路基工程地质结构分析理论与实践ppt课件

1、12022/7/12路基工程地质构造实际与实际長安大學2022/7/12公路灾害防治研究所李家春2讲座主要内容一、本实际的开展过程二、几个根本概念三、路基工程地质构造四、土体构造、岩体构造及路基构造效应五、路基工程地质构造分析方法六、在工程中运用大约需180分钟2022/7/12公路灾害防治研究所李家春3在研讨公路地质灾祸的判别、评价、分析计算时，首先应建立地质模型。孙广忠先生提出的岩体构造力学是建立地质模型的实际根底。于2007年，作者提出“边坡工程地质构造论，随后改为“路基工程地质构造论。一、本实际的开展过程2022/7/12公路灾害防治研究所李家春4一、本实际的开展过程(续)在我国干线公

2、路灾祸整治工程调查与治理方案选择中，运用“路基工程地质构造实际，为工程提出了合理化建议。在多次交通部西部干部培训及其他培训中，作为培训内容进展讲解，遭到宽广基层人员的欢迎。本实际也在实际中得到开展和完善。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春5常见路基地质灾祸1、滑坡：边坡中存在倾向临空的缓倾脆弱带，由于开挖或填筑等缘由使斜坡下部失去支撑，在重力作用下，岩土体整体沿脆弱带向下、向前滑动的景象。公路工程中出现最多的是堆积层沿基岩顶面滑动的堆积土滑坡、顺倾岩层的顺层滑坡、断层破碎带的破碎岩石滑坡。此外，还有粘性土滑坡、黄土滑坡、昔格达层滑坡等。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春6常见路

3、基地质灾祸续2、崩塌：风化破碎的高陡边坡，由于一组或多组构造面组合，将岩体切割成大小不等的块体，主变形构造面陡于边坡坡率，常在构造面与边坡坡面结合部首先破坏，后部岩体失去支撑时产生崩落、倒塌、翻腾和剪切下错的变形破坏景象。多数为部分边坡变形。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春7常见路基地质灾祸续3、坍塌：介于滑坡与崩塌之间的边坡破坏方式。没有固定的滑动面，主要产生于边坡外表松散的风化破碎层，在自然风蚀、干湿循环和强降雨的表水作用下，或因开挖后地下水渗流条件改动，坡脚或渗水处岩土被软化、强度降低而引起上部边坡失稳。是公路边坡出现频次最多的灾祸类型。2022/7/12公路灾害防治研究所李家

4、春8常见路基地质灾祸续4、参差：陡倾斜坡地段，坡体中发育一组陡倾的构造面，且下卧一层一定厚度的脆弱破碎带，构成基座式坡体构造，当脆弱带产生紧缩变形，上履岩体沿陡倾构造面下错、张开，岩体以垂直位移为主，程度位移为辅。脆弱带称为参差带。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春9常见路基地质灾祸续5、倾倒：陡倾的薄层状岩层，在开挖或沟谷下切卸荷过程中，边坡松弛，沿构造面产生剪切位移，向临空面缓慢弯曲变形的景象。此外，还有坡面病害：落石、碎落、坡面冲刷、溜坡等边坡病害。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春10常见路基地质灾祸续6、路基沉陷7、路基塌陷8、下边坡垮塌9、路基洪水灾祸冲刷、淹没10

5、、泥石流可见，灾祸类型多，形状各异，成因复杂2022/7/12公路灾害防治研究所李家春11二、几个根本概念岩土岩石岩体岩层土壤/土土体第四纪松散堆积物堆积层岩土2022/7/12公路灾害防治研究所李家春12二、几个根本概念路基路基系统地基基底根底边坡路基方式路基构造边坡构造2022/7/12公路灾害防治研究所李家春13二、几个根本概念构造土体构造土的构造岩体构造岩石构造岩土体构造边坡构造路基构造2022/7/12公路灾害防治研究所李家春14路基断面图式路堤低填浅挖半填半挖路堑路基沉陷与塌陷路基滑移与滑坡路基坍塌与崩塌2022/7/12公路灾害防治研究所李家春15以软土地域路堤为例最简单的方式：

6、当基底为软土，厚度均匀，那么路基会发生均匀的沉降，能够的破坏方式为两侧均从坡脚，路堤出现纵向裂痕或侧向变形、下沉。可用碎石桩、挤密桩等均匀加固处置。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春16其他对称式处置方式基底填一层卵砾石层反压护坡换填砂砾2022/7/12公路灾害防治研究所李家春17假设地基软土厚度变化大路基的变形破坏方式及处置与上面情况不同。地基处置必然是不对称的方式，如以下图所示。也可在地基一侧设隔墙。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春18侧向约束法系杆夯石堆192022/7/12路基的工程地质构造决议了路基的力学性质、变形性质路基工程地质构造2022/7/12公路灾害防治

7、研究所李家春20三、路基工程地质构造路基工程地质构造：由外部形状、内部构造面及路基岩土组合而成的系统。路基几何形状内部构造面岩土工程性质三个要素，一个系统三部分相互影响互为依存，并构成路基构造系统2022/7/12公路灾害防治研究所李家春21路基工程地质构造的性质三要素相互依存、相互联络和作用因构造而产生新的力学性质和变形性质构造的多样性和复杂性自然构造与人工构造共存存在不同尺度的构造，决议了不同的路基性能构造控制性是开放的系统，受环境影响或制约2022/7/12公路灾害防治研究所李家春22路基工程地质构造类型岩体构造：整体构造 块状构造 层状构造 碎裂构造土体构造：均质 层状 透镜体边坡几何

8、形状：阶梯 直线 折线岩石工程类型，土的工程类型 组合为多种类型路基方式：路堤 挖方 半填半挖 路堑2022/7/12公路灾害防治研究所李家春23路基工程地质构造实际框架地震地应力水人类路基断面类型路堑路堑边坡1、从半坡剪出破坏2、从坡脚剪出破坏3、崩塌路基形状路基断面类型台口式路基台口式挖方路基1、上边坡滑动破坏2、上边坡崩塌破坏3、下边坡垮塌或滑坡路基形状路基断面类型半填半挖基半填半挖路基1、上边坡破坏与前述一样2、下边坡滑移原地面线路基形状路基断面类型路堤路堤1、路堤不均匀沉降2、路堤边坡侧向滑移长安大学 公路灾祸防治研讨所 李家春路基形状2022/7/12公路灾害防治研究所李家春28路

9、堤不均匀沉降及其构造不均匀沉陷不允许变形总沉降量包括地基沉降量和填土沉降量。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春29岩土工程分类岩石：巩固、次硬、脆弱土：巨粒土、粗粒土、细粒土粉性土、粘性土，特殊土黄土、红粘土、冻土、盐渍土、沙漠、膨胀土、路基资料2022/7/12公路灾害防治研究所李家春30土的分类成因分类：冲积、洪积、湖积、风积、坡积、残积、冰碛，等。还有复合类型。粒度分类：巨粒土、粗粒土、细粒土，特殊土。细粒土再根据塑性图分。施工：松土、普通土、硬土、软石、次坚石、坚石密实程度：密实、中密、稍密、松散路基资料2022/7/12公路灾害防治研究所李家春31土体的概念土体是与一定的工程

10、建筑物的变形和稳定相关的新第三纪以来通常为第四纪的地质体。作为土体的组成可以是单一土层的均质土体，也可以是多种性质的多层土层构成的复杂土体。因此，在后一种情况下土体性质不等于某一土层的性质，也不等于各个土层性质的简单叠加，而是结协作用相互影响的有机整体。路基资料2022/7/12公路灾害防治研究所李家春32土体的微构造与宏观构造 当土体的规模较小或性质较均一时，土的微构造可以代表土体的构造。例如，粘性土的微构造概念中既包括土的颗粒组成、颗粒之间的相互关系，游离氧化物、有机质、可溶盐在土中存在方式。路基资料2022/7/12公路灾害防治研究所李家春33岩石构造与岩体构造由于岩体构造面的强度远远小

11、于岩石资料强度，所以岩体的强度更多地依赖于岩体的宏观构造岩体构造。当构造面对工程有利，如反倾，那么岩石构造发扬更大作用。路基资料2022/7/12公路灾害防治研究所李家春34土体中的节理裂隙 以膨胀土为例，它除了具有普通粘性土的微构造外，土体中存在着网状的收缩裂，光滑的膨胀裂隙，某些情况下还有古滑坡产生的滑坡裂隙，以及层间脆弱夹层，甚至有些地方有构造裂隙和第四纪断层。黄土中节理裂隙也很发育，特别是垂直裂隙。结论：岩体和土体中都有节理裂隙。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春35土体构造的含义由各种土层构成的土体的宏观构造，不仅包括了土层组合，又包括了土层间和土体与岩体间的界面特征、产状和

12、相互关系。土体的构造效应表如今：力学性质、变形性质、水理性质。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春36对土体构造的认识途径超宏观构造宏观构造显微构造超显微构造宏观构造不是微观构造的叠加2022/7/12公路灾害防治研究所李家春37土体的构造效应膨胀土滑坡膨胀土边坡边坡开挖后边坡表层的土体在干旱季节蒙受剧烈的风干脱水，土体收缩并构成大量的收缩裂隙，向土体内部脱水收缩程度明显地减弱，因此它存在着风化影响深度问题。表示图2022/7/12公路灾害防治研究所李家春38在膨胀土风化影响深度范围内，由于大量裂隙的存在，土的性状和构造强度均与风化影响深度以下的土体具有显著的区别。膨胀土滑坡几乎全部位于

13、风化带内，受风化带界面的控制表示图2022/7/12公路灾害防治研究所李家春39其破坏机埋是大气降水渗入风化带内，特别是渗至风化界面处停滞下来，使裂隙和风化界面部位的粘土物质发生水化和膨胀，并导致强度衰减和边坡破坏。滑动破坏的深度大多在6米以内。因此对膨胀土边坡必需采取防风干脱水全封锁的工程措施。表示图2022/7/12公路灾害防治研究所李家春40当土体中，有不同土层之间层面，或夹极薄脆弱土层或呈光滑界面接触，这种脆弱土层或界面的存在，以及界面与边坡坡向的关系，往往控制或导致边坡的破坏。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春41土体的构造效应黄土滑坡经过调查发现，纯粹的黄土中构成滑动面而产

14、生滑坡是很少见的。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春42黄土滑坡多发于构造面出露时不同黄土层的接触面，新黄土与老黄土古土壤层黄土与砂砾石层黄土与下伏基岩接触面黄土与第三纪红粘土接触带最多2022/7/12公路灾害防治研究所李家春43边坡构造对其稳定性的影响主要是边坡中存在古土壤、红粘土、砾石层、黄土与基岩接触面等。由于它们的存在，黄土边坡呈层状构造，或“上土下岩的二元构造。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春44黄土边坡构造表示垂直节理裂隙发育，土层的垂向差别性，决议了黄土边坡的稳定性。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春45虽然黄土地域地下水较少，但黄土层中的砂层透镜体与

15、具有隔水意义的古土壤层、黄土中的砾石层或黄土高阶地下的砂砾石层与下伏的第三系红粘土或泥岩、页岩，可以组成较好的含水系统，这将严重影响到边坡的稳定性。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春46土体构造的水理效应由多个土层构成的土体含水、透性性不同，表现出的水理性质也与土层的空间分布及相互关系亲密相关。边坡中粘土透镜体2022/7/12公路灾害防治研究所李家春47土体水力学效应往往控制着边坡的稳定性土体中滑动面往往是潜水面2022/7/12公路灾害防治研究所李家春48土体的结协作用与沉降有关的：上硬下软，上软下硬应力集中和应力分散景象2022/7/12公路灾害防治研究所李家春49与地震效应有关

16、的：地震液化、破坏效应当地下水条件一样，前者易液化，后者不易液化。所需覆盖层厚度与孔隙水压力大小有关。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春50构造面从宏观上，将路基范围内的构造面分为两种：工程构造面和地质构造面。工程构造面：填挖交界面，填方与原地表接触面，不同填料之间的过渡面或接触面，构造物与岩土接触面。地质构造面：原生构造面、构造构造面、次生构造面2022/7/12公路灾害防治研究所李家春51岩体构造面成因类型原生构造面堆积构造面：层理、脆弱夹层、不整合面、堆积延续面岩浆构造面：侵入体与围岩接触面、岩脉或岩墙接触面、原生冷凝节理蜕变构造面：片理、片岩脆弱夹层构造构造面节理X型、张性、断

17、层、层间错动、羽状裂隙或劈理次生构造面卸荷裂隙、风化裂隙、泥化夹层、次生夹泥层2022/7/12公路灾害防治研究所李家春52岩体构造面的规律 1在均匀应力场内节理在层面和中间主应力面上是近正交的棋盘格式分布 2在平缓岩层或轻度构造区的岩体剖面上常存在有X方式分布的节理，它的产状常呈缓倾，倾角多低于40度2022/7/12公路灾害防治研究所李家春53地质构造面规律 3节理共轭成组出现，劈理单枝成组出现4位于均匀应力场内的均质岩体或等厚岩体内的构造面呈等距性分布，不均匀应力场内或不等厚岩体内构造面不呈等距性分布，节理间距与岩层厚度成比例关系。5.不同岩性岩层内节理不切层。2022/7/12公路灾害

18、防治研究所李家春54地质构造面规律 6 层间错动普遍存在，但多发育在脆弱夹层的顶、底板上。 7 在一定岩性组成岩层内发育的构造面组数是有一定限制的，巩固岩层的节理组数少，脆弱岩层的节理组数多。可多于6组，普通来说少于8组，断层普通少于3组2022/7/12公路灾害防治研究所李家春55地质构造面规律8 节埋可分为显节理和隐节理，隐节理在震动或风化作用下可转化为显节理，即开裂节埋，隐节理又可视为闭合胶结节理。9断层带宽度，断层交汇带的宽度与岩性、断层的力学属性有关。10按力学性质构造面可分为巩固构造面与脆弱构造面面。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春56构造面的特征规模形状物质组成延展性密

19、集程度张开度与充填胶结2022/7/12公路灾害防治研究所李家春57构造面的力学性质单向挤压应力下可构成五组构造面：弯张构造面压性构造面不发育，少见剪性构造面两组拉张性2022/7/12公路灾害防治研究所李家春58构造面的力学性质力偶作用下可构成两组构造面：张扭性构造面压扭性构造面重力卸荷下构成构造面2022/7/12公路灾害防治研究所李家春59在工程荷载作用下，构造面及其充填物的变形是岩体变形的主要组分，控制着工程岩体的变形特性。在工程荷载作用下，构造面的变形将极大地改动岩体的浸透性、应力分布及其强度。工程荷载作用下，岩体中应力分布受构造面及其力学性质的影响。2022/7/12公路灾害防治研

20、究所李家春60岩体构造及其力学作用孙广忠2022/7/12公路灾害防治研究所李家春61四级:几十厘米到2030米，是构造岩块的边境面，破坏了岩体的完好性，影响岩体的力学性质，是构造面统计分析和模拟的对象。五级:数厘米到30cm，隐节理、微层理、微裂隙，不发育的片理、劈理，又称微构造面。包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质。 应根据工程规模选择调查重点。路基工程普通注重对三级、四级构造面的调查。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春62工程构造面填挖交界面填土与原地面界面不同填筑资料之间的界面最危险破坏面构造物与岩土接触面2022/7/12公路灾害防治研究所李家春63路基形状+构造面+岩

21、土类型路堤路堑挖方半填半挖程度顺层反倾陡倾斜交硬质岩石次硬岩石软质岩石巨粒土粗粒土细粒土至少456=120种，由于还有几组构造面和几种岩土的组合。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春64岩体构造与边坡稳定均质的情况应力与应变2022/7/12公路灾害防治研究所李家春65卸荷裂隙与松动带改动应力条件到达稳定路基的目的31岩体强度线边坡预加固的力学原理2022/7/12公路灾害防治研究所李家春67应力变化与分布特点边坡开挖就是卸荷，改动了主应力方向和大小。卸荷裂隙普遍存在。边坡稳定的方法可以从三个途径入手：坚持原有应力场边坡防护岩体加固注浆2022/7/12公路灾害防治研究所李家春68路基边

22、坡构造类型岩质边坡土质边坡岩质土质复合边坡整体构造块状构造层状构造碎裂构造散体构造程度接触面顺倾接触面反倾接触面黄土膨胀土残积坡积层岩堆冲洪积层.2022/7/12公路灾害防治研究所李家春69边坡构造类型例举1、岩质程度层状构造1上硬下软：上部主要为厚层或巨厚层块状构造岩体，下部为一定厚度的脆弱破碎岩体，岩层倾角较小，近程度层状。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春70岩质顺倾层状构造1顺倾层状构造：由软硬相间、互层或间层状的砂泥岩或其他岩类组成，岩层倾向临空，岩层倾角普通在1030度。顺层滑坡2022/7/12公路灾害防治研究所李家春71岩质反倾层状构造由软硬相间、互层或间层状的砂泥岩

23、或其他岩类组成，倾向坡内。主要发生参差、崩塌。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春72土质圆弧滑面构造崩积岩堆体洪积锥大型断裂破碎带2022/7/12公路灾害防治研究所李家春73土质圆弧滑面构造旋转型滑动、坍塌2022/7/12公路灾害防治研究所李家春74岩土复合顺倾构造岩石填土残积层岩石2022/7/12公路灾害防治研究所李家春75坡体构造类型与滑坡的破坏方式据王恭先坡体结构滑坡破坏模式基本类型亚类型类均质体结构（a）均质黏性土结构旋转式滑动（b）均质黄土状土结构（c）强风化残积层结构（d）类均质堆填土结构2022/7/12公路灾害防治研究所李家春76坡体构造类型与滑坡的破坏方式据王恭

24、先坡体结构滑坡破坏模式基本类型亚类型近水平层状结构( 10)（e）河湖相沉积层结构（f）黄土软岩层状结构（g）软、硬岩互层结构（h）厚层硬岩下伏软岩结构2022/7/12公路灾害防治研究所李家春77坡体构造类型与滑坡的破坏方式据王恭先坡体结构滑坡破坏模式基本类型亚类型顺倾层状结构( 10)（i）黄土顺倾层状结构（j）堆积土顺倾层状结构（k）岩层缓倾层状结构（l）岩层陡倾层状结构2022/7/12公路灾害防治研究所李家春78坡体构造类型与滑坡的破坏方式据王恭先坡体结构滑坡破坏模式基本类型亚类型反倾层状结构( 10)（m）缓倾层状结构（n）陡倾层状结构2022/7/12公路灾害防治研究所李家春79

25、坡体构造类型与滑坡的破坏方式据王恭先坡体结构滑坡破坏模式基本类型亚类型碎裂状结构（o）碎块状结构（p）碎裂状结构2022/7/12公路灾害防治研究所李家春80坡体构造类型与滑坡的破坏方式据王恭先坡体结构滑坡破坏模式基本类型亚类型块状结构 （q）似层状结构（r）眼球状结构2022/7/12公路灾害防治研究所李家春81构造分析的原那么与步骤岩土类型及性质、构造面性质及规划、环境条件2022/7/12公路灾害防治研究所李家春82路基工程地质构造分析原那么岩性组合分析原那么构造面控制原那么路基形状相关原那么系统分析原那么1、岩土类型、岩土性质、各种岩土类型的规模和分布2、构造面的类型、组数、力学性质和

26、变形性质、规模和延伸性3、路基类型、横断面形状及几何尺寸、支挡构造的类型和位置4、三要素在空间上的组合和相互作用，导致路基性能不同。三要素分析互为前提。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春83岩性相关原那么易滑路段 1膨胀土分布地段； 2厚层粘性土分布地段； 3黄土，特别是Q3和Q4黄土分布地段及黄土下伏泥质岩层的地段； 4厚层山坡堆积层地段，包括坡积、崩积、洪积及它们的互层地段；如大保路坦底磨滑坡 5地下水发育地段； 2022/7/12公路灾害防治研究所李家春846砂、页、泥页分布地段；如元磨路K335滑坡7煤系地层分布地段；8蜕变岩分布地段；9构造面发育地段，特别是缓倾角断层倾向临空

27、面开挖面的地段；10大断层破碎带分布地段；11厚层风化壳分布地段；如嵩待路K110滑坡12山坡高陡、上部硬岩下伏软岩的地段。 2022/7/12公路灾害防治研究所李家春85从宏观到细观山体构造-坡体构造-山坡构造-边坡构造-路基构造-路基的工程环境-岩土性质、构造面性质包括各种工况下的性质五、路基工程地质构造分析方法2022/7/12公路灾害防治研究所李家春86构造面的调查规模形状物质组成延展性密集程度张开度与充填胶结查阅资料：地质图或工程地质图；工程开工资料；养护记录；气候水文资料。现场调查：简单适用的工具罗盘、卷尺。水准丈量。留意察看识别。2022/7/12公路灾害防治研究所李家春87构造面调查产状节理间距延伸度粗糙度岩壁抗压强度隙宽充填物产状及形状延伸度物质组成抗剪强度厚度含水情况岩体土体2022/7/12公路灾害防治研究所李家春882022/7/12公路灾害防治研究所李家春89地面测绘为施工图设计效力的测绘，应测出断面图，在地形图上