工程地质课件——第六章不良地质现象的工程地质问题.ppt

第六章不良地质现象的工程地质问题,第六章不良地质现,内容提要：风化作用河流地质作用滑坡与崩塌泥石流岩溶与土洞地震及其效应不良地质现象对地基稳定性的影响不良地质现象对地下工程选址的影响不良地质现象对道路选线的影响不良地质现象对海港建设的影响,内容提要：,第一节 风化作用,一.风化作用 是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物在原地与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而形成松散堆积物的全过程 。二.风化作用类型: 根据风化作用的因素和性质可将其分为三种类型：物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用,第一节 风化作用 一.风化作用,1.物理风化作用在地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地产生的机械破碎而不改变其化学成分的过程。2.化学风化作用地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地发生化学变化而分解并产生新物质的过程。3.生物风化作用生物对岩石、矿物产生的破坏作用。,1.物理风化作用在地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地产生,三.风化作用的方式,地表岩石时时刻刻都在与大气、水和生物接触，不断地进行着各种方式的风化作用。归纳起来，风化作用的方式可分为物理的方式：包括岩石的释荷，岩石的热胀冷缩，水的冻融；化学的方式：包括氧化作用、溶解作用、水化作用和水解作用；此外就是生物的作用 。,三.风化作用的方式 地表岩石时时刻刻都在与大气、水和生,在地下深处的岩石承受巨大静压力，其潜在膨胀力是十分惊人。岩石从地下深处变到地表条件时由于上覆静压力减小而产生张应力形成一系列与地表平行的宏观和微观的内部破裂面。形成这种裂隙构造的作用称为剥离作用。,1.岩石的释荷,在地下深处的岩石承受巨大静压力，其潜在,2.岩石的热胀冷缩,温差大的地区，在白天当太阳光直射时，岩石表层增温而膨胀，而内部膨胀小甚至未发生变化。到了夜晚气温骤降，岩石表面收缩。这样使其岩石表面与内部产生应力差。这种生应力差就会使岩石破裂。,2.岩石的热胀冷缩 温差大的地区,3.水的冻融,贮藏在地表岩石空隙中的液态水，当温度下降到摄氏零度以下时，就会结冰，结冰后的体积体积增大111左右空隙中产生巨大的，这种压力就会岩石裂开。,3.水的冻融 贮藏在地表岩石空隙中的液,4.氧化作用,大气圈中氧含量为201。当岩石和矿物暴露于地表或位于地表层时，与氧充分接触，发生一系列氧的反应化学。,4.氧化作用 大气圈中氧含量,5.水解作用,水解作用的实质是水的电离产物(H+及OH-)进入矿物晶格，分别取代阳离子和阴离子，从而使矿物解体形成新的含水矿物的过程 。,5.水解作用 水解作用的实质是水的电离,6.生物的作用,生物的机械风化作用主要发生在生物的生命活动过程中。生长在岩石裂隙中的植物，随着根系不断地长大，对裂隙壁产生挤压，使岩石裂隙扩大，从而引起岩石破坏，这种作用称根劈作用 。,生物的化学风化作用是通过生物的新陈代谢及生物死亡后的遗体腐烂分解来进行的。植物和细菌在陈代谢中常常析出有机酸及CO2。这些物质一方面酸化土壤，另一方面腐蚀岩石。,6.生物的作用生物的机械风化作用主要发生在生,四.影响风化作用的因素,岩石类型,气候,地形,花岗岩,石灰岩,四.影响风化作用的因素岩石类型气候地形花岗岩石灰岩,五.风化作用的产物,土壤 岩石经过物理风化作用、化学风化作用之后，再经过生物风化作用，形成具有矿物质、腐殖质、水和空气的松散堆积。残积物 岩石经过长期风化作用后，形成一些在地表条件稳定的产物，（多为铁、铝的氧化物）残留原地。风化壳 残积物 、土壤在陆地的地表形成的一层不连续薄壳（层）。,土壤,残积层,基岩,风化壳,五.风化作用的产物土壤 土壤残积层基岩风化壳,六.岩石风化的治理1.挖除方法 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。.防治方法 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。,六.岩石风化的治理,第二节 河流地质作用,体现两方面：1.侵蚀、切割地面和冲刷河岸2.堆积，形成各种沉积物和流水沉积地貌。,第二节 河流地质作用体现两方面：,一、流水的侵蚀作用,流水的侵蚀作用包括溶蚀和机械侵蚀1.流水对河床的冲刷冲刷的形成：PT 土石粒开始流动临界流速,一、流水的侵蚀作用流水的侵蚀作用包括溶蚀和机械侵蚀,2.流水对河岸的掏蚀横向环流的形成及影响运动水质点所受离心力：,横向水力坡度：,2.流水对河岸的掏蚀横向水力坡度：,二、河谷的类型及河流阶地,侵蚀谷发展为河谷的三阶段：1.峡谷型2.河漫滩河谷3.成形河谷,二、河谷的类型及河流阶地侵蚀谷发展为河谷的三阶段：,三、河岸掏蚀破坏的预测和防护,1.确定河岸掏蚀破坏地段2.对河岸掏蚀破坏地段的防护措施，可分两类:（1）直接防护边岸不受冲蚀作用的措施（2）调节径流以改变水流方向、流速和流量的措施,三、河岸掏蚀破坏的预测和防护1.确定河岸掏蚀破坏地段,第三节 滑坡与崩塌,一、滑坡的定义及构造1.滑坡是斜坡土体和掩体在中立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。,第三节 滑坡与崩塌一、滑坡的定义及构造,2.构造（1）滑坡体（2）滑动面（3）滑坡后壁（4）滑坡台地（5）滑坡鼓丘（6）滑坡舌（7）滑坡裂缝（8）滑坡主轴,2.构造,滑坡,滑坡,二、滑坡分类1.按滑动面与岩土体的关系分：,均质滑坡,顺层滑坡,切层滑坡,二、滑坡分类均质滑坡顺层滑坡切层滑坡,推移式滑坡,平移式滑坡,牵引式滑坡,2.按滑坡的动力学特征分：,推移式滑坡平移式滑坡牵引式滑坡2.按滑坡的动力学特征分：,4.按滑坡体厚度分：浅层滑坡：50m,3.按滑坡的 岩土类型分：堆积层滑坡黄土滑坡粘土滑坡岩层滑坡,4.按滑坡体厚度分：3.按滑坡的,三、影响滑坡稳定性的因素,1.内因边坡岩土体性质地质构造岩体结构地应力,2.外因地表水和地下水地震风化作用人工开挖、爆破,三、影响滑坡稳定性的因素1.内因2.外因,工程地质课件第六章-不良地质现象的工程地质问题,特大暴雨和异常洪水,特大暴雨和异常洪水,四、滑坡的识别,1.据地貌特征： 圈椅型地貌 , 双沟同源现象 河床凹岸反向河中突出 , 树木歪倒,四、滑坡的识别1.据地貌特征：,2.据岩性条件： 软弱岩层如页岩、泥岩、千枚岩和坡洪积松散堆积层、黄土等，易发生滑坡。 而脆性岩层如石灰岩、花岗岩等，易发生崩塌。 3.据构造条件： 断层、褶皱发育地区，新构造运动强烈地区易发生边坡失稳现象。,2.据岩性条件： 软弱岩层如页岩、泥岩、千枚岩和坡洪积松,4.据水文地质现象： 山坡脚泉水较多，地表潮湿。5. 据边坡变形迹象： 山体裂缝，岩土体扰动、松散。,4.据水文地质现象： 山坡脚泉水较多，地表潮湿。,五、滑坡稳定分析方法,地质分析法极限平衡分析法赤平投影图解分析法有限单元法工程地质类比法,五、滑坡稳定分析方法地质分析法,六、防治边坡变形破坏的工程措施,防渗与排水,六、防治边坡变形破坏的工程措施防渗与排水,工程地质课件第六章-不良地质现象的工程地质问题,2、削坡减载,2、削坡减载,3、支挡加固,3、支挡加固,七、崩塌,七、崩塌,1.崩塌发生条件和发育因素（1）山坡的坡度及其表面的构造（2）岩石性质和节理程度（3）地质构造,1.崩塌发生条件和发育因素,2.崩塌的防治（1）爆破或打楔（2）堵塞裂隙或向裂隙内灌浆（3）调整地表水流（4）为了防止风化将山坡和斜坡铺砌覆盖起来（5）筑明洞或御塌棚（6）筑围墙及围护棚（7）在软弱岩石出露处修筑挡土墙,2.崩塌的防治,第四节 泥石流,一种突然暴发的含有大量泥沙石块的特殊洪流。 主要发生在地形陡峻的山区。 具区域性和间歇性特点。,第四节 泥石流 一种突然暴发的含有大量泥沙石块的特殊洪,1.地形条件上游三面环山，一面出口.中游为狭窄陡峻的深谷.下游开阔平坦.2.地质条件 岩性破碎,地质构造复杂.3.水文气象条件 暴雨,冰雪消融.,一、泥石流的形成条件,1.地形条件一、泥石流的形成条件,我国地震带和泥石流的分布,我国地震带和泥石流的分布,二、泥石流的防治原则,方案I问题: 平面线型较差,沟口两侧易滑坡.方案II问题: 堆积扇逐年向下延伸,路基遭水毁.方案III问题: 需架两座桥,造价高.方案IV问题:难以克服排导沟逐年淤积.,二、泥石流的防治原则方案I问题:,泥石流的防治措施:水土保持跨越：采用桥涵、过水路面、渡槽等。拦截：修筑拦挡坝等。排导：采用排导沟、急流槽、导流堤。,泥石流的防治措施:,第五节 岩溶与土洞,对工程不利影响：岩石结构的破坏地表突然塌陷地下水循环改变。,第五节 岩溶与土洞对工程不利影响：,地下水的地质作用 潜蚀作用方式：溶蚀和冲蚀 搬运方式：以溶解为主 沉积作用：化学沉积。,地下水的地质作用,岩溶：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。土洞：因地下水或者地表水流入土体内，将颗粒间可溶成分溶滤，带走细小颗粒，使土体被掏空成洞穴而形成。（潜蚀）,岩溶：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,岩溶(karst),岩溶(karst),岩溶形态：,岩溶形态：,工程地质课件第六章-不良地质现象的工程地质问题,岩溶发育的基本条件：岩石具可溶性，取决于溶解度。岩石具透水性，取决于裂隙。水具溶蚀性，取决于侵蚀性co2的含量。水具循环交替性，取决于气候、地形、植被、水文地质条件。,岩溶发育的基本条件：,岩溶的类型按可溶岩的出露条件分：裸露型 覆盖型 埋藏型 按气候带划分： 南部热带岩溶 中部亚热带岩溶 北部温带岩溶 干旱地区岩溶 海岸岩溶,按水文地质标志分：包气带岩溶浅饱水带岩溶深部岩溶,岩溶的类型按水文地质标志分：,随深度减弱，有垂直分带性。包气带季节变动带饱水带深部循环带,岩溶发育及分布规律,随深度减弱，岩溶发育及分布规律,受岩性和地质构造控,受岩性和地质构造控,岩溶分布成层性,岩溶分布成层性,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.造成基岩面不均匀起伏3.漏斗对地面稳定性的影响4.溶洞和土洞对地基稳定性的影响,岩溶与土洞的工程地质问题1.溶蚀岩石的强度大为降低,岩溶与工程建设城镇供水和洪涝灾害问题地面塌陷和环境问题地基稳定问题,岩溶与工程建设,地面塌陷(slump)是松散土层中所产生的突发性断裂陷落。多发生于岩溶地区，由于人为局部改变地下水位而引起。,地面塌陷(slump),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),岩溶地基的处理措施:,岩溶区修建水电工程的防渗措施,岩溶区修建水电工程的防渗措施,防渗处理措施,防渗处理措施,第六节 地震及其效应,震后北川,第六节 地震及其效应震后北川,地震：当活动性断层突然错动使应变能释放而产生地震波，引起地壳剧烈振动。,地震：当活动性断层突然错动使应变能释放而产生地震波，引起地壳,世界上首次观测到的地震波,世界上首次观测到的地震波,世界火山和地震带分布,世界火山和地震带分布,工程地质课件第六章-不良地质现象的工程地质问题,构造地震火山地震陷落地震诱发地震,地震成因类型,构造地震地震成因类型,地震波:,体波纵波横波面波瑞雷波勒夫波,地震波:体波,震级和烈度,震级：一次地震释放出的能量大小。 分10个等级: 25级是有感地震； 57级是破坏性地震；7级以上是大地震。,烈度：指地震时地面及建筑物的破坏程度。 它与震源深度、震中距离、岩土性质、地质构造、地下水及建筑物的动力性质有关。我国分12个等级。,震级和烈度震级：一次地震释放出的能量大小。烈度：指地震时地面,基本烈度：某地区在一定时间内可能发生的最大地震烈度。场地烈度：在一个区域内根据具体场地条件（地质构造、地基条件、地形条件）调整后的烈度。设防烈度：根据城市规模、及建筑物重要性，为工程抗震而规定的烈度。,基本烈度：某地区在一定时间内可能发生的最大地震烈度。,地表破坏现象 地裂缝 喷砂冒水 滑坡与塌方 震陷,地震破坏效应,地表破坏现象地震破坏效应,对工程建筑的振动破坏 节律性破坏 水平偏振扭坏 强烈竖向地震力破坏 波的聚能破坏 共振破坏,对工程建筑的振动破坏,汶川地震,汶川地震,地震导致的房屋结构节点破坏,地震导致的房屋结构节点破坏,地震对公路的破坏,地震对公路的破坏,地震区建筑抗震设计原则：建筑场地选择 地形平坦开阔；岩土坚硬均匀；无大的断裂带；地下水埋深大。 2. 地基持力层和基础方案的选择 地基持力层应以基岩或硬土为好，避免以高压缩性土层或液化土层作持力层。宜采用桩基础、筏基和箱基。3. 建筑物结构形式和抗震措施 平立面形状宜简单，在转折处留抗震缝，加强整体结构刚度。,地震区建筑抗震设计原则：,地震区公路的防震原则:,一.平原区路基震害纵向开裂：发生在路肩与行车道之间、新老路堤之间。边坡滑动：由于碾压质量问题或坡脚水浸。路堤坍塌：由于低塑性粉土、砂土压实不够。路堤下沉：由于软弱粘土触变或粉砂土液化。纵向波浪变形：由于路堤走向和地震波一致。桥头路堤震害：下沉、开裂、坍塌。地裂缝：喷砂冒水。,地震区公路的防震原则:一.平原区路基震害,平原区路基防震原则：避：河岸、水渠、低洼地带。查：液化砂、易触变粘土的分布。排水压实用粘性土做填筑材料。加强桥头路堤防护。,平原区路基防震原则：,二. 山岭区路基震害路堑边坡：滑坡与崩塌。半填半挖边坡：上坍与下塌。挡土墙：砌缝开裂、墙体变形、墙体倾倒。,二. 山岭区路基震害,山岭区路基防震原则：避：滑坡和崩塌的地段。减少对山体的破坏，控制挖方边坡高度。加强排水和坡脚支挡。在7度的烈度区内,挡土墙作抗震设计。,山岭区路基防震原则：,桥梁震害:软基上9度区,墩台滑移和倒塌。防震原则：增加基础刚度和埋深。采用桩基础。减轻桥重，加强上部结构整体性。用抗震性能好的材料,如钢材和钢筋混凝土。,桥梁震害:软基上9度区,墩台滑移和倒塌。,第七节 不良地质现象对地基稳定性的影响,.地基与基础.地基分类（天然、特殊、人工）.基础分类（浅基础、深基础）,第七节 不良地质现象对地基稳定性的影响.地基与基础,一、地基承载力,1.地基承载力：指地基所能承受有建(构)筑物基础传来的荷载的能力。满足条件： (1).保证地基受荷后不会使地基发生破坏而丧失稳定 (2).地基变形不超过建(构)筑物对地基要求的容许变形值,一、地基承载力1.地基承载力：指地基所能承受有建(构)筑物基,地基破坏及地基极限承载力a.地基岩土层开始由弹性进入塑性变形，产生剪切破坏b.控制地基塑性区的连贯c.地基破坏的三个发展阶段d.地基极限承载力的限制因素e.最大安全承载力及地基沉降和倾斜验算,地基破坏及地基极限承载力,工程地质课件第六章-不良地质现象的工程地质问题,2.持力层的选择持力层：指地基中直接支持建(构)筑物荷载的岩土层。持力层对建(构)筑物的影响及地勘要求,2.持力层的选择,3.地基均匀性及判定a.地基均匀性的重要影响 高层建筑结构中处理裙楼与主体建筑的地基沉降b.地勘对地基均匀性的判定标准,3.地基均匀性及判定,二、岩溶与土洞对地基稳定性的影响,体现的主要问题：1.受荷坍塌，地基下沉2.地表岩溶造成基岩面起伏不平3.岩溶与土洞的发育可能性,二、岩溶与土洞对地基稳定性的影响体现的主要问题：,三、地震液化与断裂对地基稳定性的影响,1.液化的判别影响液化的主要因素：振动强度、透水性、密度、粘性、静应力状态2.断层带对地基稳定性的影响,三、地震液化与断裂对地基稳定性的影响1.液化的判别,四、斜坡岩土体移动对地基稳定性的影响,建(构)筑基础不能建在滑坡体之上及滑体影响范围之内 对斜坡滑体作稳定性评价,四、斜坡岩土体移动对地基稳定性的影响 建,第八节 不良地质现象对地下工程选址的影响,.地下工程.地下工程的特点,第八节 不良地质现象对地下工程选址的影响.地下工程,一、地下工程总体位置的选择 考虑区域性稳定 地震历史、地质构造史及现代构造运动,一、地下工程总体位置的选择,二、洞口选择的工程地质条件 主要考虑洞口处的地形及岩性、洞口底的标高、洞口的方向。1.洞口宜设在山体坡度较大的一面，岩层完整，覆盖层较薄，最好设置在岩层裸露的地段。2.洞口底的标高一般应高于谷底最高洪水位以上0.51.0m的位置3.调查物理地质现象，避开崩塌、剥落、滑坡、泥石流等灾害。,二、洞口选择的工程地质条件,三、洞室轴线选择的工程地质条件 洞室轴线选择主要时由地层岩性、岩层产状、地质构造以及水文地质条件等方面综合分析确定。1.布置洞室的岩性要求 岩性均一、层位稳定、整体性强、风化轻微,三、洞室轴线选择的工程地质条件,2.地质构造与洞室轴线的关系(1).洞室轴线平行于岩层走向(2).洞室轴线与岩层走向垂直正交(3).洞室轴线穿过褶曲地层,2.地质构造与洞室轴线的关系,第九节 不良地质现象对道路选线的影响,一、地质构造对路基工程的影响1.在单斜谷中，路线应选择在岩层倾向背向山坡的一岸2.在断裂谷中，选择边坡相对稳定性大的一岸3.在岩层褶皱的边坡中，注意岩层倾向与边坡的关系。向斜山两侧边坡对路基有利，背斜山两侧边坡对路基稳定不利，单斜背向岩层倾向的山坡对路基有利，顺向岩层倾向的一侧山坡不利二、滑坡地带选线,第九节 不良地质现象对道路选线的影响一、地质构造对路基工程,1.用排水和支挡处理小型滑坡2.中大型滑坡，尽量采用避绕与防护、整治相结合。三、岩堆地带选线可以路堤和路堑通过,1.用排水和支挡处理小型滑坡,四、泥石流地段选线1.通过流通区路线采用桥梁跨过2.通过洪积扇顶部，尽可能靠近流通地段3.通过洪积扇外缘4.绕道走对岸5.用隧道穿过洪积扇6.通过洪积扇中部,四、泥石流地段选线,五、岩溶地带选线 岩溶地带的选线原则六、桥位选择 桥位选择原则,五、岩溶地带选线,