公路工程地质复习资料.doc

_第七章 常见的不良地质现象崩塌 定义：在陡峻的斜坡上，巨大岩块在重力作用下突然而猛烈的向下倾倒、翻滚、崩落的现象，称为崩塌。 发生位置：山区陡峭的山坡、及高陡的路堑边坡。种类：山崩：规模巨大的称为山崩；碎落：斜坡表面由于岩石的风化强烈，产生岩屑顺坡滚落的现象；落石：悬崖陡坡上个别较大岩块的崩落。 形成崩塌的条件 1地形条件：斜坡高、陡是必要条件。一般高度大于30m，坡度大于45度，多数55-75度之间。2岩性条件：坚硬的岩石，具有较大的抗剪强度和抗风化能力，形成高峻的斜坡，在外来因素下，一旦稳定性遭到坡坏，产生崩塌现象。软硬互层（相间）构成的陡峻斜坡。3构造条件：岩性不同的岩层以各种不同的构造和产状组合而成，常为各种构造面所切割。从而消弱岩体内部的联结。其他自然因素：强烈风化；冻融循环；植物根系的楔入；人为不合理的工程活动崩塌的防治原则 选线时，对于发生大、中型崩塌的地段，优先采用绕避方案；当绕避有困难时，应离开崩塌一段位置，尽量减少防治工程、或采用其他方案（明洞、隧道）通过。设计与施工中，避免使用不合理的高、陡边坡，避免大切大挖，维持山体平衡崩塌的防治措施：1.清除坡面危石；2.坡面加固：坡面喷浆、抹面、砌石铺盖；灌浆、勾缝、镶嵌、锚拴；3 .危岩支顶：混凝土作支垛、护壁、支柱、支墩等；4.拦截防御：落石平台、落石网、拦石堤；5.调整水流：修筑截水沟、堵塞裂隙、排水沟渠；防护设施：明洞、棚洞、悬臂式棚洞滑 坡 滑坡的定义： 斜坡大量土体和岩体在重力作用下，沿一定的滑动面（或带）整体向下滑动的现象，称为滑坡。n 滑坡的形成条件： 斜坡岩体平衡条件遭到破坏的结果。即：下滑力（力矩）大于抗滑力（力矩）。影响滑坡的因素1.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，当坚硬的岩石或岩体中存在有利于滑动的软弱面时，在适当的条件下也可能形成滑坡。n 构造 埋藏于土体或岩体中倾向与斜坡一致的岩层、夹层、基岩顶面、古剥蚀面、不整合面层间错动、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，都有可能称为滑坡的滑动面。n 水 地表水改变坡形、水渗入滑坡体，起到润滑剂的作用，增大下滑力，减小了抗滑力。n 其他因素 风化作用、降水、人为不合理开挖或破定加载等、地表水对坡脚的冲刷、地震。滑坡的防治原则n 整治大型滑坡，技术复杂，工程量大，时间较长，因此勘测阶段对于可以绕避且属经济合理的首选绕避方案。n 中小型滑坡连续地段，一般可不绕避，但注意调整路线平面位置，减小工程量；n 路线通过滑坡地区，要慎重对待，详细占有资料。整治滑坡，应做好临时排水工程，再针对滑坡形成的主要因素，采取措施泥石流n 泥石流定义 泥石流是一种突然爆发的含有大量泥沙、石块的特殊洪流。n 泥石流沟 形成区：位于流域上游，包括水动力区和固体物质供给区，多为高山环抱的山间小盆地 流通区：流域的中下游地区 堆积区：沟谷的出口处，地形较为开阔泥石流的形成条件 地质条件：岩性较软，风化强烈，地质构造复杂，褶皱、断层发育，新构造运动强烈，地震频繁的地区 地形条件：山高谷深，地形陡峻，沟床纵坡大。完整的泥石流流域，上游三面环山，一面漏斗状圈谷 水文气象条件：水是泥石流的组成部分之一，也是泥石流活动的基本动力和触发条件。 人类的活动：植被。/webgame/ 泥石流的三个基本条件：流域中有丰富的固体物质补给给泥石流；有陡峭的地形和较大的沟床纵坡；流域的中上游有强大的暴雨或冰雪强烈消融等形成充沛水源。泥石流的分类泥石流的防治 路线跨越泥石流沟时，首先从流通衢或沟床比较稳定、冲淤变化不大的堆积扇顶部用桥跨越河谷开阔，泥石流沟距大河较远，可采用走堆积扇前缘。 泥石流分布集中、规模较大、频繁，危害严重的地段，进行方案比选，走对岸或绕避。 泥石流流量不大，在堆积扇中以桥隧或过水路面通过。 散流发育并有相当固定的沟槽的宽大堆积扇时，宜按天然沟床分散设桥。活动阶段的泥石流堆积扇，不宜设路堑泥石流的防治措施n 水土保持： 包括封山育林、植树造林、平整山坡、修筑梯田；修筑排水系统及支挡工程等措施。 n 跨越：桥梁、涵洞、过水路面n 排导：排导沟、急流槽、导流堤n 滞流与拦截：一系列的低矮拦挡坝岩溶n 岩溶作用：指地表水和地下水对地表及地下可溶性岩石所进行的以化学溶解作用为主，机械侵蚀作用为辅的溶蚀作用、侵蚀溶蚀作用以及与之相伴生的堆积作用的总称。岩溶的发育条件 岩石的可溶性：取决于岩石的岩性成分和结构。 岩石的透水性：取决于它的原生孔隙和构造裂隙的发育程度。 水的溶蚀性：取决于水溶液的成分，主要决定于水中侵蚀性CO2的含量。 水的流动性影响岩溶发育的因素n 气候条件：气候湿热的南方地区，岩溶远较干燥寒冷的北方发育。n 地层的组合、厚度及产状的影响：取决于碳酸岩层及非碳酸岩层的分布。n 构造的影响：断裂与褶皱有利于岩溶的发育，尤其是断裂构造发育的地区，沿断裂破碎带岩溶发育较为强烈。水文与地形条件的影响：水文网的切割程度，决定着地下水的排泄条件岩溶发育地区选线的注意事项 在可溶性岩石分布区，路线应选择在难溶岩石分布区通过； 路线方向不宜与岩层构造线方向平行，而应与之斜交或垂直通过； 路线应尽量避开河流附近或较大断层破碎带，不可能时，宜垂直或斜交通过，以免由于岩溶发育或岩溶水丰富而威胁路基的稳定； 路线应尽量避开可溶岩与非可溶岩或金属矿床的接触带，因这些地带往往岩溶发育强烈，甚至岩溶泉成群出露。 岩溶发育地区选线，应尽量在土层覆盖较厚的地段通过，因一般覆盖层起到防止岩溶继续发展，增加溶洞顶板厚度和使上部荷载扩散的作用。 桥位宜选在难溶岩层分布区或无深、大、密的溶洞的地段；隧道位置应避开漏斗、落水洞和大溶洞，并避免和暗河平行岩溶的工程处理n 疏导 对岩溶水宜疏不宜堵。一般可以明沟、泄水洞等加以疏导。n 跨越 以桥涵等建筑物跨越流量较大的溶洞、暗河。n 加固 为防止溶洞塌陷和处理由于岩溶水引起的病害，常采用加固的方法。 n 堵塞 对基本停止发展的干涸溶洞，一般以堵塞为宜。 n 钻孔充气 是为克服真空吸蚀作用所引起的地面塌陷的一种措施。 n 恢复水位 是从根本上消除因地下水位降低造成地面塌陷的一种措施。第六章影响边坡稳定性的因素 地貌条件 决定了边坡的形态，对边坡稳定性有直接影响； 岩石性质 影响边坡稳定性的基本因素； 岩体结构与地质构造 岩体的结构类型、结构面的性状及其与坡面的关系，是岩质边坡稳定的控制因素； 水的影响 地下水产生静、动水压力，软化滑动面；地表水冲刷斜坡坡面。第七章地下水的地质作用地下水的定义及其形成条件n 定义 埋藏在地表下面土中孔隙、岩石孔隙和裂隙中的水，称为地下水。n 地下水的富集必须具备三个条件 有较多的储水空间有充足的补给水源有良好的汇水条件n 上层滞水工程特征：使土基强度减弱；引起道路冻胀、翻浆n 潜 水工程特征：对工程的危害视潜水的埋藏深度及所处岩石的土体性质决定（液化）。n 承压水对工程影响：深基坑及隧道开挖涌水、淹没。裂隙水岩溶水泉 水学习地下水地质作用的工程意义地下水与土石相互作用会使土体和岩体的强度和稳定性降低，产生各种不良的自然地质现象和工程地质现象，给工程的建筑和正常使用造成危害。 如：滑坡、岩溶、潜蚀、土体盐渍化和路基盐胀、多年冻土和季节冻土中冰的富集、地基沉陷、道路冻胀和翻浆等都与地下水的存在和活动有关，地下水还常常给隧道施工和运营带来困难，甚至带来灾害。第四章 地貌与第四纪松散沉积物n 地貌：由于内、外力地质作用的长期进行，在地壳表面形成的各种不同成因、不同类型、不同规模的起伏形态，称为地貌。地貌的成因分类垭口的类型n 构造型垭口：由构造破碎带或软弱岩层经外力剥蚀所形成的垭口 断层破碎带型垭口：工程地质条件较差，一般以低路堤、浅路堑通过，以保证地面原有的稳定性。 背斜张裂带型垭口：工程地质条件相对好一些，主要水文地质条件好，岩层相对稳定。 单斜软弱层型垭口：岩性较差，不宜大挖，以浅路堑或路堤形式通过。 n 剥蚀型垭口：以外力强烈剥蚀为主导因素所形成的垭口，其形态特征与山体地质结构无明显联系。特点：松散覆盖层很薄，基岩多半裸露。可采用隧道方案、中堑深挖等方式通过。 n 剥蚀-堆积型垭口：在山体地质结构的基础上，以剥蚀和堆积作用为主因素形成垭口。垭口外形浑园，宽厚，松散堆积层较大。道路多以低填或浅挖通过。 软土的定义： 软土一般是指天然含水量大、压缩性高、承载力低和抗剪强度很低的呈软塑-流塑状态的粘性土。软土的工程性质n 孔隙比和含水量：软土在静水或缓慢流水中沉积，颗粒分散性高，联结弱，具有较大的孔隙比和高含水量。n 软土透水性和压缩性：软土孔隙比大，但孔隙小，吸水、亲水性强，土中有机质多，分解出的气体封闭在孔隙中，使土的透水性变差。在荷载作用下排水不畅，固结慢，压缩性高。压缩过程长，开始时压缩下沉很慢，完成下沉的时间很长。n 软土强度：强度低n 软土的触变形：软土受到振动，海绵结构破坏，土体强度降低，甚至呈现流动状态，称为触变，也称振动液化。流变性：软土在长期荷载作用下，变形可以延续很长时间，最终引起破坏，这种性质称为流变性软土的特征：n 软土的颜色多为灰绿、灰黑色，手摸有滑腻感，能染指，有机质含量高时，有腥臭味；n 软土的粒度成分主要为粘粒及粉粒，粘粒含量高达60%70%；n 软土的矿物成分，除粉粒中的石英、长石、云母外，粘粒中的粘土矿物主要是伊利石，高岭石次之。此外，软土中常有一定量的有机质，可高达8%9%；n 软土具有曲型的海绵状或蜂窝状结构，这是造成软土孔隙比大、含水量高、透水性小、压缩性大、强度低的主要原因之一；n 软土常具有层理构造，软土和薄层的粉砂、泥炭层等相互交替沉积、或呈透镜体相间，形成性质复杂的土体。黄土是第四纪以来，在干旱、半干旱气候条件下，陆相沉积的一种特殊土。标准的或典型的黄土具有下列六项特征： 颜色为淡黄、褐色或灰黄色： 颗粒组成以粉土颗粒（0.0740.002mm）为主，约占60%70%； 黄土中含有多种可溶盐，特别富含碳酸盐，主要是碳酸钙，含量可达10%30%，局部密集形成钙质结核，又称姜结石； 结构疏松，孔隙多，有肉眼可见的大孔隙或虫孔、植物根孔等各种孔洞，孔隙度一般为33%64%； 质地均一无层理，但具有柱状节理和垂直节理，天然条件下能保持近于垂直的边坡； 湿陷性。黄土湿陷性是引起黄土地区工程建筑破坏的重要原因。并非所有黄土都具有湿陷性。具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。黄土的工程性质n 黄土的粒度成分 ：黄土的粒度成分以粉粒为主，约占60%70%，其次是砂粒和粘粒，各占1%29%和8%26%。 n 黄土的比重和密度：黄土的比重一般在2.542.84之间。n 黄土的含水量 ：含水量与湿陷性有一定关系，含水量低，湿陷性强，含水量增加，湿陷性减弱，一般含水量超过25时就不再具有湿陷性了。 n 黄土的压缩性 ：黄土虽然具有大孔隙、结构疏松，但压缩性中等，只有近代堆积的黄土是高压缩性的。年代越老的黄土压缩性越小。 n 黄土的抗剪强度：一般黄土的内摩擦角=15-25，凝聚力C=3040kPa，抗剪强度中等。n 黄土的湿陷性：天然黄土在一定的压力作用下，浸水后产生突然的下沉现象，称为湿陷。黄土发生湿陷的条件：黄土内部疏松结构、水的浸入和一定的附加压力是引起湿陷的内在、外部条件。n 黄土的陷穴 ：黄土地区地下常常有天然或人工的洞穴，这些洞穴的存在和发展容易造成上覆土层和工程建筑物突然陷落，称为黄土陷穴。 膨胀土膨胀土是一种粘性土，具有明显的膨胀、收缩特性。它的粒度成分以粘粒为主，粘粒的主要矿物是蒙脱石、伊利石，这两类矿物有强烈的亲水性，吸收水分后体积膨胀，失水后收缩，多次膨胀、收缩，强度很快衰减，导致修建在膨胀土上的工程建筑物开裂、下沉、失稳破坏。膨胀土的特征 膨胀土颜色多为灰白、棕黄、棕红、褐色等； 粒度成分以粘粒为主，含量在3550以上，其次是粉粒，砂粒最少； 粘土矿物以蒙脱石、伊利石为主，高岭石含量很少； 具有强烈的膨胀、收缩特性，吸水时膨胀，产生膨胀压力，失水收缩时产生收缩裂隙，干燥时强度较高，多次反复胀缩强度降低； 膨胀土中各种成因的裂隙十分发育； 早期(第四纪以前或第四纪早期)生成的膨胀土具有超固结性。膨胀土的工程性质n 膨胀土的粒度成分 ：膨胀土的粒度成分以粘粒含量为主，高达50%以上，粘粒粒径小于0.002mm，接近胶体颗粒，为准胶体颗粒，比表面积大 。n 密度：天然状态下，膨胀土结构紧密、孔隙比小，干密度达1.61.8gcm3，塑性指数为1823，膨胀土的天然含水量与塑限比较接近，一般为18%26%。n 裂隙：膨胀土中裂隙十分发育，是区别于其它土的明显标志。 n 膨胀土具有超固结性 ：所谓超固结性是指在膨胀土受到的应力史中，曾受到比现在土的上覆自重压力更大的压力，因而孔隙比小，压缩性低。 盐渍土岩石在风化过程中分离出少量的易溶盐类（常见的有氯盐、硫酸盐和碳酸盐），易溶盐被水流带至江河、湖泊洼地或随水渗入地下水中，当地下水沿土层的毛细管升高于地表或接近地表时，经蒸发作用水中盐分分离出来聚集于地表，或地表下不深的土层中。土层中易溶盐的含量大于0.5%时，这种土一般可称为盐渍土。盐渍土的形成条件n 地下水的矿化度较高，有充分盐分的来源。n 地下水埋藏较浅，毛细作用能达到地表或接近地表，有被蒸发作用影响的可能。n 气候比较干燥，一般年降雨量小于蒸发量的地区，易形成盐渍土。盐渍土的工程性质n 盐结晶的膨胀性（盐涨性）： 硫酸盐沉淀结晶时，体积增大，脱水时体积缩小。干旱地区日温差较大。由于温度的变化，硫酸盐的体积时缩时胀，致使土体结构疏松。 n 盐渍土的力学性质：盐渍土的强度与土的含水量关系密切，含水量较低且含盐量较高时，土的强度就较高，反之较低。n 盐渍土的湿陷性和水稳性 ： 水对盐渍土的稳定性影响很大，在潮湿的情况下，一般均表现为吸湿软化，使稳定性降低。n 盐渍土的压实性 ：当土中的含盐量增大时，其最佳密度逐渐减小，当含盐量超过定限度时，就不易达到规定的标准密度。n 盐渍土中的有害毛细水作用：盐渍土中的毛细水上升能直接引起地基土的浸湿软化和次生盐渍化，进而使土的强度降低，产生盐胀、冻胀等病害。 红 土红土是岩石在热带、亚热带特定的湿热气候条件下，经历了不同程度的红土化作用而形成的一种含较多粘粒，富含铁铝氧化物胶结的红色粘性土、粉土。红土具有较特殊的工程特性，虽然孔隙比较大，含水较多，但却常有偏低的压缩性和较高的强度，是一种区域性特殊土。红土的工程性质综上所述，红土是一种处于饱和状态，孔隙比较大，以硬塑和可塑状态为主，具中等压缩性，强度较高的红粘土，具有一定的收缩性。 冻土是一种温度低于0且含有冰的土岩。 土冻结时发生冻胀，强度增高，融化时发生沉陷，强度降低，甚至出现软塑或流塑状态。修建在冻土地区的工程建筑物，常常由于反复冻融，土体冻胀、融沉，导致工程建筑物的破坏。 冻土的分类多年冻土地区不良地质现象n 在厚层地下冰发育地区，容易产生热融滑坍、热量沉陷和热融湖等不良物理地质现象，对路基稳定影响甚大。n 冰丘、冰椎：多年冻土的层上水，由于季节冻结层的封闭，形成承压水，将冻结层顶起成隆丘，并在其内部不断聚积冻结，即成冰丘。当承压水突破地表，冻结堆积，即成冰椎。承压河水突破封冻的河面，则形成河冰椎。冰丘、冰椎可掩盖道路，堵塞桥涵，使沟造物发生严重变形。多年冻土的工程性质n 物理及水理性质：由多年冻土组成可知，土中水分既包括冰，也包括未冻水。因此，在评价土的工程性质时，必须测定天然冻土结构下的重度、比重、总含水量(冰及未冻水)和相对含冰量(土中冰重与总含水量之比)四项指标。n 力学性质：冻土的强度和变形仍可用抗压强度、抗剪强度和压缩系数表示。但是由于冻土中冰的存在，使冻土力学性质随温度和加载时间而变化的敏感性大大增加。第三章 风化与地表流水的地质作用风化作用v 风化作用的定义 地壳表层的岩石，在太阳辐射、大气、水和生物等风化营力的作用下，发生物理和化学的变化，使岩石崩解破碎以至逐渐分解的作用，称为风化作用。 v 风化作用的类型 物理风化作用 化学风化作用 生物风化作用 残积层v 残积层定义： 地表岩石经过长期风化作用以后，改变了矿物成分、结构和构造，形成和原来岩石性质不同的风化产物，其中除一部分易溶物质被水溶解流失外，大部分物质残留在原地，这种物质称为残积物，这种风化层称为残积层。残积层的工程性质 疏松多孔，裂隙发育，厚度不均，作为建筑物地基时可能产生不均匀沉降，过量沉降甚至承载力不够而破坏。 由于多孔裂隙发育，又含粘土等软弱成分，透水性强，吸水后膨胀，软化，作为路堑边坡时可能产生滑塌，冲刷严重等现象。v 对残积层可采用的工程措施 A、挖除；B、抹面；C、护面和挡墙； D、喷灌、砂、水泥浆液；E、勾缝； F、支撑 坡积层工程地质性质v 物质组成：主要为亚黏土和带棱角的碎石。v 结构、构造：大小不均，孔隙大、疏松。具有不是很明显的斜层理。v 工程性质：透水性强、储水能力大；易压缩、变形大、且易发生不均匀沉降，强度低，稳定性变化大。黏土含量越高稳定性越差。洪积层的工程地质性质： 物质组成：石块、碎屑、泥沙 组构：颗粒大小不均，棱角较分明，磨园较差，不规则交错层 理，发育为透镜体，尖灭现象。 物理力学性质：靠近山坡沟口的粗碎屑沉积地段（上段）颗粒大，孔隙大，透水性强，地下水埋藏较深，压缩性小，稳定性 较好，是良好的天然地基。第三节 河流地质作用一条河流从河源到河口一般可分为三段：上游、中游和下游。河流的侵蚀作用河流的搬运作用河流的沉积作用第二章 地质构造地层接触关系 整合接触 新老的层产状一致，地质年代连续，无缺失；说明地层形成过程中基本保持稳定的沉积环境，构造运动为地壳缓慢的下沉，即使有上升，也未将沉积面上升到水面之上而遭受剥蚀。 平行不整合 不整合面上、下地层产状基本一致，地质年代有缺失，新地层之下常有底砾岩；说明老地层沉积后有明显的均衡抬升，遭受剥蚀后又均衡下降，接受新的地层沉积。 角度不整合 不整合面上、下地层产状不一致，有缺失，新地层之下常有底砾岩；说明老地层形成后构造运动强烈，形成断层、褶皱等构造，长期遭受外力剥蚀，而后下降接受新的地层沉积 不整合接触为划分地层相对地质年代的重要依据。沉积间断形不整合面，不整合面以下先形成，较老；不整合面以上岩层晚形成，较新 l 岩层的产状定义：岩层在空间的位置称为岩层的产状。通常由岩层层面的走向、倾向、倾角表示。 裂隙的工程地质评价 岩体中的裂隙虽有利于开挖，但岩体的强度和稳定性均有不利影响； 裂隙破坏了岩石的整体性，促使风化速度加快； 增加了岩体的透水性，强度和稳定性降低； 裂隙的主要发育方向与路线的走向平行，倾向与边坡一致，不论岩体的产状如何，路堑边坡都易发生崩塌和碎落； 影响爆破作业的效果。断层的工程地质评价断层构造破坏了岩体的完整性，加速风化作用和地下水活动，降低了岩石的强度和稳定性，对工程产生不利的影响 断层破碎带强度低、稳定性差，压缩性大；降低地基岩体承载力和稳定性，易导致建筑物产生较大的沉降，甚至造成倾斜或断裂；对边坡、桥基的稳定产生重要影响； 跨越断裂破碎带的桥梁工程等建筑物，由于两盘的岩性不同，可能导致不均匀的沉降； 隧道通过断层破碎带易产生洞顶塌落，在确定隧道平面位置时，应避开大规模的断层破碎带；隧道轴线与断层走向平行时，应避免与破碎带接触；隧道横穿断层时，断层对隧道工程影响范围小，但应采取合理的防护措施工程措施，保证施工安全。l 活断层或称活动断裂是指现今仍然活动或近期有过活动，不久将来还可能活动的断层，其中后一种也叫潜在断层。l 地下深处的岩层，由于某种原因突然破裂、塌陷以及火山爆发等而产生振动，并以弹性波的形式传递到地表，这种现象称为地震地震的成因类型 构造地震：由于地质构造作用产生的地震称为构造地震。 火山地震：由于火山喷发和火山下面岩浆活动产生的地面振动称火山地震 陷落地震：由于洞穴崩塌、地层陷落等原因发生地震，称为陷落地震。激发地震：在构造应力原来处于相对平衡的地区，由于外界力量的作用，破坏了相对的稳定状态，发生构造运动并引起地震，称为激发地震或诱发地震震级：震中距离100公里处，标准地震仪所记录的地震波最大振幅值的对数。 烈度：定义：是指某一地区的地面或各种建筑物遭受地震影响的强烈程度。第一章 岩 石n 岩石的定义 在地质作用下产生的，由一种或多种矿物以一定的规律组成的自然集合体，称为岩石。 矿物的物理性质常见的造岩矿物n 岩浆岩的矿物成分 深色矿物：黑云母、角闪石、辉石及橄榄石等； 浅色矿物：石英、正长石、斜长石及白云母等。根据SiO2的含量，岩浆岩可分为四种基本类型： n 酸性岩类（SiO2含量65%）n 中性岩类（SiO2含量6552%）n 基性岩类（SiO2含量5245%）n 超基性岩类（SiO245%）n 层理构造：沉积岩在形成过程中由于沉积环境的改变，使先 后沉积的物质在颗粒大小、形状、颜色和成分上发生变化，从而显示出来的成层现象。n 层面构造：层面上有时还保留有反映沉积岩形成时的某些特征，如波痕、泥裂等。岩石的工程地质性质包括物理性质、水理性质和