1、1本章概述介绍工程地质学的主要研究内容、研究方法及实际意义，它与其它学科间的相互关系，工程地质学发展历史、现状和研究前沿。如何学习该课程。重难点两个重要概念：工程地质条件和工程地质问题概念内涵的理解。有关工程地质学的研究方法的体系的建立。第一章 绪论一、工程地质学的研究对象、任务与分科1、定义工程地质学是地质学的分支学科，它是一门研究与工程建设有关的地质问题、为工程建设服务的地质科学，属应用地 质学的范畴。 2、研究内容地球上现有的一切工程建筑物都建造于地壳表层一定的地 质环境中。地质环境包括地壳表层和深部的地质条件以一定的作用，影响建筑物的安全、经济和正常使用；而建筑物的兴建又反馈作用于地质
2、环境，使自然地 质条件发生变化，最 终 又影响到建筑物本身。二者就处于相互联系，又相互制约的矛盾之中。工程地质学就是研究地 质环境与工程建筑物之间的关系，促使二者之间的矛盾转化、解决。3、研究任务工程地质学为工程建设服务:是通过工程地质勘察来实现的，通过勘察和分析研究，阐明建筑地区的工程地质条件，指出并解决 历存在的工程地质问题 ，为建筑物的设计、施工以至使用提供所需的地质资料。它的主要任 务是：阐明建筑地区的工程地 质条件，并指出对建筑物有利的和不利的因素；论证建筑物所存在的工程地质问题，进行定性和定量的 评价，作出确切的结论；选择地质条件优良的建筑场址，并根据场址的地质 条件合理配置各个建
3、筑物； 研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响，预测其发展演化趋势 ，并提出 对地质环境合理利用和保 护的建议；根据建筑场址的具体地质条件，提出有关建筑物 类型、 规模、结构和施工方法的合理建议，以及保证建筑物正常使用所应注意的地质要求；为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。可见，工程地质工作是工程建设的基础工作。工程地质工程师务必要与工程设计与施工工程师密切协作，以完成上述各 项任务。4、两个重要概念2实践表明：工程地质条件的阐明，是工程地质工作的基础；而工程地质问题的论证和解决，则是工程地质工作的核心。因而，在这里明确工程地质条件和工程地质问题的含义是很有必要的。工程地质条件(
4、Engineering geological condition)指的是工程建筑有关的地质因素的综合。地质因素包括岩土类型及其工程性质、地 质结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等方面，它是一个综合概念。其中的某一因素不能概括为工程地质条件，而只是工程地质条件的某一方面。兴 建任何一类建筑物，首要的任务就是要查明和认识建筑场区的工程地质条件。由于不同地域的地 质环境不同，因此工程地质条件不同，对工程建筑物有影响的地质因素主次也是不相同的。工程地质条件是在自然地 质历史发展演化过程中形成的，是客观存在的。工程地质问题(Engineering geological Problem)
5、指的是工程地质条件与建筑物之间所存在的矛盾或问题。优良的工程地 质条件能适应建筑物的安全、经济和正常使用的要求，其矛盾不会激化到对建筑物造成危害；但是工程地质条件往往有一定的缺陷，而对建筑物产生严重的甚至是灾难性的危害。所以，一定要将矛盾着的两个方面联系起来进行分析。由于工程建筑的类型、结构形式和规模不同，对地质环境的要求不同，所以工程地质问题也是复杂多样的。例如，工业与民用建筑的主要工程地质问题是地基承载力和沉降问题，地下洞室的主要工程地质问题是围岩稳定性问题；露天采矿场的主要工程地质问题是采坑边坡稳定性问题；水利水电工程中，土石坝最需注意的是 坝基渗透变形和渗漏 问题，混凝重力 坝是坝基抗
6、滑稳定问题，拱坝是坝肩抗滑稳定 问题。工程地 质问题的分析、评价，是工程地质工程师的中心任务。5、相关工程实例在国外，由于工程地质问题而导致的建筑事故是不乏其例的。在 坝建工程中，此类事故更是惨重。例如，1928 年美国圣弗兰西斯(StFrantis)重力坝 的失事，是由于 坝基软弱岩层崩解冲刷和滑动引起的。l959 年法国马尔帕塞(Malpasst)薄拱坝的溃决，则是由于坝的左翼片麻岩体沿着一个倾斜的软弱结构面滑动所致。 1963 年 10 月 9 日所发生的意大利瓦依昂(Vaiont)水库左岸大滑坡，更是举世震惊。瓦依昂双曲拱坝坝高 261.6m，是当时世界最高的大坝之一。当水库壅水至 2
7、25.4m 时，左岸山体突然下滑，体积达 2.73.0108m3，滑速达 28ms，水库中有 5107m3的水体被 挤出，激起 250m 高的巨大涌浪，高 150m 的洪波溢过坝顶冲向下游，约有 3000 人丧生。该水库开始蓄水 时，就 发现左岸山体蠕滑 变形，但未引起水工人员的注意，随着库水位抬高，滑动面上空隙水 压力加大，从而 导致整个山体下滑。在工业与民用建筑中，也有许多典型的地质事故。如加拿大特朗斯康 (Trans-Cona)谷仓的倾倒，是由于对该区大建筑物地基中深埋软土层的不均匀沉陷估计不足。巴西 1958 年初刚建成的一座十一层高层建筑，尚未使用即倾倒平躺在地上。其原因是支承 该建
8、筑物的 钢筋混凝土桩长度不够，未能深入到沼泽土以下的硬土层中，致使地基承 载力不足而不均匀沉降 过大。 我国也有一些建筑工程因工程地质问题而造成严重事故的。例如 1961 年 3 月湖南资水柘溪水电站的近坝库岸滑坡， 发生于震旦系板溪群砂质板岩中。由于水库蓄水，使同向坡的库岸边坡受空隙水压力作用而失稳。滑坡体 倾入水库中产 生的涌浪溢过坝顶冲向下游，造成了生命财产的严重损失。1980 年 6 月湖北远安盐池河磷矿 的岩崩发生于震旦系灯影组厚层灰岩中。由于灰岩下部较软弱的陡山沱 组薄层白云质灰岩和 页岩中开拓采掘巷道，引起岩体变形，使上部厚层灰岩中顺坡向陡 倾节理被拉开， 约 100 万 m3的
9、岩体急速崩落，摧毁了矿务3局和坑口全部建筑物，死亡 281 人。此外，我国近年来因物理地 质作用造成的地质灾害频繁发生，它们都造成了严重的生命 财产损失。例如，1978 年唐山大地震，1981 年成昆线利子依达沟和辽东老帽山地区的泥石流， 1983 年甘肃东乡洒勒山大滑披，1987 年四川巫溪岩崩等。由此可见，为保证工程的正常施工、运行和生命财产的安全，工程地质学的任务是非常重要的。6、研究内容工程地质学的任务决定了它的研究内容，归纳起来主要有以下几个方面。(1)岩土工程性 质的研究地球上任何类型的建筑物均离不开岩土体，无论是分析工程地质条件，或是评价工程地质问题 ，首先要 对岩土的工程性质进
10、 行研究。研究岩土的工程地质性质及其形成变化规律，各项参数的 测试技术和方法，岩土体的类型和分布规律，以及对其不良性质进行改善等内容。有关 这方面的研究，是由工程地 质 学的分支学科工程岩土学(Science of ergineering rock and soil)来进行的。(2)工程动力地 质作用的研究地壳表层由于受到各种自然营力包括地球的内力和外力作用，还有人类的工程经济 活动，影响建筑物的 稳定和正常使用。这种对工程建筑有影响的地质作用，即为工程动力地 质作用。 习惯上将由于自然营 力引起的各种地质现象叫做物理地质现象，由于人类工程 经济活动引起的地质现象叫做工程地 质现象。研究工程
11、动力地质作用(现象) 的形成机制、 规 模、分布、 发展演化的规律，所产生的有关工程地质问题，对它们进行定性的和定量的评价，以及有效地 进行防治、改造，就成为工程地质学的另一分支学科工程动力地质学(Engineering dynamic geology)的研究内容。(3)工程地质 勘察理论和技术方法的研究为了查明建筑场区的工程地质条件，论证工程地质问题，正确地作出工程地质评 价，以提供建筑物 设计、施工和使用所需的地质资料，就需进行工程地质勘察。不同类型、结构和规模的建筑物，对工程地质条件的要求以及所产生的工程地质问题各不相同，因而勘察方法的 选择、工作的布置原则以及工作量的使用也是不相同的。
12、为了保证各类建筑物的安全和正常使用，首先必 须详细 而深入地研究所能产生的工程地质问题，在此基础上安排勘察工作。应制订适用于不同类 型工程建筑的各种勘察规范或工作手册，作为勘察工作的指南，以保证工程地质勘察的质量和精度。在当前工程地质勘察中，尤其要研究新颖的勘察理论和新技术方法的应用，使勘察工作更为快速、 轻便、有效。有关这方面的研究，是由专门工程地 质学(Special engineering geology)这一分支学科来进行的。(4)区域工程地 质的研究 区域工程地质是为工程规划设计提供地质依据的。不同地域由于自然地质条件不同，因而工程地 质条件也不相同。 认识并掌握广大地域工程地 质条
13、件的形成和分布规律，预测这些条件在人 类工程经济活动影响下的 变化规律，并按工程地 质条件进行区划，作出工程地质区划 图，就是区域工程地 质研究的内容。区域工程地质学(Regional engineering geology)即为这方面研究的分支学科。由此我们可以知道，工程地质学是一门应用性非常强的地质科学。它在工程建设中的地位相当重要，服务对象非常广泛，所研究的内容也是十分丰富的。二、工程地质学的研究方法及其与其它学科的关系41、研究方法工程地质学的研究方法与它的研究内容相适应的，主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地 质类比法。(1)自然历史分析法自然历史分析法即为地
14、质学的方法，它是工程地质学最基本的一种研究方法。工程地 质学所研究的对象地质体和各种地质现象，是自然地 质历 史过程中形成的，而且随着所 处条件的变化，还在不断地发展演化着。所以对一个动力地质 作用或建筑场地进行工程地质研究时，首先就要作好基础地质 工作， 查明各项自然地质条件和各种地 质现象，以及它们之间的关系，预测其发展演化的趋势 及结果。只有 这样，才能真正查明研究地区的工程地质条件，并作为进一步研究工程地质问题的基础。例如，对斜坡变形与破坏问题进行研究时，要从研究形态入手，确定斜坡变形与破坏的 类型、 规模及边界条件，分析斜坡变形、破坏的机制及各项影响、控制因素，以展现其空间分布格局，
15、进而分析其形成、发展演化过程和发育阶段。从空间分布和时间序列上揭示其内在的规律；并且还要预测在人类工程经济活动下的变化情况，为深入进行斜坡稳定性工程地 质评价奠定基础。又如研究坝基抗滑稳定性问题时，首先必须查明坝基岩体的地层岩性特点、地质结构及地下水活动条件，尤其要注意研究 软弱泥化夹层的存在和岩体中其它各种破裂 结构面的分布，及其组合关系，找出可能的滑移面和切割面以及它 们与工程作用力的关系，研究滑移面的工程地质习性，以作为进一步研究 坝基抗滑稳定的基础 。但是，仅有地质学的方法是不能完全满足工程地质评价的要求的，因为它终究属于定性研究的范畴，并没有数量的概念。所以要深入研究某一工程地质问题
16、时，还必须采用定量研究的方法。数学力学分析法、模型模拟试验法即属定量研究的范畴。(2)数学力学分析法数学力学分析法是在自然历史分析的基础上开展的。对某一工程地质问题或工程动力地质现象，在进行自然历史分析之后，根据所确定的边界条件和 计算参数，运用理论公式或经验公式进行定量计算。例如在斜坡 稳定性计算中通常采用的 刚体极限平衡理论法，就是假定斜坡岩土体为刚体的前提下，将各种作用力以滑动力和抗滑力的形式集中作用予可能的滑移破坏面上，求出该面上的边 坡稳定系数，作 为定量评价的依据。为了搞清边界条件和合理地选用各项计算参数，就需要 进行工程地质勘探、 试验，有时则要耗费巨大的资金和人力。所以除大型或
17、重要的建筑物外，一般建筑物往往采用经验 数据类比进行计算。由于自然地质条件比较复杂，在计算时时常需要把条件适当简化，并将空间问题简化为平面问题来处理。一般的情况是，先建立一地质模型(物理模型 )，随后抽象为数学模型，代入各项计算参数进行计算。当前由于 现代电子计算技术的发 展，各种数学、力学计算模型愈来愈多地运用于工程地质领域中。 弹性力学和弹塑性力学理 论的有限单元法也日益广泛地应用于斜坡稳定性、坝基抗滑稳 定性、地面沉降及水 库诱发地震危 险性等的分析计算。这种方法在计算空间问题、非均一，非线性的复杂课题时更显示它的优越性。此外，模糊数学、数量化方法、灰色理论、逻辑信息法等的引入，为工程地
18、质定量评价开辟了新的途径。5(3)模型模拟试验 法模型模拟试验法在工程地质研究中也常被采用，它可以帮助我们探索自然地质作用的规律，揭示某一工程动力地质作用或工程地 质问题产生的力学机制，发生，发展演化的全过程，以便我们作出正确的工程地质评价。因 为有些自然规律或建筑物与地 质环境相互作用的关系可以用简单的数学表达式来表示；而有些数学表达式则十分复杂而难解，甚至因不易发现其作用的规律而无法用数学表达式来表示，在这种情况下，采用模型模拟试验则更为有益。进行模型模拟试验必须要有理论作指导，除了工程力学、岩体力学、土力学、水力学、地下水动力学等理论指导外，还 必须有量纲原理和相似原理作指 导。模型试验
19、与模拟试验的区别，在于试验所依据的基础规律是否与实际作用的基础规律一致。例如用渗流槽进行坝基渗漏 试验，是属于模型 试验的方法，因为试验所依据的是达西定律，与实际控制坝基渗漏的基 础规律相同。但若用 电网络法 进行这种试验，则属于模拟试验的方法，因为试验是以电学中的欧姆定律 为依据的；欧姆定律与达西定律形式上 虽然相似，而本质上则根本不同。在工程地质中常见的模型试验有:地表流水和地下水渗流作用，斜坡稳定、地基稳定、水工建筑物抗滑稳定以及地下洞室围岩稳定等工程岩土体稳定性的试验。常用的模拟试验有:光测弹性和光测塑性模拟试验，以及模 拟地下水渗流的电 网络模拟试验等。(4)工程地质类 比法工程地质
20、类比法在工程地质研究中也是常用的一种方法，可以用于定性评价，也可作半定量评价。它是将已建建筑物工程地质问题的评价经验运用到自然地 质条件与之大致相同的拟建的同类建筑物中去。很 显然， 这种方法的基础是相似性，即自然地质条件、建筑物的工作方式、所预测的工程地质问题 性质都应大致相同或近似。它往往受研究者的经验所限制。由于自然地质条件等不可能完全相同， 类比时又往往把条件加以 简化，所以 这种方法是较为粗略的；一般适用于小型工程或初步评价。目前在 评价斜坡 稳定性中常用的“标准边坡数据法”“标准边坡数据法”即属此法。上述四种研究方法各有特点，应互为补充，综合应用。其中自然历史分析法是最重要和最根本
21、的研究方法，是其它研究方法的基础。作 为工程地质工程 师是必须明确的。2、与其它学科的关系由上述可知，工程地质学所涉及的知识范围是很广泛的，它必须有许多学科的知识作为自己的理论基础。除了与地质 学的各分支学科有密切关系外，还与其它许多学科相联系。地质学的分支学科:动力地质学、矿物学、岩石学、构造地质学、地史学、第四纪地质学、地貌学和水文地质学等，都是工程地 质学的地质基础学科。工程地质研究没有上述各学科的知识，是无法进行的。在工程地质研究中，各地质学分支学科的理论和方法常为之应用。但是，工程地质学是为工程建设 服务的，其研究目的性非常明确而实际，所以在研究的深度和方法上与地质学的其它分支学科有
22、所不同。例如，动力地质作用都是动力地质学和工程地质学研究的对象，但前者主要是定性地研究其形态、分布、产生条件等方面内容；而后者不但要6进行定性的研究，而且还要更深入地研究其形成机制，定量地研究其发生、发展演化的规律，对工程建筑物的影响程度，以及有效的防治措施等。 为定量评价工程地质问题，工程地质学需要数学和力学学科知识作为它的的基础。所以，高等数学、应用数学、工程力学、弹性力学、土力学和岩体力学等都与工程地质学有着十分密切的关系。工程地质学中的大量 计算问题， 实际上就是土力学和岩体力学中所研究的 课题。因此，在广义的工程地质概念中，甚至将土力学和岩体力学也包含进去。土力学和岩体力学是从力学的
23、观点研究土体和岩体的，它 们应属力学范畴的分支学科。 工程地质学也以其它的基础学科作为自己的基础。如，物理学、普通化学、物理化学和胶体化学等。此外，工程地质学还与工程建筑学、环境学、生态学及其它应用技术学科有密切的联系。三、工程地质学的历史、现状与展望在国际上，工程地质学作为地质学的分支学科，独立形成为一门科学，仪有 50 多年的历史，因而它是一门颇为年轻的科学。本世纪 30 年代初，在苏联开展了大规模国民经济建设。促使地质学与建筑工程科学的相互渗透，工程地质学由此作为 一门独立学科而萌生了。 1932 年在莫斯科地质勘探学院成立了由 . .萨瓦连斯基领导的工程地质教研室，培养工程地质专业人才
24、，并奠定了工程地质学的理论基础。与此同时，在欧美国家中工程地质工作也有所开展，但它是附属于土木建筑工程中的，并未成为独立完整的科学体系。他们主要从事一般地 质构造和地质作用与工程建设关系的研究。有关岩土工程地质性质和力学问题的研究叫是由土力学和岩石力学来 进行的。称之为岩土工程(Geotechnical engineering) 。工程地质学经过了 50 多年的发展，学科体系逐渐完善，已形成为有多个分支学科的综合性学科。当前我国工程地质界在能源和矿产资源开发的工程地 质、经济开发区和城市环境工程地质、地质灾害预测预报、工程地质图系编规范以及工程地质测试 技术方法等方面，开展了广泛而深入的研究。
25、工程地质学科正朝着宏 观研究和微观、超微观研究相结合，基础研究和定量研究相结合的道路前进。同 时，系 统论、信息论、控制论、耗散结构等现代科学方法论已渗透到工程地质学科的研究领域内。工程地质学作为一门独立的科学体系在向前发展着。从当今的发展趋势看，现代工程地质学的发展方向是：(1)环境工程地 质这是现代工程地质研究的热点。由于人类工程社会经济活动对地质环境影响日益广泛而深刻，使地质环境出现不良后果，甚至地质灾害频发。环境的恶化将严重威胁人类的生存和未来，因而促使国 际工程地质界开展此 项研究工作。要建立起地 质环境与人类活动之间的理论模式关系和合理利用及保护地质环境的理论，科学地、合理地预测由
26、于人类活动而引起地质环境的区域性变化。今后在水利水电工程、 矿产开发和城市建设的环境工程地质研究势必会更深入地开展起来。7(2)矿山工程地 质近代矿山开采的特点是开采深度和范围愈来愈大，地质条件愈益复杂。深、露采的高边坡、深矿井强大的山岩压力，使岩体的工程地质条件发生一系列变化对工程地质研究提出了重要的新课题.(3)地震工程地 质地震是人类所面临的最严重的地质灾害，因此地基抗震工程地质研究也是现代工程地质学的重要课题，它包括地震断 层活动特性、震源机制、地震效应和地震危险性小区划的研究等方面。(4)海洋工程地 质 向海洋索取资源和开辟建设空间，是人类所面临的重大抉择。大 陆架海底资源的开发、海
27、洋工程、海底隧道和海岸工程的兴建，促使开展海洋工程地质研究。其中海底现代沉积物及工程地质探测技术的研究，是重要的 课题 。总之，工程地质学发展的前景广阔，在它发展的道路上将使自己的体系不断充实和成熟，为人类作出更大的贡献。四、本课程内容与学习方法本课程主要研究与工程建设有关的一些主要的工程动 力地质作用和现象，包括它们的特征、形成机制、发生和发展演化规律、影响因素、可能 产生的工程地质问题、分析评价和预测预报方法，以及防治措施等。所以实际上又是工程动力地质学研究的内容。工程动力地质作用的种类较多，但按其发生和发展的基本原因、动力来源来说，可划分为由地球内动力引起的、由地球外 动力引起的和由人类
28、工程 经济活动引起的三大类。由此，课程内容也分为三篇共十章。第一篇由地球内动力引起的工程动力地质作用，包括活断层、地震和砂土地震液化的工程地质研究。 第二篇由地球外动力引起的工程动力地质作用，包括岩石风化、斜坡的变形与破坏、渗透变形、岩溶的工程地质研究。第三篇由人类工程经济活动引起的工程动力地质 作用，包括诱发地震、地面沉降工程地质研究。通过本课程的学习，要求掌握对各种工程动力地质作用分析研究的思路和方法，以便在今后工作中能运用来解决实际问题。课程以讲授为主， 辅以必要的 习题、作业。考虑到授课学时的限制，第三篇可自学、 选修。 这一篇实际上是属环境工程地质学的范畴，所以也可列为专题讲座的内容
29、。本章小结本章主要介绍了工程地质学的主要研究内容、研究方法及实际意义，它与其它学科间的相互关系，工程地质学发展历 史、 现状和研究前沿。如何学习该课程。重点是一些工程地质所涉及的基本概念及工程地质学的任务及研究方法。81、基本概念：工程地质条件：与工程建设有关的地质因素的综合。这些因素包括:岩土类型及其工程性质、地质构造及岩土体结构、地貌、水文地质、工程 动力地质作用和天然建筑材料等方面。工程地质问题：指的是工程地质条件与建筑物之间所存在的矛盾或 问题。不良地质现象：对工程建设不利或有不良影响的动力地 质现象。它泛指地球外动力作用为主引起的各种地质现象，如崩塌、滑坡、泥石流、岩溶、土洞、河流冲
30、刷以及渗透变形等，它们既影响场地稳定性，也对 地基基础、 边坡工程、地下洞室等具体工程的安全、经济和正常使用不利。2、工程地质学的主要任务是：阐明建筑地区的工程地 质条件，并指出对建筑物有利的和不利的因素；论证建筑物所存在的工程地 质问题，进行定性和定量的评价，作出确切的结论；选择地质条件优良的建筑 场址，并根据场址的地质条件合理配置各个建筑物；研究工程建筑物兴建后 对地质环境的影响，预测其发展演化趋势，并提出对地质环境合理利用和保护的建议；根据建筑场址的具体地 质条件，提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议，以及保证建筑物正常使用所 应注意的地质要求；为拟定改善和防治不良地 质作
31、用的措施方案提供地 质依据。3、工程地质学的研究方法:工程地质学的研究方与它的研究内容相适应的，主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地 质类比法。四种研究方法各有特点， 应互为补充，综合应用。其中自然历史分析法是最重要和最根本的研究方法，是其它研究方法的基础。强化练习1、工程地质学的主要研究任务是什么？2、什么是工程地质条件？3、什么是工程地质问题？4、工程地质学的研究方法有哪些？参考答案91、工程地质学的主要任务是：阐明建筑地区的工程地 质条件，并指出对建筑物有利的和不利的因素；论证建筑物所存在的工程地质问题，进行定性和定量的 评价，作出确切的结论；选择地质条件优良的建
32、筑场址，并根据场址的地质 条件合理配置各个建筑物； 研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响，预测其发展演化趋势 ，并提出 对地质环境合理利用和保 护的建议；根据建筑场址的具体地质条件，提出有关建筑物 类型、 规模、结构和施工方法的合理建议，以及保证建筑物正常使用所应注意的地质要求；为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。2、工程地质条件指的是工程建筑有关的地质因素的综合。地质因素包括岩土类型及其工程性质、地质结构、地貌、水文地质、工程 动力地质作用和天然建筑材料等方面。3、工程地质问题指的是工程地质条件与建筑物之间所存在的矛盾或问题。4、工程地质学的研究方与它的研究内容相适应的，主要
33、有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地 质类比法。四种研究方法各有特点， 应互为补充，综合应用。其中自然历史分析法是最重要和最根本的研究方法，是其它研究方法的基础。第二章 | 本章概述本章概述介绍活断层的基本概念、基本特征、活断层鉴别及研究方法、活断层区建筑原则。重难点有关活断层的基本概念的理解，特别是有关“ 近期”的定义的理解；活断层鉴别及研究方法。第二章 活断层工程地质研究第一节 概 述一、活断层的定义 活断层(active fault)是指目前正在活动着的断层，或是近期曾有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层。后一种情况也可称 为潜在活断层(potentially a
34、ctive fault)。美国将活断层叫做能动断层(capable fault)。各国学者对目前正在活动着的断层，因有鉴别标志佐证而无争议。但对潜在活断层的判定则有不同见解，主要是对“ 近期”一词的看法不同，即 对活断层活动时间的上限有不同的标准。有的将第四纪开始以来活 动过的断层都叫活断层，有的将活断层的时间上限定在晚更新世，有的则限于最近 35000 年 (以 Cl4 确定绝对年龄的可靠上限)之内，也有的认为只限于全10新世之内。时间差距竟达近 200 倍。从工程使用的 时间尺度和断 层活动资料的准确性考虑，活动时间上限不宜过长。一般工程的使用年限 为数十年，一些重大的工程设施如高坝、核电
35、站等使用年限在一二百年以内。因此人们更为关心的是“ 不久的将来”(例如一二百年内) 有无活动的可能性。从工程勘察的角度出发， 应给予潜在活断层 以明确的含义。美国原子能委员会(USNRC)1973 年对能动断层做出了三条规定： 在 35000 年内有过一次或多次活动的断层；与能动断层有联系的断层； 沿该断裂带仪器记录到小震活动和多次的历史地震事件，或该断裂 发生过蠕动。国 际原子能机构 (IAEA)在上述规定的基础上，又增加了两条规定：在晚第四纪它们有过活动； 该断裂有地面破裂的证据。日本的核 电部门强调了“在最近可能发生活动”的含义。在世界许多地区，对活断层的辨认和研究最初是从地震断层(ea
36、rthquake fault) 开始的。如日本 1891 年浓尾地震，美国 1905 年旧金山地震，都 产生了明 显的地震地表断层，从而推动了对活断层的研究。数十年来的研究表明，活断层一般是沿已有的断层长期活动或是老断层的复活(当然也有新形成的断 层) ；它的活动方式基本有两种，即以地震方式产生突然的滑动和连续缓慢的滑动。同一条断 层在不同时期和不同区段，其活动方式可交替出现。活断层的活动强度一般以其长度和错动速率表征的。世界上著名的活断 层，如圣安德烈斯断 层( 美国)、安纳托里亚断层(土耳其)、博格多断 层( 蒙古)、郯 庐断裂(中国)等，都长达数百公里以至上千公里，它们最新活动的标志极
37、为清晰， 现今均发生过 8 级左右的大地震，具有强烈的活动性。而长度较小的活断层，其活动 性则相对较弱。活断 层的错动 速率是以某一时期内断层两盘相对位移的平均值来表示的，一般 认为错动速率 1mma 以上的即 为较强烈的活断层了。伴随有地震活动的活断层，在地震活 动时相对位移较大，而在非活动期则位移很小甚至无位移。所以采用重复精密测量和密集的地震台网监测，可判定断层的活动性。历史上或近期地质时期内曾经活动过的断层，可藉助于历史地震记录、古建筑的破坏和地质标志来判别它。我国是一个文明古国，有 3000 年左右的地震历史记载，可以帮助我们判定活断层的存在以及间歇性活动断层的错动周期；但活断层的具
38、体位置往往难以判定。因断层活动遭致古建筑破坏的事例，不 仅能确切地判定活断层 的位置，而且可估算其 错动速率。宁夏石咀山市红果子沟，明代中、晚期(距今约 400 年)修建的一段东西向长城，有两处被错断，均呈右旋扭动，同时存在水平和垂直错动，其中水平错距达 1.45m，垂直错距为 0.9m。这两处错断均为断层的蠕动所致，跨越 长城的断层走向为 N28oE。由此估算其错动速率，水平和垂直方向各为 3.63 及 2.25mma。地 质标志是判定断层 活动性的主要依据。详细地研究断层长期活动在最新沉积层或地貌上留下来的证据，既可判定该活断层的错动方式和规模，又可判定其错动的时间和周期。二、活断层对工程建筑物的影响 活断层对工程建筑物的影响表现为两个方面。一方面是由于活断层的地面错动直接损害跨越该断层修建的建筑物；有些活断层错动时附近有伴生的地面变形，则也会影响到邻近的建筑物。另一方面是伴有地震发生的活断层， 强烈的地震对较 大范围内建筑物的损害。从工程地质观点出发，这两方面的 问题均与工程的区域稳定性或地壳 稳定性密切相关。长期蠕动和地震发生时突然滑动的活断层，都可对建筑物造成直接损害。上面提到的宁夏石咀山附近长城被错断即为一例。 长达 1000 余公里的圣安德列斯大断 层是世界上最活跃的活断层，特别是旧金山东南从霍利斯特至帕克菲 尔德约 200km 的区段内，激光测距获得
