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第1章5-6节

发布时间:2014-01-16 10:53:01  

1.5

不良地质条件(现象)

?不良地质现象 是指自然地质作用和人类活动造成 的恶化地质环境,降低环境质量,危害人类安全, 并给社会和经济建设造成损失的地质事件 ? 我国是地质灾害较多的国家,每年因地质灾害造成 的经济损失约为200亿~500亿元。随着人类工程活 动的规模越来越大,由人类工程诱发的地质灾害的 损失已超过自然地质灾害,因此研究人类工程诱发 的地质灾害及防治具有重要意义。地质灾害给工程 设计和施工带来困难,给建筑物的稳定和正常使用 造成危害。因此,了解它们产生的条件,掌握它们 形成和发展的规律性,及采取的相应防治措施,多 快好省地完成工程任务的一个重要课题

?工程建设中常见的不良地质现象有:(P19) 崩塌、滑坡、泥石流、岩溶、地震、河床冲淤等 ?崩塌 指在陡坡上的岩体或土体在重力或其他外力作 用下,突然向下倾倒、翻滚、崩落的现象 ?泥石流 是一种突然爆发的含有大量泥砂、石块等 固体物质的特殊洪流 泥石流

崩 塌

溶洞造成工 地地面塌陷

?滑坡 天然斜坡:山坡、岸坡 开挖坡→基坑、路堑边坡 人工边坡: 填方坡→路堤边坡

(补充)

?滑坡 指斜坡上的大量岩土体在重力作用下,沿一定 的软弱面(带)发生剪切破坏整体向下滑动的现象

滑动面

汶川山体滑坡

青海某处黄河右岸滑坡

铁路路堤失稳

基坑滑坡

1、导致滑坡的因素(P19~20) ? 人类活动因素:在边坡的中上部堆置弃土或修建房 层,增加荷载;在边坡下部不合理的切坡,使支 撑减弱;生产与生活用水大量渗入坡体;破坏山 坡植被,加速岩体风化;人为爆破、机械振动等 ?自然环境因素:坡脚被地表水冲刷;大量雨水渗入 坡体;地震、风化作用等 ?滑坡的内因:组成边坡的岩土性质、地质构造和边 坡外形等。如遇水易软化的页岩、泥岩、片岩等

软质岩层及坡积、崩积为主的松散堆积物;断层
破碎带和褶曲轴部岩层较破碎,易形成滑坡;顺

向坡、凸形山坡等

2、滑坡的防治措施(P20) 常用:排水、支挡、减重反压及化学加固等 ①避开滑坡的危害 对于大型滑坡或滑坡群,应先以绕避为主 ②排除地表水和地下水 ? 地表排水(补充) 如:设置截水沟(在滑坡周界外围)→ 用来截排来自 滑坡体外的坡面径流,避免水流入滑体 设置树枝状排水沟(在滑坡体上) → 用来汇集坡 面径流引导排出滑坡体外

截水沟

?地下排水(补充)

如:设置各种形式的渗沟、截水盲沟→ 用来截排来 自滑坡体外的地下水流
采用水平钻孔群→ 用来排出自滑坡体内的地下水

③抗滑支挡

通过减小下滑力增大抗

滑力来改变滑体的力学平衡 条件 ?常用的方法: (P112~113、基坑支护P223) 如抗滑挡墙、抗滑桩、支撑抗滑、锚杆等
可增加坡体下部的抗滑力
挡土墙 锚杆 抗滑桩 滑体

滑床

④减重与反压 ?在滑坡体上部刷方(削坡)减重→以减小坡体下滑力 主要通过削减坡角或降低坡高、拆除坡顶处的房屋和 重物等 ?在滑坡前缘堆重加载(下部反压)→增加坡体抗滑力 ?在滑坡的抗滑段和滑坡体外前缘堆填土石加重,如 作成堤、坝等,能增大抗滑力而稳定滑坡。但必须 注意只能在抗滑段加重反压,不能填于主滑地段

利用沙袋反压坡脚减缓滑坡变形滑移

⑤其他方法 主要是以改善滑动面(带)的土石性质 ,提高其 强度
如:化学加固、焙烧、电渗排水、压浆、冻结等方法
如焙烧法(热加固法) 以一定的压力向预先设置 在土层中的钻孔内压入灼热 的气体或向孔中注入可燃液 体或气体进行燃烧,使土体 脱水、孔壁附近土体烧结固 化,从而提高滑带土的力学 强度。适于治理滑带土在地 下水位以上的非饱和黏性土、 湿陷性黄土、加固深度8~10 米以内的滑坡。

1.6

地下水

?地下水 指埋藏和运移在地表以下岩土层空隙中的水 地下水与工程建设关系密切,会使岩土体的强度 和稳定性降低,产生各种不良的地质现象,给工程 建设和正常使用造成危害

一、地下水的埋藏类型(P20)
?地下水埋藏条件 指含水层与隔水层所形成的地下水 的存在环境。决定了不同类型地下水的特征 ?透水层 能透水的岩土层 ?隔水层 不透水(或透水性很弱)且不能给出水 的岩土层 P29 ?含水层 能透进水而又饱含重力水的岩土层

?地下水按埋藏条件可分为:(P20) 上层滞水、潜水和承压水三类

潜水含水层

1、上层滞水(P20) 是指存在于包气带中局部隔水层之上的重力水 ?特征: 动态(水量、水温、水位、水质等)不稳定,随 季节变化 补给区与分布区一致 埋藏浅、分布范围有限、水量小 ?上层滞水对工程建设有危害,如危害基坑施工;在 寒冷地区,易引起道路冻胀、翻浆等 上层滞水 包气带

潜水

局部隔水层

2、潜水(P20) 是指埋藏于地表以下第一个连续稳定隔水层之上具 有自由水面的重力水 潜水面 潜水 含水层 隔水层

?潜水面 潜水具有的自由水面(P21) ?潜水位(也称地下水位) 潜水面的标高程h ?潜水对基础工程影响大(P24)

⑴潜水的特征:(P21、补充) ?具有自由水面,为无压水。在重力作用下可由水位 高处向水位低处渗流 ?分布区和补给区基本一致 ?动态随季节不同而有明显变化 ?一般埋藏较浅,易受污染 ⑵潜水面的形状(补充)

其形状基本与地形坡度一致,但比地形平缓

⑶潜水的补给、径流与排泄(P21、补充) ①潜水的补给 指潜水含水层自外界获得水量的过程 大气降水(为主要补给来源) 地表水入渗 ?补给来源有 越流补给(含水层之间的补给) 凝结水补给(在干旱气候地区) 人工补给

含水层之间的补给

②潜水的径流 是指潜水由补给区流向排泄区的过程 ?影响径流的因素:地形坡度、地面切割程度、含水层 透水性 ③潜水的排泄 是指潜水含水层失去水量的过程 ?主要有两种方式: ?水平排泄: 以泉的形式溢出地表或直接流入沟谷 在地势较陡的河流中、上游地区普遍 ?垂直排泄: 通过上覆岩土层不断蒸发排泄 潜水 为平原地区与干旱地区的主要方式 因只排泄水分,不排泄盐分,结果潜水含盐量增 加,矿化度升高,水质变差;形成盐渍土

3、承压水(P21) 是指充满于两个隔水层之间含水层中承受静水 压力的重力水

初见水位 隔水顶板底面的标高 (补充) 承压水位 承压水沿钻孔上升最后稳定的高程 承压水面(水压面) 所有钻孔中承压水位连成的面 (非真正存在的水面,这与潜水面不同) 承压水头 承压水位至隔水顶板底面的距离 表示承压含水层承受静水压力的大小 正水头h1→水头高出地面时,水沿钻孔涌出地表, 形成自流水 负水头h2→水头低于地面时 承压水位 = 初见水位 + 承压水头
承压水面
h2

h1

潜水 隔水顶板 承压水 隔水底板

?承压水的特征:(P21、补充)

?基坑下有承压水时,要避免基坑突涌(P147、230)
(分布区)

二、地下水的运动规律(P21) ? 渗流 指地下水在岩土体空隙中流动

渗流与土的强度、变形、稳定性相互关联、相 互影响,直接影响工程安全
? 岩土的渗透性 指岩土体可被水透过的性质 ? 渗透性(透水性)是岩土的一个重要性质 ? 工程设计中,如基坑开挖或 施工围堰时涌水量的计算, 以便配置排水设备;计算饱 和粘性土地基沉降速率等都 要应用土的渗透性指标

1、达西定律(土的层流渗透定律)(P21)
地下水运动 层流(大多数情况)

紊流

?达西通过对砂土的渗透试验得到层流条件下的渗流规 律即达西定律: 单位渗水量 平均渗透速度 P22有错 P21有错

H1 ? ?h I ? ? L L

q= Q t= kAw I

(cm3/s) (cm/s)

v ? q Aw ? kI

q与I、v与I呈线性关系

?

真实水流

?Q为时间t内盛水容器的接水量 ?Aw为砂样的截面积 假想水流 Aw> Ar

?Ar为真实的过水断面(补充)

式中:P22
L —渗流长度(路径),cm

?h ? H 1 ? H 2 为水头差(水头损失)
I —水力坡度,表示单位渗流长度上的水头损失

H1 ? H2 ?h I ? ? L L
k—

土的渗透系数,相当于I =1时的渗透速度,㎝/s 土的渗透系数k越大,表明土的渗透性越强,故k 是反映土渗透性强弱的定量指标,也是渗流计算 时必用的一个基本参数(P22)

?注意:(P22)
① v不是土孔隙中水的实际平均流速v r ,而为假想的

平均流速, v < v r
②对密实粘土,只有I > I0 (起始水 力坡度),渗流才符合达西定律, 故达西定律修正为 v =k(I- I0 ) ③对粗砂、砾类土和巨粒土,在 I较 大时,水出现紊流状态,故达西定 律不适用而服从紊流运动定律
1 m

v=kI

m值得变化范围为1~2

2、渗透系数k的测定方法(补充) 室内渗透试验 由试验测定 现场试验(如井孔抽水试验) 有 由经验确定 参考经验值P22表1.12 经验公式 土粒越粗,k越大 表1.12

三、渗透破坏(渗透变形) 指地基土及土工建筑物(如路堤等)由于渗流 作用而出现的变形或破坏 ?渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类:(P22) ?一是由于渗流力的作用,导致土体变形甚至失 稳,主要表现为流砂和管涌两种现象 ?注意:产生流砂的条件及防治措施 ?二是由于渗流作用,使水压力或浮力发生变化,导 致土体或结构物失稳,表现为边坡或挡土墙等构筑 物整体失稳

1、渗流力J(也称动水力)(P22~23)
是指单位体积土颗粒所受到的渗流作用力

(即渗透水流对土骨架施加的作用力)

J ? ?wI

(kN/m3)
3

水的重度 ? w ? 10kN/m

渗流力J是一种体积力 渗流力J大小与水力坡度 I成正比 渗流力J方向与渗流方向一致

(P23)

?渗流力J对土粒有推动、摩擦、拖曳等作用,使土粒 移动,引起渗透破坏,对工程危害很大

2、流砂现象(P23~24) ?渗流自下而上时: 渗流力与土体重力方向相反, 渗流力对土体起浮托作用,使粒 间有效应力σ/ 减小,对土体稳定 十分不利 当向上的渗流力与土的浮重度 相等时,粒间有效应力σ/为零, 颗粒群同时发生悬浮、移动的现
γ/ J 土粒

象称为流砂现象(流土现象)

γ/浮重度(P32)

?产生流砂的条件为:(补充)
渗流必须自下而上,且满足 J ≥γ/ 或 I ≥ icr ?临界水力坡度 icr

指使土开始发生流砂现象时的水力坡度 (P23)

J ? icr ? w ? ? ? ? ? sat ? ? w

? ? ? sat icr ? ? ?1 ?w ?w
? sat ??
为土的饱和重度; 水的重度 ? w

? 10kN/m

3

为土的浮重度(土的有效重度)

(P32)

?流砂现象主要发生在颗粒级配均匀的饱和细砂、
粉砂、粉土或受到扰动的低塑性的粉质粘土层中,

而在粗粒土及粘土中不易产生(P23、补充)
?工程设计时:要求渗流逸出处 I≤[I] = icr /K (补充) 安全系数K=2~2.5 ?当渗流方向自上而下与土 的重

力方向一致时,渗流
J

力对土骨架起渗流压密作
用,对土体稳定有利
γ/

土粒

?补充例题: 3 已知某土样 ? sat ? 19.17kN/m , 渗流路径L=25cm, 水头差△h=20cm, 求J和icr ;并判断是否会产生流砂现象? 解:

?h 20 I? ? ? 0 .8 L 25 J ? I ? ? w ? 0 .8 ? 10 ? 8kN / m 3
3 ? ? ? ? sat ? ? w ? 19.17-10 ? 9 .17kN / m ? ? 9.17 icr ? ? ? 0 .917 ?w 10 J<? ? 或 I<icr ∴不会产生流砂现象



?流砂现象引起破坏示例

流砂使泵站倾斜 ?防治流砂的措施:(补充) ①减小或消除水头差△h h1 ? h2 ?h ? 使I ? 减小 ②增长渗流路径L(如打板桩) L L ③在向上渗流出口处地表用透水材料盖重 ④土层加固处理(如冻结法、注浆法等)

3、管涌和潜蚀作用 ?管涌现象:在渗流作用下,土中细粒在粗粒形成的
孔隙中被水流挟带走,随着孔隙不断扩大,较粗的 颗粒也相继被水流带走,最终导致土体内形成贯通 的渗流管道,造成土体塌陷的现象(P24) ?潜蚀作用:指在自然界中一定条件下发生的管涌现 象(不是人类工程活动所引起的管涌)(P24) 形成洞穴

?管涌多发生在级配不连续,不均匀系数Cu>10的砂 土中(补充) ?无粘性土产生管涌必备的两个条件(补充) ①几何条件 ②水力条件 ?防治管涌的措施: ①改变几何条件 如在下游渗流逸出部位铺设 反滤层,防止细粒流失 ②改变水力条件 如在上游做垂直防渗帷幕或 打板桩,降低水力坡度 I

反滤层

?流砂与管涌的区别:(补充)

流砂: ?一般是突发性的破坏 ?发生的部位在渗流逸出处 ?发生时水流方向向上 ?一定范围内的土体或颗粒群同时随水移动 ?主要发生在饱和细砂、 粉砂、粉土中
管涌: ? 是一种渐进性的破坏 ? 发生时水流方向不一定向上 ? 发生的部位可以在渗流逸出处,也可以在土 体内部 ? 单个颗粒移动 ? 多发生在级配不连续,不均匀系数Cu>10的 无粘性土中

四、地下水对工程的影响(P24) 地下水与土木工程建设有密切关系,若对地下水处 理不当,就可能产生不良影响,甚至发生工程事故 ?主要影响有: 1、基础埋深

选择基础埋深时应注意地 下水的埋藏条件、地基土冻 胀和融陷的影响等

冻 结 区

? 例1:若地基土(粉砂、粉土和粉质粘土)冻结前的 含水率较高,且地下水位低于冻深不足1.5~2m时, 易冻胀,当冻结区内基础受到的冻胀力大于基底压力 ,基础被不均匀抬起,导致建筑物开裂(P148)

? 例2:若基坑下有承压含水层,当坑底隔水层较薄 经受不住承压水头压力作用时,坑底土会被承压 水冲破,发生基坑突涌(P147、P230)

2、地下室防水(P24)

当地下室位于地下水位以下,若防水层质量差, 会造成地下室潮湿、积水

3、空心结构物浮起(P24) 水池、油罐等空心结构物,位于地下水位埋藏浅的 场地时,竣工使用前,地下水对基底面的浮力有可能 将空心结构物浮起,影响正常使用,底板开裂等 4、地下水位升降变化(P24、P45) 在地下水位以下施工 时,抽水降低水位,可 能引起附近建筑物的下 沉和开裂;而水位上升 ,可引起地基土软化, 承载力降低,压缩性增 大,使建筑物沉降量增 大;湿陷性黄土地基产 生湿陷;膨胀土地基吸 水膨胀,将基础顶起

5、地下水对混凝土的侵蚀(P24) 当地下水中含有害得化学物质(硫酸根离子、侵蚀 性二氧化碳等)过多时,则对基础具有侵蚀性,造成 基础混凝土强度降低、开裂等,需采取必要措施 ? 地下水对混凝土的侵蚀类型:(P24~25) ①溶出侵蚀

②碳酸侵蚀
③硫酸盐侵蚀

④一般酸性侵蚀
⑤镁盐侵蚀


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