中国地质大学工程学院844工程地质考研常考论述题.docx

1、中国地质大学工程学院844工程地质考研常考论述题区域稳定性分析一、目的1.通过金川矿区地质和区域地质条件的分析，复习教材中区域稳定性评价的有关容;2.了解区域稳定性评价所需要收集的有关资料和研究容；3.了解区域稳定性评价的方法和活断层区工程建设的原则。二、区域地壳结构和矿区地质构造1、构造单元与地亮结构金川矿区位于河西走廊北缘之龙首段， 是祁连断褶带与巴彦淖尔断褶带和阿拉善断块的接壤地带；矿区所处地段属祁连山断褶带的河西走廊断拗北缘的龙首山断隆， 其北侧为潮水拗陷，见图1-1。图1 1龙首山及其邻区深断裂分布和构造单元划分图 (据文佑)I北祁连断褶；H 河西走廊断拗；山一龙首山断隆；W 潮水拗

2、陷；白家咀岩石圈断裂； 河西堡岩石圈断裂； 走廊南山北坡岩石圈断裂(1)河西走廊断拗河西走廊断拗南邻北祁连断褶带. 北接龙首山断隆。基底为前震旦纪结晶岩系， 南缘是加里东褶皱基底；上覆为上古生代、中生代和新生代地层，第三系和第四系广泛发育。下古生界属地槽型建造，包括复理石、硅质岩、碎屑岩建造；岩浆活动明显，基性、超基性岩发育；经加里东运动褶皱回返，呈 N60。W向紧闭褶皱。上古生界盖层是一套地台型的浅海沉积建造。中生界褶皱开阔，并具由西向东散开的弧形构造格架， 白垩系在盆地尤为发育。(2)龙首山断隆龙首山断隆的南侧是以河西堡 一金塔断裂与走廊断拗为邻； 北侧以白家咀一合黎山断裂与潮水拗陷接壤。

3、基底为前震旦系结晶岩系。震旦系浅变质岩系 (海相灰岩、碎屑岩建造)不整合于基底之上。缺失下古生界，加里东期花岗岩直接出露。上古生界、中生界地层不全， 以残留形式零星出露。(3)潮水断拗自西至东为庙沟断凹、昌宁堡断陷、 民勤吉兰太拗陷。昌宁堡断陷直接与矿区为邻，其边界是白家咀一合黎山断裂。综合上述资料不难看出，从中生代以来，这个地区呈两堑夹一垒的格局。 两堑即南侧的走廊断拗、北侧的昌宁堡断陷；一垒即龙首山断隆。据有关重力资料推算的地亮厚度： 北祁连山区一般大于55km ;河西走廊为50 55km ；而龙首山区以北递减为 48km左右。地壳厚度的这种变化似乎与下古生界褶皱基底厚度相吻 合。因此，上

4、部地壳结构是该区沉积地层和构造形变的总体反映。2、龙首段地质构造概述(1)地层概述龙首段的地层特征可以归纳为： 前震旦系褶皱基底为混合岩、片麻岩、岩和云母石英片岩等深变质岩系； 震旦系整合于基底岩层之上，为砾岩、 长石石英砂岩、千枚岩和灰岩等浅变质岩系；缺失下古生界；上古生界泥盆、石炭、二叠系主要是砾岩，砂页岩系； 缺失三叠系；侏罗系超覆不整合于震旦系之上， 其分布局限于草大坂以北， 是一套碎屑岩系；白垩系下统为杂色泥岩夹泥灰岩、 砂砾岩；上第三系中新境是一套含砾粗砂岩， 夹细砂岩、泥岩，超覆不整合于上述各层； 龙首山以北，大面积覆盖有上更新统无胶结的砾岩和 黄土状亚砂土；主要出露的火成岩有加

5、里东石英闪长岩、 花岗岩和海西期超基性岩，以大型基岩产出。(2)褶皱从图1-2可以清楚看出： 前震旦系龙首山群深变质岩系为陡倾紧闭褶皱，其轴向为N40 60 W ；震旦系浅变质岩系的褶皱在全区占主导地位，构成区域性的、轴向为 N30 45 W的、向SE倾斜的复式向斜，岩层陡倾、直立甚而倒转； 上古生界泥盆、石炭、二叠系的分布，局限于龙首端，其褶皱比较开阔缓倾 (在大断裂带附近为陡倾)，轴向N35 40 W，并向SE倾伏；中生界侏罗系仅在图幅西北角草大扳一带分布，受断 裂切割破坏严重，岩层总体走向为 N50 W，倾角为30 60 ;白垩系褶皱舒缓开阔，总体走向呈 NWW，倾角以15 30 为多见

6、；中新统在区分布另星，它在龙首山麓的 褶皱轴向一般为 N60 W ;宁远堡以东地段，轴向多为东西。它们的岩层倾角一般是10 30 。(3)断裂区断裂发育具有下列显著特点： 走向断裂密集发育。它们不仅延伸长远，而且成带、成束并行，呈舒缓波状；在横剖面上构成不同倾向的叠瓦式构造。具明显的分段性， 反映在地质历史中龙首山两麓受力最大，变形最严重 (即自家咀一西山庙、露泉 一东大山两个地段)；所有这些区域性巨、大、中型断裂的多期、继承性活动特点十分突出。这主要反映 在三个方面：其一是断裂破碎带松散宽大；其二是这些断裂表现出不同程度的压性兼旋扭性 的运动特征；其三是断裂带及其影响地段分布有多期多种的岩浆

7、岩等； 区域巨、大型断裂控制了中、新生代盆地的发育及其岩层的形变特征。 此外，本区构造形变剧烈的另一特征是层间错动十分发育。三、区域地壳近代活动与地震1、区域新构造特征(1)、区域断陷盆地发育及其特征1龙首山南的走廊地带自新生代以来形成 30-50km 宽的沉降带。就第四纪而言，盆地厚约1000-1192m ；民乐盆地为500-2000m ;永昌及盆地约 300-1000m 。诸盆地形态基本呈菱形。它们的发育受 NW、NWW向断裂所制约。断陷盆地的南缘比北缘的沉降幅度大，民乐盆地大马营附近第四系厚达 2000m 及河西堡NW向狭窄的地堑型断陷槽的存在等事实，都表明走廊断坳中的深断裂活动对上覆盆

8、地形成 一演化的控制。2龙首山北侧，自西向东展布有金塔、潮水和民勤吉兰太盆地。这些盆地的第四系表现为南厚北薄，西薄东厚(昌宁堡断裂陷盆地第四系最大厚度达 1500m)。这一现象不仅表明更新世以来区域地壳动方式为掀斜块断， 同时反映近东西向的断袭活动影响昌宁堡盆地的第四纪沉积规律。3新生代盆地在平面上呈北西向斜列展布于龙首山两侧，见图 1-2。这一规律表明，走廊南山北坡断裂、河西堡一金塔断裂、白家咀一合黎山断裂，自新生代以来有右旋扭动特征。 中新统地层褶皱的轴向以北西西。近东西为主的现象，同样说明了这一活动特征。4各盆地沉降幅度的差异和中新统、下更新统地层在断裂带附近陡倾、以及古老地层逆覆于它们

9、之上的种种现象，都表明近代区域地壳活动形式是以掀斜块断差异活动为主。（2）龙首段块断差异活动特征1新生代抬升速率和运动特征龙首山及其邻区新生代以来上升幅度和速率归纳于表 1-1。综合有关资料分析认为，北祁连山区的变形方式是穹状拱曲， 伴之块段运动。它与走廊存在明显的块断差异运动。 北大山基本为上升断块； 而龙首山自中更新世以来处于间歇性的隆升过程， 表现为西部隆较升东部强烈，北部隆升较南部相对强烈的差异性掀斜块断隆起。 从中更新统出露或钻孔揭露的高程对比结果看出，龙首山北缘自家咀 一合黎山断裂自中更新世以来，下盘的铅直落差 （龙首山相对抬升）140-200m ，而南缘河西堡一金塔断裂活动所反映

10、的相应数据为 120m 左右。图1-2区域新生代盆地展布略图1-隆起山地；2-短线、凹陷盆地；3-深断裂；4-控制盆地发育的其他区域性断裂2活动断裂龙首山及其邻区，前第四系基底断裂发育是区域构造的显著特点。第四纪以来，它们的继承性活动也较为普遍，存在不少晚更世断层。地区抬升强度北祁连山河西走廊龙首山阿联善北大山总上升强度（m）1000-21005001400680表1-1 龙首山及其邻区新生代以来上升幅度和速率平均上升速率0.0250.0120.0350.020(mm/a )2、区域地震活动性及现代应力场分析前以述及，区域新构造活动特点是掀斜块断活动伴有右旋扭动。 下面将从区域地震活动规律、地

11、形变特征和应力量测资料，进一步研究区域地壳现代活动方式及力场状态， 它是区域地壳稳定性分析的重要环节。(1)地震研究区有记载的大于5级地震及其震中分布状况见图 14-5。区域地震活动特征， 可以归纳为：1地震震中呈北西方向带状分布， 明显地反映出与区域深断现代活动有关。 震中位置多数处于深断裂与北北西向断裂的交汇部分， 如山丹、古浪地震；有的则处于数条深断裂聚拢部位，如昌马堡地震。2从图1-3可以看出，区域地震括动自 1609年至1900年比较平静；1900年以来表 现得比较强烈。具体有：1927年5月23日古浪发生8级和6级两次地震；1932年12月25日 昌马堡发生7级地震；1954年2月

12、11日山丹发生7级和6级地震；同年7月31民勤县东发 生7级地震等。这些地震的剧烈程度等值线分布反映出与区域地质结构有明显的一致性。近年发生的最震是1978年8月11日民乐县东的5.1级地震及同年11月17日山丹的4.6级地 震。3对地震所造成的地表裂缝和鼓包等现象的调查和形成的力学作用分析， 得出的最大主压力方向为北北东。 地震裂缝和鼓包的总体走向呈北 70。西，延伸15km。根据裂缝和鼓 包的性质及其组合关系，确定导致它们产生的最大主压应力方向为 N20 30 E。此外，邻近金川矿区的山丹地震区， 经地表变形调查表明： 裂缝分布受地形影响， 不少裂缝与已有裂缝吻合；白疙瘩裂缝呈雁列展布表明

13、， 下伏北西向断裂具有右旋压扭性活动特征； 综合地震所引起的地表变形特征表明，其最大主压应力方向为 N30 E。图1-3区域晚更新世以来主干活动断裂与强震震中分布图地震；6-5.0-5.9 地震(2)地形变监测资料(3)金川矿山地下坑道变形和原岩应力量测对区域应力场的解释资料分析结果表明，同样质量的围岩，因坑道轴向不同而表现出不同的稳定状态； 同一N30 W-EW向的沿脉坑道中；31例的变形资料有29便来自北西向沿脉坑道；沿脉坑道变形表现为侧墙鼓，纵向开裂，拱顶被挤成桃形、歪桃形，混凝土剥落及钢筋变曲等。这一系列资料都说明，矿区处在倾斜度不一的北东 -南西挤压应力条件下，对坑道围岩稳定性起着制

14、约作用。为保证矿山深采工程的稳定性，许多单位曾先后在金川矿区开展了地应力量测研究, 取得了 一系列数据。综合分析这些实际资料得出，矿区主应力最优越的方向为N20 30 E，浅部为100kg /cm2左右；向深部有线形增加趋势，其递增率大约 100m为 50kg / cm2。(4)归纳1经区域地壳构造运动分析认为， 本区表现为掀斜块断间歇性活动， 并伴有右旋扭动的运动方式。龙首段地壳活动比东段强烈，而东段又表现为北侧比南侧隆升幅度大。2根据地震震源机制图解、 地震引起的地表形变、 形变测量和矿区地应力量测资料的综合分析认为，区域地壳现代活动方式为水平挤压和整体右旋扭动， 垂直运动不明显， 可能是

15、继承新生代间歇性的特点，现今处于垂向运动的、平稳阶段。图1-4 区域现代构造应力场简析图1-新生代盆地及其边界；2-晚更新世以来主干活动断裂； 3-隐伏活动断裂；4-震源机制解释所获得主压应力方向；5-地形变监测资料分析的主压应力方向； 6-金川矿地应力量测资料综合分析的主应力方向；8-北大山弧型隆起带向西运动的主压应力3综合新构造运动、历史地震、地形变和地应力量测资料表明，区域地壳现代应力场的主压力方向为北北东-南南西，随构造部位不同而有所偏转， 见图1-4。研究表明，这种应 力场状态与现代青藏高原地块的运动方式有关。 北大山弧型起带自北向南的运动， 同样受北西向祁连山的阻挡而产生向东南旋扭

16、。这无疑与区域应力场状态相吻合。4矿区及其邻区地应力量测结果表明，研究区地壳不是处在应力松弛状态；换句话说，它仍处在应变能积累阶段。四、区域稳定性分析要求1、 报据前述容，归纳出金川矿区域稳定性的主要控制因素和地震地质工程地质条件；2、 对金川矿区域稳定性状况作出评价；3、 提出金川矿区今后建设的意见。振动液化评价一、目的1.了解震动液化的因素2.学会运用经验法评价振动液化二、工程与地质概况某水库拟建最大坝高24m，平均坝坡1 : 3，坝体由粉质粘土（非液化土）堆筑碾压而 成，为均质土坝（图2-1）该坝1111剖面位于宽缓的一级阶地上，地表近水平，上部为全新世早期冲积物，岩性 以粉土为主，厚1

17、8m 左右；下部为卵石层，厚 5m左右，水库蓄水前，该剖面附近地下水 埋深10m。水库蓄水后，预计坝后地下水将溢出地表，形成 30m 左右的沼泽地（II II剖面之A B段），自B点向下游地下水水力坡度 J=0.01。本区地震基本烈度为 VII度。经标准贯入实验，测得粉土标贯锤击数变化如表 2-1所示。表2-1标准贯入锤击数实测平均值（N63.5）深度（m）N63.5岩性粉粒含量%2.003.454粉土33.003.454粉土34.805.255粉土36.607.057粉土38.069.058粉土39.60 -10.059粉土310.60 /7 11.0511粉土611.60 /7 12.05

18、13粉土612.60 /7 13.0514粉土613.06 /7 14.0515粉土614.60 /7 15.0520粉土815.60 /7 16.0525粉土8三、 要求1.应用2 1式计算成果，评价II II剖面可能产生液化的围和深度；2.根据21式分析影响本坝基液化的因素；3提出防止液化的处理措施；4.将以上成果写成简要文字说明。四、 附录与说明1.运用建筑抗震设计规 (GBJ 89 )所推荐的方法评价振动液化时， 在地面以下15m深 度 围 发 生 液 化 的 条 件 是 ：N63.5d0+db-2 dWd0+db-3 du+ dW 1.5d0+2db-4.5 式中：dW地下水埋深(m

19、 ),宜按建筑使用其平均最高水位采用， 也可按近其年最高水位采用；du 上覆非液化土厚度(m )，计算时宜将淤泥和淤泥质土层口扣除；db 基础埋置深度(m )，不超过2m时应采用2m计；d0 液化特征深度(m )，可按表2-3采用。表2-3液化特征深度d0 ( m )烈度饱和土类型粉土678砂土789振动液化评价一、目的1.了解震动液化的因素2.学会运用经验法评价振动液化二、工程与地质概况某水库拟建最大坝高24m，平均坝坡1 : 3，坝体由粉质粘土（非液化土）堆筑碾压而 成，为均质土坝（图2-1）1 下水R谑向：1库腋修：S 4卵花该坝1111剖面位于宽缓的一级阶地上，地表近水平，上部为全新世

20、早期冲积物，岩性 以粉土为主，厚18m 左右；下部为卵石层，厚 5m左右，水库蓄水前，该剖面附近地下水 埋深10m。水库蓄水后，预计坝后地下水将溢出地表，形成 30m 左右的沼泽地（II II剖面之A B段），自B点向下游地下水水力坡度 J=0.01。本区地震基本烈度为 VII度。经标准贯入实验，测得粉土标贯锤击数变化如表 2-1所示。表2-1标准贯入锤击数实测平均值（N63.5 )深度（m）N63.5岩性粉粒含量%2.003.454粉土33.003.454粉土34.805.255粉土36.607.057粉土38.069.058粉土39.60 -10.059粉土310.6011.0511粉土6

21、11.6012.0513粉土612.60 /7 13.0514粉土613.06 /7 14.0515粉土614.60 /7 15.0520粉土815.60 /7 16.0525粉土8三、 要求1.应用2 1式计算成果，评价II II剖面可能产生液化的围和深度；2.根据21式分析影响本坝基液化的因素；3提出防止液化的处理措施；4.将以上成果写成简要文字说明。四、 附录与说明1 .运用建筑抗震设计规 (GBJ 89 )所推荐的方法评价振动液化时， 在地面以下15m 深 度 围 发 生 液 化 的 条 件 是 ： N63.5d0+db-2 dWd0+db-3 du+ dW 1.5d0+2db-4.5

22、 式中：dW地下水埋深(m ),宜按建筑使用其平均最高水位采用， 也可按近其年最高水位采用；du 上覆非液化土厚度(m )，计算时宜将淤泥和淤泥质土层口扣除；db 基础埋置深度(m )，不超过2m时应采用2m计；d0 液化特征深度(m )，可按表2-3采用。表2-3液化特征深度d0 ( m )烈度7 8 9饱和土类型粉土砂土 7 8 9岩村滑坡稳定性评价一、 目的学会滑坡机理分析、稳定性定价和定量计算的基本方法， 了解滑带土抗剪强度指标选择的基本途径，掌握滑坡防治工程要点。二、 滑坡概况1、 自始地理岩村滑坡位于盆地某城市市中区， 地处长江和佳江的交汇地带， 呈半岛状，土地资源十分紧。在经济建

23、设迅速发展的 80年代，市中区斜坡土地得到了大量的利用，交通线路不断 改进，高层建筑逐渐增多。但与此同时滑坡灾害事件也日趋严重，岩村滑坡就是灾害之一。该地区属于亚热带气候，温暖潮湿，雨量充沛，多年平均降雨量在 1200mm 以上，并常有暴雨出现。长江和佳江是市中区两表水系，水位年平均变化幅度达 20m以上，平均低水位158m，高水位181m ，1981年为百年一遇的特大洪水，水位达 193m，正在筹建中的 三峡工程，按175m 蓄水方案修建大坝，该地区最高拱水位将达 205m 左右。2、 地质概况滑坡区基岩地质构造属川东隔档式褶皱中的一复向斜部，岩层产状平缓，倾角 10 以下，倾向在SW200

24、 270 围变化。无明显的断裂构造，优势节理产状： 75 V 82 ;346 81 , 263 85 。基岩地层为侏罗系（J25 ）泥岩砂岩互层，为陆河潮沉积，呈紫红色。相对坚硬的砂 岩组成了滑坡区的上部平台状地形，泥岩及崩积物则组成斜坡主体。崩积物 （Q4col）主要由砂岩块石及泥岩风化粘土组成， 厚度分布特点是斜坡上部薄， 中前部相对较厚。人工堆石为近期在砂岩体中开挖地下洞室而堆弃于斜坡后部的基岩大块石。滑坡区属河流侵蚀、剥蚀的低山丘陵地貌，斜坡顷部为平台，河谷岸坡的坡度由上至下 逐渐变缓，在纵剖面上呈凹的地形。下伏基岩相对不透水，为弱含水层。据洞室调查，基岩洞室绝大多数为干洞，偶见裂隙有

25、渗水现象。斜坡地带入渗的地表水则汇集于基岩顷面，形成崩积层中的上层滞水。该地区新构造运动不强烈，属受活断裂包围的稳定地块，地震基本烈度为 W度。3、 滑坡特征滑坡主滑方向为 NW方向，后缘有一系列 NE-SW 方向的拉裂缝，居民建筑物受到严重影响。据调查，人工洞室开挖于1970-1980 年之间，地面裂缝最早发现在1981年。1981年盆地普降暴雨，江河水位达百年一遇特大水位。 目前，滑坡的活动已严重威胁经由滑坡区的主干公路的正常通车。滑坡现处于蠕滑阶段，且在每年的雨季，位移明显增大。表4-1 钻孔地质描述钻孔号孔口标高（m ）孔深（m ）地质描述及水位观测0-7.9m为长石石英砂岩块石.属人

26、工堆石.7.9-8.1m 为剧风化带，可塑状土，见有K1-1248.115.0滑动擦痕.8.1-l5.0m 为弱风化泥岩，层面产状215 8。雨季旱季钻孔均无水. 0-4.2m为长石石英砂岩块石，属人工堆 石.4.2 5.m为朋积物，基岩碎块占50% ,粘土占50 %，底面有滑动擦痕。 5.1-5.3mK1-2237.011.3为剧强风化带.3.3-11.3m 为弱风化泥岩与砂岩互层.层面产状 240 3 .钻孔水位 雨季埋深4.9m .旱季无水。0-4.9m 为朋积物.基岩碎块石占 40%，粘土占60% .底面有滑动擦痕.1.9-9.3m 为K1-3222.218.4剧强风化带； 9.3-18.4为弱微风化泥岩夹砂岩，层面产状230 6 ;雨季水位埋深8.1m，旱季水位埋深 8.6m 。0-12m 为朋积物，基岩碎块占60% ,粘土占40%。底面有擦痕.12.0-12.4m 为剧强风K1-4214.417.0化带.12.4-17.0m 为弱风化泥岩.层面产状228 5。.钻孔水位埋深雨季为10.6m ,旱季为11.5m0-8.5m 为朋积物.基岩碎块石占 60%，粘土占40%。底面有滑动擦痕. 8.5-9.3m 为K1-5203.620.5剧强风化带，9.3