zt第三章不良地质作用的岩土工程勘察.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流zt第三章不良地质作用的岩土工程勘察.精品文档.第三章 不良地质作用的岩土工程勘察(10学时)各种不良地质作用(如岩溶、土洞、塌陷、滑坡、崩塌、泥石流、地震、断裂、潜蚀、岸边冲刷、地面沉降等)对建筑场地的稳定性和适宜性常造成不良影响,甚至直接威胁工程建筑物的安全、稳定和正常使用。因此,在岩土工程勘察中,必须十分重视对不良地质作用的调查研究与评价工作。其内容主要包括:查清各种不良地质作用的分布位置、形态特征、规模、类型及其发育程度;分析与研究各种不良地质作用的形成机制、现状与发展演变趋势;评价与预测各种不良地质作用对工程建设的影响与危害程度,提
2、出预防与整治措施等。同时还应调查、研究与预测人类工程活动对各种不良地质作用的影响,防止人类工程活动诱发各种不良地质作用,进而影响到场地的稳定性与适宜性。下面就岩溶、滑坡、泥石流、地震等不良地质作用的岩土工程勘察作进一步介绍。3.1岩溶3.1.1概述岩溶是指可溶性岩石在水(特别是具有侵蚀性、腐蚀性的地下水)的溶蚀作用下,产生的各种地质作用、形态和现象的总称。可溶性岩石包括碳酸盐类岩石、石膏、岩盐、芒硝等,在我国广泛分布的可溶性岩石主要是碳酸盐类岩石。由于岩溶的存在,将直接影响到地基的稳定性。工程实践表明,下列问题对场地与地基的稳定性影响极大,可能直接危害到建筑物的稳定与安全。(见教材P.235)
3、1.石芽、溶沟、溶槽发育,基岩面起伏大,土层厚薄不一,岩面低洼处常有软土分布,从而导致地基土不均匀性十分明显。2.在自重及荷载作用下,可能发生不稳定溶洞的洞顶塌落。3.在地下水长期作用下,可在覆盖层中形成土洞,给建筑物造成隐患或发生地表塌陷等。4.排泄地表水的漏斗、落水洞以及其它岩溶通道被堵,造成季节性涌水,场地被淹。5.岩溶水一般无统一地下水面,水位及水量随季节变化大。当补给位置较高时,在雨季往往有较大的动水压力而造成对建筑物的破坏。因此,在进行各类岩土工程勘察时,必须注意查清上述主要的岩溶特征与情况。然而,岩溶的发育与分布虽然在宏观上有一定的规律可循,但在微观上却无规律可循,且变异性很大。
4、这就为我们对上述问题的调查增加了不少困难,为此,必须采取一些特殊的技术措施,提出更具针对性的岩土工程勘察技术要求。3.1.2岩溶区岩土工程勘察基本技术要求在不同的勘察阶段,其目的任务不同,因此,所采用的工作方法和技术要求也不尽相同。1.可行性研究或选址阶段(1)目的任务:主要应查明岩溶洞隙、土洞的发育条件,对其危害程度和发展趋势作出判断,并对场地稳定性、适宜性作出初步评价。(2)工作方法与要求:宜采用工程地质测绘及综合物探方法相互验证。2.初步勘察阶段(1)目的任务:应查明岩溶洞隙及其伴生土洞、地表塌陷的分布、发育程度和发育规律,并应按场地的稳定性和建筑适宜性进行分区。(2)工作方法与要求:仍
5、以工程地质测绘及综合物探方法为主,在异常地段,应选择有代表性部位布置验证性勘探孔,并在初步划分的岩溶分区及规模较大的地下洞隙地段适当增加勘探孔,孔深应超过表层岩溶发育带,但不宜超过30m。3.详细勘察阶段(1)目的任务:应查明建筑物范围对建筑物有影响地段的各种岩溶洞隙及土洞的形态、位置、规模、埋深,围岩和岩溶堆积物的性状,地下水埋藏特征。评价地基的稳定性。(2)工作方法与要求:主要进行物探、勘探及测试工作。物探线沿建筑物轴线布置,并宜采用多种方法判定异常地段及其性质,在异常区段、重要柱位均应布置钻孔查明。勘探过程的具体要求应符合下列规定:(也可请参看教材P.236237(共3个方面)。1*勘探
6、线应沿建筑物轴线布置,勘探点间距不应大于上章(不同建筑物)相应内容的有关规定,条件复杂时,每个独立基础均应布置勘探点。2*勘探点深度除应符合上章(不同建筑物)相应内容的有关规定外,当基底下土层厚度较薄或地基条件较复杂时,应有部分或全部勘探孔钻入基岩。3*当预定深度内有洞体存在,且可能影响地基稳定时,应钻入洞底基岩面下不少于2m,必要时应圈定洞体范围。4*对一柱一桩的基础,宜逐柱布置勘探孔。5*在土洞和塌陷发育地段,可采用静力触探、轻型动力触探、小口径钻探等手段,详细查明其分布。6*当需查明断层、岩组分界、洞隙和土洞形态、塌陷等情况时,应布置适当的探槽或探井等。4.施工勘察阶段(1)目的任务:应
7、对某一地段或尚待查明的专门事项进行补充勘察和评价。当基础采用大直径嵌岩桩时,尚应进行专门的桩基勘察。(2)工作方法与要求:根据岩溶地基处理设计与要求布置。(见教材P.237)1*在土洞、地表塌陷地段:可在已开挖的基槽内进行触探和钎探。2*大直径嵌岩桩或墩基:勘探点按桩、墩布置,深度达桩底之下3d且5m。当相邻桩底基岩面起伏较大时,应适当加深。3*对重要或荷载较大的工程,应在墩底加设小口径钻孔,并应进行检测工作。5.岩溶勘察的测试与观测(1)当追索隐伏洞隙的联系时,可进行连通试验。(2)评价洞隙稳定性时,可采取洞体顶板岩样及充填物土样作物理力学性质试验,必要时可进行现场顶板岩体的载荷试验。(3)
8、顶板为易风化或软弱岩石时,可进行抗风化试验。(4)当需查明土的性状与土洞形成的关系时,可进行湿化、胀缩、可溶性与剪切试验等。(5)查明地下水动力条件和潜蚀作用、地表水与地下水的联系、预测土洞、地表塌陷的发生和发展时,可进行水位、流速、流向及水质的长期观测。总之,在进行岩溶的岩土工程勘察时,就其工作方法与程序而言,应强调以下几点:(1)突出工程地质研究的地位。那种试图削弱场地基本地质研究及岩溶规律的工程地质分析,而只寄希望于通过勘探手段便可查明岩溶形态和岩溶发育规律是不切实际的。因此,在工作程序上,必须坚持以岩溶工程地质测绘与调查为先导。(2)对岩溶规律的研究与勘探,应遵循从面到点、先地表后地下
9、、先定性后定量、先控制后一般以及先疏后密的工作准则。(3)按探测对象和情况的不同,有针对性地选择勘探手段。(4)采用综合物探,要求多种方法相互印证。(按当前工作水平,不宜以未经验证的物探成果作为施工图设计、地基处理的依据。)3.1.3岩溶场地岩土工程评价根据岩土工程勘察资料,可对比下列情况对场地稳定性作出评价:1.场地稳定性评价:有下列情况之一者,可判定对工程不利,一般应绕避或舍弃。否则,会加大日后工程处理的工程量,这在经济上是不合理的。这些情况具有5种(参见教材P.238239。)(1)浅层洞体或溶洞群,其洞径大,顶板破碎且可见变形迹象,洞底有新近塌落物。(2)隐伏的漏斗、洼地、槽谷等规模较
10、大的浅埋岩溶形态,其间和上覆为软弱土体或地面已出现明显变形。(3)地表水沿土中缝隙下渗或地下水自然升降使上覆土层被冲蚀,出现成片(带)土洞塌陷地带。(4)覆盖土地段抽水降落漏斗中最低动水位高出岩土交界面的区段。(5)岩溶通道排泄不畅,可能导致暂时淹没的地段。2.地基稳定性评价:有下列情况之一者,对二级及其以下的建筑物可不考虑岩溶稳定性对场地的不利影响。这些情况共有两种(参见教材P.239)。(1)基础底面以下土层厚度大于3倍单独基础宽度或6倍条形基础宽度,且不具备土洞形成条件。(2)基础底面与洞体顶板间土层厚度虽小于上述基础的倍数,但是,如能满足下列四种条件之一时,也可不考虑岩溶稳定性的不利影
11、响:1*洞隙或岩溶漏斗被密实的沉积物充填且无被水冲蚀的可能。2*洞体为“微风化”岩石,顶板岩体厚度大于洞跨。3*洞体较小,基础底面积大于洞的平面尺寸,并有足够的支承长度。4*宽度(长径)小于1m的竖向溶蚀裂隙、落水洞、漏斗近旁地段。3.洞体地基稳定性分析:不满足上述各条件时,可根据洞体大小、顶板形状、岩体结构与强度、洞内堆积物及岩溶水活动等因素进行洞体稳定性分析。并符合下列四项规定:(详见教材P.239。)(1)当判定顶板不稳时,但洞内为密实堆积物充填,且无流水活动,可认为堆积物受力,按不均匀地基评价。(2)如有可能取得参数,可将洞体顶板视为结构自承重体系进行力学分析,据顶板形态、成拱条件及裂
12、隙切割情况,分别将其作为梁板、或拱壳受力情况计算,也可进行有限元数值分析。(3)有建筑经验地区,可按类比法进行稳定性评价。(4)基础近旁有裂隙及临空面时,应验算基底岩体向临空面倾覆或沿裂隙滑移的可能性。4.在覆盖型岩溶区,土洞会发展成为地表塌陷,其对工程的危害程度远大于岩体中的洞隙。尤其是人为改变地下水动力条件时,将促使和加速土洞及地表塌陷的形成与发展。5.岩溶地基的定量分析方法:主要有荷载传递线交汇法、洞体顶板塌陷自行堵塞法、结构力学近似分析法、成拱分析法、电阻应变片测试法、载荷试验法等。(详情请参看有关书籍,如工程地质手册等,在此不再赘述。)3.1.4岩溶地基基础设计应注意的几个问题主要就
13、是要充分考虑岩溶洞隙、土洞与地表塌陷对建筑物的不利影响,对岩溶洞隙、土洞与地表塌陷进行处理时,必须选择合理的方法与措施。(详见教材P.239240。有6个方面)3.2滑坡3.2.1概述滑坡是自然界中常见的一种地质现象,它是指坡上的岩土体沿坡内某一贯通的剪切破坏面或剪切破坏带,以一定的速度整体地向前向下滑动的现象。下滑的那部分岩土体称为滑坡体,剪切破坏面或剪切破坏带称为滑动面或滑动带,滑动面以下未动的坡体称为滑坡床。国标岩土工程勘察规范GB500212001规定,拟建工程场地或场地附近存在对工程安全有影响的滑坡或有滑动可能时,应进行专门的滑坡勘察。滑坡的形成,必须具备三个条件:(1)有位移的空间
14、,即要具有足够的临空面;(2)有适宜的岩土体结构,即具有可形成滑动面的剪切破碎面或剪切破碎带;(3)有驱使滑体发生滑动位移的动力。三者缺一不可。因此,对滑坡进行岩土工程勘察,其主要任务就是要查明这三方面的条件以及三者之间的内在联系,并对滑坡的防治与整治设计提出建议与依据。3.2.2滑坡岩土工程勘察的基本技术要求滑坡勘察应查明滑坡的范围、规模、地质背景、性质及其危害程度,分析滑坡产生的主次条件及滑动原因,并判断其稳定性程度,预测其发展趋势,进而提出对滑坡的预防与整治方案建议。滑坡勘察的主要工作方法,一般包含工程地质测绘与调查、勘探与试验等,各种方法的基本技术要求为:1.工程地质测绘与调查:范围应
15、包括滑坡区及邻近稳定地段,比例尺可根据滑坡规模选用120011000,用于整治设计时,比例尺宜为12001500。测绘与调查的主要内容为:(教材P.241242,共5点)(1)搜集当地滑坡史、易滑地层分布、水文气象、水文、工程地质图与构造地质图、地震与人类工程活动等相关资料。(2)调查微地貌形态及其演变过程;圈定滑坡周界,滑坡各要素,并详细查明滑动带部位、滑痕指向、倾角、滑动带的组成与滑坡体的岩土性状等;分析滑坡的主滑方向、主滑段、抗滑段及其发展变化等。(3)调查滑带水和地下水的情况,泉水出露地点及流量,地表水体与湿地的分布、变迁以及植被情况等。(4)调查滑坡内外、建筑物、树木等的变形、位移及
16、其破坏的时间与过程。(5)调查当地整治滑坡的过程与经验。此外,对滑坡的重点部位或判别滑坡的重要证据还应进行摄影或录象。2.勘探(1)主要任务:就是要查明滑坡体的范围、厚度、物质组成和滑动面(带)的个数、形状和各滑动带的物质组成;查明滑坡体内地下水含水层的层数、分布、来源、动态变化以及各含水层之间的水力联系。(2)勘察方法的选择:根据需要查明的问题的性质及要求进行选择,可参考教材P.243表3-2-1。(3)勘探点的布置原则:一般沿滑坡的主滑断面布置勘探点;对于大型复杂滑坡,还需在主滑断面两侧和垂直主滑断面方向布置适当勘探点。勘探点的间距视具体地质条件而定,但不宜超过40m。在滑床转折处,应设控
17、制性勘探孔(或布置一定数量的探槽和探井),在预计采取工程措施的地段,也应布置勘探点。(4)勘探孔深度的确定:A.可根据滑动面的可能深度确定,必要时可先在滑坡中、下部布置12个控制性深孔,其深度应超过滑坡床最大可能埋深35m。其它钻孔可钻至最下滑动面以下13m。B.当堆积层滑坡的滑床为基岩时,则钻入基岩的深度应大于堆积层中所见同类岩性最大孤石的直径,以能确定是基岩时终孔。C.若为向下作垂直疏干排水的勘探孔,应打穿下伏主要排水层,以了解其厚度、岩性和排水性能;在抗滑桩地段的勘探深度,则应按其预计锚固深度确定。3.试验与测试工作试验与测试主要是为了获得进行滑坡稳定性分析与评价以及进行滑坡的整治设计所
18、需的各种设计计算参数(物理、力学性质与水文地质参数),尤其是滑动带的力学参数。主要试验内容有:(参看教材P.243244)(1)对滑坡体的不同岩土层(包括滑动带)应取样进行常规室内土工试验,特别是滑动带或软弱岩土层的物理力学性质试验。(2)测定滑坡体内的各种水文地质参数:A.做抽水试验,以确定其渗透系数与涌水量;B.作分层止水或连通试验,以观测各含水层的水位动态、流速、流向及其相互联系;C.在滑体内外各含水层分别取样进行水质分析,通过对比分析,以确定地下水的补给来源和含水层的数量。(3)测定滑动面(滑动带)土的抗剪强度c、值:滑动面(滑动带)土的抗剪强度c、取值的准确与否,将直接影响到滑坡稳定
19、性分析评价的正确性以及滑坡整治的成败,因此,必须高度重视。原则上应符合下列要求:1)采用室内、野外滑面重合剪,滑带宜做重塑土或原状土多次剪试验,并求出多次剪和残余剪的抗剪强度;2)采用与滑动受力条件相似的方法(如快剪、饱和快剪、固结快剪、饱和固结快剪等);3)采用反分析方法检验滑动面的抗剪强度指标。在反算抗剪强度指标c、值时,应采用滑动后实测的主断面进行计算;反算时采用的稳定系数Fs可根据不同情况选用,对正在滑动的滑坡,可取0.951.00,处在暂时稳定的滑坡,可取1.001.05;计算时,可根据经验先给定c、中的一个值,反求另一个值。根据工程经验,当滑动面上、下土层以粘性土为主时,可给定值,
20、反求c值;当滑动面上、下土层为砂土或碎石土时,可给定c值,反求值。这样可以比较容易判断值的合理性与正确性。3.2.3滑坡稳定性分析与计算具体分析计算方法在前述相关课程已有详细介绍,在此不再赘述。但滑坡稳定性计算应符合下列要求:1.正确选择有代表性的分析断面,正确划分牵引段、主滑段和抗滑段;2.正确选用强度指标,宜根据测试结果、反分析和当地经验综合确定;3.有地下水时,应计入浮托力和水压力;4.根据滑动面(带)的条件,按平面、圆弧或折线,选用正确的计算模型;5.当有局部滑动可能时,除验算整体稳定外,尚应验算局部稳定;6.当有地震、冲刷、人类活动等影响因素时,应计入这些因素对稳定的影响。3.2.4
21、滑坡的防治原则和方法滑坡的防治应贯彻“早期发现,预防为主;查明情况,对症下药;综合整治,有主有从;治早治小,贵在及时;力求根治,以防后患;因地制宜,就地取材;安全经济,正确施工”的原则,这样才能达到事半功倍的效果。滑坡防治的主要措施和方法有:1.避开:对场址有直接危害的大、中型滑坡应避开为宜;2.消除或减轻水对滑坡的危害:水是促使滑坡发生和发展的主要因素,应尽早消除或减轻地表水和地下水对滑坡的危害。其方法有1)截:就是在滑坡体可能发展的边界5m以外的稳定地段设置环形截水沟(或盲沟),以拦截和旁引滑坡范围外的地表水和地下水,使之不进入滑坡区;2)排:在滑坡区内充分利用自然沟谷,布置成树枝状排水系
22、统,或修筑盲洞、支撑盲沟和布置垂直孔群、水平孔群等,排除滑坡范围内的地表水和地下水;3)护:就是在滑坡体上种植草皮或在滑坡上游严重冲刷地段修建“丁”坝,改变水流流向以及在滑坡前缘抛石、铺石笼等,以防止地表水对滑坡坡面的冲刷或河水对滑坡坡脚的冲刷;4)填:用粘土填塞滑坡体上的裂缝,防止地表水渗入滑坡体内。(3)改善滑坡体的力学条件,增大抗滑力:方法有1)减与压:对于滑床上陡下缓,滑体头重脚轻或推移式滑坡,可在滑坡上部为正值的主滑地段减重或在前部为负值的抗滑段加填压脚,以达到滑体的力学平衡,对于小型滑坡,可采取全部消除。减重后应验算滑面从残存滑体的薄弱部位剪出的可能性。2)挡:设置支挡结构(如抗滑
23、挡墙、抗滑桩等)以支挡滑体或把滑体锚固在稳定地层上,由于能比较少地破坏山体,有效地改善滑体的力学平衡条件,故“挡”是目前用来稳定滑坡的有效措施之一。(4)改善滑带土的性质:采用焙烧法、灌浆法、孔底爆破灌注混凝土砂井、砂桩、电渗排水及电化学加固等措施,改善滑带土的性质,使其强度指标提高,以增强滑坡的稳定性。3.2.5滑坡岩土工程勘察报告除应满足一般场地岩土工程勘察报告要求外,尚应包括下列要求:1.滑坡的地质背景和形成条件;2.滑坡的形态要素、性质和演化;3.提供滑坡的平面图、剖面图和岩土工程特性指标;4.滑坡稳定分析;5.滑坡防治和监测的建议。3.3泥石流3.3.1概述1.泥石流的基本概念泥石流
24、是山区特有的一种自然地质现象,它是由于降水(暴雨、融雪、冰川)而形成的一种夹带大量泥砂、石块等固体物质的特殊洪流,是一种介于滑坡土石移动和水流搬运之间的过渡类型泥石水流。严重泥石流的发生,一般都是骤然的和阵流状的,通常爆发突然,来势凶猛,具有强大的破坏力和破坏作用。2.泥石流的形成条件泥石流的形成与所在地区的自然条件和人类经济活动密切相关,地形、地质和水文气象条件等是泥石流形成的三大条件之一,缺一不可。(1)地形条件:山高沟深,地势陡峻,沟床纵坡大,流域的形状便于水流的汇集。典型的泥石流流域,从上游到下游,一般可分为形成区、流通区和堆积区三个区:1)上游形成区:地形多为三面环山,一面出口的圈椅
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