工--程-地--质--学第三部分PPT课件.ppt

工程地质学 课程辅导三主讲 李俊云 1 第6章不良地质现象的工程地质问题 6 1几种不良的地质现象6 1 1风化作用6 1 2河流地质作用6 1 3滑坡与崩塌6 1 4泥石流6 1 5岩溶与土洞6 1 6地震及其效应6 2不良地质现象对地基稳定性 地下工程选址 道路选线 海港建设的影响6 2 1不良地质现象对地基稳定性的影响6 2 2不良地质现象对地下工程选址的影响6 2 3不良地质现象对道路选线的影响6 2 4不良地质现象对海港建设的影响 2 学习目标 1 了解风化作用的意义 类型及对岩石风化的治理2 了解河流地质作用中的流水侵蚀作用对河岸的掏蚀破坏 3 了解滑坡 崩塌 泥石流的定义 并能分析引起这三种地质灾害发育因素和发育过程 4 理解岩溶与土洞之间的差异 并了解岩溶与土洞带来的工程地质问题 5 了解地震的基本概念及相关基本知识 掌握地震带来的效应 6 了解岩溶与土洞 地震液化与断裂以及斜坡岩土体对地基稳定性的影响7 掌握地下工程总体位置 洞口 洞室轴线选择的工程地质条件8 掌握在不同地质构造区域如何对道路进行选线9 了解海港建设过程中应注意哪些不良地质现象 3 6 1几种不良的地质现象6 1 1风化作用 1 风化作用的定义 风化作用可理解为岩石中的物理和化学作用 即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 4 高寒风化 干旱风化 5 2 风化作用的类型 1 物理风化作用定义 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 其特点是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 气温变化引起岩石膨胀收缩的崩解过程示意图 水的冻结扩大了岩石裂隙示意图 6 2 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 其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 化学风化作用有水化作用 氧化作用 水解作用 以及溶解作用 7 3 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 生物在地表的风化作用相当广泛 它对岩石的破坏有物理的和化学的 8 3 岩石风化程度和风化带 1 岩石风化程度a 未风化 岩石组织结构未变b 微风化 岩石组织结构基本未变 沿节理有铁锰质渲染 矿物质基本未变 无疏松物质 c 弱风化 岩石组织结构部分破坏 裂隙面风化较重 矿物质稍微变质 沿节理出现矿物风化 坚硬块体有松散物质 d 强风化 岩石组织结构大部分破坏 矿物成分已显著变化 长石 云母大部分已风化成次生矿物 颜色变化 疏松物质与坚硬块体混杂 e 全风化 岩石组织结构已全部破坏 矿物成分除石英外大部分已风化成土状 基本不含坚硬块体 9 2 风化带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 风化带的划分在工程地质主要作为岩基持力层 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 10 4 岩石风化的治理 1 挖除方法 2 防治方法A 覆盖防止风化营力入侵的材料B 灌注胶结和防水的材料C 整平地区 加强排水 D 当岩石风化速度较快时 必须通过敞露的探槽观测岩石的风化速度 从而确定基坑的敞开期限内岩石风化可能达到的程度 据此拟定保护基坑免受风化破坏的措施 11 6 1 2河流地质作用 1 河流地质作用 一方面是侵蚀 切割地面和冲刷河岸 另一方面是堆积 形成各种沉积物和流水沉积地貌 如河流阶地 冲积平原等 2 河谷的构成 12 3 流水的侵蚀作用 13 涡穴 14 2 流水对河岸的掏蚀 河谷表层和底层水流示意图 15 横向环流引起凹岸的侧向侵蚀 凸岸堆积 河曲的发展 河曲中冲蚀与堆积 16 4 河谷的类型及河流阶地 1 构造谷 一般是受地质构造控制的 它沿地质构造线发展 如向斜谷 地堑断裂谷 断层谷 背斜谷 单斜谷等 雅鲁藏布江 构造谷 汤河地堑谷 17 2 侵蚀谷的三个阶段 A 峡谷型 V型 河谷 V 型谷发育的三个阶段 18 B 河漫滩河谷 19 C 成形河谷 河流裂点与阶地示意图 20 5 河流阶地 当一个地区受到构造上升或气候剧变 促使河流在它以前的谷底下切 原谷底突出在新河床之上 成为近于阶梯状地形 即河流阶地 阶地 阶地的形成过程 21 根据侵蚀与堆积之间关系的不同 可分为侵蚀阶地 基座阶地和堆积阶地三大类 22 6 河岸掏蚀破坏的预测与防护预测 1 确定河岸掏蚀破坏地段 2 进行访问或实际观测 以确定河岸掏蚀范围 河流平水位和高水位 河岸破坏和后退的速度 预测河岸掏蚀对邻近建筑物和构筑物的威胁性 3 把所收集到的资料都标识于工程地质图上 防护 1 直接防护边岸不受冲蚀作用的措施 2 调节径流以改变水流方向 流速和流量的措施 防治边岸掏蚀的调节性工程布置示意图 23 6 1 3滑坡与崩塌 1 滑坡的定义及构造滑坡的定义 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 危地马拉山体滑坡武隆山体滑坡 24 滑坡的特点 a 滑动的岩土体具有整体性 b 斜坡上岩土体的移动方式为滑动 不是倾倒或滚动 c 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 25 滑坡的构造 滑坡体滑动面 滑动带和滑坡床滑坡后壁滑坡台地滑坡鼓丘滑坡舌滑坡裂缝滑坡主轴 26 滑坡类型及其特征 27 3 滑坡的发育过程分为三个阶段 蠕动变形阶段 滑动破坏阶段和渐趋稳定阶段 蠕动变形阶段 从斜坡的稳定状况受到破坏 坡面出现裂缝 到斜坡开始整体滑动之前的这段时间 滑动破坏阶段 即滑坡体整体往下滑动的过程 该过程中滑坡后缘迅速下陷 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 滑坡体上的数目形成 醉林 滑坡体上的建筑物变形甚至毁坏 渐趋稳定阶段 滑坡体上的台地已变平缓 滑坡后壁变缓并生长草木 没有崩塌发生 滑坡体中岩土压密 地表没有明显裂缝 滑坡前缘无水渗出或流出清澈的泉水时 就表示滑坡已基本趋于稳定 28 4 滑坡的力学分析及影响因素 滑坡力学平衡示意图 29 30 4 影响滑坡的因素A 斜坡外形 B 岩性 C 构造D 水 E 地震 F 人为因素 31 5 滑坡的治理 1 治理原则a 滑坡的治理 要贯彻以防为主 整治为辅的原则 b 尽量避开大型滑坡所影响的位置 c 对大型复杂的滑坡 应采用多项工程综合治理 d 对中小型滑坡 应注意调整建筑物或构筑物的平面位置 以求经济技术指标最优 c 对发展中的滑坡要进行整治 对古滑坡要防止复活 对可能发生滑坡的地段要防止滑坡的发生 d 整治滑坡应先做好排水工程 并针对形成滑坡的因素 采取相应措施 32 2 治理措施A 排水 地表排水 地下排水 树枝状地表排水系统 盲沟截水布置图 地下排水 渗水沟示意剖面 地下排水 33 B 支档在滑坡体下部修筑挡土墙 图a 抗滑桩或用锚杆加固 图b 等工程以增加滑坡下部的抗滑力 滑坡的支挡加固 C 刷方减重主要通过消减坡角或降低坡高 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 D 改善滑动面 带 的岩土性质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 34 6 崩塌A 定义 崩塌 指陡峻或极陡斜坡上 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 岩块相互撞击磨碎 最后堆积于坡脚 这一过程即为崩塌 35 36 澳大利亚 十二门徒 37 B 崩塌发生条件和发育因素1 山坡的坡度及其表面的构造 造成崩塌作用要求斜坡外形高而且陡峻 其坡度往往达55 75 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不同 3 地质构造 岩层产状对山坡稳定性也有重要意义 38 C 崩塌的防治1 爆破或打楔 将陡崖消减 并清除易坠的岩石 2 堵塞裂隙或向裂隙内灌浆 3 调整地表水流 4 为了防治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 筑护墙及围护棚以阻挡坠落石块 并及时清除维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 用砌石护面防止易风化岩层风化明洞和御坍棚 39 6 1 4泥石流 1 泥石流的概念和分类泥石流 指在山区一些流域内 主要是在暴雨降落时所形成的 并由固体物质 石块 砂砾 粘粒 所饱和的暂时性山地洪流 泥石流是山区特有的一种不良地质现象 它具有暴发突然 运动快速 历时短暂和破坏力却极大的特点 小江泥石流东川泥石流 40 泥石流按其物质组成可分三类 a 水石流型泥石流 一般含有非常不均的粗颗粒成分 粘土质细粒物质含量少 其堆积物常是很粗大的碎屑物质 b 泥石流型泥石流 一般含有不均匀的粗碎屑物质和相当多的粘土质细粒物质 具有一定的粘结性 其堆积物常形成连结较牢固的土石混合物 c 泥水流型泥石流 固体物质基本上有细碎屑和粘土物质组成 如我国黄土高原地区的泥石流就属于这种类型 41 2 泥石流形成的条件A 地形条件 1 形成区 上游 多为三面环山 一面出口的半圆形宽阔地段 周围山坡陡峻 多为30 60 的陡坡 2 流通区 中游 多为狭窄而深切的峡谷或冲沟 谷壁陡峻而坡降较大 且多陡坎和跌水 3 堆积区 下游 一般位于山口外或山间盆地边缘 地形较平缓之地 B 地质条件 地质条件决定了松散固体物质来源 当汇水区和流通区广泛分布有厚度很大 结构松软 易于风化 层理发育的岩土层时 这些软弱岩土层是提供泥石流的主要固体物质来源 C 水文气象条件 需要在短时间内有强度较大的暴雨或冰川和积雪的强烈消融 或高山湖泊 水库的突然溃决等 气温高或高低气温反复骤变 以及长时期的高温干燥 均有利于岩石的风化破碎 泥石流流域分区示意图 42 泥石流的发生及征兆 43 3 泥石流的防治措施A 预防 水土保持 调整地表径流 加固岸坡等 B 拦截 在中游流通区 设置一系列拦截构筑物 如拦截坝 栏栅 溢流坝等 以阻挡泥石流中挟带的物质 C 排导 修排洪道 倒流坝 急流槽等 用以固定沟槽 约束水流 改善沟床平面 或者引导泥石流避开建筑物而安全地泄走 防治泥石流的护路廓道图拦蓄泥石流的挡墙图预防泥石流危害建筑区的综合措施图 44 6 1 5岩溶与土洞 1 岩溶的定义 岩溶也称喀斯特 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 岩溶的主要形态 岩溶形态示意图 45 石芽 46 溶沟 47 落水洞 48 峰林 49 峰林 50 鹅管 51 石盾 石幕 52 石旗 53 穴珠 54 犬牙金花 55 石盆 56 石笋 57 2 岩溶的形成条件岩体 岩体首先是可溶解的 必须具有透水性能 即岩石内要有畅通水流的孔隙 岩体内要有裂隙 B 水质 水中含有一定量的侵蚀性CO2 C 水在岩体中活动 表现为水在岩体中流动 地表水或地下水不断交替 因而造成水流一方面对其围岩有溶蚀能力 另一方面造成水流对其围岩的冲刷 58 D 岩溶水的垂直分带 1 垂直循环带 位于地表以下 地下水位以上 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 2 季节循环带 位于地下水最低水位和最高水位之间 本带受季节性影响 当干旱季节时 则地下水上升为最低水位 这时该带与包气带结合起来 渗透水流成垂直下流 3 水平循环带 饱水带 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 4 深部循环 本带内地下水的流动方向取决于地质构造和深循环水 59 3 土洞与潜蚀 A 土洞的形成条件 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 B 土洞的类型 1 由地表水下渗发生机械潜蚀作用形成的土洞2 由岩溶水流潜蚀作用形成土洞C 土洞发育的速度取决于 1 基岩面上覆土层性质2 地下水的活动强度3 基岩面附近岩溶和裂隙发育程度 土洞的分布和发育示意图 60 4 岩溶与土洞的工程地质问题岩溶与土洞地区对建筑物稳定性和安全性有很大影响 1 溶蚀岩石的强度大为降低 2 造成基岩面不均匀起伏 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 5 岩溶与土洞地基的防治A 挖填B 跨盖C 灌注D 排导E 打桩 61 6 1 6地震及其效应 1 地震的概念 主要是由于地球的内力作用而产生的一种地壳振动现象 62 63 2 地震的成因地震按其成因 可以分为四类 构造地震 火山地震 陷落地震和人工触发地震 3 地震的相关名词 地震波 地震时 震源释放的能量以波动的形式向四面八方传播 这种波称为地震波 可分为体波和面波 地震级 即通常地震学上所说的地震的大小 是依据地震释放出来的能量多少来划分成震级的 释放出来的能量越多 震级就越大 地震震级与能量的关系表 64 地震烈度 是表明地震对具体地点的实际影响 它不仅取决于地震能量 同时也受震源深度 震中距离 地震波的传播介质及表土性质等条件的强烈影响 4 地震效应地震区对场地的地震效应有 地震力效应 地震破裂效应 地震液化效应和地震激发地质灾害的效应等 震级与烈度关系表 65 差异沉陷 X裂缝 66 玉树地震断层 67 地裂缝 地震液化 68 地震堰塞湖 69 小南海 70 6 2不良地质现象对地基稳定性 地下工程选址 道路选线 海港建设的影响 6 2 1不良地质现象对地基稳定性的影响 1 地基承载力的实质 地基承载力是指地基所能承受由建 构 筑物基础传来的荷载的能力 为了使地基得到长期的 可靠的稳定和满足建 构 筑物的使用要求 地基承载力必须满足两个条件 1 保证地基受荷后不会使地基发生破坏而丧失稳定 2 地基变形不超过建 构 筑物对地基要求的容许变形值 地基与基础示意图 71 桩基础 天然地基 72 73 74 2 岩溶与土洞对地基稳定性的影响 1 在地基主要受力层范围内有溶洞或土洞等洞穴 当施加附加荷载或振动荷载后 洞顶坍塌 使地基突然下沉 2 地表岩溶有溶槽 石芽 漏斗等 造成基岩面起伏较大 并且在凹面处往往有软土层分布 因而使地基不均匀 3 凡是岩溶地区有第四纪土层分布地段 都要注意土洞发育的可能性 应查明建筑场地内土洞成因 形成条件 土洞的位置 埋深 大小以及与土洞发育有关的溶洞 溶沟 槽 的分布 研究地表土层的塌陷规律 75 3 地震液化与断裂对地基稳定性的影响 1 液化层的判别影响液化的主要因素有振动强度 透水性 密度 粘性 静应力状态等 当地基存在如下土层的特点时应注意 A 若土的密度大 则振动下体积收缩的趋势小 不易液化 B 当土的渗透性不好 则不易排水 孔隙水压力得以增大 因此易于液化 C 若土的粘性大 则在有效应力消失时土粒还可以依赖粘聚力来联系 不致使骨架崩溃 因之粘性大的土不易液化 D 若土受的有效应力大 或土层埋深大 则液化需要较高的孔隙水压力 故比受力小的土更难液化 E 振动强度增大至一定程度时会产生液化 一般经验认为 地震烈度在6度及其以下的地区很少发现液化造成的喷水冒砂现象 2 断层带对地基稳定性的影响地震可能使地层内发生断裂或已有的断层复活 按断裂的地震影响进行分类 A 全新活动断裂B 发震断裂C 非全新活动断裂D 地裂 构造性地裂 重力性 非构造性 地裂 76 4 斜坡岩土体移动对地基稳定性的影响 基础位于坡顶和坡脚的不稳基础 77 6 2 2不良地质现象对地下工程选址的影响 1 地下工程总体位置的选择 1 区域稳定性的条件 A 基本地震烈度一般小于8度 历史上地震烈度及震级不高 无毁灭性地震 B 区域地质构造稳定 工程区无区域性断裂带通过 附近没有发震构造 C 第四纪以来没有明显的构造活动 78 2 选择理想的建洞山体的条件 A 在区域稳定性评价基础上 将洞室选择在安全可靠的地段 B 建洞区构造简单 岩层厚且产状平缓 构造裂隙间距大 组数少 无影响整个山体稳定的断裂带 C 岩体完整 成层稳定 且具有较厚的单一的坚硬或中等坚硬的地层 岩体结构强度不仅能抵抗静力荷载 而且能抵抗冲击荷载 D 地形完整 山体受地表水切割破坏少 没有滑坡 塌方等早期埋藏和近期破坏的地形 无岩溶或岩溶很不发育 山体在满足进洞生产面积的同时 具有较厚的洞体顶板厚度作为防护地层 E 地下水影响小 水质满足建厂要求 F 无有害气体及异常地热 H 其他有关因素 如运输 供给 动力源 水源等因素有关的地理位置 79 2 洞口选择的工程地质条件 1 洞口的地形和地质条件 洞口宜设在山体坡度较大的一面 岩层完整 覆盖层较薄 最好设置在岩层裸露的地段 以免切口刷坡时刷方太大 破坏原来的地形地貌 2 洞口底标高的选择 一般应高于谷底最高洪水位以上0 5 1 0m的位置 以免在山洪暴发时 洪水泛滥倒灌流入地下洞室 3 洞口边坡的物理地质现象洞口应尽量避开易产生崩塌 剥落和滑坡等地段 或易产生泥石流和雪崩的地区 80 3 洞室轴线选择的工程地质条件 1 布置洞室的岩性要求 尽可能使地层岩性均一 层位稳定 整体性强 风化轻微 抗压与抗剪强度较大的岩层中通过 2 地质构造与洞室轴线的关系 A 当洞室轴线平行于岩层走向时 根据岩层产状要素和厚度不同大体有如下三种情况 A 水平岩层中洞址B 倾斜岩层中洞址C 陡立岩层中洞址D 陡立岩层岩性分界面处洞址 81 B 当洞室轴线与岩层走向垂直正交时 为较好的洞室布置方案 A 单斜 陡倾立 构造中洞址B 单斜 缓倾斜 构造中洞址 82 C 一般洞室轴线穿越褶曲地层时可遇到以下几种情况 1 洞室横穿向斜层 向斜地段洞室轴线上压力强度分布示意图 83 2 洞室轴线横穿背斜层 背斜地段洞室轴线上压力强度分布示意图 84 3 当洞室轴线与褶曲轴线重合时 85 4 在断裂破碎带地区洞室位置的布置 86 洞室被几组断裂切割 洞室承受压力不同示意图 87 6 2 3不良地质现象对道路选线的影响 1 地质构造对路基工程的影响 单斜谷的路线选择 88 山坡岩层地质构造的影响 89 2 滑坡地带选线 1 对于小型滑坡 路线一般不必绕越 可根据滑动原因 采取调治地表水与地下水 清方 支挡等工程措施进行处理 并注意防止其进一步发展 图A 2 对于中型滑坡 路线一般可以考虑通过 但需慎重考虑滑坡的稳定性 注意调整路线平面位置 一般以滑坡上缘或下缘比滑坡中部好 图B 3 对于大型滑坡 路线应首先考虑绕避方案 A 用排水和支档处理小型滑坡 B 调整路线平面位置 90 3 岩堆地带选线 1 对处于发展阶段的岩堆 若上方山坡可能有大中型崩塌 则以绕避为宜 2 对趋于稳定的岩堆 路线可不必避让如地形条件允许 路线宜在岩堆坡脚以外适当距离以路堤通过 如受地形限制 也可在岩堆下部以路堤通过 3 对稳定的岩堆 路线可选择在适当位置以低路堤或浅路堑通过 4 当岩堆坡度较陡时 不宜在岩堆中 上部设计高填土路堤与高挡土墙 只能采用低填 浅挖 半填半挖与抵挡土墙方案 图A岩堆上路堤方案图B路堑方案 91 4 泥石流地段选线 1 通过流通区的路线 如图 以单孔桥跨比较容易 也不受泥石流暴发的威胁 但应考虑流通区 有无转化为形成区的可能 通过流通地段的路线方案 92 2 通过洪积扇顶部的路线 宜在洪积扇顶部布线 但应尽可能使路线靠近流通地段 调查扇顶附近路基和引道有无不稳定问题和变为堆积地段的可能性 通过洪积扇顶部的方案 93 3 通过洪积扇外缘的路线 如图 当河谷比较开阔 泥石流沟距大和较远时 路线可以考虑走洪积扇外缘 通过洪积扇外缘的方案 94 4 绕道走对岸的路线 如图 5 用隧道穿过洪积扇的方案 如图 平纵线形比较好 不受泥石流发展的威胁 但造价较高 绕走对岸的方案和隧道