第六章不良地质现象的工程地质问题ppt课件.ppt

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1、第6章 不良地质现象的工程地质问题,主要内容,风化作用河流地质作用边坡灾害(滑坡、崩塌、泥石流）地震各种不良地质作用对工程建设的影响,引 言,不良地质现象： 岩石风化、斜坡滑动与崩塌、河流的侵蚀与堆积、岩溶、地震等，这些地质现象可能会对工程的安全和使用起到不同程度的不良影响，甚至危害甚大，因而称这些地质现象为不良地质现象。,6.1 风化作用,一、风化作用的意义 1.风化： 位于地壳表面或接近于地面的岩石经受着风、电、大气降水和温度等大气营力以及生物活动等因素的影响，岩石会发生破碎或成分变化，这种变化的过程称为风化。,2. 风化作用的结果： 导致岩石的强度和稳定性降低，对工程建筑条件起着不良的影

2、响; 促进滑坡、崩塌等不良地质现象的形成和发展。 3. 风化营力：引起风化作用发生的风化因素统称为风化营力。,二、风化作用类型 按风化营力的不同，风化作用可分为三大类型： 物理风化作用 化学风化作用 生物风化作用,（一） 物理风化作用 物理风化作用：是指岩石在风化营力的影响下，产生一种单纯的机械破坏作用。 特点：破坏后岩石的化学成分不改变，只是岩石发生崩解、破碎、形成岩屑 ，岩石由坚硬变疏松。 引起岩石物理风化作用的因素：主要是温度变化和岩石裂隙中水分的冻结。,温度变化是引起岩石物理风化作用的 最主要因素。因为： （1）由于温度的变化产生温差，温差可促使岩石膨胀和收缩交替地进行，久之则引起岩石

3、破裂。 （2）岩石本身的某些性质，如岩石的颜色、矿物成分和矿物颗粒的大小等对于温度变化的感应程度是不同的。,水的冻结在严寒地区和高山接近雪线地区经常发生。 当气温到0或以下时，在岩石裂隙中的水，就产生冰冻现象。水由液态变成固态时，体积膨胀约9，对裂隙两壁产生很大的膨胀压力，起到楔子的作用，称为“冰劈”。,（二）化学风化作用 化学风化作用：是指岩石在水和各种水溶液的化学作用和有机体的生物化学作用下所引起的破坏过程。 特点：不仅破碎了岩石，而且改变了化学成分，产生了新的矿物，直到适应新的化学环境为止。 化学风化作用类型：水化作用、氧化作用、水解作用，以及溶解作用。,水化作用 水化作用是水分和某种矿

4、物质的结合，在结合时，一定分量的水加入到物质的成分里，改变了矿物原有的分子式，引起体积膨胀，使岩石破坏。 如硬石膏（CaSO4）遇水后变成普通石膏（CaSO42H2O）其体积膨胀60，这对围岩产生巨大压力，使围岩胀裂。 氧化作用氧化作用常是在有水存在时发生的，在水溶液，低氧化合物、硫化物和有机化合物发生了氧化反映。 如：低价铁-氧化-变成高价铁。 黄铁矿（FeS2）-氧化-硫酸亚铁（FeSO4和硫酸（H2SO4），而硫酸有腐蚀作用。能溶蚀岩石中某些矿物，形成一些洞穴和斑点，致使岩石破坏。,水解作用 水解作用是指矿物与水的成分起化学作用形成新的化合物。 如正长石（KAlSi3O8）经水解后形成高

5、岭土（A12O32SiO2H2O）、石英（SiO2）和氢氧化钾（KOH）。 再如大气中和水中经常含有二氧化碳（CO2），它与围岩矿物相互作用形成碳酸化合物，称其为碳酸盐化作用。 溶解作用 溶解作用是指水直接溶解岩石矿物的作用，使岩石遭到破坏。 最容易溶解的是卤化盐类（岩盐、钾盐），其次是硫酸盐（石膏、硬石膏），再次是碳酸盐类（石灰岩、白云岩等）。 如：在石灰岩地区经常有溶洞、溶沟等岩溶现象，就是这种溶解作用造成的。,（三）生物风化作用 生物风化作用：岩石在动、植物及微生物影响下所起的破坏作用称为生物风化作用。 生物的物理风化： 植物对于岩石的物理风化作用表现在根部楔入岩石裂隙中，而使岩石崩裂

6、； 动物对于岩石的物理风化作用表现为穴居动物的掘土、穿凿等的破坏作用并促进岩石风化。 生物的化学风化 表现为生物的新陈代谢，其遗体以及其产生的有机酸、碳酸、硝酸等的腐蚀作用，使岩石矿物分解和风化。造成岩石成分改变、性质软化和疏松。,三、岩石风化程度和风化带（一）岩石风化程度 岩石风化的结果，使原来母岩性质改变，形成不同风化程度的风化岩。按岩石风化深浅和特征，可将岩石风化程度划分为五级。风化程度 岩石结构 矿物成分 破碎性未风化 未变 未变 微风化 基本未变 基本未变 无疏松物质弱风化 部分破坏 稍微变质 有松散物质 强风化 大部分破坏 显著变化 疏松物与坚硬体混杂 全风化 全部破坏 风化成土状

7、 不含坚硬块体,（二）风化带 岩石的风化一般是由表及里呈带状分布。由地表往下风化作用的影响逐渐减弱以至消失。因此在风化剖面的不同深度上，岩石的物理力学性质有明显的差异。从岩石风化程度的深浅，在风化剖面上自下而上可分成四个风化带：微风化带、弱风化带、强风化带和全风化带。 岩石风化带的界线，在工程建筑中是一项重要的工程地质资料。 不同风化带的分界线，可作为岩基持力层、基坑开挖、挖方边坡坡度以及采取相应的加固措施的依据之一。 要确切地划分风化界线尚无有效方法，通常只根据当地的地质条件并结合实践经验予以确定。,四、岩石风化的治理 岩石风化的治理方法可采用挖除和防治两种措施。 （一）挖除方法。这种措施是

8、采取挖除一部分危及建筑物安全的风化厉害的岩层，挖除的深度是根据风化岩的风化程度、风化裂隙、风化岩的物理力学性质和工程要求等来确定。挖除风化岩石是一个困难而耗费时间的过程，因而宜少挖。 （二）防治方法。这种方法是采取制止风化作用继续发展，或采用人工方法加固风化岩的措施。 覆盖防止风化营力入侵的材料，如沥青、水泥、粘土盖层等； 灌注胶结和防水的材料，如水泥、沥青、水玻璃、粘土等浆液，使其起到封闭和胶结岩石裂隙的作用； 整平地区，加强排水-防止风化。,第六章 不良地质现象的工程地质问题,6.2 河流地质作用,本节主要内容,基本概念流水的侵蚀作用河谷的类型及河流阶地河流掏蚀破坏的预测和防护,基本概念,

9、何谓河流? 是在河谷中流动的常年水流，河谷由谷底、河床、谷坡、坡缘及坡麓等要素构成。,河流的构成? 主流: 由重力作用引起的流动; 付流: 由其它力引起的流动。 层流：水质点运动轨迹互相平行； 紊流：水质点运动轨迹互相相交，且杂乱无章。水流流速？ 河流中的流水具有一定的流速（v），即流水有一定的动能（E），这里的流速为平均流速。,水流能量的消耗： 流水的动能大小可以用物理学的公式表示：E=mv2/2。 具体能量消耗为： （1）能量消耗于水的粘滞性、水的紊流、环流、波浪及涡流等，可用Tn表示； （2）能量消耗于侵蚀作用，可用Tp表示； （3）能量消耗于搬运作用，可用Tk表示。 E= Tn +Tp

10、 + Tk,河流地质作用： 侵蚀作用：切割地面和冲刷河岸 搬运作用： 堆积作用：形成各种沉积物和流水沉 积地貌，如河流阶地、冲 积平原等,6.2.1 流水的侵蚀作用,侵蚀作用的方式： 溶蚀作用：在可溶性岩石分布的地区内比较显著，它能溶解岩石中的一些可溶性矿物，其结果使岩石结构逐渐松散，加速了机械侵蚀作用。 河流的机械侵蚀：是河谷地质发展过程中的一个重要现象。对工程地质来说，由于流水的机械侵蚀作用，可使河床移动和河谷变形，也可使河岸冲刷破坏，这就严重地威胁河谷两岸的建筑物和构筑物的安全。,流水对河床的冲刷作用： 当水流作用于土石颗 粒的力（P）超过阻止其 运动的摩擦力（T）时， 土石粒就开始随水

11、流一起 移动，这就形成冲刷。 临界流速（vcr）：流速为土石粒开始移动的流速（vcr） vcr=A*d1/2 如vcr以米秒为单位，而泥砂粒直径J以毫米为单位，则根据实际观测，当6400rnm时，A值取0.2。,水流速度v超过vcr时，河床上的泥砂就开始滚动或间歇性跃动，推移前进。当流速大到某一程度时，泥砂粒跃起混入水中，呈不着底的悬移运动，这种泥砂称为悬移质泥砂。 流水对河床冲刷的重要条件是只有当水流未被泥砂饱和时才会发生冲刷。 如果上游河段流来的水流中含有泥砂量小于这一河段的输砂能力，则由于输砂能力未被充分利用就会冲刷； 如果输砂量超过了这一河段的输砂能力则产生沉积。,2. 流水对河岸的掏

12、蚀（横向环流的作用）,平直河道弯曲河道科式力的作用（地球自转）,平直河道,流速分布： 平面上：中间大，两边小 剖面上：上面大，下面小作用结果： 上部：两侧向中间汇集 下部：向两边分流 形成向下游推进的螺旋形对称横向环流，形成河流不断的向下侵蚀切割。,弯曲河道,作用力：离心力， 重力 在河曲处，运动的水质点受离心力P的作用。 P=mv2/R 式中 m水的质量； v水质点的纵向流速； R水质点运动迹线的曲率半径。 离心力-使水质点向凹岸运动-水面形成倾向凸岸的横向水力坡度In,In=tg=mV2/R/mg=V2/Rg 形成横向水力坡度后就产生了附加压力，其方向与离心力相反，且在所有的深度上一致，等

13、于In。 离心力与附加压力相迭加，就会产生上层水流流向凹岸，而下层水流就流向凸岸，形成螺旋状横向环流。,科式力作用（惯性力）,地球自转，线速度大小不一，赤道附近大，向两极逐渐变小。产生科式力。科式力作用结果： 北半球：右岸受到冲刷，左岸得到堆积 南半球：左岸受到冲刷，右岸得到堆积,横向环流作用结果,凹岸受到冲刷，凸岸接受堆积河弯不断向下游发展，形成蛇曲洪水期间会发生截弯取直，从而形成牛轭湖。,二、河谷的类型及河流阶地,河谷的类型： 构造谷：受地质构造控制 侵蚀谷：由于河流冲刷而成侵蚀谷的形成；（三个阶段） 峡谷型：下切作用 河漫滩型：侵蚀、堆积 成型河谷：漫滩变化，形成了阶地,阶地？ 被抬高了

14、的河漫滩河漫滩？ 凹岸被冲刷，凸岸被堆积，乃造成洪河床浅滩。以后浅滩不断扩大和固定，形成洪水期才能淹没的滩地，是为河漫滩 。,河流阶地的类型：（1）侵蚀阶地 （2）堆积阶地 l）上迭阶地 2）内迭阶地 3）嵌入阶地（3）基座阶地,三、河岸掏蚀破坏的预测和防护,首先要确定河岸掏蚀破坏地段。对河岸掏蚀破坏地段进行防护。,防护措施可分两类：一类是直接防护边岸不受冲蚀作用的措施。如抛石、铺砌、混凝土块堆砌、混凝土板、护岸挡墙、岸坡绿化等。另一类是调节径流以改变水流方向、流速和流量的措施。如丁坝、顺坝、横墙等。采用整治与预防措施 并举，并按经济技术 指标对比的办法来选 择防护措施时，才能 取得最大的效益

15、。,第六章 不良地质现象的工程地质问题,6.3 滑坡与崩塌,本节主要内容,滑坡的定义及构造滑坡的分类滑坡的发育过程滑坡的力学分析及影响因素滑坡的治理崩塌,6.3.1 滑坡的定义及构造,滑坡的定义 是斜坡土体和岩体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿着斜坡内某些滑动面（或滑动带）作整体向下滑动的现象。,特点 1. 滑动的岩土体具有整体性； 2.斜坡上岩土体的移动方式为滑动，不 是倾倒或滚动； 3.规模大的滑坡一般是缓慢地往下滑 动，其位移速度多在突变加速阶段 才显著。,基本构造特征 （1）滑坡体 （2）滑动面、滑动带 和滑坡床 （3）滑坡后壁（滑坡 圈谷） （4）滑坡台地 （5）滑坡鼓丘 （6）滑

16、坡舌 （7）滑坡裂缝： 1）拉张裂缝 2）鼓张裂缝 3）剪切裂缝 4）扇形张裂缝 （8）滑坡主轴,6.3.2 滑坡的分类,按滑坡体的主要物质组成和滑坡与地质构造关系划分： （1）覆盖层滑坡：本类滑坡有粘性土滑坡、 黄土滑坡、碎石滑坡、风化壳滑坡。 （2）基岩滑坡 ：本类滑坡与地质结构的关系 可分为：均质滑坡、顺层滑坡、切层 滑坡。 （3）特殊滑坡：本类滑坡有融冻滑坡、陷落 滑坡等。,2.按滑坡体的厚度划分： （1）浅层滑坡：小于6米 （2）中层滑坡；620米 （3）深层滑坡；2030米 （4）超深层滑坡：大于30米,3.按滑坡的规模大小划分： （1） 小型滑坡；小于3万立方 （2） 中型滑坡；

17、350万立方 （3） 大型滑坡；50300万立方 （4） 巨型滑坡：大于300万立方,4. 按形成的年代划分： （1）新滑坡； （2）古滑坡： 5. 按力学条件划分。 （1）牵引式滑坡； （2）推动式滑坡。,命名方法： 规模 组成 性质,6.3.3 滑坡的发育过程,（一）蠕动变形阶段： 在自然条件和人为因素作用下，造成斜坡的稳定状况受到破坏； 在斜坡内部某一部分因抗剪强度小于剪切力而首先变形，产生微小的移动； 往后变形进一步发展，直至坡面出现断续的拉张裂缝； 随着拉张裂缝的出现，渗水作用加强，变形进一步发展，后缘拉张，裂缝加宽，两侧剪切裂缝也相继出现。 斜坡在整体滑动之前出现的各种现象，叫做滑

18、坡的前兆现象，尽早发现和观测滑坡的各种前兆现象，对于滑坡的预测和预防都是很重要的。,（二）滑动破坏阶段： 滑坡在整体往下滑动的时候，滑坡后缘迅速下陷，滑坡壁越露越高， 滑坡体分裂成数块，并在地面上形成阶梯状地形， 滑坡体上的树木东倒西歪地倾斜，形成“醉林”。 滑坡体上的建筑物（如房屋、水管、渠道等）严重变形以致倒塌毁坏。 随着滑坡体向前滑动，滑坡体向前伸出，形成滑坡舌。 滑动时往往伴有巨响并产生很大的气浪，有时造成巨大灾害。,（三）渐趋稳定阶段： 由于滑坡体在滑动过程中具有动能，所以滑坡体能越过平衡位置，滑到更远的地方，滑动停止后，除形成特殊的滑坡地形外，在岩性、构造和水文地质条件等方面都相继

19、发生了一些变化。 在自重的作用下，滑坡体上松散的岩土逐渐压密，地表的各种裂缝逐渐被充填，滑动带附近岩土的强度由于压密固结又重新增加，这时对整个滑坡的稳定性也大为提高。 经过若干时期后，滑坡体上的东倒西歪的“醉林”又重新垂直向上生长，但其下部已不能伸直，因而树干呈弯曲状，有时称它谓“马刀树”，这是滑坡趋于稳定的一种现象。,6.3.4 滑坡的力学分析及影响因素,（一）滑坡的力学分析（平面解法） 滑坡是在斜坡上岩土体遭到破坏，使滑坡体沿着滑动面（带）下滑而造成的地质现象。滑动面有平直的、弧形的、折线形的。 沿层面或接触面滑动直线型滑面； 均质滑坡-圆弧型滑面； 节理岩体中折线型滑面。,1. 在平面滑

20、动面情形下，滑坡体的稳定系数K为滑动面上的总抗滑力F与岩土体重力Q所产生的总下滑力T之比。即 K=F/T 当 K1时，滑体发生滑动； K1时，滑体稳定或处于极限平衡状态。,2在圆形滑动面情形下，滑动面中心为O，滑弧半径为R.。过滑动圆心O作一铅直线，将滑坡体分成两部分。在线之右部分为滑动部分，其重量为Q1它能绕O点形成滑动力矩Q1d1，在之左部分，其重量为Q2形成抗滑力矩小，因此，该滑坡的稳定系数K为总抗滑力矩与总滑动力矩之比。 K= Q2*d2+*AB*R/ Q1 *d1 当K1时，滑坡失去平衡，而发生滑坡。,3.在折线滑动面情形下，可采用分段的力学分析。从上至厂逐块计算推力，每块滑坡体向下

21、滑动的力与岩上体阻挡下滑力之差，也称剩余下滑力，是逐级向下传递的。即Ei= Fs Ti- Ni fi- cili+ EI-1 ,Ei= Fs Ti- Ni fi- cili+ EI-1 Ei第i块滑坡体的剩余下滑力（kNm）； EI-1第i-1块滑坡体的剩余下滑力（kNm）（如为负不计入）； 传递系数，cos（i-1i）sin（i-1i）tan i Ti作用于第i块段滑动面上的滑动分力（kNm）； Ti = Qisini Ni作用于第i块段滑动面上的法向分力（kNm）， Ni=Qicosi Qi-第i块段岩土体重量（kNm）； fi第i块滑坡体沿滑动面岩土的内摩擦系数，=tani i 、ci-

22、分别为第i块滑坡体沿滑动面的内摩擦角和内聚力； i 分别为第i块和第i-1块滑坡体的滑动面与水平角之夹角； Fs安全系数。,当任何一块剩余下滑力为零或负值时，说明该块对下一块不存在滑坡推力。 当最终一块岩土体的剩余下滑力为负值或零时，表示整个滑坡体是稳定的。 如为正值，则不稳定。应按此剩余下滑力设计支挡结构。 由此可见，支挡结构设置在剩余下滑力最小位置处较合理。,（二）影响滑坡的因素 （1）斜坡外形：斜坡的存在，使滑动面能在斜坡前缘临空出露。这是滑坡产生的先决条件。同时，斜坡不同高度、坡度、形状等要素可使斜坡内力状态变化，内应力的变化可导致斜坡稳定或失稳。当斜坡愈陡、高度愈大以及当斜坡中上部突

23、起而下部凹进，且坡脚无抗滑地形时，滑坡容易发生。 （2）岩性：滑坡主要发生在易亲水软化的上层中和一些软岩中。例如粘质土、黄土和黄土类土、山坡堆积、风化岩以及遇水易膨胀和软化的土层。软岩有页岩、泥岩和泥灰岩、干枚岩以及风化凝灰岩等。,（3）构造：斜坡内的一些层面、节理、断层、片理等软弱面若与斜坡坡面倾向近于一致，则此斜坡的岩土体容易失稳成为滑坡。 （4）水：水的作用可使岩土软化、强度降低，可使岩土体加速风化。若为地表水作用还可以使坡脚侵蚀冲刷；地下水位上升可使岩土体软化、增大水力坡度等。不少滑坡有“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点，说明水对滑坡作用的重要性。 （5）地震：地震可诱发滑坡发生，

24、此现象在山区非常普遍。地震首先将斜坡岩土体结构破坏，可使粉砂层液化，从而降低岩土体抗剪强度；同时地震波在岩土体内传递，使岩土体承受地震惯性力，增加滑坡体的下滑力，促进滑坡的发生。,（6）人为因素 1）破坏坡角。在兴建土建工程时，由于切坡不当，斜坡的支撑被破坏， 2）堆载不当。或者在斜坡上方任意堆填岩土方、兴建工程、增加荷载，部会破坏原来斜坡的稳定条件。 3）破坏排水。人为地破坏表层覆盖物，引起地表水下渗作用的增强，或破坏自然排水系统，使坡体水量增加。 4）排水不当。引水灌溉或排水管道漏水将会使水渗人斜坡内，促使滑动因素增加。 5）爆破施工。,6.3.5 滑坡的治理,（一）治理原则 1）以防为主

25、、整治为辅； 2） 尽量避开大型滑坡所影响的位置； 3） 尽可能综合治理； 4）整治最危险、最先滑的部位； 5）注意做好排水工程。,（二）治理措施 1排水 原则：区内水尽快汇集、排出 区外水应拦截、旁引 措施： （1）地表排水主要是设置截水沟和排水明沟系统。 截水沟是用来截排来自滑坡体外的坡面径流， 排水明沟系统，以汇集坡面径流引导出滑坡体外。 （2）地下排水为了排除地下水可设置各种形式的渗沟或盲沟系统，以截排来自滑坡体外的地下水流。,2支挡（增大抗滑力） 在滑坡体下部修筑挡土墙、抗滑桩或用锚杆加固等工程以增加滑坡下部的抗滑力。 在使用支挡工程时，应该明确各类工程的作用。如滑坡前缘有水流冲刷，

26、则应首先在河岸作支挡等防护工程，然后又考虑滑体上部的稳定。,3刷方减重（减小下滑力） 主要是通过削减坡角或降低坡高，以减轻斜坡不稳定部位的重量，从而减少滑坡上部的下滑力。如拆除坡顶处的房屋和搬走重物等。 刷方-减小坡度 减重-减小滑体重量 4改善滑动面（带）岩土性质（增加强度） 主要是为了改良岩土性质、结构，以增加坡体强度。 本类措施有：对岩质滑坡采用固结灌浆；对土质滑坡采用电化学加固、冻结、焙烧等。,6.3.6、崩塌,（一）概述（二）崩塌发生条件和发育因素 （三）崩塌的防治,（一）概述 崩塌：陡峻或极陡斜坡上，某些大块或巨块岩块，突然地崩落或滑落，顺山坡猛烈地翻滚跳跃，岩块相互撞击破碎，最后

27、堆积于坡脚，这一过程称为崩塌。 规模极大的崩塌可称为山崩，而仅个别巨石崩落称坠石。 危害：（1）崩塌会使建筑物，有时甚至使整个居民点遭到毁坏，使公路和铁路被掩埋。 （2）崩塌有时还会使河流堵塞形成堰塞湖，这样就会将上游建筑物及农田淹没， （3）在宽河谷中，由于崩塌能使河流改道及改变河流性质，而造成急湍地段。,（二）崩塌发生条件和发育因素 （1）山坡的坡度及其表面的构造。 其坡度往往达5575； 山坡表面凹凸不平，则沿突出部分可能发生崩塌。 （2）岩石性质和节理程度：岩石性质不同其强度、风化程度、抗风化和抗冲刷的能力及其渗水程度都是不同的。 如果陡峻山坡是由软硬岩层互层组成，由于软岩层属易于风化

28、，硬岩层失去支持而引起崩塌。,（3）地质构造：岩层产状对山坡稳定性也有重要的意义。 如果岩层倾斜方向和山坡倾向相反，则其稳定程度较岩层顺山坡倾斜的大。 岩层顺山坡倾斜其稳定程度的大小还取决于倾角大小和破碎程度。,（三）崩塌的防治 只有小型崩塌，才能防止其不发生，对于大的崩塌只好绕避。 1爆破或打楔。将陡崖削缓，并清除易坠的岩石。 2堵塞裂隙或向裂隙内灌浆，以提高有崩塌危险岩石的稳定性。 3. 调整地表水流。在崩塌地区上方修截水沟，以阻止水流流入裂隙。,4为了防止风化将山坡和斜坡铺砌覆盖起来。或在坡面上喷浆。 5筑明峒或御塌棚。 6筑护墙及围护棚（木的、石的、铁丝网）以阻挡坠落石块，并及时清除围

29、护建筑物中的堆积物。 7在软弱岩石出露处修筑挡土墙，以支持上部岩石的质量（这种措施常用于修建铁路路基而需要开挖很深的路堑时）。,6.5 岩溶与土洞,主要内容： 基本概念 岩溶 土洞与潜蚀 岩溶与土洞的工程地质问题,概 述,岩溶-也称喀斯特（Karst），它是由于地表水或地下 水对可溶性岩石溶蚀的结果而产生的一系列地质 现象。如溶沟溶槽、溶洞、暗河等。土洞-是由于地表水和地下水对上层的溶蚀和冲刷而 产生空洞，空洞的扩展，导致地表陷落的地质现象。,危害-严重地影响建筑场地的使用和安全： 岩土体中空洞的形成； 岩石结构的破坏； 地表突然塌陷； 地下水循环改变等。,一、岩溶,（一）岩溶的主要形态 岩溶

30、形态是可溶岩被溶蚀过程中的地质表现。 地表岩溶形态： 溶沟（槽）、石芽、漏斗、 溶蚀洼地、坡立谷、溶蚀平原等。 地下岩溶形态：落水洞（井）、溶洞、暗河、 天生桥等 。,（1）溶沟溶槽：微小的地形形态，它是生成于地表岩石表面，由于地表水溶蚀与冲刷而成的沟槽系统地形。 （2）漏斗：是由地表水的溶蚀和冲刷并伴随塌陷作用而在地表形成的漏斗状形态。 （3）溶蚀洼地：是由许多的漏斗不断扩大汇合而成。平面上呈圆形或椭圆形，直径由数百米到数米。溶蚀洼地周围常有溶蚀残丘、峰丛。峰林，底部有漏斗和落水洞。,（4）坡立谷和溶蚀平原： 坡立谷是一种大型的封闭洼地，也称溶蚀盆地。面积由几平方公里到数百平方公里，坡立谷再

31、发展而成溶蚀平原。 （5）落水洞和竖井：皆是地表通向地下深处的通道，其下部多与溶洞或暗河连通。它是岩层裂隙受流水溶蚀、冲刷扩大或坍塌而成。 （6）溶洞：是由地下水长期溶蚀、冲刷和塌陷作用而形成的近于水平方向发育的岩溶形态。溶洞内常有支洞、有钟乳石、石笋和石柱等岩溶产物。 （7）暗河：是地下岩溶水汇集和排泄的主要通道。部分暗河常与地面的沟槽、漏斗和落水洞相通，暗河的水源经常是通过地面的岩溶沟槽和漏斗经落水洞流入暗河内。 （8）天生桥：是溶洞或暗河洞道塌陷直达地表而局部洞道顶板不发生塌陷，形成的一个横跨水流的石桥。称其为天生桥。,（二）岩溶的形成条件 岩溶的形成是由于水对岩石的溶蚀结果。因而其形成

32、条件是： 1. 必须有可溶于水而且是透水的岩石； 2. 水在其中是流动的、有侵蚀力的。,岩体 岩体首先是可溶解的。根据岩石的溶解度，能造成岩溶的岩石可分三大组： （1）碳酸盐类岩石，如石灰岩、白云岩和泥灰岩； （2）硫酸盐类岩石，如石膏和硬石膏； （3）卤素岩，如岩盐。 岩体必须具有透水性能，这才有发展岩溶的可能。岩体的透水性要注意两个方面： 一是可溶岩石本身的透水性 另一是在岩体内要有裂隙,水质 天然水是有溶解能力的，这是由于水中含有一定量的侵蚀性CO2。当含有游离CO2的水与其围岩的碳酸钙（CaCO3）作用时，碳酸钙被溶解，这时其化学作用如下： CaCO3十CO2十H2O=Ca+十2 HC

33、O3 这种作用是可逆的，即溶液中所含的部分CO2在反应后处于游离状态。 如果水中的游离CO2含量比平衡所需的数量要多，那未，这种水与CaCO3接触时，就会发生CaCO3的溶解。 确定水中的侵蚀性CO2是有意义的，因为水中含侵蚀性CO2越多，则水的溶蚀能力越大。但是水中侵蚀性CO2的含量是随水的活动程度不同而不同的。,水在岩体中活动方面 水在可溶岩体中活动是造成岩溶的主要原因。它主要表现为水在岩体中流动，地表水或地下水不断交替。 地下水或地表水主要来源于大气降水的补给。而大气中是含有大量CO2的，这些CO2就溶解于大气降水中，这样使水具有溶解可溶性岩石的能力。 水是流动的，不管是地表水或地下水。

34、 地表水则在地表的可溶岩石表面的凹槽流动，一方面溶解围岩，另一方面流水有动力的结果，又同时冲刷围岩，于是产生了溶沟溶槽和石芽； 地下水在向地下流动过程中，与岩石相互作用而不断地耗费了其中具有侵蚀性的二氧化碳，这样造成了地下水的溶解能力随深度的加深而减弱。再加上深部水的循环较慢，溶解能力及冲刷能力大大减少，使深部的岩溶作用减弱。,岩溶的垂直分带 在岩溶地区地下水流动有垂直分带现象，因而所形成的岩溶也有垂直分带的特征。 （1）垂直循环带，或称包气带。这里平时无水，只有降水时有水渗入，形成垂直方向的地下水通道。大量的漏斗和落水洞等多发育于本带内。 （2）季节循环带，或称过渡带。这带位于地下水最低水位

35、和最高水位之间，本带受季节性影响，在本带形成的岩溶通道是水平的与垂直的交替。 （3）水平循环带，或称饱水带。这带位于最低地下水位之下，常年充满着水，地下水作水平流动或往河谷排泄。因而本带形成水平的通道，称为溶洞、地下暗河等。 （4）深循环带，本带内地下水的流动方向取决于地质构造和深循环水。这一带中水的交替强度极小，岩溶发育速度与程度很小，一般为蜂窝状小洞，或你溶孔。,上述讨论了水的活动引起各种岩溶的现象，但是水的活动不仅限于其围岩的溶蚀和冲刷，而很多时候岩溶水还可以造成很多的堆积现象，最普遍的见到是在溶洞内沉淀有石钟乳、石笋、石柱、钙华等。,二.土洞与潜蚀 土洞因地下水或者地表水流入地下土体内

36、，将颗粒间可溶成分溶滤，带走细小颗粒，使土体被掏空成洞穴而形成。这种地质作用的过程称为潜蚀。当土洞发展到一定程度时，上部土层发生塌陷，破坏地表原来形态，危害建（构）筑物安全和使用。,（一）土洞的形成条件 土洞的形成主要是潜蚀作用导致的。潜蚀是指地下水流在土体中进行溶蚀和冲刷的作用。 机械潜蚀：如果土体内不含有可溶成分，则地下水流仅将细小颗粒从大颗粒间的孔隙中带走，这种现象我们称之为机械潜蚀。其实机械潜蚀也是冲刷作用之一，也称内部冲刷。 溶滤潜蚀：如果土体内含有可溶成分，地下水流先将土中可溶成分溶解，而后将细小颗粒从大颗粒间的孔隙中带走，因而这种具有溶滤作用的潜蚀称之为溶滤潜蚀。溶滤潜蚀主要是因

37、溶解土中可溶物而使土中颗粒间的联结性减弱和破坏，从而使颗粒分离和散开，为机械潜蚀创造条件。例如黄土，含碳酸盐、硫酸盐或氯化物的砂质土和粘质土等。,机械潜蚀的发生，除了土体中的结构和级配成分能容许细小颗粒在其中搬运移动外地下水的流速是搬运细小颗粒的动力。 能起动颗粒的流速称为临界流速（Vcr），不同直径（d）大小的颗粒具有一定的临界流速。当地下水流速（V）大于（Vcr）时，就要注意发生潜蚀的可能性。,（二）土洞的类型 土洞可分为由地表水下渗发生机械潜蚀作用形成的土洞和岩溶水流潜蚀作用形成的土洞。 1由地表水下渗发生机械潜蚀作用形成的土洞 主要形成因素有三点： （1）土层的性质：土层的性质是造成土

38、洞发育的根据。最易发育成土洞的土层性质和条件是含碎石的亚砂土层内。 （2）土层底部必须有排泄水流和土粒的良好通道 （3）地表水流能直接渗人士层中：地表水渗人士层内有三种方式： 第一种是利用土中孔隙渗入； 第二种是沿土中的裂隙渗入； 第三种是沿一些洞穴或管道流入。,2由岩溶水流潜蚀作用形成土洞 这类土洞与岩溶水有水力联系的，它分布于岩溶地区基岩面与上复的土层（一般是饱水的松软土层）接触处。 这类土洞的生成是由于岩溶地区的基岩面与上复土层接触处分布有一层饱水程度较高的软塑至半流动状态的软土层，当地下水在岩溶的基岩表面附近活动时，水位的升降可使软土层软化，地下水的流动能在土层中产生潜蚀和冲刷可将软土

39、层的土粒带走，于是在基岩表面处被冲刷成洞穴，这就是土洞形成过程。,本类土洞发育的快慢主要取决于： （1）基岩面上复土层性质：软土或高含水量的稀泥则基岩面上容易被水流潜蚀和冲刷。 （2）地下水的活动强度。 （3）基岩面附近岩溶和裂隙发育程度。,三、岩溶与土洞的工程地质问题 1溶蚀岩石的强度大为降低。岩石遭受溶蚀可使岩石有孔洞、结构松散，从而降低岩石强度和增大透水性能。 2造成基岩面不均匀起伏。这就造成了地基的不均匀性。 3漏斗对地面稳定性的影响。 4溶洞和土洞对地基稳定性的影响。溶洞和土洞地基稳定性必须考虑如下三个问题： （1）溶洞和土洞分布密度和发育情况。 （2）溶洞或土洞的埋深对地基稳定性影

40、响。 如若H1.5b，同时岩石比较完整、裂隙较少，岩石也较坚硬，则该溶洞顶板作为一般地基是安全的。 如若H3b，岩石裂隙较多，岩石较为破碎，则溶洞的埋深是安全的。 （3）抽水对土洞和溶洞顶板稳定的影响。,四、岩溶与土洞地基的防治 应首先设法避开有威胁的岩溶和土洞区，实在不能避开时，再考虑处理方案。 （一）挖填：即挖除软弱充填物，回填以碎石、块石或混凝土等，并分层夯实。 （二）跨盖：采用长梁式基础或刚性大平板等方案跨越。 （三）灌注：溶洞可采用水泥或水泥粘土混合灌浆于岩溶裂隙中；土洞可在洞体范围内的顶板打孔灌砂或砂砾，应注意灌满和密实。 （四）排导：对自然降雨和生产用水应防止下渗，采用截排水措施

41、，将水引导至他处排泄。 （五）打桩：对于土洞埋深较大时，可用桩基处理，其目的除提高支承能力外，并有靠桩来挤压挤紧土层和改变地下水渗流条件的功效。,6.7 不良地质现象对地基稳定性的影响,基本概念地基承载力岩溶与土洞对地基稳定性的影响地震液化与断裂对地基稳定性的影响斜坡岩土体移动对地基稳定性的影响,基本概念,地基直接支承建(构)筑物重量的地层部分称为地基。 天然地基未加加固的天然地层作为地基时，称为 天然地基。 人工地基-经过了人工加固的地基基础-建（构）筑物在地下直接与地基相接触的部分 称为基础。 作用：把建(构)筑物重量传布到地基中 作为地下室或地下建筑物的一部分。 浅基础-基础的埋置深度小

42、于5米者 深基础-基础的埋置深度等于或大于5米者 桩基础,地基承载力,地基承载力-地基所能承受由建（构）筑物基 础传来的荷载的能力。满足的条件： 强度要求：地基受荷后不会发生破坏而丧 失稳定； 变形要求：地基变形不超过容许变形值。,岩溶与土洞对地基稳定性的影响,在地基主要受力层范围内有溶洞或土洞等洞穴，当施加附加荷载或震动荷载后，洞顶坍塌，使地基突然下沉。地表岩溶造成地基不均匀。岩溶地区有第四纪土层分布，注意土洞发育。,地震液化对地基稳定性的影响,地震液化： 当粉细砂土层饱和时，即孔隙全部为水充填时，振动使得饱和砂土中的孔隙水压力骤然上升，而在短时间内，上升的孔隙水压力来不及消散，这就使原来由

43、砂粒通过其接触点所传递的压力（有效压力）减小。当有效压力完全消失时，砂土层会完全丧失抗剪强度和承载力，变的象液体一样的状态。液化的宏观现象： 喷水冒砂 地下砂层液化,不液化土层： 密实的砂层 粘性大的土层 土的有效应力大、或土层埋深大易液化土层 松散的砂层，排水条件差，有效应力小，或埋深小等。,斜坡岩土体移动对地基稳定性的影响,6.8 不良地质现象对地下工程选址的影响,主要内容： 地下工程的概念 地下工程总体位置的选择 洞口选择的工程地质条件 洞室轴线选择的工程地质条件,概 念,地下工程：建筑在地面以下及山体内部的各类 建（构）筑物。 地下交通设施 地下工业设施 地下储存库 地下生活设施 地下

44、军事设施优点 隔热、恒温、密闭、防震、隐蔽、不占地面空间等,地下工程总体位置的选择,区域地质条件 1. 基本地震烈度小于8度 2.区域地质构造稳定 3.第四纪以来无明显的构造运动,场地条件 1.场地稳定安全 2.构造简单 3.岩体完整 4.地形完整 5.地下水影响小 6.无有害气体及异常地热 7.其他因素（运输、供给、动力、水源-）,洞口选择的工程地质条件,洞口的地形和地质条件 坡度大（大于30度）、岩体完整、覆盖层薄洞口底标高的选择 高于谷底最高洪水位0.51.0米 洞口之间的高程差别不能太大 洞口边坡的物理地质现象 避免不良地质现象,洞室轴线选择的工程地质条件,选择依据 地层岩性 岩层产状

45、 地质构造 水文地质条件 -,布置洞室的岩性要求 岩性均一、层位稳定、整体性强、 风化轻微、强度较大 岩浆岩和变质岩较有利 沉积岩岩性复杂，较上述两类岩石差,2. 地质构造与洞室轴线的关系 （1）当洞室轴线平行与岩层走向时： A：水平地层（岩层倾角小于510度） 岩层薄、节理发育不利,B：倾斜地层 侧压力不一致，洞室边墙的变形大,C：近似直立的岩层中 受力不均匀； 洞室不能选在软硬岩层的分界线上； 洞室跨度大于岩层厚度，易造成不稳定,（2）洞室轴线与岩层走向垂直正交-有利 A：岩层倾角较陡-最好,B：岩层倾角较平缓，节理发育时，易发生坍落现象,（3）洞室穿过褶皱地层,A：洞室横穿向斜层 地下水

46、的威胁 岩块崩落,B：洞室轴线横穿背斜地层,C：洞室轴线与褶皱轴线重合时 背斜轴部：自然拱 张力带 背斜翼部：类似与倾斜地层 向斜轴部：最不利,D：断裂破碎带地区洞室位置-慎重,6.9 不良地质现象对道路选线的影响,道路工程的组成 路基工程(路堤和路堑)+桥隧工程(桥梁、隧道、涵洞等）+防护建筑物（明洞、挡土墙、护坡、排水盲沟等）,一、地质构造对地基工程的影响,路基边坡：天然边坡 半填半挖路基边坡 深路堑的人工边坡土质边坡变形决定于：土的矿物成分 水的作用岩质边坡变形决定于：软弱结构面的性 质及组合关系 临空面+切割面+滑动面或破裂面-促使变形,单斜谷中：路线选择在岩层倾向背向山坡一侧。,断裂

47、谷中，山坡岩层破碎，裂隙发育-不利。如若选线，注意结构面组合情况。在岩层褶皱的边坡中 路线与岩层走向平行，注意岩层倾向与边坡倾向的关系： 向斜构造：有利 背斜构造：不利 单斜山：两侧不同,二、滑坡地带选线,滑坡地带选线受滑体规模、稳定状态、滑坡影响因素等控制。小型滑坡（体积10000m3，滑面埋深5m，滑坡分布面积2500m2） 不必绕避，经采取防治措施后，直接穿过。,中型滑坡（体积10000100000m3，滑面最大埋深5 20m，滑坡分布面积约2500 8000m2） 可以考虑通过，并慎重考虑其稳定性，注意调整路线平面布置，选择有利部位，采取相应处理措施。,大型滑坡（体积大于100000m

48、3，滑面最大埋深大于 20m，滑坡分布面积约大于 8000m2） 首先考虑绕避方案。 如采用整治方案，应注意经济比较。,三、岩堆地带选线,岩堆-风化坡积体。选线应考虑岩堆的规模、稳定程度。 1）发展阶段的岩堆-以绕避为宜。 2）趋于稳定的岩堆-可不必绕避，宜在岩堆坡脚以外适当距离以路堤通过。 3）稳定的岩堆-可在适当位置以路堑或路堤方式通过。,四、泥石流地段选线,泥石流-指在山区一些流域内，主要是在暴雨降落时形成的、并由固体物质（石块、砂砾、粘粒）所饱和的暂时性山地洪流。特点：暴发突然、运动快速、历时短暂、破坏力极大。分段：形成区 流通区 堆积区,布线方式： 1）通过流通区-以单孔桥跨方式通过为宜。,通过洪积扇顶部-较为理想通过洪积扇外缘-一般较好，防淤塞。,绕道对岸的路线-工作量大用隧道穿过洪积扇-造价高，安全性高,通过洪积扇中部-采取一些防治措施,五、桥位选择,1.河床较窄、河道顺直、河槽变化不大、水流平稳、两岸地势较高而稳定、施工方便。2. 覆盖层薄、河床基底岩体完整坚硬。3. 注意两岸的不良地质现象。4. 地质构造稳定性好、构造简单、断裂不发育的地段。5. 桥线方向应与主要构造线垂直或大交角通过。,