（岩土工程专业论文）合肥市地下空间开发工程地质环境适宜性研究.pdf

摘要 摘要 国内外地下空间开发利用的实践表明，深入认识城市区域工程地质环境特 点，加强城市地下工程地质问题研究是搞好城市地下空间开发利用的基础。本 文以“合肥市城市地下空间开发利用中的岩土与地下工程技术指南”为依托，初步 探讨了合肥地区城市地下空间开发方面所面临的工程地质问题。 为了研究合肥地区工程地质条件对城市地下空间开发的影响，在充分利用 现有的合肥工程地质资料，掌握合肥地区地下工程建设层的工程地质性质参数 以及所存在的主要工程地质问题基础上，深入剖析了合肥市工程地质与地下空 间开发的相互制约关系，充分研究了地下水、地基承载力、地层组合、断裂以 及膨胀土对合肥地区城市地下空间开发的影响，并结合合肥市自身特点及地下 空间开发利用现状，运用层次分析法从地质结构、地形地貌、岩土体特征、水 文地质条件、地质灾害与环境地质等五方面为准则层建立地质环境适宜性评价 模型。 在确定各指标权重的基础上，根据影响合肥地下空间建造的地质适宜性分 区的主要因素的分布规律，对地下工程建设影响的方式和强度，以及合肥市区 地下工程施工工艺特点，考虑地层中的各指标因素，对合肥市地下空间开发地 质环境适宜程度进行了评价。文中将适宜性划分为适宜性i 级、适宜性i i 级、 适宜性i i i 级、适宜性级四个等级，评价结果显示其各占研究区域面积的百分 比依次约为：6 5 7 7 、1 6 0 1 、3 2 6 、l1 8 2 。 最后，对于进一步工作的方向进行了简要的讨论。 关键词：合肥，城市地下空间，工程地质，层次分析方法 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ep r a c t i c eo fu n d e r g r o u n ds p a c ed e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o ni nw o r l d w i d e s h o w st h a ti n - d e p t hu n d e r s t a n d i n gt h eu r b a nr e g i o n a lg e o l o g i c a le n v i r o n m e n t c h a r a c t e r is t i c sa n ds t r e n g t h e n i n g , t h er e s e a r c h0 1 1u r b a nu n d e r g r o u n de n g i n e e r i n g g e o l o g yp r o b l e m si st h eb a s i so fo p t i m i z i n gu r b a nu n d e r g r o u n ds p a c ed e v e l o p m e n t a n du t i l i z a t i o n b a s e do n ”h e f e iu r b a nu n d e r g r o u n ds p a c ed e v e l o p m e n ta n d u t i l i z a t i o no fg e o t e c h n i c a la n du n d e r g r o u n de n g i n e e r i n ga n dt e c h n i c a lg u i d e l i n e s ”， t h isp a p ep r e l i m i n a r ys t u d yt h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lp r o b l e m so ft h eh e f e iu r b a n u n d e r g r o u n ds p a c ed e v e l o p m e n t i no r d e rt os t u d yt h ei m p a c to fh e f e i se n g i n e e f i n gg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so n h e f e iu r b a nu n d e r g r o u n ds p a c ed e v e l o p m e n t ，b a s e do nt h ef u l lu s eo ft h ee x i s t i n g g e o l o g i c a ld a t a ，m a s t e re n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lp a r a m e t e r sa sw e l la st h ee x i s t e n c eo f t h em a i ne n g i n e e f i n gg e o l o g i c a lp r o b l e m s ，t h ep a p e ra n a l y s e dd e e p l yt h er e l a t i o no f m u t u a lc o n s t r a i n t sb e t w e e n g e o l o g i c a l e n v i r o n m e n ta n d u n d e r g r o u n ds p a c e d e v e l o p m e n t a d o p t e da h p m e t h o dt os e tu pt h em o d e lf o ra n a l y s i so nt h ep r i n c i p l e o fg e o l o g i cs t r u c t u r e , t o p o g r a p h y , r o c ka n ds o i lc h a r a c t e r s ，h y d r og e o l o g i cc o n d i t i o n s a n dg e o l o g i c a ld i s a s t e r sa c c o r d i n gt h ei m p a c to fg r o u n d w a t e r , f o u n d a t i o nb e a t i n g c a p a c i t y ，f o r m a t i o nc o m p o s i t i o n ，f r a c t u r e ，a n de x p a n s i v es o i lt ot h eh e f e iu r b a n u n d e r g r o u n ds p a c ed e v e l o p m e n ta n dt h ec u r r e n tu t i l i z i n gs i t u a t i o no fu n d e r g r o u n d s p a c e o nt h eb a s eo ft h ew e i 曲to fe a c hi n d i c a t o r ，a c c o r d i n gt ot h ed i m f i b u t i o no f m a j o rf a c t o r sw h i c hi m p a c ts u i t a b l eg e o l o g i c a l o fh e f e i s u n d e r g r o u n ds p a c e c o n s t r u c t i o n ，m e t h o da n di n t e n s i t yt ot h eu n d e r g r o u n de n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o n ，a s w e l la sc h a r a c t e r i s t i c so fh e f e iu n d e r g r o u n de n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ，t h e s u i t a b l ei n t e n s i t yo fu n d e r g r o u n dg e o l o g i c a le n v i r o n m e n tw e r ee v a l u a t e d i nt h ep a p e r i tc l a s s i f i e df o u rs u i t a b i l i t yg r a d e s ：s u i t a b l eg r a d ei ，s u i t a b l eg r a d ei i ，s u i t a b l eg r a d e i l l ，s u i t a b l eg r a d ei v ，t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h e i rr e s p e c t i v er e g i o n so nt h ep e r c e n t a g e o fa r e aw e r ea p p r o x i m a t e l y ：6 5 7 7 ，1 6 0 1 ，3 2 6 a n d1 1 8 2 i nt h ef i n a l i t y ，t h ep r o b l e m sr e q u i t i n gf u r t h e rs t u d i e sa r ed i s c u s s e d k e yw o r d s ：h e f e i ，u r b a nu n d e r g r o u n ds p a c e ，g e o l o g ye n g i n e e r i n g ， a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s n 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：陪枣才 汕亏年弓只怕 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名啊、永刃 叫年弓月护日 第l 章绪论 1 1 选题依据及研究意义 第1 章绪论 2 l 世纪则是人类开发利用地下空间的世纪。现代化城市发展的方向是向地 下延伸。地下空间开发是城市现代化改造与建设中解决中心城区高密度疏解、 扩充基础设施容量、提高城市综合防灾能力、寻求人文景观与自然环境的均衡 与统一、减少环境污染、节约土地资源等问题的最有效途径【l l 。 工程地质是城市地下空间开发的制约性因素，它高度影响地下工程的可行 性。不同地理特点的城市( 如山区城市、高原城市、平原城市、海滨城市等) 和不 同工程地质的城市( 如一般岩土分布的城市，特殊性岩土分布区的城市) 存在的工 程地质问题是有显著差别的。如上海、天津、宁波等城市的地面沉降问题及桂 林、武汉等城市的岩溶塌陷问题等【2 l 。工程地质对地下空间开发的影响可以由一 定的地质作用影响地下空间开发的安全、稳定和正常使用，也可由于某些不良 工程地质的原因而提高了开发造价。 合肥市是全国重要的科研教育基地，全国首家科技创新型试点城市，华东 地区重要交通枢纽，根据合肥市总体规划，合肥将建设成为经济繁荣、科教发 达、布局合理、设施完善、环境优美的现代化大城市。随着合肥市城市现代化 的发展，市中心土地资源紧张、环境污染、交通拥塞、能源浪费、防灾安全等 已经严重制约了城市的持续发展。城市地下空间开发利用在城市建设中具有重 要的地位，要深刻认识到合理开发利用城市地下空间是缓解城市发展空间矛盾 的重要途径。直接地看，地铁、地下商场、地下停车场和地下通道等项目不仅 提高了城市人防备战功能和防灾减灾能力，同时也改善了城市地面环境，保证 地面可以建更多的绿地、建更多的广场，缓解城市交通的拥挤状况。现代城市 的发展必将是立体的组合，它要求地上、地下同步开发。只有开发利用地下空 间才能缓解城市发展空间的突出矛盾和问题。合肥市整体地质环境条件良好， 除南淝河沿线和部分地区发育淤泥层和流砂层外，大部分地区为第四系、第三 系粘性土及红色砂岩，便于地下空间的开发。 合肥市作为发展中的大城市，城市建设正以前所未有的速度快速发展。随 第l 章绪论 着合肥现代化城市的发展，迫切需要进行地下空间的规划和建设，合肥市地下 空间的建设规模正在不断扩大，地下空间的建设在向广度发展的同时，也在向 深度和断面的多样化、大型化方向发展。合肥市的工程地质环境有显著的地域 特点，其他城市地下空间的开发利用和建设经验可以借鉴，但不能照搬，必须 根据本地区的城市建设特点与工程地质、水文地质条件开展研究，以期在地下 空间的开发利用中达到“安全适用、经济合理和技术先进”的目标，如何合理开发 利用地下空间已成为合肥市城市建设面i 临的重要课题。 1 2 城市地下空间开发工程地质研究现状 1 2 1 国外城市地下空间开发工程地质研究现状 国外城市工程地质可利用性评价始于上世纪初，最早起于加拿大，该国家 的皇家协会曾发表过关于地质对城市中心的意义和重要性认识的文章。 上世纪2 0 年代末期，德国首先出版了用于城市规划的特殊土壤图系，用以 支持城市规划及指导地下空间开发。 上世纪4 0 年代5 0 年代，即第二次大战后期，随着人口增长和经济复苏， 城市工程地质评价得到了一定的发展。在欧洲和北美地区，如德国、捷克、斯 洛伐克和荷兰等国家，实施了系统的地质填副3 1 ，用以指导城市规划与建设。 上世纪6 0 年代，美国科罗拉多大学对明尼苏达州及其附近的工程地质进行 了研究，发现风化表土以下的基岩一般都是水平互层的石灰岩与砂岩。其中表 土是适合于采用明挖法施工的地层，石灰岩石质坚硬，而砂岩则不很坚实。其 结论是如将地下房屋建于表土层中而以石灰岩地层的项部作为基底，或将洞室 完全开挖在石灰岩地层中，以及将洞室开挖在砂岩中，而将石灰岩作为洞室工 程的项板，都可使工程建设既经济，又安全【4 】。 上世纪7 0 年代，美国的许多学者对城市工程地质评价进行了探讨。代表著 作有：美国地质学家凯伊( c a k a y e ) 吲1 9 6 9 年所著的( ( g e o l o g ya n do u rc i t y ) ) ，莱 格特( r f 1 e g g e t ) 6 】1 9 7 3 年编著的( ( c i t e sa n dg e o l o g y ) ) 、博文( r b o w e n ) 1 1 9 8 2 年 出版的( ( u r b a ng e o l o g y ) ) 一书。这些著作是城市地质研究带有里程碑的成果， 对城市地质学产生的背景、性质、任务和工作方法都作了全面论述，从而奠定 了城市地质学的地位，也推动了城市地质学的发展。此外，欧洲一些国家也进 2 第l 章绪论 行了相关的研究，如西班牙许多城市开展了城市规划的l ：2 5 万的岩土填图工 作；荷兰开展了土地复垦对地面沉降影响的研究1 8 】。这一时期用于获取和处理的 地质、地理、地形和水资源数字化信息系统相继建立。 上世纪8 0 年代中期西德在进行地铁建设时就根据不同的工程地质选择了不 同的施工方法，在覆土比较浅的空旷地区多用明挖法，在市区埋置较深的地质 复杂地段多用盾构或其它的方法( 冻结，注浆) p j 。 上世纪的9 0 年代围绕地下空间主题而展开的国际学术交流活动空前活跃， 各国围绕地下空间开发与地质环境之间相互制约关系做了深入研究，如r o n k a , k i m m o ，r i t o l a ，j o u k o ，r a u h a l a ，k a r l 1 0 j 等对地下空间开发的有利地质环境作了综 述；d y a d i l ( i n ，y u d 【1 1 1 强调了地下空间作为一种重要资源，高效开发的同时必须 注重其带来的环境岩土问题；c a n t o - p e r e l l o 1 2 l ，r o b e r t s ，d o nv t l 3 l 对区域地下空间 开发利用进行了地质极限问题分析；u m n o v , v a ，r u d y a k , m s ，k a l i n i n i l4 。，a r 则 对提出了地下空间开发利用的地质环境评估方法。 进入2 1 世纪以来，城市地下空间的工程地质研究的重点转向了工程地质对 城市深层地下空间开发的影响，并从各城市地下空间规划专项入手，逐步形成 系统、科学的规划，一些地下空间利用较早和较为充分的国家，如北欧洲的芬 兰、瑞典、挪威和日本、加拿大等，已经逐步将城市具体区域的工程地质研究 成果运用于城市地下项目的详细规划。在技术方法上，强调多学科、多种方法 的配合，尤其注重利用g i s 、r s 、g p s 技术进行地质调查评价等，较好的实现 了城市地质快速响应城市地下空间发展的需求。 1 2 2 国内城市地下空间开发工程地质研究现状 许多学者通过研究、归纳分析提出了我国城市地下工程建设中易出现的一 系列工程问题，比如地面变形、洞室围岩失稳、地下水环境变异及地质生态环 境恶化等环境工程地质问题，同时提出了一些相应预防途径和措施。 1 9 9 3 年，顾宝和1 1 5 】在概述我国城市地下空间开发利用现状和发展趋势的基 础上，评述了土体的稳定与变形，地下水的勘查与治理，开挖支护与工程地质 关系，施工对己有工程的影响等问题，并提出了今后研究的方向。 1 9 9 5 年，李相然，孙淑贤【16 】进行了城市地下空间利用中的工程地质研究， 就城市地下空间利用中研究工程地质的意义、内容、方法及有关的工程地质问 3 第l 章绪论 题发表一些看法。 2 0 0 0 年韩文峰，谌文武，宋畅【1 7 】提出加强城市地下工程地质问题研究是搞 好城市地下空间开发利用规划的基础，科学合理地运用地下岩土工程新技术是 进行城市地下空间开发的关键。 2 0 0 2 年罗俊成，史海欧【1 8 l 根据广州地铁二号线跨越区间隧道所处复杂地质 环境和岩溶分布特点，对岩溶处理方案和隧道施工的防水堵漏方案及相关的施 工技术措施进行了总结和介绍。 2 0 0 4 年傅炜【1 9 】介绍了环境岩土工程的形成与发展，对地下工程建设中出现 的环境岩土问题作了比较系统的研究，并对相应的对策作了阐述。 2 0 0 5 年王初生，袁芬，陈宝1 2 0 】结合上海市城市地下空间快速发展面临的一 系列工程环境地质灾害，采用自然科学与社会科学相互交叉的方法，剖析了上 海市地下工程建设中的主要环境和地质灾害问题；针对城市地下空间引起的工 程环境地质灾害具有突发性、潜在性、隐蔽性、社会性的特点，归纳出城市地质 灾害的成灾原因，提出防治对策。 2 0 0 5 年张惠平1 2 1 1 分析了城市地下工程建设中引起或遇到的地面变形、洞室 围岩失稳、地下水环境变异和地质生态环境恶化等环境工程地质问题，研究了 城市地下工程建设环境工程地质研究应解决的关键问题，提出了城市地下工程建 设环境工程地质问题的预防途径和措施。 2 0 0 6 年曾华波1 2 2 】研究了复合地层土压平衡盾构施工应用技术，研究分析了 复合地层工程地质特征和盾构法隧道施工的难点、重点，提出了施工对策，提 出了复合地层盾构机选型的综合因素，对盾构机总推力、扭矩等关键参数进行 验算，系统研究了复合地层土压平衡盾构主要的施工工艺。廖建三，彭卫平， 林本海i 2 3 】根据广州市的工程地质特征，结合工程建设经验，综合分析岩土的工 程性质、地下水、岩溶和活动断裂等主要地质因素的发育分布特征及其对地下 空间开发利用的影响。据此，确定地质适宜性分区的原则，将广州市划分为地 下空间开发利用适宜区、较适宜区、适宜性差区和不适宜区，并进行分区评价。 2 0 0 6 年宁国民，陈国金，徐绍宇，肖音1 2 4 】利用武汉市现有勘察资料，初步 分析研究城市地下空间的物质载体及其空间组合关系，从空间岩土体工程地质 性质和赋水条件入手，研究得出武汉城市地下空间的利用存在岩溶地面塌陷、 地下水作用、软土变形三大工程地质问题。在此基础上进行地下空间利用区划， 指出各区在地下工程建设中需要重点防范的工程地质问题和合理利用地下空间 4 第l 章绪论 的方法。黄钟【2 5 1 分析了北京地下工程的地质环境适宜性，并由此提出了几种具 有代表性的适合北京发展的地下空间开发利用模式。 2 0 0 7 年唐福祥【2 6 】对东莞地下空间开发利用进行分析，针对东莞工程地质下 开发地下空间的岩土技术及效益分析进行了研究，提出适合东莞的工程技术建 议，提出了一种地下空间需求预测模型，深入、全面地研究城市地下空间的开 发和利用，并对东莞市地下空间开发效益进行了分析。 2 0 0 8 年官善友，朱锐，高振宇1 2 7 】分析了武汉市的地质构造、岩土工程地质 性质、地下水、不良地质作用与特殊性岩土、地质灾害等工程地质对地下空间 开发的影响，根据这些工程地质的分布、特征及对地下工程建设的影响程度， 将武汉市主城区浅层地下空间开发工程地质适宜性划分为适宜区、基本适宜区 和适宜性差3 个大区，并进行了分区评价。 此外如重庆、烟台、青岛、济南、深圳等城市均己开展了地下空间与地质 环境之间的制约关系研究。上述可知国内学者对我国城市地下空间开发利用的 研究与国外还有些差距，尚未把地质环境适宜性研究成果全面应用于地下空间 的规划与建设，但对地下空间开发利用的地质环境研究得到重视，己形成百花 齐放的新局面。 1 3 合肥市区工程地质研究现状 1 9 9 9 年王国列2 8 】对合肥市岩土性质、分布规律及其工程地质特征进行了研 究。根据地形地貌、岩土类型与组合、第四系覆盖层厚度、岩土工程性质等方 面将合肥市地基土划分为良好场地区、较好场地区、中等场地区和较差场地区， 对各区工程地质及其对建筑物的适宜性和地基承载力进行了评价。 1 9 9 9 年汤明玉【2 9 1 根据合肥市多年的勘察工作成果及经验，对合肥市开发区 的工程地质作了综合评述，并依据大量已有工程建设经验对开发区内的多层、 高层建筑物的地基方案，持力层的选择作了总体评价。 1 9 9 9 年聂泽明，杨庆龙【3 0 】简述了合肥地区几种软脂岩石的分布和大直径嵌 岩灌注桩工程实践经验的初步小结，对软岩桩基工程特性的正确评价与合理应 用进行了很有意义的探索。 2 0 0 3 年郭恒久，李君浒【3 l 】研究了合肥地区地质灾害类型、成因及防治对策， 以实地调查与监测成果为基础，划分出合肥地区地质灾害类型，进行典型灾害 5 第l 章绪论 实分析，并进一步探讨灾害的成因。对地质灾害趋势进行预测，提出治理和防 范措施。 2 0 0 3 年刘洋，王国强【3 2 】研究了合肥膨胀土抗剪强度与含水量的关系及工程 应用。实验研究合肥膨胀土抗剪强度指标c 和p 与天然含水量之间的关系，并提 出合肥膨胀土随含水量变化的抗剪强度公式。运用非饱和土渗流理论，建立了 膨胀土边坡的一维降雨入渗模型，并求出其数值解。根据合肥降雨特点，设定 不同降雨类型，分析了不同降雨条件下膨胀土边坡瞬态体积含水率分布规律。 2 0 0 4 年叶朝汉，王国强1 3 3 】进行了合肥市红层的工程性质研究。分析研究了 红层的强度特性及其控制因素，室内试验表明，重度、含水量和埋深是影响岩 石强度的主要因素，根据合肥红层的分布、埋深、风化带厚度、岩石的强度等 特征对合肥市进行工程地质分区和岩体工程地质分区。 2 0 0 6 年翟洪涛，张毅，孙宝廷【驯对合肥地区地震活动性及地震地质构造背 景进行了研究，指出了未来对合肥地区影响较大的潜在地震危险区，希望能推 动合肥地区重大建设项目的地震安全性评价工作。 2 0 0 7 年单灿灿，王国划弱l 研究了合肥市红层的工程性质及基岩工程地质分 区。查明了红层空间分布规律及其埋深情况，编制了合肥市红层埋深图，对红 层的物理力学性质进行了系统的试验研究，依据红层的分布、埋深、风化带厚 度、岩石力学强度等特征对合肥市红层工程地质进行综合评价，将其分为较有 利区、有利区、一般区和较差区四个工程地质区。 2 0 0 8 年陈红军，蒋伟祥，刘全胜【3 6 l 通过对膨胀土的工程特性评价，结合多 年对膨胀土有效处理的实践经验，提出对膨胀土的地基勘察和处理要点。高坤， 崔可锐，高程东研究了合肥地区膨胀土的分布、成因及形成年代，重点介绍了合 肥地区膨胀土微观结构特征及改良机理。 钱让清，刘波【3 7 1 进行了合肥市膨胀土试验研究，主要介绍合肥市二环路用生 石灰，石膏改良膨胀土的室内试验研究，并根据试验资料说明生石灰、石膏改 良膨胀土的效果。同时提出一种用生石灰一石膏改良合肥膨胀土的最佳配方。 大量的试验结果表明，用该配方改良后的膨胀土其单轴抗压强度，水中稳定性、 耐久性都有显著提高。 1 4 合肥城市地下空间开发工程地质研究中存在的问题 6 第l 章绪论 近年来，合肥在城市地下空间开发的工程地质工作中取得了显著的成绩， 但也存在很多问题 ( 一) 目前在合肥城市地下空间工程地质工作中，还没有专门对地下空间 开发影响的研究，绝大部分的研究要么着眼于承载力方面，要么着眼于单一类 型土的性质研究，没有整体性的分析研究。 ( 二) 以往的研究一般都侧重于地质环境问题和地质灾害方面的研究，- 对 适用于城市地下空间开发的工程地质区划研究还很少。 ( 三) 针对合肥市区工程地质区划研究，仅限于依据地形地貌、岩土类型 与组合、第四系覆盖层厚度、岩土工程性质等工程地质特性进行粗略分析，并 未进行数值化定量分析。 ( 四) 城市地质工作提交的仍以纯地质专业的传统的成果模式，专为某工 程项目建设与施工设计专业人士所用，而后被束之高阁，不再为其他领域使用， 实用性较差，在内容、成果形式上难以为城市规划人员理解使用，不能为中长 期规划、城市建设管理提供有效的服务。 ( 五) 城市地质工作多偏重地表工作，对地下空间利用所需的深部地质工 作重视不够。以往完成的相当多的数据资料，在精度和质量方面难于保障有效 地服务于城市建设的要求。 1 5 研究内容 本文作为“合肥市城市地下空间开发利用中的岩土与地下工程技术指南”中 “合肥市工程地质与地下空间开发的适宜性”的重要组成部分，遵循“解决合肥市 城市地下空间开发地质环境适宜性区划问题，对地下空间规划进行初步探索与 研究”的原则，以解决地下空间的优化开发为目的。针对合肥市地质，以地质环 境为主要研究对象，探讨、分析可能产生的主要工程地质问题，评价其区域工 程地质适宜性等级，并提出相应的工程措施及有效途径。因此本课题研究的主 要内容有： l 通过调研、查阅、搜集合肥市的工程地质、水文地质、区域构造地质资 料等，充分利用现有资料对研究区的工程地质进行概述性介绍，从而初步了解 合肥地区地基土层的工程地质性质参数以及结构和空间分布情况，通过对已有 工程勘察资料的研究，进一步了解合肥地区工程地质性质，明确研究区内地基 7 第l 章绪论 土的主要工程地质问题； 2 根据合肥市现有的工程地质、水文地质、区域构造地质资料，针对性的 研究了地下水对地下空间开发的影响、合肥地区地基承载力、地层组合对地下 空间开发的影响、断裂对地下空间利用的影响、膨胀土与地下空间开发等工程 地质与地下空间开发的适宜性问题； 3 根据上述工程地质研究以及适宜性研究，选定合肥市城市地下空间开发 地质环境适宜性的评价指标体系、构建评价模型，确定评价方法和评价标准。 使运用“层次分析法”对合肥市研究区域进行地质环境适宜性评价，绘制合肥市地 下空间开发地质环境适宜性区划图。 1 6 研究思路 研究思路如图1 1 所示： 收集区域地质和工程勘察资料 工程地质条件数据分类整理 地形地貌li 岩土体立体结构ll 水文地质条件ii 地质灾害 地质条件对地下空 间开发的制约专题 地下水影响ll 地基承载力ll 地层组合i 断裂ii 膨胀土的影响 基于a h p 法的地下 空间优化利用分析 图1 1 全文研究总体框架 8 第2 章合肥地区工程地质概况 第2 章合肥地区工程地质概况 2 1 合肥市地质概况 合肥位于安徽省中部，江淮分水岭南侧，属江淮丘陵地形，区内地形起伏 平缓、岗冲相间。呈西北高、东南低的地势，地面标高在1 0 4 5 m ( 吴淞高程系) 之间。西郊大蜀山孤峰突起，为区内的最高点，海拔高程2 8 2 m 。大蜀山北面相 对应的是董铺水库，南淝河自水库向下逶迤东去，自西北流经城区，转东南注 入巢湖，其支流四里河、板桥河、二里河在城区汇入1 3 8 l 。 南淝河控制整个合肥市区的地形和地貌，大体上以南淝河为中心向两岸伸 展，依次分别为：河漫滩( t o ) 、一级阶地( t 1 ) 、二级阶地( t 2 ) 。 1 河漫滩：主要沿南淝河两岸，呈条带状分布。其地面标高，在大东门以西 为1 2 1 4 m ，以东为9 ll m ；为新近河流相冲、淤积层，土层自上而下为填土、 亚粘土、轻亚粘土( 夹不等厚透镜状粉细砂薄层) ，土层厚度1 0 2 0 m 。 2 一级阶地：沿南淝河两岸，地面标高1 3 2 0 m ，地面较平坦，土层自上而 下为粘土、亚粘土、轻亚粘土；土层厚度一般约2 0 m 。 3 二级阶地：主要分布在南淝河及其支流四里河、板桥河、二里河两岸，广 为分布，地面标高2 5 4 0 m 。该阶地的成物质在南淝河的西南岸为一元结构，而在 南淝河的东北岸呈二元结构。主要是上更新统冲、洪积粘土，厚度1 0 2 0 m 。 另外，在区内还存在极少量的构造剥蚀地貌及少量的人工地貌。合肥是座 千年古城，饱经沧桑。在现老城区内堆积了一层厚2 3 m ，最厚达6 m 左右的填土 层，大多为杂填土，部分为素填土；由此，可以将合肥市地貌类型划分见表2 1 。 9 第2 章合肥地区工程地质概况 表2 1 合肥市地貌类型划分 翘分标志 地貌类型 海拔高度( m )坡度物质组成及形态特征 主要由次火山岩、熔岩、火山碎 构造剥蚀地貌锥状火山丘2 0 5 02 5 0 5 0 0屑组成，为孤立锥状火山体，山 麓为残坡积体 主要由上更新统( q ，) 褐黄色粘土 组成，阶面有起伏，其上坳沟发 侵蚀堆积地貌二级阶地 1 8 4 0 1 0 0 1 5 0 育，坳沟内为全新统( q 4 ) 粉质粘 土组成 由全新统( q 。) 灰黄色粘十、粉质 一级阶地 1 2 1 8 5 0 粘土、粉土夹砂组成，阶面平坦， 前缘陡坎明显 堆积地貌河漫滩 9 1 4 5 0 主要由灰褐色粉土、淤泥组成 主要为人工堆积的粘性素填土， 人工地貌 1 5 3 5 1 0 0 2 0 0 沿环城路及护城河分布，星环状 垄岗地形 2 2 工程地质条件 2 2 1 合肥市地下空间的物质载体及其分布 按土的形成时代、土体结构和工程地质特征分类。以土的形成时代划分岩 性综合体，按土的粒度成分和工程地质形状来确定岩性类型，可将合肥市土体 地质分类如表2 2 所示3 9 】： 各层土分布及工程性质评价如下： 一淤泥和填土 第1 层淤泥类土分布于近、现代河床地带。自杏花公园经市政府广场沿 淮河路到大东门再继续顺南淝河往东延伸，呈条带状分布。宽数十米，厚0 6 m 。 第1 层杂填土主要分布在老城区，多沿安庆路、淮河路、寿春路、宿州 路、六安路分布。一般厚o 4 m ，大东门附近九狮商厦工人文化宫一带沿南淝河 两侧厚达6 m 。 第1 层素填土分布于坳沟及两侧，厚度不等，新建开发区由于人工或机 械推填也有分布。前者较密实，后者疏松。 1 0 第2 章合肥地区工程地质概况 二全新统上段研岩性综合体 分布于南淝河、板桥河、四里河河床及河漫滩地带，自上而下为冲洪积粘 土、粉质粘土、粉土及砂层，构成一个完整的沉积旋回。南淝河上段双岗、杏 花公园以西厚4 6 m ，中段双岗大东门一带厚l 1 3 m ，下段坝上街以东厚1 3 1 6 m 。四里河、板桥河河床一般厚1 0 m 左右。 岩土类型的划分为： 第2 层中高压缩性粉土、粘性土分布于河漫滩与河床比邻地带，岩性以粉 土为主，厚0 6 m 。局部坳沟、池塘或低洼地带有粘性土零星出露，厚o 4 m 。 第3 层粉质粘土及粘土分布于河漫滩地带，低漫滩以粉质粘土为主，高漫 滩以粘土为主。本层厚o 4 m ，分布不稳定。顶面埋深2 5 m 。 第4 层粉土及粉细砂厚2 4 m ，埋深4 7 m 。本层土体结构松散，强度低。 基坑开挖易产生边坡坍塌、流砂等不良工程地质问题。 第5 层粉细砂夹中砂透镜体厚1 3 m ，埋深4 7 m 。本层分布不稳定，岩相 变化较大，砂层以松散稍密为主，富水性好，基坑开挖坑壁易坍塌。 三、全新统下段( 纠) 岩性综合体 主要分布在南淝河一级阶地高河漫滩地带，具二元结构，上部为粘性土， 下部为砂性土，底部含少量的细砾。 第6 层粘土，厚4 8 米，埋深o 3 m 。 第7 层粉质粘土厚4 8 米，顶面埋深2 7 米。 第8 层粉土夹粉细砂厚2 4 m ，埋深8 15 m 。 第9 层粉、细、中砂厚1 3 m ，埋深1 0 1 5 米。 四上更新统( q 3 ) 岩性综合体 第1 0 层粘土及粉质粘土广泛出露在二级阶地之上，厚5 3 0 m 不等，西部高 新技术开发区厚5 1 5 m ，南端经济技术开发区厚2 0 3 5 m ，东北侧龙岗、新站开 发区亦在2 0 m 以上。 五中更新统上新统( q 2 - n 2 ) 岩性综合体 第1 1 层、1 2 层细、中、粗砂分布于二里河芜湖路以北、三孝口毫州路 以东较大的范围内，基本与南淝河走向一致。 第2 章合肥地区工程地质概况 表2 2 合肥市土体工程地质分类表 分层序 号 岩性综合体岩土类型主要岩性特征分布范围 1 淤泥类土 饱和，软塑流塑，高 l 杂填土 压缩性 河床及河 建筑垃圾，生活垃圾 漫滩老城 l 素填土区坳沟 粉土及粉质粘土 2 粉土、粘性土稍密、软塑低漫滩 3 全新统上段研岩 粘性土可塑偏硬塑高漫滩 4 性综合体 粉土松散，含植物残片河漫滩 5 粉细中砂松散稍密河漫滩 6粉土可塑硬塑 - 7 全新统下段或岩 粉质粘土中低压缩性级 8 性综合体 粉土中低压缩性阶 9粉细中砂中密密实地 上更新统q 3 岩性 硬塑坚硬二级 1 0 粘性土 综合体 以低压缩性土为主 阶地 l l 中更新统上新统粉土半胶结 1 2 q 2 2 岩性综合体 细中粗砂密实、未胶结 2 2 2 基岩工程地质特征 合肥市区基岩主要为侏罗纪以来细砂岩，泥质砂岩和泥岩，主要岩层有： ( 1 ) 侏罗系上统周公山组：分布在西区部分地段，主要为紫红、灰白、青灰色， 含砾长石石英砂岩。 ( 2 ) 白奎系下统新庄组：分布在北区，东区部分地段，主要为棕褐，灰红， 灰棕色细砂岩夹粉砂质泥岩，岩质中硬。 ( 3 ) 白奎系上统张桥组：本区广为分布，主要为砖红、鲜红色中细砂岩夹薄 层粉砂质泥岸及泥岩。 ( 4 ) 下第三系梁园组：主要分布在东南及东区，为棕红色粉砂质泥岩，岩质 稍软。 2 2 3 水文地质条件 1 2 第2 章合肥地区工程地质概况 合肥市属于中、新生界分布的波状平原区，地表分布着以粘性土为主的第 四系松散沉积物，其下为侏罗系第三系的红色碎屑岩类。第四系松散岩类所组 成的冲积平原为现代河流所控制，地下水主要赋存于漫滩相和河床相粉土夹透 镜状砂层孔隙中；被第四系覆盖的红色碎屑岩，泥质胶结，其透水性和富水性 差，地下水主要赋存于红层粗碎屑岩段、富钙层位的裂隙、断裂破碎带以及风 化带中【删。 ( 一) 地下水类型及分布 按含水介质分，本区地下水可分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、 火山岩类裂隙水等三种类型。 l 第四系松散岩类孔隙水 松散岩类孔隙水主要分布于南淝河及其支流的河漫滩、一级阶地以及南淝 河北岸二级阶地之下的古河道松散堆积层中。含水层性质一般属于第四系松散 岩类孔隙性含水，具承压性，承压水位标高l o 1 0 m ；含水层多为软可塑粉土类 透镜状粉细砂层，一般分布于地表以下8 l o m 深处。老城区因地表普遍分布有 一层杂填土，其中普遍分布有上层滞水，其水位埋深般为1 2 m 松散岩类孔隙 水含水层总体上呈现上游薄、下游厚，南岸薄、北岸厚的趋势。该含水层主要 以细砂为主，富水性较弱，一般单井涌水量1 0 1 0 0 t d 。 2 屑岩类孔隙裂隙水 下伏基岩中主要为侏罗系第三系的一套红色岩层，岩性细腻，结构致密， 裂隙不发育，渗透系数小，阻碍着降水的入渗补给，因此本区碎屑岩类中的地 下水较为贫乏。根据本区岩性和构造条件，大致可将红层地下水的赋存类型及 含水岩组的富水性划分如下： 裂隙孔隙承压水 主要分布于本区东南、南面下第三系定远群第一段和上白至系张桥组之中， 其中定远群第一段岩层，富含碳酸盐成分或为泥钙质、钙质胶结，结构疏松， 裂隙发育，在富钙层位，由于水的交替作用，钙质体经溶蚀形成小溶孔、溶洞， 类似于碳酸盐中的“岩溶”，即所谓红层岩溶，沟通和扩大了原有裂隙、孔隙，构 成蜂窝状的储水空洞。张桥组岩层结构一般松散，呈半胶结状态，其透水性和 连通性较好，有利于地下水运移和富集。上述两个岩组，为红层中的富水性较 强的含水层，地下水位埋深一般小于2 0 m ，普遍具承压性，并在含水层的水力和 径流条件发生急剧变化的情况下，如遇阻水断层或低于水头的负地形，往往可 1 3 第2 章合肥地区工程地质概况 以自流。 断裂带脉状水 本区红