工程地质分析原理

工程地质分析原理
课
程
设
计
学校：西安石油大学
院系：地球科学与工程学院
主题：①地震与活断层相关
班级：地工1201班
姓名：王昊
学号：201211070108
一、目的和基本要求
根据《工程地质分析原理》课程设计指导书，本课程设计是工程地质分析原理教学环节的延续，目的是巩固课堂所学理论知识，加深对工程地质问题的理解和分析能力，规避不必要的地质灾害，学会所学知识并利用所学知识正确分析预防工程地质灾害，如地震，活断层，水库诱发地震等。

对所得结果做分析研究，最终得到报告一份
目的如下：
1．认识活断层及活断层的危害。

2．了解国内外活断层研究现状及存在的问题
3．地震的工程地质研究
4．水库诱发地震活动的工程地质分析问题
二、课程设计主要内容
活断层这个术语是二十世纪初提出来的，一直被人们所研究。

它是指现今正在活动的断层，或近期曾活动过、不久的将来可能会重新活动的断层。

活断层是目前地震学和构造学研究重点，对活断层进行科学的评价和合理的分析对于工程建设和城市规划等有着重要的现实意义。

1认识活断层
活断层是深大断裂复活运动产物，国内外大量的研究结果表明，活断层往往是地质历史时期产生的深大断裂，在挽近期及现代地壳构造应力条件下重新活动而产生的。

活断层是新构造运动的一种表现形式, 它可以是老构造的继承或复活, 也可以是新的断裂构造。

我国活断层的分布，总体来说是继承了老的断裂构造，东部地区以NE和NNE 走向的正断层和走滑-正断层为主，西部地区以NW和NWW 走向的走滑和逆冲-走滑断层为主。

活断层主要有粘滑型断层和蠕滑型断层。

前者的围岩强度高，断裂带锁固能力强，能不断积累应变能，易造成大的地震。

后者反之，且断裂带内含有软弱充填物，或孔隙液压和地温的高异常带内，断层活动一般无地震发生，有时可伴有小震。

2活断层的危害
活断层对地区的地壳稳定性有着重要的影响，是地震、崩塌、滑坡、地裂缝、砂土液化、地表断错、火山爆发等多种地质灾害的诱发原因，对工程设施具有重大的破坏作用。

地震发生常受断层控制，特别是中强以上地震与活断层的关系更为明显。

例如，1976年唐山地震震中区破坏殆尽的严重震灾带沿唐山IV-V号发震断层分布；1987年美国Whittier Narrows地震造成8人死亡和3亿多美元的经济损失，专家认为，该地震就是由位于洛杉矶市隐伏活断层引起的，而且在未来还有可能再次引发强震；1995年日本阪神地震的重灾带集中在野岛—会下山—西宫断层沿线，90%以上的震亡人数集中在沿断2~3km的宽度范围内。

3国内外活断层的研究现状
活断层这个概念自被提出之日起，一直存在着争议，争议的焦点是近期活动的上限问题。

最早认为第四纪（2~3Ma）以来甚或晚第三纪（约3Ma）以来阿尔卑斯喜马拉雅运动以后再次有过活动或者新产生的断层称为活断层。

日本活断层研究会把活断层定义为在近代地质时期有过反复活动的，和将来可能活动的断层；1989年国家地震局震害防御司规定：活动断层是指第四纪期间，尤其是晚更新世（10万年）以来活动过的，并在今后仍有可能活动的断层。

随着城市和核电站等重大工程的兴建，对于活断层的研究开始侧重于活断层对工程影响的评建设规模的不同，对活动断层的分级差别也较大。

美国原子能委员会1973年对如何判定活动断层做了三条规定：第一、在35000年内有过一次或多次活动的断层。

第二、该断层和能动的断层有联系。

第三、沿断裂带用仪器能记录到小地震活动事件或该断裂发生过蠕动。

后又由国际原子能机构增加了2条新规定：
一、自晚第四纪以来该断裂有过活动；二、该断裂有地面破裂的证据。

欧美各国对活动断层的研究多结合重大工程建设来研究，凡是符合以上任何一条者均为活动断层，或者称为能动断层，将其作为核工程场地稳定程度的依据。

邓起东根据我国地壳动力学过程和当前的研究程度提出了三个定义：（一）活动断裂：指第四纪（2-3Ma)至现代活动过及正在活
动的断裂或晚第三纪以来有过活动的断裂。

（二）能动断裂：指中晚更新世以来（10-50万年）有过活动的断裂。

（三）发震断裂：指1000~2000年以来有过破坏性历史地震记载及被查明全新世（11万年）以来有过中强史前古地震活动的断裂。

4结语
活断层从提出到现在经历了一百多年的发展，活断层这个概念越来越受到各国研究者的注意，研究活断层对城市规划和人类减灾防灾有重要的意义。

4工程地质问题具体事例分析
①印度科依纳水库诱发地震
印度科依纳（ＫＯＹＮＡ）水库位于印度孟买城以南二百三十公里的地方，库容量27.8亿立方米，水库面积116平方公里．科依纳水库于1954年开工建造，1963年完工。

科依纳水库大坝高103米，大坝体积130万立方米，大坝为粗石混凝土重力坝。

印度科依纳水库不但大坝底下的地基十分理想，而且水库所在地区的地质结构完整，从地质板块学的观点来看米，这座水库是建造在印度板块上，是印度-澳大利亚板块的一部份。

于几百年万前就已经形成。

人们认为这种地质结构是最稳定的，即所谓的无震区，而且在水库建造之前，也没有地震的记载。

大坝位于前寒武纪地质带上，地
质条件非常优越．
但是就在这里发生了至今为止记录在案的强度最大的地震。

1963年科依纳水库竣工并当即蓄水启用。

在这之后，附近地区就小震不断，在1964年和1965年之间，最高一周地震次数达四十多次。

水库在1965年蓄满水，之后地震次数增多，强度加大，到1967年，一周地震次数竟高达320次地震。

在1967年9月13日发生了一次震级 5.5级的地震，1967年12月11日在大坝附近发生了为震级6.5级的地震，震中烈度为VIII度。

这次地震的震源就在水库大坝附近离地面9-23公里的地方。

这次地震影响的范围很大，整个印度半岛的西半部份都能感觉到该次地震。

由于水库诱发地震而直接死亡人数约为177人，受伤人数超过1700人。

该地区大批房屋倒塌或是受到严重损坏，成千上万的人无家可归。

科依纳水库的大坝虽然没有因地震而倒塌，但受到严重损坏，水泥大坝两面出现了多处裂缝，有几处水都从裂缝处渗透出来。

不得不采取多种措施补救。

科依纳水库的发电机组和涡轮机受到严重的损坏。

分析原因：科依纳水库下坚硬的玄武岩中，有许多中小断层。

这些被认为是不活动的断层，在水库建造之后，又重新活动起来。

由于水库大坝高度大，相应的水压也大，大量库水大量渗透进去，使岩石间的摩擦力大为减小，从而破坏了岩石间的应力平衡，造成了断层的运动，这种运动的结果便是地震。

印度科依纳水库地震的一个重要的现象就是，只要一进入雨季，水库水位高涨，水压加大，水库地震就在这时发生。

震源机制解为倾向滑动型，蓄水后地震活动性增强，从水库开始蓄水就开始小震不断看出水库蓄水水压的增大和地层渗透性的提高使地层开始活化，地震类型为前震余震型，构造应力经主震释放后水库荷重在诱发中占了主导地位。

处理措施：判断水库地震的可能性和预测其发震地点和强度，现阶段主要依据地震地质背景，从已有震例中归纳出某些共同特点,进行类比分析,做出粗略的估计。

对高坝大库，一般在区域地质、水文地质、构造稳定和历史地震调查研究的基础上，提出可能产生水库地震的库段和类型，并按能量积聚理论，预测潜在震源区可能发生的地震强度，结合该区地震基本烈度，评价对大坝及附近岸坡、库区城镇或居民点的影响程度。

②由活动断裂粘滑活动引发的公路工程灾害
主要有振动破坏效应、地面破坏效应以及路基失稳效应引起的公路工程灾害。

因发震断层的地表破裂行为引发的破裂面两侧，介质体相对运动，导致公路工程的建（构）筑物被
直接错断损毁；同时断层粘滑活动引起的强烈地面震动，造成大量的公路工程结构震动破坏、边坡失稳、地基失效等；桥梁破坏则主要表现为强震动导致桥面垮塌、桥台或桥墩破坏、桥梁水平或竖向位移等；隧道的破坏有洞口边仰坡垮塌、洞门墙开裂、衬砌开裂变形、渗水等，该类公路工程灾害
在汶川 5.12 地震中表现的最为典型
分析原理：活断层和地裂缝活动引起的桥梁的破坏类型因其部位不同而有所不同。

对于上部结构，由于主梁的支撑系统发生不均匀沉降而导致主梁上产生附加应力和变形，最终
导致主梁上出现裂缝、主梁挠度过大、斜交桥发生梁体横向错位等病害；活断层和地裂缝活动同时还会导致横隔板开裂，从而引起某一块或多块板梁单独受力而引发疲劳破
坏。

支座在活断层和地裂缝的长期活动中会随墩台一起发生不均匀的沉降，从而导致与支座相连的各组件相对位置位错，使构件受力导致破坏。

对于下部结构，活断层对盖梁
的影响主要是其随着墩台体一起发生不均匀沉降，乃至产生扭转剪应力引起破坏；活断层引起桥墩产生的不均匀沉降、倾斜变位，进而导致上部结构的损坏甚至桥体坍塌；活断层对桥梁基础的破坏主要表现为基础的不均匀沉降、滑移和倾斜，进而影响到墩台身的受力状态改变而导致墩台开裂；断层活动容易导致伸缩缝脱落、接头活动异常、锚固件损坏等。

四、学习心得体会
通过这次课程设计巩固了课堂所学理论知识，加深了对工程地质问题的理解和分析能力，进一步理解所学知识并利用所学知识正确分析以往的工程地质灾害，加深了我对工程地质分析原理的理解，为以后工作中应用打下了良好的基础。

参考文献：《世界上著名水库诱发地震的实例》。