解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,土木工程地质学,Geology in Civil Engineering,土木工程地质学Geology in Civil Engin,6.1,斜坡变形,6.2,崩塌,6.3,滑坡,6.4,泥石流,6.5,地面塌陷,6.6,地震与沙土液化,不良地质现象及防治,6.1斜坡变形不良地质现象及防治,6.1,斜坡变形,6.1.1,拉裂,斜坡岩土体在局部拉应力集中部位和张力带内行程张裂隙的变形形式成为拉裂。拉裂形成机制有三种类型：,1,、在坡面和坡顶张力带中拉应力集中形成拉裂；,2.,卸荷回弹或岩体初始应力（地应力）释放产生拉裂；,3.,因蠕滑形成局部应力集中产生拉裂。,斜坡变形,:,由于应力状态的变化,当局部应力超过该部位岩土体的容许强度时,引起局部剪切错动、拉裂并出现小位移，但还未造成整体性的破坏。,6.1 斜坡变形 6.1.1拉裂斜坡变形:由于应力状态的变,6.1.2,蠕滑,斜坡岩土体迎软弱面局部向临空方向的缓慢剪切变形称为蠕滑。蠕滑一般有三种形式：,1.,受最大剪应力面控制的蠕滑，在均质土坡中较为常见；,2.,受软弱结构面控制的蠕滑，在含有近水平或倾向坡外各种软弱结构面的岩坡常见；,3.,受软弱基座控制的蠕滑和塑流。,6.1.3,弯曲倾倒,由陡倾或直立板（片）状岩体组成的斜坡，当岩层与坡面平行时，在重力作用下发生向临空方向弯曲、折裂并逐渐向内发展，此重变形称为弯曲倾倒。,6.1.2蠕滑6.1.3弯曲倾倒,碎落,斜坡的表层岩石由于强烈风化，沿斜坡表面发生经常性的岩屑顺坡滚落现象。,6.2,崩塌,碎落 斜坡的表层岩石由于强烈风化，沿斜坡表面发生经,落石,陡峻斜坡上个别、少量岩块、碎石脱离坡体向下坠落的现象。,山崩,规模巨大的山区崩塌。,落石陡峻斜坡上个别、少量岩块、碎石脱离坡体向下坠落的现,盐池河崩塌,盐池河崩塌,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,崩塌的形成条件及影响因素,二、崩塌产生的条件,1.,岩性条件：一般发生于厚层坚硬岩体中，这类岩体常能形成高陡斜坡。,2.,地形地貌条件：一般发生于陡峻的斜坡地段，一般坡角大于,45,度，高度大于,30,米，坡面不平整，上陡下缓。,3.,构造条件：在岩体中各种软弱结构面（节理、裂隙、岩层层面、断层等）组合处易发生崩塌。,4.,气候条件：昼夜温差、季节变化促使岩石风化。,5.,水文地质条件：水的冲刷、溶解和软化裂隙充填物软弱面，水的渗透力。,6.,其它：地震及人类活动中的爆破、开挖高边坡破坏山体平衡。,崩塌的形成条件及影响因素二、崩塌产生的条件,地形地貌条件,地形是引起崩塌的基本因素。斜坡,坡度大于,45,、,高度超过,30m,的地段有利于发生崩塌。,地形地貌条件地形是引起崩塌的基本因素。斜坡坡度大于45、,软、硬岩相间发生的崩塌,岩性条件,岩性对崩塌有明显的控制作用。坚硬脆性的岩石组成的高陡边坡以及硬、软岩相间构成的边坡较易发生崩塌。,软、硬岩相间发生的崩塌岩性条件岩性对崩塌有明显的控制作用。,层理、节理组合发生的崩塌,地质构造条件,岩体中各种不连续面的存在是产生崩塌的基本条件。当各种不连续面的产状和组合有利于崩塌时，就成为发生崩塌的决定性因素。,层理、节理组合发生的崩塌地质构造条件岩体中各种不连续面的存,水的条件,水是诱发崩塌的必要条件。,气候条件,高寒地区冰劈作用广泛发育，干旱、半干旱气候区日温差及年温差较大，这些地区物理风化强烈，岩石易破碎成碎块，崩落极为盛行。,水的条件水是诱发崩塌的必要条件。气候条件高寒地区冰劈作用广,其它条件,主要是人为因素和振动影响。如果在工程设计和施工中处理不当，会促使崩塌的发生；地震、列车、爆破施工引起的振动，也是诱发崩塌的因素。,其它条件主要是人为因素和振动影响。如果在工程设计和施工中处,崩塌的防治,1.,绕避为主,对有可能发生大、中型崩塌的地段，有条件绕避时，有限绕避。,2.,防治结合,对有可能发生小型崩塌或者落石的地段，应视地形条件进行经济比较。,3.,科学施工,避免使用不合理的高陡边坡，避免大挖大切，维持山体平衡,崩塌的防治1.绕避为主,对于落石和小型崩塌,(1),清除危岩,；,(2),支护加固,；,(3),拦挡工程,。,拦石网,崩塌支护加固措施,对于落石和小型崩塌拦石网崩塌支护加固措施,对于大型崩塌,，,可采用,棚洞,或,明洞,等防护工程。,若各种方法均不能解决问题时，只能采取,绕避,方案：或将线路,内移作隧,；或将线路,改移,到河对岸。,防崩塌明洞,对于大型崩塌，可采用棚洞或明洞等防护工程。若各种方法均不,6.3.1,滑坡及其形态特征,6.3.2,滑坡的形成条件及影响因素,6.3.3,滑坡分类,6.3.4,滑坡防治,6.3,滑坡,6.3.1 滑坡及其形态特征 6.3滑坡,滑坡及其形态特征,滑坡,斜坡上的岩土体，在重力的作用下，沿着斜坡内部一定的滑动面（或滑动带）整体下滑，且水平位移大于垂直位移的坡体变形。,滑坡及其形态特征滑坡斜坡上的岩土体，在重力的作用下，沿着,2004,年,6,月,23,日，湖南怀化沅陵的,五强溪库区重点移民区,的北溶乡花园、侯家湾、朱红溪,3,个村发生,山体滑坡,。,毁损的公路,27,栋房屋被冲毁,2004年6月23日，湖南怀化沅陵的五强溪库区重点移民区,2003,年,5,月,11,日贵州省三穗县,平溪特大桥滑坡,致使,35,人死亡，毁坏桥墩。,2003年5月11日贵州省三穗县平溪特大桥滑坡致使3,滑坡的形态特征,滑坡的形态特征,滑坡体,沿滑动面向下滑动的那部分岩土体。,滑动面,滑坡体沿其下滑的面。,滑坡的形态特征,滑坡体沿滑动面向下滑动的那部分岩土体。滑坡的形态特征,滑动面的形态,滑动面的形态,滑坡床,滑动面下稳定不动的岩土体。,滑坡周界,平面上滑坡体与周围稳定不动的岩土体的分界线。,滑坡的形态特征,滑坡床滑动面下稳定不动的岩土体。滑坡的形态特征,滑坡壁,滑体后缘与母体脱开的分界面。,平面上多呈围椅状。,滑坡的形态特征,滑坡壁滑体后缘与母体脱开的分界面。滑坡的形态特征,滑坡台阶,由于滑坡体上、下各段运动速度的差异，滑坡体断开或沿不同滑面多次滑动，在滑坡上构成多级台阶。每一台阶由滑坡平台及陡壁组成。,滑坡的形态特征,滑坡台阶由于滑坡体上、下各段运动速度的差异，滑坡体断开或,滑坡舌,滑坡体前缘形如舌状伸入沟堑或河道中的部分。,滑坡鼓丘,滑坡体前缘受阻，被挤压鼓起成丘状的部分。,滑坡的形态特征,滑坡舌滑坡体前缘形如舌状伸入沟堑或河道中的部分。滑坡的形,滑坡裂隙,滑坡体内出现的裂隙。,滑坡的形态特征,滑坡裂隙滑坡体内出现的裂隙。滑坡的形态特征,2003,年,7,月,13,日 三峡库区沙溪镇发生千将坪滑坡，致使,24,人失踪。,新沙溪镇,2003年7月13日 三峡库区沙溪镇发生千将坪滑坡，致,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,滑坡壁,滑坡周界,滑坡壁滑坡周界,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,滑坡常见的各种,地貌、地物特征：,滑坡体上房屋开裂甚至倒塌；,滑坡周界处双沟同源现象；,滑坡体表面坡度比周围未滑动斜坡坡度变缓；,滑坡体上的“醉林” 、“马刀树”等现象。,滑坡常见的各种地貌、地物特征：,5.1.2,滑坡的形成条件及影响因素,滑坡的形成条件,影响滑坡形成和发展的因素,5.1.2 滑坡的形成条件及影响因素 滑坡的形成条件,滑坡的形成条件,必备条件,滑动面,切割面,临空面,滑坡的形成条件 必备条件滑动面,令,k,为稳定系数,显然，,k,1,时，斜坡稳定；,k=1,时，斜坡处于极限平衡状态；,k,1,时，滑体下滑。,力学条件,抗滑力矩,=,滑动力矩,=,a,令 k为稳定,影响滑坡形成和发展的因素,地形地貌,地层岩性,地质构造,地下水,人为因素等,由此，我们可以得出滑坡产生的,力学条件,是：,在贯通的滑动面上，,总下滑力抗滑力,。,影响滑坡形成和发展的因素地形地貌由此，我们可以得出滑坡产,地形地貌,斜坡的高度、坡度和形态影响着斜坡的稳定性。,高而陡峻的斜坡较不稳定，因为地形上的有效临空面提供了滑动的空间，是滑坡形成的重要条件。,地层岩性,沉积物和岩石是产生滑坡的物质基础。,地形地貌 地层岩性,地质构造,滑坡的产生与地质构造关系极为密切。,滑动面常常是构造软弱面，如层面、断层面、断层破碎带、节理面、不整合面等。另外，岩层的产状也影响滑坡的发育。如果岩层向斜坡内部倾斜，斜坡比较稳定；如果岩层的倾向和斜坡坡向相同，就有利于滑坡发育，特别是当倾斜岩层中有含水层存在时，滑坡最易形成。,地质构造,地下水,绝大多数滑坡的发生发育都有地下水的参与。,因为地下水进入滑动体，到达滑动面，会使滑动体自重增大，使滑动面抗剪强度降低，再加上对滑动体的静、动水压力，都成为诱发滑坡形成和发展的重要因素。,地下水,人为因素及其它因素,人工切坡，开挖渠道，露采矿坑等人类的工程活动。如设计施工不当，也可破坏斜坡平衡，引起滑坡。,此外，地震、大爆破和各种机械震动常诱发滑坡，因为地面震动不仅增加了土体下滑力，而且破坏了土体的内部结构。,人为因素及其它因素,当上述条件同时具备时，滑坡几乎是难以避免的。一个突出的例子是：,1983.3.7,，在甘肃省东乡县洒勒山南坡第四纪黄土与下覆第三纪红土层中发生了大型灾害性滑坡，使公路摧毁，河道堵塞，水库淤积，附近,4,个生产队的,71,户被掩埋，,220,人死亡，三千多亩农田被毁。,当上述条件同时具备时，滑坡几乎是难以避免的。一个突出的例,5.1.3,滑坡分类,按滑坡力学特征分类,按滑动面与地质构造特征分类,5.1.3 滑坡分类按滑坡力学特征分类,牵引式滑坡：,滑体下部先失去平衡发生滑动，逐渐向上发展，上部滑体受到牵引而跟随滑动。,推动式滑坡：,滑体上部局部破坏，上部滑动面局部贯通，挤压下部滑体，最后整个滑体滑动。,按滑坡力学特征分类,牵引式滑坡：滑体下部先失去平衡发生滑动，逐渐向上发展，上部滑,均质滑坡,顺层滑坡,切层滑坡,按滑动面与地质构造特征分类,均质滑坡顺层滑坡切层滑坡按滑动面与地质构造特征分类,5.1.4,滑坡防治,应当是以防为主、整治为辅；,查明影响因素，采取综合整治方案；,一次性根治，不留后患。,防治原则,5.1.4 滑坡防治 应当是以防为主、整治为辅； 防治原则,防治方法,排水,刷方减载,修建支挡工程,改善滑动面或滑动带的岩土性质,防治方法排水,滑坡地表排水系统示意图,截水沟断面构造图,排除地表水,:,对滑坡体地表水要截流旁引，不使它流入滑坡内。,排水,滑坡地表排水系统示意图截水沟断面构造图排除地表水: 对滑坡体,支撑盲沟,截水盲沟,排除地下水,其中水平排水设施有盲沟、盲洞、水平钻孔。垂直排水设施有井、钻孔等。,支撑盲沟截水盲沟排除地下水,刷方减载,对于头重脚轻的滑坡、高而陡的斜坡，可将滑坡上部或斜坡上部的岩土体削去一部分，并将其堆放在坡脚处。,刷方减载对于头重脚轻的滑坡、高而陡的斜坡，可将滑坡上部,抗滑桩,修建支挡工程,锚固滑体,挡土墙,支挡工程的作用主要是增加抗滑力，直到不再滑坡。,抗滑桩 修建支挡工程锚固滑体挡土墙支挡工程的作用主要是增加,抗滑桩,抗滑桩,改善滑动面或滑动带的岩土性质,土质改良的目的在于提高岩土体的抗滑能力，主要用于土体性质的改善。一般有电化学加固法、硅化法水泥胶结法、冻结法、焙烧法、石灰灌浆法及电渗排水法等。,改善滑动面或滑动带的岩土性质土质改良的目的在于提高岩土体,6.4.1,泥石流及其分布,6.4.2,泥石流形成条件,6.4.3,泥石流分类,6.4.4,泥石流地区道路位置选择,6.4.5,泥石流的防治措施,6.4,泥石流,6.4.1 泥石流及其分布 6.4泥石流,泥石流及其分布,泥石流,含有大量泥砂、石块等固体物质，突然爆发的，具有很大破坏力的特殊洪流。,泥石流及其分布泥石流含有大量泥砂、石块等固体物质，突然,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,泥石流的危害,泥石流的危害,2004,年,7,月，,云南省德宏州盈江县,先后发生了两次特大洪涝泥石流灾害，,造成了巨大的经济损失和人员伤亡。,2004年7月，云南省德宏州盈江县先后发生了两次特大洪涝泥,5.3.2,泥石流形成条件,必备条件,丰富的松散固体物质,陡峻的地形,足够的突发性水源,5.3.2 泥石流形成条件必备条件丰富的松散固体物质,松散固体物质（地质条件）,在形成区内有大量易于被水流侵蚀冲刷的疏松土石堆积物，是泥石流形成的,最重要的条件,。,松散固体物质（地质条件）在形成区内有大量易于被水流侵蚀冲刷,地形条件,典型的泥石流流域可划分为,形成区,、,流通区,和,沉积区,三个区段。,地形条件典型的泥石流流域可划分为形成区、流通区和沉积区三个,该区多为三面环山、一面出口的半圆形宽阔地段，周围山坡陡峻，沟谷纵坡降可达,30,以上。斜坡常被冲沟切割，且崩塌、滑坡发育；坡体光秃，无植被覆盖，这样的地形，有利于汇集周围山坡上的水流的固体物质。,形成区又可分为,汇水动力区,和,物质供给区,。,形成区,该区多为三面环山、一面出口的半圆形宽阔地段，周围山坡陡峻,该区多为狭窄而深切的峡谷或冲沟，谷壁陡峻而纵坡降较大，常出现陡坎和跌水，泥石流进入本区后极具冲刷能力。流通区形似,颈状或喇叭状,。非典型的泥石流沟，可能没有明显的流通区。,流通区,该区多为狭窄而深切的峡谷或冲沟，谷壁陡峻而纵坡降较大，常出,一般位于山口外或山间盆地的边缘，地形较平缓。泥石流至此速度急剧变小，最终堆积下来，形成扇形、锥状堆积体，有的堆积区还直接为河漫滩或阶地。,沉积区,一般位于山口外或山间盆地的边缘，地形较平缓。泥石流至此速度,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,水源条件,泥石流形成必须有强烈的地表径流，地表径流是暴发泥石流的动力条件。,人为因素,人类工程活动的不当可促进泥石流的发生、发展、复活或加重其危害程度。,水源条件泥石流形成必须有强烈的地表径流，地表径流是暴发泥,泥,流,泥,石流,按所含,固体物质成分,水石,流,泥石流分类,泥流泥石流按所含固体物质成分水石流泥石流分类,沟谷型,按,地貌特征,沟谷型 按地貌特征,山坡型,按,地貌特征,山坡型 按地貌特征,粘性泥流,粘性泥石流,稀性泥流,稀性泥石流,水石流,小型,中型,大型,特大型,按泥石流规模大小分类,发育初期,旺盛期,间歇期,按泥石流发育阶段分期,按流体性质分类,粘性泥流小型按泥石流规模大小分类发育初期按泥石流发育阶段分期,泥石流地区道路位置选择,掌握泥石流的独有特征和发生发展规律，选择好线路的位置是防治泥石流的最有效措施。,一般来说，,道路工程通过泥石流区，应遵循以下原则,：,绕避处于发育旺盛期的特大型、大型泥石流或泥石流群，以及淤积严重的泥石流沟；,远离泥石流堵河严重地段的河岸；,线路高程应考虑泥石流发展趋势；,峡谷河段以高桥大跨通过；,宽谷河段，线路位置及高程应根据主河床与泥石流沟淤积率、主河摆动趋势确定；,线路跨越泥石流沟时，应避开河床纵坡由陡变缓和平面上急弯部位；不宜压缩沟床断面，改沟并桥或沟中设墩；桥下应留足净空；,严禁在泥石流扇上挖沟设桥或作路堑。,泥石流地区道路位置选择掌握泥石流的独有特征和发生发展规律，,道路通过泥石流地区的具体位置，通常有五种方案可供比选,道路通过泥石流区的方案,道路通过泥石流地区的具体位置，通常有五种方案可供比选道路通过,泥石流的防治措施,对于大型的严重发育的泥石流地段，一般,绕避,为好。万一无法绕避的，在调查泥石流活动规律后，选择有利位置，采用适宜的结构物通过。,拦挡工程,排导工程,水土保持,泥石流的防治措施对于大型的严重发育的泥石流地段，一般绕避为,拦挡工程,主要用于上游形成区的后缘，主要结构物是各种形式的坝。其,主要作用是拦泥滞流和护床固坡。,谷坊群,格栅坝,拦挡工程谷坊群格栅坝,排导工程,主要用于下游的洪积扇上，目的是,防止泥石流漫流改道,。减小冲刷和淤积的破坏以保护附近的居民点、工矿点和交通线路。,排导工程主要包括排导沟、渡槽、急流槽、导流堤、排洪道等。,排导工程,水土保持,水土保持是泥石流的治本措施。,其措施包括平整山坡、植树造林，保护植被等，维持较优化的生态平衡。,水土保持,6.5,地面塌陷,地面塌陷是指地表岩、土体在自然或认为因素作用下，向下陷落，并在地面行程塌陷坑洞的一种地质现象。,岩溶塌陷是指在可溶性岩石分布的浅覆盖区，由于浅部岩溶发育，当水文地质条件改变时，在地下水的作用下，松散图层的土颗粒发生运移，而逐步形成隐伏土洞，并向地面发展，最终导致地面塌陷。,6.5地面塌陷地面塌陷是指地表岩、土体在自然或认为因素作用,岩溶及其形态特征,岩溶,指可溶性岩石受地表水和地下水以化学溶蚀为主，机械侵蚀和崩塌为辅的地质营力的综合作用产生的各种现象的统称，又称喀斯特,(karst),。,岩溶发育在,岩盐类岩石,硫酸盐类岩石,碳酸盐类岩石,岩溶及其形态特征岩溶指可溶性岩石受地表水和地下水以化学溶,漓江两岸如诗如画的风景,漓江两岸如诗如画的风景,岩溶的形态特征,溶沟,岩溶的形态特征溶沟,岩溶的形态特征,石芽,岩溶的形态特征石芽,岩溶的形态特征,石林,岩溶的形态特征石林,岩溶的形态特征,漏斗,岩溶的形态特征漏斗,岩溶的形态特征,落水洞,岩溶的形态特征落水洞,岩溶的形态特征,溶蚀洼地,岩溶的形态特征溶蚀洼地,岩溶的形态特征,峰丛,岩溶的形态特征峰丛,岩溶的形态特征,峰林,岩溶的形态特征峰林,岩溶的形态特征,孤峰,岩溶的形态特征孤峰,岩溶的形态特征,溶洞,岩溶的形态特征溶洞,地 下 溶 洞 的 形 成 过 程,地 下 溶 洞 的 形 成 过 程,该溶洞有,上、中、下三层,，每层,相互连通,。上洞、中洞属同一水平溶洞系统，都很开阔，可容数百人；下洞中发育有近,100m,的地下河，沿地下河行舟可以直通地面。,该溶洞有上、中、下三层，每层相互连通。上洞、中洞属同一水平,岩溶的形态特征,暗河,岩溶的形态特征暗河,岩溶的形态特征,天生桥,岩溶的形态特征天生桥,岩溶的形态特征,石林瀑布,岩溶的形态特征石林瀑布,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,岩溶的形成条件及发育规律,岩溶形成条件,可溶性岩石,岩石的裂隙性,水的溶蚀能力,岩溶水的运动与循环,垂直循环带,季节循环带,水平循环带,深部循环带,岩溶的形成条件及发育规律岩溶形成条件可溶性岩石垂直循环带,岩溶发育规律,岩层产状的影响,地质构造的影响,地壳运动的影响,岩溶发育规律岩层产状的影响,土洞与潜蚀,土洞是因地下水或者地表水流入地下土地内，将颗粒间可溶成分溶滤，带走细小颗粒，使土体被掏空成洞穴而形成。,这种地质作用的过程称为潜蚀。,土洞与潜蚀土洞是因地下水或者地表水流入地下土地内，将颗粒间可,土洞的形成发育条件,地区的地貌、,土层,、,地质构造,、,水的活动、岩溶发育,、,地表排水等,。,最主要的是要有可溶成分,土洞的类型,1.,由地表水下渗发生机械潜蚀作用形成的土洞,2.,由岩溶水流潜蚀作用形成土洞,土洞的形成发育条件地区的地貌、土层、地质构造、水的活动、岩溶,土洞的形成过程,土洞的形成过程,岩溶与土洞的工程地质问题,溶蚀岩石的强度大为降低,造成基岩面不均匀起伏,漏斗对地面稳定性的影响,主要有,岩溶与土洞的工程地质问题溶蚀岩石的强度大为降低主要有,挖填,回填溶洞,隧道拱顶溶洞回填,挖填回填溶洞隧道拱顶溶洞回填,隧道边墙下溶洞处理,跨盖,采用梁式基础或拱形结构跨越溶洞、沟槽等，或用刚性大的平板基础覆盖沟槽、溶洞。,隧道边墙下溶洞处理跨盖,灌注,对于埋深大，体积也大的溶洞，可通过钻孔向洞内灌入水泥砂浆或混凝土以堵塞洞穴。,排导,在查明水的来源情况、实地的地形、生产条件和场地情况的条件下，采用不同的排导方法，使水流改道疏干建筑地段；对洞穴或裂隙涌水可用粘土、浆砌片石或其它止水材料堵塞等。,灌注,6.6,地震与沙土液化,地震的危害性归纳起来有以下四个方面：,（,1,）地面下沉,（,2,）地表塌陷,（,3,）地基土承载力丧失,（,4,）地面流滑,6.6地震与沙土液化地震的危害性归纳起来有以下四个方面：,饱水砂土在地震，动力荷载或其它外力作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象称为砂土液化,(sand liquefaetion),或振动液化。,地震导致砂土液化往往是区域性的，可使广大地域内的建筑物遭受毁坏,饱水砂土在地震，动力荷载或其它外力作用下，受到强烈振动而丧失,921,集集大地震，員林、南投、大肚溪以及台中港等地區，都有土壤液化的現象，導致地層下陷、噴砂，房屋倒塌、傾斜、破壞的情形。陷落的情形。,921集集大地震，員林、南投、大肚溪以及台中港等地區，都有土,日本新泻,1964,年地震时砂土液化影响。这些设计为抗震的建筑物倾斜而未受损坏。,日本新泻1964年地震时砂土液化影响。这些设计为抗震的建筑物,加州沃森维尔附近的野外涌沙,加州沃森维尔附近的野外涌沙,唐山地造成的喷水冒砂区分布图震,唐山地造成的喷水冒砂区分布图震,地震导致的砂土液化现象在饱水疏松砂层广泛：分布的海滨，湖岸，冲积平原，以及河漫滩、低阶地等地区尤为发育，使位于这些地区的城镇，农村、道路，桥梁、港口、农田、水渠、房屋等工程经济设施深受其害。,地震导致的砂土液化现象在饱水疏松砂层广泛：分布的海滨，湖,(1),地面下沉,饱水疏松砂土因振动而趋于密实，地面随之下沉，结果可使低平的滨海,(,湖,),地带居民生活受到影响，甚至无法生活。,1964,年阿拉斯加地震时，波特奇市因砂土液化地面下沉很多，每当海水涨潮即受浸淹。迫使该市不得不迁址。,唐山地震时，烈度为,度的天津汉沽区富庄大范围下沉，原来平坦的地面整体下沉达,1.6-2.9m.,(1)地面下沉饱水疏松砂土因振动而趋于密实，地面随之下沉，结,(2),地表塌陷,地震时砂土中孔隙水压力剧增，当砂土出露地表或其上覆土层较薄时，即发生喷砂冒水，造成地下淘空，地表塌陷。,如海城地震时，在震中以西的下辽河，盘锦地区大量喷砂冒水，一般开始于主震过后数分钟，持续时间,5,6,小时甚至数日。喷出的砂水混合物高速,3-5m,，形成许多圆形、椭圆形陷坑，坑口直径,3,4m,至,7,8m,，深数十厘米至数米。给交通和水利设施、农田、房屋、地下管道和油井等造成严重损害。,唐山地震时，自滦河口以西直至宁河一带，数千平方公里范围内到处喷砂冒水，使十几万亩农田被喷砂掩覆，十几万口机井淤塞，不少房屋和公路，铁路桥墩毁坏。,(2)地表塌陷地震时砂土中孔隙水压力剧增，当砂土出露地表或其,(3),地基土承载力丧失,持续的地震动使砂土中孔凉水压力上升，而导致土粒间有效应力下降当有效应力趋于零时，砂粒即处于悬浮状态，丧失承载能力，引起地基整体失效。,如,1064,年日本新泻地震，由于地基失效使建筑物倒塌,2130,座，严重破坏,6200,座，轻微破坏达,31000,座。,唐山地震时，唐山和天津地区的许多房屋、桥梁和铁路路段也因地基失效而破坏。,(3)地基土承载力丧失持续的地震动使砂土中孔凉水压力上升，而,(4),地面流滑,斜坡上若有液化土层分布时，地震会导致液化流滑而使斜坡失稳,1960,年智利,8.9,级大震时，内华湖附近圣佩德罗河上最大一个滑坡体的发生，是由于粘土层中含有大量粉砂土透镜体的液化所致,(,图,3-2),有时场地地面极缓甚至近于水平也发生滑移如,1971,年美国圣费尔南德地震滑移地段，地面坡度仅,2,度。,唐山地震时，天津市河东区柳林一带的严重滑移，则为水平场地。,(4)地面流滑斜坡上若有液化土层分布时，地震会导致液化流滑而,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,砂土液化在宏观震害中的双重作用，即产生液化的场地往往比同一震中距范围内未发生液化场地的宏观烈度要低些。,这是因地震剪切波在此层中受阻,(,流体不能传递剪力,),，使传至地面上的地震波相应地衰减。,砂土液化在宏观震害中的双重作用，即产生液化的场地往往比同一震,砂土地震液化问题，作为一种自然灾害现象进行深入研究，从,20,世纪,60,年代才开始。,1864,年阿拉斯加和新泻两次地震所造成的严重破坏，均为砂土液化的缘故，故在美国，日本和其它一些国家的工程地质界引起了很大的关注。,砂土地震液化问题，作为一种自然灾害现象进行深入研究，从20世,砂土地震液化的机理,饱和砂土是砂和水的复合体系。,砂土是一种散体物质，它主要依靠颗粒间的摩擦力承受外力和维持本身的稳定，而这种摩擦力主要取决于粒间的法向压力。,水是一种液体，它的突出力学特性是体积难于压缩，能承受极大的法向压力，他不能承受剪力。,砂土地震液化的机理饱和砂土是砂和水的复合体系。水是一种液体，,泡和砂土由于孔隙水压力,P,w0,作用，度将小于干砂的抗剪强度：,0,即为有效法向压力。显然,0,。,在地震过程中，疏松的饱和砂土在地震动引起约剪应力反复作用下，砂粒问相互置必然产生调整，而使砂土趋于密实，以期最终达到最稳定的紧密排列状态。砂土要变密实就势必排水。,泡和砂土由于孔隙水压力Pw0作用，度将小于干砂的抗剪强度：,在急剧变化的周期性荷载作下，所伴随的孔隙度减小都要求排挤出一些水，且透水性变差。如果砂土透水性不良而排水不通畅的话，则前一周期的排水尚末完成，下一周期的孔隙度再减少又产生了，应排除的水来不及排走，而水又是不可压缩的，于是就产生了,剩余孔隙水压力或超孔隙水压力,(excess pore pressure),。,随振动持续时间的增长，剩余孔隙水压力不断叠加而积累增大，而使砂土的抗剪强度不断降低，甚至完全丧失。,在急剧变化的周期性荷载作下，所伴随的孔隙度减小都要求排挤出一,砂土的抗剪强度,与作用于该土体上的往复剪应力,d,的比值来判定砂土是否会发生液化。,当,d,1,时，不会产生液化,当,d,=1,，处临界状态，砂土开始发生剪切破坏；此时称为砂土的初始液化状态砂土的抗剪强度随振动历时增大而降低。,砂土的抗剪强度与作用于该土体上的往复剪应力d的比值来判定,当,d,1,时，则沿剪切面的塑性平衡,E,迅速扩大，导致剪切破坏加剧。而当孔隙水压力继续上升，直至与总法向压力相等，有效法向压力及抗剪强度均下降为零，即当,/d=0,时，砂土颗粒间将脱离接触而处于悬浮状态此时即为完全液化状态,当d1时，则沿剪切面的塑性平衡E迅速扩大，导致剪切破,可将砂土液化的发展过程划分为三个阶段：,稳定状态,(,d,1),；,临界状态或初始液化状态,(,d,=1),；,完全液化状态,(/,d,=0),从初始液化状态至完全液化状态往往发展很快，二者界线不易判断，为了保证安全，可把初始液化视作液化。,可将砂土液化的发展过程划分为三个阶段：,液化的形成过程和机理,西德,(H,B,Seed),等人自,1966,年就进行室内动力剪切试验，发现变向循环荷裁,(,振动,),，作用下饱和砂土最易液化。,循环荷载三轴压缩试验,(,动三轴剪,),，试样首先在各向均等的静压力,a,下固结，然后在不排水条件下同时在竖向上施加,1/2,d,（压、拉），侧向施加,1/2 ,d,（压、拉）的循环荷载。,循环荷载的频率近乎地震频率，即,l-2r/s,。,（,d,）,max=,（,1,-,3,）,/2=,d,/2,为最大循环剪应力。,液化的形成过程和机理 西德(HBSeed)等人自1966,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,取松砂和密砂试样分别进行试验，发现试验结果明显不同。,当随着动荷载循环周期数的增加，孔隙水压力不断增大，直至,P,w,=,a,时，砂的剪切变形开始增大。,继续反复加荷，松砂变形迅速加大，不久即全液化；而密砂变形则缓慢增大，难于全液化。,取松砂和密砂试样分别进行试验，发现试验结果明显不同。,当饱和砂土完全液化时，在一定深度,z,处的总孔隙水压力,P,w,=p,w0,+,。,(,假设地下水面位于地表面,),，其中,=,m,g,z;,则,p,w,=,m,g,z-,w,g,z=(,m,-,w,),g,z=,g,z,。,式中,m,分别为砂土的饱和密度和浮密度，,w,为水的密度。,砂土的深度愈大，完全液化时的超孔隙水压力就愈大。,当饱和砂土完全液化时，在一定深度z处的总孔隙水压力Pw=pw,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,震前孔隙水压力呈静水压力分布，不同深处测压水位相同，无水头差。,当振动液化形成超孔隙水压力以后，不同深处的测压水位就不再相等，随深度增加则测压水位增高。,显然当饱和砂土出露于地面时，该水头将高出地面；且砂土愈厚则水头愈高。,震前孔隙水压力呈静水压力分布，不同深处测压水位相同，无水头差,任意深度两点,z,1,和,z,2,之间的水头差,h,可以从下式求出,h=,（,m,-,w,）（,z,2,-z,1,）,/,w,这两点之间的水力梯度为，,I=h/,（,z,2,-z,1,）,=,（,m,-,w,）,/,w,=/,w,(3,5),此水力梯度即为,完全液化的临界水力梯度,。,任意深度两点z1和z2之间的水头差h可以从下式求出,在这个梯度作用下，砂粒就在自下而上的渗流中发生液化，地面喷砂冒水，随之超孔隙水压力得到消散。,当地表有不透水的粘土盖层时，只有超孔隙水压力超过盖层强度或盖层有裂缝时，才能沿裂缝产生喷砂冒水，,在这个梯度作用下，砂粒就在自下而上的渗流中发生液化，地面喷砂,影响砂土液化的因素,饱和砂土和地震是发生振动液化的必备条件。,土的类型及性质,饱和砂土的埋藏分布条件,地震动的强度及历时。,影响砂土液化的因素 饱和砂土和地震是发生振动液化的必备条件。,土的类型及性质,土的类型及性质是砂土液化的内因。,宏观考察资料表明，,极易液化土的特征是：,平均粒度0.02-0.10,mm，,=2-8，粘粒含量10%,粉细砂土最易液化，避随着地震烈度的增高，亚砂土，轻亚粘土、中砂土等也会发生液化。,国内外对地震液化喷出物作了大量的粒度分析和统计工作。,土的类型及性质土的类型及性质是砂土液化的内因。,我国对邢台、通海和海城地震砂土液化的,78,件喷砂样品粒度分析表明，粉、细砂土占,57.7,，亚砂土,(Ip7),占,34.6%,，中粗砂土及轻亚粘土,(Ip=7-10),占,7.7,，而且全部发生在烈度为,度区内。,唐山地震时天津市区为,度区，出现许多亚砂土和轻亚粘土液化现象。,其界限是：粉粒含量大于,40%,，极易液化；粘牲含量大于,12.5%,，则极难液化粉粒含量大有助于液化，粘粒含量大则不易液化。,我国对邢台、通海和海城地震砂土液化的78件喷砂样品粒度分析表,密实度,松砂极易液化，密砂不易液化。相对密度,Dr80%,时，不易液化。,成因及年代,多为冲积成因的粉细砂土，如滨海平原、河口三角洲等。,沉积年代较新：结构松散、含水量丰富、地下水位浅,根据我国一些地区液化土层的统计资料；最易发生液化,的粒度组成特征值是：平均粒径,(d,50,),为,0.02,0.10mm,，不均粒系数,(),为,2-8,，粘粒含量小于,10%,。,密实度,相对密度,Dr,，作为判别砂土掖化可能性的指标。,式中：,e,为天然孔隙比：,e,max,和,e,min,分别为最大、最小孔隙比。,一般的情况是，,Dr80%,时不易液化。据海城地震的统计资料，砂土的,Dr55%,，,度区不发生液化；,Dr,70%,，,度区也不液化；,相对密度Dr，作为判别砂土掖化可能性的指标。式中：e为天然孔,饱水砂土的成因和堆积年代对液化的影响,近,20,多年来报道的大范围砂土地震液化的地点，多位于滨海平原、河口三角洲和近期河床堆积物区。,这些地区的沉积物一般是在历史时期内形成构，主要为冲积成因的粉、细砂土，结构疏松，且地下水埋深很浅。,唐山地震引起的大范围砂土液化区，位于冀东沿海平原，绝大部分是新石器时代,(,距今,4000-5000,年,),以来形成的，其中又以滦河河口三角洲为主。,饱水砂土的成因和堆积年代对液化的影响近20多年来报道的大范围,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,饱和砂土的埋藏分布条件,饱和砂层埋藏条件主要包括饱水砂层的厚度，砂层上非液化粘性土层厚度以及地下水埋深这三方面，它们决定了超孔隙水压力和有效覆盖压力的大小。,饱水砂层愈厚，地震变密时所产生的超孔隙水压力愈大。,当液化砂层埋藏较深，上覆以较厚的非液化粘性土层时抑制了液化，而直接出露地表的饱水砂层最易于液化。,一般饱水砂层埋深大于,20m,时难于液化，可以把液化最大地下水埋深定为,5m,，因为当地下水埋深为,3-4m,时，液化现象很少。,饱和砂土的埋藏分布条件饱和砂层埋藏条件主要包括饱水砂层的厚度,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,地震动的强度及历时,地震动的强度和历时是砂土液化的动力显然，地震愈强，历时愈长，则愈易引起砂土液化；且波及范围愈广，破坏愈严重。,地震动的强度及历时地震动的强度和历时是砂土液化的动力显然，,评价地震动强度的方法有两种：统计的方法及理论计算的方法。,1),统计方法,统计方法是一种简单评价的方法。可液化砂土的平均粒径,(d,50,),范围愈大，其相对密度,(D,r,),也愈大，在,、,、,度烈度区可能液化砂土的,d,50,分别为,0.05,0.15,、,0.03,0.25,、,0.015,0.5mm,。,评价地震动强度的方法有两种：统计的方法及理论计算的方法。,可按下列经验公式表示其关系，,lgR=0.77M-3.6 (3-7),式中，,M,为震级,(,一般,M6),；,R,为液化最远点的震中距,(Km),。,可按下列经验公式表示其关系，,理论计算方法,这种计算方法一般是根据实测的地震最大地面加速度，计算在地下某深度处由于地震产生的实际剪应力；再用以判定该深度处的砂土层是否会发生液化。,希德等人提出的计算公式为,(,d,),max,=,H,g,max,/g=,H,max,式中,(,d,),max,为单元土体的最大剪应力,；,H,为砂土的密度及埋深,max,为最大地面加速度,理论计算方法这种计算方法一般是根据实测的地震最大地面加速度，,砂土地震液化的判别,工程设计需要的判别内容应该包括：,估计液化的可能性；,估计掖化的范围；,估计液化的后果。,判别砂土地震液化可能性的方法较多，下面将介绍近年来国内外最常用的三种方法：,标准贯入击数法、,剪应力对比法,综合指标法。,砂土地震液化的判别工程设计需要的判别内容应该包括：,1),标准贯入击数法,我国已将此法列入,建筑抗震设计规范,(GB-50011-2001),。,在砂土液化现场以砂层埋深,3m,、地下水埋深,2m,作为基本健况，通过标贯试验找出不同地震烈度下的临界贯入击数。当烈度为,度时,N,0,=6,，,度时,N,0,=10,，,度时,N,0,=16,。则采用下述经验公式修正：,N=N,0,1+0.125(H-3)-0.05(h-2),式中：,H,为砂土埋深,(m),；,h,为地下水埋深,(m).,如果实际贯入击数大于临界贯入击数,则不液化；反之即液化。,1)标准贯入击数法我国已将此法列入建筑抗震设计规范(GB,此法适用于饱水砂土埋深在,15m,范围之内,.,试验操作方法应标准化，以用泥浆回转钻进、自动脱钩控制吊锤为宜。,对于重要的工程，每层土不应少于,5,个钻孔，试验次数不应少于,15,次。分层求取平均值以消除偶然误差。,临界贯入击数随深度的变化，在近地表处为垂直线，向下转折成斜线，总体应为一条折线。,此法适用于饱水砂土埋深在15m范围之内. 试验操作方法应标准,2),剪应力对比法,此法是希德在日本新泻地震后提出的，是目前国内外比较流行的判别方法，,其原理是：引起砂土液化的地震剪切波大致以垂直方向自基岩向覆盖层传播，并在不同深处产生随时间而变化的不均匀的反复剪切应力。,当地震剪切波在砂土中引起的剪应力超过该砂土的抗剪强度时，,/P,z,=,1/2,C,r,/,P,Z,为某深度,z,处的有效上覆压力,1/2,/,为动三轴压缩试验所求得的应力比,2)剪应力对比法此法是希德在日本新泻地震后提出的，是目前国内,Pz,有三种情况：,z,处于地下水位以上，则,Pz =,g,z,z,处于地下水位以下，则,Pz =,g,h + ,g,(z-h),若地下水出露地表，则,Pz =,g,z,/P,z,=,1/2,C,r,/,Dr/0.5,求出,后再与（,d,）,er,值对比，即可判别液化的可能性,Pz有三种情况：,3),综合指标法,由于砂土液化的影响因素较多,从实际资料中加以总结，用综合指标来更为妥当,这是一种经验判别的方法，,指标：饱和砂土的埋深（,H,），相对密度（,D,r,）、地下水埋深（,h,）、砂土平均粒径（,d,50,）、不均匀系数（,）和标贯击数（,N,63.5,）等。,3)综合指标法由于砂土液化的影响因素较多,从实际资料中加以总,砂土地震液化的防护措施,防护砂土地震液化的常用措施有：慎重选择建筑场地、地基处理及基础类型选择等。,在强震区，对于建筑场地应慎重选择。尤其是重大建筑物损坏店后果严重；建筑场地应尽量避开可能液化土层分布的地段,一般应以地形平坦，液化土层及地下水埋藏较深，上覆非液化土层较厚的地段作为建筑场地。,砂土地震液化的防护措施防护砂土地震液化的常用措施有：慎重选择,液化砂土的地基处理措施主要有：振冲法、排渗法、强夯法、爆炸振密法、板桩围封法、换土和增加盖重等,1),振冲法,这种方法是本世纪加年代创始于德国，它对提高饱和粉、细砂土抗液化能力效果较佳，可使砂土的,Dr,增加到,0.80,。,此法的主要设备是特制的振冲器，它的前端能进行高压喷水，使喷口附近的砂土急剧液化。目前处理深度最大达,20m,。,液化砂土的地基处理措施主要有：振冲法、排渗法、强夯法、爆炸振,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,解读土木工程地质学 不良地质现象及防治课件,2),排渗法,在可能液化砂层中设置砾渗井，可使砂层振密山很快将水排走，以消散砂层中发展的孔隙水压力，防止液化。,2)排渗法在可能液化砂层中设置砾渗井，可使砂层振密山很快将水,3),强夯法,此法于,1970,年创始于法国，我国于,1970,年开始应用于工程实际,它是使重锤,(,一般重,8,30t),从高处,(,一般为,6-30m),自由落下，利用夯击能,(,锤重,W,与落距,h,的乘积，即,Wh),使砂土急剧液化下沉而压密。,夯击点一般按正方形网格布置，其间距通常为,5,一,15m,。夯,l,一,8,遍，第一遍夯击点的间距最大，随后几遍有所减小，最后一遍用低能量搭夯，两遍之间的间歇时间取决于扎隙水压力的消散速率。,3)强夯法此法于1970年创始于法国，我国于1970年开始应,在一遍夯击结束之后，要通过孔隙水压力观测，了解孔压消散的情况，从而确定合适的间距、时间如果孔压上升到接近土体自重时，应立即停止夯击，因为此时土层已不可能更紧密了。,强夯法的加固深度可达,10m,以上。强夯一遍，可使,5,12m,厚的冲积层沉降,15-50cm,强夯法施工方便，适用范围广而效果好、速度快、费用低，是一种经济有效的地基处理方法,。,在一遍夯击结束之后，要通过孔隙水压力观测，了解孔压消散的情况,4),爆炸振密法,在钻孔中放置炸药，群孔起爆使砂层液化后靠自重排水沉实。,5),板桩围封法,在建筑物四周可能液化的砂层内用板桩围封，可大大减少地基中砂土液化的可能性，它的作用主要是切断板桩外侧液化砂层对地基的影响。,4)爆炸振密法,6),、换土,换土适用于表层处理，若地表以下,3-6m,范闹内有易液化土层时，可挖除，并回填以压实的非液化土。,7),、增加盖重,据经验，填土宽度至少为液化土层厚度的,5,倍，同时建筑物基础外侧填上宽度不得小于,5m,。,6)、换土,