《工程地质》断裂构造

§3.3断裂构造断裂构造——指岩层受构造运动的作用，当所受的构造应力超过其破裂强度时，岩石或岩块失去连续性而产生断裂的地质构造。断裂构造的主要类型一、节理(裂隙)二、断层一、节理北京西山的一条张剪性节理指岩层受力断开后，断裂面两侧岩层沿断裂面没有明显相对位移的断裂构造。节理（一）节理分类1．按与岩层产状的关系分为：1-走向节理；2-倾向节理；3-斜交节理；4-岩层走向2．按力学性质分类：剪节理张节理剪节理——由剪应力产生的破裂面。特征：平直闭合,分布较密;走向稳定，延伸深远;裂隙面光滑，常有擦痕;常常呈“X”型;可切穿砾石。剪节理——由剪应力产生的破裂面。特征：平直闭合,分布较密;走向稳定，延伸深远;裂隙面光滑，常有擦痕;常常呈“X”型;可切穿砾石。张节理——由张应力产生的破裂面。特征：裂隙张开宽，间距大；裂隙面粗糙，少有擦痕；延伸不远；常呈豆荚状、树枝状；常绕开砾石。3．按节理成因分类：原生节理构造节理表生节理原生节理是指岩石成岩过程中形成的节理。构造节理指由构造运动产生的构造应力形成的节理。表生节理由卸荷、风化、爆破等作用形成的节理。4．按节理与褶皱轴的关系分类：a.纵节理；b.斜节理；c.横节理（二）节理发育程度分级依据：节理的组数、密度、长度、张开度及充填情况发育程度分级基本特征节理不发育节理1～2组，规则，为构造型，间距在1m以上，多为密闭节理，岩体切割成大块状。节理较发育节理2～3组，呈X形，较规则，以构造型为主，多数间距大于0.4m，多为密闭节理，部分为张开节理，少有充填物。岩体切割成大块状。节理发育节理3组以上，不规则，呈X型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分为张开节理，部分有充填物。岩体切割成块石状。节理很发育节理3组以上，杂乱，以风化和构造型为主，多数间距小于0.2m，以张开节理为主，有个别宽张节理，一般均有充填物。岩体切割成碎裂状。（三）节理的工程地质研究观测研究节理时，首先应注意节理的性质、矿化现象、先后次序、空间的相互关系和形成的时代，其次是原地岩石性质，产状和所处的构造部位。（四）节理调查研究的内容1.节理的成因类型、力学性质；2.节理的组数、密度和产状；3.节理的张开度、长度和节理面壁的粗糙度；4.节理的充填物质及厚度、含水情况；5.节理发育程度分级。（五）节理对工程的影响1．是地下水的通道。加速岩石的溶解破坏，尤其在可溶盐地区易形成溶洞，发育成为地下暗河；2．加速风化作用和冻胀作用；3．降低岩石力学强度，降低工程的稳定性；4．降低爆破效率；5．降低地基承载力。垂直节理风化后形成地貌二、断层断层是指岩石在构造应力作用下发生断裂，沿断裂面两侧的岩块发生明显的相对位移的断裂构造。岩石在构造应力作用下发生断裂，沿断裂面两侧的岩块发生明显的相对位移的断裂构造。断层二、断层（一）断层的几何要素（二）断层的分类（三）断层的野外鉴别与研究（四）断层两盘相对运动方向的判别（五）确定断层的形成时期（六）断层的工程地质评价(一)断层的几何要素2．断层线断层面与水平面或垂直面的交线。1.断层面2.断层线3.上盘4．下盘1．断层面指断层中两侧岩层沿其运动的破裂面。3．断盘断层两侧相对移动的岩层。1.断层面2.断层线3.上盘4．下盘4．断距指岩层中同一点被断层断开后的位移量。水平断距(am)重直断距(bm)总断距(ab)(二)断层的分类逆断层平移断层正断层1．根据断层两盘相对运动的方向分为：上盘下降正断层：上盘相对下降或下盘相对上升的断层。小型低角度正断层上盘上升逆断层：上盘相对上升或下盘相对下降的断层。逆断层按照断层面的倾角又可分为：冲断层断层面倾角＞45°；逆掩断层断层面倾角在25～45°；辗掩断层断层面倾角＜25°。辗掩断层一般规模巨大，常有时代较老的地层被推覆到时代新的地层之上，形成推覆构造。四川彭县逆冲推覆构造逆冲推覆构造发育地区遭受强烈侵蚀切割，将部分外来岩块剥蚀掉而露出下伏原地岩块。在一片外来岩块中露出一小片由断层圈闭的原地岩块，常常是较老地层中出现一小片由断层圈闭的较年轻地层，这种现象称为构造窗。如果剥蚀强烈，外来岩块被大片剥蚀，只残留小片孤零零的外来岩体，称为飞来峰。飞来峰表现为原地岩块中残留一小片由断层圈闭的外来岩块，常常是较年轻的地层中残留一小片由断层圈闭的较老地层。飞来峰常常成为陡立的山峰。飞来峰产状陡立的上寒武统灰岩沿平缓的断层面推掩在下奥陶统贾旺组泥岩之上，在山顶残留成飞来峰。水平错动平移断层：两盘沿断层走向相对移动的断层。注意！在实际情况中，平移断层往往是与前两类断层同时存在的，这类断层一般采用组合命名，称之为平移－逆断层、逆―平移断层、平移―正断层和正―平移断层。23472345811正断层例1：逆断层例2：冲断层234734582150°2．按断层面产状与岩层产状的关系分为：F1-走向断层；F2-倾向断层；F3-斜向断层在背斜两翼剖面上分别显示正断层和逆断层的假象倾向断层引起的效应左图是一个被横向平移断层切断的背斜，而在两翼的剖面上分别显示正断层和逆断层的错觉。因此判断地层性质必须从立体上和实际位移上全面分析地层两盘的错动。AB上盘沿岩层倾向滑动，垂直地层走向的剖面上表现为逆断层——平移断层引起的效应倾向断层引起的效应倾向断层的两盘沿断层面倾向滑动时，侵蚀夷平后的两盘岩层在平面上表现为水平错移，给人以平移断层的假象。AB倾向正断层引起的平移断层的假象——正（逆）断层引起的效应上述情况说明，倾向－平移断层与倾向－正(逆)断层引起的平面露头上的效应相似。野外观察断层时，不能仅仅根据水平面或剖面上岩层的错移判断断层性质。因此判断地层性质必须从立体上和实际位移上全面分析地层两盘的错动。当然实际中还有许多复杂的情况，这需要我们在以后的工作中不断地总结。3．按断层面走向与褶曲轴走向的关系分类：褶曲被横断层错断引起的效应平行纵断层；垂直横断层；斜交斜断层。逆断层冲断层4．按形成断层的力学性质，可分为：压应力压性断层，多为逆断层；张应力张性断层，多为正断层；剪应力扭性断层，多为平移断层。5．断层的组合类型阶梯状断层地堑和地垒叠瓦式断层阶梯状断层地堑和地垒地垒地堑叠瓦式构造台中地区叠瓦断层带(三)断层的野外鉴别与研究构造上地层上断层的伴生现象地貌、水文地质等各类标志：1．构造上的标志（构造线不连续）岩脉被切断，产生牵引现象2．地层上的标志地层的重复或缺失。对称式重复褶曲断层顺次式重复走向断层造成的地层重复和缺失断层性质断层倾斜与地层倾斜的关系二者倾向相反二者倾向相同断层倾角大于岩层倾角断层倾角小于岩层倾角正断层逆断层重复（A）缺失（D）缺失（B）重复（E）重复（C）缺失（F）断层两盘相对动向下降盘出现新地层下降盘出现新地层上升盘出现新地层3．断层的伴生现象牵引弯曲、擦痕、摩擦镜面、滑动槽子等也是帮助判断断层存在的标志。冲断层断层面上的擦痕平行的脊槽主要是方解石的生长纤维。阶步与擦痕大致垂直，其陡坎倾向指示上盘上冲。张性断层角砾岩砾石由石炭－二叠系灰岩组成，棱角状、大小不一、无分选，泥砂质胶结正断层断裂带由右向左破碎度增加，依次是构造透镜体带、断层角砾岩、碎裂岩，最后是断层泥4．地貌、水文地质和植被上的标志断层崖断层三角面东非大裂谷(2)串珠状的湖泊或洼地，泉水的带状分布，常表明有大断带存在。(3)正常延伸的山脊突然错断，正常流径的河流突然产生急转弯。〈断层两盘相对平移〉(4)植物也可作为参考，有时沿断层两侧因岩性不同，而生长截然不同的植物群落，有时则在断层带上生长着特殊的植物。(四)断层两盘相对运动方向的判别1.根据两盘地层的新老关系2.褶曲核部地层宽度的变化3.根据牵引现象4.根据标志层的错动5.断层角砾6.擦痕和阶步7.符号1.两盘地层的新老关系走向断层纵断层地层倒转断层倾角＜岩层倾角上升盘出露老岩层下降盘出露老岩层断层横切褶曲轴背斜上升盘核部地层变宽；向斜上升盘核部地层变窄。2.褶曲核部地层厚度的变化３.根据牵引现象牵引现象的弧形突出弯曲方向指示本盘运动方向。标志层4.标志层的错动断层角砾岩5.断层角砾6.擦痕和阶步擦痕——断面上平行而密集的沟纹；镜面——断面上局部平滑而光亮的面；阶步——擦痕及镜面末端常出现的“坎”。45°7．符号识别在地质图上，断层一般用粗红线醒目地标示出来，断层性质用相应符号表示。正断层平移断层逆断层注：短齿为上盘运动方向70°(五)确定断层形成的时期利用不整合接触关系利用断层与各类地质体的切割关系SDCJSDCPKOOSDCJSDCPKOOgm(六)断层的工程地质评价1.岩层发生强烈的断裂变动；岩体裂隙增多、岩石破碎、风化严重、地下水发育；岩石的强度和稳定性降低；影响工程的建筑和使用尽量避开大的断层破碎带路线与断层走向平行，路基靠近断层破碎带，边坡容易大规模坍塌。２.公路工程建设查明桥基部分有无断层、影响程度较为重大的建筑物放在断层的下盘。３.大桥桥位勘测４.断层发育地带修建隧道最不利岩层的整体性遭到破坏；地面水或地下水的侵入，其强度和稳定性都很差，容易产生洞顶坍落。隧道轴线与断层走向平行，则避免与断层破碎带接触。５.隧道横穿断层只有个别地段受影响地质及水文地质条件不良预先考虑措施，保证施工安全特别当断层破碎带规模很大时，要尽量设法避开。风火山隧道北部断裂切割表层第四系和公路的裂缝延伸特征（镜向西）思考题：1.什么是断裂构造？什么是节理、断层？2.按力学性质节理可分为哪两类？各有什么特征？3.什么是正断层、逆断层、平移断层？4.什么是阶梯状断层、叠瓦式构造、地堑、地垒？作业题：1.论述节理对工程的影响。2.论述野外怎样识别断层。3.论述断层对工程的影响。