《不良地质现象》PPT课件.ppt
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1、1,第 6 章 不良地质现象及防治,2,主要内容 本章就常见的不良地质现象,如风化作用、河流地质作用、滑动与崩塌、岩溶与土洞、地震等,重点阐述其作用特点、形成规律和对土木工程的不良影响及所采取的防治措施。,3,不良地质现象:指由于地质作用或人类活动所引起的地表和地下岩体的各种变形及运动,对工程建设具有危害性的地质现象。,4,6.1 风化作用,1风化作用的概念,岩石经受着风、电、大气降水和温度以及生物活动等因素的影响,岩石会发生破碎或成分变化,逐渐崩解、分离为大小不等的岩屑或土层。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。,5,风化作用的结果导致岩石的强度和稳定
2、性降低,对工程建筑条件起着不良的影响,许多滑坡、崩塌等不良地质现象大部分都是在风化作用的基础上逐渐形成和发展起来的。,2风化作用的类型,按风化作用的因素不同,风化作用可分为三大类型:,物理风化化学风化生物风化,6,引起岩石物理风化作用的因素主要是温度变化(热力风化)和岩石裂隙中水分的冻结(冻融风化)。,物理风化:岩石受到机械破坏作用后,岩石分裂成很多小的碎屑的过程。,(1)物理风化,7,A热力风化:温度的变化产生温差,促使岩石膨胀和收缩交替地进行,久之则引起岩石破裂。仅限于很浅的表层。,8,B冻融风化:岩石孔隙或裂隙中的水在冻结成冰时,体积膨胀(约增大9%),故对围限它的岩石裂隙壁施加很大的压
3、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。冻结、融化频繁进行,使裂隙加深扩大,以至使岩石崩裂成为岩屑。,9,(2)化学风化,化学风化:岩石在水和各种水溶液的化学作用和有机体的生物化学作用下所引起的破坏过程。其特点是不仅发生了破碎,而且化学成分也发生了变化,即岩石发生了质的变化。包括水化作用、氧化作用、水解作用、溶解作用。,10,A水化作用:有些矿物与水作用时,能吸收水分子作为自己成分(结晶水或结构水),改变了矿物原有的分子式,形成新矿物。如硬石膏(CaSO4)遇水变成普通石膏(CaSO42H2O),体积膨胀60%,使岩石破坏
4、。硬石膏 石膏(aSO42H2O)aSO4+2H2O aSO42H2O,11,B氧化作用:常与水化作用相伴进行,如低价氧化物、硫化物和有机化合物易遭受氧化作用。如黄铁矿(FeS2)在水中可氧化变成硫酸亚铁(FeSO4)和硫酸(H2SO4),而硫酸有具有腐蚀作用。,12,C水解作用:指矿物与水的成分起化学作用形成新的化合物。如正长石经水解后形成高岭土和氢氧化钾,二氧化碳与围岩矿物相互作用形成碳酸化合物。(正长石)高岭土、硫酸钾、石英K2OAl2O36Si02+CO2+6H20 Al2O32Si02H20+K2CO3+4SiO2,13,D溶解作用:指水直接溶解岩石矿物,使岩石遭到破坏,如卤化盐类(
5、岩盐、钾盐)、硫酸盐(石膏、硬石 膏)、碳酸盐类(石灰岩、白云岩等),溶解作用的活跃程度与侵蚀性气体CO2含量、温度及压力有关。,14,(3)生物风化 岩石在动、植物及微生物影响下所起的破坏作用,如植物根部楔入岩石裂隙、穴居动物掘土、生物的新陈代谢等产生的有机酸、碳酸和硝酸等的腐蚀作用。,15,3岩石风化程度和风化带,(1)岩石风化程度,按岩石风化深浅和特征,可将岩石风化程度划分为五级:未风化、微风化、弱风化、强风化和全风化。,16,未风化:岩石组织结构未变;微风化:岩石组织结构基本未变,沿节理面有铁锰质渲染,矿物质基本来变,无疏松物质;弱风化:岩石组织结构部分破坏,裂隙面风化较重,矿物质稍微
6、变质,沿节理面出现矿物风化,坚硬块体有松散物质;强风化:岩石组织结构大部分破坏,矿物成分已显著变化,长石、云母大部分已风化成次生矿物,颜色变化,疏松物质与坚硬块体混杂;全风化:岩石组织结构已全部破坏,矿物成分除石英外大部分已风化成土状,基本不含坚硬块体。,17,(2)风化带 岩石的风化一般是由表及里,地表往下风化作用的影响逐渐减弱以至消失;在风化剖面上,自下而上分成四个风化带:微风化带、弱风化带、强风化带和全风化带。,18,4岩石风化的治理,可采取挖除和防治两种措施。(1)挖除方法:挖除危及建筑物安全的风化厉害的岩层,缺点为困难且耗时。(2)防治方法:覆盖防止风化入侵的材料,如沥青、水泥、粘土
7、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。,19,6.2 河流地质作用,河流是在河谷(道)中流动的常年水流。流水具有一定的流速(即具有一定的动能),该动能主要消耗在下列方面:,(1)水的粘滞性、水的紊流、环流、波浪及涡流等;(2)侵蚀作用;(3)搬运作用。,20,河流地质作用:侵蚀作用;(搬运)沉积作用。,1流水的侵蚀作用,河流在从高处向低处流动过程中,以自身的动力,并以携带的泥沙和砾石作工具,不断地破坏河床的过程。按侵蚀作用的方向分为两种类型:下蚀作用和侧蚀作用。(1)河流的下蚀作用:河水对河床底部岩石破坏,使河谷加
8、深、增长的过程。其动力:河水等的重力,水的冲击,砂石的磨蚀。其结果:河谷加深,横剖面为V字形,河谷增长。下蚀作用的极限:侵蚀基准面,21,(2)河流的侧蚀作用:河水对河床两岸的岩石进行侵蚀,使河谷拓宽的过程。其动力:河水的横向环流,砂石的磨蚀。其结果:河谷加宽,河床弯道处曲率增大。,(3)下蚀作用与侧蚀作用的关系时间上河流发育的早期以下蚀作用为主,随着坡度减小,逐渐转为以侧蚀作用为主。空间上河流的上游地形起伏大,河床坡度陡,以下蚀作用为主,河流的下游地形相对平缓,以侧蚀作用为主。,22,2(搬运)沉积作用沉积作用是河流搬运物从河水中沉积下来的过程。引起河流沉积作用主要原因是河水流速的降低,导致
9、机械动能减小,使河流的搬运能力降低而发生沉积。根据沉积的部位分为:山口沉积作用谷底沉积作用河口沉积作用,23,山口沉积作用:来自山区的河流,携带着大量机械搬运物到山口开阔的平地上,由于河床坡降明显减小,水流又无地形约束而散开,河水动力突然大大减小,机械搬运能力迅速降低,搬运物就会山口沉积下来。山口沉积物常形成扇状地貌冲积扇。,24,谷底沉积作用:在谷底上产生的沉积作用;结果会使河床抬高或形成平坦地形河漫滩。,25,河口沉积作用:河口是河流主要的沉积场所。当河流入湖泊、海洋时受湖水或海水的反托,流速迅速减小,使大量机械搬运物质在河口沉积下来。另一方面由于湖水、海水中富含有电解质,当河流中以胶体搬
10、运的溶运物与湖水、海水相混合后,海水中的电解质破坏了胶体的稳定性,致使胶体凝聚,而沉积在河口。常形成锥形的沉积地貌三角洲。,26,3河谷的类型及河流阶地,构造谷:一般是受地质构造控制,其沿地质构造线发展,河流在构造运动所生成的凹地内流动,流水开凿出自己的河谷,如向斜谷、地堑断裂谷等,(1)河谷的类型从河谷的成因来看,河谷可分为构造谷和侵蚀谷。,27,侵蚀谷:由水流侵蚀而成,不受地质构造的影响,它可以任意切穿构造线。侵蚀谷发展为成形河谷一般可分三个阶段:第一阶段是峡谷型河谷;第二阶段是河漫滩河谷;第三阶段是成形河谷.,28,第一阶段是峡谷型河谷:常性水流急剧下切,使河谷切成V字形状态,可发展成隘
11、谷、嶂谷和峡谷。第二阶段是河漫滩河谷:当峡谷形成后,弯曲的河床主流线使河床受到侧蚀加宽作用,即凹岸被冲刷,凸岸被堆积,造成浜河床浅滩,其不断扩大和固定,形成河漫滩谷。第三阶段是成形河谷:河漫滩河谷继续发展,使河漫滩不断加宽加高;受地壳运动影响,老河漫滩被抬高,河水在原河漫滩内侧重新开辟河道,被抬高的河漫滩则转变为阶地。,29,(2)河流阶地河流阶地:河谷中分布于河床两侧谷坡上的,由河流作用形成的高出于一般洪水位之上的阶梯状平坦地形。,侵蚀阶地:阶面上的基岩毕露,或覆盖的冲积物很薄;一般多分布于山间河谷原始流速较大的河段,或者分布在河流的上游;侵蚀阶地的工程地质条件较好。,30,堆积阶地:完全由
12、冲积所组成,土层深厚,阶地面不见基岩;可分为上迭阶地、内迭阶地及嵌入阶地;堆积阶地的工程地质条件好坏视冲积物性质及土层分布情况而定,应特别注意掩埋的古河道或牛轭湖堆积的透镜体问题。基座阶地:属侵蚀阶地到堆积阶地的过渡类型,阶地面上有冲积物覆盖着,在阶地陡坎的下部仍可见到基岩出露;其工程地质条件比较好,可作地基,沉降量小。,31,6.3 滑坡与崩塌,1滑坡的概念及基本构造,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。,(1)滑坡,32,(2)滑坡的基本构造,1-滑坡体;2-滑动面;3-滑动带;4-滑坡床;5-滑坡后壁;6-滑坡台地;7-滑坡
13、台地陡坎;8-滑坡舌;9-拉张裂缝;10-坡坡鼓丘;11-扇形张裂缝;12-剪切裂缝,33,1-滑坡体;2-滑动面;3-滑动带;4-滑坡床;5-滑坡后壁;6-滑坡台地;7-滑坡台地陡坎;8-滑坡舌;9-拉张裂缝;10-坡坡鼓丘;11-扇形张裂缝;12-剪切裂缝,34,滑坡体:斜坡内沿滑动面向下滑动的岩土体。滑动面、滑动带和滑坡床:滑坡体沿其滑动的面称滑动面;滑动面以上,被揉皱了的厚数厘米至数米的结构扰动带,称滑动带;在滑动面以下稳定的岩土体称为滑坡床。滑坡后壁:滑坡体滑落后,滑坡后部和斜坡未动部分之间形成的一个陡度较大的陡壁。滑坡台地:滑坡体滑落后,形成阶梯状的地面,其往往向着滑坡后壁倾斜。滑
14、坡台地前缘比较陡的破裂壁称为滑坡台坎。,35,滑坡鼓丘:滑坡体在向前滑动的时候,受阻形成隆起的小丘。滑坡舌:滑坡体的前部如舌状向前伸出的部分。滑坡裂缝:在滑坡运动时,因滑体各部分移动速度不均匀,在滑体内及表面产生裂缝;根据受力状况不同,滑坡裂缝可以分拉张裂缝、鼓张裂缝、剪切裂缝、扇形张裂缝。滑坡主轴:为滑坡体滑动速度最快的纵向线,它代表整个滑坡的滑动方向,可为直线或折线。,36,2滑坡的分类,按滑坡体物质组成和滑坡与地质构造关系划分:覆盖层滑坡、基岩滑坡、特殊滑坡。,按滑坡体的厚度划分:浅层滑坡、中层滑坡、深层滑坡、超深层滑坡。,37,按滑坡体的规模大小划分:小型滑坡、中型滑坡、大型滑坡、巨型
15、滑坡。按形成的年代划分:新滑坡、古滑坡。力学条件划分:牵引式滑坡、推动式滑坡。,38,滑坡类型及其特征表,39,3滑坡的发育过程,滑坡的发生是一个长期的变化过程,其发育过程一般划分为三个阶段:蠕动变形阶段滑动破坏阶段渐趋稳定阶段,40,(1)蠕动变形阶段,滑坡体稳定 强度降低 拉张裂缝(由小变大)鼓张、剪切裂缝(前端和两侧)滑动面形成,41,(2)滑动破坏阶段,滑动面形成 滑坡体与滑坡床分离 滑坡体上的各种裂缝进一步加大 滑动面出口处有泥水流出,湿度加大,强度降低 滑坡体加速下滑 滑坡体上的建筑物严重变形以致倒塌毁坏。,42,(3)渐趋稳定阶段,经剧滑之后 滑坡体重心降低 能量逐渐消耗,位移速
16、度越来越慢 滑动停止 松散破碎岩土体在自重作用下 岩土体逐渐压实,地表裂缝逐渐闭合,滑坡前缘无水渗出或流出清凉的泉水 滑坡趋于稳定。,43,4滑坡的力学分析及影响因素,(1)滑坡的力学分析 滑坡的力学分析可根据滑动面的形状,按平面、弧面或折面进行分析:,44,A平面滑动面情况 滑坡体的稳定系数K 为滑动面上的总抗滑力 F 与岩土体重力 Q 所产生的总下滑力F之比,即,45,B圆形滑动面情况 设滑动面中心为 O,滑弧半径为 R。滑坡的稳定系数 K 为总抗滑力矩与总滑动力矩之比,即,46,C折线滑动面情况 可采用分段的力学分析,沿折线滑面的转折处划分成若干块段,从上至下逐块计算推力,每块滑坡体向下
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