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1、第六章 不良地质条件下 的工程地质问题,6, 6.1 活断层 6.2 地震 6.3 斜坡的变形及其防治 6.4 岩溶与土洞 6.5 采空区地表塌陷, 6.1 活断层,指目前正在活动着的断层，或者近期（全新世、10000年）曾有过活动，不久的将来（100年）可能会重新活动的断层。,活断层对工程建筑物的影响，一是活断层的地面错动及其附近伴生的地面变形会直接损害跨断层修建或建于其邻近的建筑物；其二是活断层发震使一定区域内的建筑物因地震效应而受到损害(图6-1)。,图6-1 唐山某地活断裂示意图,走向滑动型断层(平移断层),倾向滑动型断层(逆断层及正断层),分类(按两盘的错动方向),活动方式,一种是以
2、地震方式产生间歇性的突然滑动,沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动, 6.1.1 活断层的特性, 6.1.2 活断层的判别标志,1）活断层往往错断、拉裂或扭动全新世以来的最新地层 (图6-2) 。 2）地表疏松土层出现大面积有规律分布的地裂缝(图6-3)。 3）古老岩层与全新世以来的最新岩层呈断层接触，或者断层上覆的全新世以来的最新岩层又沿该断层线发生变形(图6-4)。,图6-2 平遥活断层剖面图,图6-3 唐山7.8级地震发震构造裂隙带分布,图6-4 根据新老岩层接触和变形关系判段活断层 1活断层 2最新岩层变形出现地裂缝,6）河谷常与断层一致，断层带往往被河床冲积层覆盖。如果断层在全新世活动，就
3、会使河谷一岸阶地缺失或两岸阶地不对称(图6-5),两岸地貌特征也会很不协调。,4）活断层破碎带中的物质，一般疏松未胶结；最新填充的物质，发生牵引变形或擦痕。 5）活断层穿切现代地表，往往造成地形突变。,7）活断层有时会错断古建筑物，如长城、古城堡和古墓等。 8）活断层附近常常伴有较频繁的地震活动，有时也会有火山活动。,图6-5 河谷阶地缺少、不对称 1活断层 2向阳河, 6.1.3 活断层的工程地质评价,在地壳表层，弹性波传播所引起的振动作用或现象称为地震。, 6.2 地震,如果一个地区活断层较集中，且是若干条活动断裂的交汇带，则该地区场地的稳定性就很差。在这种地区进行建筑，就必须很好地进行区
4、域稳定性评价。 一般选择建筑场地应避开活动断裂带，特别是重要地建筑物更不能跨越在活断层上。铁路、输水线路等线性工程必须跨越活断层时也应避开主断层。若工程必须在活断层附近布置，比较重大地建筑物放在断层地下盘较为妥善。, 6.2.1 地震的基本知识,构造地震,火山地震,天然 地震,塌陷地震,激发地震,指由于地质构造作用所产生的地震。它与构造运动的强绞弱有直接关系。是地震的最主要类型，约占总数的90%。,人为地震,指由于火山喷发和火山下面岸浆活动而产生的地面震动。约占总数的7%。,指由于洞穴崩塌、地层陷落等原因发生的地震。这类地震的规模比较小,次数也很少,即使有,也往往发生在溶洞密布的石灰岩地区或大
5、规模地下开采的矿区。,指由于外界力量使构造应力相对平衡破坏，发生构造运动引发的地震。如水库地震、深井注水地震和爆破引发地震。,1. 地震的成因类型,2. 震源与震中,在地壳内部振动的发源地叫震源(图6-6)。震源在地面上的垂直投影叫震中。震中到震源的距离叫震源深度。,浅源地震(070km),中源地震(70300km),地震分类,深源地震(300km),图6-6 地震名词解释示意图,在同次地震影响下，地面上破坏程度相同各点的连线称为等震线。绘有等震线的平面图称为等震线图(图6-7)所示。,图6-7 云南通海地震等震线图,3. 地震波,体波,面波(L波),地震波分类,体波：通过地球内部传播的波,面
6、波：体波经过反射、折射而沿地面传播的波,纵波(P波，速度快),横波(S波，速度慢),瑞利波(R波),勒夫波(Q波),图6-8 面波质点振动示意图 a)瑞利波 b)勒夫波, 6.2.2 地震震级与烈度,1. 地震震级,震级(M)是距震中100km的标准地震仪(周期0.8s,阻尼比0.8,放大倍率2800倍)所记录的以m m表示的最大振幅A的对数值，即,(6-1),古登堡和李希特根据观测数据，求得震级M与能量E(J)之间有如下关系,(6-2),不同震级的地震通过地震波释放出来的能量大致如表6-1所示。,震级,能 量/J,震级,能 量/J,1,2,3,4,5,6,7,8,8.5,8.9,2.0106
7、,6.3107,2.0109,6.31010,2.01012,6.31013,2.01015,6.31016,3.551017,1.41018,图6-1 震级M 和震源发出的总能量E 之间的关系,2 地震烈度,地震烈度是指某一地区的地面和各种建筑物遭受地震影响的强烈程度。 地震烈度是衡量地震引起的地面震动强烈程度的尺子。它不仅取决于地震能量，同时也受震源深度、震中距、地震波传播介质的性质等因素的制约(表6-2)。,表6-2 地震烈度鉴定表,(续),(续),基本烈度,场地烈度,地震烈度,设计烈度,基本烈度是指在今后一定时期内，某一地区在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。,局部地区烈度上的差别
8、，主要是受局部地质构造、地基条件及地形变化等因素所控制。通常把这些局部性的控制因素称为场地条件。根据场地条件调整后的烈度，在工程上称为场地烈度。,在场地烈度的基础上，考虑工程的重要性、抗震性和修复的难易程度，根据规范进一步调整，得到设计烈度，亦称设防烈度。, 6.2.3 地震效应,地震作用影响下，地面出现的各种震害和破坏称为地震效应。,1. 地震力效应,地震可使建(构)筑物受到一种惯性力的作用，这种力称为地震力。,设建筑物重力为Q，质点运动的最大水平加速度为amax,则作用在建筑物上的地震力P为,式中,g重力加速度。,(6-3),令,(6-4),则,P = Kc Q,(6-5),Kc称为地震系
9、数。,地震加速度方向,水平向,垂直向,烈 度,7,8,9,10,0.075,0.15,0.30,0.60,0.038,0.075,0.15,0.30,2. 地震破裂效应,地震断层,地裂缝,地震破裂效应,3. 地震液化效应,喷水冒砂,地下砂层液化,地震液化效应,4. 地震激发地质灾害的效应,强烈的地震作用能激发斜坡上岩土体松动、失稳，发生滑坡和崩塌等不良地质现象。, 6.3 斜坡的变形及其防治,斜坡是指地壳表面一切具有侧向临空面的地质体。,天然斜坡,人工斜坡,斜坡, 6.3.1 岩体结构,结构面：,岩体中的各种地质界面(岩层层面、裂隙面、断裂面、不整合面等。),结构体：,受结构面切割而产生的单个
10、块体(岩体),岩体结构,1. 岩体结构面,不同岩体，具有不同的工程地质特征，这与其成因密切相关。按结构面成因，可将其划分为原生结构面、构造结构面、次生结构面三大类。其主要特征如表6-4所示:,(1) 结构面成因类型,4. 地震激发地质灾害的效应,表6-4 岩体结构面类型及其特征,(续),(2) 结构面工程地质研究,结构面成生年代及活动情况 成因类型 延展性及穿切性 形态及充填胶结情况 产状及组合关系 密集程度 力学性质,结构面工程地质研究,2. 岩体结构体,常见的结构体形式有：柱状、块状、板状、楔状、菱形、锥形等6种形态。 不同形态和不同产状的结构体，其稳定程度各不相同。,3. 岩体结构类型,
11、表6-5 岩体结构类型及其特征, 6.3.2 岩质边坡的变形与破坏,松动,斜坡变形,蠕动,表层蠕动,深层蠕动,斜坡形成初始阶段，坡体表部往往出现一系列与坡向近于平行的陡倾角张开裂隙，被这种裂隙切割的岩体便向临空方向松开，移动。,斜坡浅部岩土体在重力长期作用下，向临空方向缓慢变形构成一剪变带，其位移由坡面向坡体内部逐渐降低直到消失。这便是表层蠕动 (图6-9) 。,主要发育在斜坡下部或坡体内部。,软弱基座塑性较大，坡脚主要表现为向临空方向蠕动、挤出(图6-10)。,软弱基座蠕动,坡体蠕动,在卸荷裂隙较发育并有缓倾结构面的坡体中比较普遍(图6-11)。,1. 斜坡变形,图6-9 岩质斜坡表层蠕动
12、a) 阿尔卑斯山谷反倾斜岩层中蠕动 b)湖南砂岩、板岩中的蠕动,图6-10 软弱基座蠕动 1粘土岩 2砂岩 3、5灰岩 4页岩 6张裂隙,图6-11 坡体蠕动 a)切角滑移 b)剪面形成 c)滑面形成 1层面 2羽裂,2. 斜坡破坏,斜坡中出现了与外界连续贯通的破裂面，被分割的坡体便以一定加速度滑移或崩落，脱离母体，称为斜坡破坏。,崩塌：斜坡前沿部分岩体，被陡倾结构面分割，并以突然的方式脱离母体，翻滚而下，岩块互相冲撞、破坏，最后堆积于坡脚而形成岩堆，这种过程与现象称为崩塌(图6-12)。,图6-12 崩塌过程示意图 a) 崩塌初期 b)形成崩塌 c)崩塌继续发展,滑坡：斜坡岩土体沿着连续贯通
13、的破坏面向下滑动的过程与现象。,(1) 滑坡的形态和特征,滑坡有明显的边界和地形特征（图6-13），在野外可以识别。,图6-13 滑坡形态示意图 a) 剖面示意图 b)平面示意图 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鼓胀裂缝 11扇形裂缝,滑床面：贯通性破坏面。 滑坡体：依附于滑床面下滑的坡体。 滑坡床：滑床面下伏未动的岩土体。,滑坡的各部分结构和形态,滑坡台地,滑坡裂隙,滑坡体前缘伸出部分，常呈舌状。,因各段下滑速度和幅度不同而形成一些错台，出现数个陡坎和高程不同的平缓台面。,滑坡舌,拉张裂隙(分布在后缘),羽状剪切裂隙(分
14、布在两侧),鼓张裂隙(鼓丘部位),扇形张裂隙(前缘舌部为多),(2) 滑坡的形成条件及影响因素,滑坡的发生是斜坡岩(土)体平衡条件遭到破坏的结果。 斜坡岩(土)体沿AB滑动时力系如图6-14所示。,图6-14 平面滑动的平衡示意图,如果稳定系数K1,斜坡平衡条件遭到破坏而形成滑坡，若K1,则斜坡处于稳定或极限平衡状态。,斜坡岩(土)体沿圆柱面滑动时力系如图6-15所示。,图6-15 圆弧滑动的平衡示意图,AB假定滑面，O 滑动中心，滑动部分滑动力矩G1d1,随动部分抗滑力矩G2d2,滑动面抗滑力矩,滑动部分,随动部分，起着阻止斜坡下滑的作用。,平衡条件为：,G1d1,G2d2 +,式中,滑动面
15、上的抗剪强度,其稳定系数K为,同理，K1,将形成滑坡，K1斜坡处于稳定或极限平衡状态。,(6-7),(6-8),岩性,滑坡主要发生在易于亲水软化的土层中和一些软质岩层中，当坚硬岩层或岩体内存在有利于滑动的软弱面时，适当条件下也可能形成滑坡。,构造,埋藏于土体或岩体中倾向与斜坡一致的层面、夹层、基岩顶面、古剥蚀面、不整合面，层间错动面、断层面、裂隙面、片理面等，一般都是抗剪强度较低的软弱面，当斜坡受力情况突然变化时，都可能成为滑坡的滑动面。,水,水对斜坡土石的作用，是形成滑坡的重要条件。,影响滑坡形成的因素,(3) 滑坡分类,1) 按滑动面与层面关系分类,均质土滑坡,顺层滑坡,切层滑坡,按滑动面
16、与层面关系分类,牵引式滑坡,推动式滑坡,按滑动面力学性质分类, 6.3.3 斜坡的稳定性评价,斜坡稳定性评价包括两方面任务：一方面要对与工程活动有关的天然斜坡或已建成的人工边坡的稳定性作出评价；另一方面要为设计合理的人工边坡和整治斜坡措施提供设计依据。,历史成因分析法,工程地质类别法,赤平极射投影分析法,工程地质定性评价,刚体极限平衡计算法,有限单元法,数学力学定量评介,斜坡稳定性评价, 6.3.4 斜坡变形破坏的防治,1. 防治原则,以查清工程地质条件和了解影响斜坡稳定性的因素为基础,整治前必须搞清楚斜坡变形破坏的规模和边界条件,按工程的重要性采取不同的防治措施,2. 防治措施,挡墙,抗滑桩
