談地質構造對巖土工程實踐的影響_《中國科技博覽》2013年37期

　　注：本文摘自《中國科技博覽》2013年37期，作者：馬東震

　　【摘要】：地殼中存在很大的應力，組成地殼的巖層或巖體，在地應力的長期作用下，發生變形變位形成各種構造運動的形跡，稱為地質構造。如褶皺、斷裂。褶皺、斷裂破壞了巖層或巖體的連續性和完整性，使工程建筑的地質環境復雜化。因此，學習并了解地質構造的基本知識，對各類土木工程建筑的規劃，設計，施工及正常使用，都具有重要的實際意義。

　　【關鍵詞】：巖土工程；地質構造；結構面；地應力

　　1、概述

　　隨著找礦難度的增大，特別是在尋找大型、特大型隱伏礦及其定位預測中，礦田構造研究越來越發揮著突出作用；在油氣的尋找中需要進行儲油、儲氣構造的研究。人們對水資源和工程建設的需求、地質災害的預測、生存環境的保護等問題的解決，更需要構造地質學理論的指導。作為人類賴以生存與發展基地的大陸巖石圈，由于它的復雜性及其與資源、環境、地質災害等因素密切相關，利用地質基礎知識，研究各種地質構造的賦存狀態，研究分析和解決影響巖土工程實踐的地質因素，從而指導采掘工程、隧道地鐵建設、河流堤壩建設的正常進行。

　　2、地質構造的概念

　　地質構造：指構成地殼的巖層或巖體在外力作用下所生成的變形與變位。構造變動，由地殼運動引起的巖層的變形與變位。地殼中的地質構造絕大多數屬于構造成因，構造變動是地質學尤其是構造地質學的主要研究對象。非構造變動，由于重力作用、地下水、風華、冰川等作用，使巖層或巖體發生局部變形。這種作用不是地殼運動的直接表現。非構造變動規模不大，分布局限，對礦山開采，河流堤壩的安全性有一定影響。

　　3、構造結構面及構造應力對巖土體穩定行的影響

　　構造作用控制了地球運動系統中所有地質過程，巖體結構面是該系統運動作用的產物，其形成、演化及時空組合無時無刻不受其控制，通過結構面實現對構造應力場的調整并進而達到對巖土體穩定性的控制則是構造動態作用的體現。

　　3.1構造結構面對巖土體穩定性的控制作用

　　所謂結構面，是指巖體中具有一定方向、力學強度相對較低、兩向延伸的地質界面，例如巖層層面、軟弱夾層、各種成因的斷裂、裂隙和節理等，反映了長期內外動力作用下的地質構造作用現象。考慮到影響結構面力學特性的主要因素，可將其劃分為四種力學類型，即破裂結構面、破碎結構面、層狀結構面和泥化結構面；按其成因又可分為原生結構面和次生結構面亦即構造結構面。原生結構面以建造為物質基礎，本質上體現的是介質內物理力學性能存在明顯差異的界面或軟弱薄層，一旦受力容易發生應力集中，經過后期內外動力作用之后會很容易地改造成構造結構面，所以在工程實際中，構造結構面對巖土體力學性能及其穩定性具有主導控制作用。結構面具有以下幾個基本力學特性：對垂直于結構面的拉應力基本上無阻抗力而極易被拉開；在垂直于結構面的壓應力作用下易于壓密或閉合而易造成填充物變形和破壞；順結構面方向的弱約束作用導致在剪應力作用下容易產生剪切變形或滑移。

　　構造作用的層次性使得工程地質體內會對應產生不同尺寸的控制結構面，通常將結構面按其規模分為Ⅰ～Ⅱ五個級次。結構面特征和規模不同，對工程影響、控制的范圍和方式各不相同，在有關工程地質問題分析中所處的地位和作用也不同。

　�、窦壗Y構面泛指長度在數十千米以上的區域性深大斷裂帶，尤其是活動斷裂帶反映了地殼層的現今動力學背景。Ⅰ級結構面一般而言是由近于平行的數個斷層面組合而成的斷裂帶，其作用不僅僅只是影響山體、巖體穩定性，而且會影響、控制某個區域的構造應力場分布以及地塊乃至地體的穩定性，甚至構成孕震、控震和發震斷層。對工程安全的影響已不再僅局限于通過山體、工程巖體的失穩來體現。即便是巖體沒有出現失穩，但構筑于其上的建筑物可能因斷裂的地震活動而存在工程抗震及抗斷等問題。因此，Ⅰ級結構面通常作為區域穩定性研究中的主要對象之一，或者作為一條斷裂帶加以專門研究。

　�、蚣壗Y構面與所研究的山體和巖體尺度相當，為規模在數百米至數千米的淺表中小斷層或層間錯動。Ⅱ級結構面影響的主要是山體、巖體的穩定性，因此會對大型工程的整體布局帶來影響，甚至需要另行選址。

　　Ⅲ級結構面指其尺度被限制在所研究的巖體或山體內部、長度在幾十米至數百米的小斷層、軟弱錯動面和大節理。Ⅱ級結構面影響的主要是山體內工程巖體的局部穩定性問題，典型的是道路、溝渠、露天采礦邊坡、庫岸邊坡穩定性問題最為常見。

　�、艏壗Y構面泛指受控于Ⅲ級結構面之下斷續分布的裂隙、節理、軟弱層面和劈理等，尺度為幾十厘米至幾米。Ⅳ級結構面的存在不僅破壞了工程巖土體的完整性，影響并控制著巖體的應力分布狀態和巖體強度，而且很大程度上影響著巖體失穩變形機制和破壞方式。因此Ⅳ級結構面發育程度、分布狀態和組合排列情況，成為評價巖土體工程地質性能的基本依據之一。

　�、跫壗Y構面指不連續、無充填物、分布隨機、為數甚多的微裂隙，它影響和控制著工程巖土塊體本身的強度、變形機制以及破壞方式。實驗室內的巖土力學性能測試結果基本反映了Ⅴ級結構面控制下的工程巖土體力學強度。

　　3.2地應力場與巖體穩定性

　　地應力是地質構造運動和巖體自重等因素作用下的產物。地應力是決定區域穩定性和巖體穩定性的重要因素，地震活動、斷層活動和水庫誘發地震都是地應力局部集中的結果，而巖體穩定性受控于地應力作用下形成的各種結構面和現今地應力場與巖體的相互作用。

　　地應力場的分布特征決定了地殼巖體斷裂的運動特征，進而影響巖體的變形破壞方式。地殼內應力狀態主要有三種典型情況：

　�。�1）潛在逆斷型。應力場中最小主應力近于垂直，最大主應力與中間主應力近于水平。此種應力狀態下發生的是逆沖破壞，即沿走向與最大主應力垂直的剖面X裂面產生逆斷運動。

　�。�2）潛在正斷型。應力場中最大主應力垂直，而其余兩主應力水平分布。在此應力狀態下發生的破壞，必然是沿走向與最小主應力軸相垂直的面發生正斷性質的運動。與地應力狀態形成優勢組合的巖體結構面，往往是巖體發生失穩破壞的控制邊界。

　�。�3）潛在走向滑動型。應力場的中間主應力近于垂直，最大主應力和最小主應力近于水平，世界上絕大部分地區為該類應力狀態。在這種應力狀態區，如果發生破壞或再次活動，必然是沿走向與最大主壓應力呈約30～40左右交角的陡立面產生走滑型的斷裂活動。

　　總體上看，地殼運動決定了地應力的宏觀分布狀態，地應力狀態控制了斷層運動特性。巖體地應力分布特征除了與統一的區域構造應力場有關之外，還受局部區域內的工程地質條件所約束和調節，包括巖體結構與巖性特征、巖體構造作用及其演化歷史、地形地貌條件等因素。地應力異常會導致巖體發生失穩、變形和破壞，并經常對各類建筑物的設計和施工造成直接影響。

　　4結論

　　由上可見，研究各種地質構造現象、則是解決工程建設中與構造現象有密切關系的工程地質問題必要及有效手段，服務于資源開發和人類生存環境與可持續發展。
 

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