【正文】 緒 論一、工程地質(zhì)的基本任務(wù)人類工程活動 地質(zhì)環(huán)境的相互作用研究對象：工程地質(zhì)條件 工程活動的地質(zhì)環(huán)境 工程地質(zhì)學(xué)的基本任務(wù)：研究人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境（工程地質(zhì)條件）之間的相互作用，以便正確評價、合理利用、有效改造和完善保護(hù)地質(zhì)環(huán)境。二、工程地質(zhì)分析的基本方法研究對象：工程地質(zhì)問題：即：人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境相互制約的主要形式。例：區(qū)域穩(wěn)定問題 巖土體穩(wěn)定問題 圍巖穩(wěn)定問題 地基穩(wěn)定問題 邊坡穩(wěn)定問題變形 程度 時間效應(yīng)研究內(nèi)容：工程地質(zhì)問題產(chǎn)生的地質(zhì)條件、形成機(jī)制、發(fā)展演化趨勢研究方法：地質(zhì)分析、地質(zhì)模擬分析、試驗分析、力學(xué)分析第一章 地殼巖體結(jié)構(gòu)的工程地質(zhì)分析 基本概念巖體：指與工程建設(shè)有關(guān)的那一部分地質(zhì)體。它處于一定的地質(zhì)環(huán)境中，被各種結(jié)構(gòu)面所分割。注意：與巖石、巖塊的區(qū)別。結(jié)構(gòu)面：巖體中具有一定方向、力學(xué)強(qiáng)度相對（上下巖層）較低而延伸（或具一定厚度）的地質(zhì)界面。結(jié)構(gòu)體：由結(jié)構(gòu)面分割、圍成的巖石塊體（相對完整）。巖體結(jié)構(gòu)：由巖體中含有的不同結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體在空間的排列分布和組合狀態(tài)所決定。（8類）。為什么要研究巖體結(jié)構(gòu)。a. 結(jié)構(gòu)面是巖體中力學(xué)強(qiáng)度相對較薄弱的部位，導(dǎo)致巖體的不連續(xù)性、不均一性和各面異性。b. 巖體結(jié)構(gòu)特征對巖體的變形、破壞方式和強(qiáng)度特征起重要的控制作用。c. 在地表的巖體，其結(jié)構(gòu)特征在很大程度上決定了外營力對巖體的改造程程。風(fēng)化、地下水等。 巖體結(jié)構(gòu)的主要類型與特征 結(jié)構(gòu)面的主要類型及其特征從成因角度：原生結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面表生結(jié)構(gòu)面：層向錯動、泥化夾層、表生夾泥 巖體結(jié)構(gòu)類型一、巖體分類a. 分類目的和原則目的：對工程地質(zhì)條件優(yōu)劣不同的巖體進(jìn)行分類，便于深入評價巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)和特征，以達(dá)到合理利用和有效治理的目的。b. 原則①差異性原則：不同類別的巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)有明顯的差異。②適用性原則：分類體系便于（工程）應(yīng)用。③分類指標(biāo)便于測定原則巖體分類的三大體系：①以巖石材料的力學(xué) 性質(zhì)指標(biāo)為基礎(chǔ)的分類。如Y軸抗壓強(qiáng)度。②以巖體穩(wěn)定性為基礎(chǔ)的分類——專門性分類。如RMR、Q等。③以巖體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的分類。目前巖體分類的趨勢：①考慮巖石的基本性質(zhì)。（建造）②考慮巖體強(qiáng)度的改造。③考慮巖體所處的實際地質(zhì)環(huán)境條件。二、巖體結(jié)構(gòu)類型劃分以中科院地質(zhì)所方案為代表，重點(diǎn)考慮巖體的改造，并應(yīng)用地質(zhì)力學(xué)觀點(diǎn)對巖體結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行詳細(xì)劃分。這種分類方案首先考慮建造特征。分為塊體（整體）狀塊狀層狀散體狀——松散堆積其次考慮巖體的改造特征如完整的、塊裂化的（或板裂化的），碎裂化的散體化的。 巖體原生結(jié)構(gòu)特征的巖相分析原生結(jié)構(gòu)體系對巖體的性能及其變形破壞起著重要的控制作用，因此對原生結(jié)構(gòu)體系特征的研究顯得極其重要。以河流沉積主要相模式的研究為例。一、河流沉積主要相模式及其工程地質(zhì)特征a. 高彎度河流沉積相模式。河流特點(diǎn)：河床比降小、彎度大、水深但流態(tài)較穩(wěn)定，單向環(huán)流。其沉積物分：底部滯留相（河床）；中部邊灘相（粉砂巖）；頂部：天然堤相和洪積相（砂堤、決口肩、濱岸沼澤沉積等）特征：自下而上由粗變細(xì)巖體具軟硬相間的互層狀結(jié)構(gòu)特征砂巖抗風(fēng)化能力弱，自下而上強(qiáng)度由高變低頂部邊灘相松散沉積物易發(fā)生砂土液化b. 瓣狀河流沉積相模式（游蕩型）河流特點(diǎn)：河谷縱坡降大，河床不穩(wěn)定、彎度小、水淺、流態(tài)不穩(wěn)定，具復(fù)雜環(huán)流特征。沉積物分：底部（滯留相）中部心灘相（上部，小型槽狀交錯層；下部，大型單斜交錯層）頂部，邊灘相、洪流相（細(xì)砂、中砂、泥巖，具水平層理或包卷層理）特征：具層狀或塊狀結(jié)構(gòu)特征滯留相巖泥巖礫石層成為主要軟弱層頂部相不發(fā)育中部心灘相砂巖（礫巖）具較高的強(qiáng)度（抗風(fēng)化能力強(qiáng)）二、巖體原生結(jié)構(gòu)特征的亞相、微相分析a. 軟弱夾層的亞相、微相分析河流相沉積中的軟弱夾層按亞相、微相特征見表14。（P20）注意洪泛平原砂巖層與天然堤粉砂質(zhì)泥巖層的展布特征。在亞相、微相分析中注意準(zhǔn)同生變形作用。b. 砂巖體中原生結(jié)構(gòu)面的微相分析流水沉積的層理類型與泥砂粒度、水流狀態(tài)、水流強(qiáng)度相關(guān)。由此追溯和判斷沉積環(huán)境和古水流特征。高彎度河流邊灘相，下部為大型槽狀交錯層，向上遞變?yōu)槠叫袑永?，小型波狀交錯層理，向上與堤岸相過渡。而瓣狀河流則主要由大型楔狀交錯層理，楔型錯層理、逆行沙波為特征。變質(zhì)巖自己看。 巖體構(gòu)造結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)力學(xué)分析 構(gòu)造斷裂的基本組合模式解決兩大問題：區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定和巖體穩(wěn)定性 追溯應(yīng)力演變歷史根據(jù)現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究，構(gòu)造斷裂的形成，表現(xiàn)為兩種或多種機(jī)制的組合?？v向上分為上層構(gòu)造（表現(xiàn)為剪切或拉裂）、中層構(gòu)造（表現(xiàn)為彎曲）和下層構(gòu)造（表現(xiàn)為壓扁、流動）一、 聚合帶（大型推服構(gòu)造）按構(gòu)造分類：厚皮構(gòu)造、薄皮構(gòu)造、接觸擾動帶a、厚皮構(gòu)造帶發(fā)育高角度逆沖斷層。由中、下構(gòu)造層的物質(zhì)組成。以塑性、韌性變形破裂為主，并沿推覆方向逐漸減弱。后期疊加脆性破裂，沿推覆方向逐漸增強(qiáng)。b. 薄皮構(gòu)造帶以彎曲和剪切造成的淺部褶皺斷裂為主，伴隨表部的重力滑動構(gòu)造——滑覆體。層間錯動方式尤為突出。c. 接觸振動帶以地表條件的彎曲 、剪切為主，形成正錯疊瓦式斷裂。二、裂谷帶（伸展帶）一般認(rèn)為是區(qū)域隆起背景上以斷陷谷為特征的大型復(fù)雜地塹系。a. 深部形成一系列拉張斷裂或正斷層。b. 蓋層蓋層隨裂谷的擴(kuò)展，在地幔中隆起軸附近形成受深部斷裂控制的拉張斷裂?；螂S裂谷的拉張，形成側(cè)緣拉裂，不受深部斷裂控制。三、走滑斷裂主要發(fā)育于相對穩(wěn)定的地塊中，屬拉性剪切破裂。地質(zhì)力學(xué)對走滑斷裂的研究較深入。插圖現(xiàn)在的研究表明，最大主壓應(yīng)力在斷層錯動面附近發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)方向向錯動方向。 巖體結(jié)構(gòu)特征的統(tǒng)計分析重點(diǎn)介紹路線精測法。跡線法和統(tǒng)計窗法、實習(xí)中已介紹。一、結(jié)構(gòu)面現(xiàn)場測量和資料較正主要針對延伸數(shù)米或數(shù)十米結(jié)構(gòu)面。方法：在掌子面上布置相互垂直的18條測線，組成測網(wǎng)。在網(wǎng)內(nèi)，逐一測量每一條與測線相交的結(jié)構(gòu)面位置、產(chǎn)狀、延伸長度、張開度、充填情況、表面特征資料。實踐證明，采用六條測線已能正確探明結(jié)構(gòu)面的狀況。資料較正：主要解決被測機(jī)率不等的問題。特別是與掌子面交角較小的節(jié)理，被子測機(jī)會大大減小。資料校正分長度校正和方位校正。a. 長度校正以測線中最長線段Ln作為標(biāo)準(zhǔn)長度。，其它線段的應(yīng)測結(jié)構(gòu)面數(shù)量修改為：（按某組結(jié)構(gòu)面進(jìn)行校正）b. 方位校正即調(diào)整到結(jié)構(gòu)面組法線方向上來確定結(jié)構(gòu)面的數(shù)量。 二、巖體結(jié)構(gòu)特征量化模式程序第二章 地殼巖體天然應(yīng)力狀態(tài) 基本概念及研究意義天然應(yīng)力：指未經(jīng)人為擾動，主要是在重力場、構(gòu)造應(yīng)力場綜合作用下，所形成的應(yīng)力狀態(tài)，亦稱初始應(yīng)力（物理、化學(xué)、變化，巖漿侵入等）由人為活動而引起的應(yīng)力場變化原生應(yīng)力。a. 自重應(yīng)力場亦有 b. 構(gòu)造應(yīng)力場由地殼的構(gòu)造運(yùn)動所引起，活動的、剩余的。c. 變異應(yīng)力與殘余應(yīng)力變異應(yīng)力：為物理、化學(xué)變化及巖漿侵入形成的應(yīng)力場。殘余應(yīng)力：巖體卸荷或部分卸荷所形成的拉壓應(yīng)力自相平衡的應(yīng)力場。 影響巖體天然應(yīng)力狀態(tài)的主要因素一、主要因素天然應(yīng)力場的形成取決于地質(zhì)條件和巖體所經(jīng)歷的地質(zhì)歷史。地質(zhì)條件：巖性 R、E、μ 巖體結(jié)構(gòu) 不連續(xù)性、各向異性、應(yīng)力集中地質(zhì)歷史：構(gòu)造作用及其演變歷史（主要因素） 區(qū)域卸荷作用a. 構(gòu)造作用分活動構(gòu)造應(yīng)力，即現(xiàn)今還在形成，累積的應(yīng)力場。剩余構(gòu)造應(yīng)力，即地質(zhì)歷史時期構(gòu)造作用形成的應(yīng)力至今尚未完全卸除?；顒訕?gòu)造應(yīng)力所形成的應(yīng)力場，其最大主應(yīng)力比較一致或呈規(guī)律變化而剩余應(yīng)力則各地不一，比較雜亂。b. 區(qū)域卸荷作用指區(qū)域性的面剝蝕。例：巖體內(nèi) 深度處的侵入巖應(yīng)力場（靜水應(yīng)力狀態(tài)）經(jīng)地面剝蝕后，剝蝕厚度為h。則 水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的減小幅有很大不同。思考題：巖體卸荷過程中能否造成巖體破壞（設(shè)）二、自由臨空面附近的應(yīng)力重分布以河谷為例：河谷下切，形成地表的自由臨空面，由此引起臨空面附近巖體卸荷回彈，形成臨空面附近巖體內(nèi)應(yīng)力重分布。重分布應(yīng)力大小和特點(diǎn)受原始地應(yīng)力水平、巖性特征、臨空面形態(tài)特征的影響。重分布應(yīng)力的主要特征：①主應(yīng)力方向在臨空面附近發(fā)生明顯變化最大重應(yīng)力與臨空面近于平行，而最小主應(yīng)力與臨空面近于垂直。②最大主應(yīng)力由內(nèi)向外逐漸增大，而最小主應(yīng)力由內(nèi)向外逐漸減小，至臨空面上為零，甚至出現(xiàn)拉應(yīng)力。③ 應(yīng)力在坡腳附近顯著增大。應(yīng)力增大現(xiàn)象稱應(yīng)力集中。集中程度用應(yīng)力集中系數(shù)表示。三、巖體切割面附近的殘余應(yīng)力效應(yīng)由于巖體是由多種力學(xué)性質(zhì)不同的材料（元件）組成，在加載條件和卸載條件下，不同力學(xué)性質(zhì)的材料表現(xiàn)出不同的變形特征，以達(dá)到巖體內(nèi)部應(yīng)力和變形的總體平衡。特征：以達(dá)到巖體內(nèi)部應(yīng)力和變形的總體平衡。約束緊密的不同材料卸載的殘余應(yīng)力效應(yīng)。 我國地應(yīng)力場的空間分布隨時間變化的一般規(guī)律 我國地應(yīng)力場的空間分布特點(diǎn)a. 各地的最大重應(yīng)力方向呈明顯規(guī)律性大致與察隅和伊斯蘭堡連線的夾角平分線方向一致。僅伊斯蘭堡外側(cè)和察隅外側(cè)不同。b. 三向應(yīng)力狀態(tài)與由此決定的現(xiàn)代構(gòu)造活動呈規(guī)律分布。①潛在逆斷型應(yīng)力狀態(tài)主重要分布于喜馬拉雅山前緣一帶。（與印度板塊碰撞有關(guān)）、水平， 垂直②潛在走滑型應(yīng)力狀態(tài)區(qū)主要分布于中、西部廣大地區(qū)。、水平 垂直③潛在正斷型和張剪性走滑型應(yīng)力狀態(tài)區(qū)，主要分布于西藏高原（正斷型）、東北、華北地區(qū)，汾渭地塹（張剪走滑型）。 斷裂帶附近局部構(gòu)造應(yīng)力集中作用a. 一般規(guī)律巖體受力變形時，其內(nèi)所含的結(jié)構(gòu)面會出現(xiàn)應(yīng)力集中，使巖體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜化。易于發(fā)生應(yīng)力集中的部位往往是裂隙、斷裂的端點(diǎn)、交匯點(diǎn)、錯裂段、拐點(diǎn)、鎖固段、分支點(diǎn)等。b. 局部應(yīng)力集中區(qū)與活動斷層的關(guān)系上述應(yīng)力集中的特殊部位往往形成與之相適應(yīng)的構(gòu)造帶。局部壓力集中區(qū)，形成局部隆起和擠壓型構(gòu)造，伴強(qiáng)震。反之，局部拉應(yīng)力集中區(qū)形成拗陷和拉裂型構(gòu)造，伴正斷型地震。 地應(yīng)力隨時間變化與地殼巖體應(yīng)變速率的關(guān)系a. 地應(yīng)力與應(yīng)變速率的關(guān)系地殼巖體是粘彈性介質(zhì)。伊騰等做的試驗表明，當(dāng)應(yīng)力小于某臨界值時，（不同材料的臨界值不同）。變形初期，應(yīng)力增高，但隨時間推移，應(yīng)力一旦達(dá)到某一極限值就會不再增長，而變形不斷發(fā)展。前段表現(xiàn)出彈性介質(zhì)特征，而后者表現(xiàn)出粘性特征。當(dāng)應(yīng)力大于臨界值，則巖體表現(xiàn)彈性介質(zhì)特征，直至破壞，斷裂是巖體的薄弱環(huán)節(jié)，其變形較巖體更加容易。b. 地應(yīng)力隨時間變化的一般規(guī)律從以上規(guī)律可得出應(yīng)力隨時間變化的一般規(guī)律。在巖體中地應(yīng)力大于臨界應(yīng)變速率的地區(qū)，應(yīng)力隨時間呈線性遞增。在巖體地應(yīng)力低于其臨界應(yīng)變速率，但高于斷裂的臨界應(yīng)變速率時，巖體中應(yīng)變速率遞增到一定程度后將穩(wěn)定在與臨界應(yīng)變速率相適應(yīng)的應(yīng)力水平，而斷裂的應(yīng)力所屬于遞增型。當(dāng)巖體中的應(yīng)變速率和斷裂應(yīng)變速率均低于斷裂臨界應(yīng)變速率時，巖體中的應(yīng)力和斷裂帶內(nèi)的應(yīng)力都在初期遞增至一定水平后，將穩(wěn)定在與巖體和斷裂應(yīng)變速率相適應(yīng)的水平。 地殼表層巖體應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性僅為經(jīng)驗總結(jié)，并無統(tǒng)一的認(rèn)識。 巖體應(yīng)力的若干規(guī)律a. 垂直應(yīng)力 （巖體應(yīng)力隨深度增加，地表巖體卸荷尚未完成）b. 水平應(yīng)力①各方向上應(yīng)力水平各異，并非如，最大值與最小值的關(guān)系為=(~) ，且相互正交，②水平應(yīng)力隨深度變化分三種情況即 （重力型）= 少見（靜水壓力型）深部塑性區(qū) 多見（構(gòu)造應(yīng)力型）或卸荷作用③淺部應(yīng)力與深部應(yīng)力狀態(tài)差異明顯由于淺部河谷臨空面的影響，使近地表巖體中應(yīng)力無論量值還是方向均發(fā)生重大變化。其次由于應(yīng)力變化梯度不同，使淺部應(yīng)力狀態(tài)與深部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化。 巖體應(yīng)力場與區(qū)域應(yīng)力場研究（主要研究方法）研究途徑：①以地質(zhì)、地貌方法研究構(gòu)造應(yīng)力場的演變歷史和現(xiàn)今應(yīng)力場的基本特征。（定性研究）②在此基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)力場實測。③在應(yīng)力實測基礎(chǔ)上進(jìn)行地應(yīng)力場的數(shù)值模擬。 地質(zhì)、地貌研究一、構(gòu)造應(yīng)力場演變歷史的研究可采用地質(zhì)力學(xué)的研究方法（構(gòu)造體系配套）配合斷層錯動機(jī)制的極射赤平投影方法。二、現(xiàn)今地應(yīng)力基本特征研究主要采用震源機(jī)制解（新斷裂網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)地貌解析）三、應(yīng)力累積條件和累積程度研究主要查明：a. 歷史上各時期及當(dāng)代地殼隆起的速度和高度。b. 應(yīng)力集中條件和集中區(qū)的分布。c. 高地力區(qū)的標(biāo)志的地質(zhì)、地貌現(xiàn)象發(fā)育及分布。 巖體的應(yīng)力測定主要有：應(yīng)力解除法、應(yīng)力恢復(fù)法、水力壓裂法等。Kaiser效應(yīng)測量法 區(qū)域地應(yīng)力場的物理模擬及數(shù)值模擬第三章 巖體的變形與破壞 基本概念及研究意義變形：巖體的宏觀連續(xù)性無明顯變化者。破壞：巖體的宏觀連續(xù)性已發(fā)生明顯變化。巖體破壞的基本形式：（機(jī)制）剪切破壞和拉斷（張性）破壞。一、巖體破壞形式與受力狀態(tài)的關(guān)系巖體破壞形式與圍巖大小有明顯關(guān)系。注意：巖全破壞機(jī)制的轉(zhuǎn)化隨圍壓條件的變化而變化。破壞機(jī)制轉(zhuǎn)化的界限圍壓稱破壞機(jī)制轉(zhuǎn)化圍壓。一般認(rèn)為，1/5~1/4[]不可拉斷轉(zhuǎn)化為剪切。 1/3~2/3[]可由剪切轉(zhuǎn)化為塑性破壞。有人認(rèn)為（納達(dá)），可用偏向的程度來劃分應(yīng)力狀態(tài)類型。應(yīng)力狀態(tài)類型參數(shù) （＝1，即σ2＝σ1； ＝－1，即σ2＝