水工程地质缺陷常用加固技术|褶皱分类及形成机制

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：①核部；②翼部；③转折端；④枢纽；⑤轴面；图1.1褶皱要素示意图⑥轴线；⑦轴迹；⑧脊线与槽线。当下流行的褶皱分类，见表1.1。表1.1现行褶皱分类表**于晓锐，张兴平·褶皱的形态类型及表示方法，中国煤田地质，2007褶皱的形成机制。1）经典的褶皱形成机理模式。岩层在褶皱形成过程中，当表现为通过岩层相互滑动并弯曲时，称其为弯滑褶皱作用。

（1）褶皱的定义。通常我们将岩层的连续弯曲称为褶皱（Fold）。

这里的岩层包括岩层的层面、岩体的流面、变质岩的片理面等，它们在构造运动的应力作用下常常发生连续弯曲变形现象，就成为多种类型的褶皱。它是由均匀连续分布的构造转变为非均匀连续分布构造的产物。

（2）褶皱的基本形态。

1）当岩层的新老关系已知时，褶皱有背斜与向斜之分；

2）当岩层的新老关系不明时，褶皱有被形、向形与侧形之别。

（3）褶皱的要素。

一般褶皱有8大要素，如图1.1所示。

①核部；

②翼部；

③转折端；

④枢纽；

⑤轴面；

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图1.1　褶皱要素示意图

⑥轴线；

⑦轴迹；

⑧脊线与槽线。

（4）褶皱的形态分类。

1）按褶皱顶角大小划分为：

①平缓褶皱，顶角大于120°；

②开洞褶皱，顶角为120°～70°；

③中常褶皱，顶角为70°～30°；

④紧闭褶皱，顶角为30°～5°；

⑤等斜褶皱，顶角小于5°。

2）按褶皱转折端形态划分为：

①圆弧褶皱；

②尖棱褶皱；

③箱状褶皱。

3）按褶皱枢纽的产状划分为：

①水平褶皱；

②倾伏褶皱；

③直竖褶皱；

④波状褶皱。

4）按褶皱轴面产状划分为：

①直立褶皱；

②斜歪褶皱；

③倒转褶皱；

④平卧褶皱；

⑤翻转褶皱。

5）按褶皱的位态（空间的产出状态）分类：

①直立水平褶皱；

②直立倾伏褶皱；

③直竖褶皱；

④斜歪水平褶皱；

⑤斜卧褶皱；

⑥斜歪倾伏褶皱；

⑦平卧褶皱。

6）按褶皱各岩层的厚度及相互关系分类：

①等厚褶皱；

②顶厚褶皱；

③顶薄褶皱；

④不协调褶皱。

7）按褶皱的组合形态分类：

①以剖面上的组合形态分：

a.复背斜与复向斜褶皱；

b.隔档式与隔槽式褶皱。

②以平面组合类型分：

a.平行褶皱群；(www.chuimin.cn)

b.雁行褶皱群；

c.扫状褶皱群；

d.弧形褶皱群。

8）特殊褶皱类等。当下流行的褶皱分类，见表1.1。

表1.1　现行褶皱分类表*

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*于晓锐，张兴平·褶皱的形态类型及表示方法，中国煤田地质，2007（5）

（5）褶皱的形成机制。地质岩体尤其是成层岩体，发生褶皱是一个复杂的作用过程。除应力作用的大小、方向外，岩层本身的力学性质、厚度、埋深及基底构造等因素也具有一定的影响。

1）经典的褶皱形成机理模式。

通常认为褶皱的形成有下列四种经典模式：

①弯曲褶皱作用；

②弯滑褶皱作用；

③弯流褶皱作用；

④剪切褶皱作用。

其中①～③三种是由于受水平顺层挤压力作用而形成的褶皱，故统称之为“纵弯褶皱作用”，属于主动褶皱；第④种是通过岩层剪切错位，岩层本身并不弯曲，故此属被动褶皱（见图1.2）。

第一，弯曲褶皱作用。

地质岩层受侧向挤压力发生弯曲，其特点为：

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图1.2　主动褶皱与被动褶皱示意图

（a）纵弯褶皱作用；（b）剪切褶皱作用

①外拉、内压；

②褶皱中存在一“中和面”，该面上各点既不拉伸也不压缩；

③随着褶皱弯曲的增强，中和面逐渐向内侧迁移；

④对于韧性岩层，中和面外侧的岩层将拉伸变薄，并形成顺层劈理；内侧挤压加厚，形成扇形劈理或小褶皱；

⑤对于脆性岩层，中和面外侧将形成张裂隙、楔形脉、小型正断层；内侧形成压裂隙或小型逆断层。

第二，弯滑褶皱作用。

岩层在褶皱形成过程中，当表现为通过岩层相互滑动并弯曲时，称其为弯滑褶皱作用。其特点为：

①对于强度较高的岩层，褶皱时各岩层沿层面将发生剪切滑动。一般是在褶皱未发生翻转情况下，新岩层向“背斜转折端”运动，老岩层向“向斜转折端”运动。

②褶皱的各岩层本身均有各自的中和面，但整个褶皱无中和面。

③褶皱各岩层的弯曲程度基本相同，岩层的“真厚度”各处一致，故此叫“等厚褶皱”。

④地质岩层的层间与层面的“半生构造”发育。由于岩层间的相互滑动，层面上具有一定擦痕；层间并形成小褶皱、剪切节理；转折端处将形成虚脱、扇形张节理等。

第三，弯流褶皱作用。

在侧向挤压力作用下，地质岩层的弯曲主要通过其岩层材料的塑性流动表现出来，通常我们将此作用称为弯流褶皱作用。其特点为：

①弯流褶皱主要发生在软硬相间的塑性岩层中；

②褶皱岩层的塑性层“真厚度”各处不等，往往是在转折端厚，两翼薄；

③由于塑性流动，层内将形成层间劈理、小褶皱等。

第四，剪切褶皱作用。

地质岩层沿着与地质岩层垂直或斜交的剪切面滑动而形成的褶皱称为剪切褶皱作用，所形成的褶皱叫剪切褶皱。

剪切褶皱并非岩层弯曲，而是岩层沿着剪切面相互滑动。

2）另类的褶皱形成机理模式。

所谓另类的褶皱形成机理模式指的是一种“横弯褶皱作用”。

地质岩层受到垂直于岩层层面方向的外力作用时而发生的褶皱作用，称其为“横弯褶皱作用”。其特点为：

①横弯褶皱中岩层整体处于拉伸状态，各岩层均无中和面；

②通常多形成“顶薄褶皱”；

③地质岩层材料的塑性物质一般由顶向两翼流运，并在两翼形成层间小褶皱。

（6）影响岩层褶皱形成机制的其他因素。

1）岩性。不同岩性的岩层，其力学性质也不尽相同；在相同的外力作用下，其变形程度也不尽一致。

2）厚度。当岩性相同时，地质岩层的厚度越薄，其褶皱变形程度越强。

3）围压与温度。地质岩层埋藏越深，其围压和温度越高。而较高的围岩与较高的温度使本来刚性的岩层难以褶皱的转而变为塑性易于褶皱了。

4）综观各因素获得的共识。

①厚度大、刚性强的岩层，常常形成变形程度较低的“开阔褶皱”或“等厚褶皱”；反之，则形成“紧闭褶皱”；

②不同岩性的岩层组合，刚性强的岩层控制着整个褶皱的形态；而刚性弱的岩层则是受强岩层来控制褶皱的形态；

③褶皱规模依时、依地、依力、依温度、依边界等的不同，具有小到厘米级，大到数公里乃至数十、数百、数千公里尺度的差异；

④即便如此，厘米级的褶皱赋存微裂缝；公里级的褶皱隐含诸多的大断裂。没有缺陷的地质岩体，几乎在地球上不复存在；同样，归属为地质体的褶皱是缺陷，内含于褶皱中的微裂缝和大断裂就是缺陷中的缺陷，缺陷无处不在。

真实描述褶皱，是地质工程师的基本职能表现之一；面对水工程建于褶皱的现实，则是结构工程师设计智慧崭露头角的舞台。

文学家说“地球是平的”，而水工程的工程师们遇到的“地球是曲的”。

水工程地质缺陷常用加固技术|褶皱分类及形成机制

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