工程地质第六章

郑州大学土木工程学院工程地质学授课者刘忠玉第六章不良地质现象及其工程地质作用第一节地震一、地震的类型1．人工触发地震人工触发地震指人类工程活动引起的地震，如大型水库的修建、大规模人工爆炸、地下核爆炸试验、各种机械振动等造成的地震。2．天然地震（1）构造地震：是由地下深处岩层错动、破裂所造成的地震。（2）火山地震：是由火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震。（3）陷落地震：是由地层陷落引起的地震。二、地震的分布1．地震的分布很广（1）环太平洋地震活动带。环太平洋带西部边缘包括日本、马里亚纳群岛、台湾、菲律宾、印尼，直至新西兰。它的东部边缘是南、北美洲的西海岸，包括美国、墨西哥、秘鲁、智利等国。该带所发生地震数量占地震总数的75%~80%以上。（2）地中海—中亚地震活动带。地中海—中亚带大致呈东西走向，与山脉延伸方向一致，从亚速尔群岛经过地中海、喜马拉雅地区，至我国的云南、四川西部和缅甸等地，与环太平洋带相接。这一带地震能量约占15％～20％。2．我国是多地震的国家中国位于上述世界两大地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。20世纪以来，中国共发生6级以上地震近800次我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。这五个地区是：①台湾省及其附近海域；②西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部；③西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；④华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山–燕山一带、山东中部和渤海湾；⑤东南沿海的广东、福建等地。1976年唐山大地震中倒塌的厂房

三、有关地震的几个概念四、地震的震级、烈度（一）地震震级震级标准，最先是由美国地震学家里克特提出来的，所以又称“里氏震级”。一次5级地震释放的能量相当于二万吨黄色炸药（TNT）爆炸时所释放的能量。震级相差1.0级，能量相差30倍。一次地震只有一个震级。

（二）地震烈度地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度，简称烈度。它是根据地震造成的地面破坏、建筑物破坏和人的感觉、反应等宏观现象来综合评定的。当然，也可通过仪器的微观记录进行有关计算得出绝对的烈度。基本烈度、建筑场地烈度和设计烈度

（1）基本烈度。一个地区今后一定时期（100年）内，一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度，称为基本烈度，它依据于当地的地质、地形条件和历史地震情况和长期地震预报。基本烈度一般是靠近震中烈度大，远离震中烈度小。（2）建筑场地烈度。建筑场地烈度也称小区域烈度，它是指建筑场地内因地质条件、地形地貌条件和水文地质条件的不同而引起基本烈度的降低和提高的烈度。一般来说，建筑场地烈度比基本烈度提高或降低半度至一度。3）设计烈度。各类不同的建筑抗震设计所采用的烈度称为设计烈度。它是根据建筑物的重要性等级、抗震性以及工程的经济性等条件对基本烈度的调整。设计烈度一般采用国家批准的基本烈度。但在遇到不良地质条件或有特殊重要意义的建筑物时，经主管部门批准，可对基本烈度加以调整作为设计烈度。（三）震级与地震烈度的关系地震震级与地震烈度既有区别，又相互联系。一次地震，只有一个震级，但在不同的地区，地震烈度的大小是不一样的。震级是指这次地震大小的量级。而地震烈度则是说该地区的破坏程度。在浅源地震中，地震震级和震中烈度（即最大烈度）根据经验大致如下表所示。震级（级）3以下3456788以上震中烈度（度）1~234~56~77~89~101112五、建筑场地类别与震害1．场地土的类型《建筑抗震设计规范》（GB50011–2001）规定，对于丁类建筑及层数不超过10层且高度不超过30m的丙类建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，按下表划分土的类型，再利用当地经验在该表的剪切波速范围内估计各土层的剪切波速。土的类型岩土名称和性状土层剪切波速范围（m/s）坚硬土或岩石稳定岩石，密实的碎石土vs.>500中硬土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，fak>200kPa的粘性土和粉土，坚硬黄土500≥vs>250中软土稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，fak≤200kPa的粘性土和粉土，fak>130的填土，可塑黄土250≥vs>140软弱土淤泥与淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，fak≤130kPa的填土，、流塑黄土vs≤140建筑场地的类别划分

（1）确定场地土层覆盖层厚度。一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离确定；当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的土层，且其下卧层土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定。另外，剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层；土层中的火山岩硬夹层，应视同刚体，其厚度应从覆盖层中扣除。（2）按下式计算土层的等效剪切波速vse式中d0——计算深度，m，取覆盖层厚度和20m二者的较小值；t——剪切波在地面至计算深度之间的传播时间，s；di——计算深度范围内第i土层的厚度，m；vsi——计算深度范围内第i土层剪切波速，m/s；n——计算深度范围内土层的分层数。（3）建筑的场地类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按表6–5划分为四类。当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于该表所列场地类别的分界线附近时，应允许按插值方法确定地震作用计算所用的设计特征周期。等效剪切波速(m/s)场地类别ⅠⅡⅢⅣvse>5000500≥vse>250<5≥5250≥vse>140<33~50≥50vse≤140<33~15>15~80>802．各类场地土的震害坚硬场地土、稳定岩石和I类场地是抗震最理想的地基，震害轻微；中硬场地土和Ⅱ类场地，为较好的抗震地基，震害较小；软弱场地土和Ⅳ类场地，震害最严重。六、地震效应地震发生时，地面会出现各种震害和破坏现象，也称地震效应，即地震的破坏作用。地震区对场地的地震效应主要有：地震力效应、地震破裂效应、地震液化效应和地震激发地质灾害的效应等。七、地基基础抗震概念设计1．建筑抗震设防标准抗震设防是以现有的科学水平和经济条件为前提的，现行建筑抗震设防的基本原则是“三水准的设防目标”。（1）小震不坏。当建筑物遭受低于本区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。建筑物处于正常状态，从结构抗震分析角度，可视为弹性体系，采用弹性反应谱进行弹性分析。（2）中震可修。当建筑物遭受相当本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需要修理仍可继续使用。结构进入非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系的损坏控制在可修复范围。（3）大震不倒。当建筑物遭受本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致于倒塌或发生危及生命的严重破坏。结构有较大非弹性变形，但应控制在规定范围内，以免倒塌。2．选择有利场地选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质条件和地震地质的有关资料，按下表划分对抗震有利、不利和危险地段。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效措施；不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。地段类型地质、地形、地貌有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表位错的部位3．地基抗液化、抗震陷、抗滑移措施对有可能发生液化的地基，消除或减少震害的地基处理方法主要有：采用桩基础或其他深基础，将桩端和深基础底面深入非软土层；挖除或加固处理软土层，挖除或处理范围应达到基础底下一定深度（基础宽度的1～2倍）和一定宽度（基础宽度的2～3倍）。在无条件采取地基处理措施时，可将软土地基的承载力折减后进行基础设计，折减系数一般可取0.8。对于可能发生震陷的地基，采取基础和上部结构的构造措施也是一种合适的对策。对于地基土性质变化明显，属于严重不均匀地基的情况，为避免地震时基础倾斜，首先应考虑避开，不然则应采取类似于震陷地基的处理措施。对于地基土偏硬的部分，有时可加设“褥垫”。对于可能在地震时产生滑动的地基土，应采取地基加固或抗滑桩等抗震措施。4．做好基础设计（1）适当加大基础埋深d。基础埋深d加大，可以增加地基土对建筑物的约束作用，从而减小建筑物的振幅，减轻震害。还可以提高地基的强度和稳定性，有利于减少建筑物的整体倾斜，防止滑移及倾覆。实践表明，地下结构物具有良好的抗震性能。（2）选择较好的基础类型。基础类型不同，产生的震害可能不同。地震区的软土地基上应该选择刚度大、整体性好的箱形基础或筏板基础。箱基与筏基能有效地调整与减轻震陷引起的不均匀沉降，从而减轻对上部结构的破坏。除箱基与筏基以外，桩基础的动力反应也不敏感，是一种良好的抗震基础形式。设计时注意桩基应穿过液化土层并插入非液化的坚实土层一定深度，以保持稳定。5．加强建筑物整体性在设计中加强基础与上部结构的整体性，对建筑物抗震十分有利。例如，砖混结构条形基础，在基础上面设置一道钢筋混凝土地梁，把内外墙的基础连成整体。必要时在楼房层之间设置钢筋混凝土圈梁，同时在建筑物的四周与内外墙交接处设置钢筋混凝土构造柱，并与地梁和各层之间的圈梁牢固连接，将上部结构与基础连成整体，这对抗震极为有利。第二节崩塌斜坡与边坡斜坡与边坡

斜坡或边坡的地质作用表现为斜坡岩土体的向下运动，它改变着斜坡的外貌，使之逐渐变缓。按运动方式分为5种基本类型：崩落falls、倒塌topples、滑动slides、侧向扩展lateralspreads、流动flows。还可组合成多种复合类型，如崩塌—碎屑流、滑坡—泥石流等。Massmovementclasses土溜泥流泥石流滑坡崩塌岩屑崩落土壤潜动/土滑平滑崩落陡坡或悬崖上任意大小的块体沿着没有或几乎没有剪切位移的面分离，从空中自由跌落、崩塌、弹跳或翻滚的现象。倒塌一个或几个块体由于重力或邻近块体作用力的影响，或由于裂缝中流体的影响，绕着块体下端或块体以下的某个支点向前翻转的现象。我国常合称为崩塌：包括了小规模块石的坠落(freefall)和大规模的山(岩)崩(rockavalanches)崩塌体通常破碎成碎块堆积于坡脚，形成具有一定天然休止角的岩堆。在一定条件下，可在继续运动过程中发展为碎屑流。碎屑堆崩塌倒塌滑动滑动可按滑动面或破坏面(surfaceofrupture)纵剖面形态划分为平滑型(顺层)(translationalsliding)和弧形或转动型(切层)滑(slump或rotationalsliding)两种类型。扩展运动由于斜坡岩(土)体中下伏平缓产状的软弱层塑性破坏或流动引起的破坏，软层上覆岩(土)体或做整体，或被解体为系列块体向坡前方向“漂移”。这种破坏方式与块状滑坡类似。但由于呈塑性流动状态的软岩，可因块体重力压缩而被挤入被解体的块体之间，造成块体“东倒西歪”，这是它区别于一般滑坡的重要特征。流动岩土体在空间上的连续变形。本节内容：崩塌陡峻或极陡斜坡上，某些大块或巨块岩块，突然崩落或滑落，顺山坡猛烈地翻滚跳跃，岩块相互撞击破碎，最后堆积于坡脚，这一过程称为崩塌。堆积于坡脚的物质称为崩塌堆积物，也称岩堆。岩崩的发生是突然、猛烈的，具有强烈的冲击破坏力，常使坡脚下的建筑物或构筑物遭到毁坏，甚至被掩埋，造成巨大的人员伤亡和经济损失。对铁路或公路工程而言，由崩塌造成的损失，往往不仅仅是铁路或公路工程毁坏的直接损失，并且还常常因此而使交通中断，给运输带来重大损失。崩塌有时还会使河流阻塞而形成堰塞湖，在宽广河谷中，由于崩塌能使河流改道或使河流变窄，从而造成急湍地段。崩塌的规模大小相差悬殊。一、崩塌的发生条件和发育因素（1）山坡的坡度及其表面构造。高陡斜坡构成的峡谷地区，其坡度往往达55º~75º，高度一般超过30m，因而较易发生崩塌。这种地段一般属于地壳上升区，河流下蚀强烈，斜坡相对高差较大，岸坡岩体卸荷裂隙发育，特别是在河流凹岸陡坡段，都具备崩塌发生的有利条件。另外，山坡的表面构造对发生崩塌有很大影响。如果山坡表面凹凸不平，则沿突出部分可能发生崩塌。（2）岩石性质和节理程度。岩性对崩塌有明显的控制作用。高陡边坡多为坚硬脆性岩石构成，而易风化的软岩则多构成低缓斜坡。由于岩石性质不同，其强度、风化程度、抗风化和抗冲刷的能力及其渗透性都是不同的。如果高陡边坡是由软硬岩层互层组成，由于软岩易风化，硬岩层则会因此失去支持而引起崩塌在大多数情况下，岩石的节理程度是决定山坡稳定性的主要因素之一。即便岩石本身可能是坚硬的，轻微风化的，如其节理发育亦会造成山坡不稳定。当节理顺山坡发育时，特别是当发育在山坡表面的突出部分时，最有利于发生崩塌。（3）地质构造条件。如果岩层倾斜方向和山坡向相反，则其稳定程度较岩层顺山坡倾斜的大。岩层顺山坡倾斜，其稳定程度的大小还取决于倾角大小和破碎程度。一切构造作用，如正断层、逆断层、逆掩断层，特别在地震强烈地带对山坡的稳定程度有着不良影响，而其影响程度的大小又取决于构造破坏的性质、大小、形状和位置。当各种不连续面的产状和组合有利于崩塌时，就成为发生崩塌的决定性因素。例如，左图中厚层石灰岩构成的高陡边坡，层理面向山内倾斜、高倾角节理面2与低倾角节理面1向山外倾斜，图6-5层间、节理组合发生崩塌当坡顶出现由这三组不连续面构成的楔形体岩块时，就可能发生崩塌或落石危害。当坡顶出现由这三组不连续面构成的楔形体岩块时，就可能发生崩塌或落石危害。（4）水的条件。水是诱发岩坡崩塌的重要条件。据统计，崩塌绝大多数发生在雨季，特别是大雨过后不久。由于水分渗入岩体节理中，增大了岩体重量，降低了岩体强度，增加了水的静、动水压力，从而促使节理裂隙进一步扩展、连通，就可能诱发崩塌。（5）其它条件。主要为人为因素和振动影响。人为因素是指在工程设计和施工中处理不当，促使崩塌发生。振动包括地震和列车、爆破施工等引起的振动，也是诱发崩塌的外在因素。二、崩塌的防治在采取防治措施之前，必须首先查明崩塌形成的条件和直接诱因，有针对性地采取防治措施。只有小型崩塌，才能防止其不发生，而对于大型崩塌多采取绕避措施。（1）削坡：通过爆破或打楔，将陡坡削缓，并清除易坠落的岩石。（2）胶结裂隙：堵塞裂隙或向裂隙内灌浆，有时为使单独岩坡稳定，可铁链锁绊或铁夹，以提高有崩塌危险岩石的稳定性。（3）调整地表水流：在崩塌地区上方修截水沟，以阻止水流流入裂隙。（4）斜坡铺砌或喷浆：为了防止风化，将山坡和斜坡铺砌覆盖起来，或在山坡上喷浆。（5）筑明洞或御塌棚。（6）筑护墙及围护棚（木的、石的、铁丝网）以阻挡坠落石块，并及时清除围护建筑物中的堆积物。（7）在软弱岩石出露处修筑挡土墙，以支持上部岩石的重量。用砌石护面防止易风化岩层风化

明洞和御坍棚第三节滑坡崩塌滑坡山体滑坡堵塞河道滑坡贵阳沙冲路滑坡龙羊峡库岸滑坡2003年5月11日贵州省三穗县平溪特大桥滑坡致使35人死亡，毁坏桥墩2003年7月13日三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，致使24人失踪。西藏易贡特大崩滑灾害新滩滑坡全貌一、滑坡(landslide)的特征滑坡是斜坡上土体、岩体或其他碎屑堆积物沿一定的滑动面作整体下滑的现象。滑坡的特征：滑坡体，滑动面和滑动带，滑坡壁和滑坡台阶，滑坡舌和滑坡鼓丘，滑坡裂缝1滑坡壁；2滑坡洼地；3和4滑坡台阶；5醉树；6滑坡舌；7鼓张裂缝；8羽状裂缝9滑动面；10滑坡体；11滑坡泉。

1滑坡壁；2滑坡洼地；3～6滑坡台阶；7滑坡体；8扇形和鼓张裂缝；9羽状裂缝；10滑坡泉。1)滑坡体（滑体）(landslidemass;slidingmass)就是发生滑动的岩土体。滑体两侧、前后缘和滑动面附近的物质，在滑动时不可避免地会发生崩塌、揉皱和土石翻滚等扰动现象，但主体一般仍能保持相对完整状态，特别是在滑移距离不远、地形坡度较缓的情况下。此外，在滑动过程中，由于大量裂缝的出现和岩土体孔隙的增加，常会使滑体体积“增大”，增大比例与岩性、滑面形态和滑移速率有关，一般情况下是滑动前体积的1.1~1.3倍。2)滑动面(slipsurface)指滑坡体沿不动体下滑的分界面。常循地质软弱面发育而成，如地层中的软弱夹层、断层面、裂隙面、岩/土分界面等。有些滑坡具有多级滑面，在剖面上形成向下收敛的滑面组，最下面的一条称主滑面，其它称次滑面。滑动面上部受滑动揉皱而形成一定厚度的扰动带称滑动带，其厚数毫米至数米不等。滑面剖面形态可以是直线状、曲线状、折线状或其它不规则状。滑坡发生后，滑面多数情况下上部裸露、下部被滑体掩盖，偶尔也可见到全部滑面都裸露出来的实例。3）滑坡壁和滑坡台阶滑坡壁：滑体移动后，因后缘拉开而暴露在外面的拉裂面。一般平面上呈弧形，倾角多大于50°，滑坡壁上有时可见垂向擦痕。滑坡壁向下延伸倾角变缓并与滑动面相连。滑坡台阶：由于滑体上、下各部分滑动速度的差异，或滑动时间先后不同，在滑体表面形成的略向后倾的阶状错台。错台上如果生长有树木，常因滑体旋转而倾斜、弯曲，形成所谓的“醉汉林”或“马刀树”。

4）滑坡舌和滑坡鼓丘滑坡舌：滑坡体前缘呈舌状的部分。

滑坡鼓丘：滑坡体前缘因滑动受阻而隆起的小丘。5）滑坡裂缝拉张裂缝：滑坡体上部的弧形开放性裂缝，与滑坡壁走向大致平行。通常将其最外一条称滑坡主裂缝或破裂缘。在主裂缝上部的斜坡中，由于滑体移动造成的卸荷作用，常形成一系列拉张裂缝，这些裂缝形态、产状与主裂缝相近，但无明显垂向位移，称之为卸荷-引张裂缝，滑坡范围可能循这些裂缝进一步扩大。剪切裂缝：位于滑坡体中部两侧，系坡体下滑时与两侧不动体相对剪切作用所致，常呈羽毛状或雁行排列。在滑体纵向滑移速度差异明显时，滑体内部也可形成与滑动方向相近的以水平错动为主的剪切裂缝。

5）滑坡裂缝（续）扇形裂缝（羽状张裂缝）：位于滑坡体下部，平面呈扇骨状，系滑坡前部挤压或侧向扩离所形成。鼓张裂缝：位于滑坡体下部，平面上往往呈断续弧形，并与扇形裂缝大致垂直，系滑坡体前部挤压拱起所形成。二、滑坡的分类1．按滑坡体的主要物质组成和滑坡与地质构造关系划分：覆盖层滑坡、基岩滑坡、特殊滑坡滑坡与地质结构关系示意图2．按滑坡力学特征划分

1）牵引式滑坡：滑坡体下部先失去平衡滑动，逐渐向上发展，使上部滑体受到牵引而跟随滑动。2）推动式滑坡：滑体上部局部破坏，上部滑动面局部贯通，向下挤压下部滑体，最后整个滑体滑动。3．其他划分方法例如，按滑坡体的厚度可划分为：浅层滑坡、中层滑坡、深层滑坡和超深层滑坡；按滑坡的规模大小可划分为：小型滑坡、中型滑坡、大型滑坡和巨型滑坡；按形成的年代可划分为：新滑坡和古滑坡；等。三、滑坡的发育过程三个阶段：蠕动变形阶段、剧烈滑动阶段、暂时稳定或渐趋稳定阶段1)蠕动变形阶段：主要是缓慢、匀速、小量的沉陷或滑移，坡面出现裂缝，后缘渐被拉裂，历时从数天到数十年；(2)急剧滑动阶段：滑动面和切割面已形成，各种滑坡形态相继出现，剧滑阶段历时很短，一般约几分钟到几十分钟，快的每分钟数米到数十米，甚至每秒几十米；(3)渐趋稳定阶段：在自重等作用下，滑坡体土石块逐渐密实，地表裂缝闭合，前缘渗水变清，滑体趋于稳定，但如遇新的诱发因素，又再次变形破坏。

醉汉林马刀林

四、影响滑坡的因素

岩性滑坡主要发生于松散堆积层中，滑动面主要发生在粘土夹层中，基岩滑坡与遇水容易软化的岩石有关。构造软弱结构面，上部透水层和下部不透水层地貌临空面、坡度和坡地基部受冲刷气候降雨和温度地下水大多是沿饱含地下水的岩体软弱面发生地震通过松动斜坡岩土体结构、造成破裂面、引起弱面错动等多种方式降低斜坡的稳定性，反复作用所造成的后果的累积可导致斜坡失稳。另外，地震作用力突然施加还会对斜坡的破坏产生触发效应。人为因素人工切坡时边坡过陡，用大爆炸法施工，斜坡上工程建筑的荷载作用、人工集水建筑物的漏水、护坡无排水管或排水设计不当等

补充：滑坡的工程地质勘察

测绘与调查勘探室内及野外试验滑坡的观测（a）在主要裂缝两侧设置标桩;（b）在墙体裂缝上抹砂浆或贴纸;（c）裂缝壁上安装标尺

补充：滑坡的识别

地形地貌依据：当斜坡上发育有圈椅状、马蹄状地形或多级不正常的台坎，其形状与周围斜坡明显不协调；斜坡上部存在洼地，下部坡脚较两侧更多地伸入河床；两条沟谷的源头在斜坡上部转向并汇合；上述地貌现象说明，这些地段可能曾经发生过滑坡。斜坡上有明显的裂缝，裂缝在近期有加长、加宽现象；坡体上的房屋出现了开裂、倾斜；坡脚有泥土挤出、垮塌频繁；上述地貌现象可能是滑坡正在形成的依据。地层依据：曾经发生过滑坡的地段，其岩层或土体的类型、产状往往与周围未滑动斜坡有着明显的差异。与未滑动过的坡段相比，滑动过的岩层或土体通常层序上比较凌乱，结构上比较疏松。补充：滑坡的识别（续）地下水依据：滑坡会破坏原始斜坡含水层的统一性，造成地下水流动路径、排泄地点的改变。当发现局部斜坡与整段斜坡上的泉水点、渗水带分布状况不协调，短时间内出现许多泉水或原有泉水突然干涸等情况时，可以结合其它证据判断是否有滑坡正在形成。植被依据：斜坡表面树木东倒西歪，一般是斜坡曾经发生过剧烈滑动的表现；而斜坡表面树木主干朝坡下弯曲、主干上部保持垂直生长，一般是斜坡长时间缓慢滑动的结果

补充：滑坡前兆

山坡上出现裂缝：滑坡裂缝是滑坡形成过程中的一种重要伴生现象。随着滑坡的发展，滑坡裂缝会由少变多、由断续变为连贯。对于土质滑坡，张开的裂缝延伸方向常与斜坡延伸方向平行，弧形特征明显；水平扭动的裂缝顺斜坡倾向发展，多数情况下较平直。对于岩质滑坡，裂缝的展布方向常受岩层面和节理面的影响而复杂化。地面裂缝的出现，说明山坡已经处于不稳定状态。弧形张开裂缝和水平扭动裂缝圈闭的范围，就是可能发生滑坡的范围。坡脚松脱鼓胀：有些情况下，滑坡迹象首先在坡脚处显现出来。斜坡前缘土体或岩层发生松脱、垮塌时，垮塌的土体一般较湿润，垮塌的边界不断向坡上扩展；斜坡前部有时会发生丘状鼓起，顶部常有张开的扇形或放射状裂缝分布。补充：滑坡前兆（续）斜坡局部沉陷：当地下存在洞室（如矿硐、溶洞）或地面有较厚的近期人工填土时，有时会由于洞顶失稳或填土压实导致地面沉陷，这种情况下，地面陷落必然与下伏洞室或填土范围有明显的对应关系。当斜坡上出现的局部沉陷与上述因素无关时，可能是即将发生滑坡的征兆。斜坡上建筑物变形：斜坡变形程度不大时，在土质地面和耕地中往往不易发现变形迹象，相比之下，房屋、地坪、道路、水渠等人工构筑物却对变形较敏感。因此，当各种构筑物相继发生变形、特别是变形构筑物在空间展布上具有一定规律性时，应将之视为可能发生滑坡的前兆。补充：滑坡前兆（续）泉水井水异常变化：滑坡发展过程中，由于岩层、土层位置的变化，也会引起地下水水质和水量动态的变化。当发现原有泉水出水量突然变大、变小、甚至断流，水质突然浑浊，原来干燥的地方突然渗水或出现泉水，民井水位忽高忽低或者干涸，蓄水池塘忽然大量漏失等现象时，都可能是即将发生滑坡的表现。地下发出异常声响：滑坡发展过程中造成的地下岩层剪断，巨大石块间的相互挤压和摩擦，都可能发出一些特殊的响声。当出现这种现象时，应该注意家禽、家畜是否也有异常反应。因为动物对声音的感觉要比人的感觉更灵敏，往往能在人类之前更早感知危险的临近。补充：滑坡前兆（续）各种前兆的相互印证：前兆出现的多少、明显程度及其延续时间的长短，对于不同环境下的滑坡有着很大差异，有些前兆可能是非滑坡因素所引起。因此，在判定滑坡发生可能性时，要注意多种现象相互印证、尽量排除其它因素的干扰，这样做出的判断才会更准确。在无法判定是否会发生滑坡时，宁可信其有，不可信其无，先采取避灾措施，再请专业人员来诊断。斜坡稳定性评价1.地质分析法

根据地貌形态演变判断斜坡的稳定性从分析滑坡因素的变化判断滑坡的稳定性从观测滑动前的迹象方面判断采用工程地质类比法2理论计算法

（1）力学模型和数学模型：必须根据地质和演变机制模式建模。潜在破坏面的位置和形态特征、坡体中的变形破裂迹象，以及水动力学模式等，均要通过变形破坏机制分析加以确定。（2）主导因素和敏感因素：根据斜坡形成演化全过程与各环境动力因素的相关分析加以确定。不仅是单体斜坡稳定性计算中建立动力作用模型的依据，而且也是群体斜坡稳定性评价时确定权值和隶属度等有关参数的重要信息。(3)计算参数的选取：坡体各种强度参数和物理、水理等参数，那是随斜坡演化的变量，因而只有判明斜坡的演变机制和发展阶段，才能正确选定。例如进入滑移面贯通阶段的变形体，滑移面强度已接近残余值；缓慢变形的蠕变体，可采用流变试验确定有关参数。此外在采用反演分折推定参数时，也必须对变形破坏机制和(或)破坏后运动学特征作出正确判断。(4)计算方法的选择：方法选择也要建立在机制分析基础上。破坏判据计算法，可以更充分地反映斜坡演变的实际情况，得进一步探索完善的分析方法。平移滑动斜坡分析稳定性计算和弧形滑移面斜坡稳定性计算（土力学中讲解）五、滑坡的治理1防治原则防治原则应以防为主，及时治理，并应根据工程的重要性制订具体整治方案。以防为主就是要尽量做到防患于未然。所谓防主要包括两方面内容。第一，要正确地选择建筑场地，合理地制订人工边坡的布置和开挖方案。第二，查清可能导致天然斜坡或人工边坡稳定性下降的因素，事前采取必要措施消除或改变这些因素，并力图变不利因素为有利因素，以保持斜坡的稳定性，甚至向提高稳定性的方向发展。及时处理就是要针对斜坡已出现的变形破坏的具体状况，及时采取必要的增强稳定性的措施。当斜坡变形迹象已十分明显或已进入加速短变阶段时，仅采取消除或改变主导因素的措施已不足以制止破坏发生，在这种情况下，必须及时采取降低斜坡下滑力，增强斜坡抗滑能力的有效措施，迅速改善斜坡的稳定性。考虑工程的重要性是制订整治方案必须遵循的经济原则。对于那些威胁到重大永久性工程安全的斜坡变形和破坏，应采取较全面的、严密的整治措施，以保证斜坡具有较高的安全系数。对于一般性工程或临时性工程，则可采取较简易的防治措施。2防治措施

排水调整坡面水流、排除斜坡内的地下水、截断进入坡内的地下水流，对于防止坡体软比、消除渗透变形作用、降低孔隙水压力和动水压力，都是极为有效的。这些措施在滑坡区和可能产生滑坡的地区尤为重要。为了不让外围地表水进入滑坡区，可沿滑坡边界修筑天沟，沟壁应不透水，否则反而起到向斜坡内输水的作用。在滑坡区内，为了减少降雨渗入，可在坡面修筑排水沟。在岩质斜坡中还可采用灰浆勾缝等措施。排除滑坡区地表和地下水的措施排除地下水的措施很多，应根据斜坡地质结构特征和水文地质条件加以选择。通常在土质斜坡内修筑支撑盲沟能收到良好效果。截断地下水流对于防止深层滑动或治理较大型的滑坡是很有效的，一般采用地下排水坑道。斜坡若有含水层时，水平坑道设在含水层与隔水层之间效果较好。1——排水坑道；2——含水层3——基岩4——滑坡体降低下滑力，提高斜坡抗滑能力降低下滑力主要通过刷方减载。在刷方时必须正确设计刷方断面遵循“砍头压脚”的原则。特别注意不要在滑移——弯曲变形体隆起部位刷方，否则可能加速深部变形的发展。提高滑体抗滑能力的措施很多。一种是直接修筑支、挡建筑物以支撑、抵挡不稳定岩体。支、挡建筑物的基础必须砌置在滑移面以下。岩质斜坡采用预应力锚杆或钢筋混凝土锚固桩杆加固，是一种很有效的措施。它可以增高结构面的抗滑能力，改善结构面上剪应力的分布状况．显著降低沿之发生累进性破坏的可能性。锚杆的方向和设置深度应视斜坡的结构特征而定。在大型的滑坡体中还可采用成排的抗滑桩或(和)预应力锚索格子梁等措施阻挡滑坡。抗滑桩示意图抗滑桩衡广复线深堑路基双级锚杆挡墙达成铁路K299格栅锚索工程改变滑带土的性质

通过改良岩体的强度性能可以增强斜坡的抗滑能力。对于岩质斜坡可采用固结灌浆等措施，但必须注意选择适宜的灌浆压力，否则反而促进斜坡变形。对于土质斜坡可采取电化学加固法、冻结法(用于临时性边坡)，还可采用焙烧法，即对坡脚处的土体进行焙烧加热，使其成为坚硬似砖的天然挡土堵，这种方法仅适用于粘土类土层中。我国铁路线上某些滑坡曾采用过这种方法，并取得良好效果。第四节岩溶和土洞一、岩溶作用

（一）基本概念与研究意义

凡是以地下水为主，地表水为辅，以化学过程（溶解与沉淀）为主，机械过程（流水侵蚀和冲积、重力崩塌和堆积）为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫岩溶作用(karstification)。这种作用改造成的地表形态和地下形态就叫岩溶地貌(karst

geomorphy)。岩溶作用及其新产生的水文现象和地貌现象统称岩溶。又称喀斯特(Karst)。19世纪末，南斯拉夫学者J.Cvijic研究了南斯拉夫喀斯特高原的这种地貌，故得名。可溶性岩石在世界上分布很广，占全球面积的10.2％。在我国裸露的可溶性岩(碳酸盐类)面积为90.7万km2，占全国面积的9.4％，主要分布于广西、云南及贵州等地，是世界上喀斯特地貌最发育的地区之一，如桂林山水和路南石林皆著名于世。在岩溶地区，由于存在大量的地下空洞，进行水库修建是要注意防止渗漏问题，在开挖隧道和建设矿井时要注意涌水排水问题，在建筑铁路、桥梁和厂房时要注意地基的塌陷问题。

喀斯特地貌二、岩溶地貌喀斯特区的喀斯特作用遍及地表和地下，所成的地貌也分成地表地貌和地下地貌两大类。二者各自发展，但又互相影响和转化。(一)地表地貌按形态成因特点可分出：溶沟与石芽、漏斗、竖井、落水洞，溶蚀洼地、坡立谷、干谷与盲谷等。1．溶沟(corrodedgully)与石芽(Karren)

溶沟是雨雪水溶蚀岩石表面而成的沟槽，深数厘米至数米，宽数厘米至数十厘米，呈楔形或槽形，与地面垂直。它主要沿岩石裂隙或层理面等发育，先由溶痕逐渐扩大成为沟槽。石芽为突出在溶沟之间的岩石，呈笋状、菌状、柱状或尖刀状等。排列成车轨状(互相平行)、棋盘状(方格)、或山脊状(不规则)。高数厘米至数米，有的高达l0m以上。如云南的石林，最高超过35m。

石芽有裸露的、半裸露的和埋藏的。埋藏石芽其上披覆着厚薄不等的残积红土，石芽由地下水溶蚀而成，形态较圆滑。半裸露石芽是上覆土层部分被侵蚀后出露的石芽。裸露石芽是上覆土层全部被侵蚀而全裸于地面，形态较尖锐。2.溶斗(漏斗)(doline)

溶斗是喀斯特地面上的一种封闭性小型洼地，呈碟状、漏斗状或竖井状。直径多为数十米，深数米至十余米。漏斗3．溶蚀洼地(corrodeddepression)它是一种封闭性的小型盆地，平面形状有圆形、椭圆形、星形、长条形。垂直形态有碟形、漏斗形和筒形，由四周向中心倾斜。长宽度多在数十至数百米。深度较浅，一般为数米至数十米不等。洼地基底为岩石，也有砂、粘土层覆盖。这些土层多是岩石风化后的残留物，可种植。但因洼地底部存在裂隙和落水洞，所以洼地易透水干旱。如果透水通道堵塞，洼地就会储水成湖，称为“岩溶湖”。我国广西俗称“天塘”或“龙湖”。贵州草海是一个大型岩溶湖。岩溶洼地种类主要有：溶蚀洼地、塌陷洼地及沉陷洼地等。溶蚀洼地在云贵和广西等地分布很多。贵州草海溶蚀洼地4．溶蚀盆地(dissolutionbasin)(坡立谷polye)它是一种大型溶蚀盆地，在我国西南云贵高原及广西等地分布很广，当地称为“坝子”。呈长条形，长数公里至数十公里，宽数百米至数公里，面积十几至几百平方公里。四周为峰林石山所围绕，横剖面呈槽形，故又称槽谷。底部比溶蚀洼地更加平坦，多覆盖着数米厚的残积红色粘土或冲积层；常有河流穿过，它由四周石山的出水洞流出，向落水洞没入；盆地内有时还见到低矮的石灰岩孤峰。溶蚀盆地在南斯拉夫称为Polje(坡立谷)，意指“可耕种的土地”。溶蚀盆地的发育受构造影响甚大，有的发育于向斜轴或背斜轴部，有的沿断陷盆地或断裂带发育，还有的沿可溶性岩与非溶性岩的接触带上发育。在广西的上林、都安，云南的砚山、罗平，贵州的安顺等地发育的溶蚀盆地(坝子)，面积较大，水土条件较好，是喀斯特地区最好的农业地带。丽江坝子5．干谷(deadvalley)和盲谷(blindvalley)

二种谷地都是喀斯特地区所特有。干谷曾经是昔日的河谷，但现在无水，成为干涸谷地。干谷的成因可能是地壳上升或侵蚀基准面下降，导致河水潜入地下，变成伏流，而地表河干涸。有的是地下河袭夺地表河，使其下游成为干谷。也有的是地下河裁弯取直，使图弯曲段河流成为干谷。干谷谷底平坦，覆盖有松散堆积层。常有溶斗、落水洞分布。盲谷是一种死胡同式的河谷，河流前方被石山陡崖阻挡，河谷消失，河水从崖下溶洞进入石山内变成伏流。这种前方失去谷形的河谷称为盲谷。如贵阳以南的涟河等地十分明显，那里的盲谷、伏流和明流等交替出现盲谷

(广西河池市凤山县水源洞)6．喀斯特石山

它是在喀斯特作用下所成的山体，形态奇特，例如山峰尖削挺拔，山坡陡峭，地面岩石裸露，满布石芽和溶沟，显得十分崎岖。山内分布着大小溶洞，管隙纵横交错。洞内还有各种石钟乳、石笋和石柱等，琳琅满目，构成一幅奇峰异洞的地貌景观千帆竞发峰林军阵黄河石林位于白银市景泰县东南面的中泉乡龙湾村峰丛石山峰丛石山（湖南张家界天门山）峰林石山与溶蚀洼地（贵州兴义万峰林）孤峰石山（漓江之滨的波伏山）7．落水洞(sinkhole)它是由地面通往地下的垂向溶洞，洞口张开于地面或连接溶斗底部，洞底与地下河或水平溶洞相通。具有吸纳与排泄地表水的功能，故名。洞口宽度1.2m至数十米不等，但深度很大，如我国粤北乳源的“通天箩”，深95m，洞口宽73m，洞底最宽处140m，(据莫仲达)呈竖井状。又如法国的“牧羊人深渊”，深达1122m。落水洞的形态受断层、节理及层理支配，发育成垂直形、倾斜形、曲折形和阶梯形等。大小悬殊，交织。窄长的落水洞又称为落水坑。落水洞（粤北乳源的“通天箩”）

落水洞（粤北乳源的“通天箩”）(二)地下地貌1．水平溶洞水平溶洞发育于饱水带，延伸方向与水流方向一致，呈水平状。我国和世界上许多著名的大型溶洞都属这一类型。如我国的桂林七星岩，长千余米，宽70m、高约15m。又如美国的猛玛洞，主洞长达64km。2.地下河(undergroundriver)岩溶地区，具有自由水面的地下水流。桂林七星岩石钟乳、石笋和石柱

石笋石幔石旗地下河皮佳洞地下河漂流

连州地下河三、岩溶作用的基本条件

岩石的可溶性，岩石的透水性，水的溶蚀力、水的流动性是岩溶作用的基本条件。1．岩石的可溶性

可溶性岩石包括三类：碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩、硅质灰岩和泥灰岩）；硫酸盐类岩石（石膏、芒硝）；卤盐类岩石（石盐和钾盐）。就溶解度而言，卤盐>硫酸盐>碳酸盐。但碳酸盐分布广泛。碳酸盐类岩石的矿物成分主要是方解石、白云石，其次是SiO2，Fe2O3，Al2O3，以及粘土矿物。一般而言，石灰岩比白云岩易溶蚀，白云岩比硅质灰岩易溶蚀，硅质灰岩比泥灰岩易溶蚀。碳酸盐岩结构对岩溶发育的影响，主要是原生孔隙性的影响。2．岩石的透水性

岩石的透水性取决于岩石的裂隙度和空隙度。褶皱和断裂使岩石透水性加强，对岩溶发育具有一定的控制作用。透水性好的岩石，能加促水的循环，而且使水流深入地下，加快地下的喀斯特作用。一般在褶皱紧密的背斜区和断裂带上，裂隙发达，岩石的透水性能好。此外在厚层石灰岩内，其裂隙延伸深度也大，有利于溶蚀作用。相反，含泥质、硅质多的深层石灰岩，其裂隙紧闭，不利于溶蚀作用。夹层多及互层多的石灰岩，因具有隔水作用也不利于喀斯特深入地下。3．水的溶蚀力

含有CO2时，水才有溶蚀作用。

4．水的流动性如果为CaCO3所饱和的水溶液一直处于流动状态，由于水量、水温、气压等条件的变化，或形成混合溶液，那么就有可能随时变饱和溶液为不饱和溶液，或者变饱和溶液为过饱和溶液，发生沉淀作用。

四、岩溶的发育规律（1）岩层产状的影响。可溶性岩和非可溶性岩的相互位置及产状对可溶性岩中是否有岩溶发育有重要影响。例如，接近水平产状的可溶性岩，其上若有不透水的非可溶性岩覆盖，则可溶性岩中无岩溶发育；反之，若可溶性岩在非可溶性岩之上，则地下水透过可溶性岩在底部受阻，沿两者接触面流动，岩溶多发生在可溶性岩下部岩石中。另外，当岩层产状很陡甚至直立时，如可溶性岩与非可溶性岩相间排列，则两者接触面附近的可溶性岩受溶蚀作用强烈，常有一系列漏斗、落水洞及岩溶泉出露。（2）地质构造的影响。褶曲、节理和断层等地质构造控制着地下水的流动通道，地质构造不同，岩溶发育的形态、部位及程度都不同。背斜轴部张节理发育，地表水沿张节理下渗，多形成漏斗、落水洞、竖井等垂直洞穴。向斜轴部属于岩溶水的聚水区，两翼地下水集中到轴部并沿轴向流动，故水平溶洞及暗河是其主要形态。此外，向斜轴部也有各种垂直裂隙，故也会形成陷穴、漏斗、落水洞等垂直岩溶形态。褶曲翼部是水循环强烈地段，岩溶一般均较发育，尤其以邻近向斜轴部时为最甚。张性断裂破碎带，宽度较小，结构松散，缺乏胶结，有利于地下水渗透溶解，是岩溶强烈发育地带。压性断裂带中常有断层泥，裂隙率低，胶结紧密，故此带中岩溶发育较差。但压性断裂的主动盘（多为上升盘），可能有强烈岩溶化现象，因为主动盘影响规模大，次级断裂发育，且多张开，故有利于岩溶发育。扭性断裂带的情况介于压性和张性断裂带之间。（3）地壳运动的影响。地下水对可溶性岩的溶蚀作用同样受侵蚀基准面的控制。而侵蚀基准面的改变则是由地壳升降运动所决定。因此，当地壳相对上升时，侵蚀基准面相对下降，岩溶以下蚀作用为主，形成垂直的岩溶形态；而当地壳相对稳定时，侵蚀基准面在一定时间内也相对不变，地下水以水平运动为主，形成较大的水平溶洞。地壳升降和稳定呈间歇交替变化，垂直和水平溶洞形态也交替变化。水平溶洞成层发育，每层溶洞的水平高程与当地河流阶地高程相对应，是该地区地壳某个稳定时期的产物。（4）地形的影响。在岩层裸露、坡陡的地方，因地表水汇集快、流动快和渗入量少，多发育溶沟、溶槽或石芽；在地势平缓、地表径流排泄慢、向下渗入多的地方，常发育漏斗、落水洞和溶洞；一般斜坡地段，岩溶发育较弱，分布也较少。同时，岩溶发育的程度在地表和接近地表的岩层中最强烈，往下越深越弱。在岩层倾角较大的石灰岩层深部，偶而见到岩溶发育，但在富有CO2和循环较快的承压水地区，也可能有深层的岩溶发育。（5）气候的影响。在气候炎热、潮湿、降水量大、地下水充沛和流量大并分布有碳酸盐岩层的地区，岩溶的发育和分布较广，岩溶形态也比较齐全。我国广西就属于典型的热带岩溶地区，以溶蚀峰林为主要特征；位于长江流域的川、鄂、湘一带，属于亚热带气候，岩溶形态以漏斗和溶蚀洼地为主要特征；黄河流域以北属于温带气候，岩溶一般不很发育，以岩溶泉和干沟为主要特征。在我国北方地区，极少见到像本溪附近的落水洞那样大规模的溶洞。五、岩溶地区的主要工程地质问题及防治措施1．主要工程地质问题地基稳定性及塌陷问题渗漏和突水问题2．常用防治措施挖填、灌注、跨盖、排导上林一山湖离奇塌陷，山湖所处地点属于典型的喀斯特地形图6–24隧道拱顶溶洞回填图6–25隧道边墙下溶洞处理六、土洞因地下水或地表水流入地下土体内，将土颗粒间可溶性成分溶滤，带走细小颗粒，使土体被掏空而形成的洞穴称为土洞。这种地质作用的过程称为潜蚀。当土洞逐渐发展到一定程度时，往往使上部土层发生塌陷，从而破坏地表原来形态，危害工程安全和使用。（一）土洞的形成条件土洞主要是因潜蚀作用而形成的。潜蚀是指地下水流在土体中进行溶蚀和冲刷的作用，可分为机械潜蚀和溶滤潜蚀两种。机械潜蚀是指如果土体内不含有可溶性成分，则地下水流仅将细小颗粒从大颗粒间的孔隙中带走的现象。其实机械潜蚀也是冲刷作用之一，所不同者是它发生于土体内部，因而也称为内部冲刷。如果土体内含有碳酸盐、硫酸盐或氯化物等可溶性成分，地下水流先将土体中可溶性成分溶解，而后将细小颗粒从大颗粒间的孔隙中带走，我们称这种具有溶滤作用的潜蚀为溶滤潜蚀。溶滤潜蚀使土中颗粒间的联结减弱或破坏，从而使颗粒分离和散开，为机械潜蚀创造条件。（二）土洞的类型1．地表水机械作用形成的土洞（1）土层的性质。含有碎石的砂土等级配不均匀或不连续的粗颗粒土、孔隙率较大的黄土等分散性粘性土。（2）土层底部必须有排泄水流和土体颗粒的良好通道。（3）地表水流能直接渗入土层中。沿土体中的裂隙渗入是造成土洞发育的最主要方式。因长期干旱而形成的土中裂隙，数量会不断增多，裂口不断扩大，这就为雨水创造良好的下渗通道。水量越大，潜蚀就越快，并逐渐在土体中形成一条不规则的渗水通道。在水力作用下，将崩散的土颗粒带走，就产生了土洞。土洞继续发育，直至顶板破坏，形成地表塌陷。2．地下水潜蚀作用形成的土洞这类土洞的生成主要是因为岩溶地区的基岩面与上覆土层接触处分布有一层饱水程度较高的软塑至半流动状态的软土层。而在基岩表面有溶沟、裂隙、落水洞等发育。这样，基岩透水性很强。当地下水在岩溶的基岩表面附近活动时，水位的升降可使软土层软化，地下水的流动能在土层中产生潜蚀和冲刷，并可将软土层中的土颗粒带走，于是在基岩表面处被冲刷成洞穴，这就是土洞的形成过程。随着潜蚀和冲刷的不断进行，土洞体积逐渐扩大，致使顶板不能负担上部压力时，地表就发生下沉或整块塌落，使地表呈碟形的、盆形的、深槽的和竖井状的洼地。土洞的分布和发育示意图

（三）土洞的工程地质问题（1）地表水形成的土洞处理。在建筑（构）物场地和地基范围内，应认真做好地表水的截流、防渗、堵漏等工作，杜绝地表水渗入土层，使土洞停止发育和发展，再对土洞采取挖填、灌注及跨盖等工程措施。（2）地下水形成的土洞处理。在地质条件许可的情况下，应首先对地下水采取截流、改道等方案，以阻止土洞的进一步发展。然后根据具体情况采用以下几种方法进行处理：①当土洞埋深较浅时，可采用挖填和跨盖方法进行处