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土木工程地質(zhì)學 Geology in Civil Engineering,8.1概述 8.2工業(yè)與民用建筑工程中的主要工程 地質(zhì)問題 8.3道路與橋梁工程中的工程地質(zhì)問題 8.4隧道與地下工程中的工程地質(zhì)問題 8.5港口工程中的工程地質(zhì)問題 8.6水利工程中的工程地質(zhì)問題,工程建設(shè)中主要工程地質(zhì)問題,8.1 概述,工程建設(shè)是根據(jù)設(shè)計要求和建設(shè)場地的工程地質(zhì)條件進行的，而不同類型的工程對工程地質(zhì)條件的要求也不相同，因此在建設(shè)的過程中不可避免地會遇到各種各樣的地質(zhì)情況和問題。充分認識這些工程地質(zhì)問題，以及針對這些問題做好相應(yīng)的工程地質(zhì)勘查工作隊于工程建設(shè)是非常重要的。本章對工業(yè)與民用建筑、道路與橋梁工程、隧道與地下工程、港口工程、水利工程等五個方面的主要工程地質(zhì)問題進行了分析，同時針對這五個工程方向指出了其他地質(zhì)勘察工作的要點。,區(qū)域穩(wěn)定性問題 基礎(chǔ)埋深和結(jié)構(gòu)類型問題 地基穩(wěn)定性問題 地基的施工條件問題 邊坡穩(wěn)定性問題 地下水的侵蝕性問題,8.2工業(yè)與民用建筑工程中的主要工程地質(zhì)問題,地基穩(wěn)定性問題 地基強度 地基變形,地基的強度 以地基承載力表示。 影響因素有兩方面：地基性質(zhì)，基礎(chǔ)特點。 確定方法：理論計算、原位測試、規(guī)范表格。 一級建筑物用原位測試結(jié)合理論計算。 二級建筑物用理論計算結(jié)合原位測試。 三級建筑物用規(guī)范查表或根據(jù)鄰近建筑物經(jīng)驗確定。,2、地基的變形 地基變形特征量： 沉降量 沉降差 傾斜 局部傾斜 均應(yīng)規(guī)范容許變形值.,對于大型重要的建筑物，必須同時進行地基強度和變形驗算。,基礎(chǔ)的施工條件問題,基坑開挖和支護方式 降排水方式 影響基礎(chǔ)施工條件的主要因素： 地基土性質(zhì) 地下水類型和埋深 建筑周邊荷載,邊坡穩(wěn)定性問題,在山區(qū)的斜坡上修建建筑物，邊坡穩(wěn)定性是個需要重視的工程地質(zhì)問題。斜坡上建筑物的健在給邊坡增加了外載荷，破壞了其原有的平衡，往往導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)而滑動。,3、工民建工程地質(zhì)勘察要點,了解整個建筑區(qū)域內(nèi)的總體穩(wěn)定性：初步查清幾個可能作為建筑場地的工程地質(zhì)條件，以便選址。 查明建筑區(qū)域內(nèi)的地層分布和巖土的物理力學性質(zhì)：對地基土體進行室內(nèi)試驗以及一定數(shù)量的現(xiàn)場原位測試；確定合理的地基承載力，并對地基的均勻性和穩(wěn)定性作出評價，為工程設(shè)計和施工提供所需的計算指標及資料。 查明地下水的埋藏、補給和排泄條件、水位變化幅度與規(guī)律及化學成分，測定并評價地基土體的滲透性：對基坑工程，當存在高承壓水層時，應(yīng)評價基坑底隆起以及發(fā)生涌水的影響，為基坑支護和工程降水提出可靠建議。 在斜坡地區(qū)應(yīng)評價邊坡的穩(wěn)定性。,一、道路工程地質(zhì)特點 道路是線型工程，線路往往要穿越地形、地質(zhì)條件復(fù)雜的不同地區(qū)或構(gòu)造單元，如道路沿線往往會遇到山高谷深，地質(zhì)復(fù)雜、不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育或道路需要穿越大的溶洞和暗河等問題。 因此，工程地質(zhì)論證或工程地質(zhì)條件分析在公路建設(shè)中非常重要。 路線的選擇，要根據(jù)工程地質(zhì)條件及施工條件等綜合考慮，其中工程地質(zhì)條件是決定性因素。,8.3道路與橋梁工程中的主要工程地質(zhì)問題,路基邊坡穩(wěn)定性 路基基底穩(wěn)定性 道路凍害 建筑材料,二、道路工程的主要工程地質(zhì)問題,1、 路基邊坡穩(wěn)定性,路基邊坡包括: 天然邊坡 半挖半填路基邊坡 路塹邊坡,破壞形式: 滑坡 崩塌 錯落,當剪應(yīng)力巖土體強度時,發(fā)生失穩(wěn).,任何邊坡都具有一定坡度和高度，在重力作用下，邊坡巖土體均處于一定的應(yīng)力狀態(tài)，如果應(yīng)力發(fā)生變化就會導(dǎo)致邊坡變形失穩(wěn)。一般情況下，影響邊坡穩(wěn)定的主要因素有巖層產(chǎn)狀、巖石性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)、水的作用、地形地貌及人為因素等。,1) 巖層產(chǎn)狀。 當巖層傾角較大時，在背斜山的兩坡，單斜山、單斜谷的順坡開挖路基時，都存在發(fā)生順層崩塌、滑坡等潛在地質(zhì)災(zāi)害的危險，不宜選線修路。 2) 巖石性質(zhì)和巖體結(jié)構(gòu)。 由堅硬致密的巖石構(gòu)成的邊坡穩(wěn)定性較好，由泥巖、頁巖和風化強烈、裂隙發(fā)育、破碎硬巖構(gòu)成的邊坡穩(wěn)定性較差。層理層面、軟弱夾層、不整合面、片理面、裂隙面、斷層面、斷層破碎帶等巖體結(jié)構(gòu)面都會影響邊坡的穩(wěn)定。,巖層產(chǎn)狀對公路選線的影響,巖層產(chǎn)狀對公路選線的影響,土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性取決于親水性粘土礦物含量. 影響因素: 土層結(jié)構(gòu)和成因類型 水文地質(zhì)條件 自然條件 施工方法,巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性取決于巖體中結(jié)構(gòu)面. 須同時具備臨空面、滑動面和切割面。 影響因素： 巖石性質(zhì) 地質(zhì)構(gòu)造 巖體結(jié)構(gòu)類型 水文地質(zhì)條件 施工條件,2、路基基底穩(wěn)定性,破壞形式: 整體滑移 擠出變形 路堤塌陷,影響因素: 基底土的力學性質(zhì) 基底面的傾斜程度 軟弱結(jié)構(gòu)面 水文地質(zhì)條件,處理措施: 放緩邊坡,設(shè)反壓護道 采用換填、預(yù)壓等地基處理方法,如果路基基底下分布有軟弱的泥質(zhì)夾層且?guī)r層傾向與坡向一致時，若在其下方開挖取土或在上方填土加重都會引起路堤整體滑移；當高填路堤通過河漫灘或階地時，若基底下分布有飽水厚層淤泥，在高填路堤的壓力下，往往會使基底產(chǎn)生擠出變形；由于基底下巖溶洞穴的塌陷也會引起路堤嚴重變形。路基基底若為軟土、濕陷性黃土、凍土、膨脹土、巖溶空洞和采空區(qū)等，常使路基出現(xiàn)沉陷變形和不均勻膨脹變形。,3、道路凍害,破壞形式: 路面凍脹 路基翻漿,影響因素: 氣溫 路基土的性質(zhì) 水文地質(zhì)條件 地形特征和植被情況,防治措施: 鋪設(shè)毛細割斷層; 換土; 設(shè)排水溝; 提高路基標高; 修筑隔熱層.,三、道路工程地質(zhì)勘察的工作內(nèi)容:,分為以下三個階段 道路選線方案階段 頂線勘查階段 確定道路線路后的勘查階段,橋梁是公路工程建筑的重要組成部分。路線跨越河流、溝谷或道路，需要架設(shè)橋梁，橋梁也是路線通過地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生地區(qū)的主要工程。 橋梁工程中的主要工程地質(zhì)問題包括兩方面： 1）橋墩臺地基穩(wěn)定性問題； 2）橋墩臺沖刷問題。,四、橋梁工程地質(zhì)問題,1) 橋墩臺地基穩(wěn)定性。 主要取決于墩臺地基中巖土體承載力的大小，它對選擇橋梁的基礎(chǔ)和確定橋梁的結(jié)構(gòu)形式起決定作用。當橋梁為靜定結(jié)構(gòu)時，由于各孔是獨立的且相互之間沒有聯(lián)系，對工程地質(zhì)的適應(yīng)范圍較廣。但超靜定結(jié)構(gòu)的橋梁，對各橋墩臺之間的不均勻沉降特別敏感，故在取用其地基容許承載力時應(yīng)予慎重考慮。,橋墩臺地基穩(wěn)定性與沖刷問題分析,2) 橋墩臺的沖刷問題。 橋墩和橋臺的修建，使原來的河槽過水斷面面積減小，從而局部增大了河水流速并改變了流態(tài)，會對橋基產(chǎn)生強烈沖刷，有時可把河床中的松散沉積物局部或全部沖走，使橋墩臺基礎(chǔ)直接受到流水沖刷，威脅橋墩臺的安全。因此，橋墩臺基礎(chǔ)的埋深，除決定于持力層部位的條件外，還應(yīng)滿足下列四點要求：,橋位應(yīng)盡可能選在河道順直、水流集中、河床穩(wěn)定的地段，以確保橋梁在使用期間不因河流改道而失去作用或受到河流的強烈沖刷而破壞。 橋位要避開順河向及平行橋梁軸線方向上的大的斷層破碎帶和活動斷裂帶。 橋位要選在岸坡穩(wěn)定、基底巖石堅硬完整、無嚴重地質(zhì)災(zāi)害的地段。 在有沖刷作用處，基礎(chǔ)應(yīng)埋置在墩臺附近最大沖刷線以下。,隧道是道路工程中與地質(zhì)條件關(guān)系最密切的工程建筑物。隧道的優(yōu)點是線路短、裁彎取直、減少開挖和填方工程量、抗震性高等。 隧道位于地下，四周被各種圍巖包圍，處于各種不同的地質(zhì)構(gòu)造部位，可能遇到各種地質(zhì)問題。主要包括圍巖穩(wěn)定性、地下水、地溫和有害氣體幾個方面。 在進行道路規(guī)劃設(shè)計時，隧道位置的確定是先決問題之一。隧道位置的選擇，除取決于工程目的要求外，還需考慮地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水等地質(zhì)條件。,隧道工程地質(zhì)條件分析,1) 地形條件。 隧道進、出口地段最好是基巖出露比較完整或坡積層較薄，地形邊坡應(yīng)下陡上緩，洞口巖層最好傾向山里，在地形陡的高邊坡開挖洞口時，應(yīng)不削坡或少削坡即進洞，以保證邊坡的穩(wěn)定性。洞口要避開滑坡、崩塌、沖溝、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地段，還要避開山麓殘積、坡積、洪積物等第四紀松散沉積物。隧道進出、口不宜選在排水困難的低洼處，也不應(yīng)選在傍河山嘴及谷口等易受流水沖刷的地段。,2) 巖性條件。 均質(zhì)厚層堅硬完整的硬質(zhì)巖（巖石飽和抗壓強度Rg30MPa），圍巖的穩(wěn)定性較好，能適應(yīng)各種斷面形狀的地下洞室；而軟質(zhì)巖（Rg30MPa）圍巖不穩(wěn)定。洞室位置應(yīng)盡量選在堅硬完整的巖漿巖、厚層堅硬的沉積層及變質(zhì)巖中，而應(yīng)避開軟弱巖石（如凝灰?guī)r、粘土巖、頁巖、膠結(jié)不好的砂礫巖、千枚巖及某些片巖等）和軟、硬互層或含軟弱夾層的巖體。,3) 地質(zhì)構(gòu)造條件。 地質(zhì)構(gòu)造是控制巖體完整性、穩(wěn)定性的重要因素，裂隙和斷層亦是地下水滲透的直接通道，隧道選址時應(yīng)盡量避開地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)。 巖層產(chǎn)狀對隧道選址的影響。當隧道軸線與巖層走向平行時，在水平或近水平的巖層中修建隧道，地質(zhì)條件較好，但應(yīng)將隧道位置選在厚層狀均質(zhì)巖層中。,在傾斜巖層中修建隧道，一般是不利的，因為開挖隧道切斷傾斜巖層后，容易造成隧道兩側(cè)邊墻所受的側(cè)壓力不一致，導(dǎo)致局部變形；在直立或近直立巖層中修建隧道，也是不利的，特別是將隧道位置選在其厚度與隧道跨度相等或小于隧道跨度的直立軟弱巖層中時，更是十分不利的；一定不能把隧道位置選在軟硬巖層的分界線上，因為隧道頂部的地層巖性不同，容易產(chǎn)生不均勻變形，或在地下水作用下向下滑動，破壞隧道。,巖層產(chǎn)狀對隧道選址的影響, 褶皺對隧道選址的影響。 橫穿向斜和背斜修建隧道時，隧道軸線上承受著不同的壓力，在向斜的軸部由于存在較強的擠壓力，巖層受擠壓破碎呈下墜態(tài)勢，開挖隧道時容易坍落，而且向斜軸部的裂隙中存在承壓地下水，開挖時有涌水的威脅；在背斜軸部由于巖層上拱，能很好地將上覆巖層的荷重傳遞到附近兩側(cè)巖體中去，而使背斜軸部拱曲最大部位的壓力變小，開挖隧道時巖塊坍落以及涌水的可能性較小。,平行褶皺軸線方向修建隧道，地質(zhì)條件都不理想。首先，在背斜軸部選址，雖然巖層上拱使頂部壓力有所減弱，但背斜軸部的巖層處于張力作用下，遭受過強烈的破壞，不宜沿背斜軸線長距離開挖、修建隧道；其次，沿向斜軸線開挖、修建隧道，對工程的穩(wěn)定性極為不利；第三，若必須在褶曲巖層地段平行軸線方向修建隧道，可以將隧道軸線選在背斜或向斜的兩翼，條件相對好些。,向斜與背斜下墜力的差別,地質(zhì)構(gòu)造對隧道選址的影響, 斷裂對隧道選址的影響。 斷層、斷裂破碎帶對隧道工程極為不利，隧道選址應(yīng)遠離斷層，決不能沿斷層面走向修建隧道；在斷裂破碎帶地段修建隧道，應(yīng)特別慎重，尤其在破碎帶較寬、且斷層角礫、泥砂、碎石等尚未固結(jié)成巖地段，一般不允許平行破碎帶修建隧道。如果隧道選址必須穿越斷層或斷裂破碎帶，則應(yīng)將隧道軸線方向布置在與斷層或斷裂破碎帶走向垂直的方向，以使隧道中斷裂破碎帶占地最少或出露面積最小。,五、橋梁工程地質(zhì)勘察的工作內(nèi)容:,分為以下兩個階段 初步勘察階段 詳細勘察階段,8.4隧道與地下工程中的主要工程地質(zhì)問題,8.4.1圍巖穩(wěn)定性 8.4.1.1圍巖穩(wěn)定性的含義 所謂圍巖穩(wěn)定性，是指在一定時間內(nèi)，在一定的地質(zhì)力和工程力作用下巖體不產(chǎn)生破壞和失穩(wěn)的性質(zhì)。,8.4.1.2圍巖變形破壞的特點 圍巖變形破壞的特點、方式以及巖體結(jié)構(gòu)條件之間的關(guān)系見課本P221表8.1 （1）堅硬完整巖體的脆性破裂 （2）塊體滑移 （3）層狀彎折和拱曲 （4）碎裂巖體的松動解脫 （5）松散圍巖的塑性變形,8.4.1.3圍巖穩(wěn)定性的影響因素 （1）巖性 （2）巖體結(jié)構(gòu) （3）地質(zhì)構(gòu)造 （4）構(gòu)造應(yīng)力影響 （5）地下水影響 （6）工程因素,8.4.1.4底下洞室圍巖穩(wěn)定性的分析方法 （1）圍巖穩(wěn)定性分類法 （2）工程地質(zhì)類比法 （3）巖體結(jié)構(gòu)分析法 （4）數(shù)學力學計算分析法,8.4.2地下水、地溫以及有害氣體 8.4.2.1地下水 （1）涌水問題 （2）浸水問題 8.4.2.2地溫 在常溫層以下，底下洞室的溫度一般隨著深度增加，當溫度超過25時，勞動效率就會降低，溫度達到35時，勞動效率幾乎下降為0，必須降溫改善工作環(huán)境。一般將地溫增加1所需下降的深度成為地溫梯度。 8.4.2.3有害氣體 在開挖地下洞室時，經(jīng)常會遇到對人體有害的有毒、易燃、易爆氣體。,8.4.3 隧道與地下工程地質(zhì)勘察要點 也是分為初步勘察與詳細勘察兩個階段，階段不同要點不同。 初步勘察以工程地質(zhì)測繪與物探工作為主。 詳細勘察時，工程地質(zhì)測繪、勘探以及試驗工作同時展開。,8.5港口工程中的工程地質(zhì)問題,8.5.1港口工程中的主要工程地質(zhì)問題 8.5.1.1港口工程區(qū)域穩(wěn)定問題 （1）地質(zhì)構(gòu)造運動隊我國海岸發(fā)育及港口穩(wěn)定性的影響 （2）海平面升降變化對港口建設(shè)的影響 8.5.1.2防波提和碼頭的地基穩(wěn)定性問題 8.5.1.3港口位置選擇的工程地質(zhì)問題 8.5.2港口工程地質(zhì)勘查要點,8.6水利工程中的工程地質(zhì)問題,8.6.1水利工程中的主要工程地質(zhì)問題 8.6.1.1水利工程壩區(qū)工程地質(zhì)問題 （1）壩區(qū)滲漏問題 .松散巖層壩區(qū)的滲漏 .