工程地质学基础习题.doc

振动液化评价1、 应用2-1、2-2式计算成果，评价剖面可能产生液化的范围和深度；（1）对于B点右侧的区域， =0, = (0.9+0.1 此工程 取6， 为某点深度。若某点处的 ，则该点处发生液化。取题目中表2-1中分段的起始点比较 与 的值。表2-1 不同深度 与 对比值深度（m）是否液化2.006.604是3.007.204是4.808.285是6.609.367是8.6010.568是9.6011.169是10.608.3211否11.608.7413否由表知， =10.60m深度处为发生液化，而 =9.60m处已液化，故查看9.60m10.60m中间区段。当 =10.05m时， =6（0.9+0.110.05）=11.43 ，已发生液化，所以B点右侧区域的液化深度是10.05m。（2）对于B点左侧区域，需考虑潜水面下降，即 发生变化。在B点左侧，与B点的水平距离为x处的铅垂面上， =6 0.9+0.1( -0.01x ，对于不同的 ，可根据临界条件求出相应的x值。 表2-2 不同深度临界距离数值深度（m）x（m）2.004433.33.004533.34.805546.76.607393.38.608426.79.60936010.6011(据6 0.9+0.1( -0.01x = 求得 x取值小于临界数值时，粉土发生液化，据表知x最大取546.7，即B点左侧发生液化的最远距离为546.7m。由上可得，剖面可能产生液化的范围为B点左侧546.7m处至右侧无限远处，深度为10.05m。2、 分析影响本坝基地震液化的因素；经验表明，影响坝基地震液化的因素有：土粒粒径、砂土密度、上覆土厚度、地层的形成年代、地面震动的强度和历时、地下水位的埋深等。本坝基除未收地面震动影响外，其他因素对坝基均有影响，以土层性质、地下水位埋深等因素对坝基影响较大。3、 提出防止液化的处理措施；现在对于坝基液化主要采取压密粉土层、排渗、换土或盖重等坝基处理措施，坝前加固等，以提高地基的承载力、增强地基及边坡的稳定性，减小地基的沉降量、消除地基土的液化。风化壳的垂直分带1. 根据所给资料分析风化壳垂直分带标志；(1 分化带的垂直定性、及定量分带标志如下：表3-1 风化壳垂直分带的定性指标参照标准风化分带岩石颜色矿物颜色岩体破碎特点物理力学性质声速特性剧风化带原岩完全变色，常呈黄褐、棕红、红色除石英外，其余矿物多已变异，形成绿泥石、绢云母、蛭石、滑石、石膏、盐类及粘土矿物等次生矿物呈土状，或粘性土夹碎屑，结构已彻底改变，有时外观保持原岩状态强度很低，浸水能崩解，压缩性能增大，手指可捏碎纵波声速值低，声速曲线摆动小强风化带大部分变色，岩快中心部分尚较新鲜除石英外大部分矿物均已变异，仅岩快中心变异较轻,次生矿物广泛出现岩体强烈破碎，呈岩块、岩屑、时夹粘性土物理力学性质不大均一，强度较低，岩块单轴抗压强度小于原岩的1/3，风化较深的岩块手可压碎纵波声速值较低，声速曲线摆动大弱风化带岩体表面及裂隙表面大部分变色，断口颜色仍较新鲜沿裂隙面矿物变异明显，有次生矿物出现岩体一般较好，原岩结构构造清晰，风化裂隙尚发育，时夹少量岩屑力学性质较原岩低，单轴抗压强度为原岩的1/32/3纵波声速值较高，声速曲线摆动较大微风化带仅沿裂隙表面略有改变仅沿裂隙面有矿物轻微变异，并有铁质，钙质薄膜岩体完整性较好，风化裂隙少见与原岩相差无几纵波声速值高，声速曲线摆动较小（2）由上表分析知该风化壳由地表向下依次可分为土壤层、残积层和半风化层。土壤层主要由完全风化的红色矿物粘土组成，其中夹有少量的砾石和碎石。残积层一般又可分为全风化、强风化和中风化层。对于该风化壳，全风化层中花岗岩已风化成黄色之砾质沙土状碎屑，岩石的原生结构已遭破坏，矿物之间已失去结晶联系并含有少量黏土颗粒，风化碎屑用手搓即碎，大部分矿物已遭风化变异，长石变成高岭石，黑云母变成蛭石，角闪石变成绿泥石，石英成砂粒状。强风化层花岗岩已风化成灰黄色之块球体，其形状多为圆球体，直径2-5cm，块球含量达40%-50%，矿物变异较轻，长石风化后成高岭石及方解石，黑云母风化成棕色。球体内部岩石新鲜。中风化层中花岗岩已风化成黄色块球体，并夹少量碎屑，块球呈长方形，块球体含量达70%，矿物变异轻微。半风化层中花岗岩新鲜，仅沿原生节理及构造裂隙面上有轻微风化，裂隙表面呈黄褐色或绿色，其上附有褐铁矿，绿泥石及次生方解石。2根据所确定的风化壳标志，考虑影响岩石风化的因素，在所给地质剖面图上进行风化壳的垂直分带；（1）根据所给数据知：分带表见表3-2。表3-2 风化带高程下限表风化带高程下限A1(mA2(mA3(mA4(mA5(m剧风化带250280.5307.9326.4337.4强风化带224.5255.5271.9311.4327.9弱风化带221.4248.5245.4289.1324.6微风化带219.6245217.4287.9321.4（2）分带图见图3-2-1简单示意图和图3-2-2风化壳的垂直分带详图：图3-2-1 武山村地质剖面图风化壳垂直分带示意图 图3-2-2 武当村风化壳的垂直分带图3从遂洞围岩稳定性的要求出发，对岩石风化分段进行工程地质评价。（1）从图中我们可以看出: 本地区经受构造运动产生的一系列NESW向的断裂构成风化营力（水、气等）深入岩石内部的良好通道，加深和加速岩石风化，造成此处附近岩石风化深度增大，使风化带界线在断裂处呈现凹向下的形态。构造带的发育也对钻孔柱状图资料，尤其是定量资料有较大的影响，常常会使某些地量指标出现异常（如岩心采取率变小、单位吸水量变大等），这点在实践中应予以注意。（2）从图中我们还发现：在白垩纪末期侵入该处花岗岩的细晶岩脉，对风化的抵抗能力很强，有效的保护了其下部的花岗岩不受风化的侵蚀。细晶岩脉主要成分为石英，化学稳定性大，抗风化能力强，使得风化带界线全部分布在岩脉的上部，地质剖面图NE50方向的风化带界线深度变浅，向地表集中（本来此处地形较平缓，风化条件良好，风化深度会很深）。（3）地形条件对风化作用的进程和风化产物的积存起重要的控制作用，因而影响着岩石风化类型和速度以及风化岩的厚度。从图中我们可以发现：风化带界线形状大体上同地表面.且在地质剖面图中到左部受断裂和细晶岩脉影响较小处，表现出来的地势的陡缓对风化程度的影响来（陡峭地区，水加速流动，剥蚀较强，新鲜基岩易于暴露，故以物理风化为主且风化层厚度较小；平坦低洼地区排水条件差，深入岩石的水量较大，以化学风化和生物风化为主，有助于风化达到较深的深度）。（4）对隧洞围岩稳定性的简要论证：由于遂洞围岩的稳定性在教学中不做要求，对此也知之甚少，故在此只做简要评价。从图3-2-2风化带的划分中我们易知：隧洞易失稳部位为洞前部（地质剖面图的左侧出口）和隧洞与断裂相交出。这两个部位分别由于地形和断裂的影响，围岩风化程度大，岩石强度变低，容易造成隧洞失稳破坏。应采取相适宜的防治措施加以处理。综知：由图3-2-1武山村地质剖面风化壳垂直分带示意图可以看出，隧道的前半段（即从前200m左右）处于该花岗岩体的残积层下方，特别是前100m隧道处于花岗岩的中风化层处，此处花岗岩已风化成黄色块球体，并夹少量碎屑，块球呈长方形，块球体含量达70%，矿物变异轻微，所以整体强度会明显降低，长时间作用下，隧道上方风化的岩石容易发生崩塌等自然灾害，使隧道存在安全隐患，应该进行相应的防护措施。岩村滑坡稳定性评价1、岩村滑坡形成机理分析；岩村滑坡的产生受到以下几方面因素的影响：（1）岩土类型与性质因素由题目前面地质条件陈述及后面各钻孔分析知：该斜坡岩体上部有一小部分为人工堆石，整体以崩积物为主，且受到了较强烈的风化作用，坡体泥质成分较高，属软弱岩石，抵抗变形的能力低，易形成滑动面，岩体的工程地质性质较差，总体上说不够稳定，发生滑坡等地质灾害的概率较大。且下伏基岩相对不透水，为弱含水层。斜坡地带入渗的地表水则汇集于基岩顷面，形成崩积层中的上层滞水。地下水文地质条件的加速了滑坡的产生，这点具体在会后面讲述。（2）地表水和地下水环境因素该地区属于亚热带气候，温暖潮湿，雨量充沛，多年平均降雨量在1200mm以上，并常有暴雨出现。长江和佳江两大地表水系，水位年平均变化幅度达20m以上，平均低水位158m，高水位181m，1981年为百年一遇的特大洪水，水位达193m，正在筹建中的三峡工程，按175m蓄水方案修建大坝，该地区最高拱水位将达205m左右。 且蠕滑状态下的滑坡在每年的雨季，位移明显增大。由以上知，该地区降水丰富。且入渗的地表水则汇集于基岩顷面，形成崩积层中的上层滞水，工程地质条件较差的斜坡岩土体受到地下水的 软化、泥化作用 的影响，降低了岩土体的抗剪强度，使斜坡抗滑力减小。又受到地表水的 冲刷作用 的影响使坡脚滑动面临空，而地表水的 静水压力动水压力作用 会使斜坡在河水位下降时容易产生失稳下滑，其 浮托力作用 也使抗滑力降低加速松散堆积岩体的下滑。（3）人工活动因素人工堆石人工堆石为近期在砂岩体中开挖地下洞室而堆弃于斜坡后部的基岩大块石。人工洞室开挖于1970-1980年之间，地面裂缝最早发现在1981年。人工堆石在坡上增大了坡体的下滑力，致使坡体失稳产生地裂缝，发生坡体蠕滑现象，属斜坡滑动的触发因素。2、根据资料，作主滑线地质剖面，进行滑坡稳定性评价(三峡水库蓄水对该滑坡的影响；图4-1岩村滑坡平面图(1 计算剖面的选取和计算模型的建立依据勘察过程中钻孔的布置情况,选取上图的AA剖面作为计算剖面。剖面图如下：图4-2 岩村主滑线地质剖面图该剖面可以利用最多的钻孔资料,同时也大致反映了主滑线的特征。本文用剩余推力法计算滑坡稳定性系数。将主滑体进行条块划分,建立稳定性计算的模型。在条块划分的过程中,条块的多少和条块界线的位置都会影响最终计算结果的准确性和计算的繁杂性。所以在该剖面的条块划分过程中,考虑了地形、地下水和滑动面的形态因素,做到尽量准确又保证计算的简易性。在分析过程中,考虑了以下七种工况:，见下表4-1所示表4-1 工况工况1、旱季（175m库水位）2、饱和地下水（暴雨，175m库水位）3、旱季205m库水位4、205m库水位+饱和地下水（暴雨）5、旱季205m库水位+地震烈度VI度6、205m库水位+饱和地下水（暴雨）+地震烈度VI度7、205m库水位下降至175m库水位由图4-2得到相关数据如表4-2：表4-2 岩村滑坡面相关数据上部角（）下部角（）面积（ ）滑面长（m）563021.50857.8303049.09749.25302847.338510.24282868.515311.99282886.700312.99282882.624310.64283858.81747.473838100.639410.413811100.74849.341111142.843516.891115130.737617.96151540.003211.12计算各滑块自重、下滑力、静水压力、浮托力、抗滑力、剩余下滑力，求出稳定性系数，评价滑坡稳定性。以下为各所求量的计算公式：自 重：Wn= An *n；浮托力：Fn=A水* ；静水压力：由于坡体以崩积物为主，透水性较好，故水面以下部分静水压力为零，只是在河水面附近坡体受到少许地下水引起的静水压力。Fn=Hn*Ln* ；下滑力：Tn=Wn*sin(n *PI(/180；抗滑力：Rn=(Wn-Fn*cos(n *PI(/180+Fn*sin(n*PI(/180*TAN(r *PI(/180+ Cr *Ln+Fn*cos(n*PI(/180；剩余下滑力：E1=T1-R1；En= Tn-Rn+En-1*cos(n-1-n*PI(/180 (n1；在计算过程中若出现Ei0，考虑滑块不受拉力作用，则令Ei=0.然后继续计算。根据实际情况编程计算分析滑坡的稳定性，剪切页面如下：图2-3 输入数据 图2-4 输出数据图2-5 滑坡分析结果经以上分析结果得知在气候状态良好的情况下，滑坡不稳定，破坏形式为推动式。其他工况，输入相应的“安全系数”、“内摩擦角”、“粘聚力”、“重度”等以分析相应情况下的滑坡稳定性问题。（2）滑坡稳定性预测：经查阅资料（网上论文概述中提到）该边坡的稳定安全系数为：Fs=1.04根据湖北省三峡库区滑坡防治地质勘察与治理工程技术规定中有关滑坡防治工程分级要求以及结合该滑坡工程的实际情况，综合各方面的因素确定本区滑坡坡等级为级，并根据其规模和重要性确定：稳定性系数1.05时滑坡稳定；1.00稳定性系数1.05时欠稳定；稳定性系数 1.00时则不稳定。通过对滑坡所在区域的地质概况的分析，岩村滑坡是在降雨、河流侵蚀和人类工程活动的影响下而发生的斜坡变形过程。根据滑坡稳定性计算可知，该滑坡体在未来三峡水库蓄水、水位波动以及降雨等因素的作用下，滑坡稳定性大为降低，滑坡体将会出现整体失稳现象。结合相关模拟结果可得出该滑坡成因主要有以下五点：地形的影响岩村滑坡体所在位置地面倾斜度较大，这使得滑坡体的自重大部分转化为了滑坡的下滑力，只剩下一小部分的滑坡体的自重来提供抗滑力。上部加荷的影响岩村滑坡体上部常年有崩积物和人工堆石堆积在滑体上部，增大了滑坡体的下滑力。地下水的影响岩村滑坡体所在位置有较高的地下水位，这就增加了滑颇体的自重，故对岩村滑坡体产生了较大的浮托力；同时，地下水还极大的降低了滑带土体的强度参数；另外，由于佳江从岩村滑坡下部经过，可能会对岩村滑坡体产生一定的切割侵蚀作用。滑带土的工程性质的影响岩村滑坡带有较为剧烈的风化带，剧烈的风化使得滑坡带附近岩土体强度参数较低，因此剧烈的风化带是导致滑坡体滑动的另一个重要原因。人类活动的影响在200m和210m高程之间修筑的公路, 对滑坡产生一定影响。3、滑坡防治方案；岩村滑坡坡体以崩积物为主，且受到风化作用影响，工程地质条件较差，斜坡稳定性较差，现在正处于蠕滑阶段，并经过以上在蓄水打205m时斜坡稳定性分析计算得知，该斜坡会在三峡水库蓄水后失稳发生滑动，综合考虑应采取以下措施对滑坡进行综合治理：（1）支挡在滑坡体的中前部布置抗滑桩，可采取灌注、锤击灌入等方法，将桩身全长的1/41/3埋植于滑坡面以下的基岩中，承受侧向荷载用以抵抗滑坡推力的作用。因该坡体基岩以泥岩砂岩为主强度较低，故在布置抗滑桩的基础上还可在滑坡前缘砌筑挡墙体，必要时在墙前加支撑或墙后拉锚固，以增强其效果。（2）排水在滑坡体顶部及四周边界砌筑截水沟，使地表水排出滑坡体，筑隔渗层，填塞由于蠕滑产生的地面裂缝，防治大量雨水渗入滑坡面。对于地下水，采取水平排水和地下竖直排水相结合的方案，同时构筑汲水井和水平排水通道，将地下水排出坡体，最大程度减少地下水对滑坡的不良影响。除此之外还可通过垂直地下排水的方案，打钻孔打穿不透水层，使滑坡体内的地下水穿过隔水层排至下伏的另一较强透水层中。（3）移栽由于破顶的人工堆石使岩村滑坡产生的重要触发因素之一，故需要清除滑坡体顶端的人工堆石，减少滑坡体的自重应力，若将其移栽至坡脚，还能增大坡体的抗滑力，有利于坡体的稳定。（4）护坡滑坡体下段在三峡蓄水以后会被淹没，坡体会受到水的的冲刷掏空、浮托及软化作用，因此在水库蓄水前要在滑坡体的下段进行护坡，增强滑坡体的稳定性。可采用灰浆抹面和浆砌石的方案。代码附录：不同的工况输入不同的内摩擦角、粘聚力以及重度，以分析滑坡的稳定性，下面就天气良好情况，应用已编好的程序分析如下：#include #include #include #include void get(;void jielun(;.void input(float;float En15,a156,weight; void get( FILE *fp; fp=fopen(shuju.txt,r;int i=0;fscanf(fp,上部角 下部角 面积 滑面长 内摩擦角 粘聚力 重度n;dofscanf(fp,%f%f%f%f,&ai1,&ai2,&ai4,&ai6;ai3=weight;ai5=ai3*ai4;i+;while(!feof(fp;void jielun(int h=0;if(En14=0cout 滑坡是安全的 endl;elsecoutendlendl 滑坡不安全 endl;void main(float fs,y,c;coutinput the basic messageendl; cout请输入安全系数fs;cout请输入内摩擦角y;cout请输入粘聚力c;cout请输入重度weight;get(;system(cls;cout前角 后角 面积 重度 滑面长度 endl;int n;for(n=0;n15;n+cout endl ; getchar (; int m=0;En0=a05*sin(a02-1/fs*(a05*cos(a02+c*a06;float p=En0;system(cls;cout滑块 0 剩余推力为：;cout endl ; for(m=1;m15;m+Enm=am5*sin(am2-1/fs*(am5*cos(am2+c*am6+p*(cos(am1-am2-1/fs*sin(am1-am1*tan(y;cout滑块 剩余推力为： ; if(Enm0cout0endl;Enm=0;else cout坝下水平渗透段坝前入渗段。而各部分土的实际水力坡度大小关系为：坝后出逸段和坝前入渗段远大于坝下水平渗透段。而且，坝后部位靠后，起到了中流砥柱的作用。有文献也说了：水力坡度大的部位如坝后出逸段，其值不仅远大于坝基的平均水力坡度，而且还大于临界水力坡度。因此，可以说一般情况下，坝基各地段是否发生渗透变形取决于坝后是否发生渗透变形。因上缘故，对于各剖面地段，我们重点研究坝后出逸段的渗透变形情况，辅以水平段的渗透变形情况加以对比，以判断该地段是否会发生渗透变形。在实际应用中，为了安全起见，我们通常给临界水力坡度一个安全系数，即用临界水力坡度除以一个大于1的安全系数的到一个称为“允许水力坡度”的值来和实际水力坡度做对比，判断是否发生渗透变形。当实际水力坡度大于允许水力坡度时，我们认为坝基该地段发生了渗透变形。条件中安全系数Kc=2已给定。3、临界水力坡度、实际水力坡度、允许水利坡度的计算；经过公式计算，得各土层的临界水力坡度Jc，各地段坝后渗流出逸段实际水力坡度 、坝下水平渗透段实际水利坡度 ，并通过安全系数Kc=2换算成允许水利坡度，汇成表5-3、表5-4如下所示：表5-3 各土层的临界水力坡度Jc层号临界水压力坡度J允许水压力坡度Jy12.951.4722.911.4532.641.3242.731.37表 5-4 各地段 和 计算值剖面部位坝后实际水压力坡度 坝基水平渗透段 剖面一河槽0.140.14剖面二漫滩1.180.12剖面三一级阶地1.94(令坝底宽150m0.05(令坝底宽150m4、各地段坝基稳定性评价；(1剖面一稳定性评价此地段(河槽只沉积了一层碎石土层。由前面计算结果可知 、 ，即此地段理论上 讲不会 发生渗透变形。而且 （ =0.14 ）很小 , 大约是 Jy （ =1.47 ）的十分之一。分析其原因，此地段碎石土孔隙较大即渗透系数较大（ 0.058 cm/s ），坝底最宽（ 220m ）导致渗径最长，碎石土层又是最厚（ 20m ）的一层，这些因素都降低了此地段坝基的实际水力坡度，使得此地段土体不容易发生渗透变形。 (2剖面二稳定性评价此地段（漫滩）土层具二元结构，上层细砂土仅厚2m，渗透系数仅为0.006 cm/s，这些都将导致坝后出逸区的实际水力坡度 增大。下层还是20m厚的碎石土。由水力坡度计算我们也可以发现 =1.18是坝下水平渗透段实际水利坡度 （=0.12的约十倍。然而 （ =1.45 ），故现今阶段理论上讲此地段不会发生渗透变形，但 要可能 需要考虑浸没灾害的影响。这里由于不知临界深度，此也非本体重点，故不予讨论。 (3剖面三稳定性评价此地段(一级阶地土层也具有二元结构，上层粉质粘土层厚5m，渗透系数仅为极小的110-5 cm/s，这些都将导致坝后出逸区的实际水力坡度 大大增加，分析分析此地段很有可能发生渗透变形。下层中砂土层厚8m，渗透系数也不大，为0.009cm/s。但是坝底宽度2b条件题目未明确给出，故决定根据比例，估计坝底宽度保守值150m，前述计算结果由此而来。不出所料，我们发现 （=1.94）Jy（=1.32），此地段坝基发生了渗透变形。由于 比Jy大很多，故渗透变形严重，严重时可导致渗透破坏，使坝溃决。故此地段需要进行防治处理。处理时建议在上游地下水的补给区和径流取以防渗截流措施为主，在下游地下水出逸段应以排水减压和反滤盖重措施为主。由于此地段的土层为渗透系数极小的粉质粘土和中砂土，故没有必要将它们挖除，问题 在于它们在坝前的厚度不够，致使坝后易发生渗透变形段产生变形。故可以采用水平防渗铺 盖在坝前铺填粘性土，约使厚度再增加7m左右，且其长度一般为上下游水头差的510倍，其厚度由坝趾处向上游逐渐变薄，上游末端厚0.51.0m，下游与坝体的斜墙连接。在坝后，由于弱透水层总厚13m，故宜采用钻探法开凿若干减压井，辅以少量排水沟；也可同时采用透水性较大土料覆盖设置反滤层，沿渗流方向由细到粗设三层，每层厚1550cm。