工程地质第一章-褶皱.ppt

第二章 地层与地质构造,1,岩层产状对工程建筑物稳定性的影响,岩层的产状分为：水平岩层、倾斜岩层和直立岩层,1、岩层产状对边坡（滑坡）稳定性的影响,2、岩层产状对隧道稳定性的影响,2,1、岩层产状对边坡（滑坡）稳定性的影响,稳定,稳定,稳定,稳定,易滑,易崩滑,3,砂板岩顺层滑坡,4,近水平层状砂泥岩互层崩塌群,5,重庆万县平缓层状结构滑坡解体示意图,6,2、岩层产状对隧道稳定性的影响,(a)隧道穿过均质水平岩层,(b)隧道穿过软硬相间的水平岩层,(c)隧道与岩层走向垂直,(d)隧道与岩层走向平行,7,第四节 褶皱,一、褶皱的定义 二、褶曲 三、褶皱构造的野外辨认特征 四、褶皱构造对工程建筑物的影响,8,一、褶皱的定义,褶皱：指组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列未丧失其连续性的波状弯曲构造。褶皱构造是岩层产生的塑性变形，地壳表层广泛发育的基本构造之一。,9,褶皱的特点：褶皱的形态千差万别，复杂多变。其规模差异极大，大到上千公里的褶皱，小到手标本或显微镜下的微型褶皱。,10,褶皱图,11,12,一、褶皱的定义,褶皱形成的主要作用,（1）纵弯褶皱作用地壳水平运动的结果,（2）剪切褶皱作用沿岩层层面滑动的褶皱作用,（3）横弯褶皱作用发生与岩层垂直方向的弯曲褶皱,（4）柔流褶皱作用高韧性低粘度岩体的似流动变形形成的褶皱。,13,一、褶皱的定义,褶皱形成的主要作用,（1）纵弯褶皱作用地壳水平运动的结果,纵弯褶皱作用是指岩层受到顺层挤压力的作用而发生褶皱。力学上亦称之屈曲。一般假定岩层在褶皱前处于原始的水平状态，所以，纵弯褶皱作用被认为是地壳水平运动的结果。,14,一、褶皱的定义,褶皱形成的主要作用,剪切褶皱作用又称滑动褶皱作用，它是岩层沿着层面方向发生的剪切面差异运动而形成“褶皱”的作用。,（2）剪切褶皱作用沿岩层层面滑动的褶皱作用,15,一、褶皱的定义,褶皱形成的主要作用,岩层受到与层面垂直的作用力而发生弯曲形成褶皱，这种褶皱作用称作横弯褶皱作用。横弯褶皱作用也可以是基底的断块升降引起盖层弯曲。,（3）横弯褶皱作用发生与岩层垂直方向的弯曲褶皱,16,一、褶皱的定义,褶皱形成的主要作用,（4）柔流褶皱作用高韧性低粘度岩体的似流动变形形成的褶皱。,柔流褶皱作用是一种固态流变条件下的褶皱作用。,冰川中冰层褶皱则是一种地表条件下的柔流褶皱,17,一、褶皱的定义,影响褶皱形成的主要因素,1.层理因素 层理或成层构造使岩石具有不均一性，可以通过层间滑动或层内的物质塑性流动而弯曲形成褶皱。因此，层理或成层构造是岩石发生褶皱的必要条件。2.岩层厚度和力学性质因素 在同等应力条件下，厚岩层或强岩层易形成平缓开阔的褶皱，薄岩层或弱岩层易形成紧密的褶皱。,影响褶皱形成的因素主要有以下4个方面：层理、岩层厚度和力学性质、岩层的埋藏条件和应变速率、基底构造等。,18,3.岩层埋藏深度和应变速率因素1）埋藏深度 在地表附近的常温常压下，岩石普遍表现为脆性，以断裂变形为主，难以形成褶皱。在地下较浅处，温度、围压增大，岩石的韧性增高，岩层易于弯曲，以纵弯褶皱作用为主。在深部，岩石的韧性更高，逐渐变为纵弯褶皱作用和剪切褶皱作用，以至柔流褶皱作用为主。2）应变速率 如果作用力大，应变速率很大，即使在地下一定深处，岩层也会呈弹性弯曲或断裂；反之，即使在地表条件下，也会发生蠕变而形成褶皱。,一、褶皱的定义,影响褶皱形成的主要因素,19,4.基底构造因素 基底构造特别是基底断裂构造，对盖层的褶皱形态和组合型式具有较大的影响，如一些雁行褶皱、穹隆构造、不对称褶皱等常是受基底构造控制。,一、褶皱的定义,影响褶皱形成的主要因素,20,（一）褶曲的定义（二）褶曲的形态（三）褶曲的基本类型（四）褶曲的形态要素（五）褶曲的分类（六）褶曲的组合类型,二、褶曲,21,褶皱构造中任何一个单独的弯曲称为褶曲。褶曲是组成褶皱的基本单元。,二、褶曲,（一）褶曲的定义,22,当岩层的新老关系已知时，分为两种：背斜与向斜，其中背斜以老地层为核心，向斜以新地层为核心。当岩层的新老关系不明时分为三种：背形、向形与侧形。其中背形向上隆起，向形向下隆起，侧形中部向侧弯曲，见下图。,二、褶曲,（二）褶曲的形态,背形,向形,侧形,23,背斜中心部岩层老，两侧岩层新。向斜中心部岩层新，两侧岩层老。,二、褶曲,（三）褶曲的基本类型,背斜,向斜,24,背斜,25,背斜,26,向斜,27,向斜,28,褶曲各个组成部分在空间的形态特征名称称为褶曲的形态要素。褶曲的要素主要有：核部、翼部、轴面、轴线、枢纽、脊线、槽线等等。其中最主要的是枢纽、轴面和两翼。,二、褶曲,（四）褶曲的形态要素,29,1.核部 褶曲中心部位的岩层。背斜的核部地层最老，向斜的核部地层最新。对同一褶曲而言，随着出露高度的不同，褶曲的核部地层会发生相应的变化。2.翼部 褶曲核部两侧部位的岩层。对同一个褶曲而言，核部两侧的翼部地层以核部地层为中心镜相对称。当两褶皱（背斜、向斜）相邻时，两核部之间的公共部分为共同的翼部，即一褶皱的核部不得包含另一褶皱的翼部。,二、褶曲,（四）褶曲的形态要素,30,3.转折端 褶曲从一翼到另一翼的弯曲部位。转折端在横切褶曲的剖面上可以是一点、一段曲线或一段直线。4.枢纽 褶曲在同一岩层面上最大弯曲点的连线。枢纽在空间上可以是直线、曲线、水平线、倾斜线等。,二、褶曲,（四）褶曲的形态要素,31,5.轴面 指通过核部大致平分褶曲两翼的假想平面。轴面在空间上可以垂直、倾斜、水平，也可以是平面、曲面。6.轴线（轴迹）轴面与水平面或垂直面的交线。它是一假想线，代表褶曲在水平面或垂直面上的延伸方向。7.脊线与槽线 背斜褶曲某一岩层面的最高点的连线称脊线；向斜中某一岩层面上最低点的连线称槽线。脊线或槽线在空间上也可以是直线、曲线、水平线、倾斜线。,二、褶曲,（四）褶曲的形态要素,32,（1）按褶曲横剖面形态分类即按横剖面上轴面及两翼岩层产状分类。,二、褶曲,（五）褶曲的分类,直立褶曲：轴面直立，两翼岩层倾向相反，倾角大致相等。,倾斜褶曲：轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，倾角不相等。,轴面,33,二、褶曲,（五）褶曲的分类,倒转褶曲：轴面倾斜，两翼岩层倾向相同，其中一翼为倒转岩层。,平卧褶曲：轴面近水平，两翼岩层产状近水平，其中一翼为倒转岩层。,（1）按褶曲横剖面形态分类即按横剖面上轴面及两翼岩层产状分类。,34,直立褶曲,35,倾斜褶曲,36,倒转褶曲,37,平卧褶曲,38,平卧褶曲,39,四类褶曲在形成关系上的联系,40,二、褶曲,（五）褶曲的分类,水平褶曲：枢纽近于水平，呈直线状延伸较远。,倾伏褶曲：枢纽向一端倾伏，另一端昂起，两翼岩层界线不平行，在倾伏端交汇成封闭曲线。,（2）按枢纽产状分类,41,直立水平褶曲,42,直立倾伏褶曲,43,当倾伏褶曲的长宽比小于3：1时，背斜称为穹窿构造；向斜称为构造盆地。,二、褶曲,（五）褶曲的分类,44,美国怀俄明州的穹隆山,45,伊拉克和伊朗交界附近的背斜山,46,（3）按褶曲顶角大小的分类1.平缓褶曲：顶角大于1202.开阔褶曲：顶角为120703.中常褶曲：顶角为7030 4.等斜褶曲：顶角为305 5.紧闭褶曲：顶角小于5,.,（4）按褶曲转折端形态的分类1.圆弧褶曲：转折端呈圆弧状弯曲的褶曲。2.尖棱褶曲：转折端呈尖棱状，两翼平直。3.箱状褶曲：转折端呈箱状，两翼产状较陡。,平滑,开阔,中常,紧闭,等斜,圆弧褶皱,尖棱褶皱,箱状褶皱,二、褶曲,（五）褶曲的分类,47,复背斜和复向斜 走向基本一致的、一系列连续发育的、不同级别的褶皱组合成的巨大的褶皱。主要特征：1）呈带状分布，所有褶皱的走向基本上延伸方向一致；2）褶皱连续发育，布满全区，背斜、向斜同等发育；3）不同级别的褶皱往往组合成巨大的复背斜和复向斜。,二、褶曲,（六）褶曲的组合类型,48,49,隔挡式与隔槽式由一系列互相平行的背斜和向斜相间排列而成。一类是背斜形态完整、窄而紧闭，而其间隔的向斜比较平缓开阔的褶皱，称为隔挡式褶皱。另一类与上述相反，向斜紧闭且形态完整，而其间隔的背斜则平缓开阔、或呈箱状的褶皱，称为隔槽式褶皱。,二、褶曲,（六）褶曲的组合类型,50,51,52,三、褶皱构造的野外辨认特征,53,三、褶皱构造的野外辨认特征,54,三、褶皱构造的野外辨认特征,55,褶皱构造对工程建筑物影响的主要内容：（1）倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关系。（2）褶皱构造对于深路堑、挖方高边坡及隧道工程等的不利影响。,四、褶皱构造对工程建筑物的影响,56,深路堑和高边坡工程：,（1）有利情况：路线垂直岩层走向，或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时，单就岩层产状与路线走向的关系而言，对路基边坡的稳定性是有利的。（2）不利情况：路线与岩层走向平行，岩层倾向与路基边坡一致，且边坡的坡角大于岩层的倾角。若边坡岩体属石灰岩、砂岩与粘土质页岩互层，并有地下水作用时容易引起斜坡岩层发生大规模的顺层滑动。,四、褶皱构造对工程建筑物的影响,57,隧道工程,隧道从褶曲的翼部通过比较有利；但如果中间有松软岩层或软弱构造面时，顺倾向一侧的洞壁会出现明显的偏压现象，可能导致支撑破坏，发生局部坍塌。由于褶曲构造的轴部是岩层倾向发生显著变化的地方；也是岩层受地应力作用最集中的地方，在褶曲构造的轴部修建隧道工程，容易遇到工程地质问题，产生隧道塌顶和涌水现象。主要原因是由于岩层破碎而产生的岩体稳定问题和向斜轴部地下水的问题。,请在下图中选择一个合理的隧道位置。,隧道工程与褶皱的关系,四、褶皱构造对工程建筑物稳定性的影响,58,59,