第三章不良地质作用的岩土工程勘察

第三章不良地质作用的岩土工程勘察（10学时）各种不良地质作用（如岩溶、土洞、塌陷、滑坡、崩塌、泥石流、地震、断裂、潜蚀、岸边冲刷、地面沉降等）对建筑场地的稳定性和适宜性常造成不良影响，甚至直接威胁工程建筑物的安全、稳定和正常使用。因此，在岩土工程勘察中，必须十分重视对不良地质作用的调查研究与评价工作。其内容主要包括：查清各种不良地质作用的分布位置、形态特征、规模、类型及其发育程度；分析与研究各种不良地质作用的形成机制、现状与发展演变趋势；评价与预测各种不良地质作用对工程建设的影响与危害程度，提出预防与整治措施等。同时还应调查、研究与预测人类工程活动对各种不良地质作用的影响，防止人类工程活动诱发各种不良地质作用，进而影响到场地的稳定性与适宜性。下面就岩溶、滑坡、泥石流、地震等不良地质作用的岩土工程勘察作进一步介绍。3.1岩溶3.1.1概述岩溶是指可溶性岩石在水（特别是具有侵蚀性、腐蚀性的地下水）的溶蚀作用下，产生的各种地质作用、形态和现象的总称。可溶性岩石包括碳酸盐类岩石、石膏、岩盐、芒硝等，在我国广泛分布的可溶性岩石主要是碳酸盐类岩石。由于岩溶的存在，将直接影响到地基的稳定性。工程实践表明，下列问题对场地与地基的稳定性影响极大，可能直接危害到建筑物的稳定与安全。（见教材P.235）1.石芽、溶沟、溶槽发育，基岩面起伏大，土层厚薄不一，岩面低洼处常有软土分布，从而导致地基土不均匀性十分明显。2.在自重及荷载作用下，可能发生不稳定溶洞的洞顶塌落。3.在地下水长期作用下，可在覆盖层中形成土洞，给建筑物造成隐患或发生地表塌陷等。4.排泄地表水的漏斗、落水洞以及其它岩溶通道被堵，造成季节性涌水，场地被淹。5.岩溶水一般无统一地下水面，水位及水量随季节变化大。当补给位置较高时，在雨季往往有较大的动水压力而造成对建筑物的破坏。因此，在进行各类岩土工程勘察时，必须注意查清上述主要的岩溶特征与情况。然而，岩溶的发育与分布虽然在宏观上有一定的规律可循，但在微观上却无规律可循，且变异性很大。这就为我们对上述问题的调查增加了不少困难，为此，必须采取一些特殊的技术措施，提出更具针对性的岩土工程勘察技术要求。3.1.2岩溶区岩土工程勘察基本技术要求在不同的勘察阶段，其目的任务不同，因此，所采用的工作方法和技术要求也不尽相同。1.可行性研究或选址阶段（1）目的任务：主要应查明岩溶洞隙、土洞的发育条件，对其危害程度和发展趋势作出判断，并对场地稳定性、适宜性作出初步评价。（2）工作方法与要求：宜采用工程地质测绘及综合物探方法相互验证。2.初步勘察阶段（1）目的任务：应查明岩溶洞隙及其伴生土洞、地表塌陷的分布、发育程度和发育规律，并应按场地的稳定性和建筑适宜性进行分区。（2）工作方法与要求：仍以工程地质测绘及综合物探方法为主，在异常地段，应选择有代表性部位布置验证性勘探孔，并在初步划分的岩溶分区及规模较大的地下洞隙地段适当增加勘探孔，孔深应超过表层岩溶发育带，但不宜超过30m。3.详细勘察阶段（1）目的任务：应查明建筑物范围对建筑物有影响地段的各种岩溶洞隙及土洞的形态、位置、规模、埋深，围岩和岩溶堆积物的性状，地下水埋藏特征。评价地基的稳定性。（2）工作方法与要求：主要进行物探、勘探及测试工作。物探线沿建筑物轴线布置，并宜采用多种方法判定异常地段及其性质，在异常区段、重要柱位均应布置钻孔查明。勘探过程的具体要求应符合下列规定：（也可请参看教材P.236~237（共3个方面））。1*勘探线应沿建筑物轴线布置，勘探点间距不应大于上章（不同建筑物）相应内容的有关规定，条件复杂时，每个独立基础均应布置勘探点。2*勘探点深度除应符合上章（不同建筑物）相应内容的有关规定外，当基底下土层厚度较薄或地基条件较复杂时，应有部分或全部勘探孔钻入基岩。3*当预定深度内有洞体存在，且可能影响地基稳定时，应钻入洞底基岩面下不少于2m，必要时应圈定洞体范围。4*对一柱一桩的基础，宜逐柱布置勘探孔。5*在土洞和塌陷发育地段，可采用静力触探、轻型动力触探、小口径钻探等手段，详细查明其分布。6*当需查明断层、岩组分界、洞隙和土洞形态、塌陷等情况时，应布置适当的探槽或探井等。4.施工勘察阶段（1）目的任务：应对某一地段或尚待查明的专门事项进行补充勘察和评价。当基础采用大直径嵌岩桩时，尚应进行专门的桩基勘察。（2）工作方法与要求：根据岩溶地基处理设计与要求布置。（见教材P.237）1*在土洞、地表塌陷地段：可在已开挖的基槽内进行触探和钎探。2*大直径嵌岩桩或墩基：勘探点按桩、墩布置，深度达桩底之下3d且5m。当相邻桩底基岩面起伏较大时，应适当加深。3*对重要或荷载较大的工程，应在墩底加设小口径钻孔，并应进行检测工作。5.岩溶勘察的测试与观测（1）当追索隐伏洞隙的联系时，可进行连通试验。（2）评价洞隙稳定性时，可采取洞体顶板岩样及充填物土样作物理力学性质试验，必要时可进行现场顶板岩体的载荷试验。（3）顶板为易风化或软弱岩石时，可进行抗风化试验。（4）当需查明土的性状与土洞形成的关系时，可进行湿化、胀缩、可溶性与剪切试验等。（5）查明地下水动力条件和潜蚀作用、地表水与地下水的联系、预测土洞、地表塌陷的发生和发展时，可进行水位、流速、流向及水质的长期观测。总之，在进行岩溶的岩土工程勘察时，就其工作方法与程序而言，应强调以下几点：（1）突出工程地质研究的地位。那种试图削弱场地基本地质研究及岩溶规律的工程地质分析，而只寄希望于通过勘探手段便可查明岩溶形态和岩溶发育规律是不切实际的。因此，在工作程序上，必须坚持以岩溶工程地质测绘与调查为先导。（2）对岩溶规律的研究与勘探，应遵循从面到点、先地表后地下、先定性后定量、先控制后一般以及先疏后密的工作准则。（3）按探测对象和情况的不同，有针对性地选择勘探手段。（4）采用综合物探，要求多种方法相互印证。（按当前工作水平，不宜以未经验证的物探成果作为施工图设计、地基处理的依据。）3.1.3岩溶场地岩土工程评价根据岩土工程勘察资料，可对比下列情况对场地稳定性作出评价：1.场地稳定性评价：有下列情况之一者，可判定对工程不利，一般应绕避或舍弃。否则，会加大日后工程处理的工程量，这在经济上是不合理的。这些情况具有5种（参见教材P.238~239。）（1）浅层洞体或溶洞群，其洞径大，顶板破碎且可见变形迹象，洞底有新近塌落物。（2）隐伏的漏斗、洼地、槽谷等规模较大的浅埋岩溶形态，其间和上覆为软弱土体或地面已出现明显变形。（3）地表水沿土中缝隙下渗或地下水自然升降使上覆土层被冲蚀，出现成片（带）土洞塌陷地带。（4）覆盖土地段抽水降落漏斗中最低动水位高出岩土交界面的区段。（5）岩溶通道排泄不畅，可能导致暂时淹没的地段。2.地基稳定性评价：有下列情况之一者，对二级及其以下的建筑物可不考虑岩溶稳定性对场地的不利影响。这些情况共有两种（参见教材P.239）。（1）基础底面以下土层厚度大于3倍单独基础宽度或6倍条形基础宽度，且不具备土洞形成条件。（2）基础底面与洞体顶板间土层厚度虽小于上述基础的倍数，但是，如能满足下列四种条件之一时，也可不考虑岩溶稳定性的不利影响：1*洞隙或岩溶漏斗被密实的沉积物充填且无被水冲蚀的可能。2*洞体为“微风化”岩石，顶板岩体厚度大于洞跨。3*洞体较小，基础底面积大于洞的平面尺寸，并有足够的支承长度。4*宽度（长径）小于1m的竖向溶蚀裂隙、落水洞、漏斗近旁地段。3.洞体地基稳定性分析：不满足上述各条件时，可根据洞体大小、顶板形状、岩体结构与强度、洞内堆积物及岩溶水活动等因素进行洞体稳定性分析。并符合下列四项规定：（详见教材P.239。）（1）当判定顶板不稳时，但洞内为密实堆积物充填，且无流水活动，可认为堆积物受力，按不均匀地基评价。（2）如有可能取得参数，可将洞体顶板视为结构自承重体系进行力学分析，据顶板形态、成拱条件及裂隙切割情况，分别将其作为梁板、或拱壳受力情况计算，也可进行有限元数值分析。（3）有建筑经验地区，可按类比法进行稳定性评价。（4）基础近旁有裂隙及临空面时，应验算基底岩体向临空面倾覆或沿裂隙滑移的可能性。4.在覆盖型岩溶区，土洞会发展成为地表塌陷，其对工程的危害程度远大于岩体中的洞隙。尤其是人为改变地下水动力条件时，将促使和加速土洞及地表塌陷的形成与发展。5.岩溶地基的定量分析方法：主要有荷载传递线交汇法、洞体顶板塌陷自行堵塞法、结构力学近似分析法、成拱分析法、电阻应变片测试法、载荷试验法等。（详情请参看有关书籍，如工程地质手册等，在此不再赘述。）3.1.4岩溶地基基础设计应注意的几个问题主要就是要充分考虑岩溶洞隙、土洞与地表塌陷对建筑物的不利影响，对岩溶洞隙、土洞与地表塌陷进行处理时，必须选择合理的方法与措施。（详见教材P.239~240。有6个方面）3.2滑坡3.2.1概述滑坡是自然界中常见的一种地质现象，它是指坡上的岩土体沿坡内某一贯通的剪切破坏面或剪切破坏带，以一定的速度整体地向前向下滑动的现象。下滑的那部分岩土体称为滑坡体，剪切破坏面或剪切破坏带称为滑动面或滑动带，滑动面以下未动的坡体称为滑坡床。国标《岩土工程勘察规范》GB50021—2001规定，拟建工程场地或场地附近存在对工程安全有影响的滑坡或有滑动可能时，应进行专门的滑坡勘察。滑坡的形成，必须具备三个条件：（1）有位移的空间，即要具有足够的临空面；（2）有适宜的岩土体结构，即具有可形成滑动面的剪切破碎面或剪切破碎带；（3）有驱使滑体发生滑动位移的动力。三者缺一不可。因此，对滑坡进行岩土工程勘察，其主要任务就是要查明这三方面的条件以及三者之间的内在联系，并对滑坡的防治与整治设计提出建议与依据。3.2.2滑坡岩土工程勘察的基本技术要求滑坡勘察应查明滑坡的范围、规模、地质背景、性质及其危害程度，分析滑坡产生的主次条件及滑动原因，并判断其稳定性程度，预测其发展趋势，进而提出对滑坡的预防与整治方案建议。滑坡勘察的主要工作方法，一般包含工程地质测绘与调查、勘探与试验等，各种方法的基本技术要求为：1.工程地质测绘与调查：范围应包括滑坡区及邻近稳定地段，比例尺可根据滑坡规模选用1∶200~1∶1000，用于整治设计时，比例尺宜为1∶200~1∶500。测绘与调查的主要内容为：（教材P.241~242，共5点）（1）搜集当地滑坡史、易滑地层分布、水文气象、水文、工程地质图与构造地质图、地震与人类工程活动等相关资料。（2）调查微地貌形态及其演变过程；圈定滑坡周界，滑坡各要素，并详细查明滑动带部位、滑痕指向、倾角、滑动带的组成与滑坡体的岩土性状等；分析滑坡的主滑方向、主滑段、抗滑段及其发展变化等。（3）调查滑带水和地下水的情况，泉水出露地点及流量，地表水体与湿地的分布、变迁以及植被情况等。（4）调查滑坡内外、建筑物、树木等的变形、位移及其破坏的时间与过程。（5）调查当地整治滑坡的过程与经验。此外，对滑坡的重点部位或判别滑坡的重要证据还应进行摄影或录象。2.勘探（1）主要任务：就是要查明滑坡体的范围、厚度、物质组成和滑动面（带）的个数、形状和各滑动带的物质组成；查明滑坡体内地下水含水层的层数、分布、来源、动态变化以及各含水层之间的水力联系。（2）勘察方法的选择：根据需要查明的问题的性质及要求进行选择，可参考教材P.243表3-2-1。（3）勘探点的布置原则：一般沿滑坡的主滑断面布置勘探点；对于大型复杂滑坡，还需在主滑断面两侧和垂直主滑断面方向布置适当勘探点。勘探点的间距视具体地质条件而定，但不宜超过40m。在滑床转折处，应设控制性勘探孔（或布置一定数量的探槽和探井），在预计采取工程措施的地段，也应布置勘探点。（4）勘探孔深度的确定：A.可根据滑动面的可能深度确定，必要时可先在滑坡中、下部布置1~2个控制性深孔，其深度应超过滑坡床最大可能埋深3~5m。其它钻孔可钻至最下滑动面以下1~3m。B.当堆积层滑坡的滑床为基岩时，则钻入基岩的深度应大于堆积层中所见同类岩性最大孤石的直径，以能确定是基岩时终孔。C.若为向下作垂直疏干排水的勘探孔，应打穿下伏主要排水层，以了解其厚度、岩性和排水性能；在抗滑桩