常見(jiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象

第6章常見(jiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象 張茂花 東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院巖土教研室 1 不良地質(zhì)現(xiàn)象的概念 2 常見(jiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象 3 工程意義 地殼上部的巖土體 在遭受各種內(nèi) 外力地質(zhì)作用之后 導(dǎo)致地形地貌變化 形成了各種各樣的地質(zhì)現(xiàn)象 其中有些對(duì)工程建筑的安全和使用有不同程度的不良影響 有的甚至危害很大 因此 把這些地質(zhì)現(xiàn)象稱為不良地質(zhì)現(xiàn)象 地震 崩塌 巖堆 滑坡 泥石流 多年凍土 巖溶 風(fēng)沙 雪害等 不良地質(zhì)現(xiàn)象給工程建筑的穩(wěn)定性和正常使用造成危害 并給人類的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅 所以我們應(yīng)該了解它們形成和發(fā)展的規(guī)律 以便采取相應(yīng)的措施予以防治 崩塌 山崩 落石 碎落 第一節(jié)崩塌與巖堆 一 崩塌 1 基本概念 在陡峭的斜坡上 巨大巖塊在重力作用下突然而猛烈地向下傾倒 翻滾 崩落的現(xiàn)象 規(guī)模巨大的山坡崩塌 懸崖陡坡上個(gè)別較大巖塊的崩落 斜坡的表層巖石由于強(qiáng)烈風(fēng)化 沿破面發(fā)生經(jīng)常性的巖屑順坡滾落現(xiàn)象 2 危害 崩塌是山區(qū)常見(jiàn)的一種病害現(xiàn)象 它來(lái)勢(shì)迅猛 會(huì)破壞建筑物 引起人員傷亡 會(huì)掩埋公路和鐵路 引起交通中斷 有時(shí)還會(huì)堵塞河道 使上游建筑物及農(nóng)田淹沒(méi) 墜石 地形條件 巖性條件 構(gòu)造條件 其它因素 3 崩塌形成的條件 斜坡的高度和坡度 形成崩塌的必要條件 斜坡的外部形狀 凸坡 陡坡 巖石性質(zhì)不同 強(qiáng)度 透水性 抗風(fēng)化和沖刷的能力都不同 如果陡峭山坡是由軟硬相間的巖層組成 由于軟巖層易風(fēng)化 硬巖層失去支撐而引起崩塌 巖層的層面 裂隙面 斷層面 軟弱夾層等都是抗剪性能較低的 軟弱構(gòu)造面 當(dāng)軟弱構(gòu)造面傾向臨空且傾角較大時(shí)易發(fā)生崩塌 地震作用 地表水和地下水的作用 風(fēng)化作用 人類活動(dòng)等 地形條件 巖性條件 構(gòu)造條件是形成崩塌的基本條件 4 崩塌的防治 1 防治原則 2 防治措施 由于崩塌發(fā)生突然而猛烈 一般多采用以防為主的原則 對(duì)可能發(fā)生大 中型崩塌的地段 宜優(yōu)先采用繞避方案 若繞避有困難時(shí) 應(yīng)盡量離開(kāi)崩塌的影響范圍 對(duì)可能發(fā)生小型崩塌的地段 應(yīng)視地形條件進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較 確定繞避還是設(shè)置防護(hù)工程 在設(shè)計(jì)和施工中 避免使用不合理的高陡邊坡 避免大挖大填 以保持山體的平衡 選址時(shí) 應(yīng)根據(jù)斜坡的具體條件 分析崩塌的可能性及規(guī)模 清除坡面危石 坡面加固 危巖支頂 攔截防御 調(diào)整水流 坡面噴漿 抹面 砌石鋪蓋 灌漿 勾縫 鑲嵌 錨栓 用石砌或混凝土作護(hù)壁 支垛 支柱 支墩 支墻 修筑落石平臺(tái) 落石網(wǎng) 落石槽 攔石堤 攔石墻 修筑截水溝和排水溝 坡度 構(gòu)造 結(jié)構(gòu) 基底 二 巖堆 1 巖堆的概念 由碎落 崩塌和落石在山坡的低凹處或坡腳形成的疏松堆積體 2 巖堆的工程地質(zhì)特征 巖堆大都為近期堆積 其表面坡度接近于組成物質(zhì)在干燥狀態(tài)下的天然休止角 浸水后容易發(fā)生局部或整體移動(dòng) 巖堆內(nèi)部常具有向外傾斜的層理 在外力作用或其它因素的擾動(dòng)下 容易發(fā)生表層或?qū)娱g滑動(dòng)變形 巖堆一般結(jié)構(gòu)松散 孔隙率大且不均勻 在荷載作用下易發(fā)生不均勻沉降 巖堆一般坐落在基巖斜坡上 與水作用后 巖堆可能沿基底發(fā)生滑移 3 巖堆按穩(wěn)定程度分類 正在發(fā)展的巖堆 趨于穩(wěn)定的巖堆 穩(wěn)定的巖堆 1 選線時(shí) 首先應(yīng)查明路線通過(guò)地帶巖堆的穩(wěn)定情況 對(duì)于正在發(fā)展的巖堆 以繞避為宜 若繞避有困難 應(yīng)選擇基底條件較好的部位通過(guò) 對(duì)趨于穩(wěn)定的巖堆 應(yīng)盡量避免破壞巖堆的天然狀態(tài) 可在巖堆下部以路堤方式通過(guò) 對(duì)于穩(wěn)定的巖堆 可選擇適當(dāng)位置 以低路堤或淺路塹的方式通過(guò) 2 路線以路堤方式通過(guò)時(shí) 應(yīng)注意路堤位置的選擇和基底處理 一般以設(shè)置在巖堆體下部或坡腳為宜 3 路線以路塹方式通過(guò)時(shí) 應(yīng)注意邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題 坡度應(yīng)小于巖堆的天然休止角 4 注意水對(duì)巖堆穩(wěn)定性的影響 做好調(diào)整地表水和排除地下水的工作 5 公路通過(guò)巖堆時(shí) 可以采用擋土墻以穩(wěn)定路基 但應(yīng)注意擋土墻和巖堆的整體穩(wěn)定性和不均勻沉陷問(wèn)題 4 巖堆的防治原則 第二節(jié)滑坡 一 滑坡的概念及危害 斜坡上的巖土體在重力作用下失去原有的穩(wěn)定狀態(tài) 沿著斜坡內(nèi)某些軟弱面 帶 整體向下滑動(dòng)的現(xiàn)象 稱為滑坡 2 危害 滑坡是一種常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害 大規(guī)模的滑坡 可以堵塞河道 摧毀公路 破壞廠礦 掩埋村莊 對(duì)各類工程建筑以及人類的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的危害 滑坡的規(guī)模有大有小 規(guī)模大的滑坡一般是緩慢地 長(zhǎng)期地往下滑動(dòng) 滑動(dòng)過(guò)程可以延續(xù)幾年 十幾年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間 有些滑坡的滑動(dòng)速度也很快 1 概念 滑坡要素示意圖1 滑坡體 2 滑坡面 3 滑坡床 4 滑坡壁 5 滑坡周界 6 滑坡臺(tái)階 7 滑坡舌 8 拉張裂縫 9 剪切裂縫 10 鼓張裂縫 11 扇形裂縫 剖面示意圖 平面示意圖 二 滑坡的形態(tài)要素 二 滑坡的形態(tài)要素 1 滑坡體 滑坡周界 滑坡體 斜坡上沿軟弱面 帶 向下滑動(dòng)的那部分巖土體 滑坡周界 滑坡體和周圍不動(dòng)巖土體的分界線 2 滑動(dòng)面 滑動(dòng)帶和滑坡床 滑動(dòng)面 滑坡體沿其向下滑動(dòng)的面 平面 曲面 滑動(dòng)帶 滑動(dòng)面上 被揉皺了的厚數(shù)厘米至數(shù)米的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)帶 滑坡床 有些滑坡的滑動(dòng)面 帶 可能不只一個(gè) 在最后滑動(dòng)面以下穩(wěn)定的巖土體稱為 粘土夾層 軟弱巖層 3 滑坡壁 4 滑坡臺(tái)階 5 滑坡舌 滑動(dòng)面的上緣 即滑坡體與斜坡斷開(kāi)下滑后形成的陡壁 其形態(tài)呈 圈椅 狀 滑坡體滑落后形成的階梯狀的地面 滑坡體的前緣 形如舌狀伸出的部分 6 滑坡鼓丘 滑坡體在向下滑動(dòng)時(shí) 如果受到阻礙 就會(huì)形成向上隆起的小丘 圈定滑坡范圍 拉張裂縫 剪切裂縫 鼓張裂縫 扇形張裂縫 7 滑坡裂縫 在滑坡運(yùn)動(dòng)時(shí) 由于滑坡體各部分的滑動(dòng)速度不均勻 在滑坡體內(nèi)部及表面所產(chǎn)生的裂縫 在滑坡體將要滑動(dòng)時(shí) 由于拉力的作用 在滑坡體的上部產(chǎn)生一些張口的弧形裂縫 滑坡體兩側(cè)和相鄰的不動(dòng)巖土體發(fā)生相對(duì)位移時(shí) 會(huì)產(chǎn)生剪切作用 形成與滑動(dòng)方向大致平行的裂縫 滑坡體在下滑過(guò)程中 如果滑動(dòng)受阻或上部滑動(dòng)比下部快 則滑坡體下部會(huì)向上鼓起并開(kāi)裂 滑坡體向下滑動(dòng)時(shí) 滑坡舌向兩側(cè)擴(kuò)散 形成放射狀的張開(kāi)裂縫 滑坡體中間部分比兩側(cè)滑動(dòng)速度快時(shí)也會(huì)產(chǎn)生剪切裂縫 鼓張裂縫通常是張口的 其延伸方向大體上與滑動(dòng)方向垂直 是滑坡體滑動(dòng)速度最快的縱向線 代表整個(gè)滑坡的滑動(dòng)方向 可以是直線 也可以是折線 8 滑坡主軸 主滑線 滑坡運(yùn)動(dòng)矢向平面圖 一般滑坡體的中部運(yùn)動(dòng)速度較快 滑坡體的兩側(cè)因受摩阻力較多而運(yùn)動(dòng)速度較慢 按一定間隔在滑坡體上取不同剖面 測(cè)出剖面上每一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度 將不同剖面上速度最大的點(diǎn)連接起來(lái) 即為滑坡主軸 箭頭的長(zhǎng)短表示速度的大小 滑坡壁 滑坡體 滑動(dòng)面 帶 滑坡舌 滑坡鼓丘 滑坡臺(tái)階 三 滑坡的分類 1 按滑坡體的物質(zhì)組成 堆積層滑坡 黃土滑坡 粘土滑坡 巖層滑坡 產(chǎn)生于第四紀(jì)堆積物中的滑坡 發(fā)生于不同時(shí)期的黃土層中的滑坡 發(fā)生在均質(zhì)或非均質(zhì)粘土層中的滑坡 發(fā)生在各種基巖巖層中的滑坡 根據(jù)滑動(dòng)面與巖層層面的關(guān)系 又可細(xì)分為均質(zhì)滑坡 順層滑坡 切層滑坡 2 按滑坡的力學(xué)性質(zhì) 牽引式滑坡 推動(dòng)式滑坡 由于坡腳被切割 使斜坡下部先變形滑動(dòng) 從而使斜坡上部失去支撐 引起斜坡上部相繼向下滑動(dòng) 滑動(dòng)速度比較緩慢 但會(huì)逐漸向上延伸 規(guī)模越來(lái)越大 由于斜坡上部不恰當(dāng)?shù)丶虞d或在各種因素作用下 斜坡上部先變形滑動(dòng) 從而擠壓推動(dòng)下部斜坡向下滑動(dòng) 滑動(dòng)速度一般較快 但其規(guī)模在通常情況下不再有較大發(fā)展 4 按滑坡體的厚度 淺層滑坡 中層滑坡 深層滑坡 超深層滑坡 3 按滑坡的規(guī)模大小 5 按形成年代 新滑坡 古滑坡 死滑坡活滑坡 小型滑坡 中型滑坡 大型滑坡 巨型滑坡 滑坡體的體積 3萬(wàn)m33 50萬(wàn)m350 300萬(wàn)m3 300萬(wàn)m3 6m6 20m20 30m 30m 四 滑坡的力學(xué)分析 1 滑坡的形成條件 滑坡的發(fā)生 是斜坡巖土體的平衡條件遭到破壞的結(jié)果 2 力學(xué)分析 在均質(zhì)粘土和軟質(zhì)巖石中 滑動(dòng)面多為圓弧形若沿巖層面或構(gòu)造面滑動(dòng)時(shí) 滑動(dòng)面多呈直線形或折線形 直線形滑動(dòng)面 以力的平衡為基礎(chǔ) 平衡條件 滑坡體重力的下滑分力T 滑動(dòng)面上的抗滑阻力F 常用穩(wěn)定系數(shù)k表示兩力之比 當(dāng)k 1時(shí) 斜坡平衡條件遭到破壞形成滑坡 當(dāng)k 1時(shí) 斜坡處于極限平衡狀態(tài) 當(dāng)k 1時(shí) 斜坡處于穩(wěn)定狀態(tài) 圓弧形滑動(dòng)面 以力矩的平衡為基礎(chǔ) 平衡條件 滑動(dòng)部分對(duì)O點(diǎn)的滑動(dòng)力矩G1 d1 隨動(dòng)部分對(duì)O點(diǎn)的抗滑力矩G2 d2與滑動(dòng)面上的抗滑力矩之和 即G1 d1 G2 d2 滑動(dòng)圓心為O點(diǎn) 滑弧半徑為R 在線右側(cè)部分為 滑動(dòng)部分 其重心為O1 重量為G1 對(duì)O點(diǎn)的滑動(dòng)力矩為G1 d1 在線左側(cè)部分為 隨動(dòng)部分 其重心為O2 重量為G2 對(duì)O點(diǎn)的抗滑力矩為G2 d2 通過(guò)滑動(dòng)圓心O作鉛垂線 此外 在整個(gè)滑動(dòng)面上還存在抗滑剪應(yīng)力 滑坡的穩(wěn)定系數(shù)k為總抗滑力矩與總滑動(dòng)力矩之比 當(dāng)k 1時(shí) 斜坡平衡條件破壞形成滑坡 當(dāng)k 1時(shí) 斜坡處于極限平衡狀態(tài) 當(dāng)k 1時(shí) 斜坡處于穩(wěn)定狀態(tài) 斜坡的上部對(duì)其穩(wěn)定性不利 而斜坡的下部對(duì)其穩(wěn)定性有利 牽引式滑坡的發(fā)生是由于斜坡下部被切割導(dǎo)致抗滑力矩減小 推動(dòng)式滑坡的發(fā)生是由于斜坡上部大量堆載使下滑力矩增大 折線形滑動(dòng)面 以剩余下滑力的正負(fù)為基礎(chǔ) 當(dāng)某一段滑坡體的剩余下滑力Ei 0時(shí) 說(shuō)明該段滑坡體對(duì)下一段不存在推力 若最后一段滑坡體的剩余下滑力En 0 則整個(gè)滑坡體是穩(wěn)定的 若En 0 則整個(gè)滑坡體不穩(wěn)定 應(yīng)該按En的大小設(shè)計(jì)支擋結(jié)構(gòu) 采用分段進(jìn)行力學(xué)分析的方法 沿折線滑動(dòng)面的轉(zhuǎn)折處將滑坡體分為若干段 從上至下逐塊計(jì)算推力 每塊滑坡體的下滑力與抗滑力之差 稱為剩余下滑力 是逐塊向下傳遞的 五 影響斜坡穩(wěn)定性的因素 凡是引起斜坡巖土體失穩(wěn)的因素 統(tǒng)稱為滑坡因素 斜坡外形 斜坡巖土體的性質(zhì) 構(gòu)造等 水文地質(zhì)條件 風(fēng)化作用 地震以及人為因素等 內(nèi)在因素 外在因素 1 斜坡外形 斜坡不同高度 坡度 形狀等要素可使斜坡的內(nèi)力狀態(tài)變化 從而導(dǎo)致斜坡失穩(wěn) 一般 斜坡越高 越陡 越容易失穩(wěn)形成滑坡 2 巖土體性質(zhì) 滑坡主要發(fā)生在易親水軟化的土層和軟質(zhì)巖層中 容易產(chǎn)生滑坡的土層有粘土 黃土 粘性的山坡堆積層等 這些土層與水作用后穩(wěn)定性顯著降低 容易產(chǎn)生滑坡的軟質(zhì)巖層主要是一些沉積巖 頁(yè)巖 泥巖等 和變質(zhì)巖 千枚巖 片巖等 親水性和膨脹性 濕陷性 結(jié)構(gòu)松散 遇水易崩解 遇水易軟化 片理構(gòu)造 3 構(gòu)造 當(dāng)斜坡受力情況突然變化時(shí) 都可能成為滑坡的滑動(dòng)面 特別是這些軟弱構(gòu)造面的傾向與坡面傾向一致時(shí) 巖土體很容易失穩(wěn)而滑坡 斜坡巖土體內(nèi)部的一些層面 夾層 節(jié)理面 斷層面 片理面等 一般都是抗剪強(qiáng)度較低的軟弱構(gòu)造面 層理 片理 節(jié)理 4 水 還可將巖土潤(rùn)濕 使之軟化 膨脹 削弱礦物顆粒間的粘結(jié) 加速巖土體風(fēng)化 降低其內(nèi)聚力 從而引起滑坡 5 風(fēng)化作用 風(fēng)化作用使巖石的裂隙增多 擴(kuò)大 吸水性和透水性增強(qiáng) 強(qiáng)度和穩(wěn)定性大大降低 6 地震 7 人為因素 開(kāi)挖邊坡使巖土體的內(nèi)力狀態(tài)改變 還會(huì)使巖土體中的殘余構(gòu)造應(yīng)力釋放 施工時(shí)放坡坡度太大 在斜坡上任意堆載 不合理的開(kāi)挖 破壞地表植被 使地表水下滲增強(qiáng) 破壞自然排水系統(tǒng) 引水灌溉或排水管道泄漏使水滲入斜坡 人為開(kāi)采 爆破 由于地震的加速度 使斜坡巖土體承受巨大的慣性力 并使地下水位發(fā)生強(qiáng)烈變化 促使斜坡發(fā)生大規(guī)模滑動(dòng) 地震可以誘發(fā)滑坡發(fā)生 在山區(qū)非常普遍 水的存在可以增加巖土體的容重 增加下滑力 滑坡 薩爾瓦多地震引發(fā)了一次巨大的滑坡 數(shù)百戶人家被埋在土石里 估計(jì)有1200多人遇難 地下水位發(fā)生明顯變化 干涸的泉重新出水且渾濁 坡腳附近濕地增多且范圍擴(kuò)大 井水明顯上升 斜坡上部不斷下陷 外圍出現(xiàn)弧形裂縫 坡面樹(shù)木逐漸傾斜 建筑物有變形開(kāi)裂跡象 斜坡前緣土石零星掉落 坡腳附近的土石被擠緊 并出現(xiàn)大量鼓張裂縫等現(xiàn)象 六 滑坡的野外識(shí)別 1 在滑坡發(fā)生之前 常有一些先兆現(xiàn)象 2 斜坡滑動(dòng)之后 會(huì)出現(xiàn)一些變異現(xiàn)象 1 地形地物標(biāo)志2 地層構(gòu)造標(biāo)志3 水文地質(zhì)標(biāo)志 盡早發(fā)現(xiàn)滑坡的各種先兆現(xiàn)象 對(duì)于滑坡的預(yù)防是很重要的 滑坡前兆 滑坡前兆 滑坡前兆 滑坡前兆 可能造成圈椅狀地形 其上部有陡壁及弧形拉張裂縫 中部坑洼起伏 有一級(jí)或多級(jí)臺(tái)階 兩側(cè)有剪切裂縫 下部有鼓丘 呈舌狀向外突出 表面多鼓張裂縫和扇形張裂縫 兩側(cè)形成溝谷 出現(xiàn) 雙溝同源 現(xiàn)象 醉林 及 馬刀樹(shù) 現(xiàn)象 建筑物 房屋 水管 渠道等 開(kāi)裂 傾斜現(xiàn)象 1 地形地物標(biāo)志 滑坡的存在 醉林 馬刀樹(shù) 滑坡范圍內(nèi)的地層整體性遭到破壞 有擾亂松動(dòng)現(xiàn)象 層位不連續(xù) 出現(xiàn)某一地層缺失或某些地層重復(fù) 巖層產(chǎn)狀發(fā)生明顯變化 構(gòu)造不連續(xù) 2 地層構(gòu)造標(biāo)志 3 水文地質(zhì)標(biāo)志 滑坡地段含水層的原有狀況被破壞 使滑坡體成為單獨(dú)的含水體 水文地質(zhì)條件變得特別復(fù)雜 無(wú)規(guī)律可循 如 潛水位不規(guī)則 無(wú)一定流向 上述各種變異現(xiàn)象 是滑坡運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一產(chǎn)物 它們之間有著不可分割的內(nèi)在聯(lián)系 在實(shí)踐中必須綜合考慮幾個(gè)方面的標(biāo)志 互相驗(yàn)證 不能根據(jù)某一標(biāo)志就輕率地作出結(jié)論 注意 對(duì)大型滑坡 由于滑坡范圍大 需要采用多項(xiàng)工程綜合治理 工程量大 技術(shù)復(fù)雜 所需時(shí)間較長(zhǎng) 故應(yīng)首先考慮繞避的方案 如果繞避有困難 應(yīng)綜合各方面的情況 做出繞避 整治兩種方案進(jìn)行比較 對(duì)中小型滑坡 一般情況下可以不繞避 但應(yīng)注意調(diào)整建筑場(chǎng)址的平面位置 以求得工程量小 施工方便 經(jīng)濟(jì)合理的最優(yōu)方案 對(duì)發(fā)展中的滑坡要進(jìn)行治理 對(duì)古滑坡要防止復(fù)活 對(duì)可能發(fā)生滑坡的地段要防止滑坡的發(fā)生 整治滑坡應(yīng)先做好排水工程 然后針對(duì)形成滑坡的因素 采取相應(yīng)的措施 七 滑坡的防治 1 防治原則 滑坡的防治 要貫徹以防為主 整治為輔的原則 1 排水2 力學(xué)平衡法3 改善滑動(dòng)面 帶 的土石性質(zhì)4 放緩減重 2 防治措施 地表排水 地下排水 主要是設(shè)置截水溝和排水明溝系統(tǒng) 設(shè)置截水溝以截排來(lái)自滑坡體外的坡面逕流 設(shè)置樹(shù)枝狀排水明溝系統(tǒng)以匯集坡面逕流從滑坡體外排出 設(shè)置滲溝 盲溝 平孔以截排來(lái)自滑坡體外的地下水 在滑坡體的下部修筑擋土墻 抗滑樁或用錨桿加固 以增加滑坡下部的抗滑力 改良巖土體的性質(zhì) 增加坡體強(qiáng)度 對(duì)巖質(zhì)斜坡采用固結(jié)灌漿 對(duì)土質(zhì)斜坡采用化學(xué)加固 凍結(jié) 焙燒等 削減坡角或降低坡高 以減輕斜坡不穩(wěn)定部位的重量 從而減少滑坡上部的下滑力 此外 還可針對(duì)某些影響滑坡穩(wěn)定性的因素進(jìn)行整治 如防止水流沖刷 降低地下水位 防止巖石風(fēng)化等具體措施 樹(shù)枝狀排水系統(tǒng) 在滑坡體外 在滑坡體上 地表排水 地表排水 地下排水 盲溝截水布置圖滲水溝示意剖面 擋土墻 錨桿 滑坡的支擋加固 降低地下水位 植樹(shù)造林 泥石流是山區(qū)特有的一種不良地質(zhì)現(xiàn)象 主要發(fā)生在地質(zhì)不良 地形陡峭的山區(qū) 由于泥石流含有大量的固體物質(zhì) 突然爆發(fā) 持續(xù)時(shí)間短 侵蝕 搬運(yùn)和沉積過(guò)程異常迅速 比一般洪水具有更大的能量 具有強(qiáng)大的破壞力 泥石流可以摧毀房屋村鎮(zhèn) 掩埋農(nóng)田 堵塞河道 給山區(qū)交通和工農(nóng)業(yè)建設(shè)造成危害 第三節(jié)泥石流 一 泥石流的概念及危害 2 危害 1 概念 山洪急流夾帶大量泥砂 石塊等固體物質(zhì) 突然以巨大的速度從溝谷上游奔騰直瀉而下的現(xiàn)象 稱為泥石流 泥石流是一種突然爆發(fā)的 含有大量泥砂 石塊的特殊洪流 二 泥石流的流域分布 1 形成區(qū) 2 流通區(qū) 3 堆積區(qū) 位于流域上游 包括匯水動(dòng)力區(qū)和固體物質(zhì)供給區(qū) 多為高山環(huán)抱的山間小盆地 山坡陡峭 溝床下切 縱坡較陡 有較大的匯水面積 區(qū)內(nèi)風(fēng)化嚴(yán)重 巖石破碎 松散堆積物儲(chǔ)量豐富 位于流域的中下游地段 多為溝谷地形 溝壁陡峭 溝床狹窄 縱坡大 多陡坎和跌水 多在溝谷出口處 地形開(kāi)闊 縱坡平緩 泥石流在此流速變慢 固體物質(zhì)大量堆積 形成規(guī)模不同的堆積扇 泥石流流域分區(qū)示意圖I 形成區(qū) I1 匯水動(dòng)力區(qū) I2 固體物質(zhì)供給區(qū) II 流通區(qū) III 堆積區(qū) 1 地形地貌條件 2 地質(zhì)條件 3 水文氣象條件 4 人為因素 三 泥石流的形成條件 泥石流發(fā)育的地方一般都是山高谷深 地勢(shì)陡峭 坡度較大 并有較大的匯水面積 凡是泥石流發(fā)育的地方 都是巖性軟弱 風(fēng)化強(qiáng)烈 地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜 新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈 地震頻繁的地區(qū) 水是泥石流的組成部分之一 也是泥石流活動(dòng)的基本動(dòng)力和觸發(fā)條件 泥石流的發(fā)生與短時(shí)間內(nèi)的大量流水密切相關(guān) 其水源有強(qiáng)度較大的暴雨 冰川積雪強(qiáng)烈融化和水庫(kù)突然潰決等 一般多為三面環(huán)山 中間是一個(gè)深谷 因?yàn)檫@種地形有利于匯水 有利于把松散的固體物質(zhì)匯集到一起 因?yàn)樵谶@種條件下 能夠提供大量的固體碎屑物質(zhì) 由于人類不合理的開(kāi)采 使山體的自然穩(wěn)定性遭到破壞 使風(fēng)化剝蝕增強(qiáng) 將導(dǎo)致泥石流逐漸形成 或促使已退縮的泥石流又重新發(fā)展 泥石流的形成必須同時(shí)具備三個(gè)條件 陡峻的便于集水 集物的地形地貌 豐富的松散物質(zhì) 短時(shí)間內(nèi)有大量的水源 路線跨越泥石流溝時(shí) 首先應(yīng)考慮從流通區(qū)和溝床比較穩(wěn)定 沖淤變化不大的堆積扇頂部用橋跨越 可能存在的問(wèn)題 溝口兩側(cè)路塹邊坡容易發(fā)生崩塌 滑坡等病害 應(yīng)注意流通區(qū)能否發(fā)育成堆積區(qū) 當(dāng)溝谷比較開(kāi)闊 泥石流溝距大河較遠(yuǎn)時(shí) 路線可以考慮走堆積扇的外緣 可能存在的問(wèn)題 堆積扇逐年向下延伸 淤埋路基 河床擺動(dòng) 路基有遭受水毀的威脅 對(duì)泥石流分布較集中 規(guī)模較大 發(fā)生頻繁 危害嚴(yán)重的地段 應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)比較 在有條件的情況下 可以采取跨河繞道走對(duì)岸的方案或其它繞避方案 如果泥石流流量不大 在全面考慮的基礎(chǔ)上 路線也可以在堆積扇中部以橋梁或過(guò)水路面的形式通過(guò) 但應(yīng)充分考慮兩端路基的安全措施 四 泥石流的防治 1 防治原則 公路通過(guò)泥石流地段的幾種方案示意圖I 從堆積扇頂部通過(guò) II 從堆積扇外緣通過(guò) III 跨河繞越通過(guò) IV 從堆積扇中部通過(guò) 通過(guò)散流發(fā)育并有固定溝槽的寬大堆積扇時(shí) 宜按天然溝床分散設(shè)橋 不宜改溝歸并 在處于活動(dòng)階段的泥石流堆積扇上 一般不宜采用路塹 路堤設(shè)計(jì)應(yīng)考慮泥石流的淤積速度及公路使用年限 慎重確定路基標(biāo)高 水土保持 跨越 排導(dǎo) 滯流與攔截 2 防治措施 四 泥石流的防治 植樹(shù)造林 平整山坡 修筑梯田修筑排水系統(tǒng)及支擋工程 根據(jù)具體情況 采用橋梁 涵洞 過(guò)水路面 明洞 隧道 渡槽等方式跨越泥石流 采用排導(dǎo)溝 急流槽 導(dǎo)流堤等措施使泥石流順利排走 以防止掩埋道路 堵塞橋涵 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮泥石流的類型和特征 在泥石流溝中修筑一系列低矮的攔擋壩 是一種根治泥石流的方法 但需要一定的自然條件 收效時(shí)間也較長(zhǎng) 一般應(yīng)與其它措施配合進(jìn)行 此時(shí)應(yīng)考慮淤積問(wèn)題和沖刷問(wèn)題 目的 降低泥石流的流速 使部分固體物質(zhì)沉積下來(lái) 減輕泥石流的危害 第四節(jié)地震 一 地震的概念和危害 1 概念 地下深處的巖層 由于某種原因突然破裂 塌陷 以及火山爆發(fā)等而產(chǎn)生振動(dòng) 并以彈性波的形式傳遞到地表 從而引起地面振動(dòng)的現(xiàn)象 稱為地震 簡(jiǎn)言之 地震是指地球內(nèi)部緩慢積累的能量突然釋放而引起的地球表層的振動(dòng) 2 危害 地震是地球內(nèi)部應(yīng)力突然釋放的一種表現(xiàn)形式 是一種自然現(xiàn)象 但它造成的人類生命和財(cái)產(chǎn)損失卻是觸目驚心的 正是由于地震對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)和建筑設(shè)施會(huì)造成毀滅性的破壞 所以有必要對(duì)地震進(jìn)行深入的研究 以便有效地預(yù)防地震的發(fā)生 地球上每天都在發(fā)生地震 全世界一年約有500萬(wàn)次 其中人們可以感覺(jué)到的約有5萬(wàn)次 能造成破壞的約有1000次 7級(jí)以上的大地震平均一年有十幾次 目前記錄到的世界上最大地震是9 0級(jí) 是發(fā)生于2011年3月11日的日本本州地震 我國(guó)是一個(gè)地震災(zāi)害很嚴(yán)重的國(guó)家 1900年以來(lái) 我國(guó)死于地震的人數(shù)達(dá)55萬(wàn)之多 占全球地震死亡人數(shù)的53 不包括汶川地震及以后的地震20世紀(jì)全球兩次死亡20萬(wàn)人以上的大地震均發(fā)生于我國(guó) 1920年 寧夏海原地震 8 5級(jí) 死亡23 4萬(wàn)人 1976年 河北唐山地震 7 8級(jí) 死亡24 2萬(wàn)人 地震的發(fā)生有間歇性 一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生比較頻繁 一段時(shí)間內(nèi)比較平靜 我國(guó)目前處于地震活躍期 1949年 2000年自然災(zāi)害死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì) 1 構(gòu)造地震 2 火山地震 3 陷落地震 4 激發(fā)地震 二 地震的成因類型 由于地殼運(yùn)動(dòng)使深部巖石的應(yīng)變超過(guò)容許值 巖石發(fā)生斷裂錯(cuò)動(dòng)而引起的地面振動(dòng) 是地震最主要的類型 約占地震總數(shù)的90 以上 由于火山噴發(fā)和下面巖漿活動(dòng)所導(dǎo)致的地面振動(dòng) 影響范圍不大 強(qiáng)度也不大 震前有火山發(fā)作預(yù)兆 約占地震總數(shù)的7 左右 在一些礦區(qū)和巖溶發(fā)育地區(qū) 由于洞穴坍塌 地面陷落等原因引發(fā)的地震 影響范圍小 地震能量和震級(jí)較小 約占地震總數(shù)的3 左右 在構(gòu)造應(yīng)力相對(duì)平衡的地區(qū) 由于外界力量的作用 相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)被破壞 發(fā)生構(gòu)造運(yùn)動(dòng)并引起的地震 一般震級(jí)較小 發(fā)生次數(shù)較多 如 水庫(kù)蓄水過(guò)多 地下水抽取過(guò)量后向地下大量灌水 在我國(guó)很少見(jiàn) 主要分布在日本 印尼等一些島國(guó) 天然地震 人為地震 1 震源 2 震源深度 3 震中 4 震中距 5 震中區(qū) 6 等震線 7 等震線圖 三 地震的一些基本概念 2001年我國(guó)開(kāi)始實(shí)行新的抗震規(guī)范 地殼深處發(fā)生巖層斷裂 錯(cuò)動(dòng)的地方 即地震發(fā)生時(shí)地殼內(nèi)部產(chǎn)生地震波的位置 震源到地面的垂直距離 H H300km的為深源地震 理論上為震源在地表的垂直投影點(diǎn) 也指地震發(fā)生時(shí)震害最嚴(yán)重的地方 地震影響范圍內(nèi) 地表某處至震中的距離 L 一般L越小 地面振動(dòng)越強(qiáng)烈 L越大 地面振動(dòng)越弱 震中鄰近 具有一定面積的地區(qū) 表示地震時(shí)震害最嚴(yán)重的地區(qū) 在同一地震中 具有相同地震烈度的點(diǎn)的連線 在同一地震中 由不同烈度的等震線構(gòu)成的圖樣 近震 遠(yuǎn)震 這種說(shuō)法已經(jīng)取消 淺源地震波及范圍小 但破壞力大 深源地震波及范圍大 但破壞力小 目前有記錄的最深震源達(dá)720km 四 地震波 1 概念 當(dāng)震源巖層發(fā)生斷裂 錯(cuò)動(dòng)時(shí) 巖層所積累的變形能突然釋放 以彈性波的形式從震源向四周傳播 稱為地震波 在地球內(nèi)部傳播的波 縱波 橫波 又稱P波 由震源向四周傳播的壓縮波 介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向一致 特點(diǎn) 縱波的周期短 振幅小 波速快 衰減也快 會(huì)引起地面垂直方向的振動(dòng) 又稱S波 由震源向四周傳播的剪切波 介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向垂直 特點(diǎn) 橫波的周期長(zhǎng) 振幅大 波速慢 衰減也慢 會(huì)引起地面水平方向的振動(dòng) 1 體波 兩者的差別 按其在地殼中傳播的位置不同 分為體波和面波 2 分類 縱波在固體 液體和氣體中都能傳播 而橫波只能在固體內(nèi)傳播 縱波的傳播速度比橫波大 在地球表面?zhèn)鞑サ牟?又稱為L(zhǎng)波 面波是體波經(jīng)地層界面多次反射 折射形成的次生波 特點(diǎn) 面波波速較慢 在體波之后到達(dá)地面 介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向較為復(fù)雜 2 面波 瑞雷波 洛夫波 Rayleigh波 質(zhì)點(diǎn)在平行于波的傳播方向的垂直平面內(nèi)作橢圓運(yùn)動(dòng) Love波 Q波 質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)垂直波的傳播方向作蛇形水平運(yùn)動(dòng) 3 比較 面波振幅大 周期長(zhǎng) 衰減速度比體波慢 能傳到很遠(yuǎn)的地方縱波使建筑物產(chǎn)生上下顛簸 橫波使建筑物產(chǎn)生左右搖晃 而面波則使建筑物既產(chǎn)生上下顛簸又產(chǎn)生左右搖晃 一般是在橫波和面波都到達(dá)時(shí)振動(dòng)最為激烈 由于面波的能量比體波大 故建筑物和地表的破壞以面波為主 1935年 里克特 C F Richter 首先提出震級(jí)的定義 震級(jí)是利用標(biāo)準(zhǔn)地震儀在距震中100km處記錄的以微米為單位的最大水平地面位移的常用對(duì)數(shù)值 五 地震的震級(jí)與烈度 震級(jí)和烈度是衡量地震大小和強(qiáng)弱程度的兩個(gè)有聯(lián)系但卻不相同的概念 一 地震震級(jí) M 1 概念 衡量一次地震釋放能量大小的等級(jí) 常用里氏震級(jí)表示 M logA 2 震級(jí)與地震釋放能量的關(guān)系 lgE 11 8 1 5M 能量越大 震級(jí)就越大 震級(jí)相差一級(jí) 能量相差約32倍 相差二級(jí) 能量相差1000倍 3 地震按震級(jí)分類 M5破壞性地震 M 7強(qiáng)烈地震或大震 M 8特大地震 二 地震烈度 1 概念 某一地區(qū)的地面和各種建筑物遭受地震影響的強(qiáng)烈程度 這種影響是通過(guò)人的感覺(jué) 人工結(jié)構(gòu)物的損壞 物體反應(yīng) 自然現(xiàn)象的變化等四大方面的宏觀等級(jí)描述來(lái)標(biāo)定的 對(duì)于同一次地震 震級(jí)只有一個(gè) 但烈度隨地區(qū)不同而異 一般 震中烈度最大 震中距越大 烈度越小 2 烈度的影響因素 烈度不僅取決于地震本身大小 同時(shí)還受震源處巖層錯(cuò)動(dòng)方向 震源深度 震中距 場(chǎng)地條件 以及建筑物的動(dòng)力特性 建筑材料 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 施工質(zhì)量和維護(hù)情況等許多因素的綜合影響 3 地震烈度表 不同的國(guó)家有不同的烈度表 采用的標(biāo)準(zhǔn)不同 所分的級(jí)別也不相同 我國(guó)在1980年制定了 中國(guó)地震烈度表 通過(guò)以上四個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn) 把烈度分為12個(gè)等級(jí) 個(gè)別 10 以下少數(shù) 10 50 多數(shù) 50 70 大多數(shù) 70 90 普遍 90 以上 地震烈度表 基本烈度 多遇烈度 罕遇烈度 設(shè)防烈度 4 烈度種類 一個(gè)地區(qū)在今后50年期限內(nèi) 在一般場(chǎng)地條件下可能遭遇的超越概率為10 的地震烈度 又稱偶遇烈度或中震烈度 相當(dāng)于475年一遇的最大地震的烈度 按國(guó)家規(guī)定的權(quán)限 批準(zhǔn)作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度 是設(shè)計(jì)中實(shí)際采用的烈度 抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì) 建筑所在地區(qū)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)出現(xiàn)頻率最高的烈度 又稱常遇烈度 小震烈度或眾值烈度 其超越概率為63 2 重現(xiàn)期為50年 建筑所在地區(qū)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 50年 內(nèi)具有超越概率2 3 的地震烈度 又稱大震烈度 重現(xiàn)期約為2000年 場(chǎng)地烈度 在新的抗震規(guī)范中已經(jīng)取消 基本烈度 眾值烈度 1 55度 大震烈度 基本烈度 1度 六 地震效應(yīng) 一 地震作用 地震作用是一種動(dòng)荷載 使建筑物受到一種慣性力的作用 這種由地震波直接產(chǎn)生的慣性力 通常稱為地震力 1 由于水平振動(dòng)對(duì)建筑物的影響最大 故一般只考慮水平地震力 對(duì)于單質(zhì)點(diǎn)體系 反應(yīng)譜法 式中 為水平地震影響系數(shù) G為建筑物的重力荷載代表值 2 但在震中區(qū) 尤其是一些大跨度橋梁 長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)和高聳建筑 也要考慮豎向地震作用 對(duì)于單質(zhì)點(diǎn)體系 反應(yīng)譜法 式中 為豎向地震影響系數(shù) 3 對(duì)于多質(zhì)點(diǎn)體系 可以采用 振型分解反應(yīng)譜法或底部剪力法 計(jì)算水平地震力 豎向反應(yīng)譜法或靜力法 計(jì)算豎向地震力 4 對(duì)于特別重要的結(jié)構(gòu) 還應(yīng)進(jìn)行時(shí)程分析 結(jié)構(gòu)力學(xué)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué) 地面破壞 如地面裂縫 斷裂錯(cuò)動(dòng) 斷層 傾斜 塌陷 砂土液化 噴水冒砂等 建筑物與構(gòu)筑物的破壞 如房屋倒塌 橋梁斷落 水壩開(kāi)裂 鐵軌變形等 山體破壞 如崩塌 滑坡 泥石流等 海嘯 海底地震