注：本文摘自《中國(guó)科技博覽》2013年37期，作者：馬東震

　　【摘要】：地殼中存在很大的應(yīng)力，組成地殼的巖層或巖體，在地應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，發(fā)生變形變位形成各種構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的形跡，稱為地質(zhì)構(gòu)造。如褶皺、斷裂。褶皺、斷裂破壞了巖層或巖體的連續(xù)性和完整性，使工程建筑的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜化。因此，學(xué)習(xí)并了解地質(zhì)構(gòu)造的基本知識(shí)，對(duì)各類土木工程建筑的規(guī)劃，設(shè)計(jì)，施工及正常使用，都具有重要的實(shí)際意義。

　　【關(guān)鍵詞】：巖土工程；地質(zhì)構(gòu)造；結(jié)構(gòu)面；地應(yīng)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(yù)測(cè)中，礦田構(gòu)造研究越來(lái)越發(fā)揮著突出作用；在油氣的尋找中需要進(jìn)行儲(chǔ)油、儲(chǔ)氣構(gòu)造的研究。人們對(duì)水資源和工程建設(shè)的需求、地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)、生存環(huán)境的保護(hù)等問(wèn)題的解決，更需要構(gòu)造地質(zhì)學(xué)理論的指導(dǎo)。作為人類賴以生存與發(fā)展基地的大陸巖石圈，由于它的復(fù)雜性及其與資源、環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害等因素密切相關(guān)，利用地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)，研究各種地質(zhì)構(gòu)造的賦存狀態(tài)，研究分析和解決影響巖土工程實(shí)踐的地質(zhì)因素，從而指導(dǎo)采掘工程、隧道地鐵建設(shè)、河流堤壩建設(shè)的正常進(jìn)行。

　　2、地質(zhì)構(gòu)造的概念

　　地質(zhì)構(gòu)造：指構(gòu)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(gòu)造變動(dòng)，由地殼運(yùn)動(dòng)引起的巖層的變形與變位。地殼中的地質(zhì)構(gòu)造絕大多數(shù)屬于構(gòu)造成因，構(gòu)造變動(dòng)是地質(zhì)學(xué)尤其是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的主要研究對(duì)象。非構(gòu)造變動(dòng)，由于重力作用、地下水、風(fēng)華、冰川等作用，使巖層或巖體發(fā)生局部變形。這種作用不是地殼運(yùn)動(dòng)的直接表現(xiàn)。非構(gòu)造變動(dòng)規(guī)模不大，分布局限，對(duì)礦山開(kāi)采，河流堤壩的安全性有一定影響。

　　3、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面及構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巖土體穩(wěn)定行的影響

　　構(gòu)造作用控制了地球運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中所有地質(zhì)過(guò)程，巖體結(jié)構(gòu)面是該系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)作用的產(chǎn)物，其形成、演化及時(shí)空組合無(wú)時(shí)無(wú)刻不受其控制，通過(guò)結(jié)構(gòu)面實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)整并進(jìn)而達(dá)到對(duì)巖土體穩(wěn)定性的控制則是構(gòu)造動(dòng)態(tài)作用的體現(xiàn)。

　　3.1構(gòu)造結(jié)構(gòu)面對(duì)巖土體穩(wěn)定性的控制作用

　　所謂結(jié)構(gòu)面，是指巖體中具有一定方向、力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)較低、兩向延伸的地質(zhì)界面，例如巖層層面、軟弱夾層、各種成因的斷裂、裂隙和節(jié)理等，反映了長(zhǎng)期內(nèi)外動(dòng)力作用下的地質(zhì)構(gòu)造作用現(xiàn)象�？紤]到影響結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性的主要因素，可將其劃分為四種力學(xué)類型，即破裂結(jié)構(gòu)面、破碎結(jié)構(gòu)面、層狀結(jié)構(gòu)面和泥化結(jié)構(gòu)面；按其成因又可分為原生結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面亦即構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。原生結(jié)構(gòu)面以建造為物質(zhì)基礎(chǔ)，本質(zhì)上體現(xiàn)的是介質(zhì)內(nèi)物理力學(xué)性能存在明顯差異的界面或軟弱薄層，一旦受力容易發(fā)生應(yīng)力集中，經(jīng)過(guò)后期內(nèi)外動(dòng)力作用之后會(huì)很容易地改造成構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，所以在工程實(shí)際中，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面對(duì)巖土體力學(xué)性能及其穩(wěn)定性具有主導(dǎo)控制作用。結(jié)構(gòu)面具有以下幾個(gè)基本力學(xué)特性：對(duì)垂直于結(jié)構(gòu)面的拉應(yīng)力基本上無(wú)阻抗力而極易被拉開(kāi)；在垂直于結(jié)構(gòu)面的壓應(yīng)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(jié)構(gòu)面方向的弱約束作用導(dǎo)致在剪應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生剪切變形或滑移。

　　構(gòu)造作用的層次性使得工程地質(zhì)體內(nèi)會(huì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生不同尺寸的控制結(jié)構(gòu)面，通常將結(jié)構(gòu)面按其規(guī)模分為Ⅰ～Ⅱ五個(gè)級(jí)次。結(jié)構(gòu)面特征和規(guī)模不同，對(duì)工程影響、控制的范圍和方式各不相同，在有關(guān)工程地質(zhì)問(wèn)題分析中所處的地位和作用也不同。

　�、窦�(jí)結(jié)構(gòu)面泛指長(zhǎng)度在數(shù)十千米以上的區(qū)域性深大斷裂帶，尤其是活動(dòng)斷裂帶反映了地殼層的現(xiàn)今動(dòng)力學(xué)背景。Ⅰ級(jí)結(jié)構(gòu)面一般而言是由近于平行的數(shù)個(gè)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(wěn)定性，而且會(huì)影響、控制某個(gè)區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分布以及地塊乃至地體的穩(wěn)定性，甚至構(gòu)成孕震、控震和發(fā)震斷層。對(duì)工程安全的影響已不再僅局限于通過(guò)山體、工程巖體的失穩(wěn)來(lái)體現(xiàn)。即便是巖體沒(méi)有出現(xiàn)失穩(wěn)，但構(gòu)筑于其上的建筑物可能因斷裂的地震活動(dòng)而存在工程抗震及抗斷等問(wèn)題。因此，Ⅰ級(jí)結(jié)構(gòu)面通常作為區(qū)域穩(wěn)定性研究中的主要對(duì)象之一，或者作為一條斷裂帶加以專門(mén)研究。

　　Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面與所研究的山體和巖體尺度相當(dāng)，為規(guī)模在數(shù)百米至數(shù)千米的淺表中小斷層或?qū)娱g錯(cuò)動(dòng)。Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面影響的主要是山體、巖體的穩(wěn)定性，因此會(huì)對(duì)大型工程的整體布局帶來(lái)影響，甚至需要另行選址。

　�、蠹�(jí)結(jié)構(gòu)面指其尺度被限制在所研究的巖體或山體內(nèi)部、長(zhǎng)度在幾十米至數(shù)百米的小斷層、軟弱錯(cuò)動(dòng)面和大節(jié)理。Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面影響的主要是山體內(nèi)工程巖體的局部穩(wěn)定性問(wèn)題，典型的是道路、溝渠、露天采礦邊坡、庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題最為常見(jiàn)。

　�、艏�(jí)結(jié)構(gòu)面泛指受控于Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面之下斷續(xù)分布的裂隙、節(jié)理、軟弱層面和劈理等，尺度為幾十厘米至幾米。Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)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(yīng)力分布狀態(tài)和巖體強(qiáng)度，而且很大程度上影響著巖體失穩(wěn)變形機(jī)制和破壞方式。因此Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度、分布狀態(tài)和組合排列情況，成為評(píng)價(jià)巖土體工程地質(zhì)性能的基本依據(jù)之一。

　�、跫�(jí)結(jié)構(gòu)面指不連續(xù)、無(wú)充填物、分布隨機(jī)、為數(shù)甚多的微裂隙，它影響和控制著工程巖土塊體本身的強(qiáng)度、變形機(jī)制以及破壞方式。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的巖土力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果基本反映了Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面控制下的工程巖土體力學(xué)強(qiáng)度。

　　3.2地應(yīng)力場(chǎng)與巖體穩(wěn)定性

　　地應(yīng)力是地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖體自重等因素作用下的產(chǎn)物。地應(yīng)力是決定區(qū)域穩(wěn)定性和巖體穩(wěn)定性的重要因素，地震活動(dòng)、斷層活動(dòng)和水庫(kù)誘發(fā)地震都是地應(yīng)力局部集中的結(jié)果，而巖體穩(wěn)定性受控于地應(yīng)力作用下形成的各種結(jié)構(gòu)面和現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)與巖體的相互作用。

　　地應(yīng)力場(chǎng)的分布特征決定了地殼巖體斷裂的運(yùn)動(dòng)特征，進(jìn)而影響巖體的變形破壞方式。地殼內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)主要有三種典型情況：

　�。�1）潛在逆斷型。應(yīng)力場(chǎng)中最小主應(yīng)力近于垂直，最大主應(yīng)力與中間主應(yīng)力近于水平。此種應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的是逆沖破壞，即沿走向與最大主應(yīng)力垂直的剖面X裂面產(chǎn)生逆斷運(yùn)動(dòng)。

　�。�2）潛在正斷型。應(yīng)力場(chǎng)中最大主應(yīng)力垂直，而其余兩主應(yīng)力水平分布。在此應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的破壞，必然是沿走向與最小主應(yīng)力軸相垂直的面發(fā)生正斷性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。與地應(yīng)力狀態(tài)形成優(yōu)勢(shì)組合的巖體結(jié)構(gòu)面，往往是巖體發(fā)生失穩(wěn)破壞的控制邊界。

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

　　總體上看，地殼運(yùn)動(dòng)決定了地應(yīng)力的宏觀分布狀態(tài)，地應(yīng)力狀態(tài)控制了斷層運(yùn)動(dòng)特性。巖體地應(yīng)力分布特征除了與統(tǒng)一的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)之外，還受局部區(qū)域內(nèi)的工程地質(zhì)條件所約束和調(diào)節(jié)，包括巖體結(jié)構(gòu)與巖性特征、巖體構(gòu)造作用及其演化歷史、地形地貌條件等因素。地應(yīng)力異常會(huì)導(dǎo)致巖體發(fā)生失穩(wěn)、變形和破壞，并經(jīng)常對(duì)各類建筑物的設(shè)計(jì)和施工造成直接影響。

　　4結(jié)論

　　由上可見(jiàn)，研究各種地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象、則是解決工程建設(shè)中與構(gòu)造現(xiàn)象有密切關(guān)系的工程地質(zhì)問(wèn)題必要及有效手段，服務(wù)于資源開(kāi)發(fā)和人類生存環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展。
 

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