工程地质-滑坡及水作用ppt模版课件.ppt

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1、重庆大学网络学院邵强,滑坡及水作用的工程问题,滑(斜)坡的工程地质分析重点：滑坡的原因和诱发因素，滑坡的类型，滑坡稳定性的分析和评价方法（尤其重视力 学分析法的运用），水在滑坡中的作用，滑坡的防治。,第一节 滑坡的基本问题 1 滑坡的概念、形态及特征滑坡是指具有一定地质结构的斜坡，由于外界条件的变化，引起一部分岩体（或土体）脱离母体，沿一个固定的面（或带）向前整体移动的现象,2 滑坡产生的内在条件和诱发因素,岩性土质条件易滑岩土易滑软弱层,地质构造条件活动性大的大地构造单元断裂构造新构造运动和地震活动强烈地区地貌条件,滑坡产生的内在条件,产生滑坡的诱发因素,能改变坡面形态的外动力因素,能改变土

2、体强度的各种外动力因素,3 滑坡类型 为了概括滑坡的作用，需要对滑坡进行分类。合理的滑坡分类对于认识和防治滑坡是必须的。目前，根据不同目的、原则和指标的滑坡分类很多。下面介绍两个有代表性的分类方案。(1)铁道部的分类方案我国铁道部1973年至1976年对分布在铁路沿线的千余例大、中型滑坡进行普查的基础上，提出了滑坡分类新的方案。该方案主要从组成滑体的主要物质成分、主滑面成医及性质这两个角度，提出了滑坡的第一级分类和第二级分类(表811).(2)晏同珍分类方案中国地质大学的晏同珍教授联系滑坡区域分布提出的分类方案(表812).另外，晏同珍教授还从滑坡主要成因性质上将其分为：切蚀滑坡、潜蚀一溶蚀滑

3、坡、震动滑坡、结构滑坡、接触滑坡、塑流滑坡和超载滑坡等。,第二节 滑坡发育阶段和高速滑坡的机理 1 滑坡发育阶段,蠕动阶段,微动阶段,滑动阶段,剧动阶段,稳定固结阶段,蠕动阶段这是滑坡变形的第一个阶段，也是坡体由原先所处的（相对）稳定状态向不稳定状态转化的阶段。由于地下水的长期浸泡和风化作用的不断进行，坡体内部软弱结构面的某些部分(常位于中前部的平缓部位)抗剪强度逐渐降低，造成滑动力超过抗滑力，该部分土体开始产生蠕动变形，随着外界促滑因素的逐渐积累，蠕动变形区将沿软弱结构面向前和向后不断扩展般情况下，在后部土体尚未产生位移以前，蠕动区较难向前发展。因此，在蠕动变形之初期，沿软弱面方向上，蠕变区

4、首先向后部扩展，直至沿后部陡倾裂面产生破裂为止。这时，地面可隐现不连续的拉张裂缝，破裂面所包含的土体逐渐脱离母体向前移动，并开始产生沿软弱面方向的向前蠕动挤压处于蠕动阶段的斜坡，其总稳定系数尚高于1，该阶段的坡面仅可见到后部断续裂缝，前部陡坡地段可能出现少量小规模坍塌。整个坡面未见明显变形,微动阶段 当滑坡进入蠕动阶段以后，如果外界促发因素继续作用甚至不断增强，即可进入微动阶段。此阶段的变形，除了沿破裂面继续发生位移挤压并使土的抗剪强度不断降低外，主要反映在地面上有了明显的变形迹象。例如后缘拉张裂缝已经显觋，并且具有了一定的宽度，有时还可以出现因位移而产生的垂直错距；滑坡两侧出现羽状撕裂；前部

5、地面明显出现坍塌，还可出现鼓胀裂缝。但整个地面无明显位移，地表仍保持原有状态，植被及建筑物基本无破坏现象微动阶段斜坡总稳定系数仍大于1，大约为105左右，并逐渐降低到接近于1.0,滑动阶段 滑动阶段是指整个滑体沿滑面作缓慢移动的阶段。由于抗滑段滑带的形成，滑坡的整个滑带已全部贯通，滑体与母体逐渐分离。由于在位移过程中滑体内部各部分移动速度的相对差异，地面开始出现诸如错台、裂缝等迹象。后缘张开裂缝发育完整(在主剪切裂缝附近有典型的羽状裂纹)，前部土体不稳定现象更加发展，鼓胀裂缝及出口一带的挤压裂缝愈益明显，甚至沿前缘挤压裂缝出现向前错移现象。地面建筑物和植被明显变形，表现为房屋的墙体歪斜，地面开

6、裂和拱起，树木歪倒，庄稼地撕裂等。在滑动阶段，斜坡总的稳定系数已降至10以下，并且随着滑动作用的不断进行，稳定系数日趋降低，由该阶段初期的099直至095左右滑动阶段斜坡变形和裂缝发展的一个重要特点是，其速度基本保持均匀，没有明显的加速现象。,剧动阶段 从滑坡作加速移动开始直至滑坡产生急剧滑移这样一个阶段称为剧动(或剧滑)阶段。这一阶段之初期，斜坡变形的主要特征是，位移速度明显加大，并且以加速发展。地表变形十分剧烈，各种滑动迹象愈益典型，并且开始出现各种灾变性滑动的征兆。如斜坡处泉水流量的突然变化，家禽牲畜的异常反应，坡体前缘和滑壁附近大量坍塌等。此时，斜坡的稳定系数已急剧下降到小于090，并

7、且在很短时间内(般为几个小时)斜坡以极快的整体向前滑动，于是斜坡面原来面目彻底改变，形成了典型的滑坡地貌。这一阶段(从开始作加速移动到急剧下滑)所需时间与滑坡类型和性质有关般来说，土质滑坡所经历的时间短，岩质滑坡所经历的时间相对较长。但急剧滑动的历时一般都只有数分钟甚至更短。,2 高速滑坡的机理有关高速滑坡的机理问题，国内外学者都从不同的角度提出了自己的观点。如在研究1963年10月意大利VAJOINT地区峡谷滑坡时，把岩体的残余强度显著降低认为是高速滑坡的机理。等认为滑动面上的孔隙水压力起着重要作用。Erismann及黄润秋等也从”滚动摩擦”的角度对高速滑坡作了分析。陶振宇从滑动面孔隙水压的

8、形成对高速滑坡作了解释。张佳川等从能量的观点分析了高速滑坡的运动状态。胡广韬提出“滑坡启程剧动和滑坡行程高速”的机理。MullerL提出了滑体振荡的触变液化观点。王家鼎曾利用变分原理研究了高速重力滑坡和地震滑坡的滑动轨迹和速度，而后又提出了高速黄土滑坡的“蠕、滑动液化机理”。,第三节 斜坡稳定性的分析和评价方法 1 地质分析法 地质分析法是从地质条件，地形地貌特征，变形迹象以及各种促发因素及其今后变化趋势，对斜坡当前所处的稳定状态及其发展作出总的分析，判断。内容包括：发生条件对比 地貌形态对比 促发因素及其变化趋势分析 滑动迹象分析,2 力学计算法2.1圆弧法,2.2滑面为折线时的计算法（1）

9、水平投影法,K-为稳定性系数，i-为第i块滑体与滑面的摩擦系数,Wi为第i块土条的重量i为第i块土条滑面段与水平方向的夹角，为第 块土条所在的滑面长度Ci为i第块土条粘聚力。,（2）传递力系法下滑力若抗滑部分有M段则应和起来Er=故稳定系数En第N块土条的下滑力Er第N+1块土条的抗滑力,第四节 滑坡监测预报 1 滑坡监测目的：利用这些监测资料分析滑坡的活动特征，为整治设计提供资料 在整治过程中，监视滑坡的发展变化情况，预测发展动向，必要时作出险情预报，以防事故发生。整治工程完成后，通过一定时期的延续观测，了解滑坡是否逐渐稳定及趋势，并检验以完成工程的整治效果,滑坡监测的内容,地面及建筑物位移

10、观测,地表及建筑物裂缝观测,地面倾斜变化监测,滑体深部位移监测,地下水动态监测及滑坡推力监测,2 滑坡预报滑坡预报是指滑坡急剧滑动出现时间的预报。,滑坡预报,长期预报,临滑预报,根据诱发滑坡产生的各种因素的影响，来估计山坡稳定性随时间变化的细节,滑坡发生具体时间的确切预报,第五节 滑坡防治 1 恢复斜坡平衡条件的措施,措施,抗滑挡墙,滑坡后部刷方减重,抗滑桩,填土反压,支撑盲沟,抗滑片石垛,2 消除或减少地面水和地下水作用的措施3 改善滑带和滑体土壤性质方面的措施,措施,排水盲峒,渗沟,截水盲沟,仰斜孔,措施,焙烧法,爆破法,化学灌浆法,习题：1 名词解释:滑坡2 简述:滑坡产生的条件和诱发因

11、素 滑坡的发育阶段 滑坡防治的措施3 计算 圆弧法,滑面折线法计算滑坡的稳定性,水作用的工程地质问题分析 重点：泥石流的产生条件与形成机制，泥石流的防治措施；潜蚀的机理和危害，流沙的机理和危害；潜蚀流沙的防治措施，岩溶地基的稳定性问题 岩溶的防治措施,第一节 开发地下水引起地面沉降1 国内外因抽取地下水引起的地面沉降的实例 关于地面沉降的实例，可追溯至1925年的文献记载，那是美国德克萨斯州的鹅河油田，1917年开始采油，1918年发生地面沉降。不久，大致与采油井分布范围相当地区被水淹没在这以后，才发现因开发地下水而引起的地面沉降,2 地面沉降的危害，原因及防治措施 地面沉降对社会、经济的发展

12、、人民生活的提高具有很大的威胁，甚至造成巨大的损失。这种危害大致有以下几个方面：(1)沿海城市、港湾因地面沉降而遭到海水的侵袭。(2)桥墩下沉、桥梁净空减小，影响水上交通运输如上海苏州河，原来每天有约2000条船通过，吞吐量达120万吨，现因桥下净空减小，大船不能通航，中小船只的通航时间也大为减少。(3)地面过大沉降而产生了较大的水平位移。(4)地面沉降常使取水井管上升，而使水井丧失取水功能。也常使地下管道由于改变坡度而产生破裂。,地面沉降的原因地面沉降可以由于地壳内部的原因而引起，也可由于人为原因引起，前者起因于深部基岩的运动；后者则仅是接近地表的地层在人为影响下发生变化，反映为地面沉降。现

13、象上虽然一样，原因却有本质的区别所以，国内学者目前已提出了很多观点；如新构造运动说，高耸建筑群体压力说，海平面上升说及地面动荷载说等。通过国内外学者长期研究，包括地形测量、地下水位观测、钻探和土工试验以及液体抽取量、土层压缩量、沉降量的统计计算等，基本证实了地面沉降主要是由于过量开采地下液体致使地下水位大幅度下降而造成的。,地面沉降的防治措施（1）另外寻求供水水源，减少或停止抽用地下水，以控制地下水位过快下降，如西安的“引黑如安”工程（2）在外援水源未开始供水之前，只准抽吸深层地下水。（3）向含水层中注入压缩空气，以恢复自由水的压力。（4）人工补给地下水，以抬高地下水位等。,第二节 开发地下水

14、引起地裂缝1 西安地裂缝的现状和活动特征 70年代后期以来，在西安地区的地面沉降发生发展范围内，地裂缝活动日趋强烈，对城市建设和人民生命财产的安全造成严重的危害。地裂缝活动通过之处，地表和地下建筑物均遭到不同程度的破坏，如西北大学的“半边楼“，长安立交桥。目前，地裂缝的危害仍在继续发展，已成为古城西安一大环境地质灾害.地裂缝分布特征 地裂缝的活动特征定向性 形变量的动态变化：本区近似等间距性 地裂缝为南倾南降的正断成带性 层蠕滑活动，形变方式有地裂缝带的活动程度与 水平张裂，垂直位移，水平地面沉降强度的相关性 扭动地裂缝与梁洼地貌的共生性 地裂缝活动的不均匀性,2 地裂缝活动的主要原因活动性地

15、裂缝与地面沉降活动加剧是同步的。地裂缝也显示了70年代以来活动加剧，且地裂缝活动较强地段，都分布在地面沉降的强沉降区内，如南郊，东南郊。两者弱活动分布区也相致。再者地裂缝垂直位移量为88-338mma，年平均216mm，大于活动断裂量的数倍，甚至1-2个数量级。因此，活动断裂活动速率在地裂缝强或较强活动地段的垂直活动速率中占的比例平均为102，地面沉降块体差异沉降量在其中占的比例为89.9。由上述可看出，地裂缝和较强活动地段现今加剧的垂直位移量，主要受地面沉降控制，而构造因素的影响只居很次的位置。因此，可以通过控制承压水的合理均衡开采，控制地面沉降量，以达到地裂缝活动的目的3 地裂缝的防治对策

16、避让法 部分拆除法 适当加固法,第三节 开发地下水引起咸水入侵含水层1 概述天然状态下，含水层中的淡水与咸水层以外的咸水保持某种平衡例如当含水层由陆地延伸到海中，由于水自陆地向海洋，含水层保持较高的水头，故能阻止海水侵入。另一种情况，含水层下部存在咸水，上部为淡水，在天然状况下保持平衡而互不相侵。但在开发利用地下水时，由于开采的淡水部分水位下降，破坏了原有平衡，导致含水层中原来保存淡水的部位被咸水入侵，而不易于继续供水。,2格本赫尔兹伯格的研究成果简介 s 咸水的比重 f 淡水的比重淡水的比重是1，海水的比重是1.025则3 胡伯特的研究成果简介,4 防治措施,引用地表水回补地下水,引用地表水

17、“掺淡抽咸”,建造“压力脊，压力槽”,第四节 泥石流 1 泥石流的分布特征与种类泥石流是一种含有大量泥砂，是块等固体物质成分的洪流，它历时短暂，严重破坏。泥石流的种类：（1）按泥石流的结构和运动，堆积特征分类粘性泥石流 稀性泥石流（2）按物质组成分类泥流 泥石流 水石流（3）按水源分类暴雨型泥流 冰雪融水型泥流 溃决型泥石流,2 泥石流产生的条件与形成机制泥石流的形成条件固体物质 地形条件 水源泥石流的形成机制重力型机制：由于滑坡，崩塌，泻溜或冰川运动而形成的残积物，坡积物，洪积物和冰渍物堆积于山坡和沟谷内，当这些物质的含水量达到饱和状态时（w=15-20%)，便在自重作用下变成流体沿沟床下泄

18、，即为重力泥石流水动力型机制：这种形式主要是水流的动力强烈冲刷沟谷，使其掘起或坍塌而形成的泥石流。分两种情况其一是水流冲蚀河床物质而形成泥石流。其二是水流冲蚀沟岸坡积，残积物而形成泥石流。,3 泥石流特征指标的确定泥石流的容重 c-泥石流容重G2-固体物质比重，f-固体物质体积和水的体积之比泥石流的流量(1)汇水面积法；按同一汇水面积内的清水流量乘以沟谷形态和粗糙率修正系数求 QC 泥石流的流量 Qb 清水流量 修正系数,q河床阻塞附加流量,（2)形态调查法：以过流断面面积与流速的乘积计算 Fc-泥石流流体横断面面积Vc-泥石流流速泥石流流速(1)稀性泥石流流速：铁道部第设计院据甘肃附近青海扎

19、麻隆峡稀性泥石流的调查资料，提出了稀性泥石流流速公式Vc-泥石流流速A-泥石流的阻力系数，按下式计算,H 泥石流中泥砂颗粒容重 C 泥石流容重 H 泥石流流深 i 沟床坡度(2)粘性泥石流流速 mc-糙率系数,泥石流的防治,第五节 潜蚀与流砂 1 潜蚀潜蚀是由地下水活动而引起的一种在松散土体内形成空洞的自然地质现象。产生的条件（1）岩土性质：潜蚀一般是在颗粒大小极不均匀的岩土中发生的。（2）水动力条件：潜蚀的发生必须具有较大的水头梯度，这种水头梯度又是由水动力条件来决定的。（3）具有释放潜蚀颗粒的空间防治措施降低水力坡度 反滤层,2 流砂流砂是饱水松散土在工程开挖（如沟渠，基坑，地下工程，钻孔

20、等）被揭露时，在一定动水压力条件下，土颗粒被悬浮起来而呈现液性的一种现象。流砂的形成条件（1）水动力条件：地下水动水压力必须大于颗粒在水中重量，才能使颗粒悬浮起来而产生流砂现象。（2）土石结构：多发生在土体较疏松，孔隙度较大的松散土中。（3）胶体颗粒：流砂层土石中是否有胶体颗粒存在是判断真、假流砂的关键因素。,预防措施（1）特殊施工法：沉井，沉箱等（2）改良土质：采用冻结法，硅化法，电化学法（3）板桩加固法：在基坑四周打入板桩（4）降低土石中的地下水（5）钻探中常采用跟管钻进,第六节 岩溶 1 岩溶地基的稳定问题岩溶地基分为裸露型岩溶地基和覆盖型岩溶地基，两类地基的稳定性不尽然相同。(1)裸露

21、型岩溶地基稳定性问题这是指岩溶化碳酸岩直接出露于地表或其上仅有很薄的覆盖层的地基前者可称为溶洞地基，后者称为石芽地基若地基中存在天然溶洞，即溶洞地基，则必须对溶洞稳定性做出评价况且目前岩溶区，常利用溶洞做地下厂房，仓库或旅游场所，这就更需要对洞室本身的稳定性做出评价。(表931)将洞室稳定性分为四级：稳定、基本稳定，稳定性差，不稳定影响因素包括地层岩性、地质、构造、地下水及溶洞暗河、洞室表面特征、洞底堆积物特征以及处理利用的难易程度等这种表是一种宏观的描述，当然可进步采用模糊数学方法做半定量评价,当然我们还利用力学计算法计算其稳定性，如近似结构分析法和洞顶板坍塌堵塞估算法2)覆盖性岩溶地基稳定

22、性问题 这是由于较厚的第四纪松散土层覆盖于岩溶地区而形成覆盖性岩溶地基。该层中地下水埋藏较浅，当基岩岩溶发育时，由于地下水流动；水位下降或水库渗漏等原因，均可引起地面塌陷，造成建筑下沉或倾倒等，其危害远较基岩溶洞为大岩溶地面塌陷的原因，目前尚处于探索之中，有人提出“潜蚀论”，还有人提出”真空吸蚀论”等 岩溶区地面塌陷是有一定的规律的，在地下水位降落带内，一般下列地段易产生塌陷：浅部岩溶发育强烈，可溶岩顶角起伏较大，并有溶洞、溶隙作为土粒流失的通道，岩溶洞穴中无充填物或极少；抽、排地下水点附近和地下水位降落漏斗范围内，覆盖型岩溶水库渗漏处及地下岩溶管道中地下水位会急剧升降的地段；,下伏基岩褶皱轴

23、部和断裂带附近，或是断裂的截切部位，可溶岩与非可溶岩的接触部位 岩溶洼地、积水低地、池塘、河床及其两侧附近地段 地层为砂、轻亚粘土、亚粘土，且厚度小于10m的地段,2 岩溶的防治措施（1)对个体溶洞与溶蚀裂隙，可采用调整柱距、用钢筋混疆土梁板或桁架跨越的办法这种情况应注意支承端岩体的结构强度及其稳定性(2)对浅层、薄顶洞体，可进行清、爆、挖、填处理，即清除覆土，爆开顶板，挖去软土，用块石、碎石、粘土或毛石混疑土等分层填实。若洞内有软土充填时，既可用挖、填处理，也可视具体情况采用石砌、灌注桩、换土或沉井等方法处理(3)若溶洞大，但顶板较厚，这时应判断其稳定性，若稳定性较差，可用石砌柱，拱或用钢筋

24、混疑土柱支撑(4)溶蚀裂隙，可采用灌注水泥、沥青或粘土浆等处理方法,(5)对地下水易疏不易堵，对于排泄地下水的通道及泉眼应注意清理和疏导，防止因此而使场地水位上升淹没地基等现象的发生(6)对水工建筑物常遇到的渗漏与塌陷等，可采用设置铺盖、截水墙、防水帷幕、隔离、堵塞和导排等方法,习题：1 名词解释:泥石流,潜蚀,流砂现象2 简述:泥石流的防治措施 潜蚀，流砂的危害和防治措施,第七节 地基改良及加固方法 1 换土垫层法砂垫层的作用：(1)提高地基允许承载力，(2)减小垫层下天然土层的压力，(3)排水加速软土固结，(4)防止冻胀砂垫层的设计砂垫层的设计般包括厚度和宽度，并要满足安全与经济两个条件确

25、定砂垫层的尺寸一般是按附加压力的扩散情况来确定砂垫层厚度d这是因为地基压力经砂垫层扩散后传给下卧层顶面的附加压力与作用于下卧层顶面的自重压力的总和，应小于下卧层的承载力，即：,Pg 从地面算起在(h+d)深处的土重压力，Pz 在基底下深d处的附加压力；在深(h+d)处的地基承载力，h 素填土的厚度按上式用试算法，可以确定砂垫层的厚度d.垫层底宽确定方法：通常都简单地假定基础荷载按某一角度 向下扩散 b-砂垫层的底宽 b-基础宽度，d-砂垫层的厚度，-砂层中的压力扩散角，通常为砂土之摩擦角或取45,2 机械加固法(1)机械压实法 疏松软弱地基为了减少沉降量，提高强度，通常采用机械压实法其作用是使

26、影响深度内孔隙破坏而挤密，减小隙比，减小沉降值和透水性，以提高地基的允许承载力。般有重锤夯实法、分层辗压法、振动压实法及强力夯实法等(2)堆载预压法(砂井预压法)堆载预压法是在建筑物施工前，堆土或堆放混凝土预制板等荷载对地基进行预压，使地基土压密，以提高地基的强度，减少建筑物建成后的沉降量。堆载预压法适用范围很广，处理深厚的淤泥、淤泥质土，沼泽土和水力冲填土均有效，在确定建筑场地后至施工前有足够时间进行预压的工程都可采用此法。,(3)砂桩挤密法 砂桩挤密法是在软弱或松散地基中，先CA桩管成孔，然后在桩管中填粗砂、砾石等坚实土料，桩管底端装有活瓣，边击实边上拔桩管，在地基中形成砂桩，挤密周围软弱

27、或松散土层，使砂桩与挤密后的土共同组成持力层 砂桩尺寸由试验确定，般深度不小于5m，砂桩直径30-60cm该方法适用于松散砂土地基，也可用来加固软弱粘性土地基(4)振动水冲法 振动水冲法简称振冲法，是应用松砂加水振动后变密的原理，来加固松软地基的一种较新的方法 在饱和粉细砂地基中采用振冲法，使松砂液化，土粒重新排列而密实，可以防止地基液化。由于这种方法施工简单，期限短，不需要更复杂的设备，故工程界目前采用这种加固方法的偏多,3 化学加固法 该方法是利用化学溶液或胶结剂，灌入土中，把土粒胶结起来，以提高地基强度，减少沉降量的一种加固方法目前采用的化学浆有以下几种：(1)水泥浆液：用高标号的硅酸盐

28、水泥和速凝剂组成的浆液，应用较多。(2)以硅酸钠为主的浆液：常用水玻璃和氯化钙溶液(3)以丙稀酸氨为主的浆液。(4)以纸浆液为主的浆液：如重铬酸盐木质素浆，加固效果还可以，但有毒性，易污染地下水。加固的施工方法有压力灌注法、旋喷法、旋转搅拌法和电渗硅化法等下面介绍高压旋喷法和电渗硅化法。,高压旋喷法 高压旋喷法是用钻机钻孔至所需深度，用高压脉冲泵，通过安装在钻杆底端或钻杆壁的喷孔，向四周喷射化学浆液，同时钻杆旋转上提高压射流使立体结构破坏并与化学浆液混合，胶结硬化后形成圆柱体，称旋喷桩电渗硅化法 硅化法是用硅酸钠(水玻璃)为主的混合溶液进行化学加固地基的方法对渗透系数大于10”一10”cms的砂性土，将水玻璃溶液用压力通过注射管注入土中，硅酸钠分解生成凝胶把土粒胶结可分为水玻璃加磷酸配制的单液法和水玻璃加氯化钙的双液法两种 如果地基土的渗透系数k10”cmg，孔隙很小时，只靠压力难于使水玻璃注入孔隙中，此时则需要用电渗的作用使溶液进入土中，这种方法称电渗硅化法,习题：1 名词解释:地基，基础2 简述 现场试验的意义 地基改良的加固的方法3 计算 地基最终沉降量(分层总和法和规范法)地基承载力设计值,