第07章 不良地质现象工程地质问题1

第七章 不良地质现象工程地质问题 —崩塌、泥石流、岩溶
§ 7.1 崩塌
¾ 定义：陡峭的斜坡上大块的岩体突然地崩塌与滑 落，最后堆积在坡角的过程 ¾ 特点：发生突然；以大块岩体为主；无 固定的滑动面；明显的分带性（上 游、中游和下游——物源、流通、堆积）
崩塌的危害
1）大规模崩塌崩落的土石方可达数百、数千直至数万立方米，甚至 数十万、上千万立方。大型山崩如果发生在江河岸坡，有时会堵 塞河道，形成堰塞湖，一旦堵塞体溃决便会造成重大灾难。1933 年8月25日，地震引起四川选溪境内岷江岸坡山体大崩塌，崩落体 市岷江堵塞，形成三个堰塞湖，致使 6800 余人死亡，一个多月 后，堵塞体被江流冲垮溃决成灾，泛滥的江水淹没了下游的大片 农田和村庄，又造成2500余人死亡。残留的崩塌岩堆至今仍保留 在选溪的岷江河谷中。 2）崩塌对山区铁路和公路及道路的安全营运危害很大，也是交通线 路上常见的病害之一。在施工中由于崩塌的发生，可造成严重的 人身安全事故。在运营线上产生的崩塌、落石，严重威胁行车安 全，大型的崩塌还会中断交通运输，给国民经济造成巨大损失。 我国西南、西北和华东地区，如宝成、宝天、成昆、黔昆、鹰厦 等铁路线历年均有崩塌、落石的发生，沿着这些铁路线常形成崩 塌岩堆群。据不完全统计，崩塌和坠石几乎占到全部铁路路基病 害工点的50%以上。
岩堆防治
以防为主，对于规模大、正在发展的岩 堆，应以绕避为宜；对于中、小岩堆、已趋停 止或已停止发展的岩堆，铁路、公路通过岩堆 时应采取一定的措施：
§ 7.2 泥石流
• 定义： 泥石流是介于流水与滑坡之间的一种地质作用。典型
的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥 浆组成。在适当的地形条件下，大量的水体浸透山坡或沟床中 的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质 在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。泥石流是一种 灾害性的地质现象
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2)板式棚洞：由钢筋混凝土顶板和两侧边墙构成。顶部填土，山 体侧压力全部由内边墙承受，外边墙只承受由顶板传来的垂直压 力。 (3)悬臂式棚洞：由悬臂式顶板和内边墙组成。内边墙承受洞顶填 土的压力和侧压力等全部压力。 (4) 半明洞：在山坡上开凿出的半拱形凹槽（见图 9-2 ），其遮拦 原理与悬臂式棚洞完全相同，是让崩塌物顺着山坡滚向线路下方 的沟谷中去。采用这种措施的前提条件是半明洞顶部和侧帮的岩 石强度高、坚固性好、抗风化能力强。 7．加固措施 当无条件修筑拦截或遮挡构筑物、而且山坡上的危岩体（块）又 不便清除时，可对危岩体采取加固措施。除前述勾缝、灌浆等压 注浆方法可加固危岩体外等。镶补和锚固也是常用的加固方案， 尤其是山坡的个别部位或个别岩石块体的稳定关系着整个坡体的 稳定时，镶补和锚固更能起到奇效。如图8-7（a）所示，被锚固 的两个岩块的稳定关系着其上方许多岩块的稳定亦即关系着图示 整个坡体的稳定。图8-7（b）所示的镶补部位也是一样。
发育的条件
1）山坡的坡度及其表面特征 （坡度>55°，表面凹凸不平) 2）岩石性质、地层条件与裂隙发育程度 存在软弱的岩层、裂隙发育（产状） 3）地质构造 断层、褶皱、不整合、其它内外地质作用 4）人为因素
1．地形条件 产生崩塌现象的区域有两个基本的地形特点，：其一是斜坡高峭 陡峻，其二是斜坡表面凹凸不平。一般情况下崩塌多发生在大于 45o的斜坡上，其中尤其以55o～75o的斜坡居多，其规模亦相对较 大。有人通过鹰厦线漳平工务段内崩塌与坡度和坡高的统计关系 得出，该路段90%的崩塌都发生在55o以上的斜坡上，所以，高峻 陡峭的地形最有可能发生边坡岩土体或岩土块体的崩塌坠落现 象。边坡的表面形态对崩塌的形成也有一定影响，崩塌一般较易 发生在上陡下缓、表面凹凸不平的斜坡上。 2．岩层条件 实际上，自然边坡的形态及坡度的陡缓与岩土体的性质有着密切 的关系。岩土体性质不同，其强度、抗风化和抗冲刷的能力也各 不相同。硬质岩石往往可形成直立陡壁的自然斜坡，软质岩石由 于强度低、抗风化能力、抗地表水冲蚀能力弱，边坡坡度也相应 较缓。崩塌现象多发生在风化的坚硬岩石构成的高陡斜坡地段， 而软质岩石形成的低缓斜坡地带则较为少见。
崩塌的防治 1）削坡和清除危石 2）堵塞裂隙或灌浆 3）调整地表流水 4）护坡 5）坡角修明峒或御塌棚 6）支护（挡土墙、维护栏等）
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崩塌的防治应尽量以根治作为基本原则，对一些重要区域或重要 交通线路路段，要确保边坡体不发生崩塌现象。当不能根治时， 可采取以下措施来防治崩塌和崩塌造成的危害。
1．清除斜坡体上的危石 对于道路或山地建设工程周边总体稳定、但存在数量有限的有坠落 危险的危石的边坡，应尽量将危石予以清除，这往往能够收到事 半功倍的效果。 2．支补 当斜坡上凸出的岩石块体基本稳定但安全性又不高、或者岩石块 体不太稳定但又难以清除时可采用支补的方法加以固定。支补是 在上部探头下方悬空的危岩下设置浆砌片石支墩或混凝土支顶墙 等支撑体。其基本条件是支墩或支顶墙基础稳固，无滑动崩落危 险。当坡面陡峻，危岩分散而坚硬，既无支撑条件，又不宜清除 时，可采用插别的方法予以加固。插别是用圆钢或铁路部门废弃 的钢轨紧贴危岩体（块），并将圆钢或钢轨垂直插入其下的稳定 岩体，并用水泥砂浆将其与岩体锚接在一起，用圆钢或钢轨的抗 弯能力来保证危岩体不发生崩落。
岩性条件
构造条件
结构构造面与崩塌的关系
4．水的作用 同对滑坡具有重要影响一样，水也是产生崩塌的极其重要的外部诱因， 据统计绝大多数崩塌都发生在雨季以及暴雨天气或暴雨之后，当大气降水 充足时，地表水大量渗入岩土体的孔隙、裂隙中，使岩土体发生软化或引 起动水压力等作用，降低了岩土体的强度，或冲刷岩石块体的裂隙，加速 了岩土体或边坡上的不稳定块体的崩塌和坠落。据统计在宝成、成昆、鹰 厦等铁路线路上，崩塌发生的时间有70%以上是在雨季。 5．其它因素的影响 地震、爆破、人工开挖边坡土石体甚至列车的震动等都有可能增大边坡 或边坡岩土块体不稳定性，导致崩塌的发生。强烈地震触发的崩塌，一般 速度均较快，且多集中在极震区和地面震动烈度较高的区域，发生崩塌的 规模一般也较大。爆破施工，人工开挖也是造成崩塌的常见原因。正在行 使的列车产生的振动也能引发崩塌或坠石，京广线永济桥至乐昌间的一处 大崩塌，就是在1973年4月20日某次列车通过后二、三分钟发生后的，具事 后分析认为是行使列车产生的振动效应所致。
发育的条件
1）山坡的坡度及其表面特征 汇水地形（坡度>30°），植被不发育 2）岩石性质与裂隙发育程度 冲沟发育；裂隙发育； 3）地质构造 断层、褶皱、不整合、其它内外地质作用 4）水文气象条件 5）人为因素
1． 地形条件 泥石流的形成区一般呈现为三面环山、另一面仅有一个 狭窄出口的瓢状或漏斗状，周围山坡高陡、山体表面岩 石破碎，但山势开阔，汇水面积大，使水和碎屑物质易 于集中；流通区的纵坡坡度大，沟谷狭窄，岸坡陡峻， 使泥石流得以迅猛直泻；堆积区为开阔的山前倾斜平 原。 2． 地质条件 构造运动活动显著、地质构造复杂，断裂、褶皱发育， 裂隙密布，滑坡、崩塌等不良地质作用强烈；山体岩石 结构疏松，软弱、易风化，地表岩石风化破碎，有形成 泥石流所需的大量颗粒状松散固体物质来源。
3． 气象条件 地表水的迅速而大量汇流是形成泥石流的根本条件，因 此泥石流流域常发生强度较大的暴雨或具有开阔的山 坡，堆积有大量的积雪或冰川，气温回升强度大，有 产生骤然融雪的可能。 4． 人为因素影响 人类的滥砍滥伐、垦荒造田、修路切坡、开山劈石、 采石弃渣甚至过度放牧等活动都会严重破坏山区的地 表植被，加速地表岩体的风化，加大水土流失程度， 甚至会直接生成许多颗粒状松散固体物质。大量调查 研究结果表明，很多泥石流的发生都与人类的上述各 种活动有着或多或少的关系，有的就是导致泥石流发 生的直接原因，有的会加大泥石流的发生程度。
坡岩层的组成情况，也对斜坡的坡形和坡度也有直接的影响。如 均质粘土岩所形成的自然斜坡多为凹形，而由非均质的砂页岩互 层构成的自然斜坡多为阶梯形或锯齿形。软弱的页岩风化凹进， 硬质的砂岩凸出，当页岩进一步风化剥落时，就可能引起凸出的 砂岩块体崩落。下软上硬的斜坡，下方软质岩石风化剥落后，其 上方岩体在坡面上凸出，也易引起较大规模的崩塌发生。 3．边坡岩土体的结构构造条件 边坡岩土体的结构构造条件是影响边坡稳定的主要因素之一，受 构造作用、卸荷作用和其他外力地质作用的影响，边坡岩土体中 大都存在有很多结构面，将岩体切割成若干不连续块体，使崩塌 的发生成为可能。主要介质结构面顺着斜坡的边坡体易发生顺层 滑坡现象，而介质主要结构面与斜坡倾向相反或近直立时，则不 易发生崩塌现象。
防崩塌明洞
镶补体
镶 补 体
（a） 图8-7 锚固和镶补
（b ）
8．避让措施 上述各防止崩塌的措施并非是万能的，对于可能发生大型崩塌的地段 或崩塌严重且频发地段，在工程建设选址或线路选择时应尽量避开。
盐池河崩塌
陕西府谷山体崩塌03-11-15
山坡上方有崩落和滑动危险的巨石
岩堆
岩堆 —— 陡峻斜坡 上的岩体，受物理风 化作用形成的岩石碎 屑，崩落下来在坡脚 形成的疏松岩块堆积 体。
• 特点：组分为水体和岩石碎屑、碎块；山区发育；突然性；
运动快而持续时间短。
泥石流特征
典型的泥石流发生地由形成区、流通区和堆积区三个区段构成。 1）形成区多为山区（物源区） 它又可被划分为汇水区和固相物质供给区，汇水区 居上，固相物质供给 区位于其下方。汇水区是承受暴雨或冰雪融水的场所 ，是泥石流中水的 来源地。固体物质供给区是为泥石流储备与提供大量泥 沙、石块等松散 状固体颗粒的地段，这一区段一般山体裸露、风化严重，分布有大面积 的崩塌、滑坡等不良地质现象，地表水土流失严重。 2）流通区一般位于泥石流流域的中下游地段，其地形往往为沟壁陡峻的狭 窄沟谷。其两侧山体一般较稳定，沟床顺直，纵坡比降大。流通区的长 度一般也较形成区为短。 3）堆积区位于泥石流流域的最下游，大多都在山谷冲沟出口以外，纵向坡 降不大、地形开阔。泥石流在此处分散漫流，大量夹带于水流中的固相 物质沉积下来，并最终形成以山谷冲沟出口为顶点锥状或扇形堆积物。
泥石流的特征
4、重度大、流速高、阵发性强 泥石流含有大量的泥沙石块等松散固体物质，其体积含量一般超过15 ％，重度一般大于13kN/m3。粘稠的泥石流固体物质的体积含量可高达 80%以上，与其相对应的重度可达23kN/m3。泥石流的流速大，其变化 范围也大，一般为2.5～15m/s不等，具有强大的动能和冲击破坏能 力。这种高速粘稠的特殊流体在发生过程中往往产生多次阵流现象。 5．流动具有直线性特征 泥石流发生后在其运动过程中若遇到反坡阻碍，由于其惯性作用，仍 具有强烈的沿直线运动的特点。若遇障碍物挡住去路时，则前面的固 体物质就堆积下来，为后续泥流铺平道路，使沟床底抬到和障碍物顶 部一样高时，便翻越过去，直线前进。 6．发生具有周期性 泥石流的发生具有一定的周期性，只有当其条件具备时才可能发生 （除了能突然汇集大量水流外，其形成区还必须有足够多的松散固体 物质）。
岩堆的特征
1．位置及形状：岩堆一般位于高陡崩塌斜坡 的坡脚处。从平面上看，上窄、下宽，如三角 形或梯形； 2 ．表面坡度：岩 堆表面坡度与组成 岩堆物质的天然休 止角接近；
岩堆的特征
3 ．结构、构造：岩堆内部结构疏松。岩堆内 部稍具层理，层理面与表面坡度大致平行； 4．岩堆底部坡度： 岩堆底部为原坡脚 地面，上陡下缓。
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3．压注浆 当斜坡上的岩石风化破碎、有崩落可能但又无法一一清除时，或者 危岩体（块）巨大、被节理面或裂隙面从母岩上切割开来时，可用 压浆或注浆的方法来加固。前者是将破碎的大小岩块胶结为一个整 体，而后者是通过在有限的裂隙中注浆，通过注浆或勾缝将危岩体 （块）与稳定的母岩胶结在一起。 4．做好防排水工作 崩塌有很多发生在雨季。因此修筑防排水设施，防止水流对坡面的 冲刷是防治崩塌的重要一环。 5．拦截措施 当山坡上方的岩石风化破碎严重，崩塌、坠石规模不大却频频发 生，而且建筑物或线路与坡脚之间有足够空间或地势合适时，可修 筑拦截构筑物以拦截落石。常见的拦截构筑物有落石平台、落石 槽、拦石堤(拦石墙)、拦石栅栏、桩障等。 6．遮挡措施 当山坡上方的岩石风化破碎严重，崩塌、坠石规模较大且频发，采 用拦截措施又存在困难时，可采用遮挡措施，线路上常用的遮挡构 筑物有拱形明洞、板式棚洞、悬臂式棚洞及半明洞等。 (1) 拱形明洞：由拱圈和两侧边墙构成。结构坚固牢靠，可抵御较大的 崩塌推力。