大环境岩土工程问题.ppt

八 大环境岩土工程问题 教学内容 1 洪水泛滥 2 区域性滑坡与泥石流 3 地震灾害 4 火山 5 水土整治 6 盐渍土及土壤盐渍化 7 海岸灾害及岸坡保护 8 海平面上升引起的环境岩土工程问题 9 沙漠化 1 洪水泛滥 淹没房屋、造成大量人员伤亡 淹没农田、毁坏作物，导致粮食大幅度减产 破坏工厂厂房、通讯及交通设施 造成滑坡、泥石流及疫病的出现 洪水形成的原因 u 自然因素 洪水来量大 没有足够的调洪、滞洪场所，滞洪能力较差 中下游河道泄洪能力不足 u 人为因素 在中上游山区滥伐森林，使植被减少；水土流失加剧， 河床淤高，泄洪能力降低 在中下游地区围湖造田，泥沙淤积，导致湖泊萎缩，调 蓄洪峰的功能削弱 洪水治理 （1）流域环境的治理 保护森林草原，减少水土流失 整治河床，清除淤积泥沙 合理开拓河床断面 （2）完善洪水调解系统 合理修建水库，加强洪水的贮存和排放管理 修建调节水闸 必要的分洪系统 （3）加强监管和报警系统 气象监督 水文监督 台湾地区全年各月雨量分布示意图，绿色越深表示雨量越多 2 区域性滑坡与泥石流 2.1 滑坡 人工边坡或天然斜坡上的岩土体在重力作用下，沿软弱 面或软弱带均有向下滑动的趋势，一旦下滑力大于抗滑力 时，岩土体就产生向下滑移的现象 岩质滑坡示意图 土质滑坡示意图 （滑坡体沿岩层面滑动） 浦江县古塘口滑坡现场 受强降雨影响,2004年5月16日浦江古塘口发生滑坡,造成交通堵塞,压毁房屋数间 2.2 泥石流 l 概念 是一种含大量泥、砂、石块等固体物质的特殊洪流 l 特点 具有突然性，常在集中暴雨或积雪大量融化时突然爆发 是一种山区地质灾害 具有强大的破坏性 庆元县荷地镇石磨下村泥石流灾害 控制房屋建设规模，禁止挤占行 洪通道 村庄挤占沟口，泥石流爆发时冲毁房屋，11人死亡（ 四川盐源，2006） 乐清市北部山区“8.13”泥 石流 2004年8月13日,受14号云娜台风带来的强降雨影响,乐清北 部山区发生泥石流,共37人死亡、5人失踪。 控制房屋建设规模，禁止挤占行 洪通道 村庄建于冲沟沟口 泥石流爆发时冲毁房屋 滑坡与泥石流发生原因 l区域性的自然滑坡及泥石流是一种严重的灾害(不亚于地震) u 自然营营力 风风化 暴雨 地震 海浪 u 人为为作用 植被破坏 不合理挖方和填方 不合理施工影响，如施工用水浸湿坡脚、打桩、爆破 振动等 防治对策 区域性气象条件的研究（暴雨、洪水的强度频 率） 区域绿化、造林，改良土壤、减少水土流失 及时整治局部滑坡，防止扩大成区域性滑动 加强监测和预警工作 加强对岩土和工程地质的勘察工作 3 地震灾害 l 地震 在地下深处，由于某种原因导致岩层突然破裂、滑移、 塌陷、或由于火山喷发等产生振动，并以弹性波的形式传 递到地表的现象 是一种特殊形式的地壳运动，发生迅速，振动剧烈，引 起地表开裂、错动隆起或沉降、喷水冒砂、山崩、滑坡等 地质现象，并引起工程建筑的变形、开裂、倒塌，造成巨 大的生命财产损失 今日新唐山 地震的危害 滑坡和山体崩落 大地褶皱和开裂，地面升降 可能引起海啸 建筑物倒塌，水电中断，发生火灾 造成人员伤亡和财产损失 张衡-地动仪 地震的预报 地震的预兆 井水冒泡，水位突然变化 地温明显增高 有地光出现 地形有微小的变化 一些动物行为失常 震前动物有预兆，群测群防很重要。 牛羊骡马不进圈，老鼠搬家往外逃； 鸡飞上树猪乱拱，鸭不下水狗乱咬； 冬眠蛇儿早出洞，鸽子惊飞不回巢； 兔子竖耳蹦又撞，鱼儿惊慌水面跳； 家家户户细留心，分析识别防范好。 地震的预测 前期地震频率及其模式 岩层中贮存应变的变化异常 地磁的变化 岩层竖向和水平向的移动 岩层波数的变化 断层活动时的裂缝 土电阻的变化 地下水中氡气含量的变化 火山是一个由固体碎屑、熔岩流或穹状喷喷出物围绕围绕 着其 喷喷出口堆积积而成的隆起的丘或山 火山喷喷出口是一条由地球上地幔或岩石圈到地表的管道 ，大部分物质质堆积积在火山口附近，有些被大气携带带到高 处处而扩扩散到几百或几千公里外的地方 4 火山 世界上的火山主要分布于环太平洋陆地和海洋和地中海 喜马拉雅山脉一带 世界上现有500多座活火山,我国有火山遗迹600多处,其 中黑龙江省的五大连池、吉林省的长白山、云南省的腾冲 等地都有完整的火山遗迹 火山的分布 火山类型 l 隐藏型火山（死火山） 特性是不活动的，地层有二氧化硅含量比较低（50%） 的岩浆构成 l 混合型火山 特点是爆发时混合物和岩浆流，地层有二氧化硅含量比 中等（60%）的岩浆构成 l 穹顶型火山 特点是具有二氧化硅含量很高的粘滞岩浆，爆发时 构成一个火山穹顶 5 水土整治 祁连山区黑河源头草原已退化为 黑土滩 我国是世界上最早开始农业耕种的国家，水土 流失已经使一部分地区几乎变成不毛之地了 据估计，我国水土流失面积达350万平方千米 ，每年流失土壤约50亿吨。仅黄河水系每年流 失土壤就达16亿吨之多 如果将这些流失的泥土堆成高宽各1米的堤坝 ，就可以绕地球20圈以上 水土流失治理面积 目前，我国沙漠、戈壁及沙漠化土地面积已达149.6万 平方千米，占我国国土面积的15.5。也就是说我国 960万平方千米的土地上，超过1/7的土地已沙化。另外 ，尚有15.8万平方千米的土地正在沙化，其中包括393 万公顷农田和493万公顷草场。据专家估计，目前我国 的沙漠正以每年1560平方千米的速度继续扩大 我国的草场过渡放牧问题十分严重，草场的退化也因而 十分严重。据我国北方和青藏高原等10个牧业省区统计 ，建国后，牧场放养牧畜头数增加了23倍，而草场面 积却在减少。严重地过度放牧，使我国的草场退化问题 十分严重 草场退化 沙漠边缘的防风林带 坝地坝地 压缩农业用地，压缩农业用地，建设基本农田建设基本农田 重点抓好川地、塬地、坝地和缓坡梯田的建设。重点抓好川地、塬地、坝地和缓坡梯田的建设。（基本前提）（基本前提） 水土保持的基本措施水土保持的基本措施 扩大林、草种植面积，扩大林、草种植面积，增加植被覆盖率增加植被覆盖率 以水土保持林为主，因地制宜地营造防风固沙、经济林、薪炭林以水土保持林为主，因地制宜地营造防风固沙、经济林、薪炭林 、用材林和四旁绿化、用材林和四旁绿化 改善天然草场的植被，改善天然草场的植被，适当发展畜牧经济适当发展畜牧经济 超载放牧的地方应适当压缩牲畜的数量，提高质量。并改善放牧超载放牧的地方应适当压缩牲畜的数量，提高质量。并改善放牧 管理，实行轮封轮牧，保护草场，以利于水土保持管理，实行轮封轮牧，保护草场，以利于水土保持 搞好矿区土地复垦（平整、淤土，植树种草）搞好矿区土地复垦（平整、淤土，植树种草） 黄土高原是我国最大的以煤炭为主的能源生产基地，避免由于煤黄土高原是我国最大的以煤炭为主的能源生产基地，避免由于煤 炭开发而引起的大规模水土流失炭开发而引起的大规模水土流失 小流域的综合治理小流域的综合治理 小流域的含义小流域的含义 指相当于坳沟或河沟的沟道流域，指相当于坳沟或河沟的沟道流域，它在黄土高原上多达百它在黄土高原上多达百 万条以上，遍及整个地区。万条以上，遍及整个地区。是黄土高原泥沙产生和输水输是黄土高原泥沙产生和输水输 沙的源头沙的源头 小流域综合治理的方法小流域综合治理的方法 重点重点 ： 保持水土，保持水土，开发利用水土资源，建立有机、高效开发利用水土资源，建立有机、高效 的农林牧业生产体系。的农林牧业生产体系。 措施措施 ： “三结合三结合”工程、生物、农技工程、生物、农技三大措施，有机结三大措施，有机结 合，效益互补。合，效益互补。工程措施工程措施见效快，见效快，工程工程养林草；养林草；林草林草治治 根本，根本，林草林草固工程；提高土地生产率，固工程；提高土地生产率，农技农技是关键是关键 小流域综合治理开发模式小流域综合治理开发模式 措措 施施功功 能能 工程工程 措施措施 打打坝坝建建库库 贮贮水水拦拦沙，沙， 改善生改善生产产条件，条件， 合理利用水土合理利用水土 平整土地平整土地 修基本修基本农农田田 抽、引水灌抽、引水灌溉溉 生物生物 措施措施 植植树树（乔乔、灌木）、种草、灌木）、种草 蓄水保土，蓄水保土， 发发展多种展多种经营经营 农农技技 措措 施施 深耕改土深耕改土 蓄水保土，蓄水保土， 提高肥力，提高肥力， 充分利用光充分利用光热热 科学施肥科学施肥 选选育良种育良种 地膜覆盖地膜覆盖 轮轮作套种作套种 乱砍滥伐 触目惊心 ! 封坡育草、蓄水养坡、保持水土 6 盐渍土及土壤盐渍化 l l 盐渍土盐渍土 易溶盐（硫酸盐、碳酸盐、氯盐等）的分子经毛细水搬运 至地表，通过蒸发作用使这些盐分分离积聚在表层土壤中 易溶盐含量大于0.5%，且具有吸湿、松胀等特性的土 由于可溶盐遇水溶解，可能导致土体产生湿陷、膨胀及有 害的毛细水上升，使建筑物遭受破坏 内陆盐渍土 土壤盐渍化 (1)对农业对农业 的危害 荒芜芜，寸草不生 (2)破坏生态环态环 境 土壤中的含盐盐量变变化会造成酸碱度失调调，使得某些动动物 难难于生存 (3)对对交通的影响 道路泥泞泞翻浆浆 (4)土壤的腐蚀蚀性 硫酸盐为盐为 主的盐渍盐渍 土，对对混凝土的腐蚀蚀 含氯盐为主的盐渍土，对金属材料的腐蚀作用 地下管道的穿孔破坏、钢结构厂房和机械设备的锈 蚀等 7 海岸灾害及岸坡保护 l 海岸灾害 包括热带风暴、海啸及冲刷等营力作用造成的对海岸的 破坏 岸坡保护的工程措施 8 海平面上升引起的环境岩土工程问题 （1）地基土的渗透破坏加重 l 渗透力对建筑物稳定性的影响 渗透力在基底处产生竖直向上的扬应力，减少了基底上 的附加有效应力，从而降低了建筑物的抗滑稳定性 渗透力达到土体的抗渗强度时，将出现渗透破坏（流土 、管涌） （2）浅基础地基承载力降低 地下水位上升引起地基承载力降低。砂性土最大降低率 为70%；黏性土一般为50% 地下水位上升上界在基底面以下时，地基承载力单位深 度降低率为15.1%；地下水位上升起始位置在基底面以上 时，地基承载力单位深度降低率为44.7% 一般情况下，基础愈深埋，地基承载力愈大，受地下水 位上升的削弱影响愈小 （3）可液化地层抗地震液化能力降低 l 地下水位变化对土层液化影响的一般规律： 随着地下水位上升，液化强度比显著下降 地下水位在2m左右波动时，对砂土抗液化能力的削弱最 为明显 地下水位上升，将提高土层含水量，扩大饱和土层范围 ，增加了对浅基础建筑物的危害 （4）软土地基建筑物震陷增加 l 震陷 指地基土层动荷载作用下产生的附加沉降 u 地下水位上升，必然使得有效上覆压力减小，地震时超 静孔隙水压力大，则其消散形成的再固结沉降量，即震陷 必然增大 l 地下水位上升对震陷影响 地下水位上升对震陷量起增大作用是必然趋势 地震作用越大，地下水位上升对震陷的影响越大 土层越疏松，地下水位上升对震陷量的影响越大 起始剪应力比越小，地下水位上升对震陷量的影响越大 u 冻结作用促使地基土体的自由水、毛细水甚至结合水移 动、集中而形成冰夹层或冰锥，出现地基土受冻膨胀、地 面隆起、柱台隆起膨胀等现象 l 冻土力学性质的不稳定性表现 温度上升后，强度及压缩模量降低率颇大，含水量很大 的土层冻融后内粘聚力仅为冻结时的十分之一，强度降低 且压缩性增高，必然导致地基产生融陷、建筑物失稳或开 裂 （5）寒冷地区的地基土冻胀性增强 u 遇水结构崩解、承载力大为降低、压缩性增强 l 黄土的影响 孔隙比大、盐质胶结，天然状态下具有较好的自立能力 ，但遇水结构崩解，在自重或建筑物附加荷载作用下发生 湿陷 l 膨胀土的影响 一般强度较高、压缩性低，但吸水膨胀、失水收缩，对 轻型建筑物危害较大 （6）对一些特殊土层的影响 l 盐渍土的影响 海水入侵范围增大使得盐渍土面积及厚度增大 盐渍土在地下水位上升或降雨浸水时，溶陷破坏的范围 及程度增大 由于地下水位上升，盐渍的毛细水上界上升到基底甚至 地表 （7）地下水水质变化 海水将大量的Na+、Mg2+带入混合水中，在海水入侵过程 中的水与岩土体阳离子交换作用而高浓度的Na+、Mg2+将岩 土体原先吸附的Ca2+替换下来，从而使得海水入侵范围内 地下水Ca2+富集，硬度发生变化 海水入侵使得地下水含盐量增大、化学性质改变，影响 岩土体的胶结状况和力学性质，而且地下水的腐蚀性增加 9 沙漠化 l 沙漠化 在干旱和半干旱地区(包括一部分半湿润地区)，由于生 态平衡遭到破坏，使绿色草原逐步变成类似沙漠的景观， 其结果就是产生了沙漠化的土地 l 现状和发展趋势 地球上受到沙漠化影响的土地面积有 3800多万平方公里 ，其中亚洲占 32.5，非洲占27.9，澳大利亚占16.5 ,北美和中美洲占11.6,南美洲占8.9，欧洲占2.6 沙漠的分布 l 沙漠化的成因 土地开垦为农田 过度耕种和过度放牧 森林的过度砍伐 土地沙化正急剧缩减着我们可以有效利用的国土。沙漠化趋势导 致土地退化，土壤结构破坏，土壤养分流失。而土壤肥力的自然 恢复需要数十年、数百年，甚至数千年时间。如果用人为措施恢 复土壤的肥力，需要的投入量难以计算 沙漠化对农业的危害特别大。每年4到5月正是春播季节，在沙漠