探究構(gòu)造地質(zhì)與工程地質(zhì)的基本關(guān)系

安曉東

（湖北省地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430200）

我國(guó)幅員遼闊，地大物博，形成多種獨(dú)特的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，例如西藏高原的凍土、新疆的戈壁灘、廣西喀什特地貌，不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)在進(jìn)行作業(yè)施工時(shí)，需要結(jié)合構(gòu)造地質(zhì)特征，繼而考慮工程特點(diǎn)進(jìn)行施工。構(gòu)造地質(zhì)是研究地質(zhì)構(gòu)造的地質(zhì)學(xué)，工程地質(zhì)是應(yīng)用地質(zhì)學(xué)解決工程問(wèn)題，后面所提及的構(gòu)造地質(zhì)應(yīng)是地質(zhì)構(gòu)造可簡(jiǎn)稱(chēng)構(gòu)造。因此研究構(gòu)造與工程地質(zhì)之間的關(guān)系，能夠增強(qiáng)工程的可行性，繼而做出合理的設(shè)計(jì)方案、施工方案，避免因地質(zhì)構(gòu)造不明確造成的工程風(fēng)險(xiǎn)或工程浪費(fèi)。

1 常見(jiàn)的構(gòu)造和特征

所謂的構(gòu)造是經(jīng)過(guò)地殼運(yùn)動(dòng)而形成的地質(zhì)形態(tài)，常見(jiàn)的構(gòu)造地質(zhì)如傾斜巖層、層、褶皺以及斷層。不同的構(gòu)造地質(zhì)呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)也是極大差異的，傾斜斷層是指地層平面與水平面之間具有一定角度（銳角或者直角）的地層。其中一些是原始的傾斜巖石，例如在沉積盆地邊緣形成的那些巖石，在山坡上形成的一些殘余和沖積層，一些由風(fēng)沙和冰川形成的巖石層，以及火山口周?chē)逊e的熔巖和火山碎屑層。在大多數(shù)情況下，地層由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而變形和移位，從而導(dǎo)致傾斜姿態(tài)[1]。在一定范圍內(nèi)，巖層的發(fā)生通常是一致的，稱(chēng)為單斜巖層。單斜巖通常是褶皺結(jié)構(gòu)的一部分。

其中褶皺也是一種構(gòu)造地質(zhì)，其因?yàn)閹r石受到彎曲力而引起的變形。有些褶皺不明顯，有些褶皺很明顯。它們的大小也大不相同。大的綿延數(shù)公里甚至數(shù)百公里，而小的綿綿數(shù)厘米甚至只能在顯微鏡下看到。風(fēng)化和暴露巖石輪廓使許多大褶皺的頂部被侵蝕掉，因此可以清楚地看到褶皺。

斷層是指地殼在應(yīng)力作用下破裂，斷面兩側(cè)的巖石塊均發(fā)生明顯位移的結(jié)構(gòu)。斷層的大小各不相同，較大的斷層可以沿著走向延伸數(shù)百公里，并且通常由許多斷層組成，可以稱(chēng)為斷層帶。較小的只有幾十厘米。斷層在地殼中廣泛發(fā)育，是地殼中最重要的結(jié)構(gòu)之一。

中國(guó)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同的構(gòu)造對(duì)于工程施工產(chǎn)生不同的影響，同時(shí)工程施工也會(huì)引發(fā)或加劇不穩(wěn)定構(gòu)造的變形。如當(dāng)隧道施工要穿越斷層地段時(shí)，由于斷層破碎帶的特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)，常常容易引發(fā)透水、塌方等事故，對(duì)人員機(jī)械安全及工程安全造成危害；又如建筑物需要建設(shè)在單斜構(gòu)造的斜坡上時(shí)，當(dāng)坡向與巖層傾向一致，工程建設(shè)前沒(méi)有查清地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，建筑物基礎(chǔ)施工開(kāi)挖也會(huì)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，危及人身及工程建設(shè)的安全[2]。

2 構(gòu)造地質(zhì)與工程地質(zhì)的關(guān)系

2.1 構(gòu)造對(duì)于工程活動(dòng)不利影響

（1）褶皺對(duì)工程活動(dòng)的影響。褶皺中任何一個(gè)彎曲被稱(chēng)之為褶曲，因此可以將褶皺劃分為背斜、向斜。不同的褶皺對(duì)于工程產(chǎn)生不同的影響，褶皺對(duì)于工程的不利影響主要是因?yàn)閹r層破碎產(chǎn)生的巖體穩(wěn)定問(wèn)題和向斜部地下水的問(wèn)題。同時(shí)單斜構(gòu)造中對(duì)傾斜巖層引起的順層滑坡問(wèn)題。不同的巖層產(chǎn)狀與坡向關(guān)系，分為順向坡和逆向坡，不同的角度、不同的坡向會(huì)產(chǎn)生不同的穩(wěn)定性，如圖1所示。

圖1 巖層坡向與穩(wěn)定性關(guān)系

在順向坡施工時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注巖層的傾向、傾角的大小以及是否存在軟弱夾層的問(wèn)題。同時(shí)不同的皺曲結(jié)構(gòu)對(duì)隧道位置的選擇也有影響，在褶曲構(gòu)造區(qū)域里，隧道應(yīng)盡量選在背斜中，而避免使用向斜和折疊的兩翼。這是因?yàn)樵诒承本€中，由于地層向下彎曲，可能會(huì)隨著地層的上部開(kāi)裂而形成大大小小的石塊，在開(kāi)挖過(guò)程中易于保持穩(wěn)定性。相反，在向斜線上，由于地層向上彎曲，可能會(huì)在地層的下部裂開(kāi)，形成大小不一的石塊，在開(kāi)挖過(guò)程中容易引起跌落或塌陷。另外，如果地下水聚集在向斜底凹的底部，那么這對(duì)施工也是不利的。從地質(zhì)構(gòu)造的角度看，兩翼的巖性是均勻的。當(dāng)隧道通過(guò)折疊區(qū)域時(shí)，應(yīng)嘗試通過(guò)折疊結(jié)構(gòu)的機(jī)翼。當(dāng)必須穿過(guò)折疊結(jié)構(gòu)的背斜線和向斜線時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮背斜線，并應(yīng)盡可能避免使用斜向線。

（2）節(jié)理裂隙對(duì)工程活動(dòng)的影響。所謂的裂隙是巖層受力斷裂后兩側(cè)巖快沒(méi)有顯著位移的小型的斷裂構(gòu)造。既有構(gòu)造裂隙也有非構(gòu)造裂隙。構(gòu)造裂隙分布、走向有一定的規(guī)律性，非構(gòu)造裂隙規(guī)律性差。裂隙對(duì)于工程的影響主要包括破壞巖石的完整性，加劇風(fēng)化作用，促進(jìn)了風(fēng)化速度；降低了巖石強(qiáng)度，因此減弱了巖石的承載力和穩(wěn)定性；有利于開(kāi)展挖方采石，但是影響爆破作業(yè)的效果。

（3）斷層構(gòu)造對(duì)工程活動(dòng)的影響。斷層巖層受力后，兩側(cè)巖快發(fā)生了顯著位移的斷裂構(gòu)造，斷層三要素分別是斷層面、斷層盤(pán)以及斷距，不同的斷層結(jié)構(gòu)對(duì)工程造成不同的工程影響。地質(zhì)的活動(dòng)構(gòu)造主要是指第四紀(jì)以來(lái)的構(gòu)造變動(dòng)，它一直處于變化的范圍內(nèi)?；顒?dòng)構(gòu)造是影響當(dāng)?shù)貐^(qū)域穩(wěn)定性和工程建筑安全的直接因素，對(duì)于工件建設(shè)安全以及后期使用都帶來(lái)了巨大隱患。因此關(guān)注構(gòu)造地質(zhì)與工程地質(zhì)之間的關(guān)系，合理避免構(gòu)造地質(zhì)對(duì)于工程的影響。

2.2 構(gòu)造地質(zhì)與工程地質(zhì)的相互關(guān)系

地球的地殼運(yùn)動(dòng)從未停止過(guò)，因此地質(zhì)構(gòu)造的演化過(guò)程也是一個(gè)不斷變化的過(guò)程，所以構(gòu)造地質(zhì)與工程地質(zhì)的關(guān)系必然也是不斷變化的，因此我們要用發(fā)展得眼光去看待構(gòu)造地質(zhì)和工程地質(zhì)[3]。首先，構(gòu)造地質(zhì)是一個(gè)龐大的、系統(tǒng)的學(xué)科，涉及到地球動(dòng)力引起的地表的幾何形狀，組合形式，形成機(jī)理和發(fā)育過(guò)程，并探討了動(dòng)力的方向，方式和性質(zhì)。研究范圍包括大地構(gòu)造，區(qū)域構(gòu)造和表觀微構(gòu)造。工程地質(zhì)是應(yīng)用地質(zhì)學(xué)原理解決實(shí)際工程問(wèn)題，從而也必須要研究構(gòu)造地質(zhì)，通過(guò)斷層破碎帶時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)巖體結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)，坍塌，突沙和涌水等現(xiàn)象。

2.3 構(gòu)造對(duì)工程國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響

2019年發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害其中滑坡4220起、崩塌1238起、泥石流599起、地面塌陷121起、地裂縫1起和地面沉降2起，分別占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的68.27%、20.03%、9.69%、1.96%、0.02%和0.03%，其中大部是因?yàn)楣こ痰刭|(zhì)施工造成的地質(zhì)災(zāi)害，而這些災(zāi)害往往與地質(zhì)構(gòu)造有著密切的聯(lián)系，由于地質(zhì)構(gòu)造形成的各種地質(zhì)形態(tài)和各種不穩(wěn)定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，最終在自然條件下或人為條件下引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，這些地質(zhì)災(zāi)害會(huì)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。當(dāng)然，也不是構(gòu)在工程領(lǐng)域都會(huì)造成不利影響的，比如在工程中也會(huì)用利用構(gòu)造地質(zhì)來(lái)尋找地下水源，在找礦工作中也會(huì)種用構(gòu)造來(lái)尋找礦產(chǎn)資源等等。

3 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)在工程地質(zhì)學(xué)中的應(yīng)用

（1）地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查和評(píng)價(jià)。深層地下的地質(zhì)穩(wěn)定性取決于深層地下的地質(zhì)特性。地下深層地質(zhì)直接影響著地殼運(yùn)動(dòng)。地下巖層一般可分為四層：承壓層，過(guò)渡層，地幔層和地殼軟層。通過(guò)對(duì)巖石斷裂力學(xué)和大陸動(dòng)力學(xué)的研究，得出了區(qū)域穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)理論。通過(guò)該理論的應(yīng)用，可以將巖土工程地質(zhì)條件與地震活動(dòng)結(jié)合起來(lái)，對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行合理準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的研究，可以得到區(qū)域深層地殼的穩(wěn)定性。在變質(zhì)帶深層地殼中，其性質(zhì)會(huì)影響區(qū)域性地殼的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)變化帶的研究我們可以找到一個(gè)適合工程建設(shè)的穩(wěn)定位置。

（2）工程選址中的應(yīng)用。工程建設(shè)的選址中，建設(shè)項(xiàng)目的選址首先要考慮區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性，而區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性主要從大地構(gòu)造單元及地震帶情況及工程區(qū)附近有無(wú)活動(dòng)性斷裂出發(fā)選擇相對(duì)安全穩(wěn)定的地段作為建設(shè)場(chǎng)地，其次還要分析工程區(qū)有無(wú)不穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造和不穩(wěn)定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面，尤其是臨邊工程、邊坡工程及地下洞室更為突出，選址時(shí)應(yīng)避開(kāi)不穩(wěn)定邊坡，尤其是地層走向和邊坡走向相同且地層傾角小于邊坡傾角的順向邊坡，巖體的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面；地下工程的選址應(yīng)避開(kāi)不穩(wěn)定地質(zhì)構(gòu)造，避免工程走向與巖石走向平行或相交角過(guò)小等等。當(dāng)工程建設(shè)無(wú)法辟開(kāi)時(shí)，應(yīng)全面了解工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，加強(qiáng)對(duì)不穩(wěn)定因素的處理，保證工程建設(shè)的順利建設(shè)及安全使用。在我國(guó)，目前工程建設(shè)呈現(xiàn)出遍地開(kāi)花的趨勢(shì)，我們是無(wú)法避開(kāi)地持構(gòu)造的，因此在大多數(shù)工程建設(shè)對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造說(shuō)不是避讓?zhuān)嗟氖翘幚?，因此在?shí)際工程建設(shè)中應(yīng)做好對(duì)地質(zhì)構(gòu)的詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查、勘查，采取合理的措施加以處理。

（3）工程建設(shè)中的應(yīng)用。在工程建設(shè)中，既有地面工程又有地下工程。地面和地下施工需要同時(shí)進(jìn)行，有時(shí)地下施工要比地面施工更為頻繁。地下施工更為困難。除了承受地下建筑的地下壓力外，地下環(huán)境也非常復(fù)雜。若因?qū)Φ刭|(zhì)構(gòu)造及不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面了解不夠，后期施工時(shí)極有可能引發(fā)諸如塌方、滑坡、崩塌、邊坡垮塌等地質(zhì)災(zāi)害，直接危及工程建設(shè)及人身安全。因此，在工程建設(shè)前應(yīng)充分進(jìn)行地質(zhì)勘察，詳細(xì)了解地質(zhì)構(gòu)造和不穩(wěn)定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面，通過(guò)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的分析，制定預(yù)防措施和改進(jìn)施工方案，減少構(gòu)造地質(zhì)對(duì)工程施工的不利影響，只有運(yùn)用科學(xué)的方法和手段，采用規(guī)范合理的施工工藝，才能保證工程建設(shè)的順利進(jìn)行，確保人身及質(zhì)量安全，才能建設(shè)出更加優(yōu)質(zhì)的工程。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究構(gòu)造地質(zhì)和工程地質(zhì)之間的關(guān)系，結(jié)合筆者自己的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：

（1）裂隙、斷層以及褶皺都會(huì)對(duì)工程地質(zhì)產(chǎn)生影響，同時(shí)工程施工也會(huì)對(duì)構(gòu)造產(chǎn)生影響，二者相互作用，相互影響，因此開(kāi)展工程地質(zhì)，離不開(kāi)對(duì)構(gòu)造地質(zhì)的研究。

（2）不同的構(gòu)造對(duì)工程施工產(chǎn)生的側(cè)重點(diǎn)不同，因此要做好調(diào)查評(píng)價(jià)，制定預(yù)防措施和改進(jìn)方案，減少構(gòu)造地質(zhì)對(duì)工程施工的不利影響。

（3）在施工過(guò)程之前，必須要首先掌握工程地質(zhì)資料，了解當(dāng)?shù)貥?gòu)造地質(zhì)活動(dòng)，結(jié)合工程特點(diǎn)，進(jìn)行選址、保護(hù)巖土體穩(wěn)定性等工作，保證工程建設(shè)質(zhì)量。