泥石流的防治_工程地質(zhì)

不良地質(zhì)現(xiàn)象是指由于地質(zhì)作用或人類活動所引起的地表和地下巖體的各種變形及運動，對工程建設(shè)具有危害性的地質(zhì)現(xiàn)象。它泛指地球外動力作用為主引起的各種地質(zhì)現(xiàn)象，如崩塌、滑坡、泥石流、巖溶、土洞、河流沖刷以及滲透變形等，它們既影響場地的穩(wěn)定性，也對地基基礎(chǔ)、邊坡工程、地下洞室等具體工程的安全、經(jīng)濟和正常使用不利。

斜坡上的部分巖體和土體在自然或人為因素的影響下沿某一明顯的界面發(fā)生剪切破壞向下運動的現(xiàn)象稱為滑坡。

1) 滑坡的要素

一個發(fā)育完全的滑坡，一般具有如圖5-1所示各要素?；掳l(fā)生后，滑動部分和母體完全脫開，這個滑動部分就是滑坡體。它與其周圍沒有滑動部分在平面上的分界線稱為滑坡周界。滑坡作向下滑動時，它和母體形成一個分界面，這個面稱為滑動面?；瑒用嬉韵聸]有滑動的巖（土）體稱為滑坡床?；瑒用嬉陨鲜芑瑒尤喟櫟牡貛?，稱為滑動帶，厚幾厘米到幾米?；麦w滑動速度最快的縱向線稱為主滑線，或稱滑坡軸，它代表整個滑坡的滑動方向，一般位于滑坡體上推力最大、滑床凹槽最深（滑坡體最厚）的縱斷面上；在平面上可為直線或曲線。

圖5-1　滑坡形態(tài)
1—滑坡壁;2—滑坡湖；3—第一滑坡階地；4—第二滑坡階地；5—醉漢林；
6—滑坡舌凹地；7—滑坡鼓丘和鼓脹裂縫；8—羽狀裂縫；9—滑動面；10—滑坡體；11—滑坡泉

滑坡滑動后，滑坡體后部和母體脫開的分界面暴露在外面的部分，平面上多呈圈椅狀外貌，稱為滑坡壁。在滑坡體上部由于各段巖（土）體運動速度的不同所形成臺階狀的滑坡錯臺，稱為滑坡臺階，常為積水洼地?；麦w與滑坡壁之間拉開成溝槽，成為四面高而中間低的封閉洼地，此處常有地下水出現(xiàn)或地表水匯集，成為清泉濕地或水塘?；麦w向前滑動時如受到阻礙就形成隆起的小丘，稱為滑坡鼓丘?；麦w的前部向前伸出如舌頭狀，稱為滑坡舌或滑坡頭。

從外表上看，滑坡體各部還出現(xiàn)各種裂縫，如拉張裂縫（分布在滑坡體的上部，多呈弧形，與滑坡壁的方向大致吻合或平行，一般成連續(xù)分布，長度和寬度都較大，它是產(chǎn)生滑坡的前兆）、剪切裂縫（分布在滑坡體中部的兩側(cè)，縫的兩側(cè)還常伴有羽毛狀裂縫）、鼓脹裂縫（分布在滑坡體的下部，因滑坡體下滑受阻，土體隆起而形成張開裂縫，它們的方向垂直于滑動力方向，分布較短，深度也較淺）以及扇形張裂縫（分布在滑坡體的中、下部，特別是在滑坡舌部分較多，因滑坡體滑到下部，向兩側(cè)擴散，形成張開的裂縫，在中部的與滑動方向接近平行，在滑舌部分則成放射狀）。這些裂縫是滑坡不同部位受力狀況和運動差異性的反映，對判別滑坡所處的滑動階段和狀態(tài)等很有幫助。如滑坡區(qū)縱向很長，上部剪切裂縫明顯，下部不明顯，則屬推移式滑坡；反之，如滑坡作從下而上出現(xiàn)拉張裂縫，而下部剪切裂縫發(fā)育完全，上部斷續(xù)，則多屬牽引式滑坡。

2) 滑坡的特征

根據(jù)滑坡地表形態(tài)的特征，有助于識別新、老滑坡?，F(xiàn)把堆積層滑坡和巖層滑坡的一些特征扼要說明如下。

堆積層滑坡常有如下主要特征：①其外形多呈扁平的簸箕形。②斜坡上有錯距不大的臺階，上部滑壁明顯，有封閉洼地，下部則常見隆起。③滑坡體上有弧形裂縫，并隨滑坡的發(fā)展而逐漸增多。④滑動面的形狀在均質(zhì)土中常呈圓筒面，而在非均質(zhì)土中則多呈一個或幾個相連的平面。⑤在滑坡體兩側(cè)和滑動面上常出現(xiàn)裂縫，其方向與滑動方向一致。在黏性土層中，由于滑動時劇烈地摩擦，滑動面光滑如鏡，并有明顯的擦痕，呈一明一暗的條紋；在黏土夾碎石層中，滑動面粗糙不平，擦痕尤為明顯。⑥滑坡體上樹木歪斜，成為醉漢林。

巖層滑坡的主要特征是：①在順層滑坡中，滑動床的對面多呈平面或多級臺階狀，其形狀受地貌和地質(zhì)構(gòu)造所限制，多呈U形或平板狀；②滑動床多為具有一定傾角的軟弱夾層；③滑動面光滑，有明顯的擦痕；④滑坡壁多上陡下緩，在其兩側(cè)有互相平行的擦痕和巖石粉末；⑤在滑坡體的上、中部有橫向拉張裂縫，大體上與滑動方向正交，而在滑坡床部位則有扇形張裂縫；⑥發(fā)生在破碎的風(fēng)化巖層中的切層滑坡，常與崩塌現(xiàn)象相似。

　圖5-2　滑坡的特征

當(dāng)滑坡停止并經(jīng)過較長時間后，可以看到：①臺階后壁較高，長滿了草木，找不到擦痕；②滑坡平臺寬大且已夷平，土體密實，地表無明顯的裂縫；③滑坡前緣的斜坡較緩，土體密實，長滿樹木，無松散坍塌現(xiàn)象，前緣迎河部分多出露含大孤石的密實土層；④滑坡兩側(cè)的自然溝割切很深，已達(dá)基巖；⑤滑坡舌部的坡腳有清晰泉水出現(xiàn)；⑥原來的醉漢林又重新向上豎向生長，樹干變成下部彎曲而上部豎直，形成所謂的“馬刀樹”（如圖5-2）等等，這些征象表明滑坡已基本穩(wěn)定。

滑坡穩(wěn)定后，如觸發(fā)滑動的因素已經(jīng)消失，滑坡就將長期穩(wěn)定，否則還可能重新滑動或復(fù)活。

1) 滑坡發(fā)育的內(nèi)部條件

產(chǎn)生滑坡的內(nèi)部條件與組成邊坡的巖土的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和產(chǎn)狀等有關(guān)。不同的巖土，它們的抗剪強度、抗風(fēng)化和抗水的能力都不相同，如堅硬致密的硬質(zhì)巖石，它們的抗剪強度大，抗風(fēng)化能力強，在水的作用下巖性基本沒有變化，由它們所組成的邊坡往往不容易發(fā)生滑坡。而由頁巖、片巖以及一般的土所組成的邊坡就較易發(fā)生滑坡。巖（土）層層面、斷層面、裂隙等的傾向?qū)碌陌l(fā)育也有很大的關(guān)系。這些部位又易于風(fēng)化，抗剪強度也低。當(dāng)它們的傾向與邊坡坡面的傾向一致時，就容易發(fā)生順層滑坡以及在堆積層內(nèi)沿著基巖面滑動，否則反之。

邊坡的斷面尺寸對邊坡的穩(wěn)定性也有很大的關(guān)系。邊坡越陡，其穩(wěn)定性就越差，越易發(fā)生滑動。如果坡高和邊坡的水平長度都相同，但一個是放坡到頂，而另一個卻是在邊坡中部設(shè)置一個平臺，由于平臺對邊坡起了反壓作用，就增加了邊坡的穩(wěn)定性。滑坡若要向前滑動，其前沿就必須要有一定的空間；否則，滑坡就無法向前滑動。

山區(qū)河流的沖刷、溝谷的深切以及不合理的大量切坡都能形成高陡的臨空面，為滑坡的發(fā)育提供了良好的條件。

總之，當(dāng)邊坡的巖性、構(gòu)造和產(chǎn)狀等有利于滑坡的發(fā)育，并在一定的外部條件下引起邊坡的巖性、構(gòu)造和產(chǎn)狀等發(fā)生變化時，就可能發(fā)生滑坡。

實踐表明，在下列不良地質(zhì)條件下往往容易發(fā)生滑坡：①當(dāng)較陡的邊坡上堆積有較厚的土層，其中有遇水軟化的軟弱夾層或結(jié)構(gòu)面；②當(dāng)斜坡上有松散的堆積層，而下伏基巖是不透水的，并且層面的傾角大于20°時；③當(dāng)松散堆積層下的基巖是易于風(fēng)化或遇水會軟化時；④當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖層風(fēng)化破碎嚴(yán)重，軟弱結(jié)構(gòu)面與邊坡的傾向一致或交角小于45°時；⑤當(dāng)黏土層中網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，并有親水性較強的（如伊利土、蒙脫土）軟弱夾層時；⑥原古、老滑坡地帶可能因工程活動而引起復(fù)活時等等。

如前所述，僅僅具備上述內(nèi)部條件，還只是具備了滑坡的可能性，還不足以立即發(fā)生滑坡，必須有一定的外部條件的補充和觸發(fā)，才能使滑坡發(fā)生。

2) 滑坡發(fā)育的外部條件

產(chǎn)生滑坡發(fā)育的外部條件，主要有水的作用，不合理的開挖和坡面上的加載、振動、采礦等,而又以前兩者為主。

調(diào)查表明,90％以上的滑坡與水的作用有關(guān)。水的來源不外乎大氣降水、地表水、地下水、農(nóng)田灌溉的滲水、高位水池和排水管道等的漏水等。但不管來源怎樣，一旦水進(jìn)入斜坡巖（土）體內(nèi)，它將增加巖土的容重和使巖石軟化，降低巖土的抗剪強度，產(chǎn)生靜水壓力和動水壓力，沖刷或潛蝕坡腳，對不透水層土的上覆巖（土）層起了滑潤作用，當(dāng)?shù)叵滤诓煌杆畬禹斆嫔蠀R集成層時它還對上覆地層產(chǎn)生浮力等等。

振動對滑坡的發(fā)生和發(fā)展也有一定的影響，如大地震時往往伴有大滑坡發(fā)生，大爆破有時也會觸發(fā)滑坡。

山區(qū)建設(shè)中還常由于不合理的開挖坡腳或不適當(dāng)?shù)脑谶吰律咸钪脳壨?、建造房屋或堆置材料，以致破壞斜坡的平衡條件而發(fā)生滑動。

防治滑坡應(yīng)當(dāng)貫徹早期發(fā)現(xiàn)，預(yù)防為主；查明情況，對癥下藥；綜合整治，有主有從；治早治小，貴在及時；力求根治，以防后患；因地制宜，就地取材；安全經(jīng)濟，正確施工的原則。只有這樣，才能達(dá)到事半功倍的效果。

防治滑坡的措施和方法有：

1) 避開

選擇場址時，通過收集資料、調(diào)查訪問和現(xiàn)場踏勘，查明是否有滑坡存在，并對場址的整體穩(wěn)定性作出判斷，對場址有直接危害的大、中型滑坡應(yīng)避開為宜。

2) 消除或減輕水對滑坡的危害

水是促使滑坡發(fā)生和發(fā)展的主要因素，應(yīng)盡早消除或減輕地表水和地下水對滑坡的危害，其方法有：

(1) 截

在滑坡體可能發(fā)展的邊界5m以外的穩(wěn)定地段設(shè)置環(huán)形截水溝（或盲溝）和泄水隧洞，以攔截和旁引滑坡范圍外的地表水和地下水，使之不進(jìn)入滑坡區(qū)。

(2) 排

在滑坡區(qū)內(nèi)充分利用自然溝谷，布置成樹枝狀排水系統(tǒng)，或修筑盲洞，布置垂直孔群及水平孔群等排除滑坡范圍內(nèi)的地表水和地下水。

(3) 護

在滑坡體上種植草皮及種植蒸騰量大的樹木或在滑坡上游嚴(yán)重沖刷地段修筑“丁”字形壩，改變水流流向和在滑坡前緣拋石、鋪石籠等以防地表水對滑坡坡面的沖刷或河水對滑坡坡腳的沖刷。

(4） 填

用黏土填塞滑坡體上的裂縫，防止地表水滲入滑坡體內(nèi)。

3) 改善滑坡體力學(xué)條件，增大抗滑力

(1) 減與壓

對于滑床上陡下緩、滑體頭重腳輕的推移式滑坡，可在滑坡上部的主滑地段減重或在前部抗滑地段加填壓腳，以達(dá)到滑體的力學(xué)平衡。對于小型滑坡可采取全部清除。

(2) 擋

設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)（加抗滑片石垛、抗滑擋墻、抗滑樁等）以支擋滑體或把滑體錨固在穩(wěn)定地層上。由于破壞山體較少，有效地改善滑體的力學(xué)平衡條件，因此“擋”是目前用來穩(wěn)定滑坡的有效措施之一。

4) 改善滑帶土的性質(zhì)

采用焙燒法、灌漿法、孔底爆破灌注混凝土砂井、砂樁、電滲排水及電化學(xué)加固等措施改變滑帶土的性質(zhì)，使其強度指標(biāo)提高，以增強滑坡的穩(wěn)定性。

在山區(qū)比較陡峻的山坡上，巨大的巖體或土體在自重作用下脫離母巖，突然而猛烈地由高處崩落下來，這種現(xiàn)象稱為崩塌。崩塌可以發(fā)生在河流、湖泊及海邊的高陡岸坡上，也可以發(fā)生在公路路塹的高陡邊坡上。規(guī)模巨大的崩塌也稱山崩。由于巖體風(fēng)化、破碎比較嚴(yán)重，山坡上經(jīng)常發(fā)生小塊巖石墜落，這種現(xiàn)象稱為碎落。一些較大巖塊的零星崩落稱為落石。在崩塌地段修筑路基：小型的崩塌一般對行車安全及路基養(yǎng)護工作影響較大，雨季中的小型崩塌會堵塞邊溝，引起水流沖毀路面、路基；大型崩塌不僅會損壞路面、路基，阻斷交通，甚至?xí)仁狗艞壱殉傻缆返氖褂谩?/p>

經(jīng)常發(fā)生崩塌的山坡坡腳，由于崩落物的不斷堆積，就會形成巖堆。在巖堆地區(qū)，巖堆常沿山坡或河谷谷坡呈條帶狀分布，連續(xù)長度可達(dá)數(shù)千米至數(shù)十千米。在不穩(wěn)定的巖堆上修筑建筑，容易發(fā)生邊坡坍塌、地基沉陷及滑移等現(xiàn)象。

1) 崩塌的形成條件及因素

(1） 地形

險峻陡峭的山坡是產(chǎn)生崩塌的基本條件。山坡坡度一般大于45°，而以55°～75°者居多。

(2） 巖性

節(jié)理發(fā)達(dá)的塊狀或?qū)訝顜r石，如石灰?guī)r、花崗巖、砂巖、頁巖等均可形成崩塌。厚層硬巖覆蓋在軟弱巖層之上的陡壁最易發(fā)生崩塌。

(3） 構(gòu)造

當(dāng)各種構(gòu)造面，如巖層層面、斷層面、錯動面、節(jié)理面等，或軟弱夾層傾向臨空面且傾角較陡時，往往會構(gòu)成崩塌的依附面。

(4） 氣候

溫差大、降水多、風(fēng)大風(fēng)多、凍融作用及干濕變化強烈，容易發(fā)生崩塌。

(5） 滲水

在暴雨或久雨之后，水分沿裂隙滲入巖層，降低了巖石裂隙間的粘聚力和摩擦力，增加了巖體的重量，更加促進(jìn)崩塌的產(chǎn)生。

(6） 沖刷

水流沖刷坡腳，削弱了坡體支撐能力，使山坡上部失去穩(wěn)定。

(7） 地震

地震會使土石松動，引起大規(guī)模的崩塌。

(8） 人為因素

如在山坡上部增加荷重，大爆破的震動等都可能引起崩塌。修建建筑、公路等開挖邊坡過深、過陡，或者由于建筑切割了山坡下部使軟弱結(jié)構(gòu)面暴露，都會使邊坡上部巖體失去支撐而引起崩塌。

2) 崩塌的防治

崩塌的治理應(yīng)以根治為原則。當(dāng)不能清除或根治時，可采取下列綜合措施：

(1） 遮擋

可修筑明洞、棚洞等遮擋建筑物使線路通過。

(2） 攔截防御

當(dāng)建筑物線路工程或線路工程與坡腳有足夠距離時，可在坡腳或半坡設(shè)置落石平臺、落石網(wǎng)、落石槽、攔石堤或擋石墻、攔石網(wǎng)。

(3） 支撐加固

在危石的下部修筑支柱、支墻。亦可將易崩塌體用錨索、錨桿固定在斜坡穩(wěn)定的巖石上。

(4） 鑲補勾縫

對巖體中的空洞、裂縫用片石填補、混凝土灌注。

(5） 護面

對易風(fēng)化的軟弱巖層，可用瀝青、砂漿或漿砌片石護面。

(6） 排水

設(shè)排水工程以攔截疏導(dǎo)斜坡地表水和地下水。

(7） 刷坡

在危石突出的山嘴以及巖層表面風(fēng)化破碎不穩(wěn)定的山坡地段，可刷緩山坡。

泥石流是山區(qū)特有的一種自然地質(zhì)現(xiàn)象。它是由于降水（暴雨、融雪、冰川）而形成的一種挾帶大量泥砂、石塊等固體物質(zhì)的特殊洪流，具有強大的破壞力。

泥石流是一種含有大量泥砂石塊等固體物質(zhì)，突然爆發(fā)，歷時短暫，來勢兇猛，具有強大破壞力的特殊洪流。泥石流與一般洪水不同。它爆發(fā)時，山谷雷鳴，地面震動，渾濁的泥石流體，仗著陡峻的山勢，沿著峽谷深澗，前推后涌，沖出山外。往往在頃刻之間給人類造成巨大的災(zāi)害。如1973年7月，原蘇聯(lián)中亞小阿拉木圖河谷突然發(fā)生強烈泥石流，巨大的水流向阿拉木圖市方向傾瀉。水流沿途捕獲泥土、砂石及體積達(dá)45.3m、重達(dá)120t的巨大漂礫，形成了一股具有巨大能量的泥石流，瞬間摧毀了沿途所遇到的一切防護物。只有中心高112m、寬500m的專門石壩才抵住了此次巨大的沖擊，使阿拉木圖市免遭破壞。

在我國西南、西北和華北的一些山區(qū)均發(fā)育有泥石流，危害著山區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活，故對泥石流及其防治的研究工作具有重要意義。

分布在不同地區(qū)的泥石流，其形成條件、發(fā)展規(guī)律、物質(zhì)組成、物理性質(zhì)、運動特征及破壞強度等都具有差異性。

1) 按其流域的地質(zhì)地貌特征分類

(1） 標(biāo)準(zhǔn)型泥石流

標(biāo)準(zhǔn)型泥石流是比較典型的泥石流。流域呈扇狀，流域面積一般為十幾至幾十平方千米，能明顯地區(qū)分出泥石流的形成區(qū)（多在上游地段，形成泥石流的固體物質(zhì)和水源主要集中在此區(qū)）、流通區(qū)和堆積區(qū)（圖5-3（a））。

(2） 河谷型泥石流

流域呈狹長形，流域上游水源補給較充分。形成泥石流的固體物質(zhì)主要來自中游地段的滑坡和塌方。沿河谷既有堆積，又有沖刷，形成逐次搬運的“再生式泥石流”（圖5-3（b））。

(3） 山坡型泥石流

流域面積小，一般不超過1km2。流域呈斗狀，沒有明顯的流通區(qū)。形成區(qū)直接與堆積區(qū)相連（圖5-3（c））。

圖5-3　泥石流

2) 按泥石流組成物質(zhì)分類

泥流、泥石流和水石流，與形成區(qū)的地質(zhì)巖性有關(guān)。

泥石流按其物理力學(xué)性質(zhì)、運動和堆積特征可分為黏性泥石流（又稱結(jié)構(gòu)泥石流）和稀性泥石流（又稱素流型泥石流）。

黏性泥石流的特征是：

(1） 含有大量的細(xì)粒物質(zhì)（黏土和粉土）。固體物質(zhì)含量占40%～60％，最高可達(dá)80％。水和泥砂、石塊凝聚成一個黏稠的整體，并以相同的速度作整體運動，大石塊猶如航船一樣漂浮而下。這種泥石流的運動特點，主要是具有很大的黏性和結(jié)構(gòu)性。

(2） 黏性泥石流在開闊的堆積扇上運動時不發(fā)生散流現(xiàn)象，而是以狹窄的條帶狀向下奔瀉，停積后仍保持運動時的結(jié)構(gòu)。堆積體多呈長舌狀或島狀。由于黏性泥石流在運動過程中有明顯的陣流現(xiàn)象，使得堆積扇的地面坎坷不平，這與由一般洪水或冰水作用形成的山麓堆積扇顯著不同。

(3） 黏性泥石流流經(jīng)彎道時，有明顯的外側(cè)超高和爬高現(xiàn)象及截彎取直作用。在溝槽轉(zhuǎn)彎處，它并不一定循溝床運行，而往往直沖溝岸，甚至可以爬越高達(dá)5～10m的階地、陡坎或?qū)Я鞯虊?，奪路外泄。同時，這種泥石流往往以突然襲擊的方式驟然爆發(fā)，持續(xù)時間短，破壞力大，常在幾分鐘或幾小時內(nèi)把幾萬甚至幾百萬立方米的泥砂石塊和巨礫搬出山外，造成巨大災(zāi)害。

稀性泥石流的特征是：

(1） 稀性泥石流是水和固體物質(zhì)的混合物，其中水是主要成分，固體物質(zhì)中黏土和粉土含量少，因而不能形成黏稠的整體，固體物質(zhì)占10%～40％。這種泥石流的搬運介質(zhì)主要是水，在運動過程中，水與泥砂組成的泥漿速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石塊運動的速度，固液兩種物質(zhì)運動速度有顯著的差異，屬紊流性質(zhì)，其中的石塊以滾動或躍移的方式下泄。

(2） 稀性泥石流在堆積扇地區(qū)呈扇狀散流，岔道交錯，改道頻繁，將堆積扇切成一條條深溝。這種泥石流的流動過程是流暢的，不易造成阻塞和陣流現(xiàn)象，停積之后，水與泥漿即慢慢流失，粗粒物質(zhì)呈扇狀散開，表面較平坦。

(3） 稀性泥石流有極強烈的沖刷下切作用，常在短暫的時間內(nèi)把黏性泥石流填滿的溝床下切成幾米或十幾米的深槽。

3) 泥石流的形成條件

根據(jù)泥石流的特征，要形成泥石流必須具備一定的條件。首先，流域內(nèi)應(yīng)有豐富的固體物質(zhì)并能源源不斷地補給泥石流；其次，要有陡峻的地形和較大的溝床縱坡；最后，在流域的中、上游，應(yīng)有由強大的暴雨或冰雪強烈消融及湖泊的潰決等形式補給的充沛水源。凡是具備這3種條件的地區(qū)，就會有泥石流發(fā)育。此外，泥石流的形成除與山區(qū)的自然條件有關(guān)外，還和人類生產(chǎn)活動有密切關(guān)系。

(1） 地質(zhì)條件

豐富的固體物質(zhì)來源取決于地區(qū)的地質(zhì)條件。凡泥石流十分活躍的地區(qū)都是地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、斷裂褶皺發(fā)育、新構(gòu)造運動強烈、地震烈度大的地區(qū)。由于這些原因，致使地表巖層破碎，各種不良物理地質(zhì)現(xiàn)象（如山崩、滑坡、崩塌等）層出不窮，為泥石流豐富的固體物質(zhì)來源創(chuàng)造了有利條件。

(2） 地形特征

泥石流流域的地形特征也很重要，一般是山高溝深、地勢陡峻、溝床縱坡大及流域形狀便于水流的匯集等。完整的泥石流流域，上游多為三面環(huán)山、一面有出口的瓢狀或斗狀圍谷。這樣的地形既有利于承受來自周圍山坡的固體物質(zhì)，也有利于集中水流。山坡坡度多為30°～60°，坡面侵蝕及風(fēng)化作用強烈，植被生長不良，山體光禿破碎，溝道狹窄。在嚴(yán)重的坍方地段，溝谷橫斷面形狀呈V形。中游，在地形上多為狹窄而幽深的峽谷。谷壁陡峻（坡度在20°～40°），谷床狹窄，縱比降大，溝谷橫斷面形狀呈U形。如通過堅硬的巖層地段，往往形成陡坎或跌水。大股泥石流常常迅速通過峽谷直泄山外。小股泥石流到此有時出現(xiàn)壅高停積現(xiàn)象。當(dāng)后來的泥石流繼續(xù)推擠時才一擁而出，成為下游所見破壞力很大的泥石流。泥石流的下游，一般位于山口以外的大河谷地兩側(cè)，多呈扇形或錐形，是泥石流得以停積的場所。

(3） 水文氣象條件

形成泥石流的水源取決于地區(qū)的水文氣象條件。我國廣大山區(qū)形成泥石流的水源主要來自暴雨。暴雨量和強度越大，所形成的泥石流規(guī)模也就越大。如我國云南東川地區(qū)，一次在6小時內(nèi)降雨量達(dá)180mm，形成了歷史上少見的特大暴雨型泥石流。在高山冰川分布地區(qū)，冰川積雪的強烈消融也會為形成泥石流提供大量水源、冰川湖，或由山崩、滑坡堵塞而成的高山湖的突然潰決，往往形成規(guī)模極大的泥石流。這樣的例子在西藏東南部是很多的。

(4） 人類的經(jīng)濟活動

除自然條件外，人類的經(jīng)濟活動也是影響泥石流形成的一個因素。在山區(qū)建設(shè)中，由于開發(fā)利用不合理，就會破壞地表原有的結(jié)構(gòu)和平衡，造成水土流失，產(chǎn)生大面積坍方、滑坡等，這就為形成泥石流提供了固體物質(zhì)，使已趨穩(wěn)定的泥石流溝復(fù)活，向惡化方向發(fā)展。

從形成泥石流的條件中可以看出，泥石流流域內(nèi)固體物質(zhì)的產(chǎn)生過程（即巖石性質(zhì)的變化，巖體的破碎）是一個漫長的逐漸積累的過程，而固體物質(zhì)補給泥石流又常常是以突然性的山崩、滑坡、崩塌等方式來實現(xiàn)的。當(dāng)這些固體物質(zhì)崩落在陡峻的溝谷中與湍急的水流相遇時，才能形成泥石流。總之，固體物質(zhì)的積累過程（包括水對固體物質(zhì)的浸潤飽和和攪拌過程），較之泥石流的突然爆發(fā)，是一個緩慢的孕育過程。當(dāng)這個過程完成時，隨之而來的就是來勢兇猛的泥石流了。這一特點，對于我們認(rèn)識泥石流的分布規(guī)律、爆發(fā)率及其特征具有重要意義。

根據(jù)泥石流的形成條件，泥石流具有一定的區(qū)域性和時間性的特點。泥石流在空間分布上，主要發(fā)育在溫帶和半干旱山區(qū)以及有冰川分布的高山地區(qū)。在時間上，泥石流大致發(fā)生在較長的干旱年頭之后（積累了大量的固體物質(zhì)），而多集中在強度較大的暴雨年份（提供了充沛的水源動力）或高山區(qū)冰川積雪強烈消融時期。

我國泥石流主要分布于西南、西北和華北山區(qū)。如四川西部山區(qū)，云南西部和北部山區(qū)，西藏東部和南部山區(qū)，秦嶺山區(qū)，甘肅東南部山區(qū)，青海東部山區(qū)，祁連山、昆侖山及天山山區(qū)，華北太行山和北京西山地區(qū)，以及鄂西、豫西山區(qū)等等。

泥石流的發(fā)生和發(fā)展原因很多，因此對泥石流的防治應(yīng)根據(jù)泥石流的特征、破壞強度和工程建筑的要求來擬定，采取綜合防治措施。

1） 預(yù)防措施

上游水土保持，植樹造林，種植草皮，以鞏固土壤，不受沖刷，不使流失。治理地表水和地下水，修筑排水溝系，如截水溝等，以疏干土壤或不使土壤受浸濕。修筑防護工程，如溝頭防護、岸邊防護、邊坡防護，在易產(chǎn)生坍塌、滑坡的地段做一些支擋工程，以加固土層，穩(wěn)定邊坡。

2） 治理措施

有攔截、滯流、利導(dǎo)和輸排措施。

（1） 攔截措施

在泥石流溝中修筑各種形式的攔渣壩，如石籠壩、格柵壩，以攔截泥石流中的石塊。設(shè)置停淤場，將泥石流中固體物質(zhì)導(dǎo)入停淤場，以減輕泥石流的動力作用。其中有一種特殊類型的壩，即格柵壩（圖5-4）。這種壩是用鋼構(gòu)件和鋼筋混凝土構(gòu)件裝配而成的形似柵狀的建筑物，它能將稀性泥石流、水石流攜帶的大石塊經(jīng)格柵過濾停積下來，形成天然的石壩，以緩沖泥石流的動力作用，同時使溝段得以穩(wěn)定。泥石流攔擋壩的作用，一是攔蓄泥砂石塊等固體物質(zhì)，減弱泥石流的規(guī)模；二是固定泥石流溝床，平緩縱坡，減小泥石流流速，防止溝床下切和谷坡坍塌。為了防止規(guī)模巨大的泥石流破壞重要城市，往往需要修筑高大的泥石流攔擋壩。

（2） 滯流措施

在泥石流溝中修筑各種低矮攔擋壩（又稱谷坊壩）（圖5-5），泥石流可以漫過壩頂。壩的作用是攔蓄泥砂石塊等固體物質(zhì)，減小泥石流的規(guī)模，固定泥石流溝床，防止溝床下切和谷坊坍塌，平緩縱坡，減小泥石流流速。

圖5-4　格柵壩

圖5-5　谷坊壩

（3） 輸排和利導(dǎo)措施

在下游堆積區(qū)修筑排洪道、急流槽、導(dǎo)流堤等設(shè)施，以固定溝槽，約束水流，改善溝床平面等。

（4） 排洪道

排洪道是排導(dǎo)泥石流的工程建筑物，能起到順暢排泄泥石流的作用。根據(jù)泥石流的特點，排洪道應(yīng)盡可能直線布置。為了便于大河帶走泥石流宣泄下來的固體物質(zhì)，排洪道出口與大河交接以銳角為宜（圖5-6）；排洪道與大河銜接處的標(biāo)高應(yīng)高于同頻率的大河水位，至少應(yīng)高出20年一遇的大河洪水位，以免大河頂托而導(dǎo)致排泄道淤積。排洪道的縱坡、橫斷面、深度等，要根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r具體考慮。

圖5-6　排洪道示意圖

（5） 導(dǎo)流堤

在可能受到泥石流威脅的范圍內(nèi)有建筑物時，要修筑導(dǎo)流堤，以確保建筑物的安全。導(dǎo)流堤的平面位置是位于建筑物的一側(cè)，并且必須從泥石流出口處筑起（圖5-7）。

圖5-7　導(dǎo)流堤平面示意圖

巖溶也稱喀斯特（Karst），它是由于地表水或地下水對可溶性巖石溶蝕的結(jié)果而產(chǎn)生的一系列地質(zhì)現(xiàn)象，如溶溝、溶槽、溶洞、暗河、天生橋等。如圖5-8和圖5-9。

圖5-8　石林石峰

圖5-9　武隆天生橋

　　　

土洞是由于地表水和地下水對上層的溶蝕和沖刷而產(chǎn)生的空洞，空洞的擴展，導(dǎo)致地表陷落的地質(zhì)現(xiàn)象。

巖溶與土洞作用的結(jié)果，可產(chǎn)生一系列對工程很不利的地質(zhì)問題。如巖土體中空洞的形成、巖石結(jié)構(gòu)的破壞、地表突然塌陷、地下水循環(huán)改變等。這些現(xiàn)象嚴(yán)重地影響建筑場地的使用和安全。在水利水電建設(shè)中，巖溶造成的庫水滲漏是水工建設(shè)中主要的工程地質(zhì)問題。在巖溶地區(qū)修建隧洞，一旦揭穿高壓巖溶管道水時，就會造成大量突水，有時夾帶泥沙噴射給施工帶來嚴(yán)重困難，甚至掩沒坑道，造成機毀人亡事故。在地下洞室施工中遇到巨大溶洞時，洞中高填方或橋跨施工困難，造價昂貴，有時不得不另辟新道，因而延誤工期。在巖溶地區(qū)修筑公路時，由于地下巖溶水的活動，導(dǎo)致路基基底冒水、水淹路基、水沖路基及隧道涌水等。

1） 巖溶的主要形態(tài)

在可溶性巖石分布地區(qū)，溶蝕作用在地表和地下形成一系列溶蝕現(xiàn)象，稱為巖溶的形態(tài)特征。這些形態(tài)既是巖溶區(qū)所特有的，使該地區(qū)地表形態(tài)奇特，景色優(yōu)美別致，常被開發(fā)為旅游景點，如廣西桂林山水和云南石林；同時，這些形態(tài)，尤其是地下洞穴、暗河，也是造成工程地質(zhì)問題的根源。常見的巖溶形態(tài)有溶溝（槽）、石芽、漏斗、溶蝕洼地、坡立谷、溶蝕平原等，地下巖溶形態(tài)有落水洞（井）、溶洞、暗河等，如圖5-10所示。

圖5-10　巖溶地貌景觀示意圖
1—溶溝；2—石芽；3—溶斗；4—溶洼；5—落水洞；6—溶洞；7—溶柱；8—天生橋；
9—地下河及伏流；10—地下湖（暗湖）；11—石鐘乳；12—石筍；13—石柱；
14—隔水層；15—河谷階地;Ⅰ—巖溶剝蝕；Ⅱ—強烈剝蝕面上發(fā)育溶溝、
溶芽和溶斗；Ⅲ—石林丘陵；Ⅳ—洼地、谷地發(fā)育帶；Ⅴ—溶蝕平原（溶原）

（1） 溶溝溶槽

溶溝溶槽是微小的地形形態(tài)，它是生成于地表巖石表面，由于地表水溶蝕與沖刷而成的溝槽系統(tǒng)地形。溶溝溶槽將地表刻切成參差狀，起伏不平，這種地貌稱為溶溝原野，這時的溶溝溶槽間距一般為2～3m。當(dāng)溝槽繼續(xù)發(fā)展，以致各溝槽互相溝通，在地表上殘留下一些石筍狀的巖柱，這種巖柱稱為石芽。石芽一般高1～2m，多沿節(jié)理有規(guī)則地排列。

（2） 漏斗

漏斗是由地表水的溶蝕和沖刷并伴隨塌陷作用而在地表形成的漏斗狀形態(tài)。漏斗的大小不一，近地表處直徑可大到上百米，漏斗深度一般為數(shù)米。漏斗常成群地沿一定方向分布，常沿構(gòu)造破碎帶方向排列。漏斗底部常有裂隙通道，通常為落水洞的生成處，使地表水能直接引入深部的巖溶化巖體中。如果漏斗底部的通道被堵塞，則漏斗內(nèi)積水而成湖泊。

（3） 溶蝕洼地

溶蝕洼地是由許多漏斗不斷擴大會合而成。平面上呈圓形或橢圓形，直徑由數(shù)米到數(shù)百米。溶蝕洼地周圍常有溶蝕殘丘、峰叢、峰林，底部有漏斗和落水洞。

（4） 坡立谷和溶蝕平原

坡立谷是一種大型的封閉洼地，也稱溶蝕盆地。面積由幾平方千米到數(shù)百平方千米，坡立谷再發(fā)展而成溶蝕平原。在坡立谷或溶蝕平原內(nèi)經(jīng)常有湖泊、沼澤和濕地等。底部經(jīng)常有殘積洪積層或河流沖積層覆蓋。

（5） 落水洞和豎井

落水洞和豎井皆是地表通向地下深處的通道，其下部多與溶洞或暗河連通。它是巖層裂隙受流水溶蝕、沖刷擴大或坍塌而成，常出現(xiàn)在漏斗、槽谷、溶蝕洼地和坡立谷的底部，或河床的邊部，呈串珠狀排列。

（6） 溶洞

溶洞是由地下水長期溶蝕、沖刷和塌陷作用而形成的近于水平方向發(fā)育的巖溶形態(tài)。溶洞早期是作為巖溶水的通道，因而其延伸和形態(tài)多變，溶洞內(nèi)常有支洞、鐘乳石、石筍和石柱等巖溶產(chǎn)物。這些巖溶沉積物是由于洞內(nèi)的滴水為重碳酸鈣水，因環(huán)境改變釋放CO2，使碳酸鈣沉淀而成。

（7） 暗河

暗河是地下巖溶水匯集和排泄的主要通道。部分暗河常與地面的溝槽、漏斗和落水洞相通，暗河的水源經(jīng)常通過地面的巖溶溝槽和漏斗經(jīng)落水洞流入暗河內(nèi)。因此，可以根據(jù)這些地表巖溶形態(tài)分布位置，概略地判斷暗河的發(fā)展和延伸。

（8） 天生橋

天生橋是溶洞或暗河洞道塌陷直達(dá)地表而局部洞道頂板不發(fā)生塌陷，形成的一個橫跨水流的石橋。天生橋常為地表跨過槽谷或河流的通道。

2） 巖溶的形成條件

巖溶的形成是由于水對巖石的溶蝕結(jié)果，因而其形成條件是必須有可溶于水而且是透水的巖石；同時，水在其中是流動的、有侵蝕力的。也就是說，造成巖溶的物質(zhì)基礎(chǔ)有兩個方面——巖體和水質(zhì)，而水在巖體中是流動的。

（1） 巖體

巖體首先是可溶解的。根據(jù)巖石的溶解度，能造成巖溶的巖石可分為三大組：

① 碳酸鹽類巖石，如石灰?guī)r、白云巖和泥灰?guī)r。

② 硫酸鹽類巖石，如石膏和硬石膏。

③ 鹵素巖石，如巖鹽。

這3組巖石中以碳酸鹽類巖石的溶解度最低，但當(dāng)水中含有碳酸時，其溶解度將劇烈增加。應(yīng)該指出，在碳酸鹽類礦物中分布最廣的有方解石和白云石，其中方解石的溶解度比白云石大得多。第二組為硫酸鹽類巖石，其溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳酸鹽類巖石，硬石膏在蒸餾水中的溶解度幾乎等于方解石的190倍。第三組是鹵素巖石，如巖鹽，其溶解度比前兩類巖石都大。就我國分布的情況來看，以碳酸鹽特別是石灰?guī)r分布最廣，其次為石膏和硬石膏，巖鹽最少。

巖體不僅是由可溶解的巖石組成，而且?guī)r體必須具有透水性能，這樣才有發(fā)展巖溶的可能性。巖體的透水性要注意兩個方面：一是可溶巖石本身的透水性，這就是說在巖石內(nèi)要有暢通水流的孔隙；二是在巖體內(nèi)要有裂隙，它們往往成為地下水流暢通的通道，是造成巖溶最發(fā)育之所在地。裂隙類型很多，而造成巖溶的裂隙以構(gòu)造裂隙和層理裂隙影響最大，它是造成深處巖溶發(fā)育的必要條件之一。

（2） 水質(zhì)

巖體中是有水的，特別是在地下水位以下的巖體。大家知道，天然水是有溶解能力的，這是由于水中含有一定量的侵蝕性CO2。當(dāng)含有游離CO2的水與其圍巖的碳酸鈣（CaCO3）作用時，碳酸鈣被溶解，這時其化學(xué)作用如下：

這種作用是可逆的，即溶液中所含的部分CO2在反應(yīng)后處于游離狀態(tài)。一定的游離CO2含量相應(yīng)于水中固體CaCO3處于平衡狀態(tài)時一定的HCO含量，這一與平衡狀態(tài)相應(yīng)的游離CO2量稱為平衡CO2。如果水中的游離CO2含量比平衡所需的數(shù)量要多，那么這種水與CaCO3接觸時就會發(fā)生CaCO3的溶解。這一部分與碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)的碳酸稱為侵蝕性CO2。

確定水中的侵蝕性CO2是有意義的，因為水中含侵蝕性CO2越多，則水的溶蝕能力就越大。在我國發(fā)生巖溶的地方幾乎是在石灰?guī)r層中產(chǎn)生的。如果水中含有過多侵蝕性CO2，無疑這里巖溶發(fā)育是劇烈的。但是水中侵蝕性CO2的含量是隨水的活動程度不同而不同的，為此下面著重討論水在巖體中的活動。

（3） 水在巖體中的活動

水在可溶巖體中活動是造成巖溶的主要原因。它主要表現(xiàn)為水在巖體中流動，地表水或地下水不斷交替。因而造成水流一方面對其圍巖有溶蝕能力，另一方面造成水流對其圍巖的沖刷。

地下水或地表水主要來源于大氣降水的補給。而大氣中是含有大量CO2的，這些CO2就溶解于大氣降水中，造成水中含有碳酸。這里應(yīng)指出，土壤與地殼上部強烈的生物化學(xué)作用經(jīng)常排出CO2，這就使水在滲入地下的過程中將碳酸攜帶走，這樣使水具有溶解可溶性巖石的能力。但水是流動的，不管是地表水還是地下水。如為地表水則在地表的可溶巖石表面的凹槽流動，一方面溶解圍巖，另一方面流水有動力的結(jié)果，又同時沖刷圍巖，于是產(chǎn)生了溶溝溶槽和石芽。地下水在向地下流動的過程中，與巖石相互作用而不斷地耗費了其中具有侵蝕性的二氧化碳，這樣造成了地下水的溶解能力隨深度的加深而減弱。再加上深部水的循環(huán)較慢，溶解能力及沖刷能力大大減少，使深部的巖溶作用減弱。

巖溶地區(qū)地下水對其圍巖的溶解作用和沖刷作用是同時發(fā)生的。但是在一些裂隙或小溶洞中溶蝕作用占主要地位。而在一些大的地下暗河中，地下水的沖刷能力很強，這時溶解能力已退居次要地位了。

（4） 巖溶的垂直分帶

在巖溶地區(qū)地下水流動有垂直分帶現(xiàn)象，因而所形成的巖溶也有垂直分帶的特征。

① 垂直循環(huán)帶（或稱包氣帶）

垂直循環(huán)帶位于地表以下，地下水位以上。這里平時無水，只有降水時有水滲入，形成垂直方向的地下水通道。如呈漏斗狀的稱為漏斗，成井狀的稱為落水洞。大量的漏斗和落水洞等多發(fā)育于本帶內(nèi)。但是應(yīng)注意，在本帶內(nèi)如有透水性差的凸鏡體巖層存在時，則形成懸掛水或稱上層滯水，于是巖溶作用形成局部的水平或傾斜的巖溶通道。

② 季節(jié)循環(huán)帶（或稱過渡帶）

季節(jié)循環(huán)帶位于地下水最低水位和最高水位之間，本帶受季節(jié)性影響，當(dāng)干旱季節(jié)時，地下水位最低，這時該帶與包氣帶結(jié)合起來，滲透水流成垂直下流；而當(dāng)雨季時，地下水上升為最高水位，該帶則為全部地下水所飽和，滲透水流則成水平流動，因而在本帶形成的巖溶通道是水平的與垂直的交替。

③ 水平循環(huán)帶（或稱飽水帶）

水平循環(huán)帶位于最低地下水位之下，常年充滿著水，地下水作水平流動或往河谷排泄，因而本帶形成水平的通道，稱為溶洞。如溶洞中有水流，則稱為地下暗河。但是往河谷底向上排泄的巖溶水具有承壓性質(zhì)，因而巖溶通道也常常呈放射狀分布。

④ 深循環(huán)帶

深循環(huán)帶內(nèi)地下水的流動方向取決于地質(zhì)構(gòu)造和深循環(huán)水。由于地下水很深，它不向河底流動而排泄到遠(yuǎn)處。這一帶中水的交替強度極小，巖溶發(fā)育速度與程度很小，但在很深的地方可以在很長的地質(zhì)時期中緩慢地形成巖溶現(xiàn)象。但是這種巖溶形態(tài)一般為蜂窩狀小洞，或稱溶孔。

以上討論了水的活動引起各種巖溶的現(xiàn)象，但是水的活動不僅限于其圍巖的溶蝕和沖刷，很多時候巖溶水還可以造成很多的堆積現(xiàn)象，最普遍的是在溶洞內(nèi)沉淀有石鐘乳、石筍、石柱、鈣華等。組成這些巖溶沉積物的一般為CaCO3，有時混雜有泥砂質(zhì)。

土洞因地下水或者地表水流入地下土體內(nèi)，將顆粒間可溶成分溶濾，帶走細(xì)小顆粒，使土體被掏空成洞穴而形成，這種地質(zhì)作用的過程稱為潛蝕。當(dāng)土洞發(fā)展到一定程度時，上部上層發(fā)生塌陷，破壞地表原來形態(tài)，影響建（構(gòu)）筑物的安全和使用。

1) 土洞的形成條件

土洞的形成主要是潛蝕作用導(dǎo)致的。潛蝕是指地下水流在土體中進(jìn)行溶蝕和沖刷的作用。如果土體內(nèi)不含有可溶成分，則地下水流僅將細(xì)小顆粒從大顆粒間的孔隙中帶走，這種現(xiàn)象稱為機械潛蝕。其實機械潛蝕也是沖刷作用之一，所不同的是它發(fā)生于土體內(nèi)部，因而也稱內(nèi)部沖刷。如果土體內(nèi)含有可溶成分，例如黃土，含碳酸鹽、硫酸鹽或氯化物的砂質(zhì)土和黏質(zhì)土等，地下水流先將土中可溶成分溶解，然后將細(xì)小顆粒從大顆粒間的孔隙中帶走，因而這種具有溶濾作用的潛蝕稱為溶濾潛蝕。溶濾潛蝕主要是因溶解土中可溶物而使土中顆粒間的聯(lián)結(jié)性減弱和破壞，從而使顆粒分離和散開，為機械潛蝕創(chuàng)造條件。

機械潛蝕的發(fā)生，除了土體中的結(jié)構(gòu)和級配成分能容許細(xì)小顆粒在其中搬運移動外．地下水的流速是搬運細(xì)小顆粒的動力。能起動顆粒的流速稱為臨界流速（vcr），不同直徑（d）大小的顆粒具有一定的臨界流速，當(dāng)?shù)叵滤魉伲╲）大于臨界流速（vcr）時，就要注意發(fā)生潛蝕的可能性。

2） 土洞的類型

根據(jù)我國土洞的生長特點和水的作用形式，土洞可分為由地表水下滲發(fā)生機械潛蝕作用形成的土洞和巖溶水流潛蝕作用形成的土洞。

（1） 由地表水下滲發(fā)生機械潛蝕作用形成的土洞

這種土洞的主要形成因素有3點：

① 土層的性質(zhì)

土層的性質(zhì)是造成土洞發(fā)育的根據(jù)。最易發(fā)育成土洞的土層性質(zhì)和條件是含碎石的亞砂土層內(nèi)，這樣給地表水有向下滲入到碎石亞砂土層中，造成潛蝕的良好條件。

② 土層底部必須有排泄水流和土粒的良好通道

在這種情況下，可使水流挾帶土粒向底部排泄和流失。上部覆蓋有土層的巖溶地區(qū)，土層底部巖溶發(fā)育是造成水流和土粒排泄的最好通道。在這些地區(qū)土洞發(fā)育一般較為劇烈。

③ 地表水流能直接滲入土層中

地表水滲入土層內(nèi)有3種方式：一是利用土中孔隙滲入；二是沿土中的裂隙滲入；三是沿一些洞穴或管道流入。其中第二種滲入水流是造成土洞發(fā)育最主要的方式。土層中的裂隙是因為在長期干旱條件下，使地表產(chǎn)生收縮裂隙。隨著旱期延長，不僅裂縫數(shù)量增多、裂口擴大，而且不斷向深處延展，使深處含水量較高的土層也干縮開裂，裂縫因長期干縮擴大和延長，這就成為下雨時良好的通道，于是水不斷地向下潛濁。水量越大，潛蝕越快，逐漸在土層內(nèi)形成一條不規(guī)則的滲水通道。在水力作用下，將崩散的土粒帶走，產(chǎn)生了土洞，并繼續(xù)發(fā)育，直至頂板破壞，形成地表塌陷。

（2） 由巖溶水流潛蝕作用形成土洞

這類土洞與巖溶水有水力聯(lián)系，它分布于巖溶地區(qū)基巖面與上覆的土層（一般是飽水的松軟土層）接觸處。

這類土洞的生成是由于巖溶地區(qū)的基巖面與上覆土層接觸處分布有一層飽水程度較高的軟塑至半流動狀態(tài)的軟土層，而在基巖表面有溶溝、裂隙、落水洞等發(fā)育。這樣，基巖透水性很強。當(dāng)?shù)叵滤趲r溶的基巖表面附近活動時，水位的水力迫降可使軟土層軟化，地下水的流動能在土層中產(chǎn)生潛蝕和沖刷，可將軟土層的土粒帶走，于是在基巖表面處被沖刷成洞穴，這就是土洞形成的過程。當(dāng)土洞不斷地被潛蝕和沖刷，土洞逐漸擴大，致使頂板不能負(fù)擔(dān)上部壓力時地表就發(fā)生下沉或整塊塌落，使地表呈蝶形、盆形、深槽和豎井狀的洼地。

本類土洞發(fā)育的快慢主要取決于基巖面上覆土層的性質(zhì)（如為軟土或高含水量的稀泥則基巖面上容易被水流潛蝕和沖刷；如果基巖面上土層為不透水的和很堅實的黏土層，則土洞發(fā)育緩慢）和地下水的活動強度（水位變化大，容易產(chǎn)生土洞）。地下水位以下土洞的發(fā)育速度較快，土洞多呈上面小、下面大的形狀。而當(dāng)?shù)叵滤辉谕翆右韵聲r，土洞的發(fā)育主要由于滲入水的作用，發(fā)育較緩，土洞多呈豎井狀;基巖面附近巖溶和裂隙發(fā)育程度：當(dāng)基巖面與土層接觸面附近，如裂隙和溶洞、溶溝、溶槽等巖溶現(xiàn)象發(fā)育較好時，則地下水活動加強，造成潛蝕的有利條件。故在這些地下水活動強的基巖面上，土洞一般發(fā)育較快。

巖溶與土洞地區(qū)對建（構(gòu)）筑物穩(wěn)定性和安全性有很大影響。

1） 溶蝕巖石的強度大為降低

巖溶水在可溶巖體中溶蝕，可使巖體發(fā)生孔洞。最常見的是巖體中有溶孔或小洞。所謂溶孔，是指在可溶巖石內(nèi)部溶蝕有孔徑不超過20～30cm的，一般小于1～3cm的微溶濁的空隙。巖石遭受溶蝕可使巖石有孔洞、結(jié)構(gòu)松散，從而降低巖石強度和增大透水性能。

2） 造成基巖面不均勻起伏

因石芽、溶溝溶槽的存在，使地表基巖參差不整、起伏不均勻，這就造成了地基的不均勻性以及交通的不便。因此如果利用石芽或溶溝發(fā)育的地區(qū)作為地基，則必須進(jìn)行處理。

3） 漏斗對地面穩(wěn)定性的影響

漏斗是包氣帶中與地表接近部位所發(fā)生的巖溶和潛蝕作用的現(xiàn)象。當(dāng)?shù)乇硭囊徊糠盅貛r土縫隙往下流動時，水便對孔隙和裂隙壁進(jìn)行溶蝕和機械沖刷，使其逐漸擴大成漏斗狀的垂直洞穴，稱為漏斗。這種漏斗在表面近似圓形，可深達(dá)幾十米，表面口徑由幾米到幾十米。另一種漏斗是由于土洞或溶洞頂?shù)乃渥饔枚纬?。崩落的巖塊堆于洞穴底部成一漏斗狀洼地，這類漏斗因其塌落的突然性，使地表建（構(gòu)）筑物面臨遭到破壞的威脅。

4) 溶洞和土洞對地基穩(wěn)定性的影響

溶洞和土洞對地基穩(wěn)定性必須考慮如下3個問題：

（1） 溶洞和土洞分布密度和發(fā)育情況

一般認(rèn)為，對于溶洞或土洞分布密度很密，并且溶洞或土洞的發(fā)育處在地下水交替最積極的循環(huán)帶內(nèi)，洞徑較大，頂板薄，并且裂隙發(fā)育，此地不宜選擇為建筑場地和地基。但是對于該場地雖有溶洞或土洞，但溶洞或土洞是早期形成的，已被第四紀(jì)沉積物所充填，并已證實目前這些洞已不再活動。在這種情況下，可根據(jù)洞的頂板承壓性能決定其作為地基。此外，石膏或巖鹽溶洞地區(qū)不宜作為天然地基。

（2） 溶洞或土洞的埋深對地基穩(wěn)定性的影響

一般認(rèn)為，溶洞特別是土洞如埋置很淺，則溶洞的頂板可能不穩(wěn)定，甚至?xí)l(fā)生地表塌落。若洞頂板厚度H大于溶洞最大寬度的1.5倍（即H＞1.5b），而同時溶洞頂板巖石比較完整，裂隙較少，巖石也較堅硬，則該溶洞頂板作為一般地基是安全的。若溶洞頂板巖石裂隙較多，巖石較為破碎，則上覆巖層的厚度H如能大于溶洞最大寬度的3倍（即H＞3b）則溶洞的埋深是安全的。上述評定是對溶洞和一般建（構(gòu)）筑物的地基而言，不適用于土洞、重大建（構(gòu)）筑物和震動基礎(chǔ)。對于這些地質(zhì)條件和特殊建筑物基礎(chǔ)所必需的穩(wěn)定土洞或溶洞頂板的厚度，須進(jìn)行地質(zhì)分析和力學(xué)驗算，以確定頂板的穩(wěn)定性。

（3） 抽水對土洞和溶洞頂板穩(wěn)定性的影響

一般認(rèn)為，在有溶洞或土洞的場地，特別是土洞大片分布，如果進(jìn)行地下水的抽取，由于地下水位大幅度下降，使保持多年的水位均衡遭到急劇破壞，大大地減弱了地下水對土層的浮托力。再者，由于抽水時加大了地下水的循環(huán)，動水壓力會破壞一些土洞頂板的平衡，因而引起了一些土洞頂板的破壞和地表塌陷。一些土洞頂板塌落又引起土層震動，或加大地下水的動水壓力，結(jié)果震波或動水壓力傳播于近處的土洞，又促使附近一些土洞頂板破壞，以致地表塌陷危及地面建（構(gòu)）筑物的安全。

在進(jìn)行建（構(gòu)）筑物布置時，應(yīng)先將巖溶和土洞的位置勘察清楚，然后針對實際情況做出相應(yīng)的防治措施。當(dāng)建（構(gòu)）筑物的位置可以移位時，為了減少工程量和確保建（構(gòu)）筑物的安全，應(yīng)首先設(shè)法避開有威脅的巖溶和土洞區(qū)。實在不能避開時，再考慮處理方案。

（1） 挖填

挖填即挖除溶洞或土洞中的軟弱充填物，回填以碎石、塊石或混凝土等，并分層夯實，以達(dá)到改良地基的效果。在土洞回填的碎石上設(shè)置反濾層，以防止?jié)撐g發(fā)生。

（2） 跨蓋

當(dāng)洞埋藏較深或洞頂板不穩(wěn)定時，可采用跨蓋方案，如采用長梁式基礎(chǔ)或桁架式基礎(chǔ)或剛性大平板等方案跨越。但梁板的支承點必須放置在較完整的巖石或可靠的持力層上，并注意其承載能力和穩(wěn)定性。

（3） 灌注

對于溶洞或土洞，因埋藏較深，不可能采用挖填和跨蓋方法處理時，溶洞可采用水泥或水泥黏土混合灌漿于巖溶裂隙中；對于土洞，可在洞體范圍內(nèi)的頂板打孔灌砂或砂礫，應(yīng)注意灌滿和密實。

（4） 排導(dǎo)

洞中水的活動可使洞壁和洞頂溶蝕、沖刷或潛蝕，造成裂隙和洞體擴大或洞頂坍塌，因而對自然降雨和生產(chǎn)用水應(yīng)防止下滲，采用截排水措施，將水引導(dǎo)至他處排泄。

（5） 打樁

對于土洞埋深較大時，可用樁基處理，如采用混凝土樁、木樁、砂樁或爆破樁等。其目的除提高支承能力外，還有靠樁來擠壓擠緊土層和改變地下水滲流條件的功效。

地震是一種地質(zhì)現(xiàn)象，是地殼構(gòu)造運動的一種表現(xiàn)。地下深處的巖層，由于某種原因突然破裂、塌陷以及火山爆發(fā)等而產(chǎn)生振動，并以彈性波的形式傳遞到地表，這種現(xiàn)象稱為地震。強烈地震瞬時之間可使很大范圍的城市和鄉(xiāng)村淪為廢墟，是一種破壞性很強的自然災(zāi)害。因此，在規(guī)劃各種工程活動時，都必須考慮地震這樣一個極其重要的環(huán)境地質(zhì)因素，而在修建各種建筑物時，都必須考慮可能遭受多強的地震并采取相應(yīng)的防震措施。

1) 地震的成因類型

形成地震的原因是多種各樣的。地震按其成因，可分為天然地震與人為地震兩大類型。人為地震所引起的地表振動都較輕微，影響范圍也很小，且能做到事先預(yù)告及預(yù)防，不是所要討論的對象，以下所述皆指天然地震。天然地震按其成因可劃分為構(gòu)造地震、火山地震、陷落地震和激發(fā)地震。

(1） 構(gòu)造地震

由于地質(zhì)構(gòu)造作用所產(chǎn)生的地震稱為構(gòu)造地震。這種地震與構(gòu)造運動的強弱直接相關(guān)，它分布于新生代以來地質(zhì)構(gòu)造運動最為劇烈的地區(qū)。構(gòu)造地震是地震的最主要類型，約占地震總數(shù)的90%。構(gòu)造地震中最為普遍的是由于地殼斷裂活動而引起的地震。這種地震絕大部分都是淺源地震，由于它距地表很近，對地面的影響最顯著，一些巨大的破壞性地震都屬于這種類型。一般認(rèn)為這種地震的形成是由于巖層在大地構(gòu)造應(yīng)力的作用下產(chǎn)生應(yīng)變，積累了大量的彈性應(yīng)變能，當(dāng)應(yīng)變一旦超過極限數(shù)值，巖層就突然破裂和位移而形成大的斷裂，同時釋放出大量的能量，以彈性波的形式引起地殼的振動，從而產(chǎn)生地震。此外，在已有的大斷層上，當(dāng)斷裂的兩盤發(fā)生相對運動時，如在斷裂面上有堅固的大塊巖層伸出，能夠阻擋滑動作用，兩盤的相對運動在那里就會受阻，局部的應(yīng)力就越來越集中。一旦超過極限，阻擋的巖塊被粉碎，地震就會發(fā)生。

(2） 火山地震

由于火山噴發(fā)和火山下面巖漿活動而產(chǎn)生的地面振動稱為火山地震。在世界上一些大火山帶都能觀測到與火山活動有關(guān)的地震?；鹕交顒佑袝r相當(dāng)猛烈，但地震波及的地區(qū)多局限于火山附近數(shù)十千米的范圍?；鹕降卣鹪谖覈苌僖?，主要分布在日本、印度尼西亞及南美等地?；鹕降卣鸺s占地震總數(shù)的7%。如1960年5月智利大地震就引起了火山的重新噴發(fā)。

(3） 陷落地震

由于洞穴崩塌、地層陷落等原因發(fā)生的地震，稱為陷落地震。這種地震能量小，震級小，發(fā)生次數(shù)也很少，僅占地震總數(shù)的5%。在巖溶發(fā)育地區(qū)，由于溶洞陷落而引起的地震，危害小，影響范圍不大，為數(shù)亦很少。在一些礦區(qū)，當(dāng)巖層比較堅固完整時，采空區(qū)并不立即塌落，而是待懸空面積相當(dāng)大以后方才塌落，因而造成礦山陷落地震。由于它總是發(fā)生在人煙稠密的工礦區(qū)，對地面上的破壞不容忽視，對安全生產(chǎn)有很大威脅，所以也是地震研究的一個課題。

(4） 激發(fā)地震

在構(gòu)造應(yīng)力原來處于相對平衡的地區(qū)，由于外界力量的作用，破壞了相對穩(wěn)定的狀態(tài)，發(fā)生構(gòu)造運動并引起地震，稱為激發(fā)地震。屬于這種類型的地震有水庫地震、深井注水地震和爆破引起的地震，它們?yōu)閿?shù)甚少。

2) 地震分布

地震并不是均勻分布于地球的各個部分，而是集中于某些特定的條帶上或板塊邊界上。這些地震集中分布的條帶稱為地震活動帶或地震帶。

（1） 世界地震分布

世界范圍內(nèi)的主要地震帶是環(huán)太平洋地震帶與地中海—喜馬拉雅地震帶，它們都是板塊的會聚邊界。

① 環(huán)太平洋地震帶

環(huán)太平洋地震帶沿南北美洲西海岸，向北至阿拉斯加，經(jīng)阿留申群島至堪察加半島，轉(zhuǎn)向西南沿千島群島至日本列島，然后分為兩支，一支向南經(jīng)馬里亞納群島至伊利安島；另一支向西南經(jīng)我國臺灣、菲律賓、印度尼西亞至伊利安島，兩支會合后經(jīng)所羅門至新西蘭。

這一地震帶的地震活動性最強，是地球上最主要的地震帶。全世界80%的淺源地震、90%的中源地震和幾乎全部深源地震集中于此帶，其釋放出來的地震能量約占全球所有地震釋放能量的76%。

② 地中?！柴R拉雅地震帶

主要分布于歐亞大陸，又稱歐亞地震帶。西起大西洋亞速爾島，經(jīng)地中海、希臘、土耳其、印度北部、我國西部與西南地區(qū)，過緬甸至印度尼西亞與環(huán)太平洋地震帶會合。

這一地震帶的地震很多，也很強烈，它們釋放出來的能量約占全球所有地震釋放能量的22%。

我國地處世界上兩大地震活動帶的中間，地震活動性比較強烈，主要集中在以下5個震帶：

A. 東南沿海及臺灣地震帶

以臺灣的地震最頻繁，屬于環(huán)太平洋地震帶。

B. 郯城—廬江地震帶

自安徽廬江往北至山東郯城一線，并越渤海，經(jīng)營口再往北，與吉林舒蘭、黑龍江依蘭斷裂連接。是我國東部的強地震帶。

C. 華北地震帶

北起燕山，南經(jīng)山西到渭河平原，構(gòu)成“S”形的地帶。

D. 橫貫中國的南北向地震帶

北起賀蘭山、六盤山，橫越秦嶺，通過甘肅文縣，沿岷江向南，經(jīng)四川盆地西緣，直達(dá)滇東地區(qū)。為一規(guī)模巨大的強烈地震帶。

E. 西藏—滇西地震帶

屬于地中?！柴R拉雅地震帶。

此外，還有河西走廊地震帶、天山南北地震帶以及塔里木盆地南緣地震帶等。

3） 震源和震中距

地殼或地幔中發(fā)生地震的地方稱為震源。震源在地面上的垂直投影稱為震中。震中可以看做地面上振動的中心，震中附近地面振動最大，遠(yuǎn)離震中地面振動減弱。

　圖5-11　震源、震中、等震線

震源與地面的垂直距離，稱為震源深度（圖5-11）。通常把震源深度在70km以內(nèi)的地震稱為淺源地震，70～300km的稱為中源地震，300km以上的稱為深源地震。目前出現(xiàn)的最深的地震是720km。絕大部分的地震是淺源地震，震源深度多集中于5～20km。中源地震比較少，而深源地震為數(shù)更少。同樣大小的地震，當(dāng)震源較淺時，波及范圍較小，破壞性較大；當(dāng)震源深度較大時，波及范圍雖較大，但破壞性相對較小。多數(shù)破壞性地震都是淺震。深度超過100km的地震，在地面上不會引起災(zāi)害。

地面上某一點到震中的直線距離，稱為該點的震中距。震中距在1000km以內(nèi)的地震通常稱為近震，大于1000km的稱為遠(yuǎn)震。引起災(zāi)害的一般都是近震。圍繞震中的一定面積的地區(qū)，稱為震中區(qū)，它表示一次地震時震害最嚴(yán)重的地區(qū)。強烈地震的震中區(qū)往往又稱為極震區(qū)。在同一次地震影響下，地面上破壞程度相同各點的連線，稱為等震線。繪有等震線的平面圖，稱為等震線圖。

1) 地震波

地震時震源釋放的應(yīng)變能以彈性波的形式向四面八方傳播，這就是地震波。地震波使地震具有巨大的破壞力，也使人們得以研究地球內(nèi)部。地震波包括兩種在介質(zhì)內(nèi)部傳播的體波和兩種限于界面附近傳播的面波。

(1） 體波

體波有縱波與橫波兩種類型。縱波（P波）是由震源傳出的壓縮波，質(zhì)點的振動方向與波的前進(jìn)方向一致，一疏一密向前推進(jìn)，所以又稱疏密波?？v波周期短，振幅小，其傳播速度是所有波當(dāng)中最快的一個，震動的破壞力較小。橫波（S波）是由震源傳出的剪切波，質(zhì)點的振動方向與波的前進(jìn)方向垂直，傳播時介質(zhì)體積不變，但形狀改變。橫波周期較長，振幅較大，其傳播速度較小，約為縱波速度的0.5～0.6倍，但震動的破壞力較大。

(2） 面波

面波（L波）是體波達(dá)到界面后激發(fā)的次生波,只是沿著地球表面或地球內(nèi)的邊界傳播，面波向地面以下迅速消失。面波隨著震源深度的增加而迅速減弱，震源愈深面波愈不發(fā)育。

一般情況下，橫波和面波到達(dá)時振動最強烈。建筑物破壞通常是由橫波和面波造成的。

2) 地震震級與地震烈度

地震能否使某一地區(qū)的建筑物受到破壞，主要取決于地震本身的大小和該區(qū)距震中的遠(yuǎn)近。距震中愈遠(yuǎn)則受到的振動愈弱，所以需要有衡量地震本身大小和某一地區(qū)振動強烈程度的兩個尺度，這就是震級和烈度，它們之間有一定聯(lián)系，但卻是兩個不同的尺度，不能混淆起來。

（1） 地震震級

地震震級是表示地震本身大小的尺度，是由地震所釋放出來的能量大小所決定的。釋放出來的能量愈大則震級愈大。因為一次地震所釋放的能量是固定的，所以每次地震只有一個震級。

地震釋放能量大小可根據(jù)地震波記錄圖的最高振幅來確定。由于遠(yuǎn)離震中波動要衰減，不同地震儀的性能不同，記錄的波動振幅也不同，所以必須以標(biāo)準(zhǔn)地震儀和標(biāo)準(zhǔn)震中距的記錄為準(zhǔn)。

（2） 地震烈度

地震烈度是指某一地區(qū)的地面和各種建筑物遭受地震影響的強烈程度。

震級和烈度既有聯(lián)系又有區(qū)別，它們各有自己的標(biāo)準(zhǔn)，不能混為一談。震級是反映地震本身大小的等級，只與地震釋放的能量有關(guān)；而烈度則表示地面受到的影響和破壞的程度。一次地震只有一個震級，而烈度則各地不同。烈度不僅與震級有關(guān)，同時還與震源深度、震中距以及地震波通過的介質(zhì)條件（如巖石的性質(zhì)、巖層的構(gòu)造等）等多種因素有關(guān)。震級與烈度雖然都是地震的強烈程度指標(biāo)，但烈度對工程抗震來說具有更為密切的關(guān)系。為了表示某一次地震的影響程度或總結(jié)震害與抗震經(jīng)驗，需要根據(jù)地震烈度標(biāo)準(zhǔn)來確定某一地區(qū)的地震烈度。同樣，為了對地震區(qū)的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計，也要求研究預(yù)測某一地區(qū)在今后一定時期的地震烈度，以此作為強度驗算與選擇抗震措施的依據(jù)。

① 基本烈度

基本烈度是指在今后一定時期內(nèi)，某一地區(qū)在一般場地條件下可能遭遇的最大地震烈度?；玖叶人傅牡貐^(qū)，并不是某一具體工程場地，而是指一較大范圍，如一個區(qū)、一個縣或更廣泛的地區(qū)，因此基本烈度又常常稱為區(qū)域烈度。

鑒定和劃分各地區(qū)地震烈度大小的工作，稱為烈度區(qū)域劃分，簡稱烈度區(qū)劃。烈度區(qū)劃不應(yīng)只以歷史地震資料為依據(jù)，而應(yīng)采取地震地質(zhì)與歷史地震資料相結(jié)合的方法進(jìn)行綜合分析，深入研究活動構(gòu)造體系與地震的關(guān)系，才能做到較準(zhǔn)確地區(qū)劃。各地基本烈度定得準(zhǔn)確與否，與該地工程建設(shè)的關(guān)系甚為密切。如烈度定得過高，提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，會造成人力和物力上的浪費；定得過低，會降低設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，一旦發(fā)生較大地震，必然造成損失。

② 場地烈度

場地烈度提供的是地區(qū)內(nèi)普遍遭遇的烈度，具體場地的地震烈度與地區(qū)內(nèi)的平均烈度常常是有差別的。對許多地震的調(diào)查研究表明，在烈度高的地區(qū)內(nèi)可以包含有烈度較低的部分，而在烈度低的地區(qū)內(nèi)也可以包含有烈度較高的部分，也就是常在地震災(zāi)害報道中出現(xiàn)“重災(zāi)區(qū)里有輕災(zāi)區(qū)，輕災(zāi)區(qū)里有重災(zāi)區(qū)”的情況。一般認(rèn)為，這種局部地區(qū)烈度上的差別，主要是受局部地質(zhì)構(gòu)造、地基條件以及地形變化等因素所控制。通常把這些局部性的控制因素稱為小區(qū)域因素或場地條件。

在場地條件中，首先應(yīng)當(dāng)注意的是局部地質(zhì)構(gòu)造。斷裂特征對場地烈度有很大的控制作用。寬大的斷裂破碎帶易于釋放地震應(yīng)力，故其兩側(cè)烈度可能有較大差別。存在活動斷層常是局部地區(qū)烈度增加的主要原因。發(fā)震斷層及其鄰近地段不僅烈度高，而且常有斷裂錯動、地裂縫等出現(xiàn)，故屬于對抗震危險的地段。其次應(yīng)當(dāng)注意的是地基條件，包括地層結(jié)構(gòu)、土質(zhì)類型以及地下水埋藏深度、地表排水條件等。軟弱黏性土層、可液化土層和地層嚴(yán)重不均一的地段以及地下水埋藏較淺、地表排水不良的地段均對抗震不利。再次，地形條件也是不可忽視的。開闊平坦的地形對抗震有利；峽谷陡坡、孤立的山包、突出的山梁等地形對抗震不利。

根據(jù)場地條件調(diào)整后的烈度，在工程上稱為場地烈度。通過專門的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)工作，查明場地條件，確定場地烈度，對工程設(shè)計有重要的意義：a. 有可能避重就輕，選擇對抗震有利的地段布設(shè)路線和橋位；b. 使設(shè)計所采用的烈度更切合實際情況，避免偏高偏低。

③ 設(shè)計烈度

在場地烈度的基礎(chǔ)上，考慮工程的重要性、抗震性和修復(fù)的難易程度，根據(jù)規(guī)范進(jìn)一步調(diào)整，得到設(shè)計烈度，亦稱設(shè)防烈度。設(shè)防烈度是指國家審定的一個地區(qū)抗震設(shè)計實際采用的地震烈度，一般情況下可采用基本烈度。

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）將抗震設(shè)防烈度定為6度～9度，并規(guī)定6度區(qū)建筑以加強結(jié)構(gòu)措施為主，一般不進(jìn)行抗震驗算；設(shè)防烈度為10度地區(qū)的抗震設(shè)計宜按有關(guān)專門規(guī)定執(zhí)行。

3) 場地及地基的評價

在地震基本烈度相同的地區(qū)內(nèi)，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)房屋的結(jié)構(gòu)類型和建筑質(zhì)量基本相同，但各建筑物的震害程度卻有很大的差別。發(fā)生這種現(xiàn)象的主要原因是場地條件所造成的。

(1） 場地及其地質(zhì)條件

① 地形

震害調(diào)查表明，地形對震害有明顯的影響，如孤立突出的小丘和山脊地區(qū)，山地的斜坡地區(qū)、陡岸、河流、湖泊以及沼澤洼地的邊緣地帶等，均會使震害加劇、烈度提高。

② 斷層

斷層是地質(zhì)構(gòu)造上的薄弱環(huán)節(jié)，多數(shù)淺源地震均與斷層活動有關(guān)。一些具有潛在地震活動的發(fā)震斷層，地震時會出現(xiàn)很大錯動，對工程建設(shè)的破壞很大。一些與發(fā)震斷層有一定聯(lián)系的非發(fā)震斷層，由于受到發(fā)震斷層的牽動和地震傳播過程中產(chǎn)生的變異，也可能造成高烈度異常現(xiàn)象。

③ 場地土質(zhì)條件

場地土是指在較大和較深范圍內(nèi)的土和巖石。場地土質(zhì)對震害的影響是很明顯的，主要是基巖上面覆蓋土層的土質(zhì)及其厚度。

根據(jù)日本在東京灣及新宿布置的4個不同深度的鉆孔觀測資料表明：地面的水平最大加速度大于地下深度110～150m處的水平最大加速度。土層的放大系數(shù)與土層的土質(zhì)密切相關(guān)，其比值為：巖土為1.5，砂土為1.5～3.0，軟黏土為25～3.5。填土層對地表運動有較大的放大作用。

另外，震害程度隨覆蓋土層厚度的增加而加重。

(2） 場地土的類型

建筑所在場地土的類型，可根據(jù)土層剪切波速劃分成4類（見表5-1）。

表5-1　場地土的類型劃分

注：vs為土層平均剪切波速，取地面以下15m且不深于場地覆蓋層厚度范圍內(nèi)各土層剪切波速，按土層厚度加權(quán)的平均值。

(3) 建筑場地類別

場地類別是根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度進(jìn)行劃分的。

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2001)規(guī)定汶川、都江堰、什邡、綿竹、安縣、北川、青川等地的抗震設(shè)計烈度是7度，但2008年汶川8級地震的實際烈度最高11度，差別甚大；隨后，2012年《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》明文規(guī)定玉樹結(jié)古鎮(zhèn)的抗震設(shè)計烈度為7度，玉樹7.1級地震的烈度則是9度，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離實際，導(dǎo)致了災(zāi)難性地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

1) 建筑工程常見震害

地震時，由于土質(zhì)因素使震害加重的現(xiàn)象主要有：地基的振動液化；軟土的震陷；滑坡及地裂。

(1) 地基的液化

地基土的液化主要發(fā)生在飽和的粉砂、細(xì)砂和粉土中，其宏觀現(xiàn)象是地表開裂、噴砂、冒水，從而引起滑坡和地基失效，引起上部建筑物下陷、浮起、傾斜、開裂等震害現(xiàn)象。產(chǎn)生液化的原因是由于在地震的短暫時間內(nèi)，孔隙水壓力驟然上升且來不及消散，有效應(yīng)力降低至零，土體呈現(xiàn)出近乎液體的狀態(tài)，強度完全喪失，即所謂液化。

(2) 軟土的震陷

地震時，地面產(chǎn)生巨大的附加下沉，稱為震陷，此種現(xiàn)象往往發(fā)生在松砂或飽和軟黏土和淤泥質(zhì)土層中。

產(chǎn)生震陷的原因有多種。A. 松砂的震密；B. 排水不良的飽和粉砂、細(xì)砂和粉土，由于振動液化而產(chǎn)生噴砂冒水，從而引起地面下陷；C. 淤泥質(zhì)軟黏土在振動荷載作用下，土中應(yīng)力增加，同時土的結(jié)構(gòu)受到擾動，強度下降，使已有的塑性區(qū)進(jìn)一步開展，土體向兩側(cè)擠出而引起震陷。

土的震陷不僅使建筑物產(chǎn)生過大的沉降，而且產(chǎn)生較大的差異沉降和傾斜，影響建筑物的安全與使用。

(3) 地震滑坡和地裂

地震導(dǎo)致滑坡的原因，簡單地可以這樣認(rèn)識：一方面是地震時邊坡受到了附加慣性力，加大了下滑力；另一方面是土體受震趨密使孔隙水壓力升高，有效應(yīng)力降低，減小了阻滑力。地質(zhì)調(diào)查表明，凡發(fā)生過滑坡的地區(qū)，地層中幾乎都夾有砂層。在均質(zhì)黏土中，尚未有過關(guān)于地震滑坡的實例。

地震時往往出現(xiàn)地裂。地裂有兩種：一種是構(gòu)造性地裂，這種地裂雖與發(fā)震構(gòu)造有密切關(guān)系，但它并不是深部基巖構(gòu)造斷裂直接延伸至地表形成的，而是較厚覆蓋土層內(nèi)部的錯動；另一種是重力式地裂，它是由于斜坡滑坡或上覆土層沿傾斜下臥層層面滑動而引起的地面張裂，這種地裂在河岸、古河道旁以及半挖半填場地最容易出現(xiàn)。

2） 建筑工程防震原則

(1) 建筑場地的選擇

在地震區(qū)建筑，確定場地與地基的地震效應(yīng)，必須進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，從地震作用的角度將建筑場地劃分為對抗震有利、不利和危險地段。這些不同地段的地震效應(yīng)及防震措施有很大差異。進(jìn)行工程地質(zhì)勘察工作時，查明場地地基的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件對建筑物抗震的影響，當(dāng)設(shè)計烈度為7度或7度以上，且場地內(nèi)有飽和砂土或粒徑大于0.05mm的顆粒占總重4%以上的飽和黏土?xí)r，應(yīng)判定地震作用下有無液化的可能性；當(dāng)設(shè)計烈度為8度或8度以上且建筑物的巖石地基中或其鄰近有構(gòu)造斷裂時，應(yīng)配合地震部門判定是否屬于發(fā)震斷裂（發(fā)震斷層）?？傊?，勘探工作的重點在于查明對建筑物抗震有影響的土層性質(zhì)、分布范圍和地下水的埋藏深度?？碧娇椎纳疃瓤筛鶕?jù)場地設(shè)計烈度及建筑物的重要性確定，一般為15～20m。利用工程地質(zhì)勘察成果，綜合考慮地形地貌、巖土性質(zhì)、斷裂以及地下水埋藏條件等因素，即可劃分對建筑物抗震有利、不利和危險等地段。

對建筑物抗震有利的地段是地形平坦或地貌單一的平緩地、場地土屬Ⅰ類或堅實均勻的Ⅱ類、地下水埋藏較深等地段。這些地段地震時影響較小，應(yīng)盡量選擇作為建筑場地和地基。

對建筑物抗震不利的地段：一般為非巖質(zhì)（包括膠結(jié)不良的第三系）陡坡、帶狀突出的山脊、高聳孤立的山丘、多種地貌交接部位、斷層河谷交叉處、河岸和邊坡坡緣及小河曲軸心附近；地基持力層在平面分布上有軟硬不均地段（如古河道、斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷及半填半挖地基等）；場地土屬Ⅲ類；可溶化的土層；發(fā)震斷裂與非發(fā)震斷裂交會地段；小傾角發(fā)震斷裂帶上盤；地下水埋藏較淺或具有承壓水地段。這些地段，地震時影響大，建筑物易遭破壞，選擇建筑場地和地基應(yīng)盡量避開。

對建筑物危險的地段：一般為發(fā)震斷裂帶及地震時可能引起山崩、地陷、滑坡等地段。這些地段，地震時可能造成災(zāi)害，不應(yīng)進(jìn)行建筑。

在一般情況下，建筑物地基應(yīng)盡量避免直接用液化的砂土作持力層，不能做到時，可考慮采取以下措施：

① 淺基

如果可液化砂土層有一定厚度的穩(wěn)定表土層，這種情況下可根據(jù)建筑物的具體情況采用淺基，用上部穩(wěn)定表土層作持力層。

② 換土

如果基底附近有較薄的可液化砂土層，采用換土的辦法處理。

③ 增密

如果砂土層很淺或露出地表且有相當(dāng)厚度，可用機械方法或爆炸方法提高密度。

④ 采用筏片基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)

研究表明，整體較好的筏片基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)，對于在液化地基及軟土地基上提高基礎(chǔ)的抗震性能有顯著作用。它們可以較好地調(diào)整基底壓力，有效地減輕因大量振陷而引起的基礎(chǔ)不均勻沉降，從而減輕上部建筑的破壞。樁基也是液化地基上抗震良好的基礎(chǔ)型式。樁長應(yīng)穿過可液化的砂土層，并有足夠的長度伸入穩(wěn)定的土層。但是，對樁基應(yīng)注意液化引起的負(fù)摩擦力，以及由于基礎(chǔ)四周地基下沉使樁頂土體與樁頂脫開，樁頂受剪和嵌固點下移的問題。

（2） 軟土及不均勻地基

軟土地基地震時的主要問題是產(chǎn)生過大的附加沉降，而且這種沉降常是不均勻的。地震時，地基的應(yīng)力增加，土的強度下降，地基土被剪切破壞，土體向兩側(cè)擠出，致使房屋大量沉降、傾斜、破壞。其次，厚的軟土地基的卓越周期較長，振幅較大，振動持續(xù)的時間也較長，這些對自振周期較長的建筑物不利。

軟土地基設(shè)計時要合理地選擇地基承載力，基底壓力不宜過大，同時應(yīng)增加上部結(jié)構(gòu)的剛度。軟土地基上采用片筏基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，抗震效果較好。不均勻地基一般指軟硬不均的地基，如前面已提到的半挖半填、軟硬不均的巖土地基以及暗埋的溝坑塘等，這類地基上建筑物的震害都比較嚴(yán)重，建筑應(yīng)避開這些地區(qū)，否則應(yīng)采取有效措施。

應(yīng)當(dāng)指出，建筑物的防震，在地震烈度小于5度的地區(qū)，建筑不需特殊考慮，因為在一般條件下影響不大。在6度的地震區(qū)（建造于Ⅳ類場地上較高的高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)除外），則要求建筑物施工質(zhì)量要好，用質(zhì)量較好的建筑材料，并滿足抗震措施要求。在7～9度的地震區(qū)，建筑物必須根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010)進(jìn)行抗震設(shè)計。

1） 地基承載力的基本概念

地基承載力是指地基所能承受的由建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)傳來的荷載能力。地基承載力必須滿足兩個基本條件：①保證地基受荷后不會使地基發(fā)生破壞而喪失穩(wěn)定；②地基變形不超過建（構(gòu)）筑物對地基要求的變形值。在建筑物的荷載作用下，地基產(chǎn)生變形。隨著荷載的增加變形也增大，當(dāng)荷載達(dá)到或超過某個臨界值時，地基中產(chǎn)生塑性變形，最終導(dǎo)致地基破壞。顯而易見，地基承受荷載的能力是有限的。我們把單位面積上地基能承受的最大極限荷載能力稱為地基極限承載力。可以想象，在建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計時，為了確保建筑物的安全和地基的穩(wěn)定性，不能以地基能承受的最大極限荷載作為設(shè)計用地基承載力，必須限定建筑物基礎(chǔ)底面的壓力不超過規(guī)定的地基承載力，即地基承載力特征值。地基承載力特征值指由載荷試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形內(nèi)規(guī)定的變形所對應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值。

2） 持力層和地基均勻性

地基是直接支承建（構(gòu)）筑物重量的地層，有天然地基與人工地基之分。天然地基是未經(jīng)加固的地基，基礎(chǔ)直接砌置其上；人工地基是經(jīng)人工加固處理后的地基，若基礎(chǔ)埋置深度小于5m時稱為淺基，基礎(chǔ)埋置深度等于或大于5m時稱為深基?；A(chǔ)指的是建（構(gòu)）筑物在地下直接與地基相接觸的部分。圖5-12給出了地基與基礎(chǔ)的示意圖。

圖5-12　地基與基礎(chǔ)的示意圖

地基穩(wěn)定性研究是各種建筑物與構(gòu)筑物巖土工程勘察與設(shè)計中的最主要任務(wù)。

持力層是指地基中直接支持建（構(gòu)）筑物荷載的巖土層。持力層應(yīng)選擇承載能力強、變形小以及有利于建（構(gòu)）筑物和地基穩(wěn)定的巖土層。

一般建（構(gòu)）筑物承受均勻沉降不會有多大損壞。然而，過大的沉降量和不均勻沉降對建（構(gòu)）筑物來說都是不利的。這要求地基具有一定的均勻性。地基均勻性的判定標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)當(dāng)基礎(chǔ)不能全部以人工填土作為持力層時，持力層層面變化較大，這時不能將基礎(chǔ)一邊放在填土上，一邊放在天然土層上。當(dāng)持力層層面坡度大于10%時，可視為不均勻地基，此時可加深基礎(chǔ)埋深，使其超過持力層最低層面的深度。

(2)地基持力層和第一下臥層在基礎(chǔ)寬度（b）方向上，地層厚度的差值小于0.05b時，可視為均勻地基；當(dāng)大于0.05b時，應(yīng)計算橫向傾斜是否滿足要求。

(3)衡量地基土壓縮性的不均勻性，以壓縮層內(nèi)各土層壓縮模量為評價依據(jù)。

① 當(dāng)S1、S2的平均值小于10MPa時，符合下式要求的為均勻地基。

S1-S2＜(S1+S2)/25

② 當(dāng)S1、S2的平均值大于10MPa時，符合下式要求的為均勻地基。

S1-S2＜(S1+S2)/20

式中：S1、S2——分別為基礎(chǔ)寬度方向上壓縮層范圍內(nèi)壓縮模量按厚度加權(quán)平均值（MPa），取大者為S1，小者為S2。

③ 不滿足上述兩式要求時，為不均勻地基。

3） 地基承載力特征值的確定方法

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2002）規(guī)定：地基承載力特征值可由載荷試驗或其他原位測試、公式計算并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗等方法綜合確定。

（1） 載荷試驗（淺層平板載荷試驗和深層平板載荷試驗）

載荷試驗法是指在建筑物場址進(jìn)行的原位試驗方法。重要的建筑物多由載荷試驗確定地基承載力，遇到地質(zhì)條件復(fù)雜的場地，也多用載荷試驗確定承載力，因為由試驗測得的數(shù)據(jù)能真實反映地基的性質(zhì)。

載荷試驗是由載荷板向地基上傳遞壓力，觀測壓力與地基土沉降之間的關(guān)系，得到壓力p與沉降s曲線，由p-s確定地基承載力，見圖5-13。

圖5-13　載荷板荷載—沉降曲線圖

地基土淺層平板載荷試驗適用于確定淺部地基土層的承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的承載力。承壓板面積不應(yīng)小于0.25m2，對于軟土不應(yīng)小于0.5m2。試驗基坑寬度不應(yīng)小于承壓板寬度或直徑的3倍。應(yīng)保持試驗土層的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度。宜在擬試壓表面用粗砂或中砂層找平，其厚度不超過20mm。加荷分級不應(yīng)少于8級。最大加載量不應(yīng)小于設(shè)計要求的2倍。每級加載后,按間隔10min、10min、10min、15min、15min，以后每隔半小時測讀一次沉降量。當(dāng)在連續(xù)兩小時內(nèi)每小時的沉降量小于0.1mm時，則認(rèn)為已趨穩(wěn)定,可加下一級荷載。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，即可終止加載：

① 承壓板周圍的土明顯地側(cè)向擠出。

② 沉降s急驟增大，荷載—沉降(p-s)曲線出現(xiàn)陡降段。

③ 在某一級荷載下，24小時內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定。

④ 沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06。

當(dāng)滿足前3種情況之一時，其對應(yīng)的前一級荷載定為極限荷載。

承載力特征值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定：

① 當(dāng)p-s曲線上有比例界限時，取該比例界限所對應(yīng)的荷載值。

② 當(dāng)極限荷載小于對應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時，取極限荷載值的一半 。

③ 當(dāng)不能按上述兩款要求確定時，當(dāng)承壓板面積為0.25～0.50m2時，可取s/b=0.01～0.015所對應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。

④ 同一土層參加統(tǒng)計的試驗點不應(yīng)少于3點，當(dāng)試驗實測值的極差不超過其平均值的30%時，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值fak。

（2） 靜力觸探試驗

靜力觸探試驗是將一個特制的金屬探頭用壓力裝置壓入土中，由于土層的阻力，使探頭受到一定的壓力，土層強度高，探頭受到的壓力大，通過探頭內(nèi)部的壓力傳感器，測出土層對探頭的比貫入阻力(ps)。探頭貫入阻力的大小及變化反映了土層強度的大小與變化。

靜力觸探試驗適用于軟土、一般黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。靜力觸探可根據(jù)工程需要采用單橋探頭、雙橋探頭或帶孔隙水壓力量測的單、雙橋探頭，可測定比貫入阻力(ps)、錐尖阻力(qc)、側(cè)壁摩阻力(fs)和貫入時的孔隙水壓力(u)。

為了利用靜力觸探試驗確定地基承載力，實踐中都是利用靜力觸探比貫入阻力(ps)與載荷試驗求得的比例界限值進(jìn)行對比或者與后面敘述的按規(guī)范查表所得的承載力相對比，建立比貫入阻力與天然地基容許承載力的相關(guān)關(guān)系，再由靜力觸探測得土層的比貫入阻力即可確定該土層的承載力值。

（3） 公式計算

當(dāng)偏心距e小于或等于0.033倍基礎(chǔ)底面寬度時，根據(jù)土的抗剪強度指標(biāo)確定地基承載力特征值可按下式計算，并應(yīng)滿足變形要求：

fa=γbMb+γmdMd+ckMc

（5-1）

式中:fa——由土的抗剪強度指標(biāo)確定的地基承載力特征值；

　Mb,Md,Mc——承載力系數(shù)，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 5008—2012)表5.2.5確定；

　b——基礎(chǔ)底面寬度，大于6m時按6m取值，對于砂土小于3m時按3m取值；

　ck——基底下1倍短邊寬深度內(nèi)土的黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值；

　γ——基礎(chǔ)底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；

　d——基礎(chǔ)埋置深度（m）；

　γm——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度。

1) 地基不均勻下沉和變形過大

地基不均勻下沉和變形過大是地基基礎(chǔ)工程中最常見的兩種變形。地基土強度低、壓縮性大，通常是產(chǎn)生下沉的重要原因。特殊土的不良工程性質(zhì)也是造成修建在該類土層上的工程建筑物下沉變形的重要原因。膨脹土具有遇水膨脹、失水收縮的特性，只要地基土中水分發(fā)生變化，膨脹土地基就產(chǎn)生脹縮變形，從而導(dǎo)致建筑物變形甚至破壞。濕陷性黃土質(zhì)地疏松，大孔隙發(fā)育，富含可溶鹽，浸水后結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生濕陷。飽水的粉砂地基在地震作用下突然液化也是引起地基下沉、變形的一個重要原因。地基土層厚度變化較大，或基礎(chǔ)置于不同巖、土層地基上均可造成地基不均勻下沉，導(dǎo)致建筑物傾斜甚至倒塌。

2) 地基的滑移、擠出

發(fā)生地基滑移、擠出的實質(zhì)是地基強度不足，出現(xiàn)剪切破壞。它們多發(fā)生在軟弱的地基土或具有滑移條件、產(chǎn)狀不利的軟弱巖層中。

1941年修建的加拿大特朗斯康谷倉是建筑工程著名的軟弱地基發(fā)生破壞的例子，因設(shè)計時忽略了持力層下部的軟弱土層，在建成后第一次裝料時就發(fā)生整體傾倒。

3) 地基的剪切破壞

工程實踐表明，地基因強度不足而發(fā)生的破壞都是剪切破壞。土是由氣體、水和固體碎屑顆粒構(gòu)成的三相體，土顆粒之間的聯(lián)結(jié)強度遠(yuǎn)低于顆粒自身的強度，不能承受拉力。

當(dāng)?shù)鼗鶐r、土層中某一點的任意一個平面上剪應(yīng)力達(dá)到或超過它的抗剪強度時，這部分巖、土體將沿著剪應(yīng)力作用方向相對于另一部分地基巖、土體發(fā)生相對滑動，開始剪切破壞。一般來說，在外荷載不太大時，地基中只有個別點位上的剪應(yīng)力超過其抗剪強度，也就是局部剪切破壞常發(fā)生在基礎(chǔ)邊緣處。隨著外荷載的增大，地基中的剪切破壞由局部點位擴大到相互貫通，形成一個連續(xù)的剪切滑動面地基變形增大，基礎(chǔ)兩側(cè)或一側(cè)地基向上隆起，基礎(chǔ)突然下陷，地基發(fā)生整體剪切破壞，見圖5-14。

圖5-14　地基剪切破壞

巖溶與土洞對地基穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的主要問題是：在地基主要受力層范圍內(nèi)有溶洞或土洞等洞穴，當(dāng)施加附加荷載或振動荷載后，洞頂坍塌，使地基突然下沉。對洞穴頂板穩(wěn)定性評價可根據(jù)洞穴空間是否填滿而定。

巖溶與土洞對地基穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在以下3個方面：

(1) 在地基主要受力層范圍內(nèi)有溶洞或土洞等洞穴，當(dāng)施加附加荷載或振動荷載后，洞頂坍塌，使地基突然下沉，造成對地基承載能力的破壞。對洞穴頂板穩(wěn)定性的評判可依據(jù)洞穴空間是否填滿而定。主要表現(xiàn)在以下兩個方面：

① 洞穴空間自行填滿時，頂板厚度大于塌落厚度，地基是穩(wěn)定的，常見有頂板為中厚層、薄層，裂隙發(fā)育、易風(fēng)化的軟弱巖層，頂板有坍塌可能的溶洞。

② 洞穴空間不能自行填滿或洞穴頂板下面脫空時，則要驗算頂板的力學(xué)穩(wěn)定性。

(2) 地表巖溶有溶槽、石芽、漏斗等，造成基巖起伏較大，并且在凹面處往往有軟土層分布，因而使地基不均勻。老基礎(chǔ)埋置在基巖上，其附近有溶溝，豎向巖溶裂隙、落水洞等，有可能使基礎(chǔ)下巖層沿傾向臨空面的軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動。

(3) 凡是巖溶地區(qū)有第四紀(jì)土層分布地段，要注意土洞發(fā)育的可能性，應(yīng)查明建筑場地內(nèi)土洞成因、形成條件，土洞的位置、埋深、大小以及與土洞發(fā)育有關(guān)的溶洞、溶溝（槽）的分布，研究地表土層的塌陷規(guī)律。

在塌陷區(qū)選擇建（構(gòu)）筑物的地基時，應(yīng)盡量遵循下列經(jīng)驗：

① 建筑場地應(yīng)選擇在地勢較高的地段。

② 建筑場地應(yīng)選擇在地下水最高水位低于基巖面的地段。

③ 建筑場地應(yīng)與抽、排水點有一定距離，建（構(gòu)）筑物應(yīng)設(shè)置在降落漏斗半徑之外。如在降落漏斗半徑范圍內(nèi)布置建筑物時，需控制地下水的降深值，使動水位不低于上覆土層底部或穩(wěn)定在基巖面以下，即不使其在土層底部上下波動。

④ 建（構(gòu)）筑物一般應(yīng)避開抽水點地下水主要補給的方向，但當(dāng)?shù)叵滤拭}狀流時，下游亦可能產(chǎn)生塌陷。

從我國多次強震中遭受破壞的建筑來看，發(fā)現(xiàn)有些房屋是因地基的原因而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的破壞。這類出問題的地基多半為液化地基、易發(fā)生震陷的軟弱黏土地基或不均勻地基，大量的一般性地基是具有良好的抗震能力的。冶金部建筑研究總院劉惠珊等（1980）曾對地基震害原因進(jìn)行了研究，并將地基震害原因作了統(tǒng)計（見表5-2）。統(tǒng)計結(jié)果表明，在平原地區(qū)液化和軟土震陷居多，在山區(qū)則以不均勻地基和液化為多?？梢姷鼗鸷σ夯蚴亲钪饕?。

1) 液化層的判別

飽和土液化的原因在于振動下土體積收縮和土體排水不暢，孔隙水壓力上升，導(dǎo)致有效應(yīng)力降低之故。因此影響液化的主要因素有振動強度、透水性、密度、黏性、靜應(yīng)力狀態(tài)等。當(dāng)?shù)鼗鶅?nèi)存在如下土層的特點時應(yīng)注意：

表5-2　地基震害原因統(tǒng)計表

續(xù)表5-2

（1） 若土的密度大，則振動下體積收縮的趨勢小，不易液化。很密的土甚至?xí)袼?，體積有變大的趨勢，此時土內(nèi)的孔隙水壓力不僅不增加，反而成為負(fù)值，土由外部向孔隙中吸水，土粒上的有效應(yīng)力增大。

（2） 當(dāng)土的滲透性不好，則不易排水，孔隙水壓力得以增大，因此易于液化。

（3） 若土的黏性大，則在有效應(yīng)力消失時土粒還可依賴黏聚力來聯(lián)系，不致使骨架崩潰，因此黏性大的土不易液化。

（4） 若土受的有效應(yīng)力大，或土層埋深大，則需要較高的孔隙水壓力，故比受力小的土更難液化。

（5） 振動強度增大至一定程度時會產(chǎn)生液化。一般經(jīng)驗認(rèn)為：地震烈度在6度及其以下的地區(qū)很少發(fā)現(xiàn)液化造成的噴水冒砂現(xiàn)象。

綜上所述，在一般的地震強度下（烈度6～9度，地面最大振動加速度平均值為0.1～0.4g），飽和的松至中密的砂和粉土是最常見的液化土。因為這類土透水性差，黏性小，密度差且埋藏較淺。礫石、干砂、黏性土、黃土等在7～9度的地震烈度下通常不會液化，一般作為非液化土。

在工程地質(zhì)勘察中，液化層通常采用原位測試方法來判別。

① 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別

凡初判為可能液化或需考慮液化影響時，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗進(jìn)一步確定其是否液化。當(dāng)飽和砂土或粉土實測標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N63.5值小于式（5-2）確定的臨界值Ncr時，則應(yīng)判為液化土，否則為不液化土。凡判別為可液化土層，應(yīng)按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定確定其液化指數(shù)和液化等級。

（5-2）

式中:ds——飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點深度（m）；

　dw——地下水位深度（m）；

　ρc——飽和土的粘粒含量百分率，當(dāng)ρc（%）＜3時，取ρc=3；

　N0——飽和土液化判別的基準(zhǔn)貫入擊數(shù)，可按表5-3采用。

表5-3　液化判別基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N0值

② 靜力觸探試驗判別

當(dāng)采用靜力觸探試驗時，飽和砂土和粉土進(jìn)行液化判別可按式（5-3）和（5-4）來計算：

pscr=pso·aw·au·ap

（5-3）

pccr=poo·aw·au·ap

（5-4）

式中:pscr、pccr——分別為飽和土靜力觸探液化比貫入阻力臨界值和錐尖阻力臨界值（MPa）；

　pso、pco——分別為地下水位深度dw=2m，上覆非液化土層厚度du=2m時，飽和土液化臨界貫入阻力和臨界錐尖阻力（MPa），可按表5-4取值；

　aw——地下水位影響系數(shù)，按式（5-5）計算；

　au——上覆非液化土層影響系數(shù)，按式（5-6）計算，對于深基礎(chǔ)，au=1；

aw=1-0.065（dw-2）

（5-5）

au=1-0.05（du-2）

（5-6）

　du——上覆非液化土層厚度，計算時需將淤泥與淤泥質(zhì)土層厚度扣除（m）；

　ap——土性綜合影響系數(shù)，按表5-5取值。

表5-4　液化判別pso及pco值

表5-5　土性綜合影響系數(shù)ap值

2) 斷層帶對地基穩(wěn)定性的影響

地震可能使地層內(nèi)發(fā)生斷裂或已有的斷層復(fù)活，這對地基穩(wěn)定性是有影響的。對于勘察和設(shè)計人員而言，必須關(guān)心與查清下列問題：斷層是活動的還是非活動的；斷層的類型及其活動方式；斷層形成的時間；斷層活動和破碎帶對工程的影響等。

工程地質(zhì)勘察中應(yīng)提出場地和地基的斷裂類型、特點及其活動性，并按下列斷裂的地震影響進(jìn)行分類：

(1) 全新活動斷裂

全新活動斷裂是指在全新世地質(zhì)時期（1萬年）內(nèi)有過較強烈的地震活動或近期正在活動，在將來（今后100年）可能繼續(xù)活動的斷裂。按其活動強度可將全新活動斷裂分為強烈的、中等的和微弱的級別，其特征如表5-6所示。

表5-6　全新活動斷裂分級

(2) 發(fā)震斷裂

發(fā)震斷裂是指在全新活動斷裂中，近期（近500年來）地震活動中，震級M≥5的震源所在的斷裂；在未來的100年內(nèi)，可能發(fā)生M≥5級地震的斷裂。

(3) 非全新活動斷裂

非全新活動斷裂是指1萬年以來沒有發(fā)生過任何形式活動的斷裂。

(4) 地裂

地裂可分為構(gòu)造性地裂和重力性（非構(gòu)造性）地裂兩種。

① 構(gòu)造性地裂

構(gòu)造性地裂是指在強烈地震作用下，在地面出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的以水平位錯為主的構(gòu)造性斷裂，為強烈地震動的產(chǎn)物，與震源沒有直接聯(lián)系。地裂縫最大值出現(xiàn)在地表，并隨深度增加而逐漸消失，受震源機制控制并與發(fā)震斷裂走向吻合，具有明顯的繼承性和重復(fù)性。

② 重力性（非構(gòu)造性）地裂

重力性地裂是指由于地基土地震液化、滑移、地下水位下降造成地面沉降等原因在地面形成沿重力方向產(chǎn)生的無水平錯位的張性地裂縫。

非活動斷裂對建筑的影響較小。在過去較長時期內(nèi)，人們曾對破碎帶附近的地震反應(yīng)是否加強心存疑慮。經(jīng)過國內(nèi)外多次的震害調(diào)查，已弄清非活動斷裂附近建（構(gòu)）筑物的震害大多并不比其他地方明顯加重，因此沒有必要專門避開這一地區(qū)。但斷層破碎帶如果出現(xiàn)在距地表不遠(yuǎn)的深度，則帶來地基上均勻性差的問題，要求對跨越破碎帶的房屋地基與基礎(chǔ)設(shè)計按不均勻地基來對待，以避免地震時的不均勻震陷和上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)復(fù)雜化等不利影響。如有可能，則不應(yīng)將建筑物跨越斷層破碎帶。

對于活動（發(fā)震）斷裂，可將其分為非破壞性的與破壞性的。非破壞性發(fā)震斷裂的震級一般M＜5.5，能產(chǎn)生小震與巖土的蠕動，在工程使用期間內(nèi)可能會出現(xiàn)地表位移。故宜將建（構(gòu)）筑物布置在一定距離以外。如為重要建筑物或高層建筑，避開距離應(yīng)在300m之外。但當(dāng)?shù)谒募o(jì)覆蓋層大于20m時，其避開距離可適當(dāng)縮小。破壞性發(fā)震斷裂的震級一般M＞5.5。由于斷裂側(cè)巖層的錯動突然，且錯動的距離大，一般以1～2m者居多，這樣大的錯距使一般結(jié)構(gòu)無法承受，故應(yīng)避開至影響范圍之外。若第四紀(jì)覆蓋層厚度大于50m，則地表一般無錯位，這對建（構(gòu)）筑物的不利影響將大為減少。

在山區(qū)建筑中，建（構(gòu)）筑物經(jīng)常選在斜坡上或斜坡頂或斜坡腳或鄰近斜坡地區(qū)，斜坡的穩(wěn)定性將會影響建（構(gòu)）筑物的地基穩(wěn)定和建（構(gòu)）筑物的安全與使用。如圖5-15所示，斜坡內(nèi)潛伏有一弧形滑面,它是過去滑坡滑面的遺跡。目前從表面看來似乎是一個完整的斜坡。如果忽視了斜坡過去曾發(fā)生過巖土體滑動，或者沒有勘察清楚斜坡的滑坡遺跡，設(shè)計人員將基礎(chǔ)放在坡頂或坡腳，那么圖5-15中基礎(chǔ)Ⅰ和基礎(chǔ)Ⅱ的安全性值得懷疑。如果滑坡復(fù)活，將導(dǎo)致基礎(chǔ)失穩(wěn)。基礎(chǔ)Ⅰ無疑增加了滑坡的下滑力（或力矩），對斜坡顯然不利?；A(chǔ)Ⅱ雖然位于坡腳，但起到了壓腳的作用，即增加了抗滑力（或力矩），因此對斜坡穩(wěn)定作用有利。但是，一旦滑坡復(fù)活，基礎(chǔ)土也隨著失效。由此可見，為確?；A(chǔ)穩(wěn)定，最安全的方法是將基礎(chǔ)位置移到滑弧影響帶之外，即基礎(chǔ)Ⅰ要增大距離a至滑弧之外，基礎(chǔ)Ⅱ同樣要增大距離a至滑弧之外，使其位于滑弧之外有足夠的空間位置，使下滑的滑體對基礎(chǔ)達(dá)不到推壓的作用?？梢?，斜坡的穩(wěn)定性是基礎(chǔ)選址的關(guān)鍵。工程地質(zhì)工作應(yīng)對斜坡的穩(wěn)定性作出評價。為此，工程地質(zhì)勘察應(yīng)對下列問題作出分析和評估。

圖5-15　基礎(chǔ)位于坡頂和坡腳位置圖

1) 斜坡穩(wěn)定性因素分析

（1） 黏性土類斜坡

均一的黏性土類斜坡的穩(wěn)定性，主要取決于黏性土的性質(zhì)（密度、濕化性、抗剪強度）、地下水及地表水的活動。當(dāng)為雙層或多層結(jié)構(gòu)時，還取決于層面的性質(zhì)和軟弱夾層的分布。當(dāng)有裂隙存在時，裂隙的分布規(guī)律和發(fā)育程度對斜坡的穩(wěn)定也有影響。

（2） 碎石類斜坡

碎石類斜坡的穩(wěn)定性取決于碎石粒徑的大小和形狀及膠結(jié)情況和密實程度。在山區(qū)，碎石類土一般均含有黏性土或黏性土夾層，其穩(wěn)定性主要取決于黏性土的性質(zhì)與地下水活動情況。

當(dāng)黏性土或碎石類土與基巖接觸構(gòu)成斜坡時，其穩(wěn)定性取決于接觸面的形狀、坡度的大小、地下水在接觸面的活動以及基巖面的風(fēng)化情況。

（3） 黃土類斜坡

黃土類斜坡的穩(wěn)定性取決于土層的密實程度和地層年代、成因，不同時期黃土的接觸情況，地形地貌和水文地質(zhì)條件，黃土本身陷穴、裂隙發(fā)育程度，主要力學(xué)指標(biāo)的變化幅度，氣候條件，地震影響以及河流沖刷等因素。

（4） 巖石類斜坡

巖石類斜坡的穩(wěn)定性主要取決于結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及其空間的組合以及結(jié)構(gòu)體的性質(zhì)及其立體形式。

2） 邊坡穩(wěn)定性分析

邊坡是指建（構(gòu)）筑物近旁的天然斜坡或經(jīng)人工開挖后的斜坡。邊坡穩(wěn)定性分析的目的在于根據(jù)工程地質(zhì)條件確定邊坡斷面的合理尺寸（即容許坡度和高度），或驗算擬定的斷面尺寸是否穩(wěn)定和合理。

邊坡穩(wěn)定分析中多采用穩(wěn)定系數(shù)（K）來表征邊坡的穩(wěn)定程度，穩(wěn)定系數(shù)一般都取大于1。新設(shè)計的邊坡，對工程安全等級為一級的邊坡工程，K值宜采用1.30～1.50；工程安全等級為二級的邊坡工程，宜采用1.15～1.30；工程安全等級為三級的邊坡工程，宜采用1.05～1.15。當(dāng)邊坡采用峰值抗剪強度參數(shù)設(shè)計時，K取大值；采用殘余抗剪強度參數(shù)設(shè)計時，K取小值。在驗算已有邊坡的穩(wěn)定性時，K值可采用1.10～1.25。

常用的邊坡穩(wěn)定分析方法有工程地質(zhì)類比法及極限平衡計算法等。

地下工程是指建筑在地面以下及山體內(nèi)部的各類建（構(gòu)）筑物，如地下交通運輸用的鐵道和公路隧道、地下鐵道等；地下工業(yè)用房的地下工廠、電站和變電所及地下礦井巷道、地下輸水隧洞等；地下儲存庫房用的地下車庫、油庫、水庫和物資倉庫等；地下生活用房利用周圍介質(zhì)的有利功能，如把圍巖改造成洞室本身的支護結(jié)構(gòu)，發(fā)揮圍巖的自承能力。由此可見，為確保地下洞室的安全和使用，應(yīng)研究圍巖的穩(wěn)定性和自承能力而出現(xiàn)的地質(zhì)問題。一般來說，地下工程所要解決的主要工程地質(zhì)問題有以下方面：

（1） 在選擇地下建筑工程位置時，判定擬建工程的區(qū)域穩(wěn)定性和山體巖體的穩(wěn)定性（包括洞口邊坡穩(wěn)定和洞身巖體的穩(wěn)定）。這時，一般多從擬建洞室山體的地形、地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件以及其他影響建洞的不良地質(zhì)現(xiàn)象等方面來判定巖體的穩(wěn)定性。

（2） 在已選定的工程位置上判定地下建筑工程所在巖體的穩(wěn)定性。這個階段除進(jìn)行一般的巖體穩(wěn)定評價以外，還要解決一些與土建設(shè)計有關(guān)的巖體穩(wěn)定方面的問題。這些問題有：

① 洞室四周巖體的圍巖壓力的評價（即巖體本身對襯砌支護的壓力評價）。

② 巖體內(nèi)地下水壓力的評價（即地下水對襯砌支護的壓力）。

③ 提出保護圍巖穩(wěn)定性和提高穩(wěn)定性的加固措施。

下面著重就建洞山體的基本工程地質(zhì)條件、地下工程總體位置和洞口、洞軸線的選擇要求分別加以分析和討論。

在進(jìn)行地下工程總體位置選擇時，首先要考慮區(qū)域穩(wěn)定性，此項工作的進(jìn)行主要是向有關(guān)部門收集當(dāng)?shù)氐挠嘘P(guān)地震、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造史及現(xiàn)代構(gòu)造運動等資料，進(jìn)行綜合地質(zhì)分析和評價。特別是對于區(qū)域性深大斷裂交會處，近期活動斷層和現(xiàn)代構(gòu)造運動較為強烈的地段，尤其要引起注意。

一般認(rèn)為，具備下列條件是宜于建洞的：

（1） 基本地震烈度一般小于8度，歷史上地震烈度及震級不高，無毀滅性地震。

（2） 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，工程區(qū)無區(qū)域性斷裂帶通過，附近沒有發(fā)震構(gòu)造。

（3） 第四紀(jì)以來沒有明顯的構(gòu)造活動。

區(qū)域穩(wěn)定性問題解決以后，即地下工程總體位置選定后，下一步就要選擇建洞山體。一般認(rèn)為理想的建洞山體必須具有以下條件：

（1） 在區(qū)域穩(wěn)定性評價基礎(chǔ)上，將洞室選擇在安全可靠的地段。

（2） 建洞區(qū)構(gòu)造簡單，巖層厚且產(chǎn)狀平緩，構(gòu)造裂隙間距大、組數(shù)少，無影響整個山體穩(wěn)定的斷裂帶。

（3） 巖體完整，成層穩(wěn)定，且具有較厚的單一的堅硬或中等堅硬的地層，巖體結(jié)構(gòu)強度不僅能抵抗靜力荷載，而且能抵抗沖擊荷載；地形完整，山體受地表水切割破壞少，沒有滑坡、塌方等早期埋藏和近期破壞的地形。無巖溶或巖溶很不發(fā)育，山體在滿足進(jìn)洞生產(chǎn)面積的同時，具有較厚的洞體頂板厚度作為防護地層；地下水影響小，水質(zhì)滿足建廠要求。

（4） 無有害氣體及異常地?zé)帷?/p>

洞口的工程地質(zhì)條件，主要是考慮洞口處的地形及巖性、洞口底的標(biāo)高、洞口的方向等問題。至于洞口數(shù)量和位置（平面位置和高程位置）的確定必須根據(jù)工程的具體要求，結(jié)合所處山體的地形、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件等慎重考慮。因為出入口位置的確定，一般來說，基本上就決定了地下洞室軸線位置和洞室的平面形狀。

1） 洞口的地形和地質(zhì)條件

洞口宜設(shè)在山體坡度較大的一面（大于30°），巖層完整，覆蓋層較薄，最好設(shè)置在巖層裸露的地段，以免切口刷坡時刷方太大，破壞原來的地形地貌。一般來說洞口不宜設(shè)在懸崖峭壁之下，以免巖塊掉落堵塞洞口。特別是在巖層破碎地帶，容易發(fā)生山崩和土石塌方，堵塞洞口和交通要道。

2) 洞口底標(biāo)高的選擇

洞口底的標(biāo)高一般應(yīng)高于谷底最高洪水位以上0.5～1.0m的位置（千年或百年一遇的洪水位），以免在山洪暴發(fā)時洪水泛濫倒灌流入地下洞室；如果離谷底較近，易聚集泥石流和有害氣體，各個洞口的高程不宜相差太大，要注意洞室內(nèi)部工藝和施工時所要求的坡度，便于各洞口之間的道路聯(lián)系。

3） 洞口邊坡的物理地質(zhì)現(xiàn)象

在選擇洞口位置時，必須將進(jìn)出口地段的物理地質(zhì)現(xiàn)象調(diào)查清楚。洞口應(yīng)盡量避開易產(chǎn)生崩塌、剝落和滑坡等地段，或易產(chǎn)生泥石流和雪崩的地區(qū)，以免對工程造成不必要的損失。

洞室軸線的選擇主要是由地層巖性、巖層產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造以及水文地質(zhì)條件等方面綜合分析來考慮確定。

1) 布置洞室的巖性要求

洞室工程的布置對巖性的要求是：洞室布置盡可能選取地層巖性均一，層位穩(wěn)定，整體性強，風(fēng)化輕微，抗壓與抗剪強度較大的巖層。一般來說，凡是沒有經(jīng)受劇烈風(fēng)化及構(gòu)造運動影響的大多數(shù)巖層都適宜修建地下工程。

巖漿巖和變質(zhì)巖大部分屬于堅硬巖石，如花崗巖、閃長巖、輝長巖、輝綠巖、安山巖、流紋巖、片麻巖、大理巖、石英巖等。在由這些巖石組成的巖體內(nèi)建洞，只要巖石未受風(fēng)化，且較完整，一般的洞室（地面下不超過200～300m，跨度不超過10m）的巖石強度是不成問題的。也就是說，在這些巖石所組成的巖體內(nèi)建洞，其圍巖的穩(wěn)定性取決于巖體的構(gòu)造和風(fēng)化等方面，而不在于巖性。在變質(zhì)巖中有部分巖石是屬于半堅硬的，如黏土質(zhì)片巖、綠泥石片巖、千枚巖和泥質(zhì)板巖等，在這些巖石組成的巖體內(nèi)建洞容易崩塌，影響洞室的穩(wěn)定性。

沉積巖的巖性比較復(fù)雜，總的來說比巖漿巖和變質(zhì)巖差。在這類巖石中較堅硬的有巖溶不太發(fā)育的石灰?guī)r、硅質(zhì)膠結(jié)的石英砂巖、礫巖等，而巖性較為軟弱的有泥質(zhì)頁巖、黏土巖、礫巖和部分凝灰?guī)r等，這些較軟弱的巖石往往具有易風(fēng)化的特性。例如，四川紅層軟巖中的黏土頁巖，從其中取出的新鮮巖石試件2個月后就碎裂成0.5cm的碎塊；遼寧某地采得的凝灰?guī)r新鮮巖石試件2個月后裂成1.0cm的碎塊。在這類巖體中建洞，施工時圍巖容易變形和崩塌，或只有短期的穩(wěn)定性。

2) 地質(zhì)構(gòu)造與洞室軸線的關(guān)系

洞室軸線位置的確定，純粹根據(jù)巖性好壞往往是不夠的，通常與巖體所處的地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜程度有著密切的關(guān)系。在修建地下工程時，巖層的產(chǎn)狀及成層條件對洞室的穩(wěn)定性有很大影響，尤其是巖層的層次多、層薄或夾有極薄層的易滑動的軟弱巖層時，對修建地下工程很不利。

巖層無裂隙或極少裂隙的傾角平緩的地層中壓力分布情況是：垂直壓力大，側(cè)壓力??；相反，巖層傾角陡，則垂直壓力小，而倒壓力增大。

下面進(jìn)一步分析有關(guān)洞室軸線與巖層產(chǎn)狀要素及其與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系。

(1) 當(dāng)洞室軸線平行于巖層走向

根據(jù)巖層產(chǎn)狀要素和厚度不同大體有如下3種情況：

① 在水平巖層中（巖層傾角＜5°～10°），若巖層薄，彼此之間聯(lián)結(jié)性差，又屬不同性質(zhì)的巖層，在開挖洞室（特別是大跨度的洞室）時常常發(fā)生塌頂，因為此時洞頂巖層的作用如同過梁，它很容易由于層間的拉應(yīng)力到達(dá)極限強度而導(dǎo)致破壞。如果水平巖層具有各個方向的裂隙，則常常造成洞室大面積的坍塌。因此，在選擇洞室位置時，最好選在層間聯(lián)結(jié)緊密、厚度大（即大于洞室高度2倍以上者）、不透水、裂隙不發(fā)育且無斷裂破碎帶的水平巖體部位，這樣對于修建洞室是有利的（圖5-16）。

② 在傾斜巖層中，一般來說是不利的。因為此時巖層完全被洞室切割，若巖層間缺乏緊密聯(lián)結(jié)，又有幾組裂隙切割，則在洞室兩側(cè)邊墻所受的側(cè)壓力不一致，容易造成洞室邊墻的變形（圖5-17）。

圖5-16　水平巖層中洞址

圖5-17　傾斜巖層中洞址

　　　　　　　　　

③ 在近似直立的巖層中，出現(xiàn)與上述傾斜巖層類似的動力地質(zhì)現(xiàn)象，在這種情況下，最好限制洞室同時齊挖的長度，而應(yīng)采取分段齊挖。若整個洞室位置處在厚層、堅硬、致密、裂隙又不發(fā)育的完整巖體內(nèi)，其巖層厚度大于洞室跨度1倍或更大者則情況例外。但一定要注意不能把洞室選在軟硬巖層的分界線上（圖5-18）。特別要注意不能將洞室置于直立巖層厚度與洞室跨度相等或小于跨度的地層內(nèi)（圖5-19）。因為地層巖性不一樣，在地下水作用下更易促使洞頂巖層向下滑動，破壞洞室，并給施工造成困難。

圖5-18　陡立巖層中洞址

圖5-19　陡立巖層巖性分界面處洞址

　　

(2) 當(dāng)洞室軸線與巖層走向垂直正交

當(dāng)洞室軸線與巖層走向垂直正交時，為較好的洞室布置方案。因為在這種情況下，當(dāng)開挖導(dǎo)洞時，由于導(dǎo)洞頂部巖石應(yīng)力再分布的結(jié)果，斷面形成一拋物線形的自然拱，因而由于巖層被開挖對巖體穩(wěn)定性的削弱要小得多，其影響程度取決于巖層傾角大小和巖性的均一性。

① 當(dāng)巖層傾角較陡，各巖層可不需依靠相互間的內(nèi)聚力聯(lián)結(jié)而能完全穩(wěn)定。因此，若巖性均一，結(jié)構(gòu)致密，各巖層間聯(lián)結(jié)緊密，節(jié)理裂隙不發(fā)育。在這些巖層中開挖地下工程最好（圖5-20）。

② 當(dāng)巖層傾角較平緩，洞室軸線與巖層傾斜的夾角較小，若巖性又屬于非均質(zhì)的、垂直或外交層面節(jié)理裂隙又發(fā)育時，在洞頂就容易發(fā)生局部石塊坍落現(xiàn)象，洞室頂部常出現(xiàn)階梯形特征（圖5-21）。

圖5-20　單斜（陡傾立）構(gòu)造中洞址

圖5-21　單斜（緩傾斜）構(gòu)造中洞址

　　　　　

(3) 洞室軸線穿過褶曲地層

洞室軸線穿過褶曲地層時，由于地層受到強烈褶曲后其外線被拉裂，內(nèi)線被擠壓破碎，加上風(fēng)化營力作用，巖層往往破碎嚴(yán)重，因而在開挖時遇到的巖層巖性變化較大，有時在某些地段常遇到大量的地下水，而在另一些地段可能發(fā)生洞室頂板巖塊大量坍落。一般洞室軸線穿越褶曲地層時可遇到以下幾種情況：

① 洞室橫穿向斜層。在向斜的軸部有時可遇到大量地下水的威脅和洞室頂板巖塊崩落的危險。因軸部的巖層遭到擠壓破碎常呈上窄下寬的楔形石塊（圖5-22），組成倒拱形，因而使其軸部巖層壓力增加，洞頂巖塊最容易突然坍落到洞室。另外，由于軸部巖層破碎且彎曲呈盆形，在這些地帶往往是自流水儲存的場所。當(dāng)洞室開挖在多孔隙的巖層中，在高壓力下，大量的地下水將突然涌入洞室；如果所處巖層是致密的堅硬巖石，則承壓狀態(tài)的地下水將出現(xiàn)于許多節(jié)理中，對洞室圍巖穩(wěn)定和施工將會造成很大的威脅（圖5-23）。

圖5-22　褶曲構(gòu)造中裂隙的分布

圖5-23　向斜地段洞室軸線上壓力強度分布示意圖

② 洞室軸線橫穿背斜層。由于背斜呈上拱形，雖巖層被破碎然猶如石砌的拱形結(jié)構(gòu)，能很好地將上覆巖層的荷重傳遞到兩側(cè)巖體中去，因而地層壓力既小又較少發(fā)生洞室頂部坍塌事故。但是應(yīng)注意若巖層受到劇烈的動力作用被壓碎，則頂板破碎巖層容易產(chǎn)生小規(guī)模掉塊。因此，當(dāng)洞室穿過背斜層也必須進(jìn)行支撐和襯砌（圖5-24）。

③ 當(dāng)洞室軸線與褶曲軸線重合時，也可有幾種不同情況。當(dāng)洞室穿過背斜軸部時，從頂部壓力來看，可以認(rèn)為比通過向斜軸部優(yōu)越，因為在背斜軸部形成了自然拱圈。但是另一方面，背斜軸部的巖層處于張力帶，遭受過強烈的破壞，故在軸部設(shè)置洞室一般是不利的（圖5-25中的1號洞室）。當(dāng)洞室置于背斜的翼部（圖5-25中的2號洞室）時，頂部及側(cè)部均處于受剪切力狀態(tài)，在發(fā)育剪切裂隙的同時，由于地下水的存在，將產(chǎn)生動水壓力，因而傾斜巖層可能產(chǎn)生滑動而引起壓力的局部加強。當(dāng)洞室沿向斜軸線開挖（圖5-25中的3號洞室），對工程的穩(wěn)定性極為不利，應(yīng)另選位置。若必須在褶曲巖層地段修建地下工程，可以將洞室軸線選在背斜或向斜的兩翼，這時洞室的側(cè)壓力增加，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)慎重分析，采取加固措施。

圖5-24　背斜地段洞室軸線上壓力強度分布示意圖

圖5-25　褶曲地區(qū)洞室軸線與褶曲軸線重合時位置比較示意圖

　圖5-26　洞室軸線與斷層軸線示意圖

(4) 在斷裂破碎帶地區(qū)洞室位置的布置

在斷裂破碎帶地區(qū)洞室位置的布置應(yīng)特別慎重。一般情況下，應(yīng)避免洞室軸線沿斷層帶的軸線布置，特別是在較寬的破碎帶地段，當(dāng)破碎帶中的泥砂及碎石等尚未膠結(jié)成巖時，一般不允許建筑洞室工程，因為斷層帶的兩側(cè)巖層容易發(fā)生變位，導(dǎo)致洞室的毀壞；斷層帶中的巖石又多為破碎的巖塊及泥土充填，且未被膠結(jié)成巖，最易崩落，同時亦是地表水滲漏的良好通道，故對地下工程危害極大，如圖5-26中的1號洞室。

當(dāng)洞室軸線與斷層垂直時（圖5-26中的2號洞室），雖然斷裂破碎帶在洞室內(nèi)屬局部地段，但在斷裂破碎帶處巖層壓力增加，有時還會遇到高壓的地下水，影響施工。若斷層兩側(cè)為堅硬致密的巖層，容易發(fā)生相對移動。特別是遇到有幾組斷裂縱橫交錯的地段，洞室軸線應(yīng)盡量避開。因為這些地段除本身壓力增高外，還應(yīng)考慮壓力沿洞室軸線及其他相應(yīng)方向重新分布，這是由幾組斷裂切割形成的上大下小的楔形山體可能將其自重傳給相鄰的山體，而使這些部位的地層壓力增加（圖5-27）。

圖5-27　洞室被幾組軸線切割時洞室承受壓力示意圖

在新生斷裂或地震區(qū)域的斷裂，因還處于活動時期，斷裂變位還在復(fù)雜的持續(xù)過程中，這些地段是不穩(wěn)定的，不宜選作地下工程場地。若在這類地段修建地下工程將會遇到巨大的巖層壓力，且易發(fā)生巖體坍塌，壓裂襯砌，造成結(jié)構(gòu)物的破壞。

總之，在斷裂破碎帶地區(qū)，洞室軸線與斷裂破碎帶軸線所成的交角大小，對洞室穩(wěn)定及施工的難易程度關(guān)系很大。如洞室軸線與斷裂帶垂直或接近垂直，則所需穿越的不穩(wěn)定地段較短，僅是斷裂帶及其影響范圍巖體的寬度；若斷裂帶與洞室軸線平行或交角甚小，則洞室不穩(wěn)定地段增長，并將發(fā)生不對稱的側(cè)向巖層壓力。

選線是在路線起終點之間的大地表面上，根據(jù)計劃任務(wù)書規(guī)定的使用任務(wù)和性質(zhì)，結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件，選定道路中線的位置的過程。選線是在道路規(guī)劃路線起終點之間選定一條技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理，又能符合使用要求的道路中心線的工作，它面對的是一個十分復(fù)雜的自然環(huán)境和社會經(jīng)濟條件，需要綜合考慮多方面因素。為達(dá)此目的，選線必須由粗到細(xì)，由輪廓到具體，逐步深入，分階段、分步驟地加以分析比較，才能定出最合理的路線。

道路工程主要由路基工程、橋隧工程、防護建筑物組成；路基工程包括路堤和路塹；橋隧工程包括隧道、橋梁、涵洞等；防護建筑物包括明洞、擋土墻、護坡、排水盲溝等。

在選線中，工程地質(zhì)工作的任務(wù)是查明各比較線路方案沿線的工程地質(zhì)條件，在滿足設(shè)計規(guī)范要求的前提下，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較選出最優(yōu)方案。

線路的基本類型有：

(1) 河谷線

優(yōu)點是坡度緩，挖方少，施工方便。但在平原區(qū)河谷常發(fā)育有低地沼澤、洪水泛濫；丘陵山區(qū)河谷坡度大，流水沖刷路基，常遇有泥石流，橋隧工程量大。

(2) 山脊線

優(yōu)點是地形平坦，挖方量少，橋隧工程量少。但山脊寬度小，不便施工。

(3) 山坡線

優(yōu)點是可以任意選擇線路坡度，路基多采用半填半挖。但線路曲折，土石方量大，橋隧工程多。

(4) 越嶺線

優(yōu)點是可以通過巨大山脈，縮短距離。但地形崎嶇，不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育。

(5) 跨谷線

需要造橋，可縮短距離和降低坡度。但工程量大，費用高。

如圖5-28所示，AB兩點間共有3種基本選擇方案，方案1需修2座橋和1座長隧道，費用高，施工難度大；方案2西段為不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育地區(qū)，整治費用高，并需修1座短隧道；方案3需修2座橋梁，也不經(jīng)濟。綜合上述方案，提出第4個方案，西段在河流彎曲地段距離最近處，改彎取直使河道遷移改道，可免建2座橋梁，改用路堤通過。東段連接方案2的沿河路線。方案4路線雖稍長，但工程地質(zhì)條件好，施工方便，費用少，故為最優(yōu)方案。

圖5-28　工程地質(zhì)選線實例略圖
1—滑坡群；2—崩塌區(qū)；3—泥石流堆積區(qū)；4—沼澤帶；5—線路方案

1） 地質(zhì)構(gòu)造對選線的影響

地質(zhì)構(gòu)造對路基穩(wěn)定性有極大的影響，在選線時對不利因素應(yīng)有充分的估計。斷裂帶巖層破碎裂隙發(fā)育，選線時應(yīng)盡量避開，不能避開時應(yīng)盡量使線路垂直斷裂帶走向，在短距離內(nèi)穿過。在巖層褶皺的地段，當(dāng)線路方向與巖層走向大致平行時，若遇到向斜構(gòu)造，向斜山兩側(cè)邊坡對路基穩(wěn)定皆有利（圖5-29（a））；若為背斜山，則兩側(cè)邊坡對路基穩(wěn)定都不利（圖5-29（b））；若為單斜山時（巖層傾角大于10°），背向巖層傾向的山坡對路基穩(wěn)定性有利，順向巖層傾向的一側(cè)山坡相對不利（圖5-29（c））。實際工作中還應(yīng)結(jié)合巖層的巖性、裂隙、傾角和層間的結(jié)合緊密程度綜合考慮。當(dāng)線路方向與巖層走向交角大于40°時，雖為傾斜巖層，但同屬有利情況。

2） 滑坡地帶選線

對于小型滑坡（滑體厚度小于5m），線路不必避讓，根據(jù)滑坡的滑動類型采取排水、清方、支擋等防治措施處理（圖5-30）。

對于中型滑坡（滑體厚度5～20m），線路一般可以通過，但必須慎重考慮滑坡的穩(wěn)定性，采取綜合處理措施。線路一般從滑坡的上緣或下緣通過。上緣通過時路基宜設(shè)計成路塹以減輕滑體自重；下緣通過時宜設(shè)計成路堤以增加抗滑能力?？傊?，應(yīng)避免大填、大挖，防止邊坡失穩(wěn)。對于大型滑坡（滑體厚度大于20m）應(yīng)避開為好。

圖5-29　山坡巖層地質(zhì)構(gòu)造的影響
1—有利情況；2—不利情況

圖5-30　用排水和支擋處理的小型滑坡

3) 巖堆地帶的選線

巖堆指風(fēng)化的坡積體，選線應(yīng)考慮巖堆的規(guī)模、穩(wěn)定程度。注意以下幾點：

（1） 發(fā)展階段的巖堆——以繞避為宜。

（2） 趨于穩(wěn)定的巖堆——可不必繞避，宜在巖堆坡腳以外適當(dāng)?shù)木嚯x以路堤通過。

（3） 穩(wěn)定的巖堆——可在適當(dāng)位置以路塹或路堤方式通過。

4) 泥石流地段選線

泥石流是指在山區(qū)一些區(qū)域內(nèi)，主要是在暴雨降落時形成的并由固體物質(zhì)（石塊、砂礫、粘粒）所飽和的暫時性山地洪流。具有爆發(fā)突然、運動速度快、歷時短暫、破壞力極強大的特點。選線時應(yīng)考慮泥石流的形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)的劃分，根據(jù)泥石流的規(guī)模大小、活動規(guī)律、處治難易、路線等級和使用性質(zhì)，分析路線的布局。

（1） 通過流通區(qū)的路線

流通區(qū)地段一般常為槽形，溝壑比較穩(wěn)定，溝床一般不淤積，以單孔橋跨越比較容易，也不受泥石流爆發(fā)的威脅。但這種方案平面線形可能較差，縱坡較大，溝口兩側(cè)路塹容易發(fā)生塌方滑坡。

(2) 通過洪積扇頂部的路線

若洪積扇頂部河床比較穩(wěn)定，沖淤變化小，而兩側(cè)有較高的互通（通視）路線，則在洪積扇頂部布線比較理想，但應(yīng)盡可能使路線靠近流通區(qū)。

（3） 通過洪積扇外緣的路線

當(dāng)河谷比較開闊，泥石流溝距大河較遠(yuǎn)時，可考慮在洪積扇外緣布線。

（4） 繞道走對岸的路線

當(dāng)泥石流規(guī)模較大，洪積扇已發(fā)展到大河邊，整治困難，外緣布線不可能時，流通區(qū)或洪積扇頂部布線也不可能，應(yīng)將路線用兩橋饒走對岸或隧道穿越方案。

（5） 用隧道穿越洪積扇的方案

當(dāng)繞道對岸比較困難，可考慮用隧道穿越洪積扇的方案。

（6） 通過洪積扇中部的方案

當(dāng)泥石流分布很寬時，可考慮從洪積扇中部通過。一般應(yīng)設(shè)計成路堤，用單孔橋通過，而不應(yīng)用路塹，要預(yù)留一定的設(shè)計標(biāo)高，以免受到回水和河床淤高的影響。

5) 巖溶地帶選修線

（1） 盡可能將路線選擇在較難溶解的巖石上。

（2） 在無難溶解的巖溶發(fā)育區(qū)，盡量選擇地表覆蓋厚度大、洞穴已被充填或巖溶發(fā)育相對微弱的地段，以最短路線通過。

（3） 盡可能避開構(gòu)造破碎帶、斷層、裂隙密集帶，當(dāng)無法避免時，應(yīng)使路線與主要構(gòu)造線大角度相交。

（4） 應(yīng)盡可能地避開可溶巖層與非可溶巖層的接觸帶，特別是與不透水層的接觸帶，以及低地、盆地和低谷地帶等巖溶易發(fā)育地帶，應(yīng)盡量把線路選在分水嶺和高臺地上。

思考題

1. 如何確定地基承載力特征值？

2. 形成滑坡的條件是什么？影響滑坡發(fā)生的因素有哪些?

3. 什么是巖溶？巖溶有哪些主要形態(tài)？其發(fā)育的基本條件有哪些？

4. 什么是地震？天然地震按其成因可分為哪幾種?

5. 何謂地震震級？震級如何確定？什么是地震烈度？根據(jù)什么確定地震烈度？

6. 震級和烈度之間的關(guān)系怎樣？

7. 地震對工程建筑物的影響和破壞表現(xiàn)在哪些方面?