第五章 不良地质条件

各级地震的能量
M
E(J)
M
E(J)
1
2.0×106
6
6.3×1013
2
6.3×107
7
2.0×1015
3
2.0×109
8
6.3×1016
4
6.3×1010 8.5 3.6×1017
5
2.0×1012 8.9 1.4×1018
烈度
烈度是指地震对地面和建筑物的影响或破坏程度。 地震烈度往往与地震震级、震中距及震源深度直接有关。
1.内在因素
岩土类型
岩土体是产生滑坡的物质基础。一般说,各类岩土都有可能构 成滑坡体,其中结构松散、抗剪强度和抗风化能力较低、在水 的作用下其性质能发生变化的岩土,易发生滑坡。例如黄土、 红土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩 等，以及软硬相间的岩层所构成的斜坡等。
地质构造条件
地震是现代地壳运动的一种特殊形式，是一种常见的自然地 质现象。
据统计，地球每年发生地震约500万次，但绝大多数我们感 觉不到。七级以上的破坏性地震平均每年约20次，通常只发 生在少数地区。
地震在我国地质灾害中列首位，二十世纪我国共发生7级以 上地震 80余次，60余万人死亡。 历史记载中的大地震主要有：
由于地震给人类带来了如此巨大的灾难，因此研究它意义重 大。特别是在工程建设中要对地震问题给予足够重视。
一、地震的基本知识
1.震源与震中
2.地震的类型
按震源深度可把地震分为浅源、中源和深源三种类型。 浅源地震(0～70km)：分布最广，占地震总数的72.5%，其 中大部分的震源深度在30km以内； 中源地震(70～300km)：占地震总数的23.5%； 深源地震(300～720km)：较少，只占地震总数的4%。 目前已知的最大发震深度为720km。我国绝大多数地震是浅 源地震，中源及深源地震仅见于西南的喜马拉雅山及东北的 延边、鸡西等地。
➢一般来讲，震级越大，震中区烈度越大； ➢对同一次地震，离震中区越近，烈度越大，离震
中区越远，烈度越小；
➢对相同震级的地震，震源深度越浅，地表烈度越
大，震源深度越深，地表烈度越小。
➢震区的地质构造对地震烈度也有明显影响。
工程地质学上，将地震烈度划分为基本烈度、场地烈度和设
防烈度。
二、地震效应
在地震作用影响所及的一定范围内，于地面出现的各种震害 和破坏，称之为地震效应。 地震效应与场地工程地质条件、震级大小及震中距等因素有 关。 地震效应分为振动破坏效应和地面破坏效应两方面。
小湾水电站阶梯状
1350
蠕滑-拉裂变形模式 1300
N21°E/NW∠32° NO.5
N22°--27°W/SW? 40°1250 N80°W/NE? 81°
NO.5
N8°W/SW? 88°
NO.4
N5°W/SW? 66° N1°E/NW? 84°
NO.4 N4°E/NW? 31° N6°--7°E/NW? 84°
二、活断层的活动特性
活断层的活动特性有两种：持续蠕动和断续周期性活动。
1.持续蠕动
活动速率一般相当缓慢，两盘相对位移达1mm/a以上已属强 活动断层。如最著名的美国圣·安德烈斯断层，每年的最大 位移也不过几厘米。
2.断续周期性活动
非活动期无运动，但在活动期有时会发生快速猛烈的运动， 往往伴有强烈地震。 如 1976 年 7 月 28 日 的 唐 山 大 地 震 时 ， 地 面 很 快 裂 开 了 长 达 8km的裂缝，最大水平错距3m，垂直断距0.7～1.0m。
3.地震波
地震作用过程中向四外辐射出的弹性波叫地震波。
地震波分为体波和面波。
体波：包括纵波和横波。 a.纵波(P波)：又称疏密波，振幅小，周期短，传播速度快， 5～6km/s。 b.横波(S波)：又称剪切波，振幅大，周期长，传播速度慢， 3～4km/s。 由于纵波比横波速度快，因此发生地震时，我们是先感觉到
2.蠕动
斜坡岩土体在以自重应力为主的坡体应力长期作用下，向临 空方向的缓慢而持续的变形，称为蠕动。
蠕动可划分为表层蠕动和深层蠕动两种基本类型。
表层蠕动：斜坡浅部岩土体在重力的长期作用下，向临空 方向缓慢变形，这便是表层蠕动。
破碎的岩质斜坡及松散的土质斜坡，表层蠕动甚为典型。
深层蠕动：深层蠕动主要发育在斜坡下部或坡体内部。
4.地震激发地质灾害的效应
强烈的地震作用能激发斜坡上岩土体松动、失稳，发生滑坡和 崩塌等不良地质现象。如震前久雨，则更易发生。
例如：1933年8月25日，四川省茂汶县迭溪城发生7.4级地震， 周围15km范围内山崩地裂，迭溪城与龙池山二个巨型高速滑 坡相对而下，使岷江三处堵塞，形成了三座高约100m的堆石 坝，岷江断流43天。震后第45天，即10月9日，堤坝溃决，洪 峰到达120km外的茂汶县，沿江数百公里皆受重灾。迭溪城被 毁灭，城东城隍庙的断柱颓梁，成为全城唯一的残留建筑物，
组成斜坡的岩、土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态 时，才有可能向下滑动的条件。同时、构造面又为降雨等水流 进入斜坡提供了通道。特别是当平行和垂直斜坡的陡倾角构造 面及顺坡缓倾的构造面发育时，最易发生滑坡。
地形地貌条件
只有当斜坡处于一定的地貌部位，具备一定坡度时，才可能 发生滑坡。一般江、河、湖(水库)、海、沟的斜坡，前缘开 阔的山坡、铁路、公路和工程建筑物的边坡等都是易发生滑 坡的地貌部位。
1755年11月5日，葡萄牙里斯本市发生一起大地震，死亡6 万余人，靠海市区房屋全部倒塌。
1928年9月1日，日本东京大地震，使东京、横滨、横须鹤 三城市遭到巨大破坏，约14万人丧生。 1975年2月4日，营口—海城发生7.3级地震，由于震前有预 报，人员伤亡较少。
1976年7月28日，唐山发生7.8级地震，24万多人死亡、16 万多人重伤，仅唐山市可以计算的直接经济损失就达30亿元 以上。
共振破坏
地震时，建筑物地基和建筑物受地震波的冲击而同时引起振 动，地基土和建筑物各有其振动周期，当二者的振动周期相 等或相近时，则发生共振，使振幅加大，从而加大地震力的 作用，致使建筑物倾倒破坏。 建筑物的自振周期一般都在0.1～2.5s范围以内，低层建筑物 的自振周期较短，而高层建筑物的自振周期较长。 所以长周期的地面运动常使较高的多层建筑破坏，而低层建 筑却安然无恙。
喷水冒砂
是土体中剩余孔隙压力产生的管涌所导致的水和砂在地面 上喷出。
地下砂层液化
是指地基中某些砂层，其上虽覆盖有一定厚度的非液化土 层，但当地震烈度大于7度时，地下饱水砂层可发生液化， 导致地基的强度降低。 断裂、斜坡效应对山区建筑的威胁大；基底效应的危害小一 些，多见于平原松散沉积层地区。 进行工程建设时，应尽量选择相对稳定的地点。
1.振动破坏效应
振动破坏效应是由地震力直接引起的建筑物破坏，一般包括 建筑物的水平滑动或晃动以及共振等。 在地震效应中这是主要的震害。 振动破坏效应包括惯性力破坏和共振破坏。
惯性力破坏
地震时，地震波在地壳表层和地面传播，使之产生瞬时振荡 和晃动，建筑物的上部结构也发生振动，当结构的振动超过 它的许可限度时将造成破坏，这就是惯性力破坏。
第五章 不良地质条件下的 工程地质问题
§5-1 活断层 §5-2 地震 §5-3 斜坡变形与破坏 §5-4 岩溶与土洞 §5-5 采空区与地表塌陷
§5-1 活断层
一、概念
活断层一般是指目前正在活动着，或者近期曾有过活动而不久 的将来可能重新活动的断层。 这里关于“近期”的看法不一致，有人认为只限于全新世之内 (10000 年 ) ， 有 人 认 为 应 是 35000 年 ， 还 有 的 认 为 是 100000 ～ 500000年。 所谓“不久的将来”是指重要建筑物的使用年限，一般可按 100年考虑。
三、活断层对建筑物的影响
活断层对建筑物的影响主要有两方面。 活断层的错动及其附近的变形直接影响跨越断层修建的建 筑物。如上面提到的唐山大地震，断层活动破坏了分布其上 的一切建筑物。 活断层发震对建筑物的影响。
四、活断层的判别标志
断层在岩体中是普遍存在的。非活动性断层的存在是一个场 地的缺陷，但活断层对建筑场地的危害更大。因此工作中更 重要的是将活断层与一般性断层区别开。
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L7
灰岩
T1m1 L1
L2
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|Baidu Nhomakorabea
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J4
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J3
×
T1y2-3
T1y1
J1
泥岩
二、斜坡的破坏
1.崩塌
崩塌(又称崩落、垮塌或塌方)是指较陡斜坡上的岩、土体在 重力作用下突然脱离山体崩落、滚动，堆积在坡脚(或沟谷) 的地质现象。 崩落的岩块(土块)大小不等、零乱无序的呈锥状堆积在坡脚， 称为崩积物，也可称为岩堆或倒石堆。 按崩塌体的物质组成分为土崩和岩崩。 当岩崩的规模巨大，涉及到山体者，又称山崩。当崩塌发生 在河流、湖泊或海岸上时，称为岸崩。
2.地面破坏效应
断裂效应
地震导致岩土体直接出现断层和地裂，引起附近的或跨越断 裂的建筑物的位移或破坏，称之为断裂效应。
斜坡效应
地震导致斜坡上的岩土体失稳，产生各种斜坡变形和破坏， 引起斜坡地段所设置建筑物的位移或破坏，称为斜坡效应。
3.基底效应
地震导致地基岩土体振动压密、下沉、液化及塑性流变等， 使地基失效而建筑物产生位移或破坏，称之为基底效应。 基底效应包括喷水冒砂和地下砂层液化。
上下跳动，然后是左右晃动。
面波(L波)：体波辐射到地面时，激发出的沿地球表面传播 的地震波。它的传播速度最慢(一般小于1km/s)，振幅最大， 是地震中引起地面破坏的主要力量。
4.震级和烈度
震级和烈度是描述地震强度的两种不同的方法。
震级
震级是指地震能量大小的等级。 一次地震只有一个震级，以这次地震中的主震震级为代表。 从震源释放出来的弹性波能量越大，震级就越大。 震级(M)和震源发出的总能量(E)之间的关系为： lg[E]=11.8+1.5[M] (E的单位为J) 应用这个关系式，可求不同震级的相应能量。
一、斜坡变形
坡斜变形以坡体末出现贯通性的破坏面为特点，但在坡体各 个局部，特别是在结构面附近出现了一定程度的破裂，但从 整体看，并末产生滑动破坏。坡斜变形表现为松动和蠕动。
1.松动
斜坡形成的初始阶段，坡体表面往往出现一系列与坡向近于 平行的陡倾角张开裂隙，被这种裂隙切割的岩体向临空方向 松开，移动，这种过程和现象称为松动。它是斜坡卸荷回弹 的过程和现象。
全城278间民房没有一点残迹可寻，死亡近7000人。
一般认为，地震时可能发生大规模滑坡、崩塌的地段视为抗震 危险的地段，建筑场址和主要线路应尽量避开。
§5-3 斜坡的变形与破坏
斜坡是指具有侧向临空面的地质体，分布广泛。 斜坡按成因分为天然斜坡和人工斜坡。 斜坡变形包括松动和蠕动；斜坡破坏包括崩塌、滑坡。 斜坡的变形和破坏对工农业生产和工程建设影响极大。必须 采取措施进行防治。
主要的判别标志：
活断层使晚更新世以来的地层发生位移或变形。 有活断层存在的地区，往往形成地形突变。如河
流出现瀑布、湖泊，使河岸地形不连续或两岸地 形不对称，山嘴出现三角面等。 活断层附近常常伴有频繁的地震或火山活动。 活断层往往显示重力、地热、放射性异常。
§5-2 地震
地震是弹性波在地壳岩石中传播所引起的快速颤动。
1200 1150
NO.3
NO.3 N5°--10°W/SW? 35°
N11°W/NE? 48° NO.2
N11°W/SW? 29° N11°W/SW? 34°
PD78°
PD80° N/W? 34°
N/W? 41°
NO.2
NO.1 PD14
NO.1
1100 1000
1000 m
索风营水电站2号危岩体
2.滑坡
斜坡上的岩土体在重力作用下沿一定的软弱面(或软弱带) 整体向下滑动的现象叫滑坡。
(二)影响斜坡稳定的因素
包括内在因素和外部因素两方面。内在因素包括斜坡的地 貌特征、岩土体性质、地质构造、岩土体结构、岩体初始 应力等；外部因素包括水的作用、地震、岩体风化程度、 工程荷载条件及人为因素。内在因素对边坡的稳定性起控 制作用，外部因素起诱发破坏作用。
坡度大于10°，小于45°，下陡中缓上陡、上部成环状的坡 形最易产生滑坡。
水文地质条件
地下水活动，在滑坡形成中起着主要作用。它的作用主要表 现在：软化岩、土，产生动水压力和孔隙水压力；潜蚀岩、 土，增大岩、土容重；对透水岩层产生浮托力等。尤其是对 滑动面(带)的软化作用和降低岩、土体强度的作用最突出。