工程地质复习资料(完整版)

1 一 工程地质学基本概念及方法一 工程地质学基本概念及方法 1 1 工程地质学工程地质学 工程地质学是地质学的分支学科 它是一门研究与工程建设有关的地质问题 为工程建设服务的地 质科学 属应用地质学的范畴 2 2 工程地质条件工程地质条件 工程地质条件指的是与工程建筑有关的地质因素的综合 地质因素包括 岩土类型及其工程性质 地质结构 地貌 水文地质 工程动力地质作用和天然建筑材料等方面 3 3 工程地质问题工程地质问题 指工程建筑物与地质条件之间的矛盾或问题 如 地基沉降 水库渗漏等 4 4 不良地质现象不良地质现象 对工程建设不利或有不良影响的动力地质现象 它泛指地球外动力作用为主引起的各种地质现象 如 崩塌 滑坡 泥石流 岩溶 土洞 河流冲刷以及渗透变形等 它们既影响场地稳定性 也对地基基础 边坡工程 地下洞室等具体工程的安全 经济和正常使用不利 5 5 工程地质学的任务工程地质学的任务 1 阐明建筑地区的工程地质条件 并指出对建筑物有利的和不利的因素 2 论证建筑物所存在的工程地质问题 进行定性和定量的评价 作出确切的结论 3 选择地质条件优良的建筑场址 并根据场址的地质条件合理配置各个建筑物 4 研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响 预测其发展演化趋势 并提出对地质环境合理利用和 保护的建议 5 根据建筑场址的具体地质条件 提出有关建筑物类型 规模 结构和施工方法的合理建议 以及 保证建筑物正常使用所应注意的地质要求 6 为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据 6 6 工程地质学的研究方法工程地质学的研究方法 工程地质学的研究方与它的研究内容相适应的 主要有自然历史分析法 数学力学分析法 模型模 拟试验法和工程地质类比法 四种研究方法各有特点 应互为补充 综合应用 其中自然历史分析法是 最重要和最根本的研究方法 是其它研究方法的基础 7 7 岩石力学 土力学与工程地质学有何关系岩石力学 土力学与工程地质学有何关系 岩石力学和土力学与工程地质学有着十分密切的关系 工程地质学中的大量计算问题 实际上就是 岩石力学和土力学中所研究课题 因此在广义的工程地质学概念中 甚至将岩石力学 土力学也包含进 去 土力学和岩石力学是从力学的观点研究土体和岩体 它们属力学范畴的分支 二 活断层工程地质研究二 活断层工程地质研究 1 1 活断层的定义活断层的定义 活断层指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层 即潜在 活断层 2 2 活断层的特征及分类活断层的特征及分类 1 活断层是深大断裂复活的产物 2 活断层具有继承性和反复性 3 活断层按活动方式可以分为地震断层 粘滑型活断层 和蠕变断层 蠕滑型活断层 2 3 3 活断层的识别标志活断层的识别标志 地质方面地质方面 地表最新沉积物的错断 活动层带物质结构松散 伴有地震现象的活断层 地表出现断层陡坎和地裂 缝 地貌方面地貌方面 1 断崖 活断层两侧往往是截然不同的地貌单元直接相接的部位 2 水系 对于走滑断层 系列的水系河谷向同一方向同步移错 主干断裂控制主干河道的走向 3 山脊 山谷 阶地和洪积扇错开 走滑型活断层 4 近期断块的差异升降运动 可使同一级夷平面分离解体 高程相差较大 5 不良地质现象呈线形密集分布 水文地质方面 水文地质方面 导水性和透水性较强 泉水常沿断裂带呈线状分布 植被发育 历史资料方面 历史资料方面 古建筑的错断 地面变形 考古 地震记载 地形变监测资料 地形变监测资料 水准测量 三角测量 遥感图象 遥感图象 用于鉴别大区域范围内的活断层 4 4 活断层区建筑原则及防治对策活断层区建筑原则及防治对策 1 建筑物场址一般应避开活动断裂带 2 线路工程必须跨越活断层时 尽量使其大角度相交 并尽量避开主断层 3 必须在活断层地区兴建的建筑物 应尽可能地选择相对稳定地块即 安全岛 尽量将重大建筑物 布置在断层的下盘 4 在活断层区兴建工程 应采用适当的抗震结构和建筑型式 5 5 简述活断层工程地质研究方法的内容简述活断层工程地质研究方法的内容 研究内容包括 活层断的展布 活动特点和监测等 如伴有地震活动 则应进行地震危险性研究 1 活断层的展布 根据已有区域地质 航磁和重力异常资料 与卫星影象 航空照片对照 进行初 步判释 勾划出所有可能对场地有影响的活断层 2 活断层活动特点研究 在卫 航 片判释的基础上 要进行区域性踏勘 进一步验证判释成果 3 活断层的监测 为了确定活断层近期及现今活动的参数 如活动时间 错动方向和距离 错动速 率和周期等 需进行钻探 坑探 物探和绝对年龄测定等工作 三 地震工程地质研究三 地震工程地质研究 1 1 基本概念基本概念 震级震级 是衡量地震本身大小的尺度 由地震所释放出来的能量大小所决定 烈度烈度 地面震动强烈程度 受地震释放的能量大小 震源深度 震中距 震域介质条件的影响 在工 程应用中常有地震基本烈度和设防烈度 设计烈度 之分 地震基本烈度地震基本烈度 一定时间和一定地区范围内一般场地条件下可能遭遇的最大烈度 一个地区的平均烈 度 设防烈度 设计烈度 设防烈度 设计烈度 是抗震设计所采用的烈度 是根据建筑物的重要性 经济性等的需要 对基 本 烈度的调整 卓越周期卓越周期 地震波在地层中传播时 经过各种不同性质的界面时 由于多次反射 折射 将出现不同 周期的地震波 而土体对于不同的地震波有选择放大的作用 某种岩土体总是对某种周期 的波选择放大得突出 明显 这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期 2 2 简述振动破坏效应的分析方法 静力分析法 动力分析法的原理 简述振动破坏效应的分析方法 静力分析法 动力分析法的原理 3 地震对建筑物振动破坏作用的分析方法有静力法静力法和动力法动力法两种 静力分析法 静力分析法 1 假设建筑物是刚体 即建筑物的各部分作为一个整体 具有相同的加速度 2 建筑物的加速度和地面加速度是相同的 3 地震作用在建筑物上的惯性力是固定不变的 是由地面振动的最大加速度决定的 动力分析法 目前应用最广泛的方法是简化的反应谱法 动力分析法 目前应用最广泛的方法是简化的反应谱法 1 假设建筑物结构是单质点系的弹性体 2 作用于建筑物基底的运动为简谐运动 所测得的结构相同的动力反应不仅取决于地面运动的最大加速度 还取决于结构本身的动力特征 最主要的是结构的自振周期和阻尼比 阻尼比越大 建筑物固有周期与地面振动周期差别越大 越难引起共振 3 3 场地工程地质条件对震害的影响场地工程地质条件对震害的影响 1 岩土类型及性质 软土 硬土 土体 基岩 松散沉积物厚度越大 震害越大 土层结构对 震害的影响 软弱土层埋藏愈浅 厚度愈大 震害愈大 2 地质构造 离发震断裂越近 震害越大 上盘尤重于下盘 3 地形地貌 突出 孤立地形震害较低洼 沟谷平坦地区震害大 4 水文地质条件 地下水埋深越小 震害越大 4 4 简述地震区建筑场地选择原则及抗震措施简述地震区建筑场地选择原则及抗震措施 场地选择原则场地选择原则 1 避开活动性断裂带和大断裂破碎带 2 尽可能避开强烈振动效应和地面效应的地段作场地或地基 3 避开不稳定的斜坡或可能会产生斜坡效应的地段 4 避免孤立突出的地形位置作建筑场地 5 尽可能避开地下水埋深过浅的地段作建筑场地 6 岩溶地区地下不深处有大溶洞 地震时可能会塌陷 不宜作建筑场地 抗震措施抗震措施 持力层和基础方案的选择持力层和基础方案的选择 1 基础要砌置于坚硬 密实的地基上 避免松软地基 2 基础砌置深度要大些 以防止地震时建筑物的倾倒 3 同一建筑物不要并用几种不同型式的基础 4 同一建筑物的基础 不要跨越在性质显著不同或厚度变化很大的地基土上 5 建筑物的基础要以刚性强的联结梁连成一个整体 5 5 简述地震发生的条件简述地震发生的条件 1 介质条件 多发生在坚硬岩石中 2 结构条件 多产生在活断层的一些特定部位 端点 拐点 交汇点等 3 构造应力条件 多发生在现代构造运动强烈的部位 应力集中 6 6 简述地震效应类型简述地震效应类型 地震效应可以分为振动破坏效应振动破坏效应 地面破坏效应地面破坏效应和斜坡破坏效应斜坡破坏效应 1 振动破坏效应振动破坏效应 地震发生时 地震波在岩土体中传播而引起强烈的地面运动 使建筑物的地基 基础以及上部结构都发生振动 给它施加了一个附加荷载即地震力 当地震力 达到某一限度时 建筑物即发生破坏 这种由于地震力作用直接引起建筑物的 破坏 称为振动破坏效应 2 地面破坏效应地面破坏效应 地面破坏效应可分为破裂效应和地基效应两种基本类型 前者指的是强震导致 地面岩土体直接出现破裂和位移 从而引起附近的或跨越破裂带的建筑物变形 4 或破坏 后者指的是地震使松软土体压密下沉 砂土液化 淤泥塑流变形等 而导致地基失效 使上部建筑物破坏 3 斜坡破坏效应斜坡破坏效应 包括地震导致的滑坡 崩塌或泥石流等 主要发生在山区和丘陵地带 7 7 我国地震地质的基本特征我国地震地质的基本特征 1 强震活动受活动构造的严格控制 2 大陆地震受控于现代构造应力场特征 3 强震活动经常发生在断裂带应力集中的特定地段上 4 绝大多数强震发生在一些稳定断块边缘的深大断裂带上 而稳定断块内部很少或基本没有强震分 布 5 裂谷型断陷盆地控制了强震的发生 8 8 简述地震小区划的概念及其原理和划分方法简述地震小区划的概念及其原理和划分方法 地震小区划是对城市或工程场地范围内可能遭遇的地震强度及其特点的划分 它除了考虑潜在震源 情况 传播路径的因素外 还根据场地地质活动构造与地貌条件给出场地地震影响场的分布 地震小区划包括地震动小区划地震动小区划和地震地质灾害小区划地震地质灾害小区划 1 地震动小区划地震动小区划不仅要对城市所在范围内的场地类别和地震动时振动轻重程度作出详细划分 指出各小区场地对建筑物抗震的有利或不利程度 指明各小区具体的不利因素以及可能发生的地基 失效类型 而且要对城市范围内各小区提出具有概率意义的设计地震动参数等 包括地面运动峰值 加速度 峰值速度 地震动持时 场地卓越周期 加速度反应谱等一系列指标 2 地震地质灾害小区划地震地质灾害小区划应包括砂土液化 软土震陷 地震断层 地震滑坡等内容 9 9 简述我国地震分布规律简述我国地震分布规律 我国地处环太平洋与地中海 喜马拉雅两大地震带之间 地震分布比较普遍 除台湾东部 西藏南部 和吉林东部地震属板块边缘消减带地震活动外 其余广大地域均属板内地震活动 而且绝大多数强震都 发生在稳定断块边缘的一些规模巨大的区域性深大断裂带上或断陷盆地之内 主要地震区与活动构造带 关系密切 中国科学院地球物理研究所把我国分为 23 个地震带 其中最主要的地震带有 台湾与东南 沿海地震带 郯城 庐江地震带 南北阳地震带 华北地震带 西藏 滇南地震带 天山南北地震带 10 10 砂土液化的概念砂土液化的概念 饱水砂土在地震 动力荷载或其它物理作用下 受到强烈振动而丧失抗剪强度 使砂粒处于悬浮状 态 致使地基失效的作用或现象 11 11 影响砂土液化的因素影响砂土液化的因素 1 土的类型及性质土的类型及性质 粒度 粉 细砂土最易液化 密实度 松砂极易液化 密砂不易液化 成因及年代 多为冲积成因的粉细砂土 如滨海平原 河口三角洲等 沉积年代较新 结构松散 含水量丰富 地下水位浅 2 饱和砂土的埋藏分布条件饱和砂土的埋藏分布条件 砂层上覆地震愈强 历时愈长 则愈引起砂土液化 而且波及范围愈 广非液化土层愈厚 液化可能性愈小 地下水位埋深愈大 愈不易液化 3 地震活动的强度及历时地震活动的强度及历时 地震愈强 历时愈长 则愈引起砂土液化 而且波及范围愈广 12 12 地震砂土液化的机理地震砂土液化的机理 机理机理 地震时饱水砂土中形成的超孔隙水压力使土的抗剪强度降低和丧失 具体来说 砂土依靠颗粒间的摩擦力维持本身的稳定 这种摩擦力主要取决与颗粒间的法向压力 而饱和砂土由于孔隙水压力的存在 其抗剪强度小于干砂的抗剪强度 颗粒间摩擦力 地震过程中 砂土将趋于密实 并伴随排水的现象 而由于砂土变密实 其透水变差 从而产生了剩余孔隙水压力 5 超孔隙水压力 显然 此时的抗剪强度更低了 而且随着振动持续时间增长 剩余空隙水压力不断 累积增大 从而使砂土的抗剪强度持续降低 直至完全丧失 13 13 砂土振动液化的评价方法 即判别方法 砂土振动液化的评价方法 即判别方法 评价方法 评价方法 标准贯入试验判别 静力触探试验判别 剪切波速试验判别 土的相对密实 度判别 14 14 砂土振动液化对工程建筑的影响及防护措施 重点 防护措施 砂土振动液化对工程建筑的影响及防护措施 重点 防护措施 影响 影响 1 地面下沉 2 地表塌陷 3 地基土承载力丧失 4 地面流滑 防护措施防护措施 振冲法 排渗法 强夯法 爆炸振密法 板桩围封法 换土 增加盖重 四 四 岩石风化工程地质研究岩石风化工程地质研究 1 1 岩石风化的概念 风化作用类型 主要风化作用 风化壳岩石风化的概念 风化作用类型 主要风化作用 风化壳 岩石风化岩石风化 岩石在各种风化营力作用下 所发生的物理和化学变化的过程所发生的物理和化学变化的过程 风化作用类型 风化作用类型 物理风化 化学风化和生物风化 主要风化作用 主要风化作用 氧化 溶解 水化 水解 碳酸化和硫酸化等作用 风化壳风化壳 遭受风化的岩石圈表层 2 2 影响岩石风化的因素影响岩石风化的因素 一 气候因素 一 气候因素 1 温度 温差大 冷热变化频率快 有利于物理风化 温度高 有利于化学风化 2 降雨 降雨量大 有利于化学及生物风化 二 岩性因素 二 岩性因素 1 矿物成分 抗风化能力 氧化物 硅酸盐 碳酸盐和硫化物 最稳定的造岩矿物 石英 岩浆岩 酸性岩 中性岩 基性岩 超基性岩 变质岩 浅变质岩 中等变质岩 深变质岩 沉积岩 抗风化能力 岩楽岩 变质岩 2 化学成分 K Na 等活性强的元素比 Fe Al Si 等活性弱的元素更容易流失 同一种元素 所组成的化 合物不同 岩石的抗风化能力也不同 3 结构特点 单一矿物组成的岩石抗风化能力较强 单矿岩 复矿岩 矿物成分相同 等粒结构 不等粒结构 单粒结构岩石抗风化能力较强 Si 质胶结 Ca 质胶结 泥质胶结 三三 地质结构因素 地质结构因素 断层 层面 节理 沉积间断面 侵入岩与围岩接触面 1 断层带 裂隙密集带 囊状风化 2 层理面 差异风化 崩塌等 3 节理 裂缝面 球形风化 四 地形因素四 地形因素 1 海拔高地区 以物理风化为主 海拔低地区 化学风化速度较快 2 陡坡地段 风化速度较大 风化壳较薄 缓坡地段 风化速度较慢 风化壳较厚 6 五 其他因素五 其他因素 1 地壳运动 强烈上升期 风化速度快 风化壳厚度不大 稳定期 风化彻底 风化壳厚度大 2 人类活动 人工开挖基坑 边坡 隧洞 砍伐森林等 直接加剧风化作用 3 3 岩石风化的分带标志 方法及原则 重点 分带标志 方法 岩石风化的分带标志 方法及原则 重点 分带标志 方法 分带标志分带标志 一 颜色不同一 颜色不同 风化岩石在外观上表现出颜色的差异 二 破碎程度二 破碎程度 风化程度越深 原岩破碎程度愈大 1 从深部完整新鲜岩石至地表 岩块 块石 碎石 砂粒 粉粘粒 2 从总体上看 上部以粉粘粒为主 夹砂粒 碎石 下部以块石 碎石为主 裂缝中夹粉粘粒 砂粒 三 矿物成分变化三 矿物成分变化 不同风化带 矿物组合特点不同 1 剧风化带 除石英外 大部分矿物已经变异 形成稳定的矿物 如粘土矿物 2 弱 微风化带 矿物变异主要发生在块石裂缝周围 形成薄膜 四 水理性质及物理力学性质的变化四 水理性质及物理力学性质的变化 由上至下 1 孔隙性 压缩性由大变小 2 吸水性由强 弱 3 波速由小 大 4 强度由低 高 五 钻探掘进及开挖中的技术特性五 钻探掘进及开挖中的技术特性 风化程度不同的岩石 其完整性和坚固性不同 因此 勘探中 的钻探方法 钻进速度 岩心采取率 掘进方法及难易程度是 不同的 同时 施工中开挖方法及进度亦各异 分带方法分带方法 工程的初勘阶段 以定性分带为主 工程的详勘阶段 以定量分带为主 具体的分带方法有 1 地质分析法地质分析法 定性分析方法定性分析方法 通过岩石颜色 破碎程度 矿物成分的变化 2 指标定量法指标定量法 声波测试法 岩石风化后 声波速度变慢 风化系数法 按风化系数 Ky 大小较小分带 分带原则分带原则 1 充分反映各风化带岩石变化的客观规律 反映各风化带岩石所具有的不同特征 2 分带的标志应有代表性 明确 便于掌握 3 将定性与定量结合起来 4 分带数目既不要过多 也不太少 一般采用 三分法 四分法 五分法 4 4 岩石风化的防护措施岩石风化的防护措施 防治岩石风化的措施一般包括两个方面 一 对已风化产物的合理利用与处理一 对已风化产物的合理利用与处理 1 风化壳厚度小 全部挖出 2 风化壳厚度大 数十米以上时 处理措施视具体条件而定 一般工业民用建筑物 可选择足 够强度的风化层作地基 设置合理的基础埋置深度 对于重大工程 需挖除对工程构成危险的风化岩石 3 对于囊状或夹层风化带 可采用局部挖除或铺盖跨越 二 预防岩石风化的措施 二 预防岩石风化的措施 7 预防岩石风化的基本指导思想是 通过人工措施 使风化营力与岩石隔离 使岩石免遭继续风化 或减缓风化营力的作用强度 减缓岩石的风化速度 对于粘土岩类预防方法有 1 表面铺盖 粘土 水泥 沥青材料 2 化学材料充填 在 岩石裂隙中充填化学材料 形成保护膜 3 植被 五 斜坡变形破坏工程地质研究五 斜坡变形破坏工程地质研究 1 1 斜坡重应力分布的特点斜坡重应力分布的特点 1 斜坡周围主应力迹线发生明显偏转 2 在临空面附近造成应力集中 但在坡脚区和坡顶及坡肩附近情况有所不同 坡脚附近形成最大剪应力增高带 往往产生与坡面或坡底面平行的压致拉裂面 在坡顶面和坡面的某些部位形成张力带 易形成与坡面平行的拉裂面 3 坡体内最大剪应力迹线由原来的直线变成近似圆弧线 弧的下凹方向朝着临空方向 4 坡面处由于侧向压力趋于零 实际上处于两向受力状态 而向坡内逐渐变为三向受力状态 2 2 影响斜坡应力分布的因素有哪些影响斜坡应力分布的因素有哪些 1 1 岩体初始应力的影响 岩体初始应力的影响 水平剩余应力的大小使坡体中主应力迹线的分布形式有所不同 明显改变了各应力值的大小 使应 力分异现象加剧 尤其对坡脚应力集中带和张力带的影响最大 2 2 坡形的影响 坡形的影响 坡高 坡高不改变应力等值线图象 但应力值随坡高 而线性 坡角 坡角变化明显改变了应力分布图象 随坡角变陡 张力带的范围有所扩大 坡脚应力集中 带最大剪应力值也随之增高 坡底宽度 当 W0 8H 时 则保持为一常 值 称为 残余坡角应力 坡面形态 平面上的凹形坡 应力集中明显减缓 3 3 斜坡岩土体特性和结构特征的影响 斜坡岩土体特性和结构特征的影响 岩土体的变形模量对均质坡体的应力分布无明显影响 泊松比 可改变主应力和剪应力的分布 引起张力带变化 随着泊松比增大 坡面和坡顶的张力带 逐渐扩展 而在坡底则反之 泊松比增大时 张力带收缩 结构面的产状 性质的差别 使斜坡中的应力分布出现了不连续性 在不连续面或软弱面的周边 形成应力集中带或发生应力滞 3 3 斜坡变形破坏的概念 变形破坏的实质及变形破坏的基本形式斜坡变形破坏的概念 变形破坏的实质及变形破坏的基本形式 概念概念 斜坡变形 是一种动力地质现象 是指地表斜坡岩体 土体在自重应力和其他外力作用下所产生的 向坡下的快速运动 斜坡破坏 斜坡变形进一步发展 破裂面不断扩大并互相贯通 使斜坡岩土体的一部分分离开来 发生较大位移 这就是斜坡的破坏 变形破坏的实质变形破坏的实质 斜坡受到侵蚀卸荷作用和开挖卸荷等作用所产生的应力释放效应 而引起的斜坡表层岩土体的弹塑 性回弹和蠕变位移 8 变形破坏的基本形式变形破坏的基本形式 斜坡变形的形式 拉裂 回弹 蠕滑 弯曲倾倒 斜坡破坏的形式 崩塌 滑坡 补充 补充 1 拉裂 斜坡岩土体在局部拉应力集中部位和张力带内 形成张裂隙的变形形式称为拉裂 2 蠕滑 斜坡岩土体沿软弱面 层 局部向临空方向的缓慢剪切变形称为蠕滑 3 弯曲倾倒 由陡倾或直立板状岩体组成的斜坡 当岩层走向与坡面走向大致相同时 在自重的 长期作用下 由前缘开始向临空方向弯曲 折裂 并逐渐向坡内发展 这种变形通 常称为弯曲倾倒 4 崩塌 斜坡岩土体中被陡倾的张性破裂面分割的块体突然脱离母体并以垂直运动为主 翻滚跳 跃而下 这种现象和过程称为崩塌 5 滑坡 斜坡上的岩土体 沿着贯通的剪切破坏面 带 产生以水平运动为主的现象 称为滑坡 4 4 崩塌的概念 形成条件及基本特征崩塌的概念 形成条件及基本特征 概念 概念 斜坡岩土体中被陡倾的张性破裂面分割的块体 突然脱离母体并以垂直运动为主 翻滚跳跃而下 这种现象或运动称为崩塌 按崩塌的规模 可分为山崩和坠石 按物质成分 可分为岩崩和土崩按崩塌的规模 可分为山崩和坠石 按物质成分 可分为岩崩和土崩 条件 条件 1 地层岩性条件 厚层状硬脆性岩体 灰岩 砂岩 石英岩等厚层硬脆性岩石常能形成高陡的斜 坡 其前缘常由于卸荷裂隙的发育而形成陡而深的张裂缝 并与其它结构而组 合 逐渐发展而形成连续贯通的分离面 在触发因素作用下发生崩塌 2 岩体结构条件 节理裂隙 二组或二组以上陡倾节理 硬脆性岩石中往往发育两组或两组以 上陡倾节理 其中与坡面平行的一组常演化为张裂缝 3 地形条件 地形切割强烈 高差大 发生崩塌的地面坡度一般大于 45 而大部分分布在大于 60 的斜坡上 4 外力条件 风化作用 静水压力 震动 冻胀作用等 基本特征基本特征 1 一般发生在高陡斜坡的坡肩部位 2 质点位移矢量铅直方向较水平方向要大得多 3 崩塌发生时无依附面 4 往往是突然发生的 运动快速 5 崩塌具有多发性的特点 即发生过崩塌的地方 仍可能再次发生崩塌 5 5 崩塌与滑坡的差异性和共同点崩塌与滑坡的差异性和共同点 一 差异性一 差异性 1 滑坡沿滑动面滑动 滑体的整体较好 有一定外部形态 而崩塌则无滑动面 堆积物结构零乱 多呈锥形 2 崩塌以垂直运动为主 滑坡多以水平运动为主 3 崩塌的破坏作用都是急剧的 短促的和强烈的 滑坡作用多数也很急剧 短促 猛烈 有的则 相对较缓慢 4 崩塌一般都发生在地形坡度大于 50 度 高度大于 30 米以上的高陡边坡上 滑坡多出现在坡度 50 度以下的斜坡上 二 共同点和联系二 共同点和联系 1 崩塌与滑坡均为斜坡上的岩土体遭受破坏而失稳向坡脚方向的运动 2 常在相同的或近似的地质环境条件下伴生 9 3 崩塌 滑坡可以相互包含或转化 如大滑坡体前缘的崩塌和崩塌堆载而形成的滑坡 6 6 滑坡的概念 形态要素滑坡的概念 形态要素 概念概念 斜坡岩土体在重力等因素作用下 依附滑动面 带 产生的向坡外以水平运动为主的运动或现象 形态要素形态要素 滑动面 带 滑坡体 滑坡周界 滑床 滑坡前缘 滑坡舌 滑坡壁 主滑线 滑坡台阶 滑坡 洼地 滑坡裂缝 7 7 识别滑坡的方法与标志识别滑坡的方法与标志 识别方法 识别方法 利用遥感资料 如航片 彩虹外照片来解释 通过地面调查测绘来解决 采用勘探方法来查明 识别标志 识别标志 1 地形地貌方面 滑坡形态特征 阶地 夷平面高程对比 2 地质构造方面 滑体上产生小型褶曲和断裂现象 滑体结构松散 破碎 3 水文地质方面 结构破碎 透水性增高 地下水径流条件改变 滑体表面出现积水洼地或 湿地 泉的出现 4 植被方面 马刀树 醉汉林 5 滑动面的鉴别 a 勘探 钻探 b 变形监测 钻孔倾斜仪 8 8 滑坡的分类滑坡的分类 重点 一 二类 重点 一 二类 一 按滑坡动力学性质一 按滑坡动力学性质 可分为 推动式 牵引式可分为 推动式 牵引式 平移式平移式 混合式混合式 推动式滑坡 始滑部位位于上部 主要是由斜坡上部张裂隙发育或因堆积重物和在坡上进行建筑 引起上部失稳滑动而推动下部滑动 平移式滑坡 滑动面较平缓 始滑部位分布于滑动面的许多点 牵引式滑坡 始滑部位位于下部 首先是下部开始滑动 然后向上扩展 引起由下而上的滑动 主要是由于坡底受到河水冲刷或人工开挖引起的 混合式滑坡 始滑部位上下结合 共同作用 其比较常见 二 按滑动面和层面的关系二 按滑动面和层面的关系 可分为 均质滑坡 无层滑坡 均质滑坡 无层滑坡 顺层滑坡 切层滑坡 顺层滑坡 切层滑坡 均质滑坡 发生在均质或没有明显层理的岩体或土体中的滑坡 滑动面不受层面的控制 顺层滑坡 沿着岩层层面发生滑动 尤其是有软弱岩层存在时 切层滑坡 滑坡面切过岩层面 三 按时代分三 按时代分 新滑坡 老滑坡 古滑坡 始滑坡 四 按岩土体类型分四 按岩土体类型分 粘性土滑坡 黄土滑坡 堆填土滑坡 堆积土滑坡 破碎岩石滑坡 岩石滑坡 9 9 影响斜坡稳定性的因素影响斜坡稳定性的因素 内在因素 岩土类型及性质 地质构造 地形地貌 水文地质等 外在因素 振动作用 如地震 降水 雨 雪 水库蓄水 人类活动 开挖 加载 植被 水等 风化 剥蚀作用等 一 岩土体的类型及性质 决定抗滑力的根本因素 一 岩土体的类型及性质 决定抗滑力的根本因素 1 坡形相同的情况下 坚硬岩石斜坡 半坚硬岩石 松散土坡 2 沉积岩 层理 软弱夹层 3 岩浆岩 原生节理发育 与岩石强度和风化作用有关 3 变质岩 由于矿物成分的差异导致工程地质性质的差异 石英岩 泥岩 4 滑坡往往集中在某些特定的岩层中 易滑岩组 10 5 对于同一种成因类型的岩层 组成岩石的矿物成分及胶结物不同 其稳定性不同 硅质胶 结 钙质胶结 泥质胶结 二 地质结构二 地质结构 岩体结构及地质构造岩体结构及地质构造 1 结构面 结构面的产状 力学性质 规模 2 沉积岩地区 特大型的滑坡主要与层面构造有关在褶皱的两翼部位 结构面往往形成上陡 下缓的勺形沿着大的构造断裂带 滑坡往往呈带状分布按结构面的产状与临空面的关系 可分为 平迭坡 主要软弱结构面为水平的 逆向坡 主要软弱结构面的倾向与坡面的倾向相反 顺向坡 主要软弱结构面的倾向与坡面的倾向一致 倾角 小于坡角 时最易发生滑坡 斜交坡 主要软弱结构面与坡面成斜交关系 其交角越小 稳定性就越差 横交坡 主要软弱结构面的走向与坡面走向近于垂直 稳定性较好 很少发生大规模的滑坡 三 地形地貌三 地形地貌 斜坡坡度越大 切割深度越深 斜坡稳定性越差 四 地震四 地震 产生附加应力 五 水的作用五 水的作用 1 水平推力 侧向水压力 2 浮托力 动水压力 减小滑动面上的有效应 力 3 软化效应 空隙水压力降低岩土体的抗剪强度 4 动水压力 5 冲 刷 掏 空作用 六 人类活动的影响六 人类活动的影响 人工加载 采矿掏挖坡角 人工边坡开挖等 10 10 斜坡稳定性评价的基本方法斜坡稳定性评价的基本方法 斜坡稳定性评价方法可分为两大类 定性评价 定性评价和定量评价 定量评价 一 定性评价一 定性评价 1 成因历史分析法成因历史分析法 通过研究斜坡形成的地质历史和所处的自然地质环境 斜坡外形和地质结 构 变形破坏形迹 以及影响斜坡稳定性的各种因素特征的相互关系 从而对它的演变阶段和稳定状况 作出宏观评价 2 工程地质类比法工程地质类比法 类比法就是将所要研究的斜坡或拟设计的人工边坡与已经研究过的斜坡或 人工边坡进行类比 以评价其稳定性及其可能的变形破坏方式 并确定其极限坡角和坡高 3 赤平投影图解分析法赤平投影图解分析法 从二维平面图形表达物体几何要素的空间方位 并方便地求得它们之 间的夹角与组合关系 在斜坡稳定性研究中 能表示出可能滑移面与坡面的空间关系及其稳定性 所以 被人们广泛采用 二 定量评价二 定量评价 1 刚体极限平衡法刚体极限平衡法 只考虑破坏面的极限平衡状态 其破坏遵循库伦依据 将斜坡破坏问题简化 为平面问题处理 2 有限单元法有限单元法 通过离散化 将坡体变换成离散的单元组合体 3 概率分析法概率分析法 采用刚体极限平衡理论的斜坡稳定性分析方法 要引入稳定性系数的概念 而 客观上的稳定性系数也为随机变量 11 11 刚体极限平衡法的概念 评价思路 基本原理 重点 评价思路 原理 刚体极限平衡法的概念 评价思路 基本原理 重点 评价思路 原理 概念概念 将可能滑动的岩体作为刚体 采用极限平衡原理 计算沿滑坡推力 E 的定义是总的下滑力 T 与总 的抗滑力 Rs 之间的差值 表达式为 E T Rs 当 E 0 时 为极限平衡状态 刚体极限平衡法评价的思路 刚体极限平衡法评价的思路 1 可能破坏岩土体的几何边界条件分析 2 受力条件分析 3 确定计算参数 11 4 计算稳定性系数 5 确定安全系数进行稳定性评价 基本原理 基本原理 假设前提 1 只考虑破坏面上的极限破坏状态 而不考虑岩土体的变形 即视岩土体为刚体 2 破坏面上的强度由 C 值决定 遵循强度判据 3 滑体中的压力以正压力和剪应力的形式集中作用于滑面上 均视为集中力 4 三维问题简化为二维 平面 问题来求解 12 12 滑坡防治的基本原则 防治措施 重点 防治措施 滑坡防治的基本原则 防治措施 重点 防治措施 基本原则基本原则 以防为主 治理为辅 应该把防灾贯穿到工程建设的各个环节 在工程规划选址 设计 施工各阶 段均应注重防灾减灾 防治措施防治措施 一 挡土抗滑工程 1 挡墙 2 抗滑桩 3 锚杆 索 3 支撑 二 表里排水 包括排除地表水和地下水 三 削坡减载 这种措施的目的是为了降低坡体的下滑力 其主要的方法是将较陡的边坡减缓或将滑 坡体后缘的岩土体削去一部分 四 防冲护坡 为防止斜坡被河水冲刷或海 湖 水库水的波浪冲蚀 一般修筑导流堤 水下防波堤 丁坝以及砌石 抛石 草皮护坡等措施 五 土质改良 土质改良的目的在于提高岩土体的抗滑能力 主要用于土体性质的改善 六 防御绕避 当线路工程 如铁路 公路 遇到严重不稳定斜坡地段 处理又很困难时 则可采用防 御绕避措施 其具体工程措施有 明硐和御塌棚及内移 作隧 外移作桥等 上述各项措施 可归纳为 挡 排 削 护 改 绕 六字方针 13 13 滑坡空间预测 时间预报的基本原理滑坡空间预测 时间预报的基本原理 空间预测空间预测 可划分 区域性预测 地区性预测 场地预测区域性预测 地区性预测 场地预测 主要是通过滑坡条件分析 确定出对滑坡作用有利的因素组合 根据这些有利因素组合来预测区域 上某斜坡段将来产生滑坡的可能性 圈定出可能产生滑坡变形的范围 其理论基础为工程地质类比法 预测的方法 因子叠加法 综合指标法因子叠加法 综合指标法 时间预报 时间预报 可划分 区域性中长期预报 场地性短期预报 区域性中长期预报 场地性短期预报 其原理主要是岩土体蠕变 流变 理论 预报的方法 根据宏观征兆预报 根据观测资料预报根据宏观征兆预报 根据观测资料预报 六 渗透变形工程地质研究六 渗透变形工程地质研究 1 理解渗透变形的基本概念 掌握影响渗透变形的基本形式 2 掌握产生渗透变形的基本条件及其影响规律 3 掌握渗透变形预测思路及评价方法 4 掌握渗透变形的防治原则及防治措施 1 1 渗透变形的基本概念 类型渗透变形的基本概念 类型 渗透变形渗透变形 岩土体在地下水渗透力 动水压力 的作用下 部分颗粒或整体发生移动 引起岩土体 的变形和破坏的作用和现象 渗透变形类型 管涌管涌 流土流土 管涌管涌 在渗流作用下 单个土颗粒发生独立移动的现象 又称潜蚀又称潜蚀 12 根据渗透方向与重力方向的关系 垂直管涌 水平管涌 按渗流方向与土层接触面的关系 垂直接触管涌 平行接触管涌 流土流土 在渗透作用下 一定体积的土体同时发生移动的现象 2 2 产生渗透变形的基本条件产生渗透变形的基本条件 渗透变形产生的必要条件 一 渗流的动水压力及临界水力梯度一 渗流的动水压力及临界水力梯度 当 dp 渗透压力 dQ 水下重量 时 单元体处于悬浮状态 发生流土 此时渗流的水力梯度为临 界水力梯度 Icr 土粒越密实 n 越小 Icr 越大 土体越不容易发生渗透变形 二 土体结构特征决定了土体的抗渗强度二 土体结构特征决定了土体的抗渗强度 1 粗细颗粒直径比例 土体的排列方式决定着 D 粗颗粒直径 d0 空隙直径 的值 当排列疏松时 D d0 减小 D d 减小 渗透变形广泛 当排列密实时 D d0 增大 D d 增大 渗透变形不广泛 2 细颗粒的含量 用细颗粒含量百分数来判别双峰型砾土的渗透变形型式 35 流土 Hk 时 地基是稳定的 2 当 H Hk 时 地基是不稳定的 是建筑荷载和土洞共同作用的结果 3 当 H h 时 仅土洞的发展就可导致地表塌陷 裸露型岩溶区裸露型岩溶区 洞穴原体积 V0与可能坍塌体积 V1有关系 V1 1 0 k V 式中 K 为岩石的涨余系数 石灰岩一般为 1 2 坍塌体为柱体时 其体积 V1 Fh1 则有 h1 5h0 1 原洞穴顶板的厚度小于 5h0时 洞穴可认为不稳定 2 洞穴的坍塌高度是原洞穴高度的 5 倍时 洞穴被全部堵塞 认为稳定 9 9 岩溶地基的处理措施岩溶地基的处理措施 18 主要从三个方面处理 一是提高岩体抗压强度 二是提高地基的抗剪强度 三是增强坝基岩体抗渗 透能力 这三方面的处理措施则可分别概括为 溶蚀洞隙发育 挖 填 换 跨盖 地基不稳 锚 固 嵌 桩基 渗透变形 铺 截 灌 1 挖填 当洞穴埋藏不深时 可挖除其中的软弱充填物 回填碎石 灰土 混凝土等 以增强地基 强度 当基础下溶洞埋藏不深 其顶板又不稳定时 可炸开顶板 挖除充填物 回填碎石 等 粘性土地基局部有石芽突出时 可将石芽凿去 回填素土 以调整地基变形 2 跨盖 当基础下有小溶洞 溶沟 落水洞时 可采用钢筋混凝土梁板跨越 或用刚性大的平板基 础覆盖 但支承点必须放在较稳定性好的岩石上 也可调整柱形基础的柱距 3 灌注加固 当基础下洞穴埋藏较深时 可通过钻孔灌注水泥沙浆 混凝土 沥青等 以堵填洞穴 溶隙 提高其强度 或防止洞穴进一步坍塌 4 锚 嵌 提高坝基抗剪强的锚是对坝基岩体进行锚固 嵌则是增加拱坝坝端嵌入深度 5 桩基 当基岩顶面起伏不平 其上覆土层性质较软弱 厚度又较大 不易清除时 可视建筑物需 要作支承桩或摩擦桩 6 合理疏导水气 供水或采矿时 抽排地下水的井孔不要过于集中 不要快速大量集中抽排地下 水 应使地下水位均匀的缓慢下降 以免形成过大的水力梯度或真空腔 不过 量开采地下水 水位下降不应低于溶洞顶面 以保持岩溶水的承压状态 开采 地下水的方案合理 如有多个含水层时 尽量不采上部含水层的水 在可能形 成真空腔的部位 安置通气管 利用充气法及时补充岩溶空腔中的气体 破坏其 真空状态 避免形成塌陷的条件 在已产生部分塌陷的地区 要采取分流措施 作好地表水截流和堵漏防渗 防止地表水及降水大量灌入地下 引起土体冲蚀 并扩大和加剧塌陷的发生 7 绕避 对已查明的洞穴系统或巨大的溶洞和暗河分布区 其稳定条件又很差时 在布置建筑物时 宜绕避 重新选择地质条件良好的场地 8 强夯 覆盖型岩溶区上覆松软土 通过强夯法使其压缩性降低 强度提高 能减少或避免土洞 及塌陷的形成 当土层中存在隐伏洞穴时 可用强夯法将其破坏 以消除隐患 达到事先 处理的目的 八 泥石流工程地质研究八 泥石流工程地质研究 1 1 泥石流的基本概念 活动特点 泥石流的基本概念 活动特点 1 泥石流 是发生在山区的一种含有大量泥砂和石块的暂时性急水流 2 泥石流活动过程与一般山洪活动的根本区别 是这种流体中固体物质含量很大 有时可超过水体 量 3 活动特点是 在一个地段上往往突然爆发 能量巨大 来势凶猛 历时短暂 复发频繁 4 我国泥石流分布 在广大的高 中山区 特别是我国西部地区 2 2 泥石流的形成条件泥石流的形成条件 1 地形条件 泥石流总是发生在陡峻的山岳地区 一般是顺着纵坡降较大的狭窄沟谷活动的 可 以是干涸的嶂谷 冲沟 也可以是有水流的河谷 每一处泥石流自成一个流域 典 型的泥石流流域可以划分成形成区 流通区和堆积区三个区段 19 2 地质条件 地质条件决定了松散固体物质的来源 也为泥石流活动提供动能优势 泥石流强烈 活动的山区特点 地质构造复杂 岩石风化破碎 新构造运动活跃 地震频发 崩 滑灾害丛生 这样的地段 既为泥石流活动准备了丰富的固体物质来源 又因地形 高耸陡峻 高差对比大 具有强大的动能优势 在泥石流形成区内有大量易于被水 流侵蚀冲刷的疏松土石堆积物 是泥石流形成的最重要条件 3 气象水文条件 泥石流形成必须有强烈的地表径流 它为爆发泥石流提供动力条件 泥石流的 地表径流来源于暴雨 冰雪融化和水体溃决等 暴雨型泥石流是我国最主要的 泥石流类型 我国除西北 内蒙地区外 大部分地区受热带 亚热带湿热气团 的影响 由季风气候控制 降水季节集中 3 3 泥石流的基本特征泥石流的基本特征 1 泥石流的密度 泥石流中含有大量固体物质 所以它的密度较大 达 1 2 2 4t m3 泥石流密度 的大小 取决于水体和固体物质含量的相对比例以及固体物质中细颗粒成分的 多 少 沟谷纵坡降的大小也与泥石流密度有一定关系 因为沟谷纵坡降愈大 冲 刷 力愈强 可促使更多的固体物质加入 泥石流有较大的密度 所以它的浮托力 大 搬运能力很强 2 泥石流的结构 泥石流体最主要的结构 是由石块 砂粒和泥浆体所共同组成的格架结构 石块 在浆体中可有悬浮 支承和沉底三种状态 并随着石块含量的增加和粒径的变化 还可分为星悬型 支承型 叠置型和镶嵌型等四种类型 它们的冲击强度依次增 加 尤其是镶嵌型格架结构 当运动时整体性强 石块间不会发生猛烈的撞击 普遍发生力的传递 所以它的冲击力最大 危害最为严重 3 泥石流的形态 泥石流的流态主要受水体量与固体物质的比值以及固体物质的粒径级配所制约 泥石流体大多属似宾汉体 泥浆体系宾汉体 所以流动理论多以宾汉体流变方 程为基础 当泥石流体中固体物质较少 且以粗大的砂砾为主时 则与牛顿体紊 流流变方程类同 当粘性泥石流流速较小 流速梯度也较小 流体中的石块移动 和转动缓慢时 其流态为蠕动流 蠕动流是一种似层流 流线大致平行 4 泥石流的直进性 由于泥石流体携带了大量固体物质 在流途上遇沟谷转弯处或障碍物时 受阻 而将部分物质推积下来 使沟床迅速抬高 产生弯道超高或冲起爬高 猛烈冲 击而越过沟岸或摧毁障碍 物 甚至截弯取直 冲出新道而向下游奔泄 这就 是泥石流的直进性 一般的情况是 流体愈粘稠 直进性愈强 因此冲击力也 愈大 5 泥石流的脉动性 由于泥石流具有宾汉体的性质和运动的阻塞特性 故流动不均匀 往往形成阵 流 这就是泥石流的脉动性 脉动性是泥石流运动过程区别于洪水流过程的又 一特性 一般的洪流过程线是单峰型涨落曲线 泥石流过程线如图所示为似正 弦曲线 几乎以相等的时间间隔一阵一阵地流动 有时一场泥石流出现几十阵 至上百阵 阵的前峰表现为高大的泥石流龙头 高达几米至几十米 冲击力极 大 4 4 泥石流的常用分类依据及方案泥石流的常用分类依据及方案 一 按泥石流流域形态分类一 按泥石流流域形态分类 1 标准型泥石流 典型的泥石流 流域呈扇形 流域面积较大 能明显地划分出形成区 流通区和 堆积区 20 2 河谷型泥石流 流域呈狭长条形 其形成区多为河流上游的沟谷 固体物质来源较分散 沟谷中 有时常年有水 故水源较丰富 流通区与堆积区往往不能明显分出 3 山坡型泥石流 流域呈斗状 面积一般小于 1km2 无明显流通区 形成区与堆积区直接相连 二 按物质组成分类二 按物质组成分类 1 水石流型泥石流 一般含有非常不均匀的粗颗粒成分 粘土质细粒物质含量少 且它们在泥石流 运动过程中极易被冲洗掉 所以水石流型泥石流的堆积物常常是很粗大的碎屑物 质 2 泥石流型泥石流 既含有很不均匀的粗碎屑物质 又含有相当多的粘土质细粒物质 因具有一定 的粘结性 所以堆积物常形成连结较牢固的土石混合物 3 泥水流型泥石流 固体物质基本上由细碎屑和粘土物质组成 主要分布在我国黄土高原地区 三 按泥石流流体性质分类 1 粘性泥石流 这类泥石流含有大量细粒粘土物质 固体物质含量占 40 60 最高可达 80 水 和泥沙 石块凝聚成一个粘稠的整体 具有很大的粘性 它的密度大 1 6 2 4t m3 浮托力强 当它 在流途上经过弯道时 有明显的爬高和截弯取直作用 并不一定循沟床运动 2 稀性泥石流 这类泥石流水是主要成分 固体物质占 10 40 且细粒物质少 5 5 泥石流空间预测 时间预报的研究内容及思路泥石流空间预测 时间预报的研究内容及思路 空间预测空间预测 研究内容 编制不同比例尺的泥石流分布图 包括 小比例尺 1 100 万或更小 中比例尺 1 10 万或 1 50 万 大比例尺 1 1 万或 5 万 思路 1 小比例尺 判明省或全国的泥石流危险地区的概略分布状况 2 中比例尺 研究泥石流形成的一般规律和形成条件 并估算出一个地区范围内的危险度 另可做建设规划用 3 大比例尺 详细评估某些山地 各地或城市市区及其附近的泥石流现象 以及某条大泥石 流沟流域的特征 用以拟定泥石流防治措施和组建定位观测的基本图件 时间预报时间预报 研究内容 用临界降水量或临界径流量这一指标来预报泥石流 思路 泥石流发生季节指标 天气尺度系统指标 日暴雨量指标及小时雨强指标 6 6 泥石流的防治原则及措施泥石流的防治原则及措施 防治原则防治原则 综合治理 突出重点 因害设防 因地制宜 讲求实效 防治措施防治措施 一 生物措施 恢复或培育植被 合理耕收 维持较优化的生态平衡 使流域坡面得到保护 免遭冲 刷 以控制泥石流的发生 二 工程措施 1 蓄水引水工程 包括调洪水库 截水沟和引水渠 作用 拦截部分或大部分洪水 消减洪峰 控 制暴发泥石流 2 支挡工程 挡土墙 护坡等 作用 在形成区内有崩塌 滑坡严重隐患地段 在山脚处修建挡 土墙和护坡 以稳定斜坡 3 拦挡工程 多布置在流通区内 修建拦挡泥石流的坝体 也称谷坊坝 作用 拦泥滞留 护床 护坡 4 排导工程 包括排导沟 渡槽 急流槽 导流堤等 多数建立在流通区和堆积区 作用 调整 流向 防止漫流 以保护附近的居民区 交通线路等 5 储淤工程 包括拦淤库和储淤场 拦淤库设置于流通区内 即修筑拦挡坝 形成泥石流库 储 淤场设置于堆积区的后缘 通常由导流堤 拦淤堤和溢流堰组成 作用 在一定期 21 限内 一定程度上将泥石流固体物质在指定地段停淤 从而消减下泻的固体物质总 量及洪峰流量 22 九 水库诱发地震工程地质研究九 水库诱发地震工程地质研究 1 1 诱发地震的类型 以诱发成因分类 诱发地震的类型 以诱发成因分类 概念概念 水库诱发地震 是指由于人类修建水库工程 水库蓄水所引起的地震活动 称为水库诱发地震 一 内动力地质因素诱发型一 内动力地质因素诱发型 1 断裂活化型 在人类工程活动因素影响下 某些已停止活动的或活动性微弱的断裂带其活动性又 加强 形变和能量积累速率加大 产生新的断裂错动而诱发地震 也有人称之为构 造型诱发地震 2 热能型 种类型主要出现于现代火山或高地热能地区 地震活动与地壳含热区或热异常区的热应 力较高有关 3 化学潜能型 岩矿相变型 地下存在某些特殊矿物