第6章 常见的不良地质现象(gai)土木gai2

第6章常见的不良地质现象张茂花东北林业大学土木工程学院岩土教研室1、不良地质现象的概念2、常见的不良地质现象3、工程意义地壳上部的岩土体，在遭受各种内外力地质作用之后，导致地形地貌变化，形成各种各样的地质现象，其中有些对工程建筑的安全和使用有不同程度的不良影响，有的甚至危害很大，因此把这些地质现象称为不良地质现象，也称地质灾害。地震、崩塌、岩堆、滑坡、泥石流、多年冻土、岩溶、风沙、雪害等。不良地质现象给工程建筑的稳定性和正常使用造成危害，并对人类的生命财产安全造成巨大威胁，所以我们应该了解它们形成和发展的规律，以便采取相应的措施予以防治。①崩塌：②山崩：③落石：④碎落：第一节崩塌与岩堆一、崩塌1、基本概念在陡峭的斜坡上，巨大岩块在重力作用下突然而猛烈地向下倾倒、翻滚、崩落的现象。规模巨大的山坡崩塌。悬崖陡坡上个别较大岩块的崩落。斜坡的表层岩石由于强烈风化，沿破面发生经常性的岩屑顺坡滚落现象。2、危害崩塌是山区常见的一种病害现象，它来势迅猛，会破坏建筑物、引起人员伤亡，会掩埋公路和铁路、引起交通中断，有时还会堵塞河道、使上游建筑物及农田淹没。(坠石、滚石)①地形条件②岩性条件③构造条件④其它因素3、崩塌形成的条件斜坡的高度和坡度(形成崩塌的必要条件)斜坡的外部形状(凸坡，陡坡)岩石性质不同，强度、透水性、抗风化和冲刷的能力都不同。如果陡峭山坡是由软硬相间的岩层组成，由于软岩层易风化，硬岩层失去支撑而引起崩塌。岩层的层面、裂隙面、断层面、软弱夹层等都是抗剪性能较低的“软弱构造面”；当软弱构造面倾向临空且倾角较大时易发生崩塌。地震作用，地表水和地下水的作用，风化作用，人类活动等地形条件、岩性条件、构造条件是形成崩塌的基本条件4、崩塌的防治1)防治原则：2)防治措施由于崩塌发生突然而猛烈，一般多采用以防为主的原则。对可能发生大、中型崩塌的地段，宜优先采用绕避方案；若绕避有困难时，应尽量离开崩塌的影响范围。对可能发生小型崩塌的地段，应视地形条件进行经济比较，确定绕避还是设置防护工程。②在设计和施工中，避免使用不合理的高陡边坡，避免大挖大填，以保持山体的平衡。①选址时，应根据斜坡的具体条件，分析崩塌的可能性及规模①清除坡面危石②坡面加固③危岩支顶④拦截防御⑤调整水流(坡面喷浆、抹面、砌石铺盖；灌浆、勾缝、镶嵌、锚栓)(用石砌或混凝土作护壁、支垛、支柱、支墩、支墙)(修筑落石平台、落石网、落石槽、拦石堤、拦石墙)(修筑截水沟和排水沟)①坡度：②构造：③结构：④基底：二、岩堆1、岩堆的概念由碎落、崩塌和落石在山坡的低凹处或坡脚形成的疏松堆积体。2、岩堆的工程地质特征岩堆大都为近期堆积，其表面坡度接近于组成物质在干燥状态下的天然休止角，浸水后容易发生局部或整体移动。岩堆内部常具有向外倾斜的层理，在外力作用或其它因素的扰动下，容易发生表层或层间滑动变形。岩堆一般结构松散，孔隙率大且不均匀，在荷载作用下易发生不均匀沉降。岩堆一般坐落在基岩斜坡上，与水作用后，岩堆可能沿基底发生滑移。3、岩堆按稳定程度分类正在发展的岩堆、趋于稳定的岩堆、稳定的岩堆1)选线时，首先应查明路线通过地带岩堆的稳定情况：①对于正在发展的岩堆，以绕避为宜；若绕避有困难，应选择基底条件较好的部位通过。②对趋于稳定的岩堆，应尽量避免破坏岩堆的天然状态，可在岩堆下部以路堤方式通过。③对于稳定的岩堆，可选择适当位置，以低路堤或浅路堑的方式通过。2)路线以路堤方式通过时，应注意路堤位置的选择和基底处理，一般以设置在岩堆体下部或坡脚为宜。3)路线以路堑方式通过时，应注意边坡的稳定性问题，坡度应小于岩堆的天然休止角。4)注意水对岩堆稳定性的影响，做好调整地表水和排除地下水的工作。5)公路通过岩堆时，可以采用挡土墙以稳定路基，但应注意挡土墙和岩堆的整体稳定性和不均匀沉陷问题。4、岩堆的防治原则第二节滑坡一、滑坡的概念及危害斜坡上的岩土体在重力作用下失去原有的稳定状态、沿着斜坡内某些软弱面(带)整体向下滑动的现象，称为滑坡。2、危害滑坡是一种常见的地质灾害。大规模的滑坡，可以堵塞河道，摧毁公路，破坏厂矿，掩埋村庄，对各类工程建筑以及人类的生命和财产安全造成巨大的危害。滑坡的规模有大有小。规模大的滑坡一般是缓慢地、长期地往下滑动，滑动过程可以延续几年、十几年甚至更长的时间，有些滑坡的滑动速度也很快。1、概念滑坡要素示意图1-滑坡体；2-滑坡面；3-滑坡床；4-滑坡壁；5-滑坡周界；6-滑坡台阶；7-滑坡舌；8-拉张裂缝；9-剪切裂缝；10-鼓张裂缝；11-扇形裂缝剖面示意图平面示意图二、滑坡的形态要素二、滑坡的形态要素1、滑坡体、滑坡周界①滑坡体：斜坡上沿软弱面(带)向下滑动的那部分岩土体②滑坡周界：滑坡体和周围不动岩土体的分界线2、滑动面、滑动带和滑坡床①滑动面：滑坡体沿其向下滑动的面(平面/曲面)②滑动带：滑动面上，被揉皱了的厚数厘米至数米的结构扰动带③滑坡床：有些滑坡的滑动面(带)可能不只一个，在最后滑动面以下稳定的岩土体称为～。(粘土夹层/软弱岩层)3、滑坡壁：4、滑坡台阶：5、滑坡舌：滑动面的上缘，即滑坡体与斜坡断开下滑后形成的陡壁，其形态呈“圈椅”状。滑坡体滑落后形成的阶梯状的地面。滑坡体的前缘，形如舌状伸出的部分。6、滑坡鼓丘：滑坡体在向下滑动时，如果受到阻碍，就会形成向上隆起的小丘。(圈定滑坡范围)①拉张裂缝：②剪切裂缝：③鼓张裂缝：④扇形张裂缝：7、滑坡裂缝：在滑坡运动时，由于滑坡体各部分的滑动速度不均匀，在滑坡体内部及表面所产生的裂缝。在滑坡体将要滑动时，由于拉力的作用，在滑坡体的上部产生一些张口的弧形裂缝。滑坡体两侧和相邻的不动岩土体发生相对位移时，会产生剪切作用，形成与滑动方向大致平行的裂缝。滑坡体在下滑过程中，如果滑动受阻或上部滑动比下部快，则滑坡体下部会向上鼓起并开裂。滑坡体向下滑动时，滑坡舌向两侧扩散，形成放射状的张开裂缝。滑坡体中间部分比两侧滑动速度快时也会产生剪切裂缝。鼓张裂缝通常是张口的，其延伸方向大体上与滑动方向垂直。是滑坡体滑动速度最快的纵向线代表整个滑坡的滑动方向，可以是直线，也可以是折线8、滑坡主轴(主滑线)：滑坡运动矢向平面图一般滑坡体的中部运动速度较快，滑坡体的两侧因受摩阻力较多而运动速度较慢。按一定间隔在滑坡体上取不同剖面，测出剖面上每一点的运动速度，将不同剖面上速度最大的点连接起来，即为滑坡主轴。箭头的长短表示速度的大小滑坡壁滑坡体滑动面(带)滑坡舌滑坡鼓丘滑坡台阶三、滑坡的分类1、按滑坡体的物质组成①堆积层滑坡：②黄土滑坡：③粘土滑坡：④岩层滑坡：产生于第四纪堆积物中的滑坡发生于不同时期的黄土层中的滑坡发生在均质或非均质粘土层中的滑坡发生在各种基岩岩层中的滑坡；根据滑动面与岩层层面的关系，又可细分为均质滑坡、顺层滑坡、切层滑坡。2、按滑坡的力学性质①牵引式滑坡：②推动式滑坡：由于坡脚被切割，使斜坡下部先变形滑动，从而使斜坡上部失去支撑，引起斜坡上部相继向下滑动。滑动速度比较缓慢，但会逐渐向上延伸，规模越来越大。由于斜坡上部不恰当地加载或在各种因素作用下，斜坡上部先变形滑动，从而挤压推动下部斜坡向下滑动。滑动速度一般较快，但其规模在通常情况下不再有较大发展。4、按滑坡体的厚度①浅层滑坡：②中层滑坡：③深层滑坡：④超深层滑坡：3、按滑坡的规模大小5、按形成年代①新滑坡②古滑坡死滑坡活滑坡①小型滑坡：②中型滑坡：③大型滑坡：④巨型滑坡：(滑坡体的体积)＜3万m33～50万m350～300万m3＞300万m3＜6m6～20m20～30m＞30m四、滑坡的力学分析1、滑坡的形成条件滑坡的发生，是斜坡岩土体的平衡条件遭到破坏的结果。2、力学分析在均质粘土和软质岩石中，滑动面多为圆弧形若沿岩层面或构造面滑动时，滑动面多呈直线形或折线形①直线形滑动面(以力的平衡为基础)平衡条件：滑坡体重力的下滑分力T≤滑动面上的抗滑阻力F常用稳定系数k表示两力之比：TFk总下滑力总抗滑力当k＜1时，斜坡平衡条件遭到破坏形成滑坡；当k＝1时，斜坡处于极限平衡状态；当k＞1时，斜坡处于稳定状态。②圆弧形滑动面(以力矩的平衡为基础)平衡条件：滑动部分对O点的滑动力矩G1.d1≤随动部分对O点的抗滑力矩G2.d2与滑动面上的抗滑力矩之和，即G1.d1≤G2.d2+OO滑动圆心为O点，滑弧半径为R。在线右侧部分为“滑动部分”，其重心为O1、重量为G1，对O点的滑动力矩为G1.d1；在线左侧部分为“随动部分”，其重心为O2、重量为G2，对O点的抗滑力矩为G2.d2。通过滑动圆心O作铅垂线：OOOO此外，在整个滑动面上还存在抗滑剪应力。滑坡的稳定系数k为总抗滑力矩与总滑动力矩之比：2211...GdABRkGd总抗滑力矩总滑动力矩当k＜1时，斜坡平衡条件破坏形成滑坡；当k＝1时，斜坡处于极限平衡状态；当k＞1时，斜坡处于稳定状态。RAB..1122...dGRABdGRAB..斜坡的上部对其稳定性不利，而斜坡的下部对其稳定性有利。牵引式滑坡的发生是由于斜坡下部被切割导致抗滑力矩减小；推动式滑坡的发生是由于斜坡上部大量堆载使下滑力矩增大。③折线形滑动面(以剩余下滑力的正负为基础)当某一段滑坡体的剩余下滑力Ei≤0时，说明该段滑坡体对下一段不存在推力。若最后一段滑坡体的剩余下滑力En≤0，则整个滑坡体是稳定的；若En＞0，则整个滑坡体不稳定，应该按En的大小设计支挡结构。采用分段进行力学分析的方法：沿折线滑动面的转折处将滑坡体分为若干段，从上至下逐块计算推力，每块滑坡体的下滑力与抗滑力之差，称为剩余下滑力，是逐块向下传递的。1isiiiiiiEFTNfclE00iiEE，传给下一块，忽略，不传五、影响斜坡稳定性的因素凡是引起斜坡岩土体失稳的因素，统称为滑坡因素。斜坡外形、斜坡岩土体的性质、构造等；水文地质条件、风化作用，地震以及人为因素等。内在因素：外在因素：1.斜坡外形：斜坡不同高度、坡度、形状等要素可使斜坡的内力状态变化，从而导致斜坡失稳。一般而言，斜坡越高、越陡，越容易失稳形成滑坡。2.岩土体性质：滑坡主要发生在易亲水软化的土层和软质岩层中①容易产生滑坡的土层有粘土、黄土、粘性的山坡堆积层等，这些土层与水作用后稳定性显著降低。②容易产生滑坡的软质岩层主要是一些沉积岩(页岩、泥岩等)和变质岩(千枚岩、片岩等)。亲水性和膨胀性湿陷性结构松散，遇水易崩解遇水易软化片理构造3.构造：当斜坡受力情况突然变化时，都可能成为滑坡的滑动面；特别是这些软弱构造面的倾向与坡面倾向一致时，岩土体很容易失稳而滑坡。斜坡岩土体内部的一些层面、夹层、节理面、断层面、片理面等，一般都是抗剪强度较低的软弱构造面。层理片理节理4.水：还可将岩土润湿，使之软化、膨胀，削弱矿物颗粒间的粘结，加速岩土体风化，降低其内聚力，从而引起滑坡。5.风化作用：风化作用使岩石的裂隙增多、扩大，吸水性和透水性增强，强度和稳定性大大降低。6.地震：7.人为因素①开挖边坡使岩土体的内力状态改变，还会使岩土体中的残余构造应力释放；②施工时放坡坡度太大、在斜坡上任意堆载、不合理的开挖；③破坏地表植被，使地表水下渗增强，破坏自然排水系统；④引水灌溉或排水管道泄漏使水渗入斜坡；⑤人为开采、爆破。由于地震的加速度，使斜坡岩土体承受巨大的惯性力，并使地下水位发生强烈变化，促使斜坡发生大规模滑动。地震可以诱发滑坡发生，在山区非常普遍。水的存在可以增加岩土体的容重、增加下滑力；①地下水位发生明显变化；干涸的泉重新出水且浑浊；坡脚附近湿地增多且范围扩大、井水明显上升；②斜坡上部不断下陷，外围出现弧形裂缝；③坡面树木逐渐倾斜、建筑物有变形开裂迹象；④斜坡前缘土石零星掉落，坡脚附近的土石被挤紧，并出现大量鼓张裂缝等现象。六、滑坡的野外识别1、在滑坡发生之前，常有一些先兆现象2、斜坡滑动之后，会出现一些变异现象1)地形地物标志2)地层构造标志3)水文地质标志尽早发现滑坡的各种先兆现象，对于滑坡的预防是很重要的。①可能造成圈椅状地形，其上部有陡壁及弧形拉张裂缝；②中部坑洼起伏，有一级或多级台阶，两侧