活断层的工程地质研究样本.doc

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断层的工程地质研究
1 基本要领及研究意义
活断层: 当前还在持续活动, 或在近期地质历史时期活动过, 极可能在不远的将来重新活动的断层
100 以来活动过的断层称全新活动断层。
活断层的活动特征: 蠕滑、 粘滑。
意义( 工程意义) : 规避重大破坏性地震对建筑群的破坏, 防止因活断层位错坏建筑物( 无破坏性地震) 。
2 活断层的特性
包括: 活断层的类型
活动方式
规模
错动速率及基本分级
活动周期
古地震事件
2.1 活断层的类型和活动方式
按构造应力状态, 活断层可划分为三类:
走向滑动型( 平移断层)
逆断层
正断层
由于三类活断层的几何特征及运动特性各不相同, 因而对工程场地的影响也不同。
一、 走向滑动断层
应力状态为垂直, 、 水平。
特征: 断层面倾向大( 近于垂直)
断层的地表出露线平直
地貌上常形成陡直的断崖
以水平运动为主, 相对垂直升降量很小
分支断裂较少, 断层带宽度小
这类断层的水平错动量往往很大, 因而易于识别, 易于发生强震。
一、 逆断层
应力状态为垂直, 、 水平。
特征: 断层地倾角较小, 一般20－40o之间, 上盘上升引起上盘一侧地面隆升, 下盘一般无地表变形, 分支断层发育, 主要产生在上盘。
断层面的地面出露线不平直, 呈波状弯曲。
逆断层也是强烈发震断层。
三、 正断层
应力状态为垂直, 、 水平。
特征:
断层面倾角介于逆断层与平移断层之间, 一般60~80º之间。上盘下降并发育分支断层
近断层能够引发中强震。
由于地应力场的复杂性, 因此, 实际发育的断层往往既有水平运动分量亦有垂直运动分量。因为形成走滑逆冲断层或走滑正断层等。
活断层活动的两种基本方式: 粘滑和稳滑。
易发生同期强地震。
2.2 活断层的长度和断距
对活断层, 其长度和断距是表征活断层的重要数据, 一般见: 强度导致地面破裂的长度( L) 和一次错段的最大位移( D) 来表示。
一般地震地表错段长度从由百米至数百公里, 最大位移自几十厘米至十余米。
地震愈大, 震源愈浅, 则地表错段就愈长。
中国的经验公式为:

或:
统计分析是一种常见的研究方法。
然而, 断裂面长度与震级之间的关系并非如此简单, 还受许多因素的影响。如断裂面的形状, 剪切模量、 断层性质、 大地构造环境等因素有关。
但若采用地震面波震级Ms与或进行相关分析, 则有较好的关系, 见图4-12和4-13。( P147)
分支断裂的错断位移则随主断层的距离加大而减少。
2.3 活断层的错动速率和重复周期
错动速率与地震重现周期是地震预报的重要数据。一般活断层错动的速率愈大, 则两次错断的时间间隔就愈短。
根据断层速率, 中国将其分为四级。
A
B
C
D
100<R<10
10>R>1
1>R>0.1
R<0.1
特别强烈
强烈
中等
弱
m>8.0
7~7.9
6~6.9
6以下
对断层错动速率的研究, 能够采用跨断层重复测量, 但对于获取平均错动速率有时较难。
另一种研究方法, 叫地质、 地貌分析法。重要研究大地震事件。古地震事件的地貌证据:
走滑型: 冲沟 、 溪流、 阶地、 冲积扇和山脊错断
倾滑型: 断层陡坎、 断层三角面、 断陷湖等
另外, 如错断第四系、 地震崩积楔、 地震冲填楔等。
经过对这些地震事件的分析、 判断事件发生时间, 次数、 累积错的距离, 各事件的绝对年龄, 就能够求出平均错动速率和重复错动事件。
地震崩积楔
关于测年, 有许多方法, 用得较普遍的是14C, 另外如热释光( TL) 电子自旋共振等方法( ESR) 。K-Ar法。
因此, 研究活断层错速率和重交周期的地质、 地貌学方法, 首先是取得某一断层多次古地震事件位错资料( 地震崩积楔、 地震充填楔) 。亦获得其年代数据( K-Ar、 14C、 TL、 ESR) 。由此研究这一条断裂的平均位错速率及由这一速率形成地震的位错量, 推算下一次地震的重复周期。
另外, 地震重复周期与一次地震产生的位错量成正比, 而与平均错动速率成反比, 即:

有蠕滑成分时,

3 活断层活动的时空不均匀性
时间上, 时密( 群发性) , 时稀。
空间上, 有弱活动区和强活动区这分, 并随时间发生迁移。
3.1 活断层突然错动在时间分布上的不均匀性

活断层活动具有间歇性活动特点。
特点 总体 时间上 具群集性 相对于分布稀疏
总体: 单发型 每隔一段时间发生一次强震, 新验的二台断裂
群集型 在某段时间多发, 别的时间稀少 阿尔金断裂
混合型 某时段群发, 某时段单发 解水河断裂
3.2 活断层错动在空间上的不均匀性
中国活断层的错动速率具有区域性的不均匀性, 根据区域性差异, 共分为七个断块, 其中青藏高原、 台湾等断块、 断层的新活动性比较强烈。
同一区域的断层, 也存在不均匀性。
同一断层的不同段, 也存在不均匀性。
3.3 活断层迁移
当活断层的活动段发生一系列的群集方式的破裂后, ( 地震) 断裂活动往往会转移到别的段落式别的区域, 即形成活断层的迁移。
以郯庐断裂为例。
活断层的迁移, 对地震的预报关系极大。研究活动断裂的发展规律及其时间序列。
4 活断层区规划设计建筑的原则
活动断层对建筑物的安全性危害很大, 一般在活断层附近不宜选择建筑场地, 特别是重要建筑物。
当不能避让活断裂时, 也必须在场地选择、 建筑物类型选择、 结构设计等方面采取措施, 以保证建筑物的安全。
4.1 场地选择
一、 选择对抗震有利的地段
a. 低级别活断层地带优于高级别活断层地带。活动时期老的活断层地带优于新的地带。( 特别是全新世活动地带)
b. 避开主干断层带, 避开有强烈变形的地带, 分支断层发育地带。( 逆断和正断的下盘有利抗震)
c. 避开填土层, 避开结构自振周期与土层特征周期相同( 相近) 地带。
d. 避开浅埋大溶洞、 地下采空区等地带。
e. 避开有加重震害的突出孤立地形、 崩滑斜坡地带。
f. 持力层的选择宜选择基岩或坚硬岩土作为地基。
4.2 建筑物类型选择
选择有利于抗大变形的建筑物类型。
大坝: 以堆石坝、 抗变形能力较强。
选择有利于抗震的平面设计( 图、 方形、 矩形) 无凹凸, 有利的立面设计( 利用沉降缝分割成规则单元) 减轻重量, 降低重心。
5 活断层的调查与判别
目的: 确定断层带的位置、 宽度、 分支断裂发育情况。错动幅度及变形带宽度, 以及活断层的活动时间间隔。
一、 地质、 地貌调查
植被、 溪流、 山脊错动、 微地貌变形、 不良地质现象、 断层三角面等。断陷湖及洼地。
二、 历史标志
历史上记录的地震证据和说明。
三、 地震标志
震中沿一定的断层线分布。
四、 航空摄影
低阳光角源空摄影, 增加断层崖、 断层三角面等地面起伏的阴影效果。
红外摄影, 了解地下水的分布特征。
五、 大地测量和活断层监测
六、 断层带研究
开挖措施, 研究最新沉积物是否被错断及错动幅度。
提取样品 14C、 TL、 ESR
研究擦痕
研究断层性及混入物 充填物( 砂脉等)
注意区别假象