对地质环境的影响，预测其发展演化趋势，提出利用和保护地质环境的对策和措施； ⑤根据所选定地点的工程地质条件和存在的问题，提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议，以 及保证建筑物正常施工和使用所应注意的地质要求； ⑥为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。 2）工程地质学的研究方法是什么？ 工程地质学的研究方法主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地质类比法。 自然历史分析法即为地质学的方法，它是工程地质学最基本的一种研究方法。 工程地质学所研究的对象一一地质体和各种地质现象，是自然地质历史过程中形成的，而且随着所处条件的变化，还在不断地发展演化着。 查明各项自然地质条件和各种地质现象以及它们之间的关系，预测其发展演化的趋势及结果。 数学力学分析法是在自然历史分析的基础上开展的，对某一工程地质问题或工程动力地质现象在进行 自热历史分析之后，根据所确定的边界条件和计算参数，运用理论公式或经验公式进行定量计算。 由于自然地质条件比较复杂，在计算时时常需要把条件适当简化，并将空间问题简化为平面问题来处理。一般的情况是，先建立一地质模型（物理模型），随后抽象为数学模型，代入各项计算参数进行计算。 模型模拟试验法在工程地质研究中也常被采用，它可以帮助我们探索，自然地质用的规律，揭示某一工程动力地质作用或工程地质问题产生的力学机制以及发生、发展演化的全过程，以便我们作出正确的工程地质评价。 工程地质类比法在工程地质研究中也是常用的一种方法，也可以用于定性评价，也可作半定量评价。它是将已建建筑物工程地质问题的评价经验运用到自然地质条件与之大致相同的拟建的同类建筑物中去。 3）我国工程地质的研究现状是什么？ 岩体工程特性研究和岩体工程地质力学的创立 区域工程地质和区域地壳稳定性研究 环境工程地质和地质灾害的研究特殊土结构和工程特性的研究工程地质勘察的理论和技术方法
断层的工程地质研究 1 基本要领及研究意义 活断层：目前还在持续活动，或在近期地质历史时期活动过，极可能在不远的将来重新活动的断层 10000年以来活动过的断层称全新活动断层。 活断层的活动特征：蠕滑、粘滑。 意义（工程意义）：规避重大破坏性地震对建筑群的破坏，防止因活断层位错坏建筑物（无破坏性地震）。 2 活断层的特性 包括：活断层的类型 活动方式 规模 错动速率及基本分级 活动周期 古地震事件 2.1 活断层的类型和活动方式 按构造应力状态，活断层可划分为三类： 走向滑动型（平移断层） 逆断层 正断层 由于三类活断层的几何特征及运动特性各不相同，因而对工程场地的影响也不同。 一、走向滑动断层 应力状态为2σ垂直，1σ、3 σ水平。 特征：断层面倾向大（近于垂直） 断层的地表出露线平直 地貌上常形成陡直的断崖 以水平运动为主，相对垂直升降量很小 分支断裂较少，断层带宽度小 这类断层的水平错动量往往很大，因而易于识别，易于发生强震。 一、逆断层 应力状态为3σ垂直，1σ、2 σ水平。 特征：断层地倾角较小，一般20－40o 之间，上盘上升引起上盘一侧地面隆升，下盘一般无地表变形，分支断层发育，主要产生在上盘。 断层面的地面出露线不平直，呈波状弯曲。 逆断层也是强烈发震断层。
三、正断层 应力状态为1σ垂直，2σ、3σ水平。 特征： 断层面倾角介于逆断层与平移断层之间，一般60~80o之间。上盘下降并发育分支断层 近断层可以引发中强震。 由于地应力场的复杂性，因此，实际发育的断层往往既有水平运动分量亦有垂直运动分量。因为形成走滑逆冲断层或走滑正断层等。 活断层活动的两种基本方式：粘滑和稳滑。 易发生同期强地震。 2.2 活断层的长度和断距 对活断层，其长度和断距是表征活断层的重要数据，通常用：强度导致地面破裂的长度（L ）和一次错段的最大位移（D ）来表示。 一般地震地表错段长度从由百米至数百公里，最大位移自几十厘米至十余米。 地震愈大，震源愈浅，则地表错段就愈长。 我国的经验公式为： 25.5lg 19.1+=L M 或： 25.256.0-=M L 统计分析是一种常用的研究方法。 然而，断裂面长度与震级之间的关系并非如此简单，还受许多因素的影响。如断裂面的形状，剪切模量、断层性质、大地构造环境等因素有关。 但若采用地震面波震级Ms 与L lg 或D lg 进行相关分析，则有较好的关系，见图4-12和4-13。（P147） 分支断裂的错断位移则随主断层的距离加大而减少。 2.3 活断层的错动速率和重复周期 错动速率与地震重现周期是地震预报的重要数据。一般活断层错动的速率愈大，则两次错断的时间间隔就愈短。 率有时较难。 另一种研究方法，叫地质、地貌分析法。重要研究大地震事件。古地震事件的地貌证据： 走滑型：冲沟 、溪流、阶地、冲积扇和山脊错断 倾滑型：断层陡坎、断层三角面、断陷湖等 此外，如错断第四系、地震崩积楔、地震冲填楔等。
工程地质习题及答案 1．地壳与地质作用 1 在野外的褶曲，一般向斜处为谷，背斜处为山的说法是（C ）。 （A）正确的（B）不正确的（C）不一定 2 褶曲的基本形态是（A ）。 （A）背斜褶曲和向斜褶曲（B）向斜褶曲和倾斜褶曲 （C）背斜褶曲和水平褶曲（D）水平褶曲和倾斜褶曲 3 关于褶曲分类正确的是（D ）。 （A）按褶曲的轴面产状分为水平褶曲、直立褶曲 （B）按褶曲的轴面产状分为水平褶曲、倾伏褶曲 （C）按褶曲的枢纽产状分为水平褶曲、直立褶曲 （D）按褶曲的枢纽产状分为水平褶曲、倾伏褶曲 4 上盘沿断层面相对上升，下盘沿断层面相对下降的断层是（B）。 （A）正断层（B）逆断层（C）平推断层（D）冲断层 5 断层的上升盘一定是断层的上盘吗？（C ） （A）是（B）不是（C）不一定 6 地壳运动促使组成地壳的物质变位，从而产生地质构造，所以地壳运动亦称为（A ）。（A）构造运动（B）造山运动（C）造陆运动（D）造海运动 7 “大陆漂移说”认为地壳以（A ）。 （A）水平运动为主，且大陆块在不断地运动 （B）水平和升降运动为主，且大陆块在不断地运动 （C）升降运动为主，且大陆块在不断地运动 （D）构造运动为主，且大陆块在不断地运动 8 国际性通用的地质年代单位是（B ）。 （A）代、纪、时（B）代、纪、世 （C）代、纪、期（D）代、系、世 9 褶皱结构的两种基本形态是（B ）。 1 倾伏褶曲 2 背斜 3 向斜 4 平卧褶曲 A 1和2 B 2和3 C 1和4 D 3和4
10 两侧岩层向外相背倾斜，中心部分岩层时代较老，两侧岩层依次变新的是（ C ）。 A 向斜 B 节理 C 背斜 D 断层 11 两侧岩层向内相向倾斜，中心部分岩层时代较新，两侧岩层依次变老的是（ B ）。 A 节理 B 向斜 C 背斜 D 断层 12 由走向大致相同、倾向相反、性质相同的数条断层组成的断层，有一个共同的下降盘成为（A ）。 A 地堑 B 地垒 C 阶梯状断层 D 逆掩断层 13 褶曲分类正确地说法（D ）。 A 按褶曲的枢纽产状分为倾斜褶曲、水平褶曲 B 按褶曲的轴面产状分为平卧褶曲、倾伏褶曲 C 按褶曲的枢纽产状分为水平褶曲、倒转褶曲 D 按褶曲的枢纽产状分为水平褶曲、倾伏褶曲 14 断裂构造主要分为（C ）两大类。 1 节理 2 断层 3 向斜 4 背斜 A 1和3 B 2和4 C 1和2 D 3和4 15 未发生明显位移的断裂是（C ）。 A 断层 B 解理 C 节理 D 片理 16 发生明显位移的断裂是（A ）。 A 断层 B 解理 C 节理 D 层理 17 按断层的两盘相对位移情况，将断层分为（C ）。 1 正断层 2 逆断层 3 平移断层4走向断层 5 倾向断层 A 1、3、4 B 2、3、5 C 1、2、3 D 3、4、5 18 上盘相对下移，下盘相对上移的断层是（A ）。 A 正断层 B 平移断层 C 走向断层 D 逆断层 19 上盘相对上移，下盘相对下移的断层是（D ）。 A 正断层 B 平移断层 C 走向断层 D 逆断层 20 地质构造是地壳运动在岩层或岩体中遗留下来地各种构造痕迹，因此又把地壳运动称为（A ）。 A 构造运动 B 造海运动 C 造山运动 D 造陆运动 21 确定岩层空间位置时，是使用（D ）要素。
绪论 教学目的：本章主要讲述工程地质学的研究对象、任务与分科，介绍人类工程活动与地质环境的相互作用 和相互制约关系，工程地质分析的基本方法以及工程地质分析原理的学习内容及学习方法。 教学重点和难点：本章重点：（1）类工程活动与地质环境的相互作用的特点和形式；（2）工程地质条件 和工程地质问题基本概念；（3）工程地质分析的基本思想方法。本章难点：（1）“工程地质条件以及人类 工程活动与地质环境之间相互制约”特点和形式的认识与理解；（2）工程地质条件和工程地质问题的多样 性和复杂性及其相互关系。 主要教学内容及要求： （1）掌握人类工程活动与地质环境的相互作用和相互制约关系，工程地质学的基本任务、研究对象及分科， （2）了解学习本课程的目的。 （3）掌握工程地质条件及其内容、工程地质问题等基本概念。 （4）理解地质分析或自然历史分析方法和地质过程机制分析—定量评价方法。 第一篇区域稳定及岩体稳定分析的几个基本问题 第一章地壳岩体结构特征的工程地质分析 教学目的：本章主要讲述岩体结构研究的工程地质意义、岩体的结构特征及主要类型、岩体原生结构特征 的岩相分析、岩体结构构造改造的地质力学分析以及岩体结构面的特征描述与统计分析方法。 教学重点和难点：本章重点：（1）岩体结构面的主要类型及特征；（2）岩体结构面的特征描述与统计分 析方法；（3）岩体结构构造改造的地质力学分析。本章难点：（1）岩体原生结构特征的岩相分析理论与 方法；（2）如何应用岩相分析方法和地质力学分析方法对岩体结构特征进行评价预测。 主要教学内容及要求： （1）掌握岩体、岩体结构、结构面、结构体的基本概念，建造和改造在岩体结构形成中的作用，研究岩体结构特征的意义； （2）掌握结构面的主要类型及特征，了解岩体结构面的等级分类； （3）掌握岩体的结构类型分类及构造与改造的消长关系对岩体结构分类的控制作用，理解岩体工程应用分类的实质，了解岩体工程应用分类的代表性方案； （4）了解岩体原生结构特征的成因类型与岩体结构的岩相分析方法； （5）了解岩体结构的构造改造特征及其地质力学分析方法； （6）掌握结构面的统计测量与特征描述方法以及结构面基本指标的量化分析方法及统计分析方法。 第二章地壳岩体的天然应力状态 教学目的：本章主要讲述岩体天然地应力状态的形成及其类型、天然地应力分布的一般规律、我国地应力 场的空间分布特征、地壳表层岩体应力状态的复杂性以及区域地应力场与岩体地应力的研究方法。 教学重点和难点：本章重点：（1）天然地应力的基本类型及一般分布规律；（2）地壳表层高地应力地区 的地质地貌标志（3）我国地应力场空间分布的一般规律。本章难点：（1）地表岩体应力状态的复杂性； （2）构造应力场的演变史及现今地应力场的基本特征。 主要教学内容及要求： （1）掌握岩体应力的概念，了解岩体天然应力状态的研究意义； （2）了解天然应力的形成原因，掌握天然地应力的基本类型与分布规律； （3）掌握我国地应力场空间分布的一般规律； （4）理解地壳表层地应力状态的复杂性，掌握区域性垂向剥蚀卸荷与河谷侵蚀侧向卸荷对地应力状态的影响以及地壳表层高地应力区的地质地貌标志； （5）理解构造应力场的演变史及现今地应力场的基本特征，了解地应力的测定方法与区域地应力场的模拟研究方法。 第三章岩体的变形与破坏
综合测试试题一 一、名词解释（20分） 1．活断层：指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活 动的断层（即潜在活断层）。 2．砂土液化：饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。 3．混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。 4．卓越周期：地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。 5．工程地质条件：与工程建筑物有关的地质条件的综合，包括：岩土类型及其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质、工程动力地质作用、天然建筑材料六个方面。 二、填空题（20分） 1．活断层的活动方式有地震断层（粘滑型）和蠕变断层（蠕滑型） 2．工程地质学的基本研究方法有自然历史分析法、数学力学分析法、\工程地质类比法\和\模型模拟实验法\ 3．斜坡变形的形式较多，主要有\拉裂（回弹）\蠕滑\弯曲倾倒三种 4．按滑坡动力学性质分类，可分为推落式平推式、牵引式性所多余的约束。 三、判断题（共20分，每题4分）：全错 1.水库蓄水前，河间地块存在地下分水岭，蓄水后将不会产生库水向邻谷的渗漏。 2．斜坡变形的结果将导致斜坡的破坏。 3．在岩土体稳定性评价中，由于边界条件、荷载条件、岩土体强度等难以精确确定，通常在设计上考虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值，此即稳定性系数。 4．地震烈度是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量大小来确定。 5．用标准贯入试验判定砂土液化时，若某一土层的实际贯入击数大于临界贯入击数，则该土层液化。 四、问答题（40分） 1．识别滑坡的标志有： （1）地形地貌方面：滑坡形态特征、阶地、夷平面高程对比 （2）地质构造方面：滑体上产生小型褶曲和断裂现象滑体结构松散、破碎 （3）水文地质方面：结构破碎→透水性增高→地下水径流条件改变→滑体表面出现积水洼地或湿地，泉的出现 （4）植被方面：马刀树、醉汉林 （5）滑动面的鉴别 勘探：钻探 变形监测：钻孔倾斜仪
活断层工程地质 第一节概述 活断层和地震是两种密切相关的工程动力地质作用，在工程地质学领域内将活地层和地质活动所产生的工程地质影响。称为‘区域地壳稳定性问题’ 大于90%地震与断层活动有关 据活断层的活动方式和特点分为 （1）蠕滑断层 （2）粘滑断层，产生地震（地震断层） 第二节活断层 一概念及意义 实际上有争议 美国原子能委员会从历史性和现实性观点出发，将新断层分为 1. 狭义的，称为“活动断层”，其概念是，全新世(1X104a)以来活动的断层，并且未来仍有可能活动，其活动可以找到地质的、历史考古的、地震活动的、地球物理的以及大地测量的诸种证据，它对现代工程实践和地震预报等有着最直接和密切的关系。 2. 广义的，称为“能动断层”，其含义是：①在过去3．5X104a 内至少有过一次活动证据．或在过去50X104a内有反复活动 的证据；②与之有联系的断层；③沿该断裂带仪器记录到微震活动。美国的这个概念后来被不少国家参考使用。 我国规定潜在活断层的时间上限，铁路线为1X104a．高坝和核电站为5X 104a。 二活动断层对工程建筑影响表现 活断层对工程建筑物的影响表现为两个方面。 1．是活断层的地面错断直接损害跨越该 断层修建的建筑物；有些活断层错动时附近伴生的地面变形，也会影响到邻近建筑物。 2．是伴有地震发生的活断层，强烈的地面振动对较大范围内建筑物的损害。例如，位于美国西海岸南部的圣安德烈斯大断 层是世界上最活跃的活断层之一，其中从霍利斯特至帕克菲尔德约200km 长的区段内，激光测距获得的断层蠕动速率是l—4cm/a，因而跨越该断层的公路、围墙等建筑物，几年内就能发现较大的错位。我国宁夏石咀山市红果子沟．明代中、晚期修建的一段 东西向长城，有两处被断层错断，均呈右旋扭动，同时存在水平和垂直错动，其中水平错距1．45m，垂直错距0．9m．由此估算其错动速率水平和垂直方向各为3．63及2．25mm／a。 鉴于活断层对工程建筑物的影响，因而对之研究有重要的实际意义。但是，对这一问题的确切评价难度较大，尤其在定量评价方面尚存在不少问题。因而在选择建筑物场址时应尽可能避开活断层，或根据具体情况采取一些比较合理的措施。以预防其 可能造成的损害。 三活地层的基本证据 （一）活断层是深大断裂复活运动的产物 国内外大量的研究结果表明．活断层往往是地质历史时期产生的深大断裂，在挽近期及现代地壳构造应力条件下重新活动而产生的。深大断裂指的是切穿岩石圈、地壳或基底的断裂．其延伸长度达数十、数百、甚至数千公里，切割深度数公里至百余 公里。复活运动的标志是地震活动和地热流异常等．尤其是那些走滑型活断层最易伴生强震．形成地震带。例如，我国川西的 安宁河地震带和则木河地震带。 （二）活断层的继承性和反复性 研究资料表明，活断层往往是继承老的断裂活动的历史而继续发展的，而且现今发生地面断裂破坏的地段过去曾多次反复地发生过同样的断层运动。 活动标志：地震活动和地热流异常。 我国活断层的分布．总体来说是继承了老的断裂构造，尤其是中生代和第三纪以来断裂构造的格架。这些断裂处于由几个板块相互作用所控制的现代地应力场中而继续活动，并在一定程度上发育了新的活动部位。根据活断层的类型和活动方向，东部 地区以NE和NNE走向的正断层和走滑一正断层为主，西部地区以NW和NWW走向的走滑和逆冲一走滑断层为主。而且西部地区的活动强度明显大于东部，一些巨大的活动断裂带控制了强震孕育和发生。