第六章-不良地质现象的工程地质问题

第6章不良地质现象的工程地质问题主要内容风化作用河流地质作用边坡灾害(滑坡、崩塌、泥石流）地震各种不良地质作用对工程建设的影响引言不良地质现象：岩石风化、斜坡滑动与崩塌、河流的侵蚀与堆积、岩溶、地震等，这些地质现象可能会对工程的安全和使用起到不同程度的不良影响，甚至危害甚大，因而称这些地质现象为不良地质现象。§6.1风化作用一、风化作用的意义1.风化：位于地壳表面或接近于地面的岩石经受着风、电、大气降水和温度等大气营力以及生物活动等因素的影响，岩石会发生破碎或成分变化，这种变化的过程称为风化。2.风化作用的结果：●导致岩石的强度和稳定性降低，对工程建筑条件起着不良的影响;●促进滑坡、崩塌等不良地质现象的形成和发展。3.风化营力：引起风化作用发生的风化因素统称为风化营力。二、风化作用类型按风化营力的不同，风化作用可分为三大类型：物理风化作用化学风化作用生物风化作用（一）物理风化作用物理风化作用：是指岩石在风化营力的影响下，产生一种单纯的机械破坏作用。特点：破坏后岩石的化学成分不改变，只是岩石发生崩解、破碎、形成岩屑，岩石由坚硬变疏松。引起岩石物理风化作用的因素：主要是温度变化和岩石裂隙中水分的冻结。●温度变化是引起岩石物理风化作用的最主要因素。因为：（1）由于温度的变化产生温差，温差可促使岩石膨胀和收缩交替地进行，久之则引起岩石破裂。（2）岩石本身的某些性质，如岩石的颜色、矿物成分和矿物颗粒的大小等对于温度变化的感应程度是不同的。●水的冻结在严寒地区和高山接近雪线地区经常发生。当气温到0℃或以下时，在岩石裂隙中的水，就产生冰冻现象。水由液态变成固态时，体积膨胀约9％，对裂隙两壁产生很大的膨胀压力，起到楔子的作用，称为“冰劈”。（二）化学风化作用化学风化作用：是指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。特点：不仅破碎了岩石，而且改变了化学成分，产生了新的矿物，直到适应新的化学环境为止。化学风化作用类型：水化作用、氧化作用、水解作用，以及溶解作用。●水化作用水化作用是水分和某种矿物质的结合，在结合时，一定分量的水加入到物质的成分里，改变了矿物原有的分子式，引起体积膨胀，使岩石破坏。如硬石膏（CaSO4）遇水后变成普通石膏（CaSO42H2O）其体积膨胀60％，这对围岩产生巨大压力，使围岩胀裂。●氧化作用氧化作用常是在有水存在时发生的，在水溶液，低氧化合物、硫化物和有机化合物发生了氧化反映。如：低价铁---氧化---变成高价铁。黄铁矿（FeS2）--氧化---硫酸亚铁（FeSO4和硫酸（H2SO4），而硫酸有腐蚀作用。能溶蚀岩石中某些矿物，形成一些洞穴和斑点，致使岩石破坏。●水解作用水解作用是指矿物与水的成分起化学作用形成新的化合物。如正长石（KAlSi3O8）经水解后形成高岭土（A12O3·2SiO2·H2O）、石英（SiO2）和氢氧化钾（KOH）。再如大气中和水中经常含有二氧化碳（CO2），它与围岩矿物相互作用形成碳酸化合物，称其为碳酸盐化作用。●溶解作用溶解作用是指水直接溶解岩石矿物的作用，使岩石遭到破坏。最容易溶解的是卤化盐类（岩盐、钾盐），其次是硫酸盐（石膏、硬石膏），再次是碳酸盐类（石灰岩、白云岩等）。如：在石灰岩地区经常有溶洞、溶沟等岩溶现象，就是这种溶解作用造成的。（三）生物风化作用生物风化作用：岩石在动、植物及微生物影响下所起的破坏作用称为生物风化作用。△生物的物理风化：植物对于岩石的物理风化作用表现在根部楔入岩石裂隙中，而使岩石崩裂；动物对于岩石的物理风化作用表现为穴居动物的掘土、穿凿等的破坏作用并促进岩石风化。△生物的化学风化表现为生物的新陈代谢，其遗体以及其产生的有机酸、碳酸、硝酸等的腐蚀作用，使岩石矿物分解和风化。造成岩石成分改变、性质软化和疏松。三、岩石风化程度和风化带（一）岩石风化程度岩石风化的结果，使原来母岩性质改变，形成不同风化程度的风化岩。按岩石风化深浅和特征，可将岩石风化程度划分为五级。风化程度岩石结构矿物成分破碎性未风化未变未变微风化基本未变基本未变无疏松物质弱风化部分破坏稍微变质有松散物质强风化大部分破坏显著变化疏松物与坚硬体混杂全风化全部破坏风化成土状不含坚硬块体（二）风化带岩石的风化一般是由表及里呈带状分布。由地表往下风化作用的影响逐渐减弱以至消失。因此在风化剖面的不同深度上，岩石的物理力学性质有明显的差异。从岩石风化程度的深浅，在风化剖面上自下而上可分成四个风化带：微风化带、弱风化带、强风化带和全风化带。△岩石风化带的界线，在工程建筑中是一项重要的工程地质资料。△不同风化带的分界线，可作为岩基持力层、基坑开挖、挖方边坡坡度以及采取相应的加固措施的依据之一。△要确切地划分风化界线尚无有效方法，通常只根据当地的地质条件并结合实践经验予以确定。四、岩石风化的治理岩石风化的治理方法可采用挖除和防治两种措施。（一）挖除方法。这种措施是采取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，因而宜少挖。（二）防治方法。这种方法是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。△覆盖防止风化营力入侵的材料，如沥青、水泥、粘土盖层等；△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----防止风化。第六章不良地质现象的工程地质问题§6.2河流地质作用本节主要内容基本概念流水的侵蚀作用河谷的类型及河流阶地河流掏蚀破坏的预测和防护基本概念何谓河流?是在河谷中流动的常年水流，河谷由谷底、河床、谷坡、坡缘及坡麓等要素构成。河流的构成?主流:由重力作用引起的流动;付流:由其它力引起的流动。层流：水质点运动轨迹互相平行；紊流：水质点运动轨迹互相相交，且杂乱无章。水流流速？河流中的流水具有一定的流速（v），即流水有一定的动能（E），这里的流速为平均流速。水流能量的消耗：流水的动能大小可以用物理学的公式表示：E=mv2/2。具体能量消耗为：（1）能量消耗于水的粘滞性、水的紊流、环流、波浪及涡流等，可用Tn表示；（2）能量消耗于侵蚀作用，可用Tp表示；（3）能量消耗于搬运作用，可用Tk表示。E=Tn+Tp+Tk河流地质作用：侵蚀作用：切割地面和冲刷河岸搬运作用：堆积作用：形成各种沉积物和流水沉积地貌，如河流阶地、冲积平原等6.2.1流水的侵蚀作用侵蚀作用的方式：溶蚀作用：在可溶性岩石分布的地区内比较显著，它能溶解岩石中的一些可溶性矿物，其结果使岩石结构逐渐松散，加速了机械侵蚀作用。河流的机械侵蚀：是河谷地质发展过程中的一个重要现象。对工程地质来说，由于流水的机械侵蚀作用，可使河床移动和河谷变形，也可使河岸冲刷破坏，这就严重地威胁河谷两岸的建筑物和构筑物的安全。1.流水对河床的冲刷作用：当水流作用于土石颗粒的力（P）超过阻止其运动的摩擦力（T）时，土石粒就开始随水流一起移动，这就形成冲刷。临界流速（vcr）：流速为土石粒开始移动的流速（vcr）vcr=A*d1/2如vcr以米／秒为单位，而泥砂粒直径J以毫米为单位，则根据实际观测，当6＜400rnm时，A值取0.2。水流速度v超过vcr时，河床上的泥砂就开始滚动或间歇性跃动，推移前进。当流速大到某一程度时，泥砂粒跃起混入水中，呈不着底的悬移运动，这种泥砂称为悬移质泥砂。流水对河床冲刷的重要条件是只有当水流未被泥砂饱和时才会发生冲刷。如果上游河段流来的水流中含有泥砂量小于这一河段的输砂能力，则由于输砂能力未被充分利用就会冲刷；如果输砂量超过了这一河段的输砂能力则产生沉积。2.流水对河岸的掏蚀（横向环流的作用）平直河道弯曲河道科式力的作用（地球自转）平直河道流速分布：平面上：中间大，两边小剖面上：上面大，下面小作用结果：上部：两侧向中间汇集下部：向两边分流形成向下游推进的螺旋形对称横向环流，形成河流不断的向下侵蚀切割。弯曲河道作用力：离心力，重力在河曲处，运动的水质点受离心力P的作用。P=mv2/R式中m——水的质量；v——水质点的纵向流速；R——水质点运动迹线的曲率半径。离心力----使水质点向凹岸运动---水面形成倾向凸岸的横向水力坡度InIn=tgα=[mV2/R]/mg=V2/Rg形成横向水力坡度后就产生了附加压力，其方向与离心力相反，且在所有的深度上一致，等于Inγ。离心力与附加压力相迭加，就会产生上层水流流向凹岸，而下层水流就流向凸岸，形成螺旋状横向环流。科式力作用（惯性力）地球自转，线速度大小不一，赤道附近大，向两极逐渐变小。产生科式力。科式力作用结果：北半球：右岸受到冲刷，左岸得到堆积南半球：左岸受到冲刷，右岸得到堆积横向环流作用结果凹岸受到冲刷，凸岸接受堆积河弯不断向下游发展，形成蛇曲洪水期间会发生截弯取直，从而形成牛轭湖。二、河谷的类型及河流阶地河谷的类型：构造谷：受地质构造控制侵蚀谷：由于河流冲刷而成侵蚀谷的形成；（三个阶段）峡谷型：下切作用河漫滩型：侵蚀、堆积成型河谷：漫滩变化，形成了阶地阶地？被抬高了的河漫滩河漫滩？凹岸被冲刷，凸岸被堆积，乃造成洪河床浅滩。以后浅滩不断扩大和固定，形成洪水期才能淹没的滩地，是为河漫滩。河流阶地的类型：（1）侵蚀阶地（2）堆积阶地l）上迭阶地2）内迭阶地3）嵌入阶地（3）基座阶地三、河岸掏蚀破坏的预测和防护首先要确定河岸掏蚀破坏地段。对河岸掏蚀破坏地段进行防护。防护措施可分两类：一类是直接防护边岸不受冲蚀作用的措施。如抛石、铺砌、混凝土块堆砌、混凝土板、护岸挡墙、岸坡绿化等。另一类是调节径流以改变水流方向、流速和流量的措施。如丁坝、顺坝、横墙等。采用整治与预防措施并举，并按经济技术指标对比的办法来选择防护措施时，才能取得最大的效益。第六章不良地质现象的工程地质问题§6.3滑坡与崩塌本节主要内容滑坡的定义及构造滑坡的分类滑坡的发育过程滑坡的力学分析及影响因素滑坡的治理崩塌6.3.1滑坡的定义及构造滑坡的定义是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。特点1.滑动的岩土体具有整体性；2.斜坡上岩土体的移动方式为滑动，不是倾倒或滚动；3.规模大的滑坡一般是缓慢地往下滑动，其位移速度多在突变加速阶段才显著。基本构造特征（1）滑坡体（2）滑动面、滑动带和滑坡床（3）滑坡后壁（滑坡圈谷）（4）滑坡台地（5）滑坡鼓丘（6）滑坡舌（7）滑坡裂缝：1）拉张裂缝2）鼓张裂缝3）剪切裂缝4）扇形张裂缝（8）滑坡主轴6.3.2滑坡的分类1.按滑坡体的主要物质组成和滑坡与地质构造关系划分：（1）覆盖层滑坡：本类滑坡有粘性土滑坡、黄土滑坡、碎石滑坡、风化壳滑坡。（2）基岩滑坡：本类滑坡与地质结构的关系可分为：均质滑坡、顺层滑坡、切层滑坡。（3）特殊滑坡：本类滑坡有融冻滑坡、陷落滑坡等。2.按滑坡体的厚度划分：（1）浅层滑坡：小于6米（2）中层滑坡；6—20米（3）深层滑坡；20—30米（4）超深层滑坡：大于30米3.按滑坡的规模大小划分：（1）小型滑坡；小于3万立方（2）中型滑坡；3—50万立方（3）大型滑坡；50—300万立方（4）巨型滑坡：大于300万立方4.按形成的年代划分：（1）新滑坡；（2）古滑坡：5.按力学条件划分。（1）牵引式滑坡；（2）推动式滑坡。命名方法：规模组成性质6.3.3滑坡的发育过程（一）蠕动变形阶段：在自然条件和人为因素作用下，造成斜坡的稳定状况受到破坏；在斜坡内部某一部分因抗剪强度小于剪切力而首先变形，产生微小的移动；往后变形进一步发展，直至坡面出现断续的拉张裂缝；随着拉张裂缝的出现，渗水作用加强，变形进一步发展，后缘拉张，裂缝加宽，两侧剪切裂缝也相继出现。斜坡在整体滑动之前出现的各种现象，叫做滑坡的前兆现象，尽早发现和观测滑坡的各种前兆现象，对于滑坡的预测和预防都是很重要的。（二）滑动破坏阶段：滑坡在整体往下滑动的时候，滑坡后缘迅速下