地基区域稳定性的研究和评价

地基区域稳定性的研究和评价

余珊球

(浙江省水利水电勘测设计院,浙江　杭州　310002)

摘　要:地基区域稳定性和地基稳定性是工程地质学的2个基本问题,区域稳定性问题以活动性断层的研

究和评价为基础,其重点是区分老断裂、新断裂和活断裂3类构造。地基稳定性的工程地质研究和评价问题相对比较简单,通常是尽量选择良好的天然地基,地基条件不利时,可以通过地基处理以满足建筑物对地基的要求。介绍了地基区域稳定性和地基稳定性的研究成果和评价方法。

关键词:地基;区域稳定;地基稳定;活断层;地基处理

中图分类号:T U471 文献标识码:B 文章编号:10082701X (2008)0520035202

收稿日期:2008205228

作者简介:余珊球(1950-),男,高级工程师,大学本科,主要从事水利水电工程勘测设计工作。

工程地质学是从岩体和土体的稳定性的角度来研究工程建筑物地基的稳定性。广义包含工程建筑物地基稳定性的概念为地基的区域稳定性和地基稳定性2种。区域稳定性和地基稳定性是2个不同的而又密切相关的概念。从

1976年7月28日唐山718级和2008年5月12日汶川810级

强烈地震说明,在强震区区域稳定性问题更应引起工程设计和勘测部门的关注。地基区域稳定性的研究对于巨型电站和特大、重大工程,历来受到极大的重视,而一般工民建对此关注颇少。

1　地基工程地质研究的基本问题

区域稳定性主要是指地基动不动,地基稳定性则指地基好不好。在区域稳定性条件良好的情况下,主要任务是研究地基稳定性问题。在区域稳定性不利的情况下,则找寻工程地质条件相对良好的地基可以改善建筑物稳定条件。地基的区域稳定性与地基稳定性的研究和评价构成了工程地质研究的2个基本问题。

地基的区域稳定性问题,是以活动性断层的研究和评价为基础的。断层的活动性,既可以地震活动的形式表现出来,又可以断层的蠕动和小错动的形式出现。

地基稳定性则以地基的坚实性作为评价的标准。构造破碎带、几组软弱结构面所形成的不稳定岩体、软弱岩石、淤泥质软土等,都以其强度不够易于变形而构成地基稳定性问题。

2　地基区域稳定性分析的基本概念

区域稳定性研究是以活动性断层的研究为基础的,所以地质构造的工程地质分析十分重要。从地区地质构造格架和特征对于地区工程地质条件的形成和控制作用来看,构造分析对于区域稳定性和地基稳定性的分析往往起着决

定性的作用。即使在松软土分布区,构造分析对于分析软土的形成和分布规律也经常起控制作用。

地基区域稳定性的工程地质分析以活动性断层的研究和评价为基础,什么是活动性断层,如何研究和认识它们,以及引起地壳运动的动力来源的一些基本理论和概念,对这些问题的了解,对工程地质评价是有用的。

地壳运动动力来源的2种基本解释:断层是地壳运动引起岩石变形的产物,活动性断层是近期地壳运动的一种表现。关于地壳运动,不同构造学派不同的解释,基本上存在2种说法,即地幔对流说和地质力学说。无论从上地幔物质对流(垂直运动为主导)或是从地球自转速度的变化分析(水平运动主导),对于认识和分析地壳岩石变形,判断区域稳定性都是有所助益的。

(1)地幔对流说。地幔对流说是1928年A 霍尔姆斯(英)为解释大陆漂移的机制和驱动力提出了地幔对流假

说。由于地幔对流分异造成地壳在不同地段的挤压和引张,产生褶皱和破坏。地幔对流过程是缓慢而长期的,在时间上和空间上是不连续的,因此引起构造运动的活跃期与宁静期的相间出现。地幔对流说为现今板块构造学说奠定了理论基础,对一些地质现象的解释是有用的。

(2)地质力学说。地质力学说是李四光先生早在1921

年根据北半球古生代以来海进海退的南北差异现象,认为可能是地球自转时快时慢造成的。1926年他根据世界上规模巨大的构造带多东西向、南北向,进一步提出地球自转速度的变化是海水进退和岩石变形的主要原因。由于地球自转产生的离心惯性力可分解为二,其垂直分力为重力抵消,离心力的水平分力即南北向作用力指向赤道。在北半球各质点上朝南,而在南半球则朝北,故称之为南北向作用力,成为推动物质离散运动的力量。自转角速度的变化则产生东西向的惯性力(纬向惯性力),即沿纬度方向作用的力。这种由于地球自转角速度发生变更时惯性力改变量,李四光先生认为是发生地壳构造运动的主因。因为有南北向、东西向的水平作用力及其不均衡作用,是李四光先生将世界构造划分为3个构造体系—东西向构造、南北向构

第5期　总第159期

2008年9月浙江水利科技Zhejiang Hydrotechnics N o.5　T otal N o.159

September 2008

造和旋转构造的基本根据。

3　地基区域稳定性研究的工程地质方法

311　从构造层的观点分析地层剖面

从地层剖面资料就可以大致了解地区地质历史的演化和发展情况。从构造层观点,抓住地层间的角度不整合,尤其是反映地壳构造运动的区域不整合。结合岩性岩相特征的分析,进一步了解地区地壳发展史。

312　地区构造线特征分析

地质构造分析,主要压性结构面为代表的构造线或构造体系有几个,特别是要先确定出形成地区主要构造骨架的主要构造线。地区构造骨架的主要构造线一般是先于其它构造线而生成的,通常在区域地质图上可以看出。其它构造线可以通过压性结构面,主要通过对地区的褶皱构造、逆断层、片理、压劈理、X节理等的细致观察分析后确定。

抓住了压性构造的分析,得到了构造线或构造体系的概念。其他破裂构造的归属和再活动的判断,通过对破裂构造的走向、动向(左旋或右旋)和破碎带特征等三要素的测定,可以得到明确的结论。

从地质力学的观点看来,在一定的构造应力场作用下,有其相应的1套破裂体系。如1组压性结构面,1组张性结构面和1对扭性结构面。在相同区域应力场作用下,4组结构面力学性质还要转化,即压性结构面变压扭面,张性结构面变张扭面,扭性结构面可以转化为压扭化张扭面。在变化了的区域应力场作用下,4组结构面的变化情况就复杂得多,就要具体的进行分析了。还应仔细通过各种手段研究破碎带特性,进一步分析其新老归属关系。属于新构造体系的破裂构造,其破碎带胶结不好,导水富水,它与已经胶结而没有再活动的老构造有不同的特性。例如构造岩软弱、低电阻率、低岩心率、钻进时漏水等。

要找出新构造断裂,对断裂走向、动向、破碎带特性三要素还需进行综合分析,如只看走向就可能将老断裂误认为是新断裂。新断裂胶结差、易导水和富水,常为地下水的良好通道。

4　地基区域稳定性的工程地质评价

地基区域稳定性的评价以活动性断层的研究为基础。断层的活动性以位移错动的形式为表现,给工程带来的是主要危险。区域稳定性的评价是一个很复杂、尚未很好地为人们所认识的问题,对于一般的建筑物,在实际工作中的一般做法,根据工程规模及工程所处位置,主要还是按《中国地震动参数区划图》(G B18306—2001)的相关附录确定。

411　地区构造单元及其发展史

从地基所在区域的大地构造单元及其发展史可以初步得出地区总的稳定性状。区域地质研究把地壳划分为不同构造单元,例如稳定的地台区和活动的地槽区,并进而分出次级单元,分别论述其发展史。虽然这是很粗略的,但它可以提供一个初步的总的概念。从地质力学观点说来,活动的构造体系是控震构造,活动性断裂带发震构造,地质时代较新的新华夏系在我国东部很发育,现代地震活动频繁,强度也较大,是控震构造。

41111　同一活动构造体系的不均一性

同一个活动构造体系也是不均一的,有的相对稳定,有的可能会活动。在极震区及其附近有较多的新断层和活断层存在,所以地震与第四纪断层有关。故第四纪断层发育的地段,断层的存在可以作为孕震的新构造条件。

活动断裂带的端点、拐点、交叉点、错裂点,因为其应力易于集中,往往是震中位置,都是应避开的特殊构造部位。

总之,研究和分析的是通过研究找出车免近构造体系(控震构造体系)—活动构造带(控震构造带)—活动断裂带(新断层、活动断层)—活动断裂带的特殊构造部位(震中可能位置),并尽可能避开之。

为了保证建筑物的安全,工程应远离活动断层带和地震危险区。地震烈度有衰减问题,地震等震线显示,顺断层走向烈度衰减缓慢,而垂直断层方向衰减快。因此,工程布局垂直活动断层时安全性相应增加,顺断层走向时地震烈度衰减慢,则影响较大。

即使不是不发震的活动断层,工程也应远离,特别是不要整体跨越其上,以至由于断层位移错动或蠕动而对工程造成难以处理的问题。活动断层附近也较易产生地震断裂,应该引起注意。

在稳定的构造单元上有不稳定的地段,在不稳定的构造单元上也有稳定地段。这已为大量工程实践所证实,它说明一个地区是可能找出相对稳定的地段的。在区域稳定性较差的地区,可以通过选择良好的建筑场地采取必要工程的措施,而使区域稳定条件得到改善。

地区震害严重程度取决于地震强度、场地工程地质条件和建筑物结构抗震性能3个主要因素。在同样的地震强度条件下,地基条件是起主要作用的。我国的经验是,在同一烈度区,好的地基和坏的地基实际震害可相差2度。据唐山地区震害的资料和四川汶川的震害状况发现,平原区震害形成主要有地裂缝、喷砂冒水(砂基液化)、地面隆起、河岸坍塌滑坡等,沿河谷和古河道去分布。山区震害形式主要有地裂缝、岩体崩塌。四川汶川的震害状况完全可以看出,当地震烈度大于9度时,山崩滑坡是及普遍的。因此,震害的事实已经告诉人们应根据不同地形地貌特点,注意不同问题,避震、抗震减灾,在灾区重建决策中是战略性的问题。

41112　地基性质的影响

地基性质的影响,则经常是由于地基破坏而引起建筑物破坏的。1944年12月日本东南海地震,建筑物的倒塌率在软土地区为2617%,砂土地区315%,砂砾土区l14%,较硬岩石区012%。从抗震角度说,岩石和粗砂砾石土地基,抗震性能良好,粉细砂土和黏性土地基的抗震性能,取决于土颗成分、密实程度、含水率、(下转第46页)