基于優勢結構面理論區域穩定性分析

于嘯

摘要：優勢結構面理論最初被提出是在1979年，并且在兩年后正式的發表，被廣大地質學家所推崇，所以發展和傳播速度非常快，對于研究地質災害有很大的幫助。優勢面理論的主要觀點就是分析區域的穩定性，根據分析優勢面來確定區域的穩定，這一觀點受到了很多地質專家的認可。本文首先簡單介紹了優勢結構面的理論，根據分析優勢面的方法，進而對區域的穩定性做了一個定性定量的研究。

關鍵詞：優勢結構面理論；方法；區域穩定性

一、優勢結構面理論簡介

巖體結構控制理論的提出者是谷振德（工作于中國科學院地質研究所），他對于工程地質方面有很深的研究，隨后其他人也開始研究巖體結構控制理論。基于這個理論人們提出了優勢結構面分析觀點，這個觀點被大眾所認可所以發展速度很快。根據巖體控制理論的觀點來看，巖體都不是一個整體，巖體本身就又許多的切割面，裂隙、劈理等這些都是巖石的結構面，而優勢結構面就是依照上訴結構面來確定的，在上訴結構面中找到決定巖石穩定性的那個結構面就是巖石的優勢結構面。這個機構面能夠為巖石工程的穩定性提供幫助，通過系統的分析，必須圍繞優勢結構面來進行研究，因為優勢結構面能夠決定巖石的穩定性，進而確定工程的穩定性，特別是一些控制氣體和液體介質的巖石結構面，當然，對于巖石結構面的研究不能僅僅考慮三維空間，更要結合時間因素，利用時間的長短和當地的地質情況作為依據，例如巖石的活動性和富水性等特征。判定結構面是否為優勢結構面的重要條件就是優勢指標，利用巖石的優勢結構面，結合地質條件分析，將定值論和非定值論相結合，這些觀點都是由羅國煜等人提出。優勢結構面理論不僅僅是在理論研究階段，而且還應用于很多的大型工程項目中，例如黃河黑山峽工程和寧波大橋等，在國內外的工程項目中都排名前列，而且還應用于潤揚長江公路大橋的巖石穩定性研究中，為南京市巖石穩定性研究都提供了重要的研究資料。優勢面理論之所以被廣大地質學家所認可，主要在于他擁有扎實和系統的分析，而且研究的依據是優勢指標，它可以將巖石的優勢結構面的形成原因和引起的破壞做出結論，通過力學模型進行分析，最后的發展方向是量化。

二、區域穩定性優勢面分析理論與方法

區域穩定性就是指巖石內部的相互作用力而引起巖石的特征改變，尤其是地震和巖石斷裂等對于工程項目的基礎穩定性，以下就是對于區域穩定性優勢面的分析：

（一）優勢斷裂控制區域穩定性

社會上對與活動斷裂的說法都不同，所謂優勢斷裂全稱是優勢活動性斷裂，就是巖石的活動性斷裂給工程的構造所造成的斷裂，找出優勢斷裂面的工具就是利用優勢指標，優勢斷裂對與巖石所在的地域內的穩定起著至關重要的作用。對于時間的影響區域穩定性優勢面沒有特別的研究，主要是根據優勢指標來確定，部分的地質專家肯定了區域穩定性優勢面的研究對于解決工程地基問題有幫助。優勢斷裂可以分為區域優勢斷裂和場區優勢斷裂：

1.區域優勢斷裂

區域優勢斷裂的表現形式是發震，從而對于工程區域的穩定性產生影響，是需要對于工程區域內的危險性最大的裂縫進行研究。斷裂的形式對于工程有很大的影響，斷裂的縫隙越大越深，對于工程的穩定性影響越大，如果裂縫繼續發展會引發地震。張文佑對于區域斷裂的研究也促進了優勢斷裂理論的發展，例如他提出的蓋層斷裂和巖石斷裂等。

2.場區優勢斷裂

場區優勢斷裂的主要表現形式是錯動和蟠動，對于工程區域的穩定性也有重要的影響，是一種活動性斷裂。排除時間對于巖石穩定性的影響，場區優勢斷裂主要是存在于一些寬度很大和強度不好的斷裂。通過研究王思敬等人提出的對于結構面的分類，可以把優勢斷裂認為級別是n級以下的結構面。

（二）優勢斷裂與優勢指標

影響區域穩定的優勢斷裂尺度即為優勢指標，是這個指標能夠給工程地質研究提供數據基礎，優勢指標的數值即為優勢斷裂的程度，讓抽象的優勢斷裂程度進一步數據化。判定優勢斷裂的優勢指標主要有時間、規模、距離、活動周期和活動史。

1.時間優勢指標

活動性斷裂的評判是根據研究不同時間內的巖石活動性來確定的，可是這個結果不能對判定優勢斷裂產生作用，這是因為新的活動斷裂成為優勢斷裂的可能性是最大的，所以說優勢斷裂被人們認為最有時間的先進性。為了確定那個是活動性斷裂可以研究斷裂的產生時間和以往的地質資料。

2.規模優勢指標

斷層規模優勢指標可以確定場區的地質穩定性，具體來講，它是根據斷層的深度、寬度等因素來確定，規模優勢可以對當地的地質活動性作出一個預估。而具體的規模優勢指標是由“斷層長度法”來決定的。

3.距離優勢指標

距離優勢指標可以確定地質特征所影響的場區范圍，指標的數值能夠為場區的抗震設計提供數據依據。距震中越近那么斷裂對于工程的影響越大，所以優勢指標的具體數值是有工程場地和震中之間的距離確定的，等震線圖可以為優勢指標的數值提供基礎。

4.活動周期與活動史優勢指標

巖石活動周期也可以影響斷層的位移，通過研究以前的地震資料和當時的地質特征，可以將活斷層的活動周期和地震產生聯系，將計算公式應用于活斷層的活動周期研究中，同時研究當地的地震周期即可確定該地區的斷層活動周期。

（三）研究思路

為了確定工程場地的穩定性，可以研究地區巖石的區域優勢面，一般情況下，優勢面穩定的地區其地質條件也較穩定，適合作為工程場地。在對于一個地區做穩定性評價的時候不能只依據區域穩定或者地基穩定中的一項，而是要將兩個因素進行有效的總結，具體來講就是，當一個地區的區域穩定性較好的情況下，要研究其地基穩定性；反之，區域穩定性不好的情況下要利用地基穩定性的研究來找出改善地基條件，從而減少區域穩定性對于工程的影響。

三、研究活動性斷裂的特征優勢

活動性斷裂的特征優勢對一個區域穩定與否關系重大，研究的目的是找出優勢斷裂。

（一）判斷斷裂的類型

根據研究經驗，斷裂的構造類型分為三類，分別為老斷裂構造，新斷裂構造，活斷裂構造，后者對于Q4的斷裂有一定影響，活動性斷裂為新斷裂和活斷裂之和。結合該區域的演化規律以及斷裂走向、斷裂動向、斷裂破碎帶等特點對老、活、新三種構造層進行分析可以判斷該斷裂為哪一種斷裂。

分析方法

1.地震地質分析：區分活動地貌和侵蝕地貌可以根據線形地貌和監測微震位移，以及根據以往地震資料加以分析，其關鍵在于判定斷裂類型，掌握其性質、形變速率等。唐山地震后，由于古地震可以判斷地震空白區，并可以判斷斷裂的活動周期以及強度大小，因此引起了高度重視。

2.遙感方法：該方法的發展主要歸功于主衛星影像以及計算機處理數據的技術的改進，其中的航片、衛片具有了解活動性斷裂的功能。

3.物理方法：其方法有地震人工探測、測量大地形變以及地應力、大地人工探測等。

4.微觀方法：根據分析斷層中的無機c、熱釋光、石英的特征性形變等可以推測其首次活動的年代、活動的周期以及強度大小。而其斷層地區的地衣的生長和侵蝕速率以及包裹斷層的物質結構為斷層最終的活動年代提供了依據。

5.考古方法：根據以往遺跡以及記載資料來分析構造活動在歷史時期的特征。

6.斷裂區域分布的規律：學者丁國瑜肖楠森和通過研究發現活動性斷裂的分布與經緯度有關，東經105東部和西部斷層類型不同，但還未得出統一的結論，但是對這些區域進行研究對我們進一步了解斷裂具有很大幫助。

（二）判斷是否為優勢活動性斷裂

我們判斷其斷裂是否為優勢活動性斷裂可以參考上述指標并加以研究歸納，得出判斷依據，為確定斷裂閥值提供科學依據。

（三）分析其活動類型與組合模式

不同場地區域的受力以及優勢面的組合類型對斷裂活動的影響不同，比如單個優勢就可分為剪切型、正斷型和逆沖型，其中剪切型破壞力最大，其次正斷型，逆沖型最小。多個優勢斷可以按平面和斷巖周邊巖體的運動特征進行分類。按前者分可分為交接型、按后者分為旋轉型、二盤平移錯動型、等。

四、定量評價區域穩定工程地質

對區域穩定性進行評價不是一項簡單的工程，但其有一定的方法和原則：

（一）分析和評價的前提

由于火山的活動、地震、地殼構造等都對該區域穩定與否有一定的影響，因此應該參考這些影響因素對該區域穩定進行分析評價，方法如下：

1.研究者劉國昌1983在進行區域性穩定的研究中，主要依據該區域的巖石特征、地址格局、兩側巖漿運動軌跡等來分析該區域各個深度的組成物質、不同類型的斷層斷裂深度和該區域組成地質的演化進程等。

2.區域性地質穩定在地質研究中占有重要的地位，相關學者依靠發現的遙感技術、物理探測和化學探測等方法對區域地質活動性和地震活動特性進行了系統性的分析研究。前者主要有兩個表現形式：新構造活動性、地震活動性。后者主要運用上述提到的從古至今的相關資料來進行分析整理從而確定如何控制地震、控制地震的能量釋放等方面，并進行發震預測和震級預計。

3.對區域構造的應力場的分析對于評價和分析區域穩定影響重大。其變化特征和規律可以根據現有的提供的關于該區域的地貌特征、巖體形變、推測地震來源的機制以及室外測量實驗等數據來對該區域進行力學分析和運動規律分析，從而推測一段時間以內該區域不同位置的應力堆積大小以及放心的不同，以及該區域應力變化特征和規律等。

4.由于巖土體內在地質特性和外在地質偏差對該區域穩定的發展起著一定的牽絆作用，一般在對該區域進行巖土體測定時，要注重該區域的巖土體的動力學指標、力學指標和強度參數測定等。

（二）區域穩定地質評價指標

區域穩定評價一般由以下幾個要素：

1.地質構造要素。該要素主要由斷裂帶深度、長度以及交叉復合程度、地殼上升速度、斷層活動周期、該區域松散程度等組成。

2.地震要素。該要素主要用于對將來的地震強度、以前和將來的地震等級、將來的地震周期以、將來的地震來源以及對將來的地震進行震前控制等進行分析研究。

3.地球物理場要素。該要素主要包括航空拍攝的照片影像、樣度帶的向上延伸程度、延伸長度、重力等構成。評價一個區域的工程地質是有多種要素共同作用相互影響的。工程地質的組成要素也是多種多樣，其中包括該區域巖石體的化學指標、物理參數、動力指標、外在動力現象的發展程度、內在塊體的結構類型等，多種要素之間共同聯系共同影響著調查分析結果，使得測量受到各方面的誤差影響，這對于分析區域穩定和評價結果帶來了不可忽略的作用效果。為了對該地質區域進行最準確最科學的分析研究，需要對影響其的多種要素進行選擇性使用和化二為一，使測量要素最優化，不僅如此，還應該合理選用定性指標和定量測量，并使兩者可以進行科學的轉化。除此之外，為了減少不必要的誤差，應使用計算機技術對測量不同區域的偏差進行合理平穩化和規律化，使測量結果趨向于誤差最小化，確保研究的規律化。

結束語：現如今社會快速發展，地質工程開發規模日漸增加，這在不知不覺中對區域穩定性和地震發生頻率造成了不可估量的重大影響。三峽電站、黃河核電站等大規模工程雖然造福了千千萬萬人民，但其對環境和巖土問題帶來的后果也急需我們加以解決。根據目前對于斷裂區域穩定性的研究成果、穩定性區域之間的劃分和互補、如何尋找最穩定的區域以及對該區域地震與否的研究，我們已經初步提出了一系列研究方案，并初步形成了一套科學的系統，我們的努力大家都能看到，但我們不能滿足現狀，應進一步分析研究區域穩定問題和地勢環境預測，讓這一套系統更為完善，讓我們為預防未來的地質災害進一步而努力，而奮斗，一起保護我們美麗的地球。