承德市双桥区工程地质区划与岩土性质：基于多因素耦合分析的研究

承德市双桥区工程地质区划与岩土性质：基于多因素耦合分析的研究一、引言1.1研究背景与意义承德市双桥区作为承德市的核心区域，在城市发展进程中扮演着举足轻重的角色。近年来，随着京津冀协同发展战略的深入推进，承德市凭借其独特的地理位置，成为京津冀区域重要的生态屏障和旅游休闲胜地，双桥区更是迎来了前所未有的发展机遇。城市建设规模不断扩大，各类基础设施建设、房地产开发、工业项目等蓬勃兴起，对土地资源的开发利用程度日益加深。工程地质条件作为城市建设的基础支撑，直接关系到工程建设的可行性、安全性与经济性。双桥区地处燕山山脉东段，四面群山环抱，武烈河自北而南纵贯全区，地形地貌复杂多样，包括浅切割的中—低山区、中部的漫滩与阶地以及独特的丹霞地貌等。地层构造方面，出露地层按不同时代、成因和岩性特征，从古老的变质岩系到中生界侏罗统地层，再到第四系松散堆积物，种类繁多。区域构造上位于冀北纬向隆起带北缘与燕山纬向断裂带过渡的中生代断陷盆地北缘，断裂带作用显著，喜马拉雅期以来的地壳垂直抬升运动，塑造了武烈河沿岸不对称的两级阶地。这些复杂的工程地质条件，使得双桥区在工程建设中面临诸多挑战。如在建筑地基选择时，需充分考虑不同地层的承载能力、稳定性以及地下水的影响；道路桥梁建设要应对地形起伏、岩土体性质差异等问题；地下空间开发则需关注地质构造对工程安全的潜在威胁。因此，开展承德市双桥区工程地质区划及岩土性质研究具有至关重要的现实意义。从工程建设角度来看，准确的工程地质区划能够为城市规划提供科学依据，合理确定不同区域的工程建设适宜性，避免在不适宜区域进行盲目建设，从而降低工程风险，保障工程质量与安全。深入了解岩土性质，有助于优化工程设计方案，选择合适的地基处理方法和基础类型，提高工程建设的经济效益。从城市可持续发展角度出发，该研究可为土地资源的合理开发利用提供支撑，促进城市建设与地质环境的协调发展，保障双桥区在快速发展过程中实现生态、经济和社会的可持续性。1.2国内外研究现状在工程地质区划领域，国外起步较早，发展较为成熟。自20世纪中叶起，随着工程建设的大规模开展，工程地质区划逐渐成为工程地质学的重要研究方向。早期，国外主要侧重于区域地质构造、地形地貌等宏观因素对工程建设的影响研究，通过对不同区域地质条件的梳理和分类，初步建立了工程地质区划的基本框架。例如，美国在20世纪60年代开展的一系列区域地质调查项目，为工程地质区划提供了丰富的数据基础。随着计算机技术和地理信息系统（GIS）的发展，工程地质区划的方法和手段不断革新。利用GIS强大的空间分析功能，能够对地质数据进行高效处理和可视化表达，从而更加准确地划分工程地质区域。如在欧洲一些国家的大型基础设施建设项目中，通过GIS技术整合地质、地形、水文等多源数据，实现了工程地质区划的精细化和智能化。国内工程地质区划研究始于20世纪50年代，在学习借鉴国外先进经验的基础上，结合国内工程建设实际需求，逐步发展壮大。早期主要应用于水利水电、铁路交通等重大工程领域，针对特定工程场地的地质条件进行分区评价。例如，在长江三峡水利枢纽工程建设过程中，对库区复杂的地质条件进行了详细的工程地质区划，为工程设计和施工提供了关键依据。近年来，随着城市化进程的加速，城市工程地质区划成为研究热点。通过对城市范围内的地质环境进行全面调查和分析，划分不同的工程地质区，为城市规划、土地利用和工程建设提供科学指导。在岩土性质研究方面，国外一直处于前沿地位。从岩土力学理论的建立到先进测试技术的研发，不断推动着岩土性质研究的深入发展。20世纪初，太沙基（KarlTerzaghi）提出了有效应力原理，奠定了现代土力学的基础，为岩土性质的定量研究提供了理论支撑。此后，随着材料科学、电子技术等学科的发展，各种先进的岩土测试技术应运而生，如三轴压缩试验、扫描电子显微镜（SEM）技术等，能够更加精确地测定岩土的物理力学性质，深入研究岩土的微观结构和力学机制。国内在岩土性质研究方面也取得了显著成果。在岩土力学理论研究上，结合国内工程实际，对国外经典理论进行了创新和完善，提出了一系列适用于我国岩土特性的理论和方法。在测试技术方面，不断引进和消化国外先进技术，同时自主研发了一些具有特色的测试设备和方法。例如，在特殊岩土（如黄土、冻土、膨胀土等）性质研究方面，开展了大量的现场试验和室内研究，积累了丰富的经验，形成了一套完整的研究体系。然而，针对承德市双桥区的工程地质区划及岩土性质研究，目前还存在一定的不足。现有研究多集中在承德市整体区域的宏观地质特征分析，对双桥区的针对性研究较少，缺乏对双桥区复杂地形地貌、地层构造和岩土体性质的详细、系统研究。在工程地质区划方面，尚未形成一套专门针对双桥区的科学、合理、实用的区划体系，无法满足当前双桥区快速发展的工程建设需求。在岩土性质研究方面，对双桥区不同地层岩土体的物理力学性质参数的获取不够全面和准确，缺乏对岩土体在复杂工程环境下长期稳定性和变形特性的深入研究。这些不足限制了双桥区工程建设的科学规划和合理设计，亟待进一步深入研究加以解决。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本研究将围绕承德市双桥区工程地质区划及岩土性质展开，主要涵盖以下几方面内容：工程地质条件综合调查：对双桥区的地形地貌进行详细测绘，包括山地、河谷、阶地等不同地貌单元的形态、坡度、高程等参数测量，分析其对工程建设的影响，如地形起伏对道路选线、建筑基础稳定性的影响。全面梳理地层岩性，明确各时代地层的分布范围、厚度、岩性特征，特别关注古老变质岩系、中生界侏罗统地层以及第四系松散堆积物的具体情况，研究不同岩性岩土体的工程特性差异。深入探究地质构造，查明区域内断裂带的分布、产状、活动性，分析地质构造对岩土体稳定性和工程建设的潜在威胁，如断裂带附近可能存在的岩体破碎、地下水渗漏等问题。岩土性质测试与分析：运用多种原位测试技术，如静力触探试验、标准贯入试验、圆锥动力触探试验等，获取岩土体在天然状态下的物理力学性质参数，包括地基承载力、压缩模量、抗剪强度等。采集代表性岩土样本，在实验室进行土工试验，测定岩土的颗粒分析、含水量、密度、液塑限等基本物理指标，以及固结试验、三轴剪切试验等力学性质指标，深入研究岩土体的微观结构和力学机制。综合原位测试和室内试验结果，分析岩土性质在空间上的变化规律，探讨岩土性质与地形地貌、地层岩性、地质构造之间的内在联系。工程地质区划：基于工程地质条件综合调查和岩土性质分析结果，选取地形地貌、地层岩性、地质构造、岩土体物理力学性质、地下水条件等作为主要区划指标，采用定性与定量相结合的方法，如层次分析法、模糊数学法等，对双桥区进行工程地质分区。明确各工程地质区的边界、范围和主要工程地质特征，评价不同工程地质区的工程建设适宜性，划分出适宜建设区、较适宜建设区、限制建设区和不适宜建设区，并针对不同区域提出相应的工程建设建议和注意事项。建立双桥区工程地质数据库和信息管理系统，将工程地质调查、测试、区划等成果进行数字化存储和管理，实现数据的快速查询、更新和共享，为双桥区后续的工程建设和地质研究提供便捷的数据支持。1.3.2研究方法为实现上述研究内容，本研究将综合运用多种研究方法：地质调查法：通过野外实地调查，对双桥区的地形地貌、地层岩性、地质构造等进行详细观察和记录。采用地质罗盘测量岩层产状，使用全站仪进行地形测绘，绘制地质草图和剖面图，全面了解区域地质背景。收集前人的地质调查资料、工程勘察报告、地质研究论文等，对已有信息进行整理和分析，补充野外调查的不足，为研究提供更全面的数据支持。原位测试法：在双桥区不同工程地质条件区域布置原位测试点，进行静力触探试验，通过将探头匀速压入土中，测定土层对探头的贯入阻力，以此来间接判断分析地基土的物理力学性质，如划分土层、鉴别土类、估算土的物理力学指标等。开展标准贯入试验，用质量为63.5kg的穿心锤，以76cm的落距，将标准规格的贯入器打入土中，记录打入30cm的锤击数，用于评定砂土、粉土和一般黏性土的物理状态、强度、地基承载力等。进行圆锥动力触探试验，利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，依据贯入击数判别岩土层的变化，确定岩土的工程性质，如查明土洞、滑动面、软硬土层界面等。室内试验法：采集岩土样本，按照相关标准和规范，在实验室进行土工试验。进行颗粒分析试验，采用筛分法和密度计法测定土的颗粒组成，为土的分类和工程性质评价提供依据。开展含水量和密度试验，准确测定岩土的含水量和密度，这两个指标对岩土的物理力学性质有重要影响。进行液塑限试验，确定土的液限和塑限，计算塑性指数，用于判别土的状态和工程性质。进行固结试验和三轴剪切试验，测定土的压缩性和抗剪强度，为地基沉降计算和稳定性分析提供关键参数。数据分析与建模法：运用统计学方法对原位测试和室内试验数据进行分析，计算数据的平均值、标准差、变异系数等统计参数，评估数据的离散程度和可靠性，分析岩土性质的变化规律。采用地理信息系统（GIS）技术，将地质调查、原位测试和室内试验数据进行空间化处理，建立双桥区工程地质空间数据库，利用GIS的空间分析功能，如叠加分析、缓冲区分析等，进行工程地质区划和评价，直观展示工程地质条件的空间分布特征。构建岩土力学模型，如有限元模型、边界元模型等，模拟岩土体在不同工程荷载和地质条件下的力学响应，预测岩土体的变形和稳定性，为工程设计和施工提供科学依据。1.4技术路线本研究采用系统、科学的技术路线，确保研究的全面性、准确性和可靠性，具体技术路线如图1-1所示：<此处插入技术路线图，展示从资料收集到成果分析的研究流程，包括地质调查、原位测试、室内试验、数据分析、工程地质区划、成果整理与应用等环节，各环节之间用箭头表示逻辑顺序和数据流向><此处插入技术路线图，展示从资料收集到成果分析的研究流程，包括地质调查、原位测试、室内试验、数据分析、工程地质区划、成果整理与应用等环节，各环节之间用箭头表示逻辑顺序和数据流向>首先，开展资料收集与整理工作。广泛收集承德市双桥区已有的地质、地理、气象、水文等相关资料，包括地质调查报告、工程勘察报告、地形图、遥感影像等。对这些资料进行系统整理和分析，初步了解双桥区的工程地质背景，为后续的野外调查和测试工作提供基础。在资料收集的基础上，进行野外地质调查。运用地质调查法，对双桥区的地形地貌、地层岩性、地质构造等进行实地观察和记录。绘制详细的地质草图，标注地层界线、构造特征、地貌单元等信息。在调查过程中，选取具有代表性的地段进行重点研究，为原位测试和采样工作确定合适的位置。随后，进行原位测试和室内试验。根据野外地质调查结果，在不同工程地质条件区域布置原位测试点，开展静力触探试验、标准贯入试验、圆锥动力触探试验等，获取岩土体在天然状态下的物理力学性质参数。同时，采集岩土样本，送往实验室进行土工试验，测定岩土的颗粒分析、含水量、密度、液塑限等基本物理指标，以及固结试验、三轴剪切试验等力学性质指标。完成测试和试验后，进入数据分析与建模阶段。运用统计学方法对原位测试和室内试验数据进行处理和分析，计算数据的统计参数，评估数据的可靠性和离散程度，分析岩土性质的变化规律。利用地理信息系统（GIS）技术，将地质调查、原位测试和室内试验数据进行空间化处理，建立双桥区工程地质空间数据库，进行工程地质区划和评价。构建岩土力学模型，模拟岩土体在不同工程荷载和地质条件下的力学响应，预测岩土体的变形和稳定性。最后，根据数据分析和建模结果，进行工程地质区划和成果整理。选取合适的区划指标，采用定性与定量相结合的方法，对双桥区进行工程地质分区，明确各工程地质区的边界、范围和主要工程地质特征，评价不同工程地质区的工程建设适宜性。将研究成果整理成报告和图件，建立双桥区工程地质数据库和信息管理系统，为双桥区的工程建设和地质研究提供科学依据和数据支持。二、承德市双桥区地质环境背景2.1地理位置与区域概况承德市双桥区作为承德市的政治、经济、文化中心，地理位置独特且关键，其地理坐标处于东经117°48′-118°03′，北纬40°57′-41°05′之间。它距离首都北京市仅221千米，在京津冀协同发展的大格局中，是重要的节点城市。在区域位置上，双桥区北、东、南三个方向与承德县紧密接壤，西部与双滦区毗邻，西南部则与滦平县交界，行政区域总面积达651.67平方千米。这种与周边县区相互连接的地理位置，使其在区域经济交流、资源共享以及城市发展辐射等方面发挥着重要作用。双桥区下辖5个镇、7个街道，户籍人口约35.8万人，区内汇聚了满族、回族、蒙古族、壮族、朝鲜族等多个少数民族，形成了多元融合的民族文化特色。在漫长的历史发展进程中，双桥区积累了深厚的文化底蕴。早在中原龙山文化时期，这里就已经有人类活动的遗迹。战国时代，燕国在此设置过郡一级的地方政府，此后秦以后历代也都曾设置地方政府。清朝康熙四十二年（1703年），清廷修建避暑山庄，此地逐渐发展成为清王朝的第二政治中心，不同民族文化在此交融碰撞，进一步丰富了双桥区的文化内涵。在自然环境方面，双桥区四面被群山环绕，武烈河自北而南纵贯全区，并于大石庙南汇入滦河。这种独特的山水格局不仅塑造了优美的自然风光，还对区域的气候、生态以及工程建设条件产生了深远影响。周边山峦叠嶂，属于浅切割的中-低山区，而中部则为低平的漫滩、阶地，地形起伏较大，地势呈现出西北高、东南低的态势。区内海拔高度在313-1074米之间，地形地貌类型丰富多样，包括山地、河谷、阶地等多种地貌单元，为工程建设带来了诸多挑战，如地形起伏对道路选线、建筑基础稳定性的影响等。在交通方面，双桥区是承德连接京津、东北和内蒙古三大区域的重要交通枢纽。京承、承唐、承秦、承朝、承赤、承张六条高速公路已开通，其中承唐、承秦高速能在两个半小时内直通天津港、秦皇岛港和曹妃甸港，承平、承津、承锡等高速也在加快推进；锦承、京承、承隆、张双等4条铁路线贯通辖区，承德民用机场距北部新城仅10公里，距老城区不足15公里，京哈高铁承德至沈阳段于2018年底通车，北京至承德段于2021年正式开通运营。便捷的交通网络，不仅促进了双桥区与周边地区的经济交流与合作，也为城市建设和发展带来了更多机遇，同时也对区域的工程地质条件提出了更高的要求，如交通基础设施建设需要考虑地质条件对工程稳定性的影响。2.2地形地貌特征承德市双桥区地处冀北燕山东段，位于燕山沉陷带与高原后背斜过渡带，经长期地质变化，形成了独特且复杂多样的地形地貌，主要包括山地、丘陵、河谷等地貌类型，各有其鲜明特征。双桥区四面群山环抱，山峦叠嶂，属于浅切割的中—低山区，是区域内主要的山地地貌类型。这些山地海拔高度在313-1074米之间，相对高差较大，地形总的变化趋势为北西高、南东低。在古老变质岩出露的地区，山体多表现为低矮而平缓的丘陵地貌，山顶形态多呈圆形或浑圆形。例如在四人沟—离宫—普乐寺一线以北地区，分布着由古老变质岩系组成的各类片麻岩、混合岩化变粒岩、浅粒岩等，受长期风化侵蚀作用，形成了这种相对和缓的丘陵山地地貌。而在中生界后城组砂砾岩、砾岩出露地区，则常形成陡峻山崖、怪石嶙峋、奇峰异顶的丹霞地貌，如承德著名的磬锤峰、蛤蟆石等景观，便是丹霞地貌的典型代表，它们是在特定的岩石性质、地质构造和长期风化、流水侵蚀等外力作用下形成的。这些山地不仅是双桥区自然景观的重要组成部分，还对区域气候、水文等自然环境要素以及工程建设产生重要影响。山地地势起伏大，地形坡度较陡，在工程建设中，道路选线需考虑地形起伏，采用盘山公路等形式以减缓坡度，保障行车安全；建筑基础建设则需要对地基进行特殊处理，如采用桩基础等方式，增强基础稳定性，防止因山体滑坡、崩塌等地质灾害对建筑物造成破坏。中部武烈河流域及两侧山间沟谷形成了独特的河谷地貌。武烈河自北而南纵贯全区，并于大石庙南汇入滦河，是双桥区最重要的水系。在武烈河两侧，发育有漫滩、阶地及“V”字形山间沟谷地貌。漫滩位于河床两侧，在洪水期被淹没，枯水期露出水面，由河流携带的泥沙等松散物质堆积而成，地势较为平坦，组成物质颗粒较细。阶地是河流下切侵蚀，使原先的河谷底部（河漫滩或河床）超出一般洪水位，呈阶梯状分布在河谷谷坡上的地形。双桥区武烈河沿岸发育有不对称的两级阶地，Ⅰ级阶地邻近河床，高出近代河床2-7米，主要由近代河流的冲、洪积及人工冲填的松散堆积物组成，以粉质粘土、粉细砂、砾砂及圆砾层为主；Ⅱ级阶地为基座式阶地，前缘常发育5-20米高的陡坎或前缘阶坡，主要由一套松散的河流冲、洪积堆积物组成，按组成物质成分不同可分为红褐、褐色等深色的粉质粘土及砾砂、圆砾和卵石层，局部夹薄层中、粗砂透镜体，该层虽未经成岩固结作用，但因生成时代较长，压实作用明显，密实程度高，常见有较发育的垂直节理。这些阶地的形成与区域地壳运动密切相关，喜马拉雅期以来，该区域地壳以垂直抬升运动为主，武烈河在长期剥蚀作用下，形成了这种不对称的阶地地貌。“V”字形山间沟谷则是在河流强烈下切侵蚀作用下形成的，沟谷深度较大，谷底狭窄，谷坡陡峭，多分布在山区，水流湍急，对工程建设的影响主要体现在排水、桥梁建设等方面。在河谷地区进行工程建设，需充分考虑洪水的影响，建筑物基础要高于洪水位，同时要加强防洪堤等水利设施建设；桥梁建设要根据河谷宽度、深度、水流速度等因素，合理设计桥梁跨度、基础形式等。2.3地层岩性分布承德市双桥区出露地层按形成时代、成因和岩性特征，自老至新主要包括太古界、中生界及第四系，各时代地层在区域内分布范围和岩性特点各异，对工程建设具有不同程度的影响。太古界单塔子群广泛分布于四人沟—离宫—普乐寺一线以北地区。其岩性主要由一套古老的变质岩系组成，涵盖各类片麻岩、混合岩化变粒岩、浅粒岩，局部地段夹有薄层磁铁石英岩和长英岩、伟晶岩及中酸性脉岩等。这些岩石经历了复杂的地质作用，变质程度较高，新鲜岩石致密、坚硬。片麻岩产状近于东西走向，倾角75°-85°左右。太古界岩石的电阻率在3000Ω・M左右，呈现明显高阻特征。因其岩性坚硬，力学强度高，在工程建设中，若作为地基持力层，能够为建筑物提供良好的承载基础，适合大型建筑物和对地基稳定性要求较高的工程建设。然而，其较高的硬度也给工程施工带来一定难度，如在基础开挖时，需要采用特殊的施工设备和技术，增加施工成本和时间。中生界地层在双桥区也有广泛出露，其中以中侏罗统后城组（J2h）最为典型，分布于四人沟—离宫—普乐寺一线以南地区。该组地层为一套由内陆湖泊相碎屑沉积的砾岩、砾岩夹砂岩。中侏罗世后期，在普乐寺区内大北沟—小溪沟—太平桥—一市场—二仙居沿旱河自于家沟—市医院一带有中性熔岩—安山岩的广泛分布。中生界侏罗系、白垩系的电阻率为10-n×102Ω・M，远低于太古界地层，呈现低阻特征。后城组砾岩、砂岩的颗粒较大，孔隙率相对较高，透水性较强。在工程建设中，若涉及地下水工程，需要充分考虑其透水特性对地下水位和工程稳定性的影响。例如，在进行地下建筑施工时，可能会遇到地下水渗漏问题，需要采取有效的止水措施。此外，该地层的力学强度相对较低，在作为地基时，需要进行适当的地基处理，如加固、夯实等，以提高其承载能力。第四系地层在双桥区主要分布于武烈河沿岸及山间沟谷之中，按其形成时代和成因可分为不同类型。其中，分布于武烈河沿岸不对称Ⅱ级阶地上的地层，为一套松散的河流冲、洪积堆积。按组成物质成分不同可分为红褐、褐色等深色的粉质粘土及砾砂、圆砾和卵石层，局部夹薄层中、粗砂透镜体。该层虽未经成岩固结作用，但因生成时代较长，压实作用明显，密实程度高，常见有较发育的垂直节理。地层连续性差，其上常被近代人工冲填物（生活垃圾、建筑垃圾、人工填土）覆盖。而分布于武烈河沿岸的Ⅰ级阶地和山间沟谷之中的是新四系的新系统q4al，为一套近代河流的冲、洪积及人工冲填的松散堆积物，以粉质粘土、粉细砂、砾砂及圆砾层为主。第四系地层的岩性较为松散，压缩性较大。在工程建设中，作为地基时，容易产生较大的沉降变形，需要进行严格的地基处理和沉降计算。如采用桩基础、换填法等，以确保建筑物的稳定性。同时，由于其组成物质复杂，含有生活垃圾、建筑垃圾等，可能会对工程质量和环境产生不良影响，在工程建设前需要进行详细的勘察和处理。2.4地质构造与地震活动承德市双桥区在大地构造位置上处于冀北纬向隆起带北缘与燕山纬向断裂带过渡的中生代断陷盆地北缘，区域构造以断裂带作用为主，这种复杂的地质构造格局对区域地质稳定性和工程建设产生了深远影响。区域内断裂构造较为发育，虽然在双桥区范围内未发现大的断裂带，但周边存在一些对区域地质稳定性有重要影响的断裂构造。例如，据相关地质研究表明，双桥区周边存在至少两条有二三百万年历史的老断层。这些断裂构造的存在，使得区域内地壳的完整性受到一定程度的破坏，岩石的力学性质发生改变，增加了工程建设中地质灾害发生的潜在风险。在进行大型建筑物基础设计时，需要考虑断裂构造对地基稳定性的影响，避免建筑物建在断裂带上或受断裂影响的不稳定区域。断裂构造还可能影响地下水的径流和储存条件，导致地下水渗漏、涌水等问题，对地下工程建设造成不利影响。从地震活动方面来看，双桥区历史地震活动相对较少，但并非完全没有地震发生。根据历史地震记录，在承德县和东部平泉县等地曾发生过2级左右小地震，最大的一次是1970年12月30日在承德县发生的3.7级地震。而在2021年6月17日，双桥区也发生了3.0级地震，震源深度9千米。虽然这些地震震级相对较小，但也表明该区域存在一定的地震活动。地震活动会对工程建设产生多方面的影响。地震产生的地震波会使岩土体产生振动，导致地基承载力下降，可能引发建筑物的倾斜、倒塌等破坏。地震还可能诱发滑坡、崩塌等地质灾害，对位于山区或地形复杂区域的工程设施造成严重威胁。在工程建设中，必须充分考虑地震作用对工程的影响。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版），双桥区需要进行抗震设计，确定合理的抗震设防烈度，选择合适的建筑结构形式和基础类型，提高建筑物的抗震能力。在工程选址时，应尽量避开地震活动频繁、地质条件复杂的区域，选择地形平坦、岩土体稳定性好的场地。2.5水文地质条件2.5.1地下水类型与赋存特征承德市双桥区水文地质条件呈现出一定的复杂性，在武烈河沿岸及山间沟谷地段，地下水类型主要包括第四系松散沉积层中的孔隙性潜水及基岩表层风化裂隙潜水。第四系松散孔隙潜水主要赋存于武烈河沿岸的Ⅰ级阶地和山间沟谷之中的新四系新系统q4al地层，以及武烈河沿岸不对称Ⅱ级阶地上的地层。在Ⅰ级阶地，该潜水赋存于一套近代河流的冲、洪积及人工冲填的松散堆积物中，以粉质粘土、粉细砂、砾砂及圆砾层为主。这些松散堆积物颗粒间孔隙较大，为地下水的储存和运移提供了良好的空间，地下水在其中主要以自由水的形式存在，水位随季节和降水变化明显。而在Ⅱ级阶地，潜水赋存于一套由红褐、褐色等深色的粉质粘土及砾砂、圆砾和卵石层，局部夹薄层中、粗砂透镜体组成的地层中。尽管该层未经成岩固结作用，但因生成时代较长，压实作用明显，密实程度高，其孔隙结构相对复杂，既有颗粒间的孔隙，也存在因压实作用形成的微孔隙和垂直节理，这些孔隙和节理相互连通，构成了地下水赋存和运移的通道。基岩表层风化裂隙潜水则主要赋存于基岩表层的风化裂隙中。在双桥区，太古界单塔子群变质岩系和中生界中侏罗统后城组地层广泛出露。太古界变质岩岩性坚硬，经过长期风化作用，在其表层形成了一定厚度的风化层，风化裂隙发育。这些裂隙相互交织，形成了复杂的裂隙网络，地下水便赋存于其中。中生界后城组砾岩、砂岩在风化作用下，同样在表层产生了风化裂隙，为地下水的储存提供了空间。由于基岩裂隙的发育程度受岩石性质、风化程度和地质构造等多种因素影响，使得基岩表层风化裂隙潜水的赋存具有不均匀性。在岩石破碎、裂隙密集的区域，地下水含量相对丰富；而在岩石完整、裂隙不发育的部位，地下水则较为贫乏。2.5.2地下水补给、径流与排泄双桥区地下水的补给来源主要包括大气降水、地表水以及侧向径流补给，其中大气降水是最为主要的补给方式。承德市多年平均降水量为212.22亿m³，年降水深533mm。双桥区处于温带半湿润半干旱大陆性季风型山地气候区，降水年、季变化大。在夏季，降水充沛，大气降水通过地表入渗，直接补给第四系松散孔隙潜水和基岩表层风化裂隙潜水。在地形平坦、岩土体透水性较好的区域，如武烈河沿岸的Ⅰ级阶地，大气降水能够迅速下渗，补充地下水资源；而在山区，由于地形坡度较大，部分降水会形成地表径流，但仍有一部分会通过岩石裂隙和土壤孔隙渗入地下，补给基岩风化裂隙潜水。地表水方面，武烈河自北而南纵贯全区，与地下水有着密切的水力联系。在枯水期，地下水水位高于河水水位时，地下水会向武烈河排泄；而在丰水期，河水水位高于地下水水位，河水则会渗漏补给地下水。此外，双桥区周边地区的地下水也会通过侧向径流的方式，对本区地下水进行补给。地下水的径流方向总体上与地形和地质构造密切相关。在山区，基岩风化裂隙潜水主要沿基岩裂隙由地势高处向地势低处径流，其径流路径受裂隙走向和连通性控制。在武烈河河谷平原地区，第四系松散孔隙潜水的径流方向基本与武烈河水流方向一致，由北向南流动。这是因为河谷地区地势较为平坦，含水层透水性较好，地下水在重力作用下，沿着含水层的水力坡度方向流动。在径流过程中，地下水会不断与岩土体发生物质交换，溶解岩土体中的矿物质，使地下水的化学成分发生变化。双桥区地下水的排泄方式主要包括蒸发排泄、向地表水排泄以及人工开采排泄。在地势低洼、地下水位较浅的区域，如武烈河沿岸的漫滩和部分阶地，地下水会通过土壤孔隙和地表蒸发，转化为水汽进入大气，实现蒸发排泄。如在夏季高温时段，这些区域的蒸发排泄作用较为明显。向地表水排泄是双桥区地下水的重要排泄方式之一，武烈河作为区内主要的地表水体，与地下水相互连通，地下水在水位差的作用下，向武烈河排泄。此外，随着双桥区城市建设和经济发展，对水资源的需求不断增加，人工开采地下水成为重要的排泄方式。在城市供水、工业用水和农业灌溉等方面，大量抽取地下水，改变了地下水的天然排泄格局。过度开采地下水可能导致地下水位下降、地面沉降等环境地质问题，因此需要合理控制开采量，保护地下水资源。2.5.3地下水水位动态变化双桥区地下水水位呈现出明显的动态变化特征，主要受降水、蒸发、地表水以及人工开采等因素的综合影响，年变幅一般在1-3米之间。在降水集中的夏季，大气降水大量入渗，补给地下水，使得地下水位迅速上升。例如，根据承德市多年的地下水监测数据，在2019年7-8月的雨季期间，武烈河沿岸部分监测点的地下水位上升了1.5-2米。而在冬季，降水稀少，蒸发作用相对较弱，人工开采量也相对稳定，地下水位变化较为平缓。从季节性变化来看，春季气温回升，蒸发作用逐渐增强，而此时降水尚未明显增加，地下水补给量相对较少，导致地下水位有所下降。夏季随着雨季的到来，降水增多，地下水位开始回升。秋季降水逐渐减少，蒸发作用仍较强，地下水位又会缓慢下降。这种季节性的水位变化对工程建设有着重要影响。在进行基础工程建设时，若地下水位在施工期间大幅上升，可能会导致基坑积水，增加施工难度和成本，影响地基的稳定性。如在某建筑工程施工过程中，由于夏季地下水位上升，基坑内出现大量积水，导致地基土被浸泡，承载力下降，不得不采取排水和地基加固措施，延误了工程进度。此外，长期的地下水位波动还可能引发地面沉降、地基不均匀沉降等问题，对建筑物的安全造成威胁。因此，在工程建设前，必须充分考虑地下水水位的动态变化，合理设计基础埋深和采取相应的工程措施，以确保工程的安全和稳定。2.5.4地下水水质特征双桥区地下水水化学类型较为复杂，主要受到地层岩性、地下水径流条件以及人类活动等因素的影响。在山区，基岩风化裂隙潜水的水化学类型多以HCO₃-Ca型为主，这是因为基岩中的矿物质在风化作用下，钙等阳离子溶解于水中，与地下水中的碳酸根离子结合，形成了这种水化学类型。而在武烈河河谷平原地区，第四系松散孔隙潜水的水化学类型则相对多样，除了HCO₃-Ca型外，还存在HCO₃-Ca・Mg型、Cl-Na型等。这是由于河谷地区地层岩性复杂，且受到地表水和人类活动的影响较大。例如，地表水中的化学成分会通过入渗影响地下水，工业废水和生活污水的排放也可能改变地下水的化学组成。地下水的腐蚀性是工程建设中需要关注的重要问题。根据相关水质分析结果，双桥区部分区域的地下水对混凝土结构中的钢筋具有一定的腐蚀性。在一些工业集中区域，由于大量的工业废水排放，地下水中的Cl-、SO₄²⁻等腐蚀性离子含量升高，当这些离子含量超过一定标准时，会与混凝土中的水泥发生化学反应，破坏混凝土的结构，进而腐蚀钢筋。在某工业园区的地下管道工程中，由于地下水的腐蚀性较强，使用一段时间后，管道的混凝土外层出现了裂缝和剥落，内部钢筋也发生了锈蚀，影响了管道的正常使用。此外，地下水对钢结构也可能产生腐蚀作用，降低钢结构的强度和耐久性。因此，在工程建设中，需要对地下水水质进行详细检测，根据地下水的腐蚀性采取相应的防护措施，如采用耐腐蚀的建筑材料、进行防腐处理等，以保障工程的长期安全运行。三、承德市双桥区岩土体工程性质3.1岩土体分类与分布承德市双桥区的岩土体类型丰富多样，主要分为第四系土层和基岩两大类，其分布与区域的地形地貌、地层岩性等地质条件密切相关，在不同地貌单元呈现出各自独特的分布特征。第四系土层在双桥区主要分布于武烈河沿岸及山间沟谷之中，按其形成时代和成因可分为不同类型。其中，分布于武烈河沿岸不对称Ⅱ级阶地上的地层，为一套松散的河流冲、洪积堆积。按组成物质成分不同可分为红褐、褐色等深色的粉质粘土及砾砂、圆砾和卵石层，局部夹薄层中、粗砂透镜体。该层虽未经成岩固结作用，但因生成时代较长，压实作用明显，密实程度高，常见有较发育的垂直节理。地层连续性差，其上常被近代人工冲填物（生活垃圾、建筑垃圾、人工填土）覆盖。而分布于武烈河沿岸的Ⅰ级阶地和山间沟谷之中的是新四系的新系统q4al，为一套近代河流的冲、洪积及人工冲填的松散堆积物，以粉质粘土、粉细砂、砾砂及圆砾层为主。在山间沟谷地段，由于堆积环境复杂，土层层位不稳定，力学性质变化较大。而在武烈河Ⅰ级阶地，土层相对较为均匀，主要由近代河流冲积物组成，颗粒较细，以粉质粘土和粉细砂为主。在城市建设中，这些区域的第四系土层常作为各类建筑物的地基基础，但由于其工程性质差异，需要进行详细的勘察和分析。基岩在双桥区主要包括太古界单塔子群变质岩系和中生界中侏罗统后城组地层。太古界单塔子群广泛分布于四人沟—离宫—普乐寺一线以北地区。其岩性主要由一套古老的变质岩系组成，涵盖各类片麻岩、混合岩化变粒岩、浅粒岩，局部地段夹有薄层磁铁石英岩和长英岩、伟晶岩及中酸性脉岩等。这些岩石经历了复杂的地质作用，变质程度较高，新鲜岩石致密、坚硬。片麻岩产状近于东西走向，倾角75°-85°左右。太古界岩石的电阻率在3000Ω・M左右，呈现明显高阻特征。中生界中侏罗统后城组（J2h）分布于四人沟—离宫—普乐寺一线以南地区。该组地层为一套由内陆湖泊相碎屑沉积的砾岩、砾岩夹砂岩。中侏罗世后期，在普乐寺区内大北沟—小溪沟—太平桥—一市场—二仙居沿旱河自于家沟—市医院一带有中性熔岩—安山岩的广泛分布。中生界侏罗系、白垩系的电阻率为10-n×102Ω・M，远低于太古界地层，呈现低阻特征。在山区，基岩直接出露地表，是山体的主要组成部分，其岩石性质对山体的稳定性和工程建设的可行性有着重要影响。而在河谷平原地区，基岩通常埋藏于第四系土层之下，作为深部地基持力层，其力学强度和完整性决定了地基的承载能力。3.2岩土物理力学性质指标3.2.1第四系土层物理力学性质双桥区第四系土层主要包括粉土、粉质黏土、粉细砂、砾砂及圆砾层等，各土层物理力学性质指标存在差异，对工程建设有着不同程度的影响。粉土的密度一般在1.8-2.0g/cm³之间，含水量受季节和地下水位影响较大，变化范围在15%-30%。其压缩模量通常在5-10MPa左右，孔隙比在0.7-0.9之间。粉土的抗剪强度指标中，内摩擦角一般在20°-25°，内聚力相对较低，约为10-20kPa。在工程建设中，由于粉土透水性相对较强，在地下水位较高的区域，容易产生流沙、管涌等现象，影响工程基础的稳定性。例如，在某工程基坑开挖过程中，遇到粉土层且地下水位较高，因未采取有效的降水和支护措施，导致基坑边坡出现流沙现象，边坡土体失稳，不得不暂停施工，采取相应的加固和降水措施。粉质黏土的天然密度多在1.8-1.9g/cm³，含水量相对较为稳定，一般在20%-30%。孔隙比为0.6-0.8，压缩模量处于7-12MPa范围。抗剪强度方面，内摩擦角在15°-20°，内聚力较高，为20-40kPa。粉质黏土具有一定的可塑性和黏聚性，但其压缩性也不容忽视。在作为建筑物地基时，如果土层分布不均匀或存在软弱夹层，可能会导致建筑物基础产生不均匀沉降。在某住宅小区建设中，部分区域粉质黏土存在厚度不一的软弱夹层，建筑物建成后，出现了不同程度的墙体开裂和地面下沉现象，经检测分析，是由于粉质黏土的不均匀性和压缩性导致基础不均匀沉降所致。粉细砂的密度约为1.9-2.1g/cm³，含水量与地下水位密切相关，一般在10%-20%。其孔隙比相对较大，在0.8-1.0之间，压缩模量在4-8MPa。粉细砂的内摩擦角较大，在30°-35°，但内聚力几乎可以忽略不计。粉细砂透水性强，在动水压力作用下，容易发生流砂现象，对工程基础的稳定性构成威胁。在某桥梁基础施工中，当采用明挖基础时，遇到粉细砂层，由于河水的动水压力作用，基坑底部出现流砂，导致基础无法正常施工，后采用井点降水和钢板桩支护等措施，才保证了施工的顺利进行。砾砂及圆砾层密度较大，一般在2.1-2.3g/cm³，含水量相对较低，多在5%-15%。孔隙比在0.6-0.8，压缩模量较高，可达10-20MPa。内摩擦角在35°-40°，具有较高的承载能力。砾砂及圆砾层由于颗粒较大，透水性良好，在工程建设中，常作为良好的地基持力层。例如，在某高层建筑的地基处理中，将基础置于砾砂及圆砾层上，经过多年的使用，建筑物基础稳定，未出现明显的沉降和变形。3.2.2基岩物理力学性质双桥区基岩主要为太古界单塔子群变质岩系和中生界中侏罗统后城组地层，其物理力学性质对工程建设的稳定性和可行性起着关键作用。太古界单塔子群变质岩系，如片麻岩、混合岩化变粒岩等，岩石致密坚硬，抗压强度较高。新鲜岩石的单轴抗压强度一般可达80-120MPa，弹性模量在20-40GPa。抗剪强度方面，内摩擦角在40°-45°，内聚力较高，为1.0-2.0MPa。由于其高强度和稳定性，在工程建设中，常作为大型建筑物和对地基稳定性要求较高工程的深部地基持力层。然而，其坚硬的特性也给工程施工带来一定困难，如在进行地下洞室开挖时，需要采用特殊的爆破或机械破碎方法，增加施工成本和时间。中生界中侏罗统后城组地层，主要为砾岩、砾岩夹砂岩，岩石的抗压强度相对较低，单轴抗压强度一般在30-60MPa。弹性模量在10-20GPa，抗剪强度指标中，内摩擦角在30°-35°，内聚力为0.5-1.0MPa。该地层岩石的强度和稳定性相对较差，在工程建设中，作为地基时需要进行适当的加固处理。在某工业厂房建设中，地基持力层为后城组砾岩，由于岩石强度较低，为确保厂房基础的稳定性，采用了桩基础，并对桩端持力层进行了注浆加固处理。3.3影响岩土性质的因素分析3.3.1地质构造的影响地质构造是影响承德市双桥区岩土性质的关键因素之一，断裂、褶皱等构造作用深刻改变了岩土体的完整性和力学性质。虽然双桥区范围内未发现大的断裂带，但周边存在的断裂构造对区域岩土体稳定性仍有重要影响。断裂构造会使岩土体产生裂隙，破坏其完整性，降低岩土体的力学强度。在地震等动力作用下，这些裂隙可能进一步扩展和贯通，导致岩土体失稳。如周边存在的有二三百万年历史的老断层，尽管距离双桥区有一定距离，但在地质历史时期的活动，可能已经在区域内形成了潜在的构造薄弱带，使得双桥区部分区域的岩土体在这些薄弱带的影响下，力学性质发生改变，增加了工程建设中的地质风险。褶皱构造也对岩土性质产生影响。褶皱的存在使得岩层发生弯曲变形，改变了岩土体的原始产状和结构。在褶皱核部，岩层受到强烈的挤压作用，岩石破碎，裂隙发育，岩土体的完整性较差，力学强度相对较低。而在褶皱翼部，岩层的受力状态相对较为稳定，但也可能存在因褶皱作用导致的层间错动和裂隙，影响岩土体的性质。在双桥区的地质构造中，虽然褶皱构造不似断裂构造那么明显，但在一些山区，仍能观察到岩层的轻微褶皱现象，这些褶皱对山体的稳定性和工程建设的可行性有着一定的影响。在进行山区道路建设或边坡开挖时，需要考虑褶皱构造对岩土体稳定性的影响，采取相应的支护和加固措施，防止因褶皱导致的岩土体失稳。3.3.2地形地貌的影响双桥区独特的地形地貌对岩土体性质有着显著影响，不同地貌单元的岩土体沉积环境和性质存在明显差异。在山区，主要为浅切割的中—低山区和丹霞地貌，岩石出露地表，受长期风化、侵蚀等外力作用影响，岩土体性质发生改变。在古老变质岩出露的地区，山体多为低矮而平缓的丘陵地貌，山顶呈圆形或浑圆形，岩石经过长期风化，表层形成了一定厚度的风化层，风化裂隙发育。这些风化裂隙使得岩石的透水性增强，力学强度降低。在进行山区工程建设时，如修建山区公路、架设输电线路等，需要考虑风化层和风化裂隙对工程基础稳定性的影响，可能需要对基础进行特殊处理，如加深基础埋深、采用桩基础等。而在中生界后城组砂砾岩、砾岩出露地区形成的丹霞地貌，由于岩石的抗风化能力差异，形成了陡峻山崖、怪石嶙峋、奇峰异顶的独特景观。这些区域的岩土体节理、裂隙发育，岩体破碎，在重力和风化作用下，容易发生崩塌、滑坡等地质灾害。在进行旅游开发或工程建设时，需要对这些区域进行详细的地质勘察，评估岩土体的稳定性，采取有效的防护措施，如设置挡土墙、锚杆支护等，保障工程安全和游客安全。在河谷平原地区，武烈河沿岸发育有漫滩、阶地地貌，这些区域的岩土体主要由河流冲积物组成，沉积环境相对稳定，但不同阶地的岩土体性质也存在差异。武烈河沿岸的Ⅰ级阶地，主要由近代河流的冲、洪积及人工冲填的松散堆积物组成，以粉质粘土、粉细砂、砾砂及圆砾层为主，颗粒较细，压缩性较大，抗剪强度相对较低。在进行工程建设时，需要对地基进行严格处理，如采用地基加固、换填等措施，提高地基的承载能力和稳定性。而Ⅱ级阶地为基座式阶地，由一套松散的河流冲、洪积堆积物组成，按组成物质成分不同可分为红褐、褐色等深色的粉质粘土及砾砂、圆砾和卵石层，局部夹薄层中、粗砂透镜体。该层虽未经成岩固结作用，但因生成时代较长，压实作用明显，密实程度高，常见有较发育的垂直节理。其力学性质相对较好，但在工程建设中，仍需要考虑垂直节理对岩土体稳定性的影响，以及地下水对该地层的作用。3.3.3地下水的影响地下水在双桥区岩土体性质的变化中扮演着关键角色，对岩土体的物理状态、力学性质和稳定性产生多方面的作用。在武烈河沿岸及山间沟谷地段，地下水类型主要包括第四系松散沉积层中的孔隙性潜水及基岩表层风化裂隙潜水。地下水对岩土体物理状态的影响显著，当地下水位上升时，岩土体含水量增加，饱和度增大。对于第四系土层，如粉质粘土、粉土等，含水量的增加会导致土体的重度增大，孔隙比增大，从而使土体的压缩性增强，抗剪强度降低。在某工程建设中，由于地下水位上升，地基土的含水量大幅增加，导致地基土的压缩模量减小，建筑物基础出现了较大的沉降变形。而对于基岩，地下水的侵入会使岩石的软化系数降低，岩石的强度和耐久性下降。在力学性质方面，地下水对岩土体的抗剪强度影响明显。地下水的存在会产生孔隙水压力，根据有效应力原理，孔隙水压力的增大将减小岩土体的有效应力，从而降低岩土体的抗剪强度。在饱和砂土中，地下水的渗流作用可能引发流砂、管涌等现象，严重破坏土体的结构和稳定性。在某桥梁基础施工中，当遇到地下水位较高的饱和粉细砂层时，由于施工过程中地下水的渗流，导致基坑底部出现流砂现象，基坑边坡失稳，不得不暂停施工，采取降水和加固措施。此外，地下水还会影响岩土体的稳定性。长期的地下水浸泡和侵蚀作用，会使岩土体中的胶结物溶解，颗粒间的连接力减弱，导致岩土体的稳定性降低。在山区，地下水的作用可能引发山体滑坡、崩塌等地质灾害。在一些山区道路建设中，由于地下水的长期作用，山坡岩土体的稳定性下降，在暴雨等极端天气条件下，发生了山体滑坡，堵塞了道路，影响了交通。因此，在双桥区的工程建设中，必须充分考虑地下水对岩土体性质的影响，采取有效的排水、止水和地基处理措施，保障工程的安全和稳定。四、承德市双桥区工程地质区划方法与指标体系4.1工程地质区划的目的与原则工程地质区划是基于区域工程地质条件的差异，将特定区域划分成不同工程地质特性的单元，以便针对性地开展工程建设和地质灾害防治工作。对于承德市双桥区而言，其目的具有多维度的重要性。从工程建设规划角度，准确的工程地质区划能为城市基础设施建设、房地产开发、工业项目落地等提供科学依据。例如，在道路桥梁建设中，依据区划结果可以合理选择路线和桥址，避开地质条件复杂、稳定性差的区域，减少工程建设难度和成本，保障工程的长期安全运行。在房地产开发方面，能够指导开发商根据不同区域的工程地质条件，选择合适的建筑类型和基础形式，避免因地基问题导致建筑物沉降、开裂等质量事故。在地质灾害防治层面，工程地质区划有助于识别地质灾害高易发区和潜在危险区域，为制定有效的防灾减灾措施提供基础。通过对地形地貌、地层岩性、地质构造等因素的综合分析，确定滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害可能发生的区域，提前进行监测预警、工程治理和避让搬迁等工作，最大限度地减少地质灾害对人民生命财产安全的威胁。在山区进行工程建设时，若能依据区划结果提前知晓该区域存在滑坡风险，便可采取加固边坡、设置挡土墙等措施，降低滑坡发生的可能性。为确保工程地质区划的科学性和实用性，需遵循一系列原则。科学性原则是区划的基石，要求在区划过程中全面、准确地收集和分析地质、地理、气象等多方面资料，运用先进的理论和技术方法，如地质统计学、地理信息系统（GIS）等，客观地反映区域工程地质条件的内在规律和空间分布特征。在分析地层岩性时，需借助地质钻探、地球物理勘探等手段获取准确的岩石物理力学性质数据，为区划提供可靠依据。实用性原则强调区划成果要紧密结合工程建设和地质灾害防治的实际需求，具有可操作性和指导意义。区划结果应明确各工程地质区的工程建设适宜性和地质灾害风险等级，并针对不同区域提出具体的工程建设建议和防灾减灾措施。在适宜建设区，可制定较为宽松的建设标准和规划；而在限制建设区和不适宜建设区，则需明确限制条件和禁止建设的范围，以及相应的治理和防护措施。综合性原则要求从整体上考虑区域的自然地质条件和人类工程活动的影响，对地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、岩土体物理力学性质等多因素进行综合分析。不同因素之间相互关联、相互影响，例如地质构造会影响地层岩性的分布和岩土体的稳定性，而地形地貌又会影响地下水的径流和排泄，进而影响岩土体的物理力学性质。只有综合考虑这些因素，才能准确划分工程地质区。此外，还要遵循因地制宜原则，充分考虑双桥区独特的地质环境背景和工程建设需求，制定适合本地的区划方案。双桥区的丹霞地貌、复杂的地层岩性和断裂构造等特点，决定了其工程地质区划不能简单套用其他地区的模式，而应针对本地实际情况进行深入研究和分析。4.2区划指标选取与权重确定4.2.1选取原则工程地质区划指标的选取是区划工作的关键环节，直接影响区划结果的准确性和可靠性。在承德市双桥区工程地质区划中，指标选取遵循多方面原则，以确保全面、科学地反映区域工程地质条件。首先是科学性原则，指标选取应基于坚实的地质学理论和工程实践经验，能够客观、准确地揭示区域工程地质条件的本质特征和内在规律。地形地貌指标的选取，需依据地貌学原理，准确反映不同地貌单元的形态、成因和演化特征，以及它们对工程建设的影响机制。地层岩性指标则要充分考虑岩石的矿物组成、结构构造、物理力学性质等因素，这些因素直接关系到岩土体的工程特性。其次是全面性原则，指标体系应涵盖影响工程地质条件的各个方面，包括自然地质因素和人类工程活动因素。自然地质因素方面，要综合考虑地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、岩土体物理力学性质等。地形地貌影响地基的稳定性和工程施工的难易程度，地层岩性决定岩土体的承载能力和变形特性，地质构造控制着区域的地壳稳定性和地震活动，水文地质条件影响地基的耐久性和工程的防水措施，岩土体物理力学性质则是工程设计的关键参数。人类工程活动因素也不容忽视，如城市建设中的大规模开挖、填方、地下水抽取等活动，会改变原有的工程地质条件，因此在指标选取中应适当考虑这些因素。此外，还需遵循针对性原则，结合双桥区的具体工程建设需求和地质环境特点，选取具有针对性的指标。双桥区存在丹霞地貌和复杂的地层岩性，在指标选取时应重点关注这些特殊地质条件对工程建设的影响，如丹霞地貌区的岩体稳定性、风化层厚度等指标，以及不同地层岩性的力学强度、透水性等指标。考虑到双桥区的城市建设和基础设施发展需求，选取与地基稳定性、地下空间开发、地质灾害防治等相关的指标，以满足实际工程建设的需要。最后，指标选取要遵循数据可获取性和可量化原则，确保选取的指标能够通过现有的地质调查、测试技术获取准确的数据，并且能够进行量化分析，以便于后续的计算和评价。对于一些难以获取数据或无法量化的因素，应谨慎考虑其在指标体系中的作用。在岩土体物理力学性质指标选取中，优先选择通过原位测试和室内试验能够准确测定的参数，如地基承载力、压缩模量、抗剪强度等。4.2.2指标体系构建基于上述选取原则，构建承德市双桥区工程地质区划指标体系，该体系涵盖地形地貌、岩土体性质、水文地质、地质构造等多个方面，具体如下：地形地貌指标：包括地形坡度、地形起伏度、地貌类型等。地形坡度反映地面的倾斜程度，坡度越大，工程建设难度越大，如在山区进行道路建设时，较大的坡度需要采取更多的工程措施来保证道路的稳定性和行车安全。地形起伏度体现区域地形的高低变化程度，起伏度大的地区，地基处理和建筑物基础设计更为复杂。地貌类型是重要的区划指标，双桥区的山地、河谷、阶地、丹霞地貌等不同地貌类型，其工程地质条件差异显著。山地地区岩石出露，地基稳定性受岩石性质和风化程度影响；河谷阶地地区岩土体多为冲积物，其物理力学性质和地下水条件与山地不同；丹霞地貌区独特的岩石结构和风化特征，对工程建设也有特殊要求。岩土体性质指标：涵盖岩土体类型、地基承载力、压缩模量、抗剪强度等。岩土体类型是基础指标，不同类型的岩土体，如第四系土层中的粉土、粉质黏土、粉细砂、砾砂及圆砾层，以及基岩中的太古界变质岩和中生界后城组地层，其工程性质差异明显。地基承载力直接决定建筑物基础的承载能力和稳定性，是工程设计的关键参数。压缩模量反映岩土体在压力作用下的压缩变形特性，对于预测建筑物的沉降变形具有重要意义。抗剪强度则关系到岩土体在剪切力作用下的稳定性，在边坡工程、基坑工程等中是重要的设计依据。水文地质指标：主要有地下水位埋深、地下水类型、地下水水质等。地下水位埋深影响地基的干湿状态和稳定性，地下水位较高时，地基土可能处于饱和状态，降低地基的承载力，增加建筑物基础的浮力和耐久性问题。地下水类型包括第四系松散沉积层中的孔隙性潜水及基岩表层风化裂隙潜水，不同类型的地下水其赋存、径流和排泄特征不同，对工程建设的影响也各异。地下水水质影响建筑材料的耐久性，如含有腐蚀性离子的地下水会对混凝土结构中的钢筋和钢结构产生腐蚀作用，降低工程的使用寿命。地质构造指标：包括断裂构造、褶皱构造、地震活动等。断裂构造破坏岩土体的完整性，降低其力学强度，增加工程建设中的地质灾害风险。褶皱构造改变岩土体的原始产状和结构，影响地基的稳定性和工程施工的难度。地震活动是重要的地质构造指标，双桥区虽历史地震活动相对较少，但仍存在一定的地震风险，地震会对工程建设造成严重破坏，因此在工程地质区划中需考虑地震活动的影响，确定抗震设防烈度和抗震措施。将这些指标进行系统整合，形成完整的工程地质区划指标体系，为后续的工程地质区划和评价提供全面、科学的依据。通过对各指标的综合分析，能够准确划分双桥区的工程地质区域，明确不同区域的工程地质特征和工程建设适宜性。4.2.3权重确定方法确定工程地质区划指标的权重是量化评价工程地质条件的关键步骤，不同的权重确定方法各有其特点和适用范围。在承德市双桥区工程地质区划中，综合考虑多种因素，选用层次分析法（AHP）和熵权法相结合的方法来确定各指标的权重。层次分析法是一种定性与定量相结合的多目标决策方法，其基本原理是将复杂的问题分解为多个层次，通过对各层次因素的两两比较，构建判断矩阵，进而计算出各因素的相对权重。在双桥区工程地质区划中应用层次分析法时，首先将工程地质区划目标作为目标层，将地形地貌、岩土体性质、水文地质、地质构造等因素作为准则层，将各因素下的具体指标作为指标层，构建层次结构模型。邀请地质专家和工程技术人员，根据他们的经验和专业知识，对准则层和指标层因素进行两两比较，采用1-9标度法构建判断矩阵。通过计算判断矩阵的最大特征值和特征向量，得到各因素的相对权重，并进行一致性检验，以确保权重的合理性。层次分析法充分考虑了专家的主观经验和判断，能够较好地反映各因素之间的相对重要性，但也存在一定的主观性。熵权法是一种基于信息熵的客观赋权方法，其原理是根据指标数据的离散程度来确定权重。指标数据的离散程度越大，说明该指标提供的信息量越大，其权重也应越大。在双桥区工程地质区划中应用熵权法时，首先收集各指标的原始数据，并进行标准化处理。计算各指标的信息熵，根据信息熵计算各指标的熵权。熵权法能够客观地反映指标数据的特征，避免了人为因素的干扰，但它仅考虑了指标数据的离散程度，忽略了指标之间的相关性和重要性。将层次分析法和熵权法相结合，能够充分发挥两种方法的优势，弥补各自的不足。具体方法是将层次分析法确定的主观权重和熵权法确定的客观权重进行线性组合，得到综合权重。通过这种方式确定的权重，既考虑了专家的主观经验和判断，又考虑了指标数据的客观特征，使工程地质区划结果更加科学、合理。在实际应用中，根据具体情况调整主观权重和客观权重的组合系数，以适应不同的工程地质条件和评价需求。4.3区划方法选择与应用工程地质区划方法种类繁多，不同方法各有其特点和适用范围。在承德市双桥区工程地质区划中，结合区域地质环境特点和研究目的，选用了模糊综合评价法和聚类分析法，并将其与地理信息系统（GIS）技术相结合，以实现对双桥区工程地质条件的准确分区和评价。模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法，能够有效处理评价过程中的模糊性和不确定性问题。在双桥区工程地质区划中，该方法的应用步骤如下：首先，根据前文构建的工程地质区划指标体系，确定评价因素集U={u1,u2,…,un}，其中u1代表地形坡度，u2代表地基承载力，u3代表地下水位埋深等。然后，确定评价等级集V={v1,v2,…,vm}，例如将工程地质条件分为适宜（v1）、较适宜（v2）、一般适宜（v3）、不适宜（v4）四个等级。通过对各评价因素的实测数据进行标准化处理，建立模糊关系矩阵R。利用层次分析法和熵权法相结合确定的各因素权重向量W={w1,w2,…,wn}，通过模糊合成运算B=W・R，得到综合评价结果向量B。根据最大隶属度原则，确定评价对象所属的工程地质等级。以双桥区某一地块的工程地质评价为例，该地块地形坡度为15°，地基承载力为180kPa，地下水位埋深为3m等，将这些数据代入模糊综合评价模型中，经过计算得到综合评价结果向量B={0.2,0.35,0.3,0.15}，根据最大隶属度原则，该地块工程地质条件属于较适宜等级，这为该地块的工程建设规划提供了科学依据。聚类分析法是一种将物理或抽象对象的集合分组为由类似对象组成的多个类的分析过程，在工程地质区划中，可根据各区域工程地质条件的相似性进行分区。在双桥区工程地质区划中，首先收集各区域的工程地质指标数据，如地形地貌、岩土体性质、水文地质、地质构造等指标数据。对数据进行标准化处理，消除量纲的影响。采用欧氏距离等方法计算各区域之间的相似度，构建相似度矩阵。运用层次聚类算法或K-均值聚类算法等，对相似度矩阵进行聚类分析，将双桥区划分为不同的工程地质区。例如，通过聚类分析，将双桥区划分为三个工程地质区，I区主要为山区，地形坡度大，岩土体以基岩为主，工程地质条件相对复杂；II区为河谷阶地地区，地形相对平坦，岩土体为冲积物，工程地质条件较好；III区为城市建成区，人类工程活动强烈，工程地质条件受人为因素影响较大。这种分区结果直观地反映了双桥区不同区域工程地质条件的差异，为城市规划和工程建设提供了清晰的参考。将模糊综合评价法和聚类分析法与GIS技术相结合，能够充分发挥GIS强大的空间分析和可视化功能。利用GIS的空间插值功能，将离散的工程地质数据插值为连续的空间分布数据，生成地形坡度图、地基承载力图、地下水位埋深图等单因素专题图。将模糊综合评价法和聚类分析法的结果导入GIS中，与单因素专题图进行叠加分析，制作双桥区工程地质区划图。通过GIS的可视化功能，将工程地质区划结果以地图的形式直观展示出来，不同工程地质区以不同颜色或符号表示，方便决策者和工程技术人员直观了解双桥区工程地质条件的空间分布特征，为工程建设和城市规划提供更加直观、准确的依据。五、承德市双桥区工程地质分区特征5.1分区结果概述通过运用模糊综合评价法和聚类分析法，并结合地理信息系统（GIS）技术，对承德市双桥区进行工程地质区划，最终将双桥区划分为4个工程地质区，分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，各分区在空间上具有明显的分布特征，其边界的确定综合考虑了地形地貌、地层岩性、地质构造、岩土体物理力学性质以及地下水条件等多方面因素，各分区具体分布范围和边界如下：<此处插入承德市双桥区工程地质分区图，图中清晰标注Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区的范围和边界，不同区域用不同颜色或符号区分，并附比例尺和图例><此处插入承德市双桥区工程地质分区图，图中清晰标注Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区的范围和边界，不同区域用不同颜色或符号区分，并附比例尺和图例>Ⅰ区主要分布于武烈河沿岸的Ⅰ级阶地，呈狭长的带状沿武烈河两岸延伸。其边界大致以武烈河为中心，向两侧扩展，宽度在不同地段有所差异。在市区北部，如北兴隆街—喇嘛寺一带，Ⅰ区宽度较大，最宽可达1600m；而在南部，如半壁山—火车站一带，宽度较窄，约为200m。Ⅰ区地势较为平坦，一般高出河床2-3m，在市区内，前缘与武烈河河床人工堤坝相隔，市郊常以前缘斜坡与河床相连。地形由北向南或从远离河床向河床方向缓倾斜，地形起伏变化不大，一般坡度角小于10°，最大坡角不超过15°。Ⅱ区主要位于武烈河沿岸的不对称Ⅱ级阶地。其范围北起红石峦沟附近，南至头道沟一带。Ⅱ级阶地为基座式阶地，前缘常发育5-20m高的陡坎或前缘阶坡，这些陡坎是河水长期剥蚀作用和地壳升降运动的明显标志。Ⅱ区地层主要由一套松散的河流冲、洪积堆积物组成，按组成物质成分不同可分为红褐、褐色等深色的粉质粘土及砾砂、圆砾和卵石层，局部夹薄层中、粗砂透镜体。地层连续性差，其上常被近代人工冲填物（生活垃圾、建筑垃圾、人工填土）覆盖。Ⅲ区分布于四人沟—离宫—普乐寺一线以北地区，主要为太古界单塔子群变质岩出露区域。该区域边界较为清晰，受地层岩性控制明显。太古界单塔子群广泛分布于此，岩性主要由各类片麻岩、混合岩化变粒岩、浅粒岩等古老变质岩系组成，局部地段夹有薄层磁铁石英岩和长英岩、伟晶岩及中酸性脉岩等。片麻岩产状近于东西走向，倾角75°-85°左右。区域内地形以浅切割的中—低山区和低矮平缓的丘陵地貌为主，在古老变质岩出露的地区，山顶多呈圆形或浑圆形。Ⅳ区位于四人沟—离宫—普乐寺一线以南地区，为中生界中侏罗统后城组地层分布区。其边界同样受地层岩性控制。中生界中侏罗统后城组（J2h）为一套由内陆湖泊相碎屑沉积的砾岩、砾岩夹砂岩，在该区域广泛分布。中侏罗世后期，在普乐寺区内大北沟—小溪沟—太平桥—一市场—二仙居沿旱河自于家沟—市医院一带有中性熔岩—安山岩的广泛分布。该区域因中生界后城组砂砾岩、砾岩出露，常形成陡峻山崖、怪石嶙峋、奇峰异顶的丹霞地貌。5.2各工程地质分区详细特征5.2.1适宜区（I区）I区主要分布于武烈河沿岸的Ⅰ级阶地，呈狭长的带状沿武烈河两岸延伸。其地势平坦开阔，地形坡度多小于10°，最大坡角不超过15°，由北向南或从远离河床向河床方向缓倾斜。这种平坦的地形条件使得工程建设的场地平整难度较低，能够有效降低施工成本和时间。在道路建设中，无需进行大规模的填方和挖方工程，可直接进行路基施工，减少了因地形起伏带来的工程复杂性。在建筑施工中，也便于大型施工设备的停放和作业，提高施工效率。岩土体性质方面，I区主要由近代河流的冲、洪积及人工冲填的松散堆积物组成，以粉质粘土、粉细砂、砾砂及圆砾层为主。其中，砾砂及圆砾层具有较高的承载能力，其密度一般在2.1-2.3g/cm³，压缩模量可达10-20MPa。在某高层建筑的地基建设中，将基础置于砾砂及圆砾层上，经过多年的使用，建筑物基础稳定，未出现明显的沉降和变形。粉质粘土和粉细砂虽然压缩性相对较大，但通过合理的地基处理措施，如采用强夯法、砂石桩法等进行加固处理后，也能满足一般建筑物的承载要求。在某住宅小区建设中，对粉质粘土地基采用强夯法处理后，地基承载力得到显著提高，建筑物建成后使用状况良好。地下水条件方面，I区赋存第四系松散孔隙潜水，水位埋深一般较浅，年变幅在1-3米之间。虽然地下水位相对较高，但通过合理的排水措施，如设置排水管网、采用井点降水等方法，能够有效降低地下水对工程建设的影响。在某商业建筑的基坑开挖过程中，采用井点降水方法，成功将地下水位降至基坑底面以下，保证了基坑施工的顺利进行。此外，该区域地下水水质对混凝土结构中的钢筋腐蚀性较弱，不会对建筑物的耐久性造成严重威胁。综上所述，I区地形平坦、岩土体稳定性较好且易于处理、地下水条件可控，是工程建设的适宜区域。在该区域进行工程建设时，可根据建筑物的类型和规模，选择合适的基础形式，如浅基础、桩基础等。对于一般的多层建筑，可采用浅基础，直接将基础置于经过处理的粉质粘土或粉细砂层上；对于高层建筑或对地基稳定性要求较高的工程，则可采用桩基础，将桩端打入砾砂及圆砾层，以确保建筑物的安全稳定。同时，在工程建设过程中，要注意做好地下水的排水和防护措施，避免地下水对工程造成不利影响。5.2.2较适宜区（II区）II区主要位于武烈河沿岸的不对称Ⅱ级阶地。该区域地形有一定起伏，Ⅱ级阶地为基座式阶地，前缘常发育5-20m高的陡坎或前缘阶坡。这些陡坎和阶坡是河水长期剥蚀作用和地壳升降运动的明显标志，也给工程建设带来了一定的挑战。在进行道路建设时，需要对陡坎进行处理，如采用填方、挖方或设置挡土墙等措施，以保证道路的平整度和稳定性。在建筑建设中，也需要根据地形起伏合理设计建筑物的基础，避免因基础不均匀受力导致建筑物开裂或倾斜。岩土体性质方面，II区地层主要由一套松散的河流冲、洪积堆积物组成，按组成物质成分不同可分为红褐、褐色等深色的粉质粘土及砾砂、圆砾和卵石层，局部夹薄层中、粗砂透镜体。该层虽未经成岩固结作用，但因生成时代较长，压实作用明显，密实程度高，常见有较发育的垂直节理。其中，粉质粘土的压缩模量在7-12MPa，内摩擦角在15°-20°，内聚力较高，为20-40kPa，具有一定的承载能力，但在作为地基时，仍需考虑其压缩性和垂直节理对地基稳定性的影响。砾砂、圆砾和卵石层的承载能力相对较高，压缩模量可达10-20MPa，内摩擦角在35°-40°。在某工业厂房建设中，将基础置于砾砂、圆砾和卵石层上，厂房建成后使用状况良好。然而，该区域地层连续性差，其上常被近代人工冲填物（生活垃圾、建筑垃圾、人工填土）覆盖。这些人工冲填物成分复杂，力学性质不稳定，在工程建设前需要进行详细的勘察和处理。可采用换填法，将人工冲填物挖除，换填为强度较高、性质稳定的材料，如砂石、灰土等；也可采用强夯法等加固措施，提高人工冲填物的密实度和承载能力。地下水条件方面，II区同样赋存第四系松散孔隙潜水，地下水位埋深受季节和降水影响较大。在雨季，地下水位可能会上升，对工程建设产生一定影响。在某工程建设中，由于雨季地下水位上升，基坑出现积水，导致施工进度受阻。为解决这一问题，采取了设置排水井和排水管网的措施，及时排除基坑内的积水，保证了施工的顺利进行。此外，地下水对混凝土结构中的钢筋有一定的腐蚀性，在工程建设中需要采取相应的防腐措施，如使用抗腐蚀的混凝土、对钢筋进行防腐涂层处理等。总体而言，II区虽然地形有一定起伏，岩土体存在一些不稳定因素，地下水条件也有一定影响，但通过合理的工程措施，如场地平整、地基处理、排水和防腐措施等，可以有效解决这些问题，是工程建设的较适宜区域。在该区域进行工程建设时，要充分考虑地形和岩土体的特点，选择合适的基础形式和施工方法。对于地形起伏较大的区域，可采用桩基础或筏板基础等形式，增强基础的稳定性；对于存在人工冲填物的区域，要进行充分的地基处理，确保地基的承载能力和稳定性。同时，要加强对地下水的监测和管理，采取有效的排水和防腐措施，保障工程的安全和耐久性。5.2.3适宜差区（III区）III区分布于四人沟—离宫—普乐寺一线以北地区，主要为太古界单塔子群变质岩出露区域。该区域地形以浅切割的中—低山区和低矮平缓的丘陵地貌为主，地势起伏较大，地形坡度多在15°-30°之间。在山区进行工程建设，道路选线难度大，需要盘山绕行，增加了道路建设的长度和成本。建筑基础施工也面临诸多困难，由于地形坡度大，地基稳定性差，需要对地基进行大量的加固处理。在某山区公路建设中，为适应地形起伏，采用了盘山公路的形式，同时对路基进行了加固处理，以保证道路的稳定性。岩土体性质方面，太古界单塔子群变质岩系岩性主要由各类片麻岩、混合岩化变粒岩、浅粒岩等古老变质岩系组成，局部地段夹有薄层磁铁石英岩和长英岩、伟晶岩及中酸性脉岩等。这些岩石致密坚硬，新鲜岩石的单轴抗压强度一般可达80-120MPa，弹性模量在20-40GPa。虽然岩石强度高，但由于山区岩石节理、裂隙发育，岩体完整性较差，在工程建设中容易发生崩塌、滑坡等地质灾害。在某山区工程建设中，由于岩石节理发育，在强降雨后发生了山体滑坡，对工程设施造成了严重破坏。此外，岩石的坚硬特性也给工程施工带来很大难度，如在进行地下洞室开挖时，需要采用特殊的爆破或机械破碎方法，增加了施工成本和时间。地下水条件方面，III区赋存基岩表层风化裂隙潜水，由于岩石节理、裂隙发育，地下水径流条件复杂，水位变化较大。地下水的存在进一步降低了岩体的稳定性，增加了地质灾害发生的风险。在山区，地下水的渗透作用可能导致岩石软化、强度降低，从而引发山体滑坡、崩塌等地质灾害。同时，地下水对工程建设的影响还体现在对基础的侵蚀作用上，需要采取有效的防水和抗侵蚀措施。综上