教学材料《工程地质》-第6 章

６.１风化作用６.１.１基本概念无论怎样坚硬的岩石，一旦裸露在地表，受太阳辐射作用并与水圈、大气圈和生物圈接触，为适应地表新的物理、化学环境，都必然会发生变化，这种变化虽然缓慢，但年深日久，就会逐渐崩解、分离为大小不一的岩屑或土层。岩石的这种物理、化学性质的变化称为风化，引起岩石这种变化的作用称为风化作用，被风化的岩石圈表层称为风化壳。在风化壳中，岩石经过风化作用后，形成松散的岩屑和土层，残留在原地的堆积物称为残积土；尚保留原岩结构和构造的风化岩石称为风化岩。下一页返回６.１风化作用６.１.２风化作用的类型（１）物理风化。物理风化是指地表岩石因温度变化和孔隙中水的冻融以及盐类的结晶而产生的机械崩解过程。它使岩石从比较完整固结的状态变为松散破碎的状态，使岩石的孔隙度和表面积增大。因此，物理风化又称机械风化。物理风化可分为热力风化和冻融风化两种类型。热力风化。地球表面所受太阳辐射有昼夜和季节的影响，因而，气温与地表温度均有相应的变化。岩石是不良导热体，所以，受阳光影响的岩石昼夜温度变化仅限于很浅的表层，而由温度变化引起岩体膨胀所产生的压应力和收缩所产生的张应力也仅限于表层。上一页下一页返回６.１风化作用这两种过程的频繁交替使岩石表层产生裂缝以至呈片状剥落。冻融风化。岩石孔隙或裂隙中的水在冻结成冰时，其体积膨胀（约增大９％），因而对围限它的岩石裂隙壁施加很大的压应力（可达２００ＭＰａ），使岩石裂隙加宽、加深。当冰融化时，水沿扩大了的裂隙渗入到岩石更深的内部，并再次冻结成冰。这样冻结、融化过程频繁进行，不断使裂隙加深扩大，以致使岩石崩裂成为岩屑。这种作用又称为冰劈作用。（２）化学风化。化学风化是指岩石在水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳等的作用下所发生的溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等一系列复杂的化学变化。上一页下一页返回６.１风化作用它使岩石中可溶的矿物逐步被溶蚀流失或渗入到风化壳的下层，在新的环境下，又可能重新沉积。残留下来的或新形成的多是难溶的稳定矿物。化学风化使岩石中的裂隙加大、孔隙增多，这样就破坏了原来岩石的结构和成分，使岩层变成松散的土层。化学风化的方式主要有溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸化作用和氧化作用。溶解作用。水是一种良好的溶剂。由于水分子的偶极性，它能与极性型或离子型的分子相互吸引。而矿物绝大部分都是离子型分子所组成的，所以，矿物遇水后，就会不同程度地被溶解，一些质点（离子或分子）逐步离开矿物表面，进入水中，形成水溶液而流失。上一页下一页返回６.１风化作用水化作用。有些矿物（特别是极易溶解和易溶解盐类的矿物）与水接触后，其离子与水分子互相吸引，紧密结合，形成了新的含水矿物。在岩石中，大部分矿物不含水，其中某些矿物在地表与水接触后形成的新矿物，几乎都含水。水解作用。岩石中大部分矿物属于硅酸盐和铝硅酸盐，它们是弱酸强碱化合物，因而水解作用较普遍。碳酸化作用。氧化作用。大气中含有约２１％的氧气，而溶在水里的空气含氧量达３３％~３５％，所以，氧化作用是化学风化中最常见的一种，它经常是在水的参与下，通过空气和水中的游离氧而实现。上一页下一页返回６.１风化作用氧化作用有两个方面的表现：ａ．矿物中的某种元素与氧结合形成新矿物；ｂ．许多变价元素在缺氧条件下形成的低价矿物，在地表氧化环境下转变成高价化合物，原有矿物被解体。前一种情况的例子如黄铁矿经氧化后转化成褐铁矿；后一种情况的例子如含有低价铁的磁铁矿经氧化后转变成为褐铁矿。地表岩石风化后多呈黄褐色就是因为风化产物中含有褐铁矿的缘故。（４）物理风化和化学风化之间的相互关系。由上可知，岩石的风化作用，实质上只有物理风化和化学风化两种基本类型，它们彼此之间联系紧密。物理风化作用可加大岩石的孔隙度，使岩石获得较好的渗透性，这样就更有利于水分、气体和微生物等的侵入。上一页下一页返回６.１风化作用岩石崩解为较小的颗粒，使表面积增加，更有利于化学风化作用的进行。从这种意义上来说，物理风化是化学风化的前驱和必要条件。在化学风化过程中，不仅岩石的化学性质发生变化，而且也包含着岩石的物理性质的变化。物理风化只能使颗粒破碎到一定的粒径，大致在中、细砂粒之间，因为机械崩裂的粒径下限为０．０２ｍｍ，在此粒径以下，作用于颗粒上的大多数应力可以被弹性应变所抵消而消除，然而化学风化却能进一步使颗粒分解破碎到更细小的粒径（直到胶体溶液和真溶液）。从这种意义上说，化学风化是物理风化的继续和深入。上一页下一页返回６.１风化作用实际上，物理风化和化学风化在自然界中往往是同时进行、互相影响、互相促进的。因此，风化作用是一个复杂、统一的过程，只有在具体条件和阶段上，物理风化和化学风化才有主次之分。（３）生物风化。生物风化是指生物在其生长和分解过程中，直接或间接地对岩石矿物所起的物理和化学的风化作用。生物的物理风化如生长在岩石裂缝中的植物，在成长过程中，根系变粗、增长和加多，它像楔子一样对裂隙壁施以强大的压力（１１．５ＭＰａ），使岩石劈裂。其他如动物的挖掘和穿凿活动也会加速岩石的破碎。生物的化学风化作用更为重要和活跃。上一页下一页返回６.１风化作用生物在新陈代谢过程中，不仅从土壤和岩石中吸取养分，同时也分泌出各种化合物，如硝酸、碳酸和各种有机酸等，它们都是很好的溶剂，可以溶解某些矿物，并对岩石起着强烈的破坏作用。６.１.３影响风化作用的因素（１）气候因素。气候对风化作用的影响主要是通过温度和降雨量变化以及生物繁殖状况来实现的。在昼夜温差或寒暑变化幅度较大的地区，有利于物理风化作用的进行。特别是温度变化的速率，比温度变化的幅度更为重要，因此，昼夜温差大的地区，对岩石的破坏作用也大。炎夏的暴雨对岩石的破坏更剧烈。上一页下一页返回６.１风化作用温度的高低，不仅影响热胀冷缩和水的物态，而且对矿物在水中的溶解度、生物的新陈代谢、各种水溶液的浓度和化学反应的速率等都有很大的影响。各地区降雨量的大小，在化学风化中有着非常重要的影响。雨水少的地区，某些易溶矿物也不能完全溶解，并且溶液容易达到饱和，发生沉淀和结晶，从而限制了元素迁移的可能性；而多雨地区就有利于各种化学风化作用的进行。化学风化的速度在很大程度上取决于淋溶的水量，而且雨水多又有利于生物的繁殖，从而也加速了生物风化。因此，气候基本上决定了风化作用的主要类型及其发育的程度。上一页下一页返回６.１风化作用（２）地形因素。在不同的地形条件（高度、坡度和切割程度）下，风化作用也有明显的差异，它影响着风化的强度、深度和保存风化物的厚度及分布情况。在地形高差很大的山区，风化的深度和强度一般大于地表平缓的地区；但因斜坡上岩石破碎后很容易被剥落、冲刷而移离原地，所以，风化层一般都很薄，颗粒较粗，黏粒很少。在平原或低缓的丘陵地区，由于坡度缓，地表水和地下水流动都比较慢，风化层容易被保存下来，特别是平缓低凹的地区风化层更厚。一般来说，在宽平的分水岭地区，潜水面离地表较河谷地区深，风化层厚度往往比河谷地区的厚。上一页下一页返回６.１风化作用强烈的剥蚀区和强烈的堆积区，都不利于化学风化作用的进行。沟谷密集的侵蚀切割地区，地表水和地下水循环条件虽好，风化作用也强烈，但因剥蚀强烈，所以风化层厚度不大。山地向阳坡的昼夜温差较阴坡大，故风化作用较强烈，风化层厚度也较厚。（３）地质因素。岩石的矿物组成、结构和构造都直接影响风化的速度、深度和风化阶段。岩石的抗风化能力主要是由组成岩石的矿物成分决定的。造岩矿物对化学风化的抵抗能力是不同的，也就是说，它们在地表环境下的稳定性是有差异的，其相对稳定性见表６．１。从岩石的结构上看，粗粒的岩石比细粒的更容易风化，多种矿物组成的岩石比单一矿物岩石容易风化，粒度相差大的和有斑晶的都比均粒的岩石容易风化。上一页下一页返回６.１风化作用就岩石的构造而言，断裂破碎带的裂隙、节理、层理与页理等都是便于风化应力侵入岩石内部的通道。所以，这些不连续面（也可以称为岩石的软弱面）在岩石中的密度越大，料石遭受的风化就越强烈。风化作用会沿着某些张性的长、大断裂深入到地下很深的地方，形成所谓的风化囊袋。６.１.４岩石风化的勘察评价与防治（１）风化作用的工程意义。岩石受风化作用后，改变了其物理化学性质，其变化的情况随着风化程度的轻重而不同。上一页下一页返回６.１风化作用风化程度对工程设计和施工都有直接影响，如矿山建设、场址选择、水库坝基、大桥桥基和铁路路基等地基开挖深度、浇灌基础应到达的深度和厚度、边坡开挖的坡度以及防护或加固的方法等，都将随岩石风化程度的不同而不同。因此，工程建设前必须对岩石的风化程度、速度、深度和分布情况进行调查和研究。（２）岩石风化的勘察与评价。岩石风化的调查内容主要如下：查明风化程度，确定风化层的工程性质，以便考虑建筑物的结构和施工方法。在野外一般根据岩石的颜色、结构和破碎程度等宏观地质特征和强度，将风化层分为五个带，见表６．２。上一页下一页返回６.１风化作用在野外工作基础上，还需对风化岩进行矿物组分、化学成分分析或声波测试等进一步研究，以便准确划分风化带。查明风化厚度和分布，以便选择最适当的建筑地点，合理地确定风化层的清基和刷方的土石方量，确定加固处理的有效措施。查明风化速度和引起风化的主要因素，对那些直接影响工程质量和风化速度快的岩层，必须制定预防风化的正确措施。对风化层的划分，特别是对黏土的含量和成分（蒙脱石、高岭石、水云母等）进行必要分析，因为它直接影响地基的稳定性。（３）岩石风化的防治。岩石风化的防治方法主要如下：上一页下一页返回６.１风化作用挖除法。挖除法适用于风化层较薄的情况，当厚度较大时通常只将严重影响建筑物稳定的部分剥除。抹面法。抹面法是用使水和空气不能透过的材料如沥青、水泥、黏土层等覆盖岩层。胶结灌浆法。胶结灌浆法是用水泥、黏土等浆液灌入岩层或裂隙中，以加强岩层的强度，降低其透水性。排水法。排水法是为了减少具有侵蚀性的地表水和地下水对岩石中可溶性矿物的溶解，适当做一些排水工程。只有在进行详细地调查研究以后，才能提出切合实际的防止岩石风化的处理措施。上一页返回６.２河流地质作用河流在地面上是沿着狭长的谷底流动的，这个谷底称为河谷。河谷在平面上呈线性分布，在横剖面上一般近似为Ｖ形。河谷通常由几个要素组成：常年有水流动的部分称为河床，又称为河槽；河床两旁的平缓部分称为谷底；谷底一般地势比较平坦，其宽度为两侧谷坡坡麓之间的距离，谷底以上的斜坡称为谷坡；谷坡与谷底交接处称为谷麓，如图６．１所示。６.２.１流水的能量河水沿着河床流动时，河水具有一定的动能E：下一页返回６.２河流地质作用可见动能的大小取决于河水的流量和河水的流速。河水在流动的过程中，其消耗的能量主要表现在：克服阻碍流动的各种摩擦力，如河水与河床之间的摩擦力、河水水流本身的黏滞力等；搬运水流中所携带的泥砂等物质。假设这两部分所消耗的总能量为E′。当E＞E′时，多余的能量将会对河床产生侵蚀作用。当E＝E′时，河水仅起着维持本身运动和搬运水流中泥砂的作用。当E＜E′时，河水中所携带的物质将有一部分沉积下来，即产生沉积作用。上一页下一页返回６.２河流地质作用河流的侵蚀作用、搬运作用和沉积作用在整条河流上同时进行，相互影响。在河流的不同段落上，三种作用进行的强度并不相同，一般以某一种作用为主。６.２.２河流的侵蚀、搬运和沉积作用（１）河流的侵蚀作用。河流的侵蚀作用是指河水在流动的过程中不断加深和拓宽河床的作用。按其作用的方式，可分为化学溶蚀和机械侵蚀两种。化学溶蚀是指河水对组成河床的可溶性岩石不断进行化学溶解，使之逐渐随水流失的过程。河流的溶蚀作用在石灰岩、白云岩等可溶性岩类分布地区比较显著。上一页下一页返回６.２河流地质作用另外，如河水对其他岩石中的可溶性矿物发生溶解，使岩石的结构松散破坏，则有利于机械侵蚀作用的进行。机械侵蚀作用包括流动的河水对河床组成物质的直接冲蚀和夹带的砂石等固体物质对河床的磨蚀。机械侵蚀在河流的侵蚀作用中具有普遍意义，它是山区河流的一种主要侵蚀方式。按照河床不断加深和拓宽的发展过程，河流的侵蚀作用可分为下蚀作用和侧蚀作用。下蚀作用和侧蚀作用是河流侵蚀统一过程中相互制约和相互影响的两个方面。它们作用在河流的不同发展阶段，或同一条河流的不同部分。上一页下一页返回６.２河流地质作用由于河水动力条件的差异，不仅下蚀和侧蚀所显示的优势会有明显的差异，而且河流的侵蚀和沉积优势也会有显著的差别。下蚀作用。下蚀作用是指河水在流动过程中使河床逐渐下切加深的作用。河水夹带的固体物质对河床的机械破坏，是使河流下蚀的主要因素。其作用强度取决于河水的流速和流量，同时，也与河床的岩性和地质构造有着密切的关系。河水的流速和流量越大时，其下蚀作用的能量越大，如果组成河床的岩石坚硬且无构造破坏现象，则会抑制河水对河床的下切速度。反之，如果岩性松软或受到构造作用的破坏，则下蚀作用易于进行，河床下切过程加快。上一页下一页返回６.２河流地质作用下蚀作用使河床不断加深，切割成槽形凹地，形成河谷。若山区河流下蚀作用强烈，可形成深而窄的峡谷。河流的侵蚀过程总是从河的下游逐渐向河源方向发展，这种溯源推进的侵蚀过程称为溯源侵蚀。分水岭不断遭到剥蚀切割，河流长度的不断增加，以及河流的袭夺现象都是河流溯源侵蚀造成的结果。河流的下蚀作用并不是无止境地继续下去，而是有它自己的基准面。因为随着下蚀作用的发展，河流不断加深，河流的纵坡逐渐变缓，流速降低，侵蚀能量削弱，达到一定的基准面后，河流的侵蚀作用将趋于消失。上一页下一页返回６.２河流地质作用河流下蚀作用消失的平面，称为侵蚀基准面。流入主流的支流，基本上以主流的水面为其侵蚀基准面；流入湖泊、海洋的河流，则以湖面或者海平面为其侵蚀基准面。大陆上的河流绝大部分都流入海洋，而且海洋的水面也比较稳定，所以，又把海平面称为基本侵蚀基准面。侧蚀作用。侧蚀作用是指河流以携带的泥、砂、砾石为工具，并以自身的动能和溶解力对河床两岸的岩石进行侵蚀，使河谷加宽的作用。河流的中、下游及平原区的河流，由于河床坡度较为平缓，侧蚀作用占主导地位。河水在运动过程中的横向环流作用是促使河流产生侧蚀的经常性因素。上一页下一页返回６.２河流地质作用另外，如河水受支流或支沟排泄的洪积物及其他重力堆积物的障碍顶托，致使主流流向发生改变，引起对河岸产生局部冲刷，这也是一种在特殊条件下产生的河流侧蚀现象。在天然河道上能形成横向环流的地方很多，但在河湾部分最为显著，如图６．２（ａ）所示。当运动的河水进入河湾后，由于离心力的作用，表层流束以很大的流速冲向凹岸，产生强烈冲刷，使凹岸岸壁不断坍塌后退，并将冲刷下来的碎屑物质由底层流束带向凸岸堆积下来，如图６．２（ｂ）所示。由于横向环流的作用，使凹岸不断受到强烈冲刷，凸岸不断发生堆积，结果使河湾的曲率增大，并受纵向流的影响，使河湾逐渐向下游移动，因而导致河床发生平面摆动。上一页下一页返回６.２河流地质作用这样日积月累，整个河床就被河水的侧蚀作用逐渐拓宽。沿河布设的公路，往往由于河流的水位变化及侧蚀，使路基发生水毁现象，特别是在河湾凹岸地段最为显著。因此，在确定路线具体位置时，必须加以注意。由于在河湾部分横向环流作用明显加强，容易发生塌岸，并产生局部剧烈冲刷和堆积作用，河床容易发生平面摆动，因此，其对桥梁建筑也是很不利的。由于河流侧蚀的不断发展，致使河流一个河湾接着一个河湾，并使河湾的曲率越来越大，河流的长度越来越长，结果使河床的比降逐渐减小，流速不断降低，侵蚀能量逐渐削弱，直至常水位时已无能量继续发生侧蚀为止。上一页下一页返回６.２河流地质作用这时，河流所特有的平面形态，称为蛇曲（图６．３）。有些处于蛇曲形态的河湾，彼此之间十分靠近，一旦流量增大，会截弯取直，流入新开拓的局部河道，而残留的原河湾的两端因逐渐淤塞而与原河道隔离，形成状似牛轭的静水湖泊，称为牛轭湖（图６．３）。最后，由于主要承受淤积，致使牛轭湖逐渐成为沼泽，以至消失。上述河湾的发展和消亡过程，一般只在平原区的某些河流中出现。这是因为河流的发展既受河流动力特征的影响，也受地区岩性和地质构造条件的制约，此外，与河流夹沙量也有一定的关系。在山区，由于河床岩性以石质为主，所以，河湾的发展过程极为缓慢。上一页下一页返回６.２河流地质作用下蚀和侧蚀是河流侵蚀作用密切联系的两个方面，在河流下蚀与侧蚀的共同作用下，使河床不断地加深和拓宽。由于各地河床的纵坡、岩性、构造等不同，两种作用的强度也就不同，或以下蚀为主，或以侧蚀为主。如果河流只进行下蚀作用，或以下蚀作用为主，河谷横断面呈Ｖ形；如果河流只进行侧蚀作用，或以侧蚀作用为主，河谷横断面呈Ｕ形，谷底宽平；如下蚀作用与侧蚀作用等量进行，河谷横断面多不对称。由于河水流动具有紊流的性质，是由纵流与横向环流组合而成螺旋状流束流动的，流速大时，纵流占优势，流速小时，横向环流占优势。上一页下一页返回６.２河流地质作用一般在河流的中下游、平原区河流或处于老年期的河流；由于河湾增多，纵坡变小，流速降低，横向环流的作用相对增强，从这个意义上来说，以侧蚀作用为主；在河流的上游，由于河床纵坡大、流速大，纵流占主导地位，从总体上来说，以下蚀作用为主。（２）河流的搬运作用。河流的搬运作用是指河流在流动过程中夹带沿途冲刷侵蚀下来的物质（如泥砂、石块）离开原地的移动作用。河流的侵蚀和堆积作用，在一定意义上都是通过搬运过程来进行的。河水搬运能量的大小，取决于河水的流量和流速，在一定的流量条件下，流速是影响搬运能量的主要因素。河流搬运物的粒径d与水流流速v的平方成正比，即d∝v２。上一页下一页返回６.２河流地质作用河流搬运的物质主要来自谷坡冲刷、崩落、滑塌下来的产物和冲沟内洪流冲刷出来的产物，其次是河流侵蚀河床的产物。流水搬运的方式可分为物理搬运和化学搬运两大类。物理搬运的物质主要是泥砂石块，化学搬运的物质则是可溶解的盐类和胶体物质。根据流速、流量和泥砂石块大小的不同，物理搬运又可分为悬浮式、跳跃式和滚动式三种。悬浮式的搬运主要是颗粒细小的砂和黏性土，悬浮于水中或水面，顺流而下。悬浮式搬运是河流搬运的重要方式之一，它搬运的物质数量最大。跳跃式搬运的物质一般为块石、卵石和粗砂，它们有时被急流、涡流卷入水中向前搬运，有时则被缓流推着沿河底滚动。上一页下一页返回６.２河流地质作用滚动式的搬运主要是巨大的块石、砾石，它们只能在水流强烈冲击下，沿河底缓慢向下游滚动。化学搬运的距离最远，水中各种离子和胶体颗粒多被搬运到湖、海盆地中，当条件适合时，它们会在湖、海盆地中产生沉积。河流在搬运过程中，随着流速逐渐减小，被携带物质按其大小和质量陆续沉积在河床中，上游河床中沉积物较粗大，越向下游沉积物颗粒越细小；从河床断面上看，流速逐渐减小时，粗大颗粒先沉积下来，细小颗粒后沉积、覆盖在粗大颗粒之上，从而在垂直方向上显示出层理。在河流平面上和断面上，沉积物颗粒大小的这种有规律的变化称为河流的分选作用。上一页下一页返回６.２河流地质作用另外，在搬运过程中，被搬运物质与河床之间、被搬运物质互相之间，都不断地在发生摩擦、碰撞，从而使原本有棱角的岩屑、碎石逐渐磨去棱角而成浑圆形状，成为在河床中常常见到的砾石、卵石和砂，它们都具有一定的磨圆度，这种作用称为河流的磨蚀作用。良好的分选性和磨圆度是河流沉积物区别于其他成因沉积物的重要特征。（３）河流的沉积作用与冲积层。河流在运动过程中，能量不断受到损失。当河水夹带的泥砂、砾石等搬运物质超过了河水的搬运能力时，被搬运的物质便在重力作用下逐渐沉积下来，称为沉积作用；河流的沉积物称为冲积层。上一页下一页返回６.２河流地质作用河流沉积物几乎全部是泥砂、砾石等机械碎屑物，而化学溶解的物质多在进入湖盆或海洋等特定环境后才开始发生沉积。从河谷单元来看，冲积层的特点可以分为河床相与河漫滩相两大部分。河床相沉积物颗粒较粗。河漫滩相下部为河床沉积物，颗粒粗；表层为洪水期沉积物，颗粒细，以黏土、粉土为主。这两种不同特点的河谷沉积层被称为“二元结构”。从河流纵向延伸来看，由于不同地段流速的降低情况不同，各处形成的沉积层就具有不同的特点，其基本可分为四大类型段：在山区，河床纵坡陡、流速大，侵蚀能力较强，沉积作用较弱。河床冲积层多以巨砾、卵石和粗砂为主。上一页下一页返回６.２河流地质作用当河流由山区进入平原时，流速骤然降低，大量物质沉积下来，形成冲积扇。冲积扇的形状和特征与洪积扇相似，但冲积扇规模较大，冲积层的分选性及磨圆度更高。在河流中、下游，则由细小颗粒的沉积物组成广大的冲积平原。更多的情况是大河河口都能逐渐积累冲积层，它们在水面以下呈扇状分布，扇顶位于河口，扇缘则伸入海中，冲积层露出水面的部分形如一个其顶角指向河口的倒三角形，故称河口冲积层为三角洲，如图６．４所示。三角洲的内部构造与洪积扇、冲积扇相似：下粗上细，即近河口处较粗，距河口越远越细。上一页下一页返回６.２河流地质作用不同的是，在河口外有一个比河床更陡的斜坡在水下伸向海洋，此斜坡远离海岸后渐趋平缓，三角洲就沉积在此斜坡上。随着河流不断带来沉积物，三角洲的范围也不断向海洋方面拓展，由于各种条件不同，拓展速度也不同。从冲积层的形成过程中可知它具有以下特征：冲积层分布在河床、冲积扇、冲积平原或三角洲中；冲积层的成分非常复杂，河流汇水面积内的所有岩石和土都能成为该河流冲积层的物质来源。山区河流沉积物较薄，颗粒较粗，承载力较高且易清除，地基条件较好。上一页下一页返回６.２河流地质作用由于冲积平原分布广，表面坡度比较平缓，多数大、中城市都坐落在冲积层上。道路也多选择在冲积层上通过。作为工程建筑物的地基，砂、卵石的承载力较高，黏性土较低。在冲积平原应特别注意冲积层中的两种不良沉积物：一种是软弱土层，如牛轭湖、沼泽地中的淤泥、泥炭等；另一种是容易发生流砂现象的细、粉砂层。遇到它们应当采取专门的设计和施工措施。三角洲沉积物含水量高，其常呈饱和状态，承载力较低。但其最上层因长期干燥，故比较硬实，承载力较下面高，俗称硬壳层，可用作低层建筑物的天然地基。上一页下一页返回６.２河流地质作用冲积层中的砂、卵石、砾石常被选用为建筑材料。因厚度稳定、延续性好的砂、卵石层是丰富的含水层，可以作为良好的供水水源。６.２.３河流阶地河谷内河流侵蚀或沉积作用形成的阶梯状地形称为阶地或台地。若阶地延伸方向与河流方向垂直则称为横向阶地；若阶地延伸方向与河流方向平行则称为纵向阶地。横向阶地是由于河流经过各种悬崖、陡坎，或经过各种软硬不同的岩石，其下切程度不同而造成的。河流在经过横向阶地时常呈现为跌水或瀑布，故横向阶地上较难保存冲积物，并且随着强烈下蚀作用的继续进行，这些横向阶地将向河源方向不断后退。上一页下一页返回６.２河流地质作用纵向阶地（图６．５）是地壳上升运动与河流地质作用的结果。地壳每一次剧烈上升，便使河流侵蚀基准面相对下降，大大加速了下蚀的强度，河床底被迅速向下切割，河水面随之下降，以致再到洪水期时也淹没不到原来的河漫滩了。这样，原来的老河漫滩就变成了最新的级阶地，原来的级阶地变为级阶地……以此类推，在最下面则形成新的河漫滩。道路沿河流行进，通常都选择在纵向阶地上，故一般不加以说明时，阶地即指纵向阶地。一条河流有多少级阶地是由该地区地壳上升次数决定的，每剧烈上升一次就应当有相应的一级阶地，例如，兰州地区的黄河就有六级阶地。上一页下一页返回６.２河流地质作用根据河流阶地组成物质的不同，可以把阶地分为三种基本类型，如图６．６所示。（１）侵蚀阶地。侵蚀阶地也称基岩阶地，是指阶地表面由河流侵蚀而成，表面只有很少的冲积物，主要由被侵蚀的岩石构成。侵蚀阶地多位于山区，是由于地壳上升很快、河流下切极强造成的。（２）基座阶地。基座阶地是指阶地表面有较厚的冲积层，但地壳上升、河流下切较深，以致切透了冲积层，切入了下部基岩以内一定深度。从阶地斜坡上可以明显地看出，阶地由上部冲积层和下部基岩两部分构成。上一页下一页返回６.２河流地质作用（３）冲积阶地。冲积阶地也称堆积阶地或沉积阶地，是指整个阶地在阶地斜坡上出露的部分均由冲积层构成，表明该地区冲积层很厚，地壳上升引起的河流下切未能把冲积层切透。根据阶地的形成过程，在野外辨认河流阶地时应注意两方面的特征，即形态特征和物质组成特征。从形态上看，阶地表面一般较平缓，纵向微向下游倾斜，其倾斜度与本段河床底坡接近，横向微向河中心倾斜。河床两侧同一级阶地，其阶地表面距河水面高差应当相近。某些较老的阶地，由于长时间受到地表水的侵蚀作用，平整的阶地表面破坏，形成高度大致相等的小山包。上一页下一页返回６.２河流地质作用应当指出，不能只从形态上辨认阶地，以免与人工梯田、台坎混淆，还必须从物质组成上研究。由于阶地由老的河漫滩形成，它应由黏性土、砂、卵石等冲积层组成。就侵蚀阶地而言，在基岩表面上也应或多或少地保留冲积物。因此，冲积物是阶地物质组成中最重要的物质特征。６.２.４河流侵蚀、淤积作用的治理（１）不同类型河床的主流线与崩岸位置。河流的主流线靠近河岸时，河岸土层会发生崩塌。由于河床类型的不同，主流线靠岸位置不相同，崩岸的位置也不相同。在弯曲河床的上半段，主流线靠近凸岸上方，然后流入凹岸顶点；在弯曲河床的下半段，主流线靠向凹岸。上一页下一页返回６.２河流地质作用所以，在弯曲河床的凸岸边滩的上方、凹岸顶点的下方，常常都是崩岸部位，如图６．７（ａ）所示。在顺直河床上，深槽与边滩往往成犬牙交错地分布；在深槽处，主流线常常是靠近河岸的，成为顺直河床的崩岸部位，如图６．７（ｂ）所示。随着深槽的下移，崩岸的部位一般不固定。游荡河床，主流线也随着江心洲的变化在河床中动荡不定，崩塌部位也是不固定的。分汊河床，江心洲洲头常常处于主流顶冲的部位，如图６．７（ｃ）所示，其常常都是护岸工程重点守护的地段。（２）防护措施。由于全球悬河化现象在不断地发展，使得治河问题的研究具有重要的意义。上一页下一页返回６.２河流地质作用对于河流侧向侵蚀及因河道局部冲刷而造成的崩岸等灾害，一般采用护岸工程或使主流线偏离被冲刷地段等防治措施。护岸工程。直接加固岸坡。常在岸坡或浅滩地段植树、种草。护岸工程有抛石护岸和砌石护岸两种。即在岸坡砌筑石块或抛石，以消减水流能量，保护岸坡不受水流直接冲刷。石块的大小应以不致被水流冲走为原则，可按下式确定：抛石体的水下边坡不宜超过１∶１，当流速较大时，可放缓至１∶３。石块应选择未风化、耐磨、遇水不崩解的岩石。上一页下一页返回６.２河流地质作用约束水流。顺坝和丁坝，顺坝又称导流坝，丁坝又称半堤横坝。常将丁坝和顺坝布置在凹岸以约束水流，使主流线偏离受冲刷的凹岸。丁坝常斜向下游，夹角为６０°~７０°，它可使水流冲刷强度降低１０％~１５％，如图６．８所示。约束水流以防止淤积束窄河道、封闭支流、截直河道、减少河道的输砂率等均可起到防止淤积的作用。也常采用顺坝、丁坝或二者组合使河道增加比降和冲刷力，以达到防止淤积的目的。上一页返回６.３崩塌６.３.１崩塌的类型及其形成条件（１）崩塌的类型。崩塌是指陡峻斜坡上的岩土体在重力作用下，脱离母岩，突然而猛烈地由高处崩落下来，堆积在坡脚（或沟谷）的地质现象。崩塌物下坠的速度很快，一般为５２００ｍ／ｓ，有的可达自由落体的速度。崩塌不仅发生在山区的陡峻斜坡上，也会发生在河流、湖泊及海边的高陡岸坡上，还可以发生在公路路堑的高陡边坡上。当岩崩的规模巨大涉及山体者，又称为山崩。在陡崖上个别较大岩块崩落、翻滚而下的则称为落石。在强烈物理风化作用下，把斜坡上岩体中较细小的碎块、岩屑沿坡面坠落或滚动的现象称为剥落。下一页返回６.３崩塌崩塌是山区公路常见的一种突发性病害现象，小的崩塌对行车安全及路基养护工作影响较大；大的崩塌不仅会破坏公路、桥梁，击毁行车，有时崩积物堵塞河道，还会引起路基水毁，严重者影响着交通营运及安全，甚至会迫使放弃已成道路的使用。（２）崩塌的形成条件。坡面条件。江、河、湖（水库）、沟的岸坡及各种山坡，铁路、公路边坡等各类人工边坡都是有利崩塌产生的地貌部位，一般在陡崖临空面高度大于３０ｍ、坡度大于５０°的高陡斜坡、孤立山嘴或凸形陡坡及阶梯形山坡均为崩塌形成的有利地形。上一页下一页返回６.３崩塌岩性条件。通常岩性坚硬的岩浆岩、变质岩及沉积岩类中的石灰岩、石英砂岩等，均具有较大的抗剪强度和抗风化能力，能形成高峻的斜坡，在外界因素的影响下，一旦斜坡稳定性遭到破坏，即产生崩塌现象。所以，崩塌常发生在坚硬、性脆的岩石构成的斜坡上。另外，在软硬互层的悬崖上，因差异风化硬质岩层常形成突出的悬崖，软质岩层易风化形成凹崖坡，使其上部硬质岩失去支撑，也容易引起较大的崩塌。构造条件。如果斜坡岩层或岩体完整性好，就不容易发生崩塌。上一页下一页返回６.３崩塌实际上，自然界的斜坡，经常是由性质不同的岩层以各种不同的构造和产状组合而成的，而且常常为各种结构面所切割，从而削弱了岩体内部的联结，为产生崩塌提供了条件。各种软弱结构面，如裂隙面、岩层层面、断层面、软弱夹层及软硬互层的坡面对坡体的切割、分离，为崩塌的形成提供脱离母体（山体）的边界条件。当其软弱结构面倾向于临空面且倾角较大时，易于发生崩塌。或者坡面上两组呈楔形相交的结构面，当其组合交线倾向临空面时，也会发生崩塌。坡面条件、岩性条件、构造条件三者又统称地质条件，它是形成崩塌的基本条件。上一页下一页返回６.３崩塌诱发崩塌的外界因素。地震使土石松动，易引起大规模的崩塌，一般烈度在七度以上的地震都会诱发大量崩塌的发生。大气降水和地下水大规模的崩塌多发生在暴雨或久雨之后，这是因为边坡和山坡中的地下水，往往可以直接得到大气降水的补给。充满裂隙中的地下水及其流动，对潜在崩塌体产生静水压力和动水压力，产生向上的浮托力；岩体和充填物由于水的浸泡，抗剪强度大大降低；充满裂隙的水使不稳定岩体和稳定岩体之间的侧向摩擦力减小。通过雨水和地下水的联合作用，使斜坡的潜在崩塌体更易于失稳。当地表水体不断地冲刷、浸泡坡脚，削弱坡体支撑或软化岩、土，降低坡体强度时，也能诱发崩塌的发生。上一页下一页返回６.３崩塌斜坡上的岩体在各种风化应力的长期作用下，其强度和稳定性不断降低，最后导致崩塌。边坡设计过高过陡，公路路堑开挖过深，不适宜地采用大爆破施工等也会导致崩塌的发生。（３）确定崩塌体的边界。崩塌体的边界特征决定崩塌体的规模大小。崩塌体边界的确定主要依据坡体的地质结构。应查明坡体中所发育的裂隙面、岩层面、断层面等结构面的延伸方向、倾向和倾角大小及规模、发育密度等，即构造面的发育特征。上一页下一页返回６.３崩塌通常情况下，平行斜坡延伸方向的陡倾构造面，易构成崩塌体的后部边界；垂直坡体延伸方向的陡倾构造面或临空面常形成崩塌体的两侧边界；崩塌体的底界常由倾向坡外的构造层或软弱带组成，也可由岩、土体自身折断形成。调查各种构造面的相互关系、组合形式、交切特点、贯通情况及它们能否将或已将坡体切割，并与母体（山体）分离。综合分析调查结果，那些相互交切、组合，可能或已经将坡体切割与其母体分离的构造面就是崩塌体的边界面。其中，被靠外侧和贯通（水平及垂直方向上）性较好的构造面所围的崩塌体的危险性最大。上一页下一页返回６.３崩塌６.３.２崩塌的防治（１）防治原则。由于崩塌发生得突然而猛烈，治理比较困难，而且十分复杂，所以，一般应采取以防为主的原则。在选线时，应根据斜坡的具体条件，认真分析发生崩塌的可能性及其规模。对有可能发生大、中型崩塌的地段，应尽量避开。若完全避开有困难，可调整路线位置，离开崩塌影响范围一定距离，尽量减少防治工程；或考虑其他通过方案（如隧道、明洞等），以确保行车安全。对可能发生小型崩塌或落石的地段，应视地形条件进行经济比较，确定绕避还是设置防护工程。上一页下一页返回６.３崩塌在设计和施工中，避免使用不合理的高陡边坡，避免大挖大切，以维持山体的平衡稳定。在岩体松散或构造破碎地段，不宜使用大爆破施工，以避免因工程技术上的失误而引起崩塌。（２）防治措施。排水。在有水活动的地段，布置排水构筑物，以进行拦截疏导，防止水流渗入岩土体而加剧斜坡的失稳。排除地面水可修建截水沟、排水沟；排除地下水，可修建纵、横盲沟等。刷坡清除。山坡或边坡坡面崩塌岩块的体积及数量不大，岩石的破碎程度不严重，可采用全部清除并放缓边坡。上一页下一页返回６.３崩塌坡面加固。当边坡或自然坡面比较平整、岩石表面风化易形成小块岩石呈零星坠落时，宜进行坡面防护，以阻止风化发展，防止零星坠落。可采用水泥砂浆封面、护面等措施，有时也可用支护墙，既可防护坡面，又可起到支撑作用。当坡面渗水或者岩层节理发育、风化程度严重时，还需相应采用挂网喷射水泥砂浆、锚固等措施。拦截防御。在岩体严重破碎，经常发生落石的路段，宜采用柔性防护系统或拦石墙与落石槽等拦截构造物。拦石墙与落石槽宜配合使用，设置位置可根据地形合理布置，落石槽的槽深和底宽通过现场调查或试验确定。拦石墙墙背应设缓冲层，并按公路挡土墙设计，墙背压力应考虑崩塌冲击荷载的影响。上一页下一页返回６.３崩塌危岩支顶。对在边坡上局部悬空的岩石，但是岩体仍较完整，有可能成为危岩，并且清除困难时，可视具体情况采用钢筋混凝土立柱、浆砌片石支顶或柔性防护系统。遮挡工程。当崩塌体较大、发生频繁且距离路线较近而设拦截构造物有困难时，可采用明洞、棚洞等遮挡构造物处理。对于上述的各种防治措施，应根据地形、地质条件、有关技术标准结合使用，并在工程造价等方面进行全面的经济技术比较后再确定。上一页返回６.４滑坡斜坡上的岩体或土体在重力作用下沿滑动面（或滑动带）整体地向下滑动的现象称为滑坡，俗称“走山”“垮山”“地滑”等。滑坡是山区公路的主要病害之一。由于山坡或路基边坡发生滑坡，常使交通中断，影响公路的正常运输。大规模的滑坡能堵塞河道、摧毁公路、破坏厂矿、掩埋村庄，对山区建设和交通设施的危害很大。西南地区为我国滑坡分布的主要地区，该地区滑坡类型多、规模大、发生频繁、分布广泛、危害严重，已经成为影响国民经济发展和人身安全的制约因素之一。在西北黄土高原地区，以黄土滑坡广泛分布为其显著特征。东南、中南的山岭、丘陵地区滑坡、崩塌也较多。在青藏高原和兴安岭的多年冻土地区，也分布有不同类型的滑坡。下一页返回６.４滑坡对滑坡的处理，一般是采用“以防为主，防治结合”的原则，所以，应该重视滑坡的调查工作。首先要判定滑坡的稳定程度，以便确定路线通过的可能性。路线通过大、中型滑坡，又不易防止其滑动时，一般均采取绕避；对一般比较容易处理的中、小型滑坡，则须查清产生的原因，分清主次，采取适当的处理措施。为了正确地识别滑坡的存在，必须了解有关滑坡的形态特征、形成机理、类型，以利于制订防治措施。６.４.１滑坡的形态发育完整的滑坡，一般都具有下列基本组成部分，如图６．９所示。上一页下一页返回６.４滑坡（１）滑坡体。滑坡体是指滑坡的整个滑动部分，即依附于滑动面向下滑动的岩土体，简称滑体。滑体的规模大小不一，大者达几亿立方米到十几亿立方米。（２）滑动面。滑动面是指滑坡体沿着滑动的面。滑动带是指平行滑动面受揉皱及剪切的破碎地带，简称滑带。滑动面（带）是表征滑坡内部结构的主要标志，它的位置、数量、形状和滑动面（带）土石的物理力学性质，对滑坡的推力计算和工程治理具有重要意义。滑动面的形状，因地质条件而异。发生在均质黏性土和软质岩体中的滑坡，一般多呈圆弧形；沿岩层层面或构造裂隙发育的滑坡，滑动面多呈直线形或折线形。上一页下一页返回６.４滑坡滑坡床是指滑体滑动时所依附的下伏不动体，简称滑床。（３）滑坡后壁。滑坡后壁是指滑坡发生后，滑坡体后缘和斜坡未动部分脱开的陡壁。有时可见擦痕，以此识别其滑动方向。滑坡后壁在平面上多呈圈椅状，其后壁高度自几厘米到几十米，陡坡坡度一般为６０°~８０°。（４）滑坡台阶。滑坡台阶是指滑体滑动时由于各段土体滑动速度的差异，在滑坡体表面形成台阶状的错台。（５）滑坡舌。滑坡舌是指滑坡体前缘形如舌状的凸出部分。（６）滑坡鼓丘。滑坡鼓丘是指滑坡体前缘受到阻碍产生的隆起部分。上一页下一页返回６.４滑坡（７）滑坡裂隙。滑坡裂隙是指由于各部分移动的速度不等，在其内部及表面所形成的一系列裂隙。位于滑体上（后）部多呈弧形展布者称为拉张裂隙，其因受滑坡体向下滑动的拉力而产生。位于滑体中部两侧又常伴有羽毛状排列的裂隙称为剪切裂隙；滑坡体前部因滑动受阻而隆起形成的张性裂隙称为鼓张裂隙；位于滑坡体中前部尤其滑舌部呈放射状展布者称为扇状裂隙。（８）滑坡周界。滑坡周界是指滑坡体和周围不动体在平面上的分界线。（９）滑坡洼地。滑坡洼地是指滑动时滑坡体与滑坡后壁间拉开成的沟槽，或中间低四周高的封闭洼地。上一页下一页返回６.４滑坡较老的滑坡由于风化、水流冲刷、坡积物覆盖，往往使原来的构造、形态特征遭到破坏，不易被观察。但在一般情况下，必须尽可能地将其形态特征识别出来，以助于确定滑坡的性质和发展状况，为整治滑坡提供可靠的资料。６.４.２滑坡发生的条件（１）岩土类型。岩、土体是产生滑坡的物质基础。通常，各类岩、土都有可能构成滑坡体，其中结构松软、抗剪强度和抗风化能力较低，在水的作用下其性质易发生变化的岩、土，如松散覆盖层、黄土、红黏土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡。上一页下一页返回６.４滑坡（２）地质构造。斜坡岩、土只有被各种结构面切割分离成不连续状态时，才可能具备向下滑动的条件。无论是土层还是岩层，滑动面常发生在顺坡的层面、大节理面、不整合面、断层面（带）等软弱结构面上，这是因为其抗剪强度较低，当斜坡受力情况突然改变时，其可能成为滑动面。同时，结构面又为降雨等进入斜坡提供了通道，特别是当平行和垂直斜坡的陡倾构造面及顺坡缓倾的构造面发育时，最易发生滑坡。（３）水。水是滑坡产生的重要条件，绝大多数滑坡都是由沿饱含地下水的岩体软弱结构面产生的。上一页下一页返回６.４滑坡它的作用主要表现在：软化岩、土，降低岩、土体强度，潜蚀岩、土，增大岩、土重度，对透水岩石产生浮托力等。尤其是对滑坡（带）的软化作用和降低强度作用最突出。诱发滑坡发生的因素还有：地震；降雨和融雪；河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷；违反自然规律，破坏斜坡稳定条件的人类活动，如开挖坡脚、坡体堆载、爆破、水库蓄（泄）水、矿山开采等都可诱发滑坡。６.４.３滑坡的类型根据滑坡体的物质组成、滑坡体厚度、滑动面与层面的关系等，滑坡可划分出以下几种类型：上一页下一页返回６.４滑坡（１）按滑坡体的物质组成分类［图６．１０（ａ）］。黄土滑坡。黄土滑坡发生于黄土地区，其多属崩塌性滑坡，滑动速度快，变形急剧，规模及动能巨大，常群集出现。黏土滑坡。黏土滑坡发生于第四系与第三系地层中未成岩或成岩不良及有不同风化程度以黏土层为主的地层中，其滑坡地貌明显，滑床坡度较缓，规模较小，滑速较慢，多成群出现。堆积层滑坡。堆积层滑坡发生于斜坡或坡脚处的堆积体中，物质成分多为崩积、坡积土及碎块石，因堆积物成分、结构、厚度不同，滑坡的形状、大小不一，滑坡结构以土石混杂为主。上一页下一页返回６.４滑坡岩层滑坡。发育在两种地区，一种是在软弱岩层或具有软弱夹层的岩层中；另一种是在硬质岩层的陡倾面或结构面上。（２）按滑体厚度分类。浅层滑坡，其滑体厚度＜６ｍ；中层滑坡，其滑体厚度为６２０ｍ；深层滑坡，其滑体厚度＞２０ｍ，规模较大，是典型的发育完全的滑坡地貌。（３）按滑动面与层面的关系分类［图６．１０（ｂ）］。均质层滑坡。均质层滑坡多发生在岩性均一的软弱岩层中（如强烈风化的岩浆岩体或土体中），其滑动面常呈圆弧形。顺层滑坡。顺层滑坡的滑体沿着岩层的层面发生滑动，岩层走向与斜坡走向一致。此类滑坡是自然界分布最广的滑坡。上一页下一页返回６.４滑坡切层滑坡。切层滑坡是指滑坡面切过岩层面而发生的滑坡，此类滑坡多发生在逆向坡中，滑面很不规则。（４）按滑坡体的规模分类。小型滑坡，滑坡体积小于３万ｍ３；中型滑坡，滑坡体积为３万~５０万ｍ３；大型滑坡，滑坡体积为５０万~３００万ｍ３；巨型滑坡，滑坡体积大于３００万ｍ３。（５）按滑坡的力学条件分类。牵引式滑坡。牵引式滑坡主要是由于斜坡坡脚处任意挖方、切坡或流水冲刷，下部失去原有岩土的支撑而丧失其平衡引起的滑坡。上一页下一页返回６.４滑坡推移式滑坡。推移式滑坡主要是由于斜坡上方给以不恰当的加载（修建建筑物、填方、堆放重物等），使上部先滑动，挤压下部，因而，使斜坡丧失平衡而引起的滑坡。６.４.４滑坡的野外识别在沿河谷布设路线时，为防止滑坡对道路造成的危害，应识别河谷两岸有无古滑坡的存在和是否有可能发生滑坡的地段。（１）古滑坡外貌特征的识别。上一页下一页返回６.４滑坡在发生过滑坡的古坡上，必然留下地形、地貌、地层及地物等方面的标志（图６．１１），其常在较平顺的山坡上造成等高线的异常和中断，使斜坡不顺直、不圆滑而造成圈椅状地形和槽谷地形；滑坡舌向河心凸出呈河谷不协调现象；沿滑坡两侧切割较深，常出现双沟同源；在滑坡体的中部常有一级或多级异常台阶状平地；滑坡体下部因受推挤力而呈现微波状鼓丘及滑坡裂缝；滑坡体表面的植物因受不匀速滑移而呈零散分布，树木歪斜零乱呈“醉汉林”“马刀树”；若滑动之前滑坡体上曾建有建筑物，会出现开裂、倾斜、错位等现象。上一页下一页返回６.４滑坡岩质滑坡的地层产状与原生露头有明显的变化，其整体连续性遭到破坏，出现层位缺失或有升降、散乱的现象，构造不连续（如裂隙不连贯，发生错动）等。（２）滑坡先兆现象的识别。不同类型、不同性质、不同特点的滑坡，在滑动之前，均会表现出各种不同的异常现象，显示出滑动的预兆（前兆）。常见的先兆现象归纳起来有以下几种：大滑动之前，在滑坡前缘坡脚处，有堵塞多年的泉水复活现象，或者出现泉水（水井）突然干枯、井（钻孔）水位突变等类似的异常现象。上一页下一页返回６.４滑坡在滑坡体前缘有土石零星掉落，坡脚附近土石被挤紧，并出现大量鼓张裂缝。这是滑坡向前推挤的明显迹象。如果在滑坡体上有长期位移观测资料，那么大滑动之前，无论是水平位移量还是垂直位移量，均会出现加速变化的趋势，这是明显的临滑迹象。坡面上树木逐渐倾斜，建筑物开始开裂变形，另外，还可发现山坡农田变形、水田漏水、动物惊恐异常等现象，这些均说明该处滑坡在缓慢滑动阶段。６.４.５判定滑坡体的稳定性上一页下一页返回６.４滑坡在野外，从宏观角度观察滑坡体，可以根据一些外表迹象和特征，粗略地判断其稳定性。已稳定的老滑坡体具有以下特征：（１）其后壁较高，长满了树木，找不到擦痕，且十分稳定。（２）滑坡平台宽、大且已夷平，其上体密实无沉陷现象。（３）滑坡前缘的斜坡较缓，土体密实，长满树木，无松散坍塌现象。其前缘迎河部分有被河水冲刷过的迹象。（４）目前的河水已远离滑坡舌部，甚至在舌部外已有漫滩、阶地分布。上一页下一页返回６.４滑坡（５）滑坡体两侧的自然冲刷沟切割很深，甚至已达基岩。（６）滑坡体较干燥，地表一般没有泉水或湿地，坡脚有清晰的泉水流出。不稳定的滑坡具有下列迹象：（１）滑坡后壁高、陡，未长草木，常能找到擦痕和裂缝。（２）有滑坡平台，面积不大，且不向下缓倾，有未夷平现象。(3)滑坡表面有泉水、湿地，舌部泉水流量不稳定，且有新生冲沟。（４）滑坡前缘土石松散，小型坍塌时有发生，并面临河水冲刷的危险。上一页下一页返回６.４滑坡（５）滑坡前缘正处在河水冲刷的条件下。６.４.６防治滑坡的主要工程措施滑坡的防治应贯彻“以防为主，整治为辅”的原则。在选择防治措施前，一定要查清楚滑坡的地形、地质和水文地质条件，认真研究和确定滑坡的性质及其所处的发展阶段，了解产生滑坡的原因，结合工程建筑的重要程度、施工条件及其他情况进行综合考虑。（１）滑坡的防治原则。由于大型滑坡的整治工程量大，技术上也很复杂，因此，在勘测阶段应尽可能采用绕避方案。上一页下一页返回６.４滑坡对于中、小型滑坡的地段，一般情况下不必绕避，但是应注意调整路线平面位置，以求得工程量小、施工方便、经济合理的路线方案。当路线通过古滑坡时，应对滑坡体的结构、性质、规模、成因等做详细勘察后，再对路线的平、纵、横作出合理布设；对施工中的开挖、切坡、弃方、填土等都要作通盘考虑，以防止古滑坡的复活。（２）滑坡的防治措施。整治滑坡的工程措施很多，其归纳起来分为三类：一是消除或减轻水的危害；二是改变滑坡体的外形、设置抗滑建筑物；三是改善滑动带土石性质。上一页下一页返回６.４滑坡消除或减轻水的危害———排水（图６．１２），排除滑坡地表水是整治滑坡中不可缺少的辅助措施，而且应是首先采取并长期运用的措施。其目的是拦截、旁引滑坡外的地表水，避免地表水流入滑坡区；或将滑坡范围内的雨水及泉水尽快排除，阻止雨水、泉水进入滑坡体内。排水的主要工程措施有：在滑坡体周围修建截水沟；在滑坡体上设置干支排水系统，汇集旁引坡面径流于滑坡体外排出；整平地表，填塞裂缝和夯实松动地面；筑隔渗层，减少地表水下渗并使其尽快汇入排水沟内，防止沟渠渗漏和溢流于沟外。对于地下水，可疏而不可堵。上一页下一页返回６.４滑坡其主要工程措施有：截水盲沟—用于拦截和旁引滑坡外围的地下水；支撑盲沟—兼具排水和支撑作用；仰斜孔群—用近于水平的钻孔把地下水引出；另外，还有盲洞、渗管、渗井、垂直钻孔等排除滑体内地下水的工程措施。防止河水、库水对滑坡体坡脚冲刷的主要工程措施有：设置护坡、护岸、护堤，在滑坡前缘抛石、铺设石笼等防护工程或导流构造物，以使坡脚的土体免受河水冲刷（图６．１３）。减重和反压。对推移式的滑坡，在上部主滑地段减重，常能起到根治的效果。对其他性质的滑坡，在主滑地段减重也能起到减小下滑力的作用。上一页下一页返回６.４滑坡减重一般适用于滑坡床为上陡下缓、滑坡后壁及两侧有稳定的岩土体，不至于因减重而引起滑坡向上和向两侧发展造成后患的情况。对于错落转变成的滑坡，采用减重使滑坡达到平衡，效果比较显著。对于有些滑坡的滑带土或滑坡体，具有卸荷膨胀的特点，减重后使滑带土松弛膨胀，尤其是地下水浸湿后，其抗滑力减小，引起滑坡。因此，具有这种特点的滑坡，不能采用减重法。另外，减重后将增大暴露面，有利于地面水渗入坡体和使坡体岩石风化，应充分考虑这些不利因素。在滑坡的抗滑段和滑坡体外前缘堆填土石加重，如做成堤、坝等，能增大抗滑力而稳定滑坡。上一页下一页返回６.４滑坡但是必须注意只能在抗滑段加重反压，不能填于主滑地段。而且填方时，必须做好地下排水工程，不能因填土堵塞原有地下水出口，造成后患。对于某些滑坡根据设计计算后，确定需减少的下滑力大小，同时，在其上部进行部分减重和下部反压。减重和反压后，应检验滑面从残存的滑体薄弱部位及反压体底面滑出的可能性。修筑支挡工程。因失去支撑而引起滑动的滑坡，或滑坡床陡、滑动可能较快的滑坡，采用修筑支挡工程的办法，可增加滑坡的重力平衡条件，使滑体迅速恢复稳定。上一页下一页返回６.４滑坡支挡建筑物有抗滑挡墙、抗滑桩、锚杆和锚固桩等。ａ．抗滑挡墙一般指重力式挡墙，挡墙的设置位置一般位于滑体的前缘。如滑坡为多级滑动，当推力太大，在坡脚一级支挡施工量较大时，可分级支挡。ｂ．抗滑桩适用于深层滑坡和各类非塑性流滑坡，其对缺乏石料的地区和处理正在活动的滑坡，更为适宜。ｃ．锚（杆）索挡墙是近２０年来发展起来的新型支挡结构，它可节约材料，成功地代替了庞大的混凝土挡墙。锚（杆）索挡墙由锚杆、肋柱和挡板三部分组成。上一页下一页返回６.４滑坡滑坡推力作用在挡板上，由挡板将滑坡推力传于肋柱，再由肋柱传至锚杆上，最后通过锚（杆）索传到滑动面以下的稳定地层中，靠锚（杆）索的锚固来维持整个结构的稳定。改善滑动带土石性质。一般采用焙烧法（＞８００℃）、压浆及化学加固等物理化学方法对滑坡进行整治。由于滑坡成因复杂、影响因素多，因此，常常需要上述几种方法同时使用、综合治理，方能达到目的。上一页返回６.５泥石流６.５.１泥石流的主要危害方式泥石流是一种水、泥、石的混合物，泥石流中所含固体体积一般超过１５％，最高可达80％，其重度可达１８ｋＮ／ｍ３。泥石流往往在一个地段上突然爆发，能量巨大，来势凶猛，历时短暂，复发频繁。泥石流的前锋是一股浓浊的洪流，其固体含量很高，形成高达几米至十几米的“龙头”顺沟倾泻而下，冲刷、搬运、堆积十分迅速，可在很短的时间内运出几十万至数百万立方米的固体物质和成百上千吨巨石，它们可以摧毁前进途中的一切障碍，掩埋村镇、农田，堵塞江河，造成巨大的生命财产损失。下一页返回６.５泥石流因此，“冲”和“淤”是泥石流的主要活动特征和主要危害方式。“冲”是以巨大的冲击力作用于建筑物而造成直接的破坏；“淤”是构造物被泥石流搬运停积下来的泥、砂、石淤埋。“冲”的危害方式主要有冲刷、冲击、冲毁、磨蚀、直进性爬高等多种危害形式。“淤”的危害方式主要有堵塞、淤埋、冲毁、堵河阻水、挤压河道，使河床剧烈淤高、冲刷对岸，使山体失稳，淤塞涵洞，淤坦道路，直接损坏工程、缩短使用寿命。６.５.２泥石流形成的基本条件上一页下一页返回６.５泥石流泥石流的形成必须同时具备以下三个条件：陡峻且便于集水、集物的地形地貌；丰富的松散物质；短时间内有大量的水资源。（１）地形地貌条件。其需在地形上具备高沟深、地势陡峻、沟床纵坡降大、流域形态有利于汇集周围山坡上的水流和固体物质的条件。在地貌上，泥石流的地貌一般可分为上游形成区、中游流通区和下游堆积区三部分。上游形成区的地形多为三面环山、一面出口的瓢状或漏斗状，山体破碎、植被生长不良，这样的地形有利于水和碎屑物质的集中；中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷，谷床纵坡降大，使上游汇集到此的泥石流形成迅猛直泻之势；下游堆积区为地势开阔平坦的山前平原或河谷阶地，使倾泻下来的泥石流到此堆积起来。上一页下一页返回６.５泥石流（２）地质条件。泥石流常发生于地质构造复杂、断裂褶皱发育、新构造活动强烈、地震烈度较高的地区。地表岩层破碎，滑坡、崩塌、错落等不良地质现象发育，为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源；另外，在岩层结构疏松软弱、易于风化、节理发育，或软硬相间成层地区，因岩层结构易受破坏，也能为泥石流提供丰富的碎屑物来源。（３）水文气象条件。水既是泥石流的重要组成部分，又是泥石流的重要激发条件和搬运介质（动力来源）。泥石流的水源有强度较大的暴雨、冰川积雪的强烈消融和水库突然溃决等。（４）人为因素。上一页下一页返回６.５泥石流滥伐乱垦会使植被消失、山坡失去保护、土体疏松、冲沟发育，大大加重水土流失，使山坡稳定性遭到破坏，滑坡、崩塌等不良地质现象发育，结果就很容易产生泥石流，甚至使那些已退缩的泥石流又有重新发展的可能。修建铁路、公路、水渠以及其他建筑的不合理开挖，不合理的弃土、弃渣、采石等也可能形成泥石流。６.５.３泥石流的类型上一页下一页返回６.５泥石流（１）泥石流按其物质成分可分为以下几种：由大量黏性土和粒径不等的沙粒、石块组成的称为泥石流，如西藏波密、四川西昌、云南东川和甘肃武都等地区的泥石流，均属于此类；以黏性土为主，含少量砂粒、石块，黏度大，呈稠泥状的称为泥流，这种泥流主要分布在我国西北黄土高原地区；由水和大小不等的砂粒、石块组成的称为水石流，它是石灰岩、大理岩、白云岩和玄武岩分布地区常见的类型，如华山、太行山、北京西山等地区分布这种类型的泥石流。（２）泥石流按其物质状态可分为：一是黏性泥石流，指含大量黏性土的泥石流或泥流。其特征是：黏性大，密度高，有阵流现象。其固体物质占４０％~６０％，最高达８０％。上一页下一页返回６.５泥石流水不是搬运介质，而是组成物质。其稠度大，石块呈悬浮状态，爆发突然，持续时间短，不易分散，破坏力大。二是稀性泥石流，其以水为主要成分，黏土、粉土含量一般小于５％，固体物质占１０％~４０％，具有很大的分散性。搬运介质为浑水或稀泥浆，砂粒、石块以滚动或跃移方式前进，具有强烈的下切作用，其堆积物在堆积区呈扇状散流，停积后似“石海”。６.５.４泥石流的防治原则及措施（１）泥石流的防治原则。选线是泥石流地区公路设计的首要环节。若选线恰当，可避免或减少泥石流危害；若选线不当，可导致或增加泥石流危害。上一页下一页返回６.５泥石流路线平面及纵面的布置，基本上决定了泥石流防治可能采取的措施，所以，防治泥石流首先要从选线考虑。高等级公路最好避开泥石流地区。在无法避开时，也应按避重就轻的原则，尽量避开规模大、危害严重、治理困难的泥石流沟，而走危害较轻的一岸，或在两岸之间迂回穿插。如过河绕避困难或不适合时，也可在沟底以隧道或明洞穿过。当大河的河谷很开阔，洪积扇未达到河边时，可将公路线路选在洪积扇淤积范围之外通过。这时路线线形一般比较舒顺，纵坡也比较平缓，但可能存在以下问题：洪积扇逐年向下延伸淤埋路基；大河摆动，使路基遭受水毁。上一页下一页返回６.５泥石流路线跨越泥石流沟时，首先应考虑从流通区或沟床比较稳定、冲淤变化不大的堆积扇顶部用桥跨越。但应注意这里的泥石流搬运力及冲击力最强，还应注意这里有无转化为堆积区的趋势。因此，要预留足够的桥下排洪净空。如泥石流的流量不大，在全面考虑的基础上，路线也可以在堆积扇中部以桥隧或过水路面通过。采用桥隧时，应充分考虑两端路基的安全措施。这种方案往往很难克服排导沟的逐年淤积问题。通过散流发育并有相当固定沟槽的宽大堆积扇时，宜按天然沟床分散设桥，不宜改沟归并。如堆积扇比较窄小，散流不明显，则可集中设桥，一桥跨过。上一页下一页返回６.５泥石流（２）泥石流的防治措施。对于泥石流病害，应进行调查，通过访问、测绘、观测等获得第一手资料，掌握其活动规律，有针对性地采取“预防为主、以避为宜、以治为辅，防、避、治相结合”的方针。泥石流的治理要因势利导，顺其自然，就地论治，因害设防和就地取材，应充分发挥排、挡、固防治技术的联合特殊作用。跨越工程。桥梁适用于跨越流通区的泥石流沟或洪积扇区的稳定自然沟槽；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，隧道方案应与其他方案作技术经济比较后确定；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。上一页下一页返回６.５泥石流对于三、四级公路，当泥石流规模不大、固体物质含量低、不含有较大石块，并有顺直的沟槽时，方可采用涵洞；过水路面适用于穿过小型坡面泥石流沟的三、四级公路。防护工程。防护工程是指对泥石流地区的桥梁、隧道、路基及其他重要工程设施，修建一定的防护建筑物，用以抵御或消除泥石流对主体建筑物的冲刷、冲击、侧蚀和淤埋等危害。防护工程主要有护坡、挡墙、顺坝和丁坝等。排导工程。排导工程是指在泥石流下游设置排导措施，使泥石流顺利排除。其作用是改善泥石流流势、增大桥梁等建筑物的泄洪能力，使泥石流按设计意图顺利排泄。上一页下一页返回６.５泥石流排导工程包括渡槽、排导沟、导流堤等。其中，排导沟适用于有排沙地形条件的路段，其出口应与主河道衔接，出口标高应高出主河道２０年一遇的洪水水位。渡槽适用于排泄量小于３０ｍ３／ｓ的泥石流，且地形条件应能满足渡槽设计纵坡及行车净空要求。拦挡工程。拦挡工程是指在中游流通段，用以控制泥石流的固体物质和雨洪径流，用于改变沟床坡降，降低泥石流速度，以减少泥石流对下游工程的冲刷、撞击和淤埋等危害的工程设施。拦挡措施有：拦挡坝、格栅坝、停淤场等。拦挡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，以及流域来沙量大，沟内崩塌、滑坡较多的河段。上一页下一页返回６.５泥石流格栅坝适用于拦截流量较小、大石块含量少的小型泥石流。对于防治泥石流，常将多种措施相结合，这比用单一措施更为有效。６.５.５减轻崩塌、滑坡、泥石流灾害的生物措施崩塌、滑坡、泥石流三者常常具有相互联系、相互转化和不可分割的密切关系。崩塌和滑坡，它们常常相伴而生，产生于相同的地质构造环境中和相同的地层岩性构造条件下，且有着相同的触发因素，容易产生滑坡的地带也是崩塌的易发区。上一页下一页返回６.５泥石流崩塌、滑坡在一定条件下可互相诱发、互相转化。（１）崩塌、滑坡与泥石流的关系。崩塌、滑坡与泥石流的关系十分密切，易发生滑坡、崩塌的区域也易发生泥石流，并且崩塌和滑坡的物质经常是泥石流的重要固体物质来源。崩塌、滑坡还常常在运动过程中直接转化为泥石流等，即泥石流是崩塌和滑坡的次生灾害，泥石流与崩塌、滑坡有着许多相同的促发因素。（２）减轻崩塌、滑坡、泥石流灾害的生物措施。生物措施是防治水土流失，减轻崩塌、滑坡、泥石流灾害的主要措施之一。上一页下一页返回６.５泥石流乱砍滥伐、毁林开荒、过度放牧以及人类不合理的生产、生活活动所致的生态环境破坏，也是水土流失的主要原因，许多崩塌、滑坡、泥石流灾害即是水土流失恶性发展的直接结果。减轻崩塌、滑坡、泥石流灾害的生物措施主要有：植树造林、封山育草，改良耕作技术以及改善对生态环境有重要影响的农、牧业管理方式等。运用以现浇网格生态护坡技术为代表的生态修复技术有效地保护坡面、减少坡面物质的流失量、固结土层、调节坡面水流、削减坡面径流量、增大坡体的抗冲蚀能力，其对崩塌、滑坡、泥石流灾害的发生起到了缓减作用。上一页下一页返回６.５泥石流现浇网格生态护坡技术是利用生态学生物群落原理，采用特制模板在边坡上现场浇筑护坡网格，坡内加设锚杆，形成整齐一致的鱼鳞坑型立体网格系统，稳定坡面，并在网格内种植抗逆性植被，达到边坡防护、蓄积雨水、水土保持、植被恢复的一种新型边坡生态修复技术。该技术通过鱼鳞格结构保土蓄水，利用土体极限平衡原理和网格与锚杆形成的三维立体结构保护边坡，种植抗逆性强的乡土植物，营造自然生态群落，实现了边坡稳定和生态修复的双重效果，如图６．１４所示。上一页返回６.６岩溶６.６.１岩溶作用的基本条件在岩溶地区，水与岩石是构成岩溶作用的一对矛盾。就岩石而言，首先其必须是可溶的，否则水就不可能进行溶蚀，岩溶作用也就无从发生；其次，岩石必须是透水的，当岩石具有透水性时，地表水才能渗入地下井转化为地下水，这样地下水才能起主导作用，形成作为岩溶标志的地下洞穴。就水而言，首先水必须具有溶蚀力，如果水没有溶蚀力，岩溶作用就很难进行；其次，水必须是流动的，因为停滞的水很快就会变成饱和溶液，因而失去溶蚀力，岩溶作用就会停止。因此，岩石的可溶性、透水性，水的溶蚀力、流动性，就成为岩溶作用的基本条件。下一页返回６.６岩溶（１）岩石的可溶性。岩石的可溶性主要取决于岩石的成分和结构。岩石成分是指岩石的矿物成分和化学成分；岩石结构是指组成岩石的颗粒大小、形状和排列，以及岩石的胶结物的性质（胶结物质、胶结方式和胶结程度）等。从岩石成分来看，可溶性岩石基本上可分为三类，即碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩、硅质灰岩和泥灰岩）；硫酸盐类岩石（石膏、芒硝）；卤盐类岩石（石盐和钾盐）。就溶解度而言，卤盐＞硫酸盐＞碳酸盐。但是，卤盐类岩石和硫酸盐类岩石分布不广，岩体较小，而碳酸盐类岩石分布很广，岩体一般都很大。所以，发育在碳酸盐类岩石中的岩溶较卤盐类和硫酸盐类岩石中的岩溶要普遍得多。上一页下一页返回６.６岩溶碳酸盐类岩石的矿物成分主要是方解石ＣａＣＯ３或白云石（Ｃａ，Ｍｇ）ＣＯ３，其次是ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３以及黏土物质。石灰岩的成分以方解石为主，白云岩的成分以白云石为主，硅质灰岩是含有燧石结核或条带的石灰岩，泥灰岩则为黏土物质与ＣａＣＯ３的混合物。一般来说，石灰岩比白云岩易溶蚀，白云岩比硅质灰岩易溶蚀，硅质灰岩又比泥灰岩易溶蚀。碳酸盐岩结构对岩溶发育的影响，主要是其原生孔隙性。一般来说，盆地或大陆架深水区沉积生成的碳酸盐岩孔隙小而少，不利于岩溶发育，而过渡性沉积区生成的碳酸盐岩多孔隙，有利于岩溶发育。上一页下一页返回６.６岩溶（２）岩石的透水性。岩石的透水性取决于岩石的裂隙度和孔隙度，对可溶岩的透水性来说，前者较后者更为重要。褶皱和断裂使岩石的透水性加强，对岩溶发育具有一定的控制作用。可溶性岩层与非可溶性岩层的接触带及不整合面等有利于水的活动，岩溶易于发育。岩层在褶皱的弯曲过程中，往往产生裂隙，尤其在褶皱轴部，裂隙更加密集和开阔，使其透水性更加增强，有利于碳酸盐岩的溶蚀和岩溶发育。背斜顶部有张裂隙，宽度较大，分布深，岩溶以漏斗和竖井等垂直形态为主；相对低洼的向斜轴部、下部也有张裂隙，且易积水，多发育地下河，由于洞顶坍塌，又产生漏斗和落水洞，所以，向斜轴部垂直和水平通道都易发育。上一页下一页返回６.６岩溶因此，在褶皱区，地表岩溶具有沿褶皱走向呈条带状分布的特点。富水优势断裂常为较大的地表水和地下水汇集的地方，往往发育成管状水道或地下河，其也是地面塌陷集中分布的地带。（３）水的溶蚀力。纯水的溶蚀力是微弱的，只有当水中含有ＣＯ２时，才有较强的溶蚀作用，将ＣａＣＯ３溶解，把不能溶解的残余物质留下，或呈悬浮状态带走。（４）水的流动性。降水沿着碳酸盐岩的裂隙和孔隙向下渗透，在达到潜水面以前，已被ＣａＣＯ３所饱和，丧失了溶蚀力。上一页下一页返回６.６岩溶但如果为ＣａＣＯ３所饱和的水溶液一直处于流动状态，由于水量、水温、气压等条件的变化，或形成混合溶液，那么它就有可能随时变饱和溶液为不饱和溶液，重新获得溶蚀力。６.６.２岩溶的主要形态岩溶主要包括地表和地下两种形态。如图６．１５所示，地表岩溶形态主要有溶沟（槽）、石芽、石林、漏斗、溶蚀洼地、坡立谷和溶蚀平原等；地下岩溶形态主要有落水洞、溶洞、暗河和天生桥等。（１）溶沟（溶槽）。溶沟是指地表水沿可溶性岩石的裂隙溶蚀和机械侵蚀所形成的沟槽系统。上一页下一页返回６.６岩溶（２）石芽。石芽是指溶沟之间残留的脊和笋状的石柱，多沿节理规则排列。（３）漏斗。漏斗是指地表水溶蚀和冲刷并伴随塌陷作用而在地表形成的漏斗状形态。（４）溶蚀洼地。溶蚀洼地是由许多相邻漏斗不断扩大汇合而成。其平面上多呈圆形或椭圆形，直径由数米到数百米甚至数千米。溶蚀洼地周围常有溶蚀残丘、峰丛和峰林，底部常有漏斗和落水洞。（５）坡立谷和溶蚀平原。坡立谷是一种大型的封闭洼地，也称为溶蚀盆地。上一页下一页返回６.６岩溶其面积由几平方公里到数百平方公里，坡立谷再发展而成溶蚀平原。在坡立谷和溶蚀平原内经常有湖泊、沼泽和湿地等，底部经常有残积、洪积和冲积层覆盖。（６）落水洞和竖井。落水洞和竖井皆是地表通向地下深处的通道，其下部多与溶洞或暗河相连，它是岩层裂隙受流水溶蚀和冲刷扩大或塌陷而成。常出现在漏斗、槽谷、溶蚀洼地和坡立谷的底部，或河床的边缘，呈串珠状分布。（７）溶洞。溶洞是指由地下水长期溶蚀、冲刷和塌陷作用而形成的近于水平方向发育的岩溶形态。上一页下一页返回６.６岩溶它早期是岩溶水活动的通道，因而其延伸和形态多变，溶洞内常有支洞、钟乳石、石笋和石柱等岩溶产物，这与组成岩石的碳酸钙