04地貌和第四纪地质及岩体结构和稳定性分析

第十讲 地貌和第四纪地质及岩体结构和稳定性分析 一、内容提要： 本讲主要讲述

①地貌和第四纪地质 各种地貌形态的特征和成因；第四纪分期。

②岩体结构和稳定分析 岩体结构面和结构体的类型和特征：赤平极射投影等结构面的图示方法；根据结构面和临空面的关系进行稳定分析。 二、重点、难点：

各种地貌形态的特征和成因、岩体结构面和结构体的类型和特征以及根据结构面和临空面的关系进行稳定分析。 三、内容讲解：

第三节 地貌和第四纪地质

地貌即地表形态(地形)。地貌形态大小不等，千姿万态，成因复杂，但总的说来，地貌形态是内外地质营力互相作用的结果。第四纪是地球发展的最新阶段，它包括更新世和全新世。

一、主要地貌形态的特征与成因

地貌形态是由地貌基本要素所构成。地貌基本要素包括：地形面、地形线和地形点，它们是地貌形态的最简单的几何组分，决定了地貌形态的几何特征。自然界的地貌形态虽被人归结为上述三种地貌基本要素所构成。

【例题1】构成地貌形态的地貌基本要素中不包括（ ）。

A. 地形面 B. 地形线 C. 地形点 D. 走向线 答案：D 地形面：可能是平面、曲面或波状面。例如山坡面、阶地面、山顶面和平原面等。 地形线：两个地形面相交组成地形线(或一个地带)，或者是直线或者是弯曲起伏线，例如分水线、谷底线、坡折线等等。

地形点：两条(或几条)地形线的交点，或孤立的微地形体构成地形点，这实际上是大小不同的一个区域，例如山脊线相交构成山峰点或山鞍点、山坡转折点和河谷裂点等。 任何一种地貌形态的特点，都可以通过描述其地貌形态特征和形态测量特征反映出来。 地貌基本形态具有一定的简单的几何形状，但是地貌形态组合特征，就不能用简单的几何形状来表示，而必须考虑这一形态组合的总体起伏特征，地形类别和空间分布形状。例如，山前由若干洪积扇群集所构成的洪积平原，这是一种地貌形态组合，其中每一个洪积扇作为一个基本地貌形态，具有扇形几何特征；但这一形态组合的特征则是纵向倾斜，横向和缓起 伏，呈条状分布的洪积倾斜平原。

地貌的成因研究，涉及地貌形成的物质基础，地貌形成的动力和影响地貌形成发展的因素。地貌形成的物质基础是岩石和地质构造。地貌形成的动力主要有两类，即内力地质作用和外力地质作用。地貌的形成发展是内、外营力相互作用的结果。 (一)残积物及风化壳

地壳表层岩石遭受风化作用后，在原地形成的松散堆积物称残积物(层)。在地壳表层不同深度由于风化作用的因素、方式和强度不同，致使在垂直剖面上形成具有不同成分和结构的多层残积物，由这些残积物所构成的复杂剖面称为风化壳。在风化壳的顶部，通常是生物活动的场所，生物在生命过程中分泌和产生大量的有机质，有机质与残积物不断发生化学反应，改造残积物，这个过程称成土(壤)作用，经成土作用改造过的富含腐殖质的残积物称土壤。因此，残积物和土壤都是风化壳的组成物质。由于风化作用的复杂性和基岩的性质不同，风化壳可以由单一的残积层组成，也可以由多层残积层组成。

风化壳中常含有多种有用矿产，风化成因的铁、锰、镍、钴、铝矿床是这些矿种中的主要类型。风化壳和残积层的结构特点对工程建筑也有直接影响，因此研究风化壳有着重要意义。

决定风化壳形成的主要因素是气候条件，在不同气候条件下，风化作用进行的方式、强度不同，因而形成处于不同风化作用阶段和发育程度的风化壳。据此可把风化壳划分为下列四个主要类型：

1.岩屑型风化壳(机械风化壳)。岩石在物理风化作用下在原地产生碎裂，形成岩屑型风化壳。其化学风化作用微弱，元素迁移能力也弱，组成残积层的岩石成分与母岩基本一致。风化壳上层碎屑粒径细小，向下逐渐变粗，最下部是具风化裂隙的基岩。

岩屑型风化壳主要形成于寒冷气候带(冻原带)，由于气温低；化学元素极不活跃，仅有微弱的化学风化作用，使部分硅酸盐矿物风化成水云母和水绿泥石等风化程度低的矿物。 2.硅铝—硫酸盐型风化壳及硅铝—碳酸盐型风化壳。此类风化壳是在物理风化作用基础上，化学风化作用开始阶段的产物。在氧和二氧化碳的作用下，硫化物受氧化成硫酸盐；铝硅酸盐矿物中的碱金属和碱土金属在碳酸化作用下，从矿物中析出，并形成碳酸盐。此阶段的典型矿物是石膏、方解石等，因水溶液呈碱性，有时可形成水云母等粘土矿物。此类风化壳形成于干旱气候带(荒漠带)及温暖的半干旱气候带(草原带)。整个风化壳因富含钙而呈黄—灰黄色，类似黄土又称黄土状风化壳，这类风化壳的厚度一般不大。

3.硅铝粘土型风化壳(高岭石型风化壳)。在化学风化作用深入进行下，钙、镁、钾、

钠等元素全部被析出，硅也大量迁移。水溶液呈酸性反应，使硅酸盐、铝硅酸盐矿物分解，形成高岭石、蒙脱石等粘土矿物，故称高岭石型风化壳。高岭石型风化壳主要形成于温暖湿润气候带(草原灰化土带)。

4.砖红土型风化壳。在化学风化作用进行较为彻底的情况下，硅酸盐矿物已全部分解，可以迁移的元素均已析出，形成硅、三价铁、铝的氧化物。风化壳因富含铁质而呈红色。典型的砖红土型风化壳主要形成于湿热气候带。

【例题2】某场地内岩土层分布为：①层粉质粘土，呈硬塑状；②层泥岩（夹薄层泥砂岩）；经探槽揭露，两层岩土具有相同的层理，则第①层粉质粘土为（ ）。 A. 残积物 B. 冲积物 C. 坡积物 D. 冰积物 答案：A (二)斜坡地貌与斜坡堆积物

斜坡地貌是自然界分布最广泛的地形形态之一，它包括山坡、岸坡和人工斜坡。其形态特征，成因和物质组成均十分复杂。斜坡的坡度，物质组成在内外力因素的综合影响下，经常地发生变化，凡是变化趋势对国民经济生活有较大影响，甚至有灾害性影响的斜坡称为不稳定斜坡。不稳定的斜坡有两类：一类是坡度陡，常在地震和重力等因素影响下，发生强烈的崩垮滑动，造成灾害。另一类由于组成物质松散，易受水流冲刷造成水土流失，促使耕地破坏和水库淤塞。地质工作者研究斜坡，就是为了控制和预防边坡崩、滑及水土流失。 1.崩塌及其堆积物

崩塌是指斜坡上的岩、土体在重力作用下，突然地迅速地向坡下垮落的现象。崩塌速度很快，可达自由落体的速度。崩塌作用常发生在坡度很陡的斜坡地带，如具悬崖的狭谷地带和海、湖岸地带。

崩塌作用的结果是，一方面在坡的上部形成一个新的陡坎地形，其形状常切入山坡呈围椅状，称崩塌壁。崩塌壁下由崩落的岩块刨出深沟，而崩塌产物则堆在山坡底部呈不规则的堆石坝状，称倒石堆。倒石堆由未经分选的崩塌堆积物组成。它包括巨大的崩塌岩块；岩块碰撞及压砸而形成的碎石及岩粉；以及斜坡上的其他松散堆积物等。其岩性成分与组成斜坡的岩性一致，碎屑呈角砾状，分选性极差。

崩塌是突然发生的，常堵塞河道、阻塞道路，毁坏良田，砸毁民房和桥梁，给人民生活造成很大危害

2.撒落及其堆积物

撒落是斜坡上的岩体在强烈的机械风化作用下，不断地产生碎块及岩屑，它们在重力作

用下向坡下坠落或滚动的现象。

撒落与崩塌不同，它形成于坡度为30°～70°的斜坡地带，在沿坡地带，风化岩屑以较崩塌为缓慢的速度逐渐地、均匀地撒落于坡下，并形成倒石锥。有时沿坡麓形成倒石锥群。 撒落堆积物的岩块和岩屑由于经过滚动棱角遭受磨蚀。较大石块滚动速度快，多停留于坡脚，造成具有下粗上细的粗略分选。稳定的倒石锥坡面常常长满植物，岩块的空隙由细粒物质充填压密，有时被地下水中所含钙质充填。 3.滑坡及其堆积物

滑坡又称地滑，它是斜坡岩体或土体在重力作用及其他因素的影响下，沿着一定的软弱面(带)整体缓慢滑动所形成的一种地貌现象。 滑坡的几种主要地貌特征如下。

(1)滑坡台阶：滑体移动时，滑坡体上下各段滑动速度的差异，或滑动时间的先后不同，常常形成几个滑动面。除主滑动面外，还有几个分支滑动面，构成几块滑体。滑体之间相互错断，构成多级台阶。每一台阶由滑坡平台及陡壁组成，平台面向斜坡方向倾斜，台面上的树木也因倾斜而成“醉汉林”、“马刀树”。

(2)滑坡陡壁：即滑体移动后，与斜坡上方未动的岩土体之间的分界面。陡壁位于滑体后缘，在平面上呈弧形(圈椅状)。陡壁高度代表滑体移动的距离，一般从数厘米到数十米。滑坡陡壁上常分布有垂直方向的擦痕。

(3)月牙形洼地和滑坡湖：由于滑体移动后，滑体与滑坡陡壁之间常遗留下月牙形洼地，洼地积水时形成滑坡湖。

(4)滑坡舌和滑坡鼓丘：由于滑体移动，使得在滑体前缘，形成形如舌状地伸入沟堑低地或河道中的部分称滑坡舌。若因滑体前缘受阻，而被挤压鼓起成丘状者称滑坡鼓丘。 (5)滑坡裂缝：滑坡发育的初期及中期裂缝极其发育。滑体不同部位由于受力差异，发育有不同性质的裂缝与擦痕。

【例题3】某场地内存在有“醉汉林”、“马刀树”等地貌特征，则表明该场地发生过（ ）。A. 崩塌 B. 泥石流 C. 断裂 D. 滑坡 答案：D 4.流水地貌及其堆积物

流水地貌及其堆积物是陆地上分布最为广泛的地貌类型和第四纪沉积类型。流水地貌及其堆积物的研究，对于水工建筑、道路桥梁建设、农田基本建设、水土保持及灭害防治、河运航道、地下水赋存条件以及砂矿地质等方面都具有最普遍而广阔的意义。

在暴雨或大量积雪消融时，所形成的瞬时洪流称暂时性水流。暂时性水流形成的侵蚀地形是侵蚀沟，沟床中的水流堆积物称冲沟堆积物。沉积于沟口的沉积称洪积物。 在半干旱气候带的松散沉积层之上，在植被稀疏的缓坡地区侵蚀沟可以发展得很快，使地形遭受强烈的分割，蚕食耕地，破坏道路，造成大量水土流失，淤塞水库河道，冲沟密布还使潜水位下降，造成危害甚多，为黄土高原的沟堑纵横，称为侵蚀沟。

侵蚀沟中被侵蚀破坏的碎屑物质，洪水期被搬运出沟口后，由于水流分散，坡度急剧减小，流速降低，这些碎屑物质遂堆积于沟口，形成一种半圆冲出锥堆积物称为冲出锥。 洪积扇是在暴雨季节，山区洪流沿河谷流出山口时，由于山区与山麓之间地形相差悬殊，水流出山口后形成散流，水流厚度、流速迅速减小；同时还因地表水的蒸发及通过山口松散沉积物时的迅速下渗，使水量大大减小，搬运力急剧减弱，由洪流搬运的碎屑物质在山口处呈

扇形堆积形成的。过去不同时期的河谷底部(河床及河漫滩部分)，由于河流下切侵蚀作用加强，被抬升超出一般洪水期水面以上，呈阶梯状分布于河谷谷坡上，这种地貌称为河流阶地。每一级阶地都经历了两个形成阶段：首先是以侧方侵蚀为主，形成宽广的河谷，同时堆积冲积层；然后下切侵蚀加强，切开冲积层，形成阶地陡坎。

冲积平原是大河的中下游发生大量堆积而形成广阔的地带。可以分为山前平原、中部平原和滨海平原三部分。

山前平原是从山区到平原的过渡带，成因上属于冲积—洪积型。当河流流出山口到平原后，河床坡降急剧减小，水流呈扇形散开，河道分汊，水流厚度减小，其动能大大减弱，形成冲洪积扇形平原。

中部平原是冲积平原的主要部分，组成中部平原的沉积物主要是冲积物，但也夹有湖积物及风成堆积物，位于中部平原的河流，以汊道式的游荡型河流为主，众多的河流甚至几个水系组成一个冲积平原。

滨海平原成因上属于冲积—海积平原。其沉积物颗粒更细，沼泽面积大，并伴有周期性海水入侵。在滨海地区有典型的海岸带的沉积及残留的地貌，如海岸砂堤(贝壳堤)，以及泻湖、海湾等。

【例题4】山前平原的成因属于（ ）。

A. 冲积型 B. 洪积型 C. 冲积—洪积型 D. 冲积—海积型 答案：C

5.岩溶地貌及其堆积物 (1)岩溶地貌

可溶性岩层在岩溶作用下，形成的一系列独特地貌。根据它们的出露情况，分为地表岩溶地貌及地下岩溶地貌两大类。前者在形成过程中，地表水起着较重要的作用，而后者主要是以地下水作用为主。 1)溶沟、石芽

溶沟是可溶性岩层表面上的一些沟槽状凹地，是由地表水流(主要是片流和暂时性沟 状水流)顺坡地沿节理裂隙，长期进行溶蚀作用的结果。在溶沟间突起状的石脊称石芽。石芽与溶沟的高度、深度一般不超过几米。被松散盖层覆盖的称为埋藏石芽。 2)岩溶漏斗

在岩溶强烈发育区，地表经常出现的一种漏斗状凹地称为岩溶漏斗。它平面形态呈圆或椭圆状，直径数米至数十米。深度数米至十余米。

岩溶漏斗的形成过程，是地表水流沿垂直裂隙向下渗漏时使裂隙不断扩大，先在地面较

浅处形成隐伏的孔洞，并随着孔洞的扩大上部岩土层逐步崩塌，最后陷落成漏斗。 3)落水洞

落水洞是地表岩溶与地下岩溶的过渡形式。其表面很少有碎屑物堆积。常是地表通向地下河、地下溶洞或地下水面的孔道。它形成于地下水垂直循环极为流畅的地区，是流水沿垂直裂隙进行溶蚀、冲蚀并伴随部分崩塌作用的产物。 4)干谷、半干谷及盲谷

岩溶地区当地壳上升时，地表河流不是随之下切，而是沿着后期在谷底上发育的岩溶孔道(漏斗、落水洞等)，将水吸干，谷底干涸遂形成干谷。有些干谷在暴雨季节尚排泄部分洪水，则称半干谷。干谷的形成也可以由于河流发生地下截弯取直现象，使原来的地表弯曲河段变为干谷。因此在干谷地段常保留昔日河流冲积物的残余。 5)峰丛、峰林、孤峰及溶丘

在高温多雨的湿热气候条件下，岩性纯、厚度大、产状平缓、分布广的碳酸盐岩地区地表流水的侵蚀、地表水及地下水的溶蚀，以及沿节理裂隙所进行的机械崩塌等综合作用，使得地表可溶性岩土层表面形成峰丛、峰林、孤峰和溶丘等岩溶现象。峰丛、峰林、孤峰及溶丘又可总称为峰林地形，它们是岩溶地区的主要正地形。 6)溶蚀洼地与坡立谷

与峰丛、峰林、孤峰及溶丘相反，溶蚀洼地及坡立谷是岩溶地区的负地形。溶蚀洼地在峰丛或峰林之间呈封闭或半封闭状。平面形态为圆形或椭圆形，长轴常沿构造线而发育，面积约数至数十平方公里。

坡立谷又称“溶蚀平原”。它是由溶蚀洼地进一步发育而成的。坡立谷的出现往往标志着该地区岩溶发育已经进入后期阶段。坡立谷往往具有面积较大，底部平坦，周围时常发育有峰林地形，以及其延长方向多与构造线一致等特征。 7)溶洞

溶洞为地下岩溶地貌的主要形态。是地下水流沿可溶性岩层的各种构造面(如层面、断裂面、节理裂隙面)进行溶蚀及侵蚀作用所形成的地下洞穴。在形成初期，岩溶作用以溶蚀为主，随着孔洞的扩大，水流作用的加强。机械侵蚀作用也起很大作用，沿溶洞壁时常可见石窝、水痕等侵蚀痕迹，在构造裂隙交叉点，溶蚀及侵蚀作用更易于进行，并时常产生崩塌作用，因此在这里往往形成高大的厅堂。洞穴中存在着溶蚀残余堆积，石钟乳、石笋冲积物及崩塌物等多种类型沉积是上述各种作用，存在的证据。洞穴形成后，由于地壳上升运动，可以被抬至不同的高度，而脱离地下水面。

溶洞的大小形态多种多样，在地下水垂直循环带上可形成裂隙状溶洞。但大部分溶洞形

成于地下水流的季节变化带及全饱和带，尤其在地下水潜水面上下十分发育，形态又受岩性构造控制，有袋状、扁平状、弯状、锥状、倾斜状及阶梯状等。 8)伏流、暗河和岩溶泉

伏流与暗河通称为：地下河系，是岩溶地区的重要水源。

地面河潜入地下之后称伏流。它常常形成于地壳上升，河流下切，河床纵向坡降较大的地方，在深切峡谷两岸及深切河谷的上源部分伏流经常发生。

暗河是由地下水汇集而成的地下河道，它具有一定范围的地下汇水流域，因此，暗河虽有出口，而无入口。高温多雨的热带及亚热带气候最有利于暗河的形成。 9)岩溶湖

岩溶湖分地表岩溶湖及地下岩溶湖两种类型。地表岩溶湖又有长期性湖泊及暂时性湖泊两种。前者形成于岩溶发育晚期，在溶蚀平原上处于经常性稳定水位以下的湖泊，这种湖泊终年积水；后者形成于溶蚀洼地上，由于粘土质淤塞而成的湖泊，或者是岩溶泉水充溢于漏斗凹地中而形成。地下岩溶湖见于较大的溶洞中，这种溶洞主要是处于经常性稳定水位以下的。 10)溶隙、溶孔

溶隙及溶孔主要发育在虹吸管式循环亚带及深循环带，形态呈细缝状及蜂窝状，其直径从数毫米到数厘米，也有较大的，似小溶洞。其形成受岩性、构造裂隙影响很大。溶隙及溶孔常为次生方解石所充填。 (2)岩溶堆积物

岩溶堆积物包括洞穴沉积和泉华沉积。它是一种成因极其复杂的混合体，有化学沉积，也有机械沉积。 1)溶蚀残余堆积物

在岩溶作用下，碳酸盐类岩石被水溶解后所残留下来的富含Fe203及A1203的红色粘土物质，称为“赭土”或“红色石灰土”。根据溶蚀程度不同，有时是均质的粘性土，有时则含尚未被溶蚀的灰岩角砾，有时尚见灰岩原始层理结构。溶蚀残余堆积物常覆盖于溶蚀洼地、坡立谷及溶洞的底部，或充填于岩溶裂隙及通道之中。赭土常构成隔水物质，阻碍岩溶的发展。此外，在古岩溶的起伏面上的一些矿产，都是灰岩长期风化溶滤的岩溶堆积物。 2)洞穴堆积物

洞穴是岩溶地区的重要堆积场所。除包括上述的溶蚀残余堆积外，还有石钟乳等化学沉积、重力堆积、地下河湖堆积及生物和文化堆积。 3)泉华堆积物

泉华堆积除包括洞穴堆积中的石钟乳、石笋等外，在泉水出口附近沉淀的称石灰华。石灰华

常具波状层理、多孔，有时因含铁、镁、锰等杂质而颜色不均一。石灰华堆积常形成高大的台地。

【例题5】坡立谷地貌属于（ ）。

A. 山区地貌 B. 平原地貌 C. 滑坡地貌 D. 岩溶地貌 答案：D

【例题6】岩溶洞穴中的石钟乳、石笋等属于（ ）。

A. 溶蚀残余堆积物 B. 洞穴堆积物 C. 泉华堆积物 D. 残积堆积物 答案：C

6.冰川地貌及其堆积物 (1)冰川侵蚀地貌

冰蚀地形是由冰川的侵蚀作用所塑造的地形。如：角峰、刃脊、冰斗、冰窖、冰川槽谷和悬谷。 1)冰斗

冰斗是在冰川发展初期阶段，冰雪利用自然洼地，塑造的斗状地面形态。由于冰斗冰川位于雪线以上，冰蚀作用以冰冻风化作用为主，冰斗围壁的基岩在冰劈作用下不断地后退，冰斗被不断地拓宽，而在冰斗的底部，则由于巨厚冰层的冰体运动所产生的磨蚀作用，把冰斗的底部不断地磨探，同时在冰斗的出口处形成陡峻的冰坎。因此，冰斗的形态有三个明显部分：冰斗壁、盆底和冰坎。 2)刃脊、角峰

在相邻两个冰斗或冰川谷的发育过程中，斗(谷)壁不断后退，结果使相邻两个冰斗或冰川谷之间的分水岭愈来愈窄，最后形成象鱼鳍一样的尖背山脊，称为刃脊。由三个以上的冰斗发展所构成的尖锐山峰称为角峰。 3)冰川谷

冰川谷，又称冰川槽谷、U谷、幽谷等。冰川谷一般起源于冰期前河流切割谷地或线性构造负地形。 4)悬谷

在支冰川汇入主冰川人口处，有一明显的陡坎称为谷口台阶。这是因为支冰川的侵蚀能力远远小于主冰川，因而支冰川谷底常高于主冰川谷底，当冰川退却后，支冰川谷悬挂在主冰川谷之上，称为悬谷。 5)冰川三角面、羊背石

在冰川运动过程中，由于冰川所携带的岩石碎块不断地对槽谷两侧的岩壁进行锉磨、刨蚀、使两壁小山脊形成一系列的冰川三角面或冰溜面。在这些面上则留下了冰川作用的痕迹—冰川擦痕。

在槽谷的底部，由于冰川的磨蚀和挖掘，则使一些比较坚硬均一的岩石形成微微突起的一系列基岩小丘，称为羊背石。羊背石平面形状为椭圆形，长轴方向与冰川运动方向平行，两边坡度不对称，朝向冰川上源面坡度平缓，表面光滑，另一面则呈陡坎，陡坎处岩石有压裂破碎的现象，因此羊背石可以指示冰川运动的方向。 【例题7】刃脊、角峰等属于（ ）。

A. 岩溶地貌 B. 滑坡地貌 C. 冰川侵蚀地貌 D. 流水地貌 答案：C

(2)冰碛物及冰川堆积地貌

冰川融化使冰川携带的碎屑物质堆积下来，形成冰碛物。冰碛物往往是巨砾、角砾、砾石、砂、粉砂和粘土的混合堆积，粒度相差十分悬殊，明显地缺乏分选性。 冰碛地貌

a.基碛及基碛地形

当冰川融化以后，原来的表碛和内碛坠落到早已形成的底碛上合称基碛。因为在基碛形成过程中有冰下水、冰面水和冰内水的作用，所以在基碛中常可见到砂、卵石及砾石所组成的透镜体，甚至有粘土质的湖相夹层。基碛厚度一般不超过数米，在山岳冰川区甚至可能遭到破坏，只剩下一些残余的大砾石。大陆冰川区厚一些可达数十到百余米。由基碛组成的地形称为基碛地形，常见的基碛地形有：

冰碛丘陵：为比高不大的波状起伏地形，分布零乱。在丘陵之间常有宽浅的湖沼分布。冰碛丘陵的高低变化常与下伏基岩的起伏一致。但起伏程度要小。基碛的堆积减缓了原始地形的起伏。

鼓丘：一般是由含粘土较高的停积型冰碛所构成的椭圆形丘陵。 b.终碛及终碛地形

当冰川末端补给与消融处于平衡时，冰碛物就会在冰舌前端堆积成弧形长堤称为终碛堤。这种冰碛物叫终碛形冰碛，简称终碛，又可称为尾碛或前碛。在地形上，它呈现弧形长堤状。

c.侧碛及侧碛地形

由于冰川对谷壁的侵蚀作用及崩塌等作用使冰川两侧及冰川表面边缘聚集了大量碎屑物质。当冰川融化时，这些物质就以融坠的方式堆积在冰川谷两侧，形成与冰川平行的长堤

状地形称侧碛堤。 (3)冰水堆积地貌

冰雪融化后形成的水流称为冰水。在冰川区内，这种水流可以形成冰面河、冰下河、冰侧溪流及冰下湖、冰面湖等。大部分冰水，最后都要经冰川前缘的冰下河和冰侧溪沟流出去，形成冰前河流及冰前湖泊。上述各种冰水所形成的堆积物，统称冰水堆积物。

冰水流出冰川以后，在冰川外围堆积起来的沉积物。其主要地貌为冰水扇、冰水冲积平原、冰水阶地及冰湖沉积等。

如果冰川外围是平坦开阔的地形，冰水流出冰川末端后，立即分散为没有固定河床的细小股流，形成辫状水系。冰水携带的碎屑物质就在冰前堆积起来形成平缓的扇状地形，称冰水扇或叫扇堆儿。一系列冰水扇连接起来就构成冰水冲积平原。 7.冻土地貌

在大陆性气候条件下的高纬度极地或亚极地地区，以及高山高原地区，由于降水量很少，所以尽管温度很低，但缺少冰雪覆盖，土层直接暴露于地表，从而导致土层中热量不断散失(年平均吸热量<放热量)，引起地温的逐步下降，于是在土层下部形成了多年不化的冻结层。这样的土层称为冻土或永冻土。所形成的一系列地质、地貌现象总称为冻土地貌。 石海是冰冻风化作用的直接结果。在乎坦而排水较好的山顶或山坡上，经冰冻风化形成的大小石块，直接覆盖在基岩面上。这种平坦山顶上布满石块的地形称为石海。 石川是在不太陡的山坡和凹地中，大量的风化产物—巨砾块在重力作用下沿着下伏的湿润细粒土层表面整体地或部分地向下滑动，这移动着的石块群体称为石川和石河。 冰冻结构土是在冻土层表面，常出现碎石按几何图案作规则排列的现象。按照碎石排列形态，冰冻结构土还可进一步划分为石环、、石圈、石多边形、石条等类型。冰冻结构土的形成是冰冻搅动所产生的分选作用的结果(融冻分选)。

除此以外，融冻泥流、热力岩溶地形及冻胀丘与冰丘等冻土地貌。

各种各样的冻土地貌，按照他们产生的地貌位置或垂直分带性可以用图16-3-2来加以概括。

8.风成地貌

在风力作用地区，在同一时间内，一个地区是风蚀区，另一个地区则是风积区，其间的过渡性地段为风蚀—风积区，各地区相应发育不同数量的风蚀地貌和风积地貌。

1)风蚀地貌

风蚀地貌形态，主要见于风蚀区，有时沙漠中也有一定数量存在。由于风沙流中绝大多数颗粒是在不超过2米高度内运动，所以风蚀在近地面处表现最明显。主要的风蚀地貌形态有下列几种。

风蚀石窝：是风沙对岩石表面吹蚀和旋转磨蚀的结果，在陡壁上雕刻成无数大小不等的凹坑，直径长约20厘米，深约10～15厘米，或聚或散，使岩石具有蜂窝状外貌。 风蚀柱：岩块发育垂直裂隙，经受风长期吹蚀后形成的地貌现象。

风蚀垅槽：沙漠区干涸湖底，因干缩形成裂隙，风沿着裂隙吹蚀，形成一些形似垅脊和宽浅沟槽，沟槽内经常为沙所充填。

风蚀洼地：风沿着松散物质组成的地面，吹饰成的椭圆形洼地，它沿主要风向延伸。 风蚀谷：风沿着早期河谷(或盆地)吹蚀，使谷地进一步扩大，形成风蚀谷。

风蚀残墩：在某些盆地内，由松散沙砾所组成的地面，被流水破坏后，又遭风蚀、只留下一些残余的沙砾墩。 2)风积地貌

风积地貌形态主要形态包括沙地、沙丘和沙垅。沙丘和沙垅很少个别出现，往往成群分布，并处于流动、半固定，或固定状态。沙丘不限于干旱区和半干旱区，在海滨、湖岸沙滩或古河床风口地段也可形成，但以干旱区最为常见；而沙垅具有地带性，仅出现于沙漠区；

风积地貌的形成，风的性质，特别是风向、风速有密切关系，其次，沙的供应情况，地面起伏程度也有一定影响。

沙丘是具有一定形态的堆积体，尤以新月形沙丘最为典型。新月形沙丘是在一年中稳定的单向风(或风向近于平行的风)作用下，且有足够的沙量供应情况下形成的一种风积地貌。 9.黄土地貌

黄土地貌，是中国半干旱区主要地貌。按主导地质营力分有黄土堆积地貌、黄土侵蚀地貌、黄土潜蚀地貌和黄土重力地貌。堆积地貌和侵蚀地貌是黄土地貌的主体，潜蚀地貌和重力地貌，重叠发生在前两者之上。黄土地貌的形成发展和古地形有一定关系。 1)黄土堆积地貌

大型黄土堆积地貌有黄土高原和黄土平原。

黄土高原分布在新构造运动上升区，如陕北、陇东和山西高原，是由黄土堆积形成的高而平坦的地面。黄土高原受现代水流切割，形成下列黄土源、黄土梁、黄土峁等。 黄土平原分布于新构造下降区，如渭河平原。是由黄土堆积形成的低平原，只在局部倾斜地面上发育沟谷系统，但无梁、峁发育。 2)黄土侵蚀地貌

黄土侵蚀地貌包括大型的河谷与小型的冲沟。

黄土区大型河谷地貌，是长期发展的结果。其形成发展与一般侵蚀河谷发展相似。 黄土冲沟的发展过程，与一般正常流水冲沟发展相似；但由于黄土质地疏松，常伴以重力、潜蚀作用，故黄土冲沟系统发展较快，并具有某些黄土区特有的冲沟形态，如沟壁经常发生崩塌，纵剖面形成阶地状悬沟。 3)黄土潜蚀地貌

黄土潜蚀地貌是由于地表水局部集中，沿黄土裂隙下渗、潜蚀作用的结果，因此而产生的一系列黄土潜蚀地貌。这些潜蚀形态常给工程建设带来很大危害。

黄土碟是一种直径数米到数十米，深数米的碟形凹地状地貌。由于流水聚结凹地内，沿黄土裂隙与孔隙下渗、浸润，当潜水面上黄大底部充分含水之后，黄土在重力影响下沉陷而成。

黄土陷穴是黄土碟进一步发展、沉陷，形成深度大于宽度的陷穴。若陷穴成串分布，称串珠状陷穴。进一步发展便成黄土陷沟。

黄土井是黄土陷穴向下发展，形成深度大于宽度若干倍的陷阱。

黄土柱和黄土桥是在黄土陷穴区崩塌之后，残余的洞顶即构成黄土桥。若沿垂直节理进一步崩塌，就形成黄土柱。在干燥情况下，黄土柱、黄土桥较稳定，若遇久雨，则易于崩塌。

【例题8】黄土高原属于（ ）。

A. 黄土堆积地貌 B. 黄土侵蚀地貌 C. 黄土潜蚀地貌 D. 高原地貌 答案：A

10.海岸地貌

海岸地貌基本上可分岩岸、平原海岸及生物岸三大类。

基岩组成的海岸称为岩岸。它具有曲折陡峻的外貌，并明显地受岩性、构造因素的控制。从平面上看，海岸线蜿蜒曲折，岬湾交错，港湾分歧，岛屿星布。因此，往往发育有深水良港。堆积形态，在海湾部位可见有海滩、水下阶地、砂嘴、砂坝等。

当沿岸的大陆面和水下岸坡的坡度都十分平缓时，所发育的一种低缓而平坦的海岸，称为平坦海岸。它常常是平原地形被海水淹没改造而成，故又是广义的平原海岸。 平原海岸主要发育于构造沉降区，在波浪作用下形成各种各样的海积地形。 平原海岸的进一步发展，离岸砂堤局部与陆、沿岸砂洲、浅滩等相连，或在砂洲内侧形成狭窄水道或泻湖。

生物岸是由于海岸带的某些生物，在其生命的活动过程中，不仅影响着海岸的发展，而且能形成独特的海岸类型。如红树林海岸和珊瑚礁海岸等。 二、第四纪地质 (一)早更新世

中国北部早更新世地层的成因是很复杂的，有河湖相的泥河湾组、三门组等，有土状堆积的红色土B带，有洞穴堆积，有冰川堆积，有海相堆积，还有火山喷发堆积。 与中国北部情况相似，在南部，早更新世时也是以河湖相最为发育，主要分布在长江流域；也有洞穴堆积和冰川堆积，以广西和庐山研究得最好；深度红土化的红土(网纹红土)分布也很广泛，但研究资料比较分散。此外；还有海相地层和火山岩的分布。 西部的早更新世地层以山麓相砾石堆积为主，分布在新疆天山南北两麓及甘肃河西走 廊；但在柴达木盆地则是湖相堆积类型。此外，冰川堆积与火山岩类也较普遍。 (二)中更新世

中国北部中更新世地层足以洞穴堆积的完整发育为特点，主要分布在北京周口店。与早更新世相比，这一时期的河湖相堆积相对减少，而以坡—洪积成因的“土状堆积”却得到广泛的发育，黄河中下游大山山前地带的红色土C带及陕北榆林组就是这种“土状堆积”的典型代表。渤海西岸有海相地层。在太行山东麓及东北地区皆有火山岩分布。另外，有些人认为太行山、燕山有冰川堆积。

南部中更新世地层，与北部相比，洞穴堆积同样占很重要的地位，分布极其广泛。在长江上游有砾石相堆积。

与早更新世一样，我国西部的中更新世地层仍以砾石层为主，分布在祁连山山麓及河西走廊、天山山麓及准噶尔盆地北部。在柴达木盆地则为细粒的盐湖沉积；高山地区分布有冰川堆积。火山活动的产物也有分布。 (三)晚更新世

中国北部晚更新世的河流相及河湖相沉积得到了广泛的发育，它分布在各大河两岸，常造成一、二级阶地，在黄河中下游还可造成三级阶地，高出当地河水面100多米。洞穴堆积相对减少。多种成因的马兰黄土分布很广，差不多在红色土分布地区它皆覆盖其上。 中国南部晚更新世的河湖相堆积与北部一样，分布也很广泛，长江上下游皆有其代表地层。洞穴堆积主要分布在湖北和两广，不如中更新世的普遍。与北部马兰黄土同期的下蜀亚粘土此时得到充分地发育，差不多长江中下游的斜坡上它皆存在，它是代替了南部中更新世浅红土化网纹红土的另一种土状堆积。冰川堆积仍然进行，但规模较小。在长江下游滨海地带有海相地层，它一直连续沉积到全新世时期，厚度较大，并含丰富的海相化石。 我国西部地区在晚更新世时，仍以山麓砾石相为主，也有黄土及其他相的堆积地层。 (四)全新世

中国的全新世堆积分布极广，几乎遍及整个地面，形成地表最上部的一层。其沉积类型多种多样，非常复杂，分属于海相和陆相。也有近期火山喷发及其玄武岩流和火山碎屑堆积。但总的看来，无论北部或南部，河流堆积和斜坡堆积分布很广。在沿海地带，海相为主的地层继续发育。另外在北部，还找到泥炭层和一些全新世化石地点。在南部发现洞穴堆积，在台湾、海南岛和南海诸岛有鸟粪层和珊瑚礁。在东北地区，黑土仍在发育，松辽平原也有河流堆积。在西部，以风沙、盐湖沉积和暂时性水流堆积为主，在盐湖中储存了各种化学沉积，为生产和生活提供了极为有用的矿产资源。

【例题9】在下面几个地质年代中，不属于第四纪的是（ ）。

A. 早更新世 B. 晚更新世 C. 全新世 D. 第三纪 答案：D 第四节 岩体结构和稳定性分析

一、岩体结构面和结构体的类型和特征

包括各种地质界面—如层面、层理、节理、断层、软弱夹层等结构面的单一或多种岩石构成的地质体称为岩体。它被各种结构面所切割，由大小不同的、形状不一的岩块(即结构体)所组合而成。所以岩体是指某一地点一种或多种岩石中的各种结构面、结构体的总体。 (一)结构面的类型和特征

1.结构面的类型

存在于岩体中的各种地质界面(结构面)包括：各种破裂面(如劈理、节理、断层面、顺层裂隙或错动面、卸荷裂隙、风化裂隙等)、物质分异面(如层理、层面、沉积间断面、片理等)、以及软弱夹层或软弱带、构造岩、泥化夹层、充填夹泥(层)等，所以“结构面’’这一术语，具有广义的性质。不同成因的结构面，其形态与特征、力学特性等也往往不同。按地质成因，结构面可分为原生的、构造的、次生的三大类。

(1)原生结构面 是成岩时形成的，分为沉积的、火成的和变质的三种类型。 沉积结构面 如层面、层理、沉积间断面和沉积软弱夹层等。沉积结构面中一般的层面和层理结合是良好的，层面的抗剪强度并不低，但由于构造作用产生的顺层错动或风化作用会使其抗剪强度降低。沉积结构面中的软弱夹层是指介于硬层之间强度低，又易遇水软化，厚度不大的夹层，风化之后称为泥化夹层。

火成结构面 是岩浆岩形成过程中形成的，如原生节理(冷凝过程中形成)、流纹面、与围岩的接触面、火山岩中的凝灰岩夹层等，其中的围岩破碎带或蚀变带、凝灰岩夹层等均属于火成软弱夹层。

变质结构面 如片麻理、片理、板理都是变质作用过程中矿物走向排列形成的结构面，如片岩或板岩的片理或板理均易脱开。其中云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩等片理发育，易风化并形成软弱夹层。

(2)构造结构面 是在构造应力作用下，于岩体中形成的断裂面、错动面(带)、破碎带的统称。其中劈理、节理、断层面、层间错动面等属于破裂结构面。断层破碎带、层间错动破碎带均易软化、风化，其力学性质较差，属于构造软弱带。

(3)次生结构面 是在风化、卸荷、地下水等作用下形成的风化裂隙、破碎带、卸荷裂隙、泥化夹层、夹泥层等。风化带上部的风化裂隙发育，往深部渐减。

泥化夹层是某些软弱夹层(如泥岩、页岩、千枚岩、凝灰岩、绿泥石片岩、层间错动带等)在地下水作用下形成的可塑粘土，因其摩阻力甚低，工程上要给以很大的注意。 【例题10】层理、片理及片麻理等结构面属于（ ）。

A. 原生结构面 B. 次生结构面 C. 构造结构面 答案：A 2.结构面的特征

结构面的规模、形态、连通性、充填物的性质，以及其密集程度均对结构面的物理力学性质有很大影响。

(1)结构面的规模 不同类型的结构面，其规模大小不一。大者如延展数十千米，宽度达数十米的破碎带；小者如延展数十厘米至数十米的节理，甚至是很微小的不连续裂隙。它

们对工程的影响是不一样的。有时小的结构面对岩体稳定也可起控制作用。

(2)结构面的形态 各种结构面的平整度、光滑度是不同的。有平直的(如层理、片理、劈理)、波状起伏的(如波痕的层面、揉曲片理、冷凝形成的舒缓结构面)、锯齿状或不规则结构面。这些形态对抗剪强度有很大影响，平滑的与起伏粗糙的面相比，后者有较高的强度。 (3)结构面的密集程度 这是反映岩体完整的情况，通常以线密度(条／m)或结构面的间距表示，见表16-4-1：。 节理发育程度分级 表16-4-1 分 级 I II III IV 节理间距(m) >2 0.5～2 0.1～0.5 <0.1 节理发育程度 不发育 较发育 发育 极发育 岩体完整性 完推 块状 碎裂 破碎 (4)结构面的连通性 是指在某一定空间范围内的岩体中，结构面在走向、倾向方向的连通程度。结构面的抗剪强度与连通程度有关，其剪切破坏的性质亦有区别。风化裂隙有向深处渐趋于泯灭的现象。

(5)结构面的张开度和充填情况 结构面的张开度是指结构面的两壁离开的距离，可分为4级：

闭合的：张开度小于0.2mm者； 微张的：张开度在0.2～1.0mm者； 张开的：张开度在1.0～5.0mm者； 宽张的：张开度大于5.0mm者。

闭合的结构面的力学性质取决于结构面两壁的岩石性质和结构面粗糙程度。微张的结构面，因其两壁岩石之间常常多处保持点接触，抗剪强度比张开的结构面大。张开的和宽张的结构面，抗剪强度则主要取决于充填物的成分和厚度：一般充填物为粘土时，强度要比充填物为砂质时的更低；而充填物为砂质者，强度又比充填物为砾质者更低。 【例题11】当结构面的张开度小于0.2mm时，属于哪一级（ ）。

A. 闭合的 B. 微张的 C. 张开的 D. 宽张的 答案：A (二)结构体的类型和岩体结构特征 1.结构体的类型

由于各种成因的结构面的组合，在岩体中可形成大小、形状不同的结构体。 岩体中结构体的形状和大小是多种多样的，但根据其外形特征可大致归纳为：柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种基本形态。当岩体强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞片状等形式的结构体。

结构体的形状与岩层产状之间有一定的关系，例如：平缓产状的层状岩体中，一般由层面(或顺层裂隙)与平面上的“X”型断裂组合，常将岩体切割成方块体、三角形柱体等；在陡立的岩层地区，由于层面(或顺层错动面)、断层与剖面的上“X”型断裂组合，往往形成块体、锥形体和各种柱体。

结构体的大小，可用体积裂隙数Jv来表示。其定义是：岩体单位体积通过的总裂隙数(裂隙数／m3)，表达式为：

式中的Si为岩体内第i组结构面的间距；

为该组结构面的裂隙数(裂隙数／m)。

根据Jv值的大小可将结构体的块度进行分类(表16-4-2)。 结构体块度(大小)分类 表16-4-2

块度描述 巨型块体 大型块体 中型块体 小型块体 碎块体 <1 1～3 3～10 10～30 >30 体积裂隙数Jv(裂隙数／m3) 2.岩体结构特征

岩体结构是指岩体中结构面与结构体的组合方式。

岩体结构的基本类型可分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构，它们的地质背景、结构面特征和结构体特征等列于表16-4-3中。 (三)岩体的工程地质特性

岩体的工程地质性质首先取决于岩体结构类型与特征，其次才是组成岩体的岩石的性质(或结构体本身的性质)。

不同结构类型岩体的工程地质性质：

1.整体块状结构岩体的工程地质性质 整体块状结构岩体因结构面稀疏、延展性差、结构体块度大且常为硬质岩石，故整体强度高、变形特征接近于各向同性的均质弹性体，变形模量、承载能力与抗滑能力均较高，抗风化能力一般也较强，所以这类岩体具有良好的工程地质性质。

岩体结构的基本类型 表16-4-3 结构类型 地质背景 类 亚类 结构面特征 形态 强度结构体特征 (MPa) 岩性单一，构造变形轻整 整体结构 微的巨厚层岩层及火体 块 状 岩性单一，构造变形轻结构面2～3组，延展性差，多 大型的方块成岩体，节理稀少 结构面少，1～3组，延展性差，多呈闭合状，一般无充填物， tan ≥0.6 巨型块体 >60 结 微～中等的厚层岩体块状结构 闭合状，一般无充填物，层体、 菱块体、一般>60 构 及火成岩体，节理一般面有 柱体 发育，较稀疏 一定结合力，tan =0.4～0.6 构造变形轻微—中等结构面2～3组，延展性较好，以层面、层理、节理为主，大—中型层块层 的中厚层状岩体(单层层状结构 有时有层间错动面和软弱夹体、柱体、菱柱状 厚>30cm)，节理中等发 层，层面结合力不强，tan 体 育，不密集 =0.3～0.5 结构面2～3组，延展性较好， 结 薄层(板)构 状 结 构 构造变形中等～强烈以层面、节理、层理为主，>30 的薄层状岩体(单层厚不时有层间错动面和软弱夹大—中型的板状一般10～<30cm)，节理中等发育，不密集 层，结构 面一般含泥膜，结合力差，tan ≈0.3 结构面>2～3组，以节理为脆硬岩体形成的压碎主，组数多，较密集，延展形态大小不一，棱角显著，以体、 板楔体 30 镶嵌结构 性较差，闭合状，无一少量>60 岩，节理发育，较密集 中～小型块体为碎 充填物，结构面结合力不强，主 裂 tan ＝0.4～0.6 结 节理、层间错动面、劈理带形态大小不一，构 层状破软硬相间的岩层组合，软弱夹层均发育，结构面组以中—小型的板骨架硬结裂 结节理、劈理发育，较密数多较密集～密集，多含泥柱体、板楔体、构体≥30 构 集 膜、充填物， 碎块 ta ＝0.2～0.4，骨架硬岩层，tan ＝0.4 体为主 各类结构面均发育，组数多，岩性复杂，构造变动强形状大小不一，彼此交切，多含泥质充填物，烈，破碎遭受弱风化作以小型块体、碎含微裂隙碎裂结构 结构面形态光滑度不一，tan 用，节理裂隙发育、密块体为 < 30 ＝0.2 集 主 ～0.4 岩体破碎，遭受强烈风以风化裂隙、夹泥节理为主，以块度不均的小碎块体，松散结构 化，裂隙极发育，紊乱密集无序状交错，结构面强碎块体、岩屑及手捏即碎 散 密集 烈风化、夹泥、强度低 夹泥为主 体 以泥、泥团、岩“岩体”结 岩体强烈破碎，全风化粉、岩屑为主，已呈土构 松软结构 结构面已完全模糊不清 状态 岩粉、岩 状，如土屑呈泥包块状态 松软 2.层状结构岩体的工程地质性质 层状结构岩体中结构面以层面与不密集的节理为主，结构面多闭合～微张状、一般风化微弱、结合力一般不强，结构体块度较大且保持着母岩岩块性质，故这类岩体总体变形模量和承载能力均较高。作为工程建筑地基时，其变形模量和承载能力一般均能满足要求。但当结构面结合力不强，有时又有层间错动面或软弱夹层存在，则其强度和变形特性均具各向异性特点，一般沿层面方向的抗剪强度明显的比垂直层面方向的更低，特别是当有软弱结构面存在时，更为明显。

3.碎裂结构岩体的工程地质性质 碎裂结构岩体中节理、裂隙发育、常有泥质充填物质，结合力不强，其中层状岩体常有平行层面的软弱结构面发育，结构体块度不大，岩体完整性破坏较大。其中镶嵌结构岩体因其结构体为硬质岩石，尚具较高的变形模量和承载能力，工程地质性能尚好；而层状碎裂结构和碎裂结构岩体则变形模量、承载能力均不高，工程地质性质较差。

4.散体结构岩体的工程地质性质散体结构岩体节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，岩石手捏即碎，属于碎石土类，可按碎石土类研究。

【例题12】岩体的工程地质性质首先取决于（ ）。

A. 岩体结构类型与特征 B. 组成岩体的岩石的性质 C. 结构体本身的性质 答案：A

二、赤平极射投影等结构面的图示方法

(一)赤平极射投影基本原理

赤平极射投影是把物体的点、线与面自中心开始投影于圆球面上，这样物体点、线、面的位置与角就可在球面上量度了。但球面投影既不易观窄又不易表示，于是把球面上的点、线再以南极或北极为发射点投影于赤道平面上，这种投影称为赤平极射投影。此法可以将节理(或结构面)的方向和倾角一起反映出来，并可测算各节理面(或结构面)的组合关系。它成为目前反映节理和推求各节理之间的组合关系时，用得最广的方法。 (二)赤平极射投影表示结构面的图示方法

为了便于作图和量度方位角，根据上述原理，可利用吴氏投影网(简称吴氏网，图16-4-1)。它的外圆表示投影球的赤道平面，网格的经线是走向南北，倾向东或西的一组平面的投影。网格的纬线是走向东西的一组直立平面的投影。每2°绘一线，圆的直径为20cm。

1.赤平极射投影的基本作图方法

(1)点的投影：赤子投影一般都是以南极(S)为发射点，犹如自身仰观上半球上各点，视

线与赤平面相交的一点就是投影点，如图16-4-2上P是球面上的任意一点，自S极向P点发射线SP，与赤道平面相交于A点，则A点即为P点的赤平极射投影点，OA为投影点与中心的距离。图16-4-2中的P与A都在NPQS直立平面内，所以OAQ就是代表P点的方向，可以在赤平面的圆周上量度它的位置。

(2)线的投影：直线与球面相交A、B两点，如图16-4-3中ABS成为一平面，所以它的投影是一直线CD。

(3)面的投影：

①经过球体中心的各面投影：经过球体中心的直立平面都是包含NS的平面。它与球面相交是一个大圆。圆的半径等于球体的半径，这类圆的投影是经过圆心画的直径作为大圆。 经过球体中心的倾斜平面，如图16-4-4(a)中ABCD与赤平面相交于A与C两点。自S极仰观大圆，ABC投影在赤平面上为AEC如图16-4-4(b)。A、E与C三点恰好在一个弧上，也就是说它是一个圆弧的一部分。

②不经过球体中心的各面投影：不经过球体中心而垂直于赤平面的平面除经过球心的是一个大圆之外都是小圆，它的直径都小于球体直径。如图16-4-5(a)中CDEF为垂直赤子面的平面，与球体相交为一小圆。小圆与平面大圆相交于DF点，但C点在赤平面上的投影却为G点，绘成赤子极射投影如图16-4-5(b)。

不经过球心而且倾斜的平面的赤平极射投影不常应用，所以不再介绍。 2.赤平极射投影的应用：

(1)已知结构面走向、倾向、倾角，求作投影。

举例说明：如已知结构面产状走向为NE30°，倾向SE，倾角50°，求作投影。作图步骤如下：

①将透明纸蒙在网格上，并以同样半径画圆，标出东西南北。并在透明纸上按网格度数标出结构面的走向点A(NE30°)及倾向点G(SEl20°)。

②转动透明纸使A点与网格上N重合，G点与网格正点重合。连结OG并延与至Q，然后在OG、OQ上按倾角大小(50°)找出B、P点。将B点经线联结ABC弧，则ABC弧为所求结构面的投影。OP、QB为其倾角。OP也为该结构面的法线(图16-4-6)。

(2)已知线的产状，求作投影。

举例说明：如已知线的产状为倾向SEl20°，倾角20°，求作投影。作图步骤如下： ①将透明纸蒙在网格上，以同样半径画圆，标出东西南北，并在透明纸上按网格度数标明倾向点G(SEl20°)。

②转动透明纸，使倾向线和网格的EW钱重合， 在与倾向相反的半圆中，即自W点向圆心方向数20°(倾角)得P点，联OP，即为所求线的投影(图16-4-7)。 (3)求作已知直线的垂直面：

①将透明纸蒙在网格上，绘出已知直线的投影PO。

②转动透明纸使PO和网格上EW重合，自P点向圆心方向数90°得B点。 ③描出B点所在的经线ABC弧，则ABC弧即为已知线的垂直面投影(图16-4-8)。

(4)已知两直线，求作包含两直线的面：

①将透明纸蒙在网格上，并绘出两直线的投影BO和DO。

②转动透明纸使B和D两点同时落在同一条线上，描出该经线ABDC弧，该弧即为所求包含两直线的面的投影(图16-4-9)。

(5)已知两直线，求作两直线的夹角：

①将透明纸蒙在网格上，绘出两直线投影BO、DO。 ②按作图法(4)作出包含两直线的面即ABDC弧。

③转动透明纸使A、C与N、S重合，B至D所占的纬度数即为两直线之夹角(图16-4-10)。 如将B和D两点沿纬线延至大圆上，也就是转动倾斜面ABDC至赤道平面，(此时转动透明纸使AC与网格SAT重合)得F、G两点，联FO、GO，则∠FOG为所求两直线的夹角。

(6)过一直线，求作一面垂直另一已知面：

①设ABC弧及OD为已知面和线，作出ABC面的法线OP。

②按作图(4)作包含OP及OD的面FDPG，该面即为所求面的投影(图16-4-11)。

(三)应用实体比例投影方法求结构体的形态和大小尺寸赤子极射投影是表示物体在平面上点、线、面的角距关系，它不涉及到物体面的大小、线的绝对长度以及点与点之间的绝对距离。为了解决这些问题则需运用实体比例投影法。实体比例投影是以赤平极射投影原理为基础，并运用垂直投影概念，以一定大小的比例尺，反映结构面在岩体中的空间位置的方法。下面用例题来说明：

拱顶不稳定结构体(四面体)的图解法：

已知条件：在导洞M高程位置上测得三组软弱结构面F1、F2、F3的产状(图16-4-12)。求解待洞室全断面开挖后，该三组结构面能否形成影响拱顶稳定的切割体?它的规模及深度怎样?

作图步骤如下：

(1)根据前述作图法，作出三组软弱结构面的赤平极射投影，为F1F1＇、F2F2＇、F3F3＇三组结构面的交点为A、B、C，作各点与圆心O点的连线，得AO、BO、CO为三组结构面交线[图16-4-12中(a)]。可知此三组结构面与拱顶面所组成的不稳结构体为一尖顶向上的四面体形状。

(2)作实体比例投影图：由于拱顶面总体上是水平位置，所以应将结构体投影到水平面上。图16-4-12中(b)为M高程的水平面图，沿导洞壁方向按一定比例尺标出三组结构面的实测点MFl、MF2、MF3。过此三点作三根直线分别平行于F1F1＇、F2F2＇、F3F3＇，并相交于A1、B1、C1。则A1B1C1为结构体在M高程的水平底面。

过A1、B1、C1作A1O1、B1O1、C1O1分别平行于AO、BO、CO。所得交点O1为结构体顶点在水平面上的投影。

(3)为了判断结构体在拱顶出露的规模及位置作图16-4-12中(c)，它是结构体顶点O1

并垂直于洞轴线的剖面。按比例尺作出导洞，标出M高程的水平线，并作出待开挖的洞室断面。

过O1作D1G1使它垂直于洞壁方向线。将D1、G1投影到M高程线上得D1＇G1＇作D1＇O＇及G1O＇使∠O＇D1＇G1＇=∠D1＇OD，∠O＇G1＇D1＇=∠G＇OG。而D＇及G＇为D点及G点沿纬线移至外圆所得之点(作图时转动透明纸使DG与网格的NS线重合)。O＇为结构体的顶点。D1＇O＇及G1O＇与拱顶相交于D＇2及O＇2。O＇D＇2G＇2为结构体在D1G1剖面上留于拱顶的规模。 (4)将A1、B1亦投影到M高程上得A＇1B＇1联结A＇1O＇B＇1O＇，并与拱顶相交于A＇2、B＇2。然后将A＇2及B＇2投影到A1O1B1O1上得A2与B2，将D＇2及G＇2投影到D1G1上得D2和G2。联结A2G2及B2D2，并延长使其交于C2(由于作图精度及拱顶曲面影响，在交点上可能略有误差)。则A2B2C2为结构体在拱顶的底面积，而O＇B＇2A＇2为结构体在剖面上形态，结构体的高度由于拱顶曲面影响取平均值h。 拱顶结构体的体积为：

由上述可见，应用赤子极射投影及实体比例投影就是以赤平极射投影控制各结构面的 空间几何形态，而以实体比例投影在水平剖面及垂直剖面上控制结构体的大小，两者配合就可得到结构体的形态和尺寸大小。

上述只是一个四面体的图解分析，实际上岩体结构类型中结构体受结构面组合的控制，形态多种多样，而四面体是洞体中常见的一种，其他形态结构体可依此类推。

【例题13】某岩层的赤平极射投影图如右图AFC所示，下列有关该岩层的产状的说法正确的是( )。

A. AC表示走向，BF表示倾角大小，岩层倾向西北 B. AC表示走向，BF表示倾角大小，岩层倾向东南 C. OB表示倾向，OF表示倾角大小，岩层倾向北东 D. OB表示倾向，OF表示倾角大小，岩层倾向南西 答案：A

三、根据结构面和临空面的关系进行稳定性分析

根据结构面和临空面的关系进行稳定性分析的典型问题之一是岩质边坡稳定性问题。 岩体内在的各类软弱结构面是影响岩体稳定的主要因素，而其他因素一般是通过结构面对岩体稳定性施加影响。岩质边坡的变形破坏，往往是受几组主要结构面所控制。结构面或结构面组合线的产状及其与边坡临空面的关系对边坡稳定性的影响极大。可应用图解法找出结构面及其与边坡临空面方位的组合关系，从而分析边坡的稳定性。按边坡岩体内结构面组数的多少，可将岩质边坡分为一组结构面、两组结构面、三组结构面和多组结构面边坡。 (一)一组结构面边坡

一组结构面边坡多见于层状岩层，如果没有地形切割，则边坡稳定性好；若发生变形，必须切断部分岩体。按结构面与边坡的产状关系又可分为两种情况：

1.一组水平结构面边坡：边坡岩体内只有一组水平或接近水平产状的结构面，这种边坡的稳定性一般较好。若边坡岩体为砂岩、页岩互层，往往形成凹凸不平的边坡坡面。这是由于页岩易风化剥落而砂岩抗风化力较强的缘故。

2.一组倾斜结构面边坡：岩体内只有一组倾斜的结构面。这种边坡的稳定性与结构面走向、倾向、倾角有直接关系(表16-4-4)。按结构面走向与边坡走向的关系，可分为一致的和斜交的结构面。结构面走向与边坡坡面走向一致的又可分为内倾(结构面倾向与边坡倾向相反)和外倾(结构面倾向与边坡倾向相同)两种情况，而内倾比外倾对边坡稳定有利。一般说来，结构面内倾的边坡多是稳定的；外倾的边坡稳定性又取决于结构面倾角的大小，当结构

面倾角 小于边坡坡角 时，稳定性差，特别是 又大于结构面的内摩擦角时，边坡失稳极易发生；但当 大于 时，边坡稳定性较好一些。斜交边坡的结构面对稳定性的影响与其和边坡交角的大小有关，当斜交夹角 大于40°时，一般较稳定性；而当小于40°时，稳定性较差，此种情况接近外倾边坡，可能产生局部滑动现象。 一组倾斜结构面的边坡稳定情况 表16-4-4

【例题14】边坡中存在一组结构面，结构面的走向与边坡走向相同，在下列哪种情况下边坡最不稳定（ ）。

A. 结构面倾角等于边坡坡角 B. 结构面倾角小于边坡坡角 C. 结构面倾角大于边坡坡角 答案：B

【例题15】边坡中存在一组结构面，结构面的走向与边坡走向相同，在下列哪种情况下边坡极易失稳（ ）。

A. 结构面倾角等于边坡坡角，小于结构面的内摩擦角 B. 结构面倾角小于边坡坡角，小于结构面的内摩擦角 C. 结构面倾角大于边坡坡角，小于结构面的内摩擦角

D. 结构面倾角大于边坡坡角，大于结构面的内摩擦角 答案：D (二)两组结构面边坡

两组结构面边坡是指由两组相互斜交的结构面构成的边坡，如X型断裂的组合，或岩层层面与一组断裂的组合等。按结构面与边坡的关系可分为以下两种情况：

1.两组结构面的走向与边坡走向一致或基本一致(表16-4-5)。当两组结构面均内倾时，边坡稳定性较好；当两组结构面均外倾时，情况与一组结构面外倾时相似，但岩体更破碎些；当结构面一组内倾而另一组外倾且外倾结构面倾角 小于坡角 时，边坡不稳定，其他情况较好。

2.两组结构面与边坡走向斜交。此种情况较复杂。一般说来，当两组结构面均内倾时对边坡稳定较为有利；均外倾时不利；当一组内倾而另一组外倾时，则边坡稳定受外倾结构面影响最大，其评价原则与上述各种情况之结构面外倾时相同。若两组结构面及其交线均内倾时(表16-4-6中1)，边坡稳定，滑动的可能性小；若两组结构面及其交线均外倾且交线倾角大于坡角时，因交线未在边坡出露(表16-4-6中2)，故滑动的可能性小。

但要注意深层滑动的问题；若两组结构面及其交线均外倾且交线倾角小于坡角时，则形成对边坡稳定十分不利的形状的结构体(表16-4-6中3)，此时，两组结构面的交线已在边坡临空面出露，当其他条件具备时，分离体即沿交线下滑而形成滑坡或崩塌。 (三)三组结构面边坡

三组结构面边坡的稳定情况与三组结构面组合切割岩体所形成的结构体型式有关。其 中不稳定的结构体主要有棋形、棱形、槽形等。这些结构体的底面是滑动面，侧面较陡时，一般属于拉裂面或具部分滑动面性质。当底面在边坡有临空面出露，且倾角大于结构面本身的内摩擦角时，边坡不稳定。

【例题16】在三组结构面边坡中，如底面在边坡有临空面出露，在哪种情况下边坡不稳定（ ）。

A. 结构面倾角小于坡角 B. 结构面倾角大于坡角

C. 结构面倾角小于本身的摩擦角 D. 结构面倾角大于本身的摩擦角 答案：D 【例题17】在一般情况下，下列哪种情况对边坡的影响为最不利因素（ ）。 A. 边坡中存在一组结构面 B. 边坡中存在二组结构面

C. 边坡中存在三组结构面 D. 边坡中存在多组结构面 答案：D

(四)多组结构面边坡

在强风化带、构造破碎带、片理发育的结晶片岩和层理、节理十分发育的页岩地带，常见到边坡多组结构面切割，结构面纵横交错，结构体型式复杂多样，岩体支离破碎，边坡稳定性很差，往往易于发生崩塌和形成较大范围的滑坡。

对于极软弱、风化破碎的岩质边坡，可采用土质边坡的分析评价方法；而对于一般常见的硬质岩边坡，则首先要分析边坡的稳定条件，用赤平极射投影图解法找出最不稳定的滑动体或软弱结构面，分析边坡的稳定性。然后用实体比例投影法确定不稳定体滑动的边界条件，在工程地质分析的基础上采用力学计算方法求其稳定安全系数。当地质条件比较简单，或工程要求较低时，也可用工程地质类比法确定边坡的稳定性或设计稳定的边坡值。在进行类比时要求评定的边坡和已有边坡的工程地质条件相似。在山体整体稳定情况下，边坡的容许坡度值，应根据当地经验，参照同类卷体的稳定坡度值确定。当地质条件好，若质比较均匀时，可按表16-4-7确定。但遇下列情况之一者，边坡的容许坡度值应另行考虑： 岩质边坡容许坡度值 表16-4-7

容许坡度值(高宽比) 岩石类别 风化程度 坡高在8m以内 坡高8～15m 微风化 1：0.10～1：0.20 1：0.20～1：0.35 硬质岩石 弱风化 1：0.20～1：0.35 1：0.35～1：0.50 强风化 1：0.35～1：0.50 1：0.50～1：0.75 微风化 1：0.35～1：0.50 1：0.50～1：0.75 软质岩石 弱风化 1：0.50～1：0.75 1：0.75～1：1.00 强风化 1：0.75～1：1.00 1：1.00～1：1.25 1.边坡的高度大于表中规定；

2.地下水比较发育或具有软弱结构面的倾斜岩层；

3.岩层层面或主要结构面的倾斜方向与边坡的开挖面的倾斜方向一致，且两者走向的夹角小于40°。

【例题18】某岩质边坡，岩石类别为硬质岩石，其风化程度为微风化，要求坡高为6m，则该边坡的容许坡度值为（ ）。

A. 1：0.15 B. 1：0.30 C. 1：0.40 D. 1：0.55 答案：A 【例题19】某岩质边坡，岩石类别为硬质岩石，其风化程度为微风化，要求坡高为6m，地下水位在坡顶以下2.0m，较强发育，则该边坡的容许坡度值为（ ）。

A. 1：0.15 B. 1：0.30 C. 1：0.40 D. 另行考虑解决 答案：D

【例题20】在下列哪种情况下岩质边坡可按查表法确定其容许坡度值（ ）。 A. 坡高20m B. 坡高15m C. 地下水比较发育或具有软弱结构面的倾斜岩层

D. 岩层层面或主要结构面的倾斜方向与边坡的开挖面的倾斜方向一致，且两者走向的夹角小于40° 答案：B

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