第六章 常见不良地质作用及其防治

第六章常见不良地质作用及其防治6.1岩石风化•暴露在地表的岩石，在太阳辐射、水、生物、大气、气温变化等的影响下，岩石所遭受的破坏和分解作用，称为风化作用。•风化作用导致的结果：岩石的强度和稳定性降低，岩石破碎易诱发崩塌、滑坡等不良地质现象的发生。•引起风化作用产生的因素，叫做风化营力。6.1.2风化作用类型依照风化营力的不同，风化作用可分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。1)温差作用温度变化是导致岩石风化的最主要因素。由于太阳能辐射能量的昼夜差异，从而引起岩石发生膨胀和收缩的反复更迭。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。2）冰劈作用：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。3）盐类结晶和潮解作用水并不是位移可以堆积在岩缝里而将岩石裂开的结晶体。许多由于气候干燥而堆积在岩石缝隙中可溶性盐类，可以同样使得岩石发生开裂现象。当气温升高，蒸发量加大，这些盐溶液由于过饱和而产生结晶现象，体积也由于结晶而显著增大，从而对裂隙周边的围岩产生压力，使得裂隙进一步加大。而随着空气中水分的增多，盐类结晶便又从空气中吸水而发生潮解，形成的盐溶液便会进一步沿着加大的裂隙下渗，结晶和潮解的反复作用使得岩石崩裂成碎块。2.化学风化作用化学风化: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。1)碳酸盐化作用二氧化碳气体是可以溶解于水，其溶解于水后生成碳酸。因此，溶解有二氧化碳的水中会存在有碳酸根离子与碳酸氢根离子，它们遇到岩石矿物中的金属离子会发生反应，生成碳酸盐，而新生成的碳酸盐类均易溶于水，最终导致岩石逐步被“溶解”。2）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K2O·Al2O3·6Si02+CO2+6H20→Al2O3·2Si02·H20+K2CO3+4SiO23）水化作用：指水与岩石中的某些矿物发生反应，水分子作为一个组成部分添加入矿物之中而形成新矿物的过程。其作用的结果是使得矿物体积发生膨胀，对周围岩石产生压力，使得岩石破坏。水化作用与水解作用的区别是：参与水化作用的水分当矿物被加热至水的沸点以上的时候就会失去，而参与水解作用的水分则成为了新生矿物分子构造的一部分，要使这些水分失去，则需要将其分子构造破坏才可以。4）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（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。溶解作用的结果是使岩石中的易溶物质逐渐溶解而随水流失，导致岩石孔隙增加，使岩石的坚实程度降低，从而更容易遭受到物理风化作用而破坏。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。在自然界当中，岩石的风化往往是上述三种作用综合作用的结果。6.1.3岩石风化的影响因素•地质因素岩石矿物成分、自身结构及构造•地形地貌地形起伏及地貌单元的复杂程度•气候因素主要表现在气温、降水以及生物的繁殖方面实际上，影响风化作用的三个主要因素是增强或减弱物理、化学、生物风化的客观条件。1.风化作用的评价风化作用对岩石的影响是由表及里的。正常情况下，风化作用对地表岩石的作用最为强烈，而随着影响深度的不断加深，风化作用的影响就不断减弱，直至为零。因此，在地壳表层就会形成一个由不同风化程度岩石组成的壳体，也就是风化壳。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。6.1.4风化作用的评价与治理未风化：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。2.岩石风化的治理措施岩石风化的治理通常有如下措施：（1）挖除法采取挖除部分对建筑物构成较大威胁的风化严重的岩层。挖除的深度应根据具体工程中岩层的风化程度、风化因素等指标予以综合确定。（2)覆盖法采用在岩石上覆盖防止风化营力侵袭的材料来避免风化作用的进行，如覆盖沥青、水泥、粘土层等。（3）胶结法针对存在有裂隙的岩石易遭受风化的特点，在岩石裂隙中灌入水泥、沥青、水玻璃等浆液，胶结堵塞岩石裂隙，以增强岩石的整体性，从而防止风化。（4）整平排水法由于地表水和地下水是引起物理风化作用和化学风化作用的主要因素，因此，在工程建设区域进行场地整平并建造排水工程，是防止风化的重要手段。（5）探槽监测法对于风化速度较快的岩层，应设置开敞的风化探槽，以观测岩石的风化速度，从而估算拟建工程开挖基坑后外露岩石的风化程度。同时应在基坑开挖至设计标高后立即浇筑基础并分层回填，以加快施工速度，防止风化作用的不良影响。6.2河流侵蚀6.2.1侵蚀和沉积地面流水依照水体流动的特点不同，分为片流、洪流和河流。片流和洪流仅在雨后或冰雪融化时出现，所以两者均属于暂时性流水，而沿着沟谷常年流动的水体称为河流。河流的地质作用包括侵蚀和沉积。1.侵蚀溶蚀作用：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。2.沉积6.2.2河谷与阶地的形成1.河谷的形成河谷是指由河流长期侵蚀和堆积作用塑造而成的地步经常有水流动的线状延伸凹地。河谷由谷底、河床、谷坡、坡缘及坡麓等要素构成。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•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2.阶地的形成防护措施可分两类：•一类是预防性的措施。确定河岸掏蚀破坏地段，同时开展为预报岸边与其临近地区建筑工程的危险状态而进行的长期动态观测工作。•另一类是整治性措施，•1）边岸防护，如采取铺砌、抛石、绿化等。•2）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。•3)蓄洪工程，如兴建水库、大坝等项目。•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。6.3滑坡与崩塌6.3.1滑坡斜坡上的土石体在自身重力作用下失去原有的稳定性，沿滑坡内部某些滑动面整体向下滑动的现象称为滑坡。滑坡是边坡变形破坏的一种主要类型，也是在山区公路、铁路、房屋建筑中经常遇到的一种地质灾害。（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-滑坡台地陡坎；8-滑坡舌；9-拉张裂缝；10-滑坡鼓丘；11-扇形张裂缝；12-剪切裂缝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①滑坡体：斜坡内沿滑动面向下滑动的岩土体。②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。③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。④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。滑坡台地前缘比较陡的破裂壁称为滑坡台坎。⑤滑坡鼓丘：滑坡体在向前滑动的时候，受阻形成隆起的小丘。⑥滑坡舌：滑坡体的前部如舌状向前伸出的部分。⑦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。⑧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。2.滑坡分类以及特征平移式滑坡：滑动面的许多点同时局部滑动，然后逐步发展到整体滑动。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。按滑坡的主要物质成分分类：堆积层（包括残积、坡积、红积等成因）滑坡；黄土滑坡；粘土滑坡；岩层滑坡。（2）滑坡的特征堆积层滑坡常有如下的主要特征：岩层滑坡的主要特征有：当滑坡停止并经过较长时间后，可以看到：4.滑坡的形成条件（1）滑坡发于的内部条件产生滑坡的内部条件与组成边坡的岩土的性质、结构、构造和产状等有关。（2）滑坡发于的外部条件。主要有水的作用，不合理的开挖和坡面上的加载、振动，采矿等。5.滑坡的防治防治滑坡的措施和方法有：（1）避开（2）消除或减轻水对滑坡的危害1）截2）排3)护4）填（3）改善滑坡体力学条件,增大抗滑力减与压、支挡（4）改善滑带土的性质6.3.2崩塌陡峻的山崖或岸坡上方的剧烈风化岩土体在水和重力的作用下，或在地震及工程振动等其它荷载作用下，从边坡高处突然崩落、塌跨的现象称为崩塌崩塌会使建筑物遭到毁坏，使公路和铁路被掩埋。带来重大经济损失。2.崩塌的防治崩塌的治理应以根治为原则，当不能清除或根治时，可采取下列综合措施:1）遮挡2）拦截防御3）支撑加固4）镶补勾缝5)护面6）排水7）刷坡6.4泥石流泥石流是山区特有的一种自然地质现象。它是由于降水（暴雨、融雪、冰川）而形成的一种挟带大量泥砂、石块等固体物质，突然爆发，历时短暂，来势凶猛，具有强大破坏力的特殊洪流。我国泥石流主要分布于西南、西北和华北山区。6.4.1泥石流的分类及形成条件1.泥石流的基本特征具有突然爆发，历时短暂，来势凶猛，具有强大破坏力的特点，与一般的滑坡和携砂水流有特征上的区别。1）和滑坡的比较而言，滑坡发生时，形成的滑坡体与滑床之间有一破裂面，而泥石流具有水体的流动性，即泥石流与发生流动的沟床之间没有明显的破裂面。2）和携砂水流的比较而言，携砂水流在发生流动时的抗剪强度近乎为零，而泥石流具有土体的结构性，有一定的抗剪强度。3)泥石流一般多发于山谷密集而且有暴雨倾泻的地区，发生时具有较大的动能。2.泥石流的分类（1）按其流域的地质地貌特征分类：标准型泥石流、河谷型泥石流、山坡型泥石流。（2）按其组成物质分类：泥流、泥石流、水石流。（3）按其物理力学性质：粘性泥石流、稀性泥石流。3.泥石流的形成条件（1）地形地貌的条件1）丰富的固体物质来源决定于地区的地质条件2）泥石流流域的地形特征也很重要。（2）水文气象条件，主要体现在以下两个方面：1）短时间内突然性的大量流水2)水的作用（3）人类工程经济活动6.4.2泥石流的防治1.预防措施1）上游水土保持，植树造林，种植草皮，以巩固土壤，不受冲刷、不使流失。2）治理地表水和地下水，修筑排水沟系，如截水沟等，以疏干土壤或不使土壤受浸湿。3）修筑防护工程，如沟头防护、岸边防护、边坡防护，在易产生坍塌、滑坡的地段做一些支挡工程，以加固土层，稳定边坡。2.治理措施（1）拦截（2）滞流（3）输排和利导6.5地面沉降与地裂缝6.5.1地面沉降地面沉降是指地壳表面在自然因素（如火山、地震）和人为