【正文】 σ3）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。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、結構面產(chǎn)狀，應力狀態(tài)關系很大。 巖體在加荷過程中的變形與破壞 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。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。當時，破壞準則為： =0時為單軸壓拉斷。 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） 彎曲變表破壞機制與過程一、彎曲變形的基本形式按受力條件：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)若以，代表巖石的曲服應力。極梁彎曲變形分三個階段。①輕微隆起階段彎曲初期。梁底中心兩側出現(xiàn)局部塑性破壞，頂部受拉，但尚未破壞。（H/D=%），H上隆量。②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=%。③折斷破壞階段破壞進一步擴展，最終連通、折斷破壞。（H/D=%）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 其中慣性矩J=bh3/12 （矩形梁板時取單寬）則臨界應力 多層板梁組合情況（二層介質），等厚 n：板梁層數(shù)彎曲段波長：b. 軸部的變形與破壞亦可分為三個階段：①輕微隆起階段，頂部拉裂，底部出現(xiàn)剖面x節(jié)理。②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。③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） 巖體在卸荷過程中的變形與破壞 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。 差異性卸荷回彈造成的破裂一、張性破裂面a. 材料性質不同造成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。 卸荷造成的變形、破裂空間組合模式（略） 巖體變形破壞過程中的時間效應分兩種類型：蠕變、松馳 巖石變形時間效應介質模型經(jīng)典的描述介質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，而沒有考慮巖石介質的塑性性質。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。 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）。 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： （）應變速率：＋當時，即常數(shù)，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C0。當CC0時，無加速蠕變。反之，當CC0時，加速蠕變，可導致巖體破壞可能。當應變速率C降低，巖體內(nèi)應力將逐漸減小，松馳。 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，或由于轉動磨擦中的翻轉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：①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②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。 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。 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↗，↘。反之變?nèi)??？障端畨毫ψ兓颍孩俚叵滤a排條件變化（略）②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。③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?！八畵簟爆F(xiàn)象。 巖體變形、破壞的地質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。基本組合地質模式：蠕滑—拉裂滑移—壓致拉裂彎曲—拉裂塑流—拉裂滑移—彎曲第四章 活斷層的工程地質研究 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。活斷層的活動特征：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）。 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 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。特征：斷層面傾角大（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 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。特征：斷層地傾角較小，一般20－40o之間，上盤上升引起上盤一側地面隆升，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。特征：斷層面傾角介于逆斷層與平移斷層之間，一般60~80186。之間。上盤下降并發(fā)育分支斷層正斷層可以引發(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。 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數(shù)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：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、大地構造環(huán)境等因素有關。但若采用地震面波震級Ms與或進行相關分析，則有較好的關系，見圖412和413。（P147）分支斷裂的錯斷位移則隨主斷層的距離加大而減少。 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。ABCD100R1010R11RR特別強烈強烈中等弱m7~6~6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、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。地震崩積楔關于測年，有許多方法，用得較普遍的是14C，此外如熱釋光（TL）電子自旋共振等方法（ESR）。KAr法。因此，研究活斷層錯速率和重交周期的地質、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)（KAr、14C、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：有蠕滑成分時， 活斷層活動的時空不均勻性時間上，時密（群發(fā)性），時稀?？臻g上，有弱活動區(qū)和強活動區(qū)這分，并隨時間發(fā)生遷移。 活斷層突然錯動在時間分布上的不均勻性活斷層活動具有間歇性活動特點。特點 總體 時間上 具群集性 相對于分布稀疏總體：單發(fā)型 每隔一段時間發(fā)生一次強震，新驗的二臺斷裂 群集型 在某段時間多發(fā)，別的時間稀少 阿爾金斷裂 混合型 某時段群發(fā)，某時段單發(fā) 解水河斷裂 活斷層錯動在空間上的不均勻性我國活斷層的錯動速率具有區(qū)域性的不均勻性，根據(jù)區(qū)域性差異，共分為七個斷塊，其中青藏高原、臺灣等斷塊、斷層的新活動性比較強烈。同一區(qū)域的斷層，也存在不均勻性。同一斷層的不同段，也存在不均勻性。 活斷層遷移當活斷層的活動段發(fā)生一系列的群集方式的破裂后，（地震）斷裂活動往往會轉移到別的段落式別的區(qū)域，即形成活斷層的遷移。以郯廬斷裂為例?；顢鄬拥倪w移，對地震的預報關系極大。研究活動斷裂的發(fā)展規(guī)律及其時間序列。 活斷層區(qū)規(guī)劃設計建筑的原則活動斷層對建筑物的安全性危害很大，一般在活斷層附近不宜選擇建筑場地，特別是重要建筑物。當不能避讓活斷裂時，也必須在場地選擇、建筑物類型選擇、結構設計等方面采取措施，以保證建筑物的安全。 場地選擇一、選擇對抗震有利的地段a. 低級別活斷層地帶優(yōu)于高級別活斷層地帶?；顒訒r期老的活斷層地帶優(yōu)于新的地帶。（尤其是全新世活動地帶）b. 避開主干斷層帶，避開有強烈變形的地帶，分支斷層發(fā)育地帶。（逆斷和正斷的下盤有利抗震）c. 避開填土層，避開結構自振周期與土層特征周期相同（相近）地帶。d. 避開淺埋大溶洞、地下采空區(qū)等地帶。e. 避開有加重震害的突出孤立地形、崩滑斜坡地帶。f. 持力層的選擇宜選擇基巖或堅硬巖土作為地基。 建筑物類型選擇選擇有利于抗大變形的建筑物類型。大壩：以堆石壩、抗變形能力較強。選擇有利于抗震的平面設計（圖、方形、矩形）無凹凸，有利的立面設計（利用沉降縫分割成規(guī)則單元）減輕重量，降低重心。 活斷層的調(diào)查與判別目的：確定斷層帶的位置、寬度、分支斷裂發(fā)育情況。錯動幅度及變形帶寬度，以及活斷層的活動時間間隔。一、地質、地貌調(diào)查植被、溪流、山脊錯動、微地貌變形、不良地質現(xiàn)象、斷層三角面等。斷陷湖及洼地。二、歷史標志歷史上記錄的地震證據(jù)和說明。三、地震標志震中沿一定的斷層線分布。四、航空攝影低陽光角源空攝影，增加斷層崖、斷層三角面等地面起伏的陰影效果。紅外攝影，了解地下水的分布特征。五、大地測量和活斷層監(jiān)測六、斷層帶研究開挖措施，研究最新沉積物是否被錯斷及錯動幅度。提取樣品 14C、TL、ESR研究擦痕研究斷層性及混入物 充填物（砂脈等）注意區(qū)別假象第五章 地震的工程地質研究 基本概念及研究意義地震：地表巖層中因彈性波的傳播所引起的震動。震源：地球深處因巖石破裂引起地殼振動的發(fā)源地。震中：震源在地面的投影。震源深度：震中至震源的距