我國不良地質及其工程地質問題

  摘要：不良地質現象（地質災害）是指地球在內動力、外動力或人類工程 動力作用下，發生的危害人類生命財產、生產生活活動或破壞人類賴以生存和發展的資源與環境的不幸地質事件。地質災害危害嚴重，治理困難。所以，正確認識地質災害的性質、類型、范圍、規模、機理、運動特征、穩定性和正確預測其發展趨勢是防治工作的基礎。而工程地質工作的基本任務在于對人類工程活動可能遇到或引起的各種工程地質問題作出預測和確切評價，從地質方面保證工程建設的技術可行性、經濟合理性和安全可靠性。只要認真細致地勘查，地質災害是可以認識清楚的，也是可以預防和治理的。

 

  關鍵字：不良地質（地質災害）   工程地質   預防   治理

 

  一、不良地質的分類與防治  不良地質現象：不良地質現象（地質災害）是指由于地質作用對人類生存和發展造成的危害。它包括：

 

  自然地質災害：自然地質作用引起的災害。

 

  人為地質災害：由于人類工程活動使周圍地質環境發生惡化而誘發的地質災害。

 

  由自然地質作用和人類工程活動所引起的物理地質現象，包括巖石風化、沖溝、滑坡、崩塌、巖溶、泥石流、潛蝕、凍融、地震、風沙、地面沉降、海岸湖岸水庫的岸邊再造等等，這些作用都給工程建設活動帶來嚴重的影響和危害。我們把這些危害工程建設的地質作用統稱為不良地質作用。

 

  1.風化作用

 

  地表及地面以下一定深度的巖石，在氣溫變化、水溶液、氣體及生物等各種營力的作用下，其成分和結構不斷地發生變化，這些改變巖體成分和結構的地質作用，總稱為風化作用。

 

  （1）物理風化作用；特點：巖石有自然因素作用下，發生機械破碎，而無明顯的成分改變。 影響因素：氣溫變化、冰劈作用、鹽類結晶膨脹等。

 

  （2）化學風化作用：地表巖石受水、氧及二氧化碳的作用而發生化學成分的變化，并產生新礦物的作用，稱為化學風化作用。（水化作用、氧化作用、水解作用、溶解作用）

 

  （3）生物風化作用：由于生物的活動對巖石與礦物所引起的破壞作用，為生物風化作用。 生物對巖石的破壞作用既有機械的又有化學的 。

 

  巖石風化的治理方法采取挖除和防治兩種措施。

 

  1.挖除。挖除一部分危及建筑物安全的風化嚴重的巖層，挖除的深度是根據風化巖的風化程度、風化裂隙、風化巖的物理力學性質和工程需要等來確定的。挖除法適用于風化層較薄的情況。

 

  2.防治方法。制止風化作用繼續發展，或采用人工方法加固風化巖的措施。

 

  （1）覆蓋防止風化營力入侵的材料。為防止水和空氣侵入巖石，可用瀝青、三合土、粘土以及噴射水泥漿或石砌護墻來覆蓋巖石表面。施工時先將巖石表面已經風化的部分清除，然后在新鮮巖面上進行覆蓋。為防止溫度變化對巖石的影響，可在其上鋪一層粘上或砂，其厚度應超過年溫度影響深度的5～10cm，此方法主要起隔絕作用。

 

  （2）灌注膠結和防水材料。將水泥、水玻璃、瀝青或粘土漿通過高壓將其灌入巖石的裂隙內及噴射于表面，不僅能起到隔絕作用，而且能提高巖石的強度和穩定性。

 

  （3）整平地區，加強排水。這是以防為主的方法水是巖石風化的主要因素之一，將巖石與水隔絕能減少巖石的風化速度。

 

  （4）當巖石風化速度較快時，必須通過敞露的探槽觀測巖石的風化速度，從而確定基坑的敞開期限內巖石風化可能達到的深度，據此擬定保護基坑免受風化破壞的措施。

 

  2.河流地質作用

 

  具有明顯河槽的常年或季節性水流稱為河流。

 

  （1）流水的侵蝕作用：包括溶蝕和機械溶蝕兩種方式。

 

  1）流水對河床的沖刷

 

  2）流水對河岸的掏蝕

 

  （2）流水的搬運作用

 

  （3）流水的堆積作用

 

  河流侵蝕作用的防治：

 

  對于河流側向侵蝕及因河道局部沖刷而造成的坍岸等災害，一類是直接防護邊岸不受沖蝕作用的措施。如拋石、鋪砌、混凝上塊堆砌、混凝上板、護岸擋墻、岸坡綠化等。另一類是調節徑流以改變水流方向、流速和流量的措施。如為改變河水流向則可興建各類導流工程如丁壩、橫墻等。

 

  3.河谷的類型：

 

  （1）侵蝕谷發展成為河谷分三個階段：峽谷型、河漫灘河谷、形成河谷

 

  （2）河流階地可分為：侵蝕階地、堆積階地（上迭階地、內迭階地、嵌入階地）、基座階地。

 

  4.河岸掏蝕破壞的防護

 

  首先要確定河岸掏蝕破壞的地段。  防護措施可分為兩類：一類是直接防護河岸不受沖蝕作用的措施。如拋石、鋪砌、混凝土塊堆砌、混凝土板、護岸擋墻、岸坡綠化等。另一類是調節徑流以改變水流方向、流速和流量的措施。只有綜合采用整治與預防措施并舉，以及按經濟技術指標對比的方法來選擇決定方案時，才能取得最大的效益。

 

  5.滑坡

 

  斜坡上大量的巖土體，在一定的自然條件（地質結構、巖性和水文地質條件等）及其重力的作用下，使部分巖土體失去穩定性，沿斜坡內部一個或幾個滑動面（帶）整體地向下滑動的現象，稱之為滑坡。

 

  （1）牽引式滑坡：滑體下部先失去平衡發生滑動，逐漸向上發展，使上部滑體受到牽引而跟隨滑動。

 

  （2）推動式滑坡：上部滑動面局部貫通，向下擠壓下部滑體，最后整個滑體滑動。

 

  （3）滑坡的發育過程：蠕動變形階段、滑動破壞階段、漸趨穩定階段

 

  （4）滑坡的治理：滑坡的防治措施主要有排、擋、減、固等，具體如下：

 

  a.排水

 

  a1.排除地表水

 

  對滑坡體地表水要截流旁引，不使它流入滑坡內。因此可在滑坡邊界處設環形截水溝，滑坡內修筑樹枝狀排水溝。其間的截、排水溝應保證質量，以地表水不能下滲為準。此外還有整平地面，堵塞、夯實滑坡裂縫，防止地表水滲入滑坡內。在滑坡體及四周植樹種草等方法也有顯著效果。

 

  a2.排除地下水

 

  其中水平排水設施有盲溝、盲洞、水平鉆孔。垂直排水設施有井、鉆孔等。盲溝的迎水面應是滲水的，并作反濾層，背水面是涌水的，防止水滲入滑坡體內，為了防止地表水和泥砂滲入盲溝內，溝頂部可設隔水層。另外也有設置支撐盲溝，即有支撐作用又有排水作用，這種方法一般在滑坡床較淺，滑坡體內有大量積水或地下水分布層次多的滑坡中采用。支撐盲溝常見的結構類型有拱型，“Y”型和其它類型等。

 

  b.支擋

 

  支擋工程的作用主要是增加抗滑力，直到不再滑坡。常用的支擋工程有擋墻、抗滑樁和錨固工程。

 

  c.刷方減重

 

  凡屬頭重腳輕的滑坡以及有可能產生滑坡的高而陡的斜坡，可將滑坡上部或斜坡上部的巖土體削去一部分，減輕上部荷載，這樣可減小滑坡或斜坡上的滑動力，而增加滑坡或斜坡內的抗滑力，因而增加了穩定性。若將上部削除的巖土堆于坡腳處，尤其可進一步增大滑坡或斜坡的穩定性。

 

  d.改良滑動面的沿途性質

 

  土質改良的目的在地提高巖土體的抗滑能力，主要用于土體性質的改善。一般有電化學加固法、硅化法、水泥膠結法、凍結法、焙燒法、石灰灌漿法及電滲排水法等。

 

  此外，還可以針對某些影響滑坡滑動因素進行整治，如防水流沖刷、降低地下水位、防止巖石風化等具體措施。 6.崩塌  崩塌是指陡峻斜坡上的巖、土體在重力作用下突然脫離坡體向下崩落的現象。

 

  7.泥石流

 

  含有大量泥砂、石塊等固體物質，突然爆發的，具有很大破壞力的特殊洪流稱之為泥石流。

 

  （1）分類：水石流型泥石流、泥石流型泥石流、泥水流型泥石流

 

  （2）形成條件：地形條件（泥石流形成區、泥石流流通區、泥石流堆積區）、地質條件（松散固體物質）、水文氣象條件（大量的流水）

 

  （3）石流的防治措施

 

  防治泥石流的原則是以防為主，兼設工程措施。泥石流的防治措施有:

 

  預防：在上游匯水區，做好水土保持工作。主要措施為封山育林、植樹種草、修筑梯田、修筑地表排水系統和支擋工程等措施；     攔截：在中游流通區設置攔截構筑物，以阻擋泥石流挾帶的物質。用改變溝床坡降降低流速的方法，防止溝床下切；

 

  排導：在泥石流的下游設置排導措施使泥石流順利排出。

 

  8.巖溶、土洞的形成

 

  巖溶，又稱喀斯特，是指可溶性巖石，在漫長的地質年代里受地表水和地下水以化學溶蝕為主，機械侵蝕和巖漿為輔的地質營力的綜合作用和由此產生的各種現象的統稱。

 

  （1）主要形態：溶溝溶槽、漏斗、溶蝕洼地、坡立谷和溶蝕平原、落水洞和豎井、暗河、天生橋。

 

  （2）巖溶的垂直分帶：垂直循環帶（包氣帶）、季節循環帶（過渡帶）、水平循環帶（飽水帶）、深部循環帶（溶孔）。      土洞：巖溶地層上覆蓋的土層被地表水沖蝕或地下水潛蝕所形成的洞穴。進一步發育形成地表塌陷。

 

  （1）溶濾潛蝕；地下水流失將土中可溶成分溶解，再將細小顆粒從大顆粒間的孔隙中帶。

 

  （2）機械潛蝕；在地下水流的滲透壓力作用下，將巖層中的細小顆粒帶走的現象稱為機械潛蝕。

 

  溶與土洞地基的防治：

 

  在進行建(構)筑物布置時，應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的防治措施。  當建(構)筑物的位置可以移位時，為了減少工程量和確保建(構)筑物的安全，應首先設法避開有威脅的巖溶和土洞區，實在不能避開時，再考慮處理方案。

 

  （1）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，以達到改良地基的效果。對于土洞回填的碎石上設置反濾層，以防止浴蝕發生。

 

  （2）跨蓋：當洞埋藏較深或洞頂板不穩定時，可采用跨蓋方案。如采用長梁式基礎或衍架式基礎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上或可靠的持力層上，并注意其承載能力和穩定性。

 

  （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粘土混合灌漿于巖溶裂隙中；對于土洞，可在洞體范圍內的頂板打孔灌砂或砂礫，應注意灌滿和密實。

 

  （4）排導：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。因面對自然降雨和生產用水應防止下滲，采用截排水措施，將水引導至他處排泄。

 

  （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，并有靠樁來擠壓擠緊土層和改變地下水滲流條件的功效。

 

  9.地震

 

  地震是地殼發生的顫動或振動，是由地球內動力作用引起的。它是地殼運動的一種特殊形式，是一種與地質構造有密切關系的物理現象。由于地震作用，使地表產生一系列的地質現象，如地面隆起及陷落，滑坡及山崩，褶皺和斷裂，地下水的流失與集中，噴水冒砂等。

 

  （1）在地殼內部振動的發源地叫震源。 震源在地面上的垂直投影叫震中，可看作是地面上震動的中心。震中到震源的距離叫做震源深度。 地面上任何地方到震中的距離稱為震中距。地震發生時，震源處產生劇烈振動，以彈性波方式向四周傳播，此彈性波稱為地震波。

 

  （2）地震的成因：構造地震、火山地震、陷落地震、人工觸發地震。

 

  （3）地震震級是一次地震本身大小的等級，它是用來衡量地震能量大小的量度。

 

  地震烈度是指某地區地表面和建筑物受地震影響和破壞的程度。烈度的大小除與地震震級、震中距、震源深淺有關外，還與當地地質構造、地形、巖土性質等因素有關。地震震級與地震烈度既有區別，又有內在聯系，它們是一個問題的二個方面。一次地震中，只有一個震級，而地震烈度卻在不同地區有不同烈度。一般認為：當環境條件相同時，震級愈高，震源愈淺，震中距愈小，地震烈度愈高 。

 

  （4）地震烈度劃分為：基本烈度、建筑場地烈度及設計烈度三種。 基本烈度是指該地區在一百年內能普遍遭受的最大地震烈度。 建筑場地烈度是指在建筑場地范圍內，由于地質條件、地形地貌條件及水文地質條件不同而引起對基本烈度的提高或降低。 設計烈度是指抗震設計中實際采用的烈度，又稱計算烈度或設防烈度。它是根據建筑物的重要性，永久性、抗震性及經濟性等的需要對基本烈度的調整。

 

  （5）地震效應：地震力效應（地震力是由地震波直接產生的慣性力。地震系數K）、地震破裂效應（地震斷層、地裂縫）、地震的液化效應（噴水冒砂、地下砂層液化）、地震激發地質災害的效應。

 

  地震的防治至今都是一個無法攻克的難題，主要是因為地震的預測不能實現。

 

  二、工程地質問題

 

  工程地質問題是指與人類工程活動有關的地質問題。它影響建筑物修建的技術可能性、經濟合理性和安全可靠性。如建筑物所處地質環境的區域構造穩定問題、地基巖體穩定問題、地下硐室圍巖穩定問題和邊坡巖體穩定問題、水庫滲漏問題、淤積問題、浸沒問題、邊岸再造及壩下游沖刷問題，以及與上述問題相聯系的建筑場地的規劃、設計和施工條件等方面的問題。工程地質工作的基本任務在于對人類工程活動可能遇到或引起的各種工程地質問題作出預測和確切評價，從地質方面保證工程建設的技術可行性、經濟合理性和安全可靠性。由于工程地質條件復雜多變，不同類型的工程對工程地質條件的要求又不盡相同，所以工程地質問題是多種多樣的。

 

  三、結束語

 

  千百年來，人類趨利避害，防禍祈福，始終追求美好、幸福、平安的生活。然而，有不測風云，人有旦夕禍福，人類社會經濟生活中難免有火災降臨。地質災害就是其中一種危及人民生命財產和社會穩定發展的災禍。  我國政府十分重視地質災害的防治工作，將其作為各級國土資源部門的一項重要政府職能。最大限度地減輕地質災害造成的損失已經成為全社會的共識。而國內外防治地質災害的方法日益增多，手段日益先進，裝備日益精良。除了人力不可抗拒的地質災害不易預測和防治外，大部分可以隨著科學技術的不斷發展而得到有效地防止。