7不同工程类型常见工程地质问题内容提要内容提要7.1 工业工业与民用建筑工程地质与民用建筑工程地质问题问题7.2 地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.3 道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.4 边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.5 水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.1.1 区域稳定性问题区域稳定性问题区域稳定性是指在内外动力地质作用下，工程建设区域现今地壳的相对稳定程度及其对工程建筑安全的影响程度。影响区域稳定性的主要因素是地震和新构造运动。区域稳定性是工业与民用建筑中必须首先注意的工程地质问题，在国家重大工程规划选址和前期建设时更应慎重考虑。评价区域稳定性，需要在全面分析工程建设区地壳结构和地质灾害分布规律的基础上，结合内、外动力地质作用，岩土体介质条件，人类工程活动与地质环境相互作用关系等，综合评价工程建设区现今地壳的稳定程度与潜在危险。区域稳定性评价的主要对象是区域地质背景特征和重点地质灾害。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.1 区域稳定性问题区域稳定性问题区域稳定性是一个复杂的工程地质问题，近年来对于这一问题形成以下共识：（1）避开发震断裂（2）避开重大地质灾害（3）避开不利的场地条件7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.2 地基地基稳定性问题稳定性问题地基岩土体在建筑荷载作用下会发生沉降变形、深层滑动等对工程建设安全造成威胁。地基稳定性则是对这一程度的评判，为保证建筑物的安全稳定、经济合理和正常使用，必须研究与评价地基稳定性，提出合理的地基承载力及变形量，使地基稳定性同时满足强度和变形两方面的要求。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.2 地基稳定性问题地基稳定性问题1.1.地基承载力地基承载力各类地基承受上部荷载的能力都有一定限度， 如果超过这一限度， 则可能因地基变形过大使建筑物开裂， 或地基发生破坏而滑动。地基承载力是指地基同时满足变形和强度两个条件时， 单位面积所能承受的最大荷载。地基强度是指地基在建筑物荷载作用下抵抗破坏的能力。它一方面与岩性等地质条件有关， 另一方面和上部荷载的类型有关。当建筑物荷载超过基础下持力层本身所能承受的能力时， 地基土就要产生剪切滑动破坏。因此，在设计建筑物基础时，不仅要使地基土变形在允许范围内，而且要满足强度要求，即建筑物作用在地基上的荷载要小于地基所能承受的外荷载的最大能力。 7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.2 地基稳定性问题地基稳定性问题1.1.地基承载力地基承载力地基承载力有地基承载力特征值 fak、修正后的地基承载力特征值 fa 两种指标。地基承载力特征值是由荷载试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值修正后的地基承载力特征值是指经基础深度和宽度修正后，用于建筑物设计的承载力值。 7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.2 地基稳定性问题地基稳定性问题1.1.地基承载力地基承载力常用的地基承载力的确定方法有：（1）原位试验法原位试验法是一种通过现场直接试验确定承载力的方法， 包括（静） 载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等， 其中以载荷试验法为最可靠的基本的原位测试法。（2）理论公式法理论公式法是根据土的抗剪强度指标计算的理论公式确定承载力的方法。（3）规范表格法规范表格法是根据室内试验指标、现场测试指标或野外鉴别指标， 通过查规范所列表格得到承载力的方法。规范不同（包括不同部门、不同行业、不同地区的规范）， 其承载力不会完全相同， 应用时需注意各自的使用条件。（4）当地经验法当地经验法是一种基于地区的使用经验， 进行类比判断确定承载力的方法， 它是一种宏观辅助方法。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.2 地基稳定性问题地基稳定性问题2.2.地基沉降地基沉降地基沉降是指地基土层在附加应力作用下压密而引起的地基表面下沉。由于建筑荷载差异和地基土各向异性等原因， 地基沉降总是不均匀的， 使得上部结构相应地产生额外的应力和变形。地基不均匀沉降超过了一定的限度， 将导致建筑物的开裂、歪斜甚至破坏。建筑地基在长期荷载作用下产生的沉降， 其最终沉降量可划分为初始沉降（瞬时沉降）、主固结沉降（固结沉降） 及次固结沉降 个阶段。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.2 地基稳定性问题地基稳定性问题2.2.地基沉降地基沉降初始沉降是指外荷载加上的瞬间，饱和软土中孔隙水尚来不及排出时所发生的沉降，此时土体只发生形变而没有体变，一般情况下把这种变形称为剪切变形，按弹性变形计算。主固结沉降是指荷载作用在地基上后， 随着时间的延续， 外荷不变而地基土中的孔隙水不断排除过程中所发生的沉降，它起于荷载施加之时，止于荷载引起的孔隙水压力完全消散之后，是地基沉降的主要部分。次固结沉降是指土中孔隙水已经消散，有效应力增长至基本不变后变形随时间缓慢增长所引起的沉降。这种变形既包括剪应变，又包括体积变化，并与孔隙水排出无关，而是取决于土骨架本身的蠕变性质。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.2 地基稳定性问题地基稳定性问题2.2.地基沉降地基沉降地基沉降的计算方法包括分层总和法、有限元法和规范法， 计算时需要根据相关规范要求进行合理选择。地基计算的沉降量一般指最终沉降量，是地基在荷载作用下沉降完全稳定后的沉降量， 要达到这一沉降量的时间取决于地基排水条件。对于砂土， 施工结束后就可以完成；对于粘性土，少则几年，多则十几年、几十年乃至更长时间。在具体建筑物的地基沉降计算时， 还需注意土体的应力和变形的关系、土的压缩性指标的选定和精确度等问题。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.2 地基稳定性问题地基稳定性问题3.3.持力层选择持力层选择所选持力层首先要满足承载力和变形要求， 并且下卧层也能满足要求。建筑物的用途、有无地下室、设备基础、地下设施等条件都会对基础持力层的选择产生影响。对不均匀沉降较敏感的建筑物，如层数不多而平面形状又较复杂的框架结构，应选择坚实、均匀的土层做持力层。对主楼和裙房层数相差较大的建筑物， 应根据承载力的不同选择两个不同的持力层，以保证沉降的相互协调。对有上拔力或承受较大水平荷载的建筑结构，桩基应尽量深埋，选择的桩基持力层要能满足抗拔要求。对动荷载作用的建筑物不能选择饱和疏松的砂土做持力层，以免发生砂土液化。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.2 地基稳定性问题地基稳定性问题3.3.持力层选择持力层选择选择持力层也应注意地下水的类型、埋藏条件和动态。如果选择地下水位以下的土层做持力层， 则应考虑可能出现的施工与设计问题。例如， 施工中的排水措施， 出现涌土、流砂现象的可能性； 地下水对基础材料的化学腐蚀作用等。对于地下水的升降问题尤其要注意，避免出现负摩阻力， 降低桩基的承载能力。另外， 要考虑场地所在区域的地震地质条件的影响。根据区域地质构造、历史地震情况等资料， 判断地层断裂活动的强烈程度， 并对场地内的细砂、粉土等土层的稳定性进行评价。在此基础上， 持力层的选择才更加合理， 更加周全。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.3 深基坑稳定性问题深基坑稳定性问题深基坑是指开挖深度超过5m5m（含（含5m5m）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5m，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。随着城市化的不断发展，城市土地不断减少， 土地的供需矛盾日益尖锐。客观上迫使城市建筑向高、深处伸展， 使得地下空间利用逐渐成为21世纪城市建设的主体。无论高层建筑或其他地下工程，深基坑已在工程活动中占据了重要地位。在我国，尤其是沿海、沿江、沿湖一带的经济较发达地区，像雨后春笋般不断出现的高层建筑普遍要求施工深基坑工程。基础牢固与否是关系建筑物安全稳定的首要问题，而基础施工大多从基坑开挖开始。基坑开挖过程中，常遇到基坑坑底卸荷回弹（或隆起）、坑底渗流、基坑流砂和坑壁过量位移或滑移倒塌等稳定性问题。为防止或抑制这些问题，使基坑开挖与基础施工顺利进行，需要采取相应的防护措施。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.3 深基坑稳定性问题深基坑稳定性问题1.1.基坑底卸荷基坑底卸荷回弹回弹基坑开挖是一种卸荷过程，开挖越深，初始应力状态的改变就越大。基坑开挖完成后，坑地面的变形量由两部分组成，一部分是由开挖后卸荷引起的回弹量，另一部分是基坑周围土体在自重作用下使坑底土向上隆起。基坑挖土以后发生的回弹是一种弹性变形，是不可避免的；基坑隆起是在压力差作用下形成的塑性变形，是可以避免的。引起基坑隆起的因素有以下三个方面：卸荷产生的回弹变形；基坑底部土体吸水膨胀；挡墙根部产生塑流变形。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.3 深基坑稳定性问题深基坑稳定性问题1.1.基坑底卸荷基坑底卸荷回弹回弹基坑回弹（隆起）不仅限于基坑的自身范围，对邻近建筑物或设施均会产生影响。深基坑开挖时，应进行坑内外地面的变形监测，以便及时分析发展趋势，并采取适当的措施。控制基坑回弹或隆起的措施有降低地下水位、冻结法，或在基坑开挖后立即浇筑相等重量的混凝土，使基坑的回弹量尽可能减小。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.3 深基坑稳定性问题深基坑稳定性问题2.2.基坑基坑底渗流问题底渗流问题在地下水位较高的地区开挖基坑时，坑内外通常存在着水头差，地下水将在坑内外水头差的作用下发生渗流。地下水的渗流引起坑内外的孔隙水压力和有效应力发生改变，不仅影响作用在围护结构上的水压力、土压力及侧压力的计算，还影响基坑周围地表沉降和坑底的回弹变形计算，甚至引起管涌和流砂。大量实践表明，渗流引发的基坑失事，已经成为深基坑开挖中最为常见的工程地质问题之一。因此，在基坑稳定和变形分析、计算中必须高度重视地下水渗流作用。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.3 深基坑稳定性问题深基坑稳定性问题3.3.基坑流砂基坑流砂问题问题基坑挖土至地下水位以下，若土质为细砂土或粉砂土，当采用集水坑降低地下水位时，坑下的土有时会形成流动状态，随着地下水流入基坑，这种现象称为流砂。通常容易发生在细颗粒、颗粒均匀、松散、饱和的非黏性土层中。流砂的变形破坏形式是多种多样的，场地条件及地下水作用方式不同，会形成流砂、潜蚀、侧滑、流塌等多种形式。流砂是砂土在水压力变化条件下形成的。流砂形成需要同时具备个条件：一是地层为砂性土一是地层为砂性土；二是位于地下水位二是位于地下水位以下以下， 受水压作用受水压作用；三是破坏原地层的稳定或水压头发生三是破坏原地层的稳定或水压头发生（反复反复）变化变化。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.3 深基坑稳定性问题深基坑稳定性问题4.4.基坑基坑边坡失稳问题边坡失稳问题基坑失稳类型主要有边坡产生滑移、坡顶变形滑移、坡顶变形和倾覆倾覆种形式。导致基坑边坡失稳的原因主要表现在以两个方面：（）地质条件造成基坑失稳的地质原因主要有：）地下水位过高，导致基坑边坡不稳；基坑边坡土质为砂性土，透水性强，基坑因地下水渗漏而出现软化，进而发生边坡滑动。）基坑土体承载能力不足，一旦开挖很容易因坡度过大而出现滑坡问题。）在施工过程中，场地附近出现地震等地质变化，进而导致边坡失稳。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.3 深基坑稳定性问题深基坑稳定性问题4.4.基坑基坑边坡失稳问题边坡失稳问题（）工程设计众所周知，工程勘测设计是关乎工程施工质量及进度的重要环节之一，而因工程勘测设计失误造成的基坑边坡失稳现象也屡见不鲜。具体如下：）忽略现场实地勘察。现场实际勘察是工程勘测设计的必要环节，然而部分工作人员工作责任心不强，工作态度不认真，未到施工现场实际了解基坑地质情况及周围环境，进而致使设计的支护方案极不合理，存在边坡失稳风险。）数据参数不准确。开挖基坑时需要用到土层物理参数，而实际情况中部分设计方案提供的数据参数极不准确，导致基坑开挖边线偏离实际观测点，增加基坑失稳风险。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.3 深基坑稳定性问题深基坑稳定性问题4.4.基坑基坑边坡失稳边坡失稳问题问题）排水方案不合理。排水工程是基坑施工主要内容，若设计人员或单位提供的排水方案不合理，就很容易导致施工出现地下水渗漏问题，引起边坡失稳。）计算方法错误。设计人员或者设计单位在设计挡土断面时，需要用到一系列计算方法。如果计算方法选择错误，那么其设计的挡土结构将不合理，进而影响边坡稳定性。）基坑整体安全性不足。设计基坑整体的稳定性、抗倾覆性较小，并且支护方案的实际支护刚度、强度不足，因而很容易引起边坡失稳。）止水帷幕设计不合理导致施工过程中出现管涌、流沙等现象，进而引发边坡失稳。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.4建筑物建筑物配置问题配置问题大型的工业与民用建筑往往是由多种类型的建筑物构成的建筑群。由于建筑物的用途和工艺要求不同，它们的结构、规模和对地基的要求不一样，因此，对各种建筑物进行合理的配置，才能保证整个工程建筑物的安全稳定、经济合理和正常使用。在满足各建筑物对气候和工艺方面要求的条件下，工程地质条件是建筑物配置的主要决定因素，只有通过对场地工程地质条件的调查，才能为建筑物合理选择较优的持力层、确定合适的基础类型，提出合理的基础砌置深度，为各类建筑物的配置提供可靠的依据。最后，按工程地质条件把建筑场地划分为若干个区，然后根据各建筑物的特点和要求以及各区建筑物的适宜性，在全场区进行建筑物的合理配置，完成整个建筑群的总体配置工作。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.5地下水地下水的腐蚀性的腐蚀性问题问题混凝土是工业与民用建筑常用的建筑材料，当混凝土基础埋置于地下水位以下时，地下水的腐蚀会造成混凝土强度降低进而影响建筑的使用安全；另一方面使用水泥管或钢管作为生活或工业用水的输排管道时，如果不做防护，也会因地下水腐蚀作用减少使用年限，因此在工程建设前期必须考虑地下水对混凝土的腐蚀问题。事实上，大多地下水不具有腐蚀性，只有当地下水中某些化学成分含量过高时，才会对混凝土产生腐蚀作用。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.5地下水地下水的腐蚀性的腐蚀性问题问题混凝土结构的保护方法主要为提高抗蚀性和耐久性，一方面要遴选优质材料，确定适当配比，提高施工水平，以改善混凝土结构本身的密实性；另一方面，要将混凝土构筑物与周围腐蚀介质隔离开来，以保护混凝土不受其侵蚀。主要保护措施：）改善混凝土本身结构。针对环境选用水泥，如在酸性环境中选用耐酸水泥，在海水中选用耐硫酸盐水泥和普通硅酸盐水泥等）对混凝土进行表面改性。采用化学的、物理的方法改变表面的化学成分或组织结构以提高混凝土性能，如集料表面改性、胶粉表面改性等。）表面涂覆。在混凝土表面涂覆一层耐寒、抗渗、无毒、持久的涂料，混凝土表面的新型防腐蚀涂料仍是当今建筑界的热点。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.6地基地基的施工条件的施工条件问题问题修建工业及民用建筑物基础时，一般都需要进行基坑开挖工作，尤其是高层建筑设置地下室时，基坑开挖的深度更大。坑基在开挖过程中，地基的施工条件不仅会影响施工期限和建筑物的造价，而且对基础类型的选择起着决定性作用。开挖基坑时，会遇到采取何种坡率才能使基坑边坡稳定，能否放坡，是否需要支护，若采取支护措施，采用何种支护方式较为合理等问题；坑底以下有无承压水存在，是否会造成基坑底板隆起或被冲溃；若基坑开挖到地下水位以下时，会遇到基坑涌水，出现流砂、流土等现象这时需要采取相应的防治措施，如人工降低地下水位与帷幕灌浆等。影响地基施工条件的主要因素有土体结构特征、土的种类及其特性、水文地质条件、基坑开挖深度、施工速度及坑边荷载情况。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.1.6地基地基的施工条件的施工条件问题问题随着经济发展的需求和工程技术的进步，我国超高层建筑建设项目越来越多，截至2015年底，我国排名世界前10 的超高层建筑就已达到6座。由于超高层建筑的工程特点，在施工过程中受工程条件的制约也十分显著。如上海中心大厦的基坑为31.2m超深基坑，基坑总面积3.5万m2，地基土为冲洪积相软弱地层为主，地下水埋藏浅，在基坑边坡百米范围内有上海环球金融中心和金茂大厦2栋超高层建筑， 这些施工条件都是十分不利的，因此，对施工工艺、工程安全及工程造价都提出了极大挑战。7.17.1工业与民用建筑工程地质问题工业与民用建筑工程地质问题7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题人工挖掘或天然存在于岩土体内，具有一定断面形状和尺寸，并有较大的延伸长度，可作为各种用途的构筑物统称为地下洞室，也称之为地下建筑或地下工程。按用途分：交通隧道、水工隧洞、矿山巷道、地下厂房和仓库、地下铁道及地下军事工程等； 按内壁是否有内水压力作用分：无压洞室、有压洞室 ；按断面形状分：圆形、椭圆形、拱形、城门洞形、矩形及梯形等类型（图7-1）；按洞室轴线与水平面关系分：水平洞室、竖井和倾斜洞室； 按围岩介质类型分：土洞和岩洞两类； 按有无人类工程活动分为：人工洞室与天然洞室。 7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题图7-1常见洞室断面形态a-圆形；b-椭圆形；c-封闭拱形；d-抛物线拱形e-直墙拱形；f-矩形；g-梯形7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题 地下洞室的特点是全部埋藏在地下岩土体内，它的安全、经济和正常使用都与其所处的地质环境特征密切相关。地下洞室周围的岩体简称围岩。狭义上的围岩是指洞室周围受到开挖影响、大体相当于地下洞室宽度或平均直径3倍左右范围内的岩体。围岩的性质直接影响地下洞室的稳定性与安全。7.2.1围岩的变形与围岩的变形与破坏破坏洞室开挖后，如果没有及时设置支护结构，当围岩应力超过了围岩强度时，便会失稳破坏；即使设置了支护结构，但支护结构抵抗围岩压力和变形的能力不足，也会造成支护结构和围岩的破坏失稳。洞室围岩的破坏一般发生在洞室的顶板、两帮和底板。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.1围岩的变形与围岩的变形与破坏破坏1.1.局部破坏局部破坏整体状结构及块状结构的岩体，虽然不发生大规模的失稳和破坏，但仍可能会出现洞室周边围岩小块体的局部掉块。在地下洞室开挖过程中，施工导洞扩挖时预留的岩柱易产生劈裂破坏，也具有脆性破裂的特征。有时在整体及块状坚硬岩体中，由于结构面的存在，沿其端部延展易产生岩体开裂应变。在这种情况下，岩体的抗开裂强度可能比岩石的单轴抗压强度低一个数量级。因此，在有大量节理平行洞壁的岩体中，应注意避免在主体洞室开挖之前就对邻近的支导洞施作永久衬砌。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.1围岩的变形与围岩的变形与破坏破坏2.2.块体滑动与冒落块体滑动与冒落块状、厚层状以及一些均质坚硬的层状岩体受软弱结构面的切割形成分离块体，在重力和围岩应力作用下，有可能向由于开挖产生的临空面方向移动，而形成块体的滑动，有时还会产生块体的转动、倾倒等现象。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.1围岩的变形与围岩的变形与破坏破坏2.2.块体滑动与冒落块体滑动与冒落 洞室开挖后，原岩应力的重分布在顶板可能产生不利于稳定的拉应力，顶板围岩会在自重及上覆岩层压力作用下发生竖直向下的变形。如果洞室跨度较大，或者顶板岩层软弱或被多组节理裂隙切割而破碎，围岩中原有节理裂隙就会扩展，在拉应力作用下产生新的破裂面，这些新生的节理裂隙也会不断扩展。顶板岩石中这些原有和新生的节理裂隙相互汇合交截，使顶板岩石更加破碎。这些岩石块体在重力作用下可能与围岩母体脱离，突然塌落而发生冒顶。如果不是在松散土层、岩石破碎带中，顶板岩石冒落后可能形成塌落拱(图7-2a,b) 。洞室发生冒顶破坏，与顶板围岩的结构面和风化程度等因素密切有关。如结构面发育强烈的所有坚硬岩石和砂质页岩、泥质砂岩、钙质页岩、钙质砂岩、云母片岩、千枚岩、板岩地段经常发生顶板塌落(图7-2c)。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题图7-2围岩冒顶破坏7.2.1围岩的变形与围岩的变形与破坏破坏2.2.块体滑动与冒落块体滑动与冒落层状岩体的弯曲折断多发生在层状岩体中，尤其是在夹有软岩的互层状岩体中最为常见。然而在一些大型的地下工程中，受一组极发育的结构面控制的似层状岩体，也可以产生类似的弯折破坏。层状岩体围岩的变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等因素控制。其破坏形式主要有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等。不同产状围岩的变形破坏形式如图7-3所示。在水平层状围岩中，洞顶岩层可视为两端固定的板梁，在顶板压力下，将产生下沉弯曲、开裂。当岩层较薄时，如不支撑，任其发展，则将逐层折断而塌落，最终形成如图7-3a所示的三角形塌落体。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.1围岩的变形与围岩的变形与破坏破坏2.2.块体滑动与冒落块体滑动与冒落 在倾斜层状围岩中，常表现为沿倾斜方向一侧岩层弯曲塌落，另一侧边墙岩块滑移等破坏形式，形成不对称的塌落拱。这时将出现偏压现象(图7-3b)。在直立层状围岩中，当天然应力比值系数小于1/3时，洞顶由于受拉应力作用，使之发生沿层面纵向拉裂，在自重作用下岩柱易被拉断塌落。侧墙则因压力平行于层面，常发生纵向弯折内鼓，进而危及洞顶安全(图7-3c)。但当洞轴与岩层走向有一定交角时，围岩稳定性就会大大改善。经验表明，当这一交角大于20时，边墙不易失稳。 7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题图7-3层状围岩变形破坏特征） 水平层状岩体） 倾斜层状岩体） 直立层状岩体设计断面轮廓线破坏区崩塌滑动弯曲、张裂及折断7.2.2地下地下洞室总体位置的洞室总体位置的选择选择在进行地下洞室总体位置选择时，首先要考虑区域稳定性，此项工作的进行主要是向有关部门收集当地的有关地震、区域地质构造历史及新构造运动等资料，进行综合地质分析和评价。对于区域性大断裂交会处、近期活动断层和现代构造运动较为强烈的地段，尤其要重视。一般认为具有下列条件是适合建洞的：地震基本烈度小于度， 历史上地震烈度及震级不高， 无毁灭性地震；区域地质构造稳定， 工程区无区域性断裂通过， 附近没有发震构造；第四纪以来没有明显的构造活动。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题区域稳定性问题解决以后，即地下工程总体位置选定后，下一步就要选择建洞山体，一般认为理想的建洞山体应具备以下条件：）在区域稳定性评价基础上，将洞室选择在安全可靠的地段。）建洞区构造简单，岩层厚且产状平缓，构造裂隙间距大、组数少， 无影响整个山体稳定的断裂带。）岩体完整，层位稳定，且具有较厚的单一的坚硬或中等坚硬的地层， 岩体结构强度不仅能抵抗静力荷载，还能抵抗冲击荷载。）地形完整，山体受地表水切割破坏少，没有滑坡、崩塌、泥石流等早期埋藏和近期破坏的地形。无岩溶或岩溶很不发育，山体在满足进洞生产面积的同时，又有50100m覆盖厚度的防护地层。）地下水影响小，水质满足建厂要求。）无有害气体及异常地热。）其他有关因素，如与运输、供给、动力源、水源等因素有关的地理位置等。上述条件实际上往往不能同时满足，应根据具体情况综合考虑。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.3地下洞室洞口位置地下洞室洞口位置选择选择1.1.洞口的地形和地质条件洞口的地形和地质条件洞口要选择在松散、覆盖层薄，山体坡度较陡（大于30）的一面，且有完整岩层作顶板的地段。最好设置在岩层裸露的地段，以免切口刷坡时刷方太大，破坏原来的地形地貌而暴露目标。洞口一般不宜设在悬崖绝壁之下，特别是在岩层破碎地带，容易发生山崩和土石塌方，堵塞洞口和交通要道。要避开冲沟或溪流源头，避开滑坡、崩塌、泥石流等不良地质作用发育或洪水淹没的地段。洞外还应有相应规模的弃渣场地。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.3地下洞室洞口位置地下洞室洞口位置选择选择2.2.洞口底标高的洞口底标高的选择选择洞底的标高一般应高于谷底最高洪水位以上0.51.0m的位置（千年或百年一遇的洪水位），以免在山洪暴发时， 洪水泛滥倒灌流入地下洞室；如若离谷底较近，易聚集毒气， 各个洞口的高程不宜相差太大，要注意洞室内部工艺和施工时所要求的坡度，便于各洞口之间的道路联系。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.3地下洞室洞口位置地下洞室洞口位置选择选择3.3.洞口方向洞口方向洞口最好选在隐蔽且易于伪装地带， 洞口位置应选在面对高山和沟谷不宽的山体的北坡背阴处。一般来说， 山体北坡较陡， 岩石风化程度较轻， 岩石较坚固。洞口设置分散， 最好不要在同一方向上设置。如受到地形限制， 一定要在同一方向上设立若干个洞口， 则各个洞口之间要保持一定距离。特别要注意洞口不要面对常年主导风向， 以免毒气侵入洞室。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.3地下洞室洞口位置地下洞室洞口位置选择选择4.4.洞门边坡的不良地质洞门边坡的不良地质作用作用洞门边坡的不良地质作用同一般自然山坡和人工边坡的问题。但在选择洞口时，必须将进出口地段的物理地质作用调查清楚。洞口应尽量避开易产生崩塌、剥落和滑坡等地段， 或易产生泥石流和雪崩的地区，以免给工程带来不必要的损失。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.4地下地下洞室轴线位置选择洞室轴线位置选择1.1.布置洞室的岩性布置洞室的岩性要求要求洞室要求尽可能在地层岩性均一、层位稳定、整体性强、风化轻微、抗压与抗剪强度都较大的岩层中通过。一般来说， 没有经受剧烈风化及构造影响的大多数岩层都适宜修建地下工程。岩浆岩和变质岩大部分属于坚硬岩石，如花岗岩、闪长岩、辉长岩、辉绿岩、安山岩、流纹岩、片麻岩、大理岩、石英岩等。在这些岩石组成的岩体内建洞，只要岩石未受风化，且较完整，一般的洞室（地面下不超过200300m， 跨度不超过10m）是不成问题的。也就是说， 在这些岩石组成的岩体内建洞， 其围岩的稳定性取决于岩体的构造和风化程度等方面。在变质岩中有部分岩石是属于软质的， 如黏土质片岩、绿泥石片岩、千枚岩和泥质板岩等， 在这些岩石组成的岩体内建洞， 是没有保证的。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.4地下地下洞室轴线位置选择洞室轴线位置选择2.2.地质构造地质构造与洞室轴线的关系与洞室轴线的关系（1）断裂构造洞室轴线要选择与区域构造线、岩层及主要节理走向垂直或大角度相交的方向。区域性断层破碎带及节理密集带往往不利于围岩稳定，应尽量避开，若不能避开，则应垂直其走向以最短距离通过或与构造线以4565的交角通过。在新构造运动活跃地区，应避免通过主断层或断层交叉处。同一岩性内的压性断层，往往上盘较破碎，应选择从其影响较轻的下盘通过。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.4地下地下洞室轴线位置选择洞室轴线位置选择2.2.地质构造地质构造与洞室轴线的关系与洞室轴线的关系在断裂破碎带地区，洞室位置的布置应特别慎重。一般情况下应避免洞室轴线沿断层带的轴线布置，特别在较宽的破碎带地段，当破碎带中的泥砂及碎石等尚未胶结成岩时，绝对不允许建筑洞室工程，因为断层带的两侧岩层容易发生变位，导致洞室的毁坏；断层带中的岩石又多为破碎的岩块及泥土充填，且未被胶结成岩，最易崩落，同时也是地表水渗漏的良好通道，故对地下工程危害极大，如图7-4中的1号洞室。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.4地下地下洞室轴线位置选择洞室轴线位置选择2.2.地质构造地质构造与洞室轴线的关系与洞室轴线的关系当洞室轴线与断层垂直时（图7-5中的2号洞室），虽然断裂破碎带在洞室内属于局部地段，但在断裂破碎带处岩层压力增加，有时还可能遇到高压的地下水，影响施工。若断层两侧为坚硬致密的岩层，容易发生相对移动。特别遇到有几组断裂纵横交错的地段，洞室轴线应尽量避开。因为这些地段除本身压力增高外，还应考虑压力沿洞室轴线及其他相应方向重新分布，这时由几组断裂切割形成的上大下小的楔形山体可能将其自重传给相邻的山体，而使这些部位的地层压力增加（图7-6）。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题图7-4 断层与隧道位置选择图7-5 洞室轴线与断层轴线7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题图7-6 洞室被几组断裂切割7.2.4地下地下洞室轴线位置选择洞室轴线位置选择2.地质构造地质构造与洞室轴线的关系与洞室轴线的关系在新生断裂或地震区域的断裂，因还处于活动时期，断裂变位还在复杂的持续过程中，这此地段是不稳定的，不宜选作地下工程场地。若在这类地段修建地下工程，将会遇到巨大的岩层压力，且易发生岩体坍塌，压裂衬砌，造成结构物的破坏。总之，在断裂破碎带地区，洞室轴线与断裂破碎带轴线所成的交角大小，与洞室稳定及施工的难易程度关系很大。如洞室轴线与断裂带垂直或接近垂直，则所需穿越的不稳定地段较短，仅是断裂带及其影响范围岩体的宽度；若断裂带与洞室轴线平行或交角甚小，则洞室不稳定地段增长，并将发生不对称的侧向岩层压力。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.4地下地下洞室轴线位置选择洞室轴线位置选择2.地质构造地质构造与洞室轴线的关系与洞室轴线的关系（）褶曲构造当洞室轴线平行于岩层走向时， 根据岩层产状要素和厚度不同有如下三种情况：） 在水平岩层中（岩层倾角510），若岩层薄，彼此之间联结性差，又属于不同性质的岩层，在开挖洞室（特别是大跨度的洞室）时，常常发生塌顶，因为此时洞顶岩层的作用如同过梁，它很容易由于层间的拉应力达到抗拉强度而导致破坏。如果水平岩层具有各个方向的裂隙，则常常造成洞室大面积的坍塌。因此，在选择洞室位置时，最好选在层间联结紧密、厚度大（即大于洞室高度两倍以上者）、不透水、裂隙不发育，又无断裂破碎带的水平岩体部位（图7-7）。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题）在倾斜岩层中，一般说来是不利的，因为此时岩层完全被洞室切割，若岩层间缺乏紧密联结，又有几组裂隙切割，则在洞室两侧边墙所受的侧压力不一致，容易造成洞室边墙的变形（图7-8）。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题图7-7 水平岩层中的洞室1页岩2石灰岩3泥灰岩图7-8 倾斜岩层中的洞室1砾岩2页岩3石灰岩）在近似直立的岩层中，出现与上述倾斜岩层类似的动力地质作用。在这种情况下，最好限制洞室开挖的长度，而应采取分段开挖。若整个洞室处在厚层、坚硬、致密、裂隙又不发育的完整岩体内，其岩层厚度大于洞室跨度一倍或更大时则例外。但一定要注意不能把洞室选在软硬岩层的分界线上（图7-9）。特别要注意不能将洞室置于直立岩层厚度与洞室跨度相等或小于跨度的地层内（图7-10）。因为地层岩性不一样，在地下水作用下更易促使洞顶岩层向下滑动，破坏洞室，并给施工造成困难。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题图7-9 陡立岩层分界面处洞室1石灰岩2页岩图7-10 陡立岩层分界面处洞室1石灰岩2页岩当洞室轴线与岩层走向垂直正交时，为较好的洞室布置方案。因为在这种情况下，当开挖导洞时，由于导洞顶部岩石应力再分布的结果，断面形成一抛物线形的自然拱，因而岩层开挖对岩体稳定性的削弱要小得多。其影响程度取决于岩层倾角大小和岩性的均一性。 当岩层倾角较陡时，各岩层可不需依靠相互的联结而能完全稳定。因此，若岩性均一，结构致密，各岩层间联结紧密，节理裂隙不发育，在这些岩层中开挖地下工程最好（图7-11）。 当岩层倾角较平缓时，洞室轴线与岩层倾斜的夹角较小，若岩性属于非均质的、垂直或斜交层面、节理裂隙又发育时，在洞顶就容易发生局部石块塌落现象，洞室顶部常出现阶梯形特征（图7-12）。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题图7-11单斜（陡倾立）构造中的洞室图7-11单斜（缓倾斜）构造中的洞室当洞室轴线与褶曲轴垂直时， 背斜地层呈拱状， 岩层被切割成上大下小的楔体， 故洞室内塌落的危险较小（图7-13b）。向斜地层呈倒拱状， 岩层被切割成上小下大的楔体， 最易形成洞顶塌落， 且常有大量的承压地下水。因此， 应尽量避免横穿向斜褶曲隧道（图7-13c）。此外， 岩层倾斜面向着开挖面倾斜（图7-13a） 比岩层背向开挖面好（图7-13d）。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题图7-13隧洞垂直穿过褶皱地层走向）岩层开挖面倾斜）背斜轴部）向斜轴部）岩层背向开挖面倾斜当洞室轴线与褶曲轴线重合时，洞室置于背斜核部，从顶部压力来看，因为在背斜轴部岩层本身能形成自然拱圈，有利于围岩稳定，可以认为比通过向斜轴部优越；但另一方而，背斜轴部的岩层处于张力带，张裂隙发育，岩层破坏强烈，故在轴部设置洞室一般是不利的（图7-19中3号洞室）。要避免洞室轴线从冲沟、山洼等地表水和地下水汇集的地段通过。当洞室轴线沿向斜轴线开挖时（图7-14中1号洞室），由于向斜轴部岩体破碎，地下水富集，不利于围岩稳定，对工程的稳定性极为不利，洞室轴线应予避开。若必须在褶曲岩层地段修建地下工程，可以将洞室轴线选在背斜或向斜的两翼（图7-14中2号洞室），此时，顶部及侧部均处于受剪切力状态，在发育剪切裂隙的同时，由于地下水的存在，将产生动水压力，因而倾斜岩层可能产生滑动而引起压力的局部加强。在结构设计时应该慎重分析，并采取加固措施。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题图7-14 褶曲与隧道位置选择7.2.4地下地下洞室轴线位置选择洞室轴线位置选择3.地应力方向地应力方向选择选择在高地应力地区，洞室轴线选择时不要垂直最大主应力，如果可能，最好平行于最大主应力，避免洞壁受最大主应力作用。地下洞室最忌应力差大，如果避开最大主应力，就使洞室受的应力差小一些，对洞体稳定性有利，在高边墙大型地下洞室建筑中更应该注意这一点。另外，洞室长轴应与最大主应力方向平行，洞的截面形状，即洞的长轴与短轴之比应该与最大主应力与最小主应力匹配，这在地下工程设计中非常重要。当最大主应力不太大时，最好与之垂直，以改善周边应力状态。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.4地下地下洞室轴线位置选择洞室轴线位置选择3.地应力方向地应力方向选择选择以前，很少接触过水平应力大于垂直应力的情况，长期以来把垂直应力看作是最大主应力，导致地下洞室设计上出现了许多不合理的情况。另外，在具体工程实际中，最大主应力和最小主应力的分布并不是垂直或水平的，而是与水平面成一个角度，在这种情况下，就要在洞室结构设计上想办法。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.4地下地下洞室轴线位置选择洞室轴线位置选择4. 水文地质条件水文地质条件选择选择应尽可能绕避松散饱水岩层、含高压水的断层破碎带及岩溶化岩石。在岩溶化岩石中通过时，应避免在地下水水平循环带布置洞室。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.5地下地下洞室特殊工程地质问题洞室特殊工程地质问题1.涌水涌水当地下洞室施工穿越含水层时，不可避免地会使地下水涌进洞内，给施工带来困难。地下水也常是造成塌方和使围岩丧失稳定性的重要原因。地下水对不同围岩的影响程度是不相同的。其主要表现可归纳为如下几个方面：）以静水压力的形式作用于洞室衬砌。）使岩质软化，并使其强度降低。）促使围岩中的软弱夹层泥化，减少层间阻力，易造成岩体滑动。）含水层由于有大量的地下水流出，在动水压力作用下，将出现流沙及渗透变形。）当地下水的化学成分中含有害化合物（硫酸、二氧化碳、硫化氯、亚硫酸）时，对衬砌将产生侵蚀作用。）最为不利的影响是发生突然的大量涌水，这种突然涌水常造成停工和人身伤亡事故，工程上称其为“灾难性涌水”。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.5地下地下洞室特殊工程地质问题洞室特殊工程地质问题1.涌水涌水造成地下洞室突然大量涌水的条件是：）洞室穿过溶洞发育的石灰岩地区，尤其是遇到地下暗河系统时，可能有大量的突然涌水。其涌水量可达每小时数百至几千立方米。）洞室通过厚层的含水砂砾石层，其涌水量可达每小时几立方米。）遇到断层破碎带，特别是它又与地表水连通时，也会发生大量的涌水，涌水量一般也在每小时几十至几百立方米。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.5地下地下洞室特殊工程地质问题洞室特殊工程地质问题2.有害气体有害气体天然存在的气体能够充满岩石中的孔隙和空隙。很多气体是危险的，例如甲烷（CH4），即沼气，可在上石炭统煤系中遇到。甲烷比空气轻，并易于从它原来的地点逸出。它不仅有毒而且易燃，并且与空气混合时剧烈爆炸。如2005 年12 月22日下午2时，四川都江堰至汶川高速公路董家山隧道发生瓦斯爆炸，造成43人遇难。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题7.2.5地下地下洞室特殊工程地质问题洞室特殊工程地质问题3.岩爆岩爆在坚硬而无明显裂隙的完整岩体中开挖洞室，若地应力比较高或洞室埋深较大，洞体围岩存储着大量的弹性应变能，应变能的突然释放，产生一种冲击地压，使围岩产生急剧的脆性破坏，随即向洞外弹出或抛出大小不等的岩片或岩块，有时伴有气浪和巨响，这就是岩爆。大型岩爆常伴有强烈的震动，对地下开挖和地下采掘事业造成很大的危害。岩爆的产生需要具备两方面的条件：高储能体的存在，且其应力接近于岩体强度是岩爆产生的内因；附加荷载的触发则是其产生的外因。就内因来看，具有储能能力的高强度、块体状或厚层状的脆性岩体，就是围岩内的高储能体，岩爆往往也就发生在这些部位。从岩爆产生的外因方面看主要有两个方面：一是机械开挖，爆破以及围岩局部破裂所造成的弹性振荡；二是开挖的迅速推进或累进性破坏引起的应力突然向某些部位的集中。7.27.2地下洞室工程地质问题地下洞室工程地质问题道路是指为陆地交通运输服务，通行各种机动车、人畜力车、驮骑牲畜及行人的各种路的统称。道路是陆地交通运输的干线，由公路和铁路共同组成运输网络，是国民经济的动脉，在我国的政治、经济、国防中发挥着巨大作用。近年来我国高速公路飞速发展，高等级公路网络已初具规模。桥梁是指架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的构筑物。为适应现代高速发展的交通行业，桥梁也引申为跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的建筑物。桥梁是线路的重要组成部分，随着线路工程地质条件越发复杂，桥梁的数量与规模在线路中的比重越来越大，它是道路选线时考虑的重要因素之一。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.3.1道路工程地质问题道路工程地质问题1.道路路基工程地质问题道路路基工程地质问题道路路基包括路堤、路堑和半路堤、半路堑式等形式（图7-15）。在平原地区修建道路路基比较简单，岩土工程地质问题较少，但在丘陵区，尤其是在地形起伏较大的山区修建道路时，路基工程量较大，往往需要通过高填或深挖才能满足线路最大纵向坡度的要求。因此，路基的主要岩土工程地质问题是路基边坡稳定性问题、路基基底稳定性问题、道路冻害问题及天然建筑材料问题等。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题图7-15 道路边坡的形式a) 路堤b)路堑c)半路堤、半路堑（1）路基路基边坡稳定性问题边坡稳定性问题在路基施工的过程中会因开挖或堆填形成各式各样的人工边坡，使边坡的边界条件发生变化，并改变斜坡原有的应力状态。随着边坡的坡度或高度增加，边坡坡脚处剪应力趋于集中且坡肩处张应力范围扩大。当边坡中的岩土体不足以抵抗各种应力增加时，边坡会通过变形或破坏的形式实现应力重分布，从而达到新的应力平衡。边坡的变形和破坏是两个不同的概念，边坡变形的主要形式包括卸荷回弹和蠕变，边坡破坏的基本形式包括崩塌（落）、滑坡（落）和（侧向）扩离，边坡的变形与破坏是一个连续的发展过程。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（1）路基边坡稳定性问题路基边坡稳定性问题影响边坡变形破坏的因素很多，主要有以下几方面因素：）剖面形态剖面形态。边坡的高度、坡度、坡面形状直接关系到边坡的稳定。高陡、坡面凸出的边坡，坡脚剪应力高，边坡稳定条件差，易发生变形破坏。）岩土性质岩土性质。边坡的稳定性取决于岩土体性质。土质不同则抗剪强度不同。对路堑边坡来说，除与土或岩石的性质有关外，还与岩石的风化破碎程度和产状有关。）水的作用水的作用。水是影响边坡稳定性的重要诱因。土体含水量增加，会降低土体的抗剪强度。边坡中有地下水时会存在静水压力，改变有效应力状态，当水位变化时，产生的动水压力又会造成土体结构的破坏。另一方面，大气降水会入渗坡体增加边坡含水率，同时也会对边坡造成冲刷破坏表面结构。）振动振动。路基边坡在道路施工和运营过程中会受到车辆和机器振动的影响，振动会使边坡土质变得疏松。特别是当边坡中夹有高含水量的细砂、粉砂土等时，受振动易发生液化，有可能发生边坡失稳。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（2）路基路基基底稳定性问题基底稳定性问题路基基底变形破坏多发生于填方路堤地段，其主要表现为滑移、挤出和塌陷等形式。一般路堤和高填路堤对路基基底的要求是要有足够的承载力，它不仅承受车辆在运营中产生的动荷载，而且还承受很大的填土压力，因此，基底土的变形性质和变形量的大小主要取决于基底土的力学性质、基底面的倾斜程度、软层或软弱结构面的性质与产状等。此外，水文地质条件也是促进基底不稳定的因素，它往往使基底发生巨大的塑性变形而造成路基的破坏。如路基底下有软弱的泥质夹层，当其倾向与坡向一致时，若在其下方开挖取土或在上方填土加重，都会引起路堤整个滑移；当高填路堤通过河漫滩或阶地时，若基底下分布有饱水厚层淤泥，在高填路堤的压力下，往往使基底产生挤出变形；也有的由于基底下岩溶洞穴的塌陷而引起路堤严重变形。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（2）路基路基基底稳定性问题基底稳定性问题路基基底若由软黏土、淤泥、泥炭、粉砂、风化泥岩或软弱夹层组成，应结合岩土体的地质特征和水文地质条件进行稳定性分析，若不稳定时，可选用下列措施进行处理：）放缓路堤边坡，扩大基底面积，使基底压力小于岩土体的允许承载力。）在通过淤泥软土地区时路堤两侧修筑反压护道。）把基底软弱土层部分换填或在其上加垫层。）采用砂井预压排除软土中的水分，提高其强度。）架桥通过或改线绕避等。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（3）道路冻害）道路冻害问题问题道路冻害包括冬季路基土体因冻结作用而引起路面冻胀和春季因融化作用而使路基翻浆。结果都会使路基产生变形破坏，甚至形成显著的不均匀冻胀和路基土强度发生极大改变，危害道路的安全和正常使用。道路冻害具有季节性。冬季，在负气温长期作用下，路基土中水的冻结和水的迁移作用，使土体中水分重新分布，并平行于冻结界面而形成数层冻层，局部地段尚有冰透镜体或冰块，因而使土体体积增大（约）而产生路基隆起现象；7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（3）道路冻害）道路冻害问题问题春季，地表冰层融化较早，而下层尚未解冻，融化层的水分难以下渗，致使上层土的含水量增大而软化，强度显著降低，在外荷作用下，路基出现翻浆现象。翻浆是道路严重冻害的一种特殊现象，它不仅与冻胀有密切关系，而且与运输量的发展有关。在冻胀量相同的条件下，交通频繁的地区，其翻浆现象更为严重。翻浆对铁路影响较小，但对公路的危害比较明显。影响道路冻胀的主要因素：负气温的高低；冻结期的长短；路基土层性质和含水情况；土体的成因类型及其层状结构；水文地质条件；地形特征和植被情况等。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（3）道路冻害）道路冻害问题问题防止道路冻害的措施有：）铺设毛细水割断层，以断绝补给水源。）把粉、黏粒含量较高的冻胀性土换为粗分散的砂砾石抗冻胀性土。）采用纵横盲沟和竖井，排除地表水，降低地下水位，减少路基土的含水情况。）提高路基标高。）修筑隔热层，防止冻结向路基深处发展等。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（4）天然建筑材料问题）天然建筑材料问题修建路基需要大量的天然建筑材料，其来源问题不可小视，它直接影响路基工程的进度、质量和造价。道路工程上所需的建材种类较多，包括道砟、土料、块（片）石等，不仅需求量大，而且要求各种材料沿线两侧均有分布。在山区修筑高路堤时常遇上建筑材料缺乏的情况，在平原区和软岩区，常常找不到强度符合要求的材料等，因此，寻找品质好、运输成本低的天然建筑材料，有时也会成为选线的关键性问题。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.3.1道路工程地质问题道路工程地质问题2.道路选线工程地质问题道路选线工程地质问题道路选线指根据道路的使用任务、性质、等级、起讫点和控制点，沿线地形、地貌、地质、气候、水文、土壤等情况，通过政治、技术、经济等方面的分析研究，比较论证而选定合理的路线。它是道路勘测设计中的关键性工作。路线方案可分为全局性方案和局部性方案，全局性方案是指影响全局的路线方案，属于选择路线基本走向的问题；局部性方案属于线位方案，包括多套比选方案。工程地质条件主要影响局部性方案的选择，有时也会影响全局性方案的选择。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（1）沿河线沿河线沿河线一般顺河谷方向布设，这里坡度缓，路线顺直，工程简易，挖方少，天然建材丰富，施工方便。沿河线路线布局需考虑河岸选择、高度选择和桥位选择等主要问题。1）河岸选择。为求成本可控、施工方便与路基稳定，路线宜选择在有山麓缓坡、低阶地可利用的一岸，尽量避开大段的悬崖峭壁。在积雪和严寒地区，路线宜尽可能选择在阳坡一岸，以减少积雪、翻浆、涎流冰等病害。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题在单斜谷中，如为软弱岩层或有软弱夹层时，应选择在岩层反倾于坡内的一岸（图7-16）；在断裂谷中，应根据两岸出露岩层的岩性、产状和裂隙情况，选择相对有利的一岸；在山地河谷中，如遇到崩塌、滑坡、泥石流等不良地质作用时，应综合考虑成本、必要性和可操作性等避让条件，若跨河到对岸避让时，还应判断对岸是否在不良地质作用直接冲击或造成涌浪的威胁范围内（图7-17）。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题图7-16 单斜谷1-有利2-不利图7-17 山地河谷1-有利2-不利（1）沿河线沿河线2）高度选择沿河线按路线高度与设计洪水位的关系，分为高线和低线。高线一般位于山坡上，基本不受洪水威胁，但路线较曲折，回旋余地小；低线一侧临水，边坡常受洪水威胁，但路线标准较高，回旋余地大。因此，在布局时常选择一级阶地进行路基建设，这样既保证路线高出洪水位，又因切割破坏轻，工程成本较低。在无河流阶地可利用时，为保证沿河低线高于洪水位，勘察时应该仔细调查沿线洪水位，作为控制设计的依据。在通过强震区时，河流有遭受不良地质作用被堰塞的可能，因此还应考虑堰塞湖溃决时的淹没范围，综合确定线位和标高。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（1）沿河线沿河线2）桥位选择按路线与河流的关系，有跨支流和跨干流两类桥位。跨支流的桥位选择属于局部性方案问题，而跨干流的桥位选择多属于全局性方案问题。跨干流的桥位往往是确定路线走向的控制点，它与河岸选择相互依存，相互影响。为保证沿河线路的安全性及经济性，桥位选择除要考虑桥位本身水文、工程地质条件外，还要注意桥头路线的舒顺，处理好桥位与路线的关系。原则上应服从路线走向，尽量适应地形及线形需要，尽量避免线路与河流的交角过大、干支流交汇口处跨越和弯道处跨越等问题。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（2）越岭线越岭线越岭线最大优点是能够通过巨大山脉，降低坡度和缩短距离，但地形崎岖，展线繁多、复杂，不良地质作用发育。越岭线布局需考虑垭口选择、过岭标高选择和展线山坡选择等问题。这三者是相互联系、相互影响的，应综合考虑。越岭方案可分隧道和路堑两种，选择哪种方案过岭，应结合山岭的地质环境条件和经费综合考虑，如有缩短路线要求、高寒山区越岭、展线滑坡、崩塌地质灾害发育等问题时，可优先选择隧道越岭。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（2）越岭线越岭线垭口是山脊上呈马鞍状的明显下凹地形。垭口是实现越岭方案的主要控制点，应在基本符合路线走向的较大范围内选择，全面考虑垭口的位置、高程、工程地质条件和展线条件等。一般应选择基本符合路线走向、高程较低、地质条件较好、两侧山坡利于展线的垭口。山坡线是越岭线的主要组成部分。山坡坡面的曲折程度、横坡陡缓、地质条件好坏等条件，与线形指标和工程量大小有直接关系。因此，选择垭口必须结合山坡展线条件一起考虑。如有地质条件好、地形平缓、利于展线降坡的山坡，即使垭口位置略高或较高，也应比较。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（3）平原线平原线为避免水淹、水浸，应尽可能选择地势较高处布线，并注意保证必要的路基高度。在凹陷平原、沿海平原、河网湖区等地区，地势低平，地下水位高，为保证路基稳定，应尽可能选择地势较高、地下水位较深处布线。同时，应该注意地下水变化的幅度和规律。在北方冰冻地区，为防止冻胀与翻浆，更应注意选择地面水排泄条件较好、地下水位较深、土质条件较好的地带通过，并保证规范规定的路基最小高度。在有风沙流、风吹雪的地区，要注意路线走向与风向的关系，确定适宜的路基高度，选择适宜的路基横断面，以避免或减轻道路的沙埋、雪阻灾害。对于强震区还应特别注意，路线应尽量避开地势低洼、地基软弱的地带，以避免严重的喷水冒砂，路基开裂、下沉等震害；应远离河岸、水渠，以防强震时河岸滑移危害路基，并避免严重的喷水冒砂；应尽量避免沿发震断层两侧危险地带布线，无法绕避时则应垂直于发震断裂通过。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（4）地质条件不良地段的选线原则及防护措施地质条件不良地段的选线原则及防护措施道路作为线形建筑物，在数百甚至数千千米的路线上常遇到各式各样的不良地质问题，对线路工程造成威胁。因此，在道路选线中，需对不同类型不良地质作用充分研究并合理处置，只有这样，才能优选出技术可行且经济合理的路线。）泥石流区。整体来说，在严重地段应尽量避让，当无法避开而必须通过时，可采取大跨高桥、明洞或隧道等形式通过。）滑坡区。通过规模巨大的滑坡体或滑坡群，采取工程治理措施常耗资巨大，尚难保证路线安全，因此以避让为上策。对规模较小，或已处于稳定的滑坡，线路一般不必绕越。当线路高时，以不挖不填方式从滑坡顶通过；当线路低时，从滑坡前缘修挡土墙、路堤或用高架桥通过。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（4）地质条件不良地段的选线原则及防护措施地质条件不良地段的选线原则及防护措施）岩溶区。岩溶地区的道路，最好选在非可溶性岩层分布地区通过，或者在地表覆盖较薄、岩溶洞穴充填好的地段通过。如必须经过岩溶地区，应对岩溶发育的程度、岩溶的空间分布规律及岩溶后期发展的方向进行调查、分析，以最短线路从岩溶化较弱的地段通过，并尽量避开构造带。）软土区。选线时应首先考虑绕避。如不能绕避，应根据软土的成因类型和沉积特征选择最窄或稳定地段通过。要避免开挖路堑，尽量以低路堤通过，同时要勘察软土基底的有关情况，采用压密、挤淤、反压护道等方法提高路基稳定性，并考虑排水疏干的可能性和途径。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题（4）地质条件不良地段的选线原则及防护措施地质条件不良地段的选线原则及防护措施）风沙区。首先要掌握沙丘的稳定性和移动规律。应尽量避开流动沙丘，或者以最短途径通过，线路尽可能与盛行风平行，并尽量减少弯道以免积沙。线路应以填方低路堤为主。）冻土区。了解区域气温变化，查明最大冻土深度，确定冻土类型。应尽量避开季节性冻土区，以最短途径从热融滑塌体下方通过，或者从地下冰厚度较小的地带通过，应以低路堤形式通过。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.3.2桥梁工程地质问题桥梁工程地质问题桥梁的组成按照传递荷载功能主要划分为桥跨结构（上部结构），桥墩、桥台、支座（下部结构）和基础3部分（图7-18）。由于桥梁的结构和传力方式，上部荷载一般很大，且受偏心动荷载，还要防止水流对基础岩土的冲刷，加之桥梁所处地质环境复杂，常遇到一些工程地质问题。调查、研究和处理这些问题对保证桥梁的施工和运营安全是十分重要的。归纳起来主要有以下四个方面工程地质问题。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题图7-18 桥梁的组成7.3.2桥梁工程地质问题桥梁工程地质问题1.桥墩台地基稳定性桥墩台地基稳定性桥墩台地基稳定性主要取决于桥墩台地基中岩土体的允许承载力，它是桥梁设计中最重要的力学数据之一，它对选择桥梁的基础和确定桥梁的结构形式起决定性作用，对造价影响极大。桥墩台地基为土基时，其允许承载力的计算方法和基本原理与大型工业民用建筑物地基是相同的，但是超静定结构的大跨度桥梁，对不均匀沉降特别敏感，故其地基允许承载力必须取保守值；岩质地基允许承载力主要取决于岩体的力学性质、结构特征以及水文地质条件，一般按道路工程技术规范规定，根据岩石强度、节理间距、节理发育程度等来确定地基的允许承载力。但对断层、软弱夹层及易溶岩等，则应通过室内试验及现场原位测试等慎重确定，对风化残积层按碎石类土确定地基的允许承载力。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.3.2桥梁工程地质问题桥梁工程地质问题2.桥墩台的偏心受桥墩台的偏心受压压桥台除了承受垂直压力外，还承受岸坡的侧向主动土压力。在有滑坡的情况下，还受到滑坡的水平推力，使桥台基底总是处在偏心荷载状态下；桥墩的偏心荷载，主要是由于机动车在桥梁上行驶突然中断而产生的，对桥墩的稳定性影响很大，必须慎重考虑。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.3.2桥梁工程地质问题桥梁工程地质问题3. 桥墩桥墩台地基的冲刷台地基的冲刷桥梁墩台的存在，使原来的河床过水断面减小，增大了局部河水流速，改变了流态，对桥梁墩基础产生强烈冲刷，有时可把河床中的松散沉积物局部或全部冲走，使桥墩台基础直接受到流水冲刷，威胁桥墩台的安全。因此，桥墩台基础的埋深，除取决于持力层的埋深与性质外，还应满足下列要求：1）在无冲刷处，除坚硬岩石地基外，应埋置在地面以下不小于1m处。2）在有冲刷处，应埋置在墩台附近最大冲刷线以下不小于表7-1规定的数值。3）基础建于抗冲刷较差的岩石上（如页岩、泥岩、千枚岩和泥砾岩等），应适当加深。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.3.2桥梁工程地质问题桥梁工程地质问题3.3.桥墩台地基的冲刷桥墩台地基的冲刷7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题表7-1 墩台基础在最大冲刷线以下的最小埋深注：1.净冲刷深度是自计算冲刷的河床面算起的冲刷总深度，即一般冲刷与局部冲刷（据铁路工程地质手册略有修改）；2.最大冲刷深度可按300年一遇最高洪水位深度的40%计算。7.3.2桥梁工程地质问题桥梁工程地质问题4. 桥位选择桥位选择桥梁墩台的存在，使原来的河床过水断面减小，增大了局部河水流速，改变了流态，对桥梁墩基础产生强烈冲刷，有时可把河床中的松散沉积物局部或全部冲走，使桥墩台基础直接受到流水冲刷，威胁桥墩台的安全。因此，桥墩台基础的埋深，除取决于持力层的埋深与性质外，还应满足下列要求：7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.3.2桥梁工程地质问题桥梁工程地质问题4. 桥位选择桥位选择1）桥位应选在河床较窄、河道顺直、河槽变迁不大、水流平稳、两岸地势较高而稳定、施工方便的地方。避免选在具有迁移性（强烈冲刷的、淤积的、经常改道的）河床活动性大河湾、大沙洲或大支流汇合处。2）选择覆盖层薄、河床基底坚硬完整的岩体。若覆盖层太厚，应选在无漫滩相和牛轭湖相淤泥或泥炭的地段，避免选在尖灭层发育和非均质土层的地区。3）选择在区域稳定性条件较好、地质构造简单、断裂不发育的地段，桥线方向应与主要构造线垂直或大交角通过。桥墩和桥台尽量不设置在断层破碎带和褶皱轴线上，特别在高地震基本烈度区，必须远离活动断裂和主断裂带。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.3.2桥梁工程地质问题桥梁工程地质问题4. 桥位选择桥位选择4）尽可能避开滑坡、岩溶、可液化土层等发育的地段。5）在山区峡谷河流选择桥位时，力争采用单孔跨越。在较宽的深切河谷，应选择两岸较低的地方通过，要求两岸岩质坚硬完整，地形稍宽一些，适当降低桥台的高度，降低造价，减少施工的困难。6）在具有繁忙交通运输的大城市，建筑物安排多按平面规划进行，桥位应根据城市规划及便利交通的要求来确定。因此，在大城市桥梁跨越广阔的河流，多按照干道网规划的路线走向确定，而桥中线以与河流垂直为宜；如桥梁跨越河流非斜交不可，则桥位只好依照斜交考虑。多跨斜交桥的中间桥墩要布置与河流流向一致，当斜度不大时，可设置正向桥墩（图7-19a）；桥梁在大中城市跨越小河流时，多服从路网规划及交通运输上的需要，往往不要考虑河流流向，可按斜桥或弯桥考虑（图7-19b、c）。7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题7.3.2桥梁工程地质问题桥梁工程地质问题4. 桥位选择桥位选择7.37.3道路桥梁工程地质问题道路桥梁工程地质问题图7-19 正桥、斜桥与弯桥a)正桥b)斜桥c)弯桥边坡是岩体、土体在自然重力作用或人为作用下形成的具一定倾斜度的临空面，是工程建设中最常见的工程形式。边坡的组成要素包括坡顶、坡肩、坡面、坡趾和坡底，常用坡高和坡面角等描述边坡的形态特征。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题图7-20边坡组成要素边坡可以是自然界中的山坡、谷壁、河岸等在地质营力作用下形成的，也可以是人类根据工程需要开挖道路路堑、建筑基坑、运河渠道、露天矿坑和水库坝址等时形成的。因此，边坡按照成因可以分为自然边坡和人工边坡。此外，边坡还可按照岩性划分为土质边坡和岩质边坡；按照岩层倾向与坡向关系划分为顺向边坡、反向边坡和直立边坡；按照使用年限划分为临时边坡和永久边坡；按照坡高划分为低边坡、高边坡和特高边坡。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.1边坡的变形破坏边坡的变形破坏边坡的形成，使岩土体内部原有的应力状态发生变化，出现应力重分布，其应力状态在各种自然营力和人类工程活动影响下，随着边坡演变而又不断变化，使边坡岩土体发生不同形式的变形与破坏。边坡变形指坡体只产生局部位移和微破裂，岩土体只出现微量的变化，没有显著的剪切位移或滚动，不致引起边坡发生整体失稳。边坡破坏是指坡体以一定的速度出现较大的位移，边坡岩土体产生整体滑动、滚动或转动。边坡变形与破坏的发展过程，可以是漫长的，也可以是短暂的。边坡变形与破坏的形式和过程是边坡岩土体内部结构、应力作用方式、外部条件综合影响的结果，因此边坡变形与破坏的类型是多种多样的。对边坡变形和破坏基本类型的划分，是边坡研究的基础。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.1边坡的变形破坏边坡的变形破坏1. 土质边坡的变形破坏土质边坡的变形破坏土质边坡一般高度不大，多多为数米到二三十米，但也有个别的高达数十米。边坡在动静荷载、地下水、雨水、重力和各种风化营力的作用下，可能发生不同形式的破坏，按照变形和破坏的规模特征可分为坡面局部破坏和边坡整体性破坏。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.1边坡的变形破坏边坡的变形破坏1. 土质边坡的变形破坏土质边坡的变形破坏（1）坡面局部变形破坏坡面局部变形破坏包括松动、剥落、冲刷和表层滑塌等类型。表层土的松动和剥落是这类变形破坏的常见现象，它是由水的浸润与蒸发、冻结与融化、日光照射等风化营力对表层土产生复杂的物理化学作用导致。边坡冲刷是雨水在边被面上形成径流，因动力作用携带走边坡上较松散的颗粒，形成条带状的冲沟。表层滑塌是由于边坡上有地下水出露，形成点状或带状湿地，产生的坡面表层滑塌现象，雨水浸湿、冲刷也能产生这类破坏。上述这些变形破坏往往是边坡更大规模的变形破坏的前奏。因此，应及时对轻微的变形破坏进行整治，避免进一步发展。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.1边坡的变形破坏边坡的变形破坏1. 土质边坡的变形破坏土质边坡的变形破坏（2）边坡整体性破坏边坡整体坍滑和滑坡均属这类边坡破坏。土质边坡在坡肩附近出现连续的拉张裂缝和下沉，或在边坡中、下部出现鼓胀等现象，都是边坡整体性破坏的先兆。一般地区这类破坏多发生在强降雨或连阴雨后。对于有软弱基底的情况，边坡破坏常与基底破坏一起发生。对于这类破坏，在先兆期应加强预报，以防发生事故。在边坡治理前必须查明破坏的发生原因，切忌随意清挖，避免进一步坍塌，使破坏范围扩大。当边坡上层为土，下层为基岩，且层间接触面的倾向与边坡方向一致时，有时由于水的下渗使接触面润滑，造成上部土质边坡沿接触面滑动的破坏。因此，在勘测、设计过程中必须对水体在边坡中可能起的不良影响予以重视。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.1边坡的变形破坏边坡的变形破坏1. 土质边坡的变形破坏土质边坡的变形破坏可见，坡面局部变形破坏，只要在养护维修过程中采用一定措施就可以制止或减缓它的发展，其危害程度也不如边坡整体性破坏严重。边坡整体性破坏，会危及行车安全，有时造成线路中断，处理起来有一定难度。因此，在勘测设计阶段和施工阶段，应预测边坡可能发生变形破坏的形式，防患于未然。对于高边坡更应给予重视。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.1边坡的变形破坏边坡的变形破坏2. 岩质边坡的变形破坏岩质边坡的变形破坏我国是一个多山的国家，地质条件十分复杂。在山区，道路、房屋多傍河而建或穿越分水岭，因而会遇到大量的岩质边坡稳定问题。边坡的变形和破坏，会影响工程建筑物的稳定和安全。岩质边坡的变形是指边坡岩体只发生局部位移或破裂，没有发生显著的滑移或滚动，不致引起边坡整体失稳的现象。而岩质边坡的破坏是指边坡岩体以一定速度发生了较大位移的现象，例如，边坡岩体的整体滑动、滚动和倾倒。变形和破坏在边坡岩体变化过程中是密切联系的，变形可能是破坏的先兆，而破坏则是变形进一步发展的结果。边坡岩体变形破坏的基本形式可概括为松动、松弛张裂、蠕动、剥落、崩塌、滑坡等。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.1边坡的变形破坏边坡的变形破坏2. 岩质边坡的变形破坏岩质边坡的变形破坏我国是一个多山的国家，地质条件十分复杂。在山区，道路、房屋多傍河而建或穿越分水岭，因而会遇到大量的岩质边坡稳定问题。边坡的变形和破坏，会影响工程建筑物的稳定和安全。岩质边坡的变形是指边坡岩体只发生局部位移或破裂，没有发生显著的滑移或滚动，不致引起边坡整体失稳的现象。而岩质边坡的破坏是指边坡岩体以一定速度发生了较大位移的现象，例如，边坡岩体的整体滑动、滚动和倾倒。变形和破坏在边坡岩体变化过程中是密切联系的，变形可能是破坏的先兆，而破坏则是变形进一步发展的结果。边坡岩体变形破坏的基本形式可概括为松动、松弛张裂、蠕动、剥落、崩塌、滑坡等。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.1边坡的变形破坏边坡的变形破坏2. 岩质边坡的变形破坏岩质边坡的变形破坏(1)松动松动是在边坡形成初始阶段，坡体表部出现的一系列与坡向近于平行的陡倾角张开裂隙切割下，岩体向临空方向松开、移动的现象。可看作是一种边坡卸荷回弹的过程。(2)松弛张裂松弛张裂是指边坡岩体由卸荷回弹而出现的张开裂隙现象，是在边坡应力调整过程中的变形。(3)蠕动蠕动变形是指边坡岩体在重力作用下向临空方向发生长期缓慢的塑性变形的现象。(4)剥落剥落指的是边坡岩体在长期风化作用下，表层岩体破坏成岩屑和小块岩石，并不断向坡下滚落，最后堆积在坡脚，而边坡岩体基本上是稳定的。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题不稳定的边坡，在岩土体重力、水、震动力及其他因素作用下，常常发生危害性的变形与破坏，导致交通中断、房屋掩埋、江河堵塞、塘库淤填，甚至酿成巨大灾害。在工程建设和运营过程中，必须保证工程地段的边坡有足够的稳定性。边坡的工程地质问题主要体现为边坡的稳定性问题。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题1.影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素自然条件和人类活动对边坡的稳定性会产生较大影响。其中主要影响因素有岩土类型、地质构造、坡体结构、水文条件、风化作用、人类活动等。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题1.影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素（1）岩土类型岩土体是在长期的自然历史中形成的，其形成时代和成因类型不同，岩土的物质成分、结构构造、物理力学性质也不相同，因而边坡的稳定性也就不同。一些区域性土和特殊土，其物质组成和结构的各向异性，强烈影响到边坡的稳定。如黄土地区边坡有的高达数十米，近于直立却仍可稳定，而膨胀土边坡有的仅高数米或十数米，坡度小于10仍不能稳定。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题1.影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素（1）岩土类型岩石类型也从一定程度上决定着岩质边坡的稳定性。一般情况下，岩浆岩强度最高，构成的边坡也相对稳定，接下来是正变质岩、副变质岩和沉积岩。此外，组成边坡的岩性单一的比复杂的稳定，颗粒细的岩石较颗粒粗的稳定，块状的较片状的稳定。总之，只从岩性分析，密度大，强度高，抗风化能力强的岩石，可形成高陡的边坡且稳定性较好。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题1.影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素（2）地质构造地质构造对边坡岩土体稳定性影响是十分显著的。区域地质构造复杂，褶皱强烈，大断裂发育，新构造运动活跃的地区，对边坡稳定是不利的。在断层附近和褶皱核部，岩层破碎，节理发育，边坡稳定性也较差。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题1.影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素（3）坡体结构坡体结构对边坡稳定性的影响有时是决定性的。沉积岩、副变质岩构成的边坡中存在层理面，当岩层的倾向与边坡一致时，常成为边坡破坏的滑动面。岩体中存在的各种不连续面的切割组合，常构成边坡上不稳定块体，影响边坡稳定。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题1.影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素（4）水的作用水对边坡稳定的影响可分为两个方面，一是水对岩土的软化、侵蚀，降低岩土力学性质；二是水对边坡的冲刷、冲蚀，直接破坏边坡。水对岩土的冲蚀、溶滤作用，弱化甚至破坏岩土的结构，降低岩土的抗剪强度，还可以引起岩土内含水量的增加，重度增大，这都对边坡有不利影响。水在渗流过程中产生的动、静水压力，增大了边坡不稳定岩体的下滑力和对岩石的软化作用。尤其是质岩类遇水易于膨胀和崩解，软弱结构面在水的作用下，其抗剪强度大为降低。所以，很多边坡的变形破坏多发生在降雨的过程中或降雨后不久。水对坡面的冲刷、冲蚀，会造成坡面破坏，水流对坡脚的冲刷，是很多边坡破坏最直接的因素。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题1.影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素（5）风化作用风化作用使岩土体强度减小，边坡稳定性降低，促进边坡的变形破坏。在同一地区，不同岩性，其风化程度也不一样，如质岩石比硬砂岩易风化，因而风化层厚度较大，坡角较小；节理裂隙发育的岩石比裂隙少的岩石风化层深，常形成带状深风化带；具有周期性干湿变化地区的岩石易于风化，风化速度快，边坡稳定性差。因此，在研究风化作用对边坡稳定性的影响时，必须研究组成边坡岩体的各种岩石的抗风化能力和风化条件的差异，从而预测边坡的发展趋势，以便采取正确的防护措施。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题1.影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素（6）人类活动人类对边坡的不适当开挖、植被的破坏、地表或地下水动力条件的人为改变，都可能造成边坡破坏。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题2.边坡稳定性分析前应准备的资料边坡稳定性分析前应准备的资料在对边坡进行稳定性分析前，需要对各类稳定性影响因素进行剖析，提取边坡稳定性分析所需的资料，主要包括：1）地形和地貌特征。2）地层岩性和岩土体结构特征。3）断层、裂隙和软弱层的分布、产状、充填物质以及结构面的组合与连通率。4）边坡岩体风化、卸荷深度。5）各类岩土和潜在滑动面的物理力学参数以及岩体应力。6）岩土体变形监测和地下水观测资料。7）坡脚淹没、地表水位变幅和坡体透水与排水资料。8）降雨历时、降雨强度和冻融资料。9）地震基本烈度和动参数。10）边坡施工开挖方式、开挖程序、爆破方法、边坡外荷载、坡脚采空和开挖坡的高度和坡度等。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题3.边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法边坡工程地质研究的目的是查明边坡基本工程地质条件，评价和预测其稳定性，提出相应有效的防治措施。在边坡工程地质研究中，应对边坡稳定性做专门评价。评价边坡稳定性的常用方法有下列4类：（1）工程地质类比法把已有边坡的研究或设计经验应用到条件相似的新边坡的研究或设计中去。类比法适用于有历史经验记录的类似现场，而对历史经验较少的现场，它得到的结论是不可靠的，甚至是错误的。（2）极限平衡分析法把可能滑动的岩土体假定为刚体，通过分析可能滑动面，并把滑动面上的应力简化为均匀分布，进而计算出边坡的稳定性系数。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题3.边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法（3）数值分析法利用有限单元分析法，先计算出边坡位移场和应力场，然后利用岩土体强度准则，计算出各单元与可能滑动面的稳定性系数。（4）可靠度分析法基本思想是非确定论、非线性论，即把影响滑坡稳定性发展变化的一系列因素作为随机变量，建立各自的概率统计模型。7.47.4边坡工程地质问题边坡工程地质问题7.4.2边坡稳定性问题边坡稳定性问题3.边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法自然界中的边坡始终在不断地演化，其稳定性也随之变化发生。因此，应从发展变化的观点出发，把边坡与地质环境联系起来，特别应与工程施工后可能变化的地质环境联系起来，阐明边坡演化过程，既要论证边坡当前的稳定状况，又要预测边坡稳定性的发展趋势，还要查明促使边坡演化的主导因素。只有这样，才能准确评价边坡稳定性，制定出合理的防治方案。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题水利水电建设的主要任务是兴修水利水电工程。水利水水利水电建设的主要任务是兴修水利水电工程。水利水电工程又是依靠不同性质、不同类型的水工建筑物来实现的。电工程又是依靠不同性质、不同类型的水工建筑物来实现的。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题依其作用将水工建筑物分为：挡（蓄）水建筑物（水坝、水闸、堤防等）；取水建筑物（进水闸、扬水站等）；输水建筑物（输水渠道和随洞等）；泄水建筑物（溢洪道、泄洪洞等）；整治建筑物（导流堤、顺堤、丁坝等）；专门建筑物（电力厂房、船闸、筏道等）。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题水工建筑物具有调洪排洪，农田灌溉，水力发电，水力交通，水生养殖，城市及工业给排水等作用。水工建筑物设计时总是要考虑综合利用，使其尽可能地发挥最大效益。水工建筑物的主要部分往往是由挡水、溢洪、输水、发电和航运等建筑物组成的复杂建筑群，统称为水利枢纽。挡水坝、泄洪闸是这些建筑物中的主体工程，其上游形成的人工湖泊称为水库。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.1水坝类型水坝类型水坝因其用材和结构型式不同，可划分为很多类型：按筑坝材料分为土坝、堆石坝、干砌石坝、混凝土坝等；按坝体结构分为重力坝、拱坝和支墩坝；按坝高（H）分为低坝（H70m）。不同类型的坝，其工作特点及对工程地质条件的要求是不同的，讨论几类常见水坝的特点极其对工程地质条件的要求是十分必要的。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.1水坝类型水坝类型1.土坝土坝由土、砂或石块构成主体部分和不透水材料（如粘土或混凝土）构成坝心的坝。土坝主要是用坝址附近的土料，经碾压、抛填等方法筑成的挡水建筑物。它是一种古老而至今还不断发展并得到广泛使用的挡水建筑物，有时也称土石坝。优点：造价低、取材便捷、结构简单、施工难度小、地质条件要求低、工程寿命长和可改造。缺点：一般需在坝外另行修建泄水建筑物，如溢洪道、隧洞等，若遇库水漫顶，有垮坝失事的风险。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题图7-31 土坝类型a)均质坝 b)粘土心墙坝 c)粘土斜墙坝 d)多种土质坝 e)土石混合坝7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.1水坝类型水坝类型2.混凝土重力坝混凝土重力坝混凝土重力坝是指用混凝土浇筑的，主要依靠坝体自重来抵抗上游水压力及其他外荷载并保持稳定的坝型。按其结构形式分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、预应力重力坝等类型。世界各国修建于宽阔河谷处的高坝，多采用混凝土重力坝。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题图7-32 常见混凝土重力坝类型a)实体重力坝 b)宽缝重力坝 c)空腹重力坝 d)预应力重力坝7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.1水坝类型水坝类型2.混凝土重力坝混凝土重力坝优点：相对安全可靠、耐久性好、抵抗渗漏、洪水漫溢能力强，设计、施工技术简单，易于机械化施工，地质条件适应性强，地基条件要求低，可发电、泄洪和施工导流。缺点：坝体应力较低、材料强度不能充分发挥、坝体体积大、水泥消耗量大、施工期混凝土温度应力和收缩应力大、对温度控制要求高。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.1水坝类型水坝类型3.拱坝拱坝拱坝是一种建筑在峡谷中的拦水坝，做成水平拱形，凸边面向上游，两端紧贴着峡谷壁，能把一部分水平荷载传给基岩的空间壳体挡水结构。拱坝的水平剖面由曲线形拱构成，两端支承在两岸基岩上。竖直剖面呈悬臂梁形式，底部座落在河床或两岸基岩上。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题图7-33拱坝平面及剖面图a)拱坝平面图 b)垂直剖面（悬臂梁）图 c)水平截面（拱）7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.1水坝类型水坝类型3.拱坝拱坝优点：坝体较薄，坝底厚度一般只有坝高的1040%。其体积小、重量轻、典型的薄拱坝必重力坝节省混凝土用量达80%。同时，具有较强的超载和抗震能力，拱坝比之重力坝可较充分地利用坝体的强度，其超载能力常也比其他坝型高。缺点：对坝址河谷形状及地基要求较高。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.2库岸稳定问题库岸稳定问题水库建成蓄水后，库岸地质环境条件发生急剧变化，使之处于新的环境和动力地质作用下，表现以下三方面：首先，原来处于干燥状态下的岩主体，在库水位变化范围内的部分因浸湿而经常处于饱和状态，其工程地质性质明显劣化，抗剪强度降低；其次，岸边遭受人工湖泊波浪的冲蚀、淘刷作用，较原来河流的侵蚀冲刷作用更为强烈；最后，库水位经常变化，当水位快速下降时，岸坡中原被壅高的地下水来不及泄出，因而增加了岸坡岩土体的动水压力和自重。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.2库岸稳定问题库岸稳定问题库岸地质环境条件的变化，使得原来处于平衡状态下的岸坡逐渐发生变形，有些地甚至形成大规模失稳破坏，形成“库岸再造”。岸坡的变形破坏，危及滨库地带居民点和建筑物的安全，使滨库地带的农田遭到破坏，岸坡破坏的堆积物又成为水库的淤积物，减小库容。大规模的岸坡失稳激起的涌浪，还会危及大坝安全，甚至会给坝下游带来灾难性后果。常见的岸坡失稳破坏形式有塌岸、滑坡和岩崩3种。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.2库岸稳定问题库岸稳定问题1.塌岸塌岸岸坡在库水波浪及其他外动力作用下，失去平衡而产生逐步坍塌，库岸线不断后移，以达到新的平衡的现象和结果，称水库塌岸。可见，水库塌岸是不同于崩塌和滑坡的一种特殊的破坏形式。这种现象主要发生于土质岸坡地段。水库蓄水最初几年内塌岸表现最为强烈，随后渐渐减弱，可以延续几年甚至十几年以上。因而，塌岸是一个长期缓慢的演变过程。最终塌岸破坏带的宽度可达几百米，如我国黄河三门峡水库最大塌岸带宽度284m。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.2库岸稳定问题库岸稳定问题2.滑坡滑坡库岸滑坡在大部分水库蓄水后都会发生，只是规模不同而已，它往往使岸坡岩土体在近饱水状态下蠕变发展。按库岸滑坡发生的位置，可分为水上滑坡和水下滑坡，以及近坝滑坡和远坝滑坡。滑坡作为库岸破坏的主要形式之一，危害较大，尤其对山区水库来说，必须重视近坝的库岸滑坡。如我国湖南柘溪水库，在1959年的蓄水初期，大坝上游1.5km的塘岩光发生大滑坡，165万m3土石以25m/s的速度滑入库中，激起高达21m的涌浪，致使库水漫过尚未完工的坝顶泄向下游，损失巨大。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.2库岸稳定问题库岸稳定问题3.岩崩岩崩岩崩是峡谷型水库岩质库岸常见的破坏形式，它常发生在由坚硬岩体组成的高陡库岸地段。水库蓄水后，由于坡脚岩层软化或下部库岸的变形破坏，而引起上部库岸的岩体崩塌。岩崩一般规模较小，对库区安全威胁较轻，但在库岸维护、施工时还需注意。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.3库区浸没问题库区浸没问题水库蓄水后水位抬升，引起水库周围地下水壅高。当库岸比较低平，地面高程与水库正常高水位相差不大时，地下水位可能接近甚至高出地面，产生种种不良后果，称为水库浸没（图7-34）。浸没对滨库地区的工农业生产和居民生活危害甚大，它使农田沼泽化或盐碱化；建筑物的地基强度降低甚至破坏，影响其稳定和正常使用；附近城镇居民无法居住，不得不采取排水措施或迁移他处。浸没区还能造成附近矿坑渗水，使采矿条件恶化。因此，浸没问题常常影响到水库正常高水位的选择，甚至影响到坝址的选择。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题浸没现象的产生，是各种因素综合作用的结果，包括地形、地质、气象水文、水库运营和人类活动等。就地形和地质因素而言，可能产生浸没的条件是：（1）受库水渗漏影响的邻谷和洼地，平原水库的坝下游和围堤外侧，特别是地形标高接近或低于原来河床的库岸地段，容易产生浸没。（2）基岩地区不易发生浸没；第四纪松散堆积物中的粘性土和粉砂质土，由于毛细性较强，易发生浸没，特别是膨胀土和黄土，浸没现象更为严重。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题图7-34 水库浸没示意图a)水库浸没平面图 b)剖面 c)剖面1-水库蓄水后雍高地下水位；2-水库蓄水前地下水位；3-沼泽化地带；4-盐碱化地带；5-遭浸没的道路；6-房屋遭浸没沉陷。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.4库区淤积问题库区淤积问题水库为人工形成的静水域，河水流入水库后流速减慢，搬运能力降低，所挟带的泥砂逐渐在此堆积下来，形成水库淤积。由于搬运分选作用，淤积的粗粒部分堆于上游，细粒部分堆于下游，随着时间的发展，淤积物逐渐向坝前推移。通往水库的河流若都含有大量泥砂，则淤积问题将成为该水库必须考虑的工程地质问题。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.4库区淤积问题库区淤积问题水库淤积虽然可起到天然铺盖以防止库水渗漏的良好作用，但是大量淤积物堆于库底，将减小有效库容，降低水库效益；水深变浅，妨碍航运和渔业，影响水电站运转。严重的淤积，将使水库在短时间内失去有效库容，缩短使用寿命。例如，美国科罗拉多河上一座大型水库，建成13年后便有95的库容被泥砂充填。日本有256座水库平均使用寿命仅53年，其中56座已淤库容的50，26座已淤库容的80。我国黄河干流上的三门峡水库，若不采取措施，几十年后将全部淤满。黄土高原地区有一些小水库，建成一年后库容竟全部被泥砂淤满。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.4库区淤积问题库区淤积问题淤积不仅缩短水库使用寿命，而且会给上下游防洪、灌溉、航运、排涝治碱、工程安全和生态平衡带来影响。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.5库坝区渗漏问题库坝区渗漏问题库坝区渗漏是指库水沿着库盆岩土体中的孔隙、裂隙、断层、溶洞等向库区以外或通过坝基（肩）向下游渗漏水量的现象。水库的作用是蓄水兴利，在一定的地质条件下，水库蓄水期间及蓄水后会产生渗漏。对任何一座水库来说，在未采取有效的工程处理措施的情况下，如果存在严重的渗漏现象，将会直接影响到该水库的效益。在工程设计中，一般要求水库的渗漏量小于该河流段平水期流量的13。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题7.5.5库坝区渗漏问题库坝区渗漏问题1.库坝渗漏库坝渗漏包括库水的渗透损失和渗漏损失。通过饱和库岸和库底岩土体缓慢渗透而引起的库水损失，称渗透损失，这种渗漏现象也称为暂时性渗漏。库水沿透水层、溶洞、断裂破碎带、裂隙节理带等连贯性通道外渗而引起的损失，称渗漏损失，这种渗漏现象称经常性渗漏，或永久性渗漏。通常，库区渗漏指永久性渗漏。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题库区渗漏量的大小由构成库岸和分水岭岩层的渗透性质、地质结构以及地貌条件所决定：未胶结的砂砾石层是透水性极强的渗漏通道；坚硬岩层的巨厚风化壳亦可能形成与之类似的渗漏；喀斯特洞穴、暗河通道是形成库区集中渗漏的主要危险；背斜构造的河谷是形成库区渗漏的有利条件；库水极易沿透水岩层向邻谷渗漏，只有当岩层的倾斜较陡，库水位以下的透水岩层插入邻谷谷底以下时，此种渗漏才可避免。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题库区与邻谷间的地下分水岭高于库水位时，即使具备其他渗漏条件也不会发生渗漏。邻谷切割深，并且水位低于库水位时，在上述诸条件配合下会形成大渗漏量的渗漏。库区渗漏不仅会对水库效益造成严重影响，还可能在邻谷引起新的滑坡，或使古滑坡复活，造成农田浸没、盐渍化、沼泽化，危及农业生产及村舍安全。库区渗漏是水利水电建设中最为严重的工程地质问题之一，因此在库区选址前必须进行系统、严密的工程勘察工作。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题2.坝区渗漏坝区渗漏大坝建成后，库水在坝上、下游水位差作用下，经坝基和坝肩岩土体中的裂隙、孔隙、破碎带或喀斯特通道向坝下游渗漏的现象。经坝基的渗漏称坝基渗漏，经坝肩的渗漏称绕坝渗漏。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题由于坝基和坝肩一带岩土体中地下水渗透路径较其他地区短、坡降大，所以单位长度内的渗透量要比库区的大很多。同时，库水沿坝基和坝肩岩体中的裂隙或破碎带渗漏时，会产生渗透压力。其中法向渗透压力将使边坡中潜在滑动面上的法向有效荷载减小，同时也降低了边坡中的抗滑力；而侧向渗透压力和潜在滑动面上的法向渗透压力，则又会使坝肩岩体的侧向推力增加。这些都不利于坝基、坝肩和下游边坡的稳定。此外，坝区渗漏还可软化坝区岩体中的软弱夹层、断层破碎带，或产生潜蚀（管涌）等现象，从而降低坝基或坝肩岩体的承载力和抗滑力。7.57.5水利水电工程地质问题水利水电工程地质问题为减小坝区岩土体中的渗漏，需采取不同的防渗处理措施：（1）对坚硬的裂隙岩体采用灌浆帷幕的效果最好；（2）对喀斯特化岩体除采用灌浆帷幕外，还可采用铺盖、封堵和建截水墙防渗；（3）对松散岩体宜采用不同防渗材料的垂直防渗或水平防渗铺盖；（4）当坝基表层为弱透水层，下部为强透水层时，宜在坝下游埋设排水减压井、排水槽等以减小渗透压力。