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1、情景10平原与山区的道路桥梁工程地质问题【学习目标】 1. 掌握平原的类型；知道平原路基的地质问题。 2. 掌握山地的类型；了解垭口和山坡及其类型；知道山地路桥的工 程地质问题。 3. 知道隧道位置选择的工程地质条件。 4. 了解围岩应力的重分布和保障围岩稳定性的措施。 【能力要求】 1. 能知道平原类型和分析平原路基的地质问题。 2. 能知道山地类型和选择过岭垭口和展线山坡。 3. 能分析山地路桥的工程地质问题。 4. 能对隧道位置选择进行工程地质条件评价。 5. 能对保障围岩稳定提出对策。必要的理论知识： 平原与山区是人类的基本生存活动空间，道路建设基本就在这两个区域内开展，不同的区 域带
2、给人们不一样的感受，也给工程建设带来了不同的工作特点。简简单单的平原地区其 实制造了许多的工程麻烦，深刻认识平原区域的规律与特点是不可或缺的。山区历来是人 类生存与实践的艰难地域，复杂多变的地质规律与外在环境的交互作用，使得这里充满了 巨大的不确定性，因而严肃认真对待山区的工程建设活动是不言自明的。 10.1平原的类型陆地上起伏很小、与高地毗连或由高地围限的广阔平地，称为平原。平原是在地壳升降运 动微弱或长期稳定的前提下，经过风化剥蚀夷平或岩石风化碎屑经过搬运而在低洼地面堆 积所形成。其特点是地势平坦开阔，地形起伏不大。平原有利于公路选线，在选择有利地 质条件的前提下，可以设计成比较理想的公路
3、线形。平原按高程分为高原、高平原、低平 原和洼地。 平原的高度分类表海拔高度/m名 称例 子地质质作用特征600高 原云贵贵高原、伊朗高原、蒙古 高原剥蚀蚀、侵蚀蚀、谷地重力 作用600200高平原中法兰兰西平原、巴西中部平 原2000低平原华华北平原、杭嘉沪平原外力堆积积作用、洪泛、 河岸侵蚀蚀、海蚀蚀和海积积海平面以下洼 地吐鲁鲁番低地、死海低地平原按成因可分为构造平原、剥蚀平原和堆积平原。 10.1.1构造平原 构造平原是由地壳构造运动形成，其特点是微弱起伏的地形面与岩层面一致，堆积物厚度不大。构造 平原地下水一般埋藏较浅，在干旱或半干旱地区若排水不畅，易形成盐渍化，在多雨的冰冻地区则易
4、 造成道路的冻胀和翻浆。 10.1.2剥蚀平原 剥蚀平原是在地壳上升微弱、地表岩层高差不大的条件下经外动力地质作用剥蚀、切割而成。其特点 是地形面与岩层面不一致，上覆堆积物常常很薄，基岩常裸露于地表，只是在低洼地段才覆盖有厚度 稍大的残积物、坡积物、洪积物等。按外力剥蚀作用的动力性质不同，剥蚀平原又分为河成剥蚀平原 、海成剥蚀平原、风成剥蚀平原和冰川剥蚀平原，其中较为常见的是前两种。河成剥蚀平原是河流长 期侵蚀作用所形成，亦称准平原，其地形起伏较大，并沿河流向上游逐渐升高，有时在一些地方保留 有残丘，如山东泰山外围的平原。海成剥蚀平原由海流的海蚀作用所形成，其地形一般较为平缓，微 向现代海平面
5、倾斜。 剥蚀平原形成后往往因地壳运动变得活跃，剥蚀作用重新加剧使剥蚀平原遭到破坏，故其分布面积常 常不大。剥蚀平原的工程地质条件一般较好。 10.1.3堆积平原 堆积平原是在地壳缓慢而稳定下降的条件下，经各种外力作用（如河流）的堆积填平所形成的。其特 点是地形开阔平缓，起伏不大，往往分布有很厚的松散堆积物。按外力作用的性质不同，又可分为河 流冲积平原、山前洪积冲积平原、湖积平原、三角洲平原、风积平原和冰积平原，其中较为常见的是 前三种。 (1) 河流冲积平原 河流冲积平原是由河流改道及多条河流共同沉积所形成的。它大多分布于河流的中、下游地带，如世 界著名的冲积平原有我国的华北平原、印度的恒河平
6、原、美国的中央大平原。因为这些地带河床很宽 ，堆积作用很强，且地面平坦，排水不畅，每当雨季洪水易于泛滥，其所携带的大量碎屑物质便堆积 在河床两岸，形成天然堤。当河水继续向河床以外广大地区淹没时，流速锐减，堆积面积愈来愈大， 堆积物愈来愈细，久而久之，便形成广阔的冲积平原。此类平原地形开阔平坦，具有良好的工程建设 条件，对公路选线十分有利。但其下伏基岩往往埋藏很深，第四纪堆积物很厚，且地下水一般埋藏较 浅，地基土的承载力较低，在冰冻潮湿地区道路的冻胀翻浆问题比较突出。此外，为避免洪水淹没， 路线应设在地形较高处，而在淤泥层分布地段，还应注意其对路基、桥基的强度和稳定性的影响。(2) 山前洪积冲积
7、平原 山区中河床纵坡陡、河水流速大，当河流由山区进入平原时，流速骤然降低，大 量物质沉积下来，形成冲积扇。冲积扇的形状和特征与洪积扇相似，但冲积扇规 模较大，冲积层的分选性及磨圆度更高。如果山麓地带几个大冲积扇相互连接起 来，则形成山前倾斜平原。在山前，河流沉积常与山洪急流沉积共同进行，因此 山前倾斜平原也常称为冲洪积平原。 (3) 湖积平原 湖积平原是由河流注入湖泊时，将所携带的泥砂堆积湖底使湖底逐渐淤高，湖水 溢出、干涸所形成的，其地形之平坦为各种平原之最。湖积平原中的堆积物，由 于是在静水条件下形成的，故淤泥和泥炭的含量较多，其总厚度一般也较大，其 中往往夹有多层呈水平层理的薄层细砂或黏
8、土，很少见到圆砾或卵石，且土颗粒 由湖岸向湖心逐渐由粗变细。湖积平原地下水一般埋藏较浅，其沉积物由于富含 淤泥和泥炭，常具可塑性和流动性，孔隙度大，压缩性高，故承载力很低。 10.2平原路基地质问题 路基是公路的重要组成部分，它主要承受车辆的动力荷载和其上部建筑的重力。 坚固、稳定的路基是公路安全运行的保障。 路基包括路堑、路堤和半路堤半路堑式等。在平原地区修建路基比较简单，工程 地质问题较少，但在丘陵区，尤其是地形起伏较大的山区修建公路时，路基工程 量较大，往往需要通过高填或深挖才能满足线路最大纵向坡度的要求。因此，路 基的主要工程地质问题是路基基底稳定性问题、路基边坡稳定性问题、道路冻害
9、问题和天然建筑材料问题等。10.2.1路基基底稳定性问题 路基基底稳定性问题多发生于填方路堤地段，其主要表现形式为塌陷、滑移和挤 出。 路基基底土的变形性质和变形量的大小主要取决于基底土的力学性质、基底面的 倾斜程度、软弱结构面或软弱夹层的性质与产状等。此外，水文地质条件也是促 使基底不稳定的因素，它往往使基底产生巨大的塑性变形而造成路基的破坏。如 路基底下有软弱的泥质夹层，当其倾向与坡向一致时，若在其下方开挖取土或在 上方填土加重，都会引起路堤整个滑移；当高填路堤通过河漫滩或阶地时，若基 底下分布有饱水厚层淤泥，在高填路堤的压力下，往往使基底产生挤出变形；路 基基底若为不良土，应进行路基处理
10、或架桥通过或改线绕避等；也有的由于基底 下岩溶洞穴的塌陷而引起路堤严重变形，如成昆线南段就有路堤塌陷的实例。 路基基地若为软土、湿陷性黄土、多年冻土、岩溶空洞和地下矿山采空区等分布 区域时，常会出现路基沉陷变形；而在盐渍土和膨胀土分布地区的路基则出现不 均匀膨胀变形。 10.2.2路基边坡稳定性问题 路基边坡包括天然边坡、傍山线路的半填半挖路基边坡以及深路堑的人工边坡等 。在重力作用、河流的冲刷或工程的影响下，路基边坡要发生不同形式的变形与 破坏，其破坏形式主要表现为滑坡和崩塌。当施工开挖使其滑动面临空时，易引 起处于休止阶段的古滑坡重新活动，造成滑坡灾害。滑坡对路基的危害程度，主 要取决于滑
11、坡的性质、规模，滑体中含水情况以及滑动面的倾斜程度。10.2.3道路冻害问题 道路冻害包括冬季路基土体因冻结作用而引起路面冻胀和春季因融化作用而使路基翻浆。 结果都会使路基产生变形破坏，甚至形成显著的不均匀冻胀和使路基土强度发生极大改变 ，危害道路的安全和正常使用。如青藏公路格尔木至拉萨段位于青藏高原腹地，穿越500 多千米的多年冻土分布区，自20世纪70年代以来，出现了大范围较严重的路基、路面沉 陷，病害主要集中出现在不稳定和较不稳定冻土带。另外，路基下的冰丘、冰锥和季节活 动层的冻融作用往往会使路基鼓胀，引起路基、路面的开裂与变形；当冰丘、冰锥融化后 ，路基又发生不均匀沉陷。东北大、小兴安
12、岭多年冻土地区的道路受冰丘、冰锥的影响， 鼓胀和沉陷变形较为明显；青藏公路则以路基、路面开裂较为严重。 多年冻土路基处于特殊的自然环境状态，年均气温低于0，多年冻土地层结构从地表向 下依次为随季节变化而处于冻结和融化状态的季节活动层、保持常年冻结的多年冻土层、 常年融化层。多年冻土层的顶面称为多年冻土上限，底面则称为多年冻土下限。天然状态 下，在多年冻土下限以下存在厚度不等的冰层或含土冰层。 影响道路冻胀的主要因素是负气候的高低、冻结期的长短、路基土层性质和含水情况、土 体的成因类型及其层状结构、水文地质条件、地形特征和植被情况等。一般来讲，气温、 地温愈低，地表植被愈好，冻土稳定性愈好；因为
13、水的热容量较大，所以含冰量愈大，冻 土稳定性愈好。 防止道路冻害的措施有：提高路基标高；把粉、黏粒含量较高的冻胀性土换为粗的砂 砾石抗冻胀性土；铺设毛细割断层，以断绝补给水源；采用纵横盲沟和竖井，排除地 表水，降低地下水位，减少路基土的含水情况；修筑隔热层，防止冻结向路基深处发展 等。 另外，针对多年冻土特性和道路病害，多年冻土地区路基设计采用“保护、一般保护和不 保护”三种原则。保护原则也称为被动原则，是采用工程措施严格控制多年冻土不发生变 化；一般保护是采取工程措施，控制冻土变形速率和变形总量；不保护也称主动原则，是 采取措施加速冻土融化或清除冻土以及不采取任何工程保护措施的原则。保护原则
14、适用于 重要和对变形敏感的工程结构物，且冻土为稳定或较稳定型；一般保护原则适用于变形影 响不敏感的工程，适用的冻土类型为较稳定型；不保护原则一般适用于不稳定冻土。10.2.4天然建筑材料问题 路基工程需要天然建筑材料的种类较多，包括道渣、土料、片石、砂和碎石等。它不仅在 数量上需要量较大，而且要求各种建材产地沿线两侧零散分布。这些建材品质的好坏和运 输距离的远近，直接影响工程的质量和造价，有时还会影响路线的布局。 10.3山地的类型 10.3.1山地的形态要素 山是陆地上海拔500m以上，地面上被 平地围绕的、与其周围平地的交界处 有明显坡度转折的孤立高地，具有山 顶、山脊、山坡、山鞍、山麓（
15、山脚） 等明显的形态要素。山地的最高部分称为山顶。山顶呈线 状延伸的叫做山脊。山脊上相对低凹 似马鞍状的地形称为山鞍或垭口。一 般来说，山体岩件坚硬、岩层倾斜或因受冰川的刨蚀时，多呈尖顶或很狭窄的山脊；气候 湿热，风化作用强烈的花岗岩或其他松软岩石分布区，多呈圆顶；在水平岩层或古夷平面 分布区，则多呈平顶，典型的如方山、桌状山等。山坡是山岭地貌的重要组成部分，介于山顶与山麓之间。在山岭地区，山坡分布 的面积最广。山坡的形状有直线形、凹形、凸形以及复合形等各种类型，这取决 于新构造运动、岩性、岩体结构及坡面剥蚀和堆积的演化过程等因素。山坡与周围平地明显的交线或山坡和周围平地之间的过渡带称为山麓。
16、由于坡面 剥蚀和坡脚堆积，山脚在地貌上一般并不明显，在那里通常有一个起着缓和作用 的过渡地带，它主要是由一些坡积裙、冲积锥、洪积扇和流水堆积地貌和岩堆、 滑坡堆积体等重力堆积地貌组成。10.3.2山地的类型 山地可以按形态或地貌成因分类。按形态分类一般是根据山地的海拔高度、相对 高度和坡度等特点进行划分。根据地貌成因，可以将山岭地貌划分为以下类型。 （1) 构造变动形成的山岭 平顶山 单面山 当单斜层的倾角较大，形成两坡对称的山体时，称为猪背山（脊)，它多发生在 已被破坏的背斜陡翼上。 单面山的形成受构造控制，也与岩性有关，只在岩性坚硬的单斜岩层区出现。单 面山多见于由砂、页岩组成的褶曲的翼部，在四川盆地较为常见。 褶皱山 褶皱山是岩层受构造作用发生褶皱而形成的山。根据褶皱构造形态及褶皱山发育 的部位不同，褶皱构造山又可分为背斜山和向斜山。 断块山 断块山是因断层使岩层发生错断并相对抬升而形成的山，它可能只在一侧有断裂，也可能两侧均为断 裂所控制。断层断块山垂直位移愈大，山势也就
