工程地质及土力学第2章建筑工程地质问题

第二章建筑工程中的地质问题,本章学习几种常见的不良地质现象,风化作用流水的地质作用滑坡崩塌泥石流岩溶与土洞地震,第一节风化作用,一、风化作用的概念岩石经受风、电、大气降水、温度变化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，这种变化过程称为风化作用。,二、风化作用的类型,1）物理风化,剥离作用、冰劈作用、结晶胀裂作用、释荷作用、根劈作用,2）化学风化,溶解作用、水解作用、水化作用、碳酸化作用、氧化作用等,3）生物风化生物的物理风化、生物的化学风化,花岗岩球状风化,风化速度不同,桂林灰岩石林,张家界砂岩石林,三、岩石风化程度及分类,工程上，按风化程度将岩体分为：全风化、强风化、弱(中）风化、微风化和未风化五种。,四、岩石风化分布规律,风化带岩石由表及里、由地表向下风化作用的影响逐渐减弱以至消失。-地壳岩石发生变化的地带。在风化剖面上，由上而下分四个带：全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带,风化壳,五、影响风化的因素,(1)岩石性质：矿物成分、结构、构造1)稳定性:氧化物硅酸盐碳酸盐和硫化物2)非晶质、等粒、细粒结构比成分相同的结晶质、非等粒和粗粒的岩石更易于化学风化3)节理发育岩石易风化;棱角部位风化速度快-球状风化,(2)气候条件不同气候区风化壳的厚度与结构特征,(3)地形条件,地形起伏较大、陡峭、切割较深的地区，以物理风化作用为主，岩石风化后岩屑不断崩落,风化产物较薄在地形起伏较小、流水可缓慢流经的地区，以化学风化作用为主，岩石风化彻底且风化产物较厚,六、岩石风化对工程的影响,岩体完整性受到破坏矿物成分、化学成分变化岩体工程地质性质发生变化,七、风化治理,1、挖除方法2、防治方法：1）覆盖面层材料2）灌注胶结和防水材料3）加强排水4）保护基坑和路堑,第二节流水的地质作用,地表流水方式：片流、洪流、河流河流地质作用：1）侵蚀；2）搬运;3）沉积。,一、河流的侵蚀作用（冲刷作用）（1）侵蚀方式：溶蚀（冲刷）化学侵蚀；冲蚀（掏蚀、刻蚀）、磨蚀机械侵蚀。（2）侵蚀方向：下蚀（垂直）流水对河床的冲刷；河流下蚀作用发生在河流上游地区，使河谷不断加深，形成横剖面上呈“V”字型的峡谷。瀑布，向源侵蚀，河流袭夺现象侧蚀（水平）流水对河岸的掏蚀；横向环流，河曲的演变，牛轭湖的形成,二、河流阶地及类型,河谷阶地当地壳相对上升时，河流的下蚀力加强，使原来的河岸高于河谷，当经过多次抬升，再现谷坡之上形成台阶状地形，成为河谷阶地。由河漫滩向上依次形成一级阶地、二级阶地、三级阶地等。阶地位置越高，河流年代越早。,阶地类型,分为：侵蚀阶地、基座阶地、堆积阶地。堆积阶地分为：上迭阶地、内迭阶地、嵌入阶地,（a）侵蚀阶地；（b）基座阶地；（c）上迭阶地；（d）内迭阶地；（e）嵌入阶地,三、河岸掏蚀破坏的预测和防治,位置：凹岸河段为掏蚀和冲刷地段。防治措施：1）护岸：抛石、挡墙、绿化等2）改变水流方向、流速、流量：导流建筑丁坝、横墙；松散物质堆积带；增长凹岸岸边浅滩。,第三节滑坡,实例,一、滑坡的特征,滑坡的形态要素,视频日本某地大型滑坡过程,二、滑坡的分类,1、按滑动面与岩土体层面关系分类(基岩滑坡)均质滑坡顺层滑坡切层滑坡,均质滑坡,这是发生在均质的没有明显层理的岩体或土体中的滑坡；滑坡面不受层面的控制，而受土体的应力状态和抗剪强度的控制，滑动面近于圆柱面或曲面。,顺层滑坡,发生在非均质的成层岩体中，岩层沿层面发生滑动。滑动面则为平面、曲面或倾斜阶梯形或折线形。,切层滑坡,滑动面穿切岩土层面。发生在岩层产状较平缓和与坡面反倾向的非均质岩层中；滑动面在顶部常是陡直的，沿裂隙面发育，一般呈圆柱形状或直线与曲线的组合形式。,2、按滑坡始滑部位分类：推动式滑坡、牵引式滑坡、混合式滑坡和平移式滑坡3、按滑坡的岩土类型分类堆积土滑坡、堆填土滑坡、黄土滑坡、粘土滑坡、破碎岩石滑坡和岩石滑坡等4、其它分类按滑体厚度分为：浅层滑坡、中层滑坡、深层滑坡。按滑坡体的体积大小分为：小型滑坡、中型滑坡、大型滑坡和特大型滑坡四类。按滑坡时代分为：始滑坡、古滑坡、老滑坡和新滑坡,三、滑坡的发育过程,滑坡发育的三个过程：蠕动变形阶段：边坡内部剪应力增加，岩土强度降低，张拉、剪切、鼓张裂隙出现并发育滑动破坏阶段：滑坡后缘出现，滑坡壁出露，出现滑坡舌，岩土抗剪强度继续降低。特征：醉汉林等渐趋稳定阶段：滑动动能消耗，滑坡趋稳。特征：马刀树等,四、滑坡影响因素,岩性：发生在易亲水软化岩土层构造：软弱面与坡面倾向一致时易失稳斜坡外形水：加速风化、软化，地下水位上升增大水力坡降，侵蚀坡脚等地震：诱发滑坡人为因素：堆载，地表水下渗等,1、根据边坡的地貌形态演变预测和评价边坡的稳定性是否出现滑坡,边坡出现独特的簸萁形或圈椅形地貌;在边坡高处的陡坡下部出现洼地、沼泽或其它负荷地形，陡坡的后缘有环状或弧形裂隙;在河段上，局部边坡呈现上陡、中缓、下陡的地貌形态在河床受冲刷的凹岸，山坡反而突出河中，或有大孤石分布;,五、滑坡的识别,双沟同源地形在山坡上出现“马刀树”和“醉汉林”陡峭峡谷地段出现缓坡。,2、根据岩性、地质构造等条件评价边坡的变形破坏方式和判别滑坡,1）不同岩层组成的边坡的变形破坏方式高灵敏的海相粘土、裂隙粘土等是易滑地层;黄土边坡以滑坡为主;花岗岩、厚层石灰岩以崩塌为主;片岩、板岩、千枚岩以表层挠曲和倾倒为主。,2）滑坡范围的岩体有扰动松脱的现象，其岩层层位和产状特征与外围不连续；局部地段新老地层倒置现象;,3）滑面与断层面的区别滑面产状有起伏波折，总体有下凹的趋势，断层面的产状较稳定；滑坡带厚度变化较大，物质成分较杂，所含砾石磨圆度好而挤碎性差；断层带物质与两侧岩性有关，构造岩类型多样；滑坡擦痕与主滑方向一致，断层擦痕与坡向和滑体方向无关。,3、根据水文地质标志判断滑坡,山坡泉水较多，呈点状不规则分布斜坡含水层的原有状况被破坏，边坡成为复杂的单独含水体。,4、根据边坡变形体的外形和内部变形迹象判断边坡的演变阶段,当滑坡处于稳定阶段：山坡滑坡地貌已不明显，原有滑坡平台宽大且已夷平，土体密实，无不均匀沉陷现象滑坡壁面稳定，长满树木，无新擦痕，前缘斜坡较缓，土体密实，滑坡舌迎河部分为含有大孤石的密实土层河水目前已远离滑坡台地，台地外已有漫滩阶地滑坡两侧自然沟谷切割很深，已达基岩原滑坡台地的坡脚有清澈的泉水出露,滑坡处于复活阶段：边坡产生新的裂缝，并逐渐扩展；虽有滑坡平台，但面积不大，并向下缓倾；或山坡表面有不均匀陷落的局部平台，参差不齐滑坡地表潮湿，坡脚泉水出露点多；处于河流冲刷条件下，但滑坡前缘土体松散，崩塌；有明显的滑动面，滑面光滑，并见擦痕，滑面见新生粘土矿物。,防治滑坡的工程措施,归纳起来从以下几个方面：1、避让（绕避大型滑坡，防治小型滑坡）2、消除和减轻地表水和地下水的危害1）对滑体以外的地表水，以拦截和旁引为原则，如截水沟排水；2）滑体中的地下水，以尽快汇集和疏导引出为原则；3）在滑坡上游严重冲刷地段修筑丁坝，改变水流流向；或加固滑坡体坡脚，防止河水对坡脚的冲刷；4）用黏土填塞滑坡体上的裂缝防止地表水渗入,六、滑坡的治理,3、改变滑坡体外形、设置抗滑建筑物,原边坡线,挖除,回填,滑动面,（1）削坡及减重,（）抗滑工程,改善滑坡体岩土性质,一、崩塌和岩锥概念斜坡前缘的部分岩体被陡倾的裂隙分割，以突然高速的方式脱离母岩，翻滚而下，岩块相互撞击破碎，最后堆积于坡脚形成岩锥。地质现象：山崩、碎落、落石、岩锥,第四节崩塌和岩锥,湖北省远安县盐池河磷矿1980年山崩,倾倒型崩塌,江万造船厂高切坡危岩体,卸荷拉张型,拉张型崩塌,2、拉张型崩塌,塑流拉张型,滑移压致型,2、拉张型崩塌,2、拉张型崩塌,悬臂拉张型,剪切型崩塌,二、崩塌发生和发育条件山坡的坡度及表面的构造：陡峭，凹凸不平；岩石性质和节理程度：软硬岩层互层组成，节理顺坡发育易发生；地质构造：倾向与坡向同向时易发生；气候与水的作用其它因素：地震、爆破等,三、崩塌的防治原则：以根治为原则，绕避大型崩塌，防治小型崩塌防治措施：（1）刷坡（2）堵塞裂隙、空洞或向裂隙内灌浆（3）调整地表水流（排水）（4）防风化护面：喷浆，铺砌覆盖（5）筑明硐或御塌棚（6）筑护墙及围护棚阻挡落石（7）修筑挡土墙加固,第五节泥石流,一、泥石流的概念在山区某流域内，由降暴雨引起并形成由大量固体物质（如石块、砂砾、粘粒等）形成的暂时性山地洪流。泥石流的组成：水、岩土体破坏产物；特点：突然暴发，运动快速，历时短暂，破坏力极强等我国的地区分布：西藏东南部，四川、贵州山区最为严重,菲律宾泥石流约200人死死伤人数正进一步确认,时间：2006年02月17日14:56中新网2月17日电菲律宾红十字会17日表示，当日发生在菲东部莱特省的泥石流已经导致约200人丧生，1500多人失踪。当地政府官员表示，这场灾难发生地区约有500所房屋和一所学校被毁，目前救援人员正在出事地点积极展开救援工作，死伤人数正在进一步确认。,菲律宾莱特岛发生泥石流后，人们在淤泥上进行搜救,在这张2月17日拍摄的电视照片中，菲律宾莱特省一名妇女从泥石流中被救出。,村庄被泥石流完全掩埋被泥石流掩埋的村庄已变成一个约9米深、4000米长和500米宽的巨大泥潭。,遇难者的尸体被摆成排,参加菲律宾泥石流搜救行动的救援人员18日表示，死亡人数可能达到1800人。该村庄总居民人数为1857人，到18日为止，只有57名幸存者被找到。,500间房屋被掩埋,学校师生被泥石流冲散,学校有200多名学生、6名教师和学校校长。更糟糕的是，当时还有大约100人正造访这座村庄，参加一个妇女团体的活动。,目击者讲述泥石流爆发过程,当时听起来就像是山爆炸了，接着所有的一切都被摧毁了。我看不到任何完整的房屋。”许多目击者报告说，在泥石流经过的地区，连根拔起的树木散布在整个山坡上。,其他案例,2006年1月，连日暴雨使印度尼西亚中爪哇省的一个村庄4日遭受泥石流袭击。至少有4个住宅区被泥石流掩埋。约有200多村民遇难,2005年10月，危地马拉发生“斯坦”热带风暴，位于首都危地马拉城西部180公里的潘纳巴赫村大约有1400人还被埋泥石流下。,哥伦比亚的鲁伊斯火山泥石流以50公里每小时的速度冲击了近3万平方公里的土地，阿美罗城成为废墟，造成2.5万人死亡。,二、泥石流的形成条件,地形条件（1）泥石流形成区（上游）包括汇水动力区和固体物质供给区（2）泥石流流通区（中游）狭窄深沟（3）泥石流堆积区（下游）山口或山间盆地,-上游（形成）区；-中游（流通）区；-下游（堆积）区,地质条件：有松散固体物质来源和构造破坏现象水文气象条件：气温变化大，短时间强降水，或水库溃决等其它条件：植被破坏、水土流失、采矿弃渣等,有陡峻便于集水、集物的地形；有丰富的松散物质；短时间内有大量水的来源，此三者缺一便不能形成泥石流。,三、泥石流的形成机理,泥石流有两类形成机理1.土力类形成机理：岩土体的平衡与破坏是由其受力状态决定的。当起动剪切力大于抗剪强度时，就可能演变成泥石流。2.水力类形成机理：主要是由水流对沟谷强烈冲刷作用的结果。,四、泥石流的分类,1.按照泥石流流域形态分类,（1）标准型泥石流,（2）河谷型泥石流,（3）山坡型泥石流,泥石流的分类,2.按泥石流的物质组成分类（1）水石流（2）泥石流（3）泥流3.按泥石流的物理力学性质、运动和堆积特征分类（1）粘性泥石流（2）稀性泥石流4.按水的补给来源和方式分类（1）暴雨型泥石流（2）冰雪融水型泥石流（3）溃决型泥石流。,五、泥石流的防治,治本的方法：植树造林，加强水土保持，调整地表水流，固坡等治标工程：（1）蓄水和引水工程调洪水库、引水渠、截水沟（2）支撑修筑防护工程沟头防护、边坡防护（3）拦截工程：在中游设置拦截构筑物；改变沟床坡降，防止沟床下切等；（4）输排和利导工程：在下游设置排导设施，如导流坝、排洪道等。,舟曲泥石流,2010年8月7日22时舟曲强降雨引发泥石流，夺去了1700多条生命。泥石流长约5千米，平均宽度300米，平均厚度5米，总体积750万立方米，流经区域被夷为平地。,舟曲灾后无人机航摄影像图灾前灾对比,舟曲泥石流，夺去了1700多条生命。此前已修成的4道大坝，没能分解泥石流的冲击力，原因在于大坝质量不过关，修成了豆腐渣。如果大坝强有力，虽不能完全避免泥石流的祸害，但必定能在很大程度上减弱。工程原计划投资900万，最后缩水成100余万。,岩溶与土洞,第六节,（一）喀斯特(岩溶)概念,可溶性岩石由于地下水和地表水长期的溶蚀、侵蚀、搬运、堆积作用，而不断被破坏和改造的地质现象的总称。,一、岩溶,（二）岩溶的个体形态特征,岩溶形态可溶岩被溶蚀过程中的地质表现.1、地表岩溶形态溶沟、溶槽、石芽、漏斗、溶蚀洼地、坡立谷、溶蚀平原等2、地下岩溶形态溶洞、落水洞、暗河、天生桥等,（三）岩溶形成发育的基本条件,1)岩石具有可溶性：碳酸岩类、硫酸岩类、卤素岩类2)有溶蚀能力和足够流量的水：侵蚀性CO23)地表水有下渗、地下水有流动的途径,CaCO3H2OCO2Ca2+2HCO3,（四）岩溶的类型,一）按可溶岩的出露条件分裸露型、覆盖型、埋藏型二）按气候带划分南部热带型、中部亚热带型、北部温带型、干旱地区岩溶、海岸岩溶三）按水文地质标志划分充气带岩溶、浅饱水带岩溶、深饱水带岩溶,（五）岩溶的发育、分布规律与发育程度分级,一)岩溶的发育、分布规律,1、岩性的影响2、地质构造的影响3、地壳运动的影响4、地形的影响5、气候的影响,二）岩溶发育程度的分级,按岩溶现象、岩溶密度、岩溶率和暗河、泉的流量将岩溶划分为：极强、强烈、中等、微弱的岩溶(P176),土洞是地表水和地下水对埋藏在地下土层或者可溶性岩层的上覆土层的溶蚀和冲刷所产生的空洞,空洞继续发展,导致地表塌陷的地质现象。,二、土洞,土洞的形成条件：土洞的形成可由地表水机械冲蚀作用和地下水潜蚀作用形成,主要是潜蚀作用导致.潜蚀：地下水或地表水流入地下土体，对土体进行溶蚀和冲刷作用，带走细小颗粒，使土体被掏空形成洞穴。这种地质作用过程称为潜蚀。潜蚀类型：机械潜蚀，溶滤潜蚀,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2、基岩面起伏不平，地基不均匀3、溶蚀岩石对地基稳定性的影响4、地下水位变化对土洞和溶洞顶板稳定的影响,四、岩溶与土洞的防治措施,挖填:设反滤层,防溶蚀跨盖：梁板式灌注和打桩：对于埋藏较深的溶洞和土洞排导：采取截排水措施,第七节地震及其效应,地震:地下深处的岩层，由于活动性断层突然破裂、塌陷以及火山爆发等造成地应力突然释放产生地壳快速颤动,并以弹性波的形式传递到地表，这种现象称为地震。,一、地震及其产生的原因,世界火山和地震带分布,中国地震带分布,成因类型按照地震的不同成因，可以把地震划分为四类：1）构造地震:由地壳断裂构造运动引起的地震称为构造地震。2）火山地震:由火山喷发引起的地震称为火山地震，这类地震强度较大，但受震范围较小，它只占地震总数的7左右。3）陷落地震:由地层塌陷、山崩、巨型滑坡等引起的地震称为陷落地震。4）诱发地震:一是由于水库蓄水或向地下大量灌水，使地下岩层增大负荷，如果地下有大断裂或构造破碎带存在，断层面浸水润滑加之水库荷载等共同作用，使断层复活而引起地震。二是由于地下核爆炸或地下大爆破，巨大的爆破力量对地下产生强烈的冲击，促使地壳小构造应力的释放，从而诱发地震。,1.震源:地壳或地幔中发生地震的地方称为震源。2.震源深度:震源与地面的垂直距离，称为震源深度。3.震中:震源方向上到地面的垂直投影，叫做震中。4.震中距:地面上某一点到震中的直线距离，称为该点的震中距。5.震中区:围绕震中的一定面积的地区，称为震中区，它表示一次地震时震害最严重的地区。强烈地震的震中区往往又称为极震区。6.等震线:在同一次地震影响下，地面上破坏程度相同各点的连线，称为等震线。,地震的主要要素,地震的分类按震源深度分类,二、地震波动传播特性,(b)勒夫波质点振动,(a)瑞利波质点振动,地震波:地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播，称为地震波。,地震波1,地震波2,地震震级是衡量地震大小的一种度量。每一次地震只有一个震级。它是根据地震时释放能量的多少来划分的，震级可以通过地震仪器的记录计算出来（离震中100KM最大位移对数值），震级越高，释放的能量也越多。我国使用的的震级标准是国际通用震级标准，叫“里氏震级”。震级与能量关系：lgE=4.8+1.5M,三、地震震级,地震分级标准：微震:小于2级的地震有感地震:2-4级的地震强震:5级以上的地震大震:7级以上的地震.迄今为止，世界上记录到最大的地震为9.3级，是2004年发生在印尼的地震。,地震烈度：地震烈度是指地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。,地震烈度与震级的区别,一次地震只有一个震级，而烈度则各地不同。对同一个地震，不同的地区，烈度大小是不一样的。距离震源近，破坏就大，烈度就高；距离震源远，破坏就小，烈度就低。,地震烈度的分类a.基本烈度(basicintensity)是指一个地区在今后100年内，在一般场地条件下可能遇到的最大地震烈度。b.建筑场地烈度(siteintensity)又称小区域烈度，它是指建筑场地内因地质条件、地貌、地形条件和水文地质条件的不同而引起基本烈度的降低或提高后的烈度。c.设防烈度又称设计烈度(designintensity)，它是指应按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定的，在基本烈度的基础上，考虑建筑物的重要性、永久性、抗震性，将基本烈度加以适当调整，调整后设计采用的烈度称为设防烈度。,美国西海岸大地震,萨尔瓦多2001年1.15日发生大地震,中美洲萨尔瓦多大地震,萨尔瓦多2001年1.15日发生大地震。国家警察局证实全国已有五百多人死亡，约有四千人失踪，据报有一千一百多人受伤，另有一万一千人失去家园。,土耳其大地震,土耳其1999.8.17西北地区凌晨发生里氏