第四章-不良地质现象的工程地质问题

第四章不良地质现象的工程地质问题 主要内容 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 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 4 1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 4 1 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 4 1 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 6 20米 3 深层滑坡 20 30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 3 50万立方 3 大型滑坡 50 300万立方 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 3 平移式滑坡 三滑坡的形成条件 1 边坡体的岩性条件 2 边坡体内部的结构构造 3 地形地貌条件 4 水文地质条件 5 气候和地震作用 6 人为因素影响 岩层或土层层面 节理 裂隙等常是影响边坡体稳定性 坡角愈平缓 坡高愈低 边坡体的稳定性愈好 90 以上的边坡滑动都与水的作用有关 A 气候条件变化会使岩石风化作用加剧B 地震烈度在5度以上时就可能诱发边坡滑动 平整场地 修筑道路 开挖渠道 基坑以及采矿都将导致产生滑坡 四 滑坡发育过程1 蠕动变形阶段 历时长 是滑坡预测和预防的重要阶段 2 滑动破坏阶段 速度大 来势猛 破坏力大 3 渐趋稳定阶段 五 影响滑坡的因素1 边坡形态 坡高 坡角 2 岩土性质 强度 含水量 完整性等 3 构造面的产状 4 水 静水 动水 5 振动荷载 地震 滑坡的特征 滑坡产生具有以下特征 4 1 3滑坡的治理 一 治理原则1 以防为主 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 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 4 2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 2 崩塌的成因 1 山坡坡度大于45度 可形成崩塌 2 节理发育的块状或层状岩石 如石灰岩 花岗岩 砂岩 页岩等 厚层硬岩覆盖在软弱岩层之上的陡壁均可形成崩塌 3 各种构造面 软弱夹层倾向临空面且倾角较陡时 便构成崩塌的依附面 4 在暴雨或久雨之后 水分沿裂隙渗入岩层 降低了岩石裂隙间的粘聚力和摩擦力 增加了岩体的重量 就促进崩塌的产生 5 水流冲刷坡脚 削弱了坡体支撑能力 使山坡上部失去稳定 6 地震会使土石松动 引起大规模的崩塌 7 工程活动造成的崩塌 如在山坡上部增加荷重 大爆破的震动等 崩塌的病害 3 崩塌的病害 规模小的崩塌崩落的土石方仅有数立方米到数十立方米 大者可达数百 数千直至数万立方米 崩落土石体达到数十万 上千万甚至更多的山体大崩塌多和地震相关 发生的次数也极为有限 三 崩塌的处理措施 稳定措施 对高陡边坡上的岩体进行稳定加固 主要有以下几种 1 通过开挖方式使边坡得到稳定 2 坡面与岩体加固 即通过各种手段恢复和增强岩体的连续性和完整性 3 对已建成公路上方的危岩 危石 应根据地形和岩层情况采取支顶 支护等方式予以稳定加固 遮挡建筑物 在中 小型崩塌地段或崩塌发生次数频繁 采用一般拦截建筑物有困难时 可采用框架棚洞 如因地形或地质条件限制 外侧设置基础有困难时 亦可采用钢筋混凝土悬臂式棚洞 在有条件的地方 经过方案比较也可采用明洞处理 在小型崩塌和落石地段 如可能崩塌的数量不大或落石的数量不多 且基岩破坏程度不严重时 可采用全部清除的办法 如基岩破坏严重 崩塌 落石的物质来源丰富 则宜采用落石平台 落石槽 拦石堤 拦石墙等拦截建筑物 拦截建筑物 落石槽与拦石墙 支顶 4 3泥石流 1 泥石流的概念 由暴雨或冰雪迅速融化形成的一种突然爆发性的含大量泥砂 石块的急骤水流 并且挟带堆积在缓坡或山谷中的大量堆积物成为泥石洪流冲向山前地带的现象 称为泥石流 1 沟槽纵坡较大 便于集水 集物的陡峻的地形地貌 2 流域内有丰富的松散固体物质 3 流域中上游有大量的降雨 急剧消融的冰雪或渠道 水库的溃决短时间内有大量的水源供给 2 泥石流的成因 我国是世界上泥石流活动最多的国家之一 主要分布在西南 西北及华北的山区 如四川西部 云南西部和北部 西藏东部和南部 甘肃东南部 青海东部 祁连山地区 昆仑山及天山地区 黄土高原 太行山和北京西山地区 秦岭山区 鄂西及豫西山区等 此外 在东北西部和南部 华北部分以及华南 台湾 海南岛等地山区也有分布 据统计 我国每年有近百座县城受到泥石流的直接威胁和危害 有20条铁路干线的走向经过1400余条泥石流分布范围内 1949年以来 先后发生中断铁路运行的泥石流灾害300余起 有33个车站被淤埋 在我国的公路网中 以川藏 川滇 川陕 川甘等线路的泥石流灾害最严重 仅川藏公路沿线就有泥石流沟1000余条 先后发生泥石流灾害400余起 每年因泥石流灾害阻碍车辆行驶时间长达1 6个月 4 泥石流的危害 泥石流沟道变迁改道 冲毁路基 淤埋公路 桥涵孔径部分或全部被堵塞 冲毁桥涵 泥石流固体物撞击损坏桥涵 堵塞河流 改变水流方向 造成河流下游桥梁水毁 抬高水位 造成上游桥梁和沿河公路被淹没 总的来讲 泥石流主要灾害特征是成灾快 灾情重 危害面广 5 泥石流的形成条件 泥石流的形成区一般呈现为三面环山 另一面仅有一个狭窄出口的瓢状或漏斗状 汇水面积大 流通区的纵坡坡度大 沟谷狭窄 岸坡陡峻 使泥石流得以迅猛直泻 堆积区为开阔的山前倾斜平原 典型的泥石流发生地由形成区 流通区和堆积区三个区段构成 气象条件 地表水的迅速而大量汇流是形成泥石流的根本条件 因此泥石流流域常发生强度较大的暴雨或具有开阔的山坡 堆积有大量的积雪或冰川 气温回升强度大 有产生骤然融雪的可能 形成泥石流的地质条件 泥石流分布多为新构造运动活动显著 地质构造复杂 断裂 褶皱发育 裂隙密行 滑坡 崩塌等不良地质作用强烈 山体岩石结构疏松 软弱 易风化 地表岩石风化破碎 有形成泥石流所需的大量颗粒状松散固体物质来源 人类的滥砍滥伐 垦荒造田 修路切坡 开山劈石 采石弃渣甚至过度放牧等活动都会严重破坏山区的地表植被 加速地表岩体的风化 加大水土流失程度 大量调查研究结果表明 很多泥石流的发生都与人类的上述各种活动有着或多或少的关系 有的就是导致泥石流发的直接原因 有的会加大泥石流的发生程度 人为因素影响 6 泥石流的防治措施 泥石流的防治措施治理原则 预防为主 避强制弱 综合治理 1 水土保持2 滞流3 拦截 修筑拦挡坝等 4 排导 采用排导沟 急流槽 导流堤 A 跨越措施 1 桥梁适用于跨越流通区的泥石流沟或者洪积扇区的稳定自然沟槽 2 隧道适用于路线穿过规模大 危害严重的大型或多条泥石流沟 3 泥石流地区不宜采用涵洞 在活跃的泥石流洪积扇上禁止使用涵洞 4 过水路面适用于穿过小型坡面泥石流沟的三 四级公路 路基坡脚宜设抑水墙 以防止冲刷 排导沟 渡槽 导流堤 B 排导措施 适用于有排沙地形条件的路段 出口应与主河道衔接 出口高差应高出主河道20年一遇的洪水水位 排导沟纵坡宜与地面坡一致 排导沟的横断面应根据流量计算确定 排导沟应进行防护 适用于排泄流量小于30m3 s的泥石流 渡槽应与原沟顺直平滑衔接 纵坡不小于原沟纵坡 出口应满足排泄泥石流的需要 导流堤以防止泥石流直接冲击路堤或壅塞桥涵 在泥石流可能受阻的地方或弯道处 要考虑上冲起高度和弯道高度 C 拦截措施 拦挡坝 格栅坝 适用于沟谷的中上游或下游没有排沙或停淤的地形条件 且必须控制上游产沙的河道 以及流域采沙量大 沟内崩塌滑坡较多的河段 拦挡坝坝体的最大高度不宜超过5m 坝顶宜采用平顶式 当两端岸坡有冲刷可能时 宜采用凹形 适用于拦截流量较小大石块含量少的小型泥石流 格栅坝坝的宽度应与沟槽相同 坝基应设在坚实的地基上 4 4岩溶与土洞 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 岩溶 1 岩溶的概念 岩溶是岩溶作用和岩溶现象的统称 岩溶作用是指地表流水和地下水的长期化学溶蚀和机械侵蚀作用 形成的特殊地貌形态和水文地质现象 包括可溶性岩石被溶蚀 迁移 沉积的全过程 岩溶又名喀斯特 Karst 其名源于前南斯拉夫西北部沿海一带的Karst高原 该高原系石灰岩地层 岩溶现象十分发育 我国可溶性岩石 碳酸盐岩 分布很广 遍及26个省 市 自治区 尤其是西南 中南地区分布更广 云 贵 桂连成一片 其中贵州仅碳酸盐岩的出露面积就占全省面积的51 广西 湖南 云南 湖北 山西 四川等省 其碳酸岩盐的出露面积也均在20 以上 其分布面积占全省面积均在50 以上 常见的岩溶现象有溶洞 溶槽 溶沟 孤峰 石林 天生桥 漏斗 落水洞 暗河 钟乳石 石柱 石芽 石笋等 石林 天生桥 岩溶竖井 石钟乳 常见的岩溶现象 溶洞 岩洞 岩溶水 石钟乳 常见的岩溶现象 云南石林 西藏那曲麦莫溶洞 安康狮王溶洞 2 岩溶的成因 岩石的可溶性 透水性 水的溶蚀性及其流动性是岩溶发育必须具备的基本条件 1 由于碳酸盐类岩石的主要成分是由Ca Mg 其溶蚀能力强 一般为石灰岩 白云质灰岩 白云岩 泥灰岩 硅质灰岩 2 水中含有侵蚀性CO2 含量越高 对岩石的溶蚀性越强 在热带 亚热带气候条件下气温较高 土体中微生物的生物化学作用很强 它使有机物分解成各种有机酸 并产生大量CO2 故大大提高了溶岩中的CO2含量 3 溶蚀碳酸盐的地下水主要由大气降雨得到补给 因此湿润多雨地区有利于地下水补给 岩溶易发育 地貌上 地形切割强烈 有利于地下水排泄 地表土壤覆层浅 渗透性好 有利于地表水下渗 这两种情况都可以促使岩溶发育 4 在构造发育地区 岩石破碎严重 裂隙发育 连通性好 有利于水的运动循环 故岩溶往往沿断裂 裂隙层面发育 在新构造运动强烈地区 上升运动使侵蚀基准面下降 从而加强了地下水的垂直循环 岩溶就强烈发育 二 岩溶的形成条件 1 可溶性的岩石 2 具有溶解能力的水 3 岩石的透水性 4 水的运动 岩溶的形成条件 四 岩溶的病害 溶洞顶板坍塌引起的路基下沉和破裂 岩溶地面坍塌对路基稳定性的破坏 反复泉与间歇泉浸泡路基基底 引起路基沉陷 坍塌或冒浆 突然性的地下涌水冲毁路基等 岩溶的工程地质问题 地基不均匀沉降 地基塌陷 失稳 渗漏和突水 岩溶地基的处理措施 挖填 碎石 素土或混凝土 跨盖 钢筋混凝土梁板 灌注 混凝土 排导 水 土洞水流将土体中可溶物质溶滤 带走细小颗粒 使土体掏空形成的洞穴 1 形成条件 流水 土质疏松 土粒级配不良 土中含有可溶盐 2 潜蚀类型 机械潜蚀 溶滤潜蚀 3 土洞的处理措施 地表水形成的土洞 截流 防渗 挖填 跨盖 灌注 地下水形成的土洞 浅洞 挖填 跨盖 深洞 灌砂 石 桩基 对于路基范围内的土洞应先判明土洞是否仍在发展 对于已停止发展的土洞可按一般地基进行评价 需加固时宜采用注浆 复合地基