地震与滑坡泥石流的关系曲线

泥石流的防治_工程地质

不良地质现象是指由于地质作用或人类活动所引起的地表和地下岩体的各种变形及运动，对工程建设具有危害性的地质现象。它泛指地球外动力作用为主引起的各种地质现象，如崩塌、滑坡、泥石流、岩溶、土洞、河流冲刷以及渗透变形等，它们既影响场地的稳定性，也对地基基础、边坡工程、地下洞室等具体工程的安全、经济和正常使用不利。

斜坡上的部分岩体和土体在自然或人为因素的影响下沿某一明显的界面发生剪切破坏向下运动的现象称为滑坡。

1) 滑坡的要素

一个发育完全的滑坡，一般具有如图5-1所示各要素。滑坡发生后，滑动部分和母体完全脱开，这个滑动部分就是滑坡体。它与其周围没有滑动部分在平面上的分界线称为滑坡周界。滑坡作向下滑动时，它和母体形成一个分界面，这个面称为滑动面。滑动面以下没有滑动的岩（土）体称为滑坡床。滑动面以上受滑动揉皱的地带，称为滑动带，厚几厘米到几米。滑坡体滑动速度最快的纵向线称为主滑线，或称滑坡轴，它代表整个滑坡的滑动方向，一般位于滑坡体上推力最大、滑床凹槽最深（滑坡体最厚）的纵断面上；在平面上可为直线或曲线。

图5-1　滑坡形态
1—滑坡壁;2—滑坡湖；3—第一滑坡阶地；4—第二滑坡阶地；5—醉汉林；
6—滑坡舌凹地；7—滑坡鼓丘和鼓胀裂缝；8—羽状裂缝；9—滑动面；10—滑坡体；11—滑坡泉

滑坡滑动后，滑坡体后部和母体脱开的分界面暴露在外面的部分，平面上多呈圈椅状外貌，称为滑坡壁。在滑坡体上部由于各段岩（土）体运动速度的不同所形成台阶状的滑坡错台，称为滑坡台阶，常为积水洼地。滑坡体与滑坡壁之间拉开成沟槽，成为四面高而中间低的封闭洼地，此处常有地下水出现或地表水汇集，成为清泉湿地或水塘。滑坡体向前滑动时如受到阻碍就形成隆起的小丘，称为滑坡鼓丘。滑坡体的前部向前伸出如舌头状，称为滑坡舌或滑坡头。

从外表上看，滑坡体各部还出现各种裂缝，如拉张裂缝（分布在滑坡体的上部，多呈弧形，与滑坡壁的方向大致吻合或平行，一般成连续分布，长度和宽度都较大，它是产生滑坡的前兆）、剪切裂缝（分布在滑坡体中部的两侧，缝的两侧还常伴有羽毛状裂缝）、鼓胀裂缝（分布在滑坡体的下部，因滑坡体下滑受阻，土体隆起而形成张开裂缝，它们的方向垂直于滑动力方向，分布较短，深度也较浅）以及扇形张裂缝（分布在滑坡体的中、下部，特别是在滑坡舌部分较多，因滑坡体滑到下部，向两侧扩散，形成张开的裂缝，在中部的与滑动方向接近平行，在滑舌部分则成放射状）。这些裂缝是滑坡不同部位受力状况和运动差异性的反映，对判别滑坡所处的滑动阶段和状态等很有帮助。如滑坡区纵向很长，上部剪切裂缝明显，下部不明显，则属推移式滑坡；反之，如滑坡作从下而上出现拉张裂缝，而下部剪切裂缝发育完全，上部断续，则多属牵引式滑坡。

2) 滑坡的特征

根据滑坡地表形态的特征，有助于识别新、老滑坡。现把堆积层滑坡和岩层滑坡的一些特征扼要说明如下。

堆积层滑坡常有如下主要特征：①其外形多呈扁平的簸箕形。②斜坡上有错距不大的台阶，上部滑壁明显，有封闭洼地，下部则常见隆起。③滑坡体上有弧形裂缝，并随滑坡的发展而逐渐增多。④滑动面的形状在均质土中常呈圆筒面，而在非均质土中则多呈一个或几个相连的平面。⑤在滑坡体两侧和滑动面上常出现裂缝，其方向与滑动方向一致。在黏性土层中，由于滑动时剧烈地摩擦，滑动面光滑如镜，并有明显的擦痕，呈一明一暗的条纹；在黏土夹碎石层中，滑动面粗糙不平，擦痕尤为明显。⑥滑坡体上树木歪斜，成为醉汉林。

岩层滑坡的主要特征是：①在顺层滑坡中，滑动床的对面多呈平面或多级台阶状，其形状受地貌和地质构造所限制，多呈U形或平板状；②滑动床多为具有一定倾角的软弱夹层；③滑动面光滑，有明显的擦痕；④滑坡壁多上陡下缓，在其两侧有互相平行的擦痕和岩石粉末；⑤在滑坡体的上、中部有横向拉张裂缝，大体上与滑动方向正交，而在滑坡床部位则有扇形张裂缝；⑥发生在破碎的风化岩层中的切层滑坡，常与崩塌现象相似。

　图5-2　滑坡的特征

当滑坡停止并经过较长时间后，可以看到：①台阶后壁较高，长满了草木，找不到擦痕；②滑坡平台宽大且已夷平，土体密实，地表无明显的裂缝；③滑坡前缘的斜坡较缓，土体密实，长满树木，无松散坍塌现象，前缘迎河部分多出露含大孤石的密实土层；④滑坡两侧的自然沟割切很深，已达基岩；⑤滑坡舌部的坡脚有清晰泉水出现；⑥原来的醉汉林又重新向上竖向生长，树干变成下部弯曲而上部竖直，形成所谓的“马刀树”（如图5-2）等等，这些征象表明滑坡已基本稳定。

滑坡稳定后，如触发滑动的因素已经消失，滑坡就将长期稳定，否则还可能重新滑动或复活。

1) 滑坡发育的内部条件

产生滑坡的内部条件与组成边坡的岩土的性质、结构、构造和产状等有关。不同的岩土，它们的抗剪强度、抗风化和抗水的能力都不相同，如坚硬致密的硬质岩石，它们的抗剪强度大，抗风化能力强，在水的作用下岩性基本没有变化，由它们所组成的边坡往往不容易发生滑坡。而由页岩、片岩以及一般的土所组成的边坡就较易发生滑坡。岩（土）层层面、断层面、裂隙等的倾向对滑坡的发育也有很大的关系。这些部位又易于风化，抗剪强度也低。当它们的倾向与边坡坡面的倾向一致时，就容易发生顺层滑坡以及在堆积层内沿着基岩面滑动，否则反之。

边坡的断面尺寸对边坡的稳定性也有很大的关系。边坡越陡，其稳定性就越差，越易发生滑动。如果坡高和边坡的水平长度都相同，但一个是放坡到顶，而另一个却是在边坡中部设置一个平台，由于平台对边坡起了反压作用，就增加了边坡的稳定性。滑坡若要向前滑动，其前沿就必须要有一定的空间；否则，滑坡就无法向前滑动。

山区河流的冲刷、沟谷的深切以及不合理的大量切坡都能形成高陡的临空面，为滑坡的发育提供了良好的条件。

总之，当边坡的岩性、构造和产状等有利于滑坡的发育，并在一定的外部条件下引起边坡的岩性、构造和产状等发生变化时，就可能发生滑坡。

实践表明，在下列不良地质条件下往往容易发生滑坡：①当较陡的边坡上堆积有较厚的土层，其中有遇水软化的软弱夹层或结构面；②当斜坡上有松散的堆积层，而下伏基岩是不透水的，并且层面的倾角大于20°时；③当松散堆积层下的基岩是易于风化或遇水会软化时；④当地质构造复杂，岩层风化破碎严重，软弱结构面与边坡的倾向一致或交角小于45°时；⑤当黏土层中网状裂隙发育，并有亲水性较强的（如伊利土、蒙脱土）软弱夹层时；⑥原古、老滑坡地带可能因工程活动而引起复活时等等。

如前所述，仅仅具备上述内部条件，还只是具备了滑坡的可能性，还不足以立即发生滑坡，必须有一定的外部条件的补充和触发，才能使滑坡发生。

2) 滑坡发育的外部条件

产生滑坡发育的外部条件，主要有水的作用，不合理的开挖和坡面上的加载、振动、采矿等,而又以前两者为主。

调查表明,90％以上的滑坡与水的作用有关。水的来源不外乎大气降水、地表水、地下水、农田灌溉的渗水、高位水池和排水管道等的漏水等。但不管来源怎样，一旦水进入斜坡岩（土）体内，它将增加岩土的容重和使岩石软化，降低岩土的抗剪强度，产生静水压力和动水压力，冲刷或潜蚀坡脚，对不透水层土的上覆岩（土）层起了滑润作用，当地下水在不透水层顶面上汇集成层时它还对上覆地层产生浮力等等。

振动对滑坡的发生和发展也有一定的影响，如大地震时往往伴有大滑坡发生，大爆破有时也会触发滑坡。

山区建设中还常由于不合理的开挖坡脚或不适当的在边坡上填置弃土、建造房屋或堆置材料，以致破坏斜坡的平衡条件而发生滑动。

防治滑坡应当贯彻早期发现，预防为主；查明情况，对症下药；综合整治，有主有从；治早治小，贵在及时；力求根治，以防后患；因地制宜，就地取材；安全经济，正确施工的原则。只有这样，才能达到事半功倍的效果。

防治滑坡的措施和方法有：

1) 避开

选择场址时，通过收集资料、调查访问和现场踏勘，查明是否有滑坡存在，并对场址的整体稳定性作出判断，对场址有直接危害的大、中型滑坡应避开为宜。

2) 消除或减轻水对滑坡的危害

水是促使滑坡发生和发展的主要因素，应尽早消除或减轻地表水和地下水对滑坡的危害，其方法有：

(1) 截

在滑坡体可能发展的边界5m以外的稳定地段设置环形截水沟（或盲沟）和泄水隧洞，以拦截和旁引滑坡范围外的地表水和地下水，使之不进入滑坡区。

(2) 排

在滑坡区内充分利用自然沟谷，布置成树枝状排水系统，或修筑盲洞，布置垂直孔群及水平孔群等排除滑坡范围内的地表水和地下水。

(3) 护

在滑坡体上种植草皮及种植蒸腾量大的树木或在滑坡上游严重冲刷地段修筑“丁”字形坝，改变水流流向和在滑坡前缘抛石、铺石笼等以防地表水对滑坡坡面的冲刷或河水对滑坡坡脚的冲刷。

(4） 填

用黏土填塞滑坡体上的裂缝，防止地表水渗入滑坡体内。

3) 改善滑坡体力学条件，增大抗滑力

(1) 减与压

对于滑床上陡下缓、滑体头重脚轻的推移式滑坡，可在滑坡上部的主滑地段减重或在前部抗滑地段加填压脚，以达到滑体的力学平衡。对于小型滑坡可采取全部清除。

(2) 挡

设置支挡结构（加抗滑片石垛、抗滑挡墙、抗滑桩等）以支挡滑体或把滑体锚固在稳定地层上。由于破坏山体较少，有效地改善滑体的力学平衡条件，因此“挡”是目前用来稳定滑坡的有效措施之一。

4) 改善滑带土的性质

采用焙烧法、灌浆法、孔底爆破灌注混凝土砂井、砂桩、电渗排水及电化学加固等措施改变滑带土的性质，使其强度指标提高，以增强滑坡的稳定性。

在山区比较陡峻的山坡上，巨大的岩体或土体在自重作用下脱离母岩，突然而猛烈地由高处崩落下来，这种现象称为崩塌。崩塌可以发生在河流、湖泊及海边的高陡岸坡上，也可以发生在公路路堑的高陡边坡上。规模巨大的崩塌也称山崩。由于岩体风化、破碎比较严重，山坡上经常发生小块岩石坠落，这种现象称为碎落。一些较大岩块的零星崩落称为落石。在崩塌地段修筑路基：小型的崩塌一般对行车安全及路基养护工作影响较大，雨季中的小型崩塌会堵塞边沟，引起水流冲毁路面、路基；大型崩塌不仅会损坏路面、路基，阻断交通，甚至会迫使放弃已成道路的使用。

经常发生崩塌的山坡坡脚，由于崩落物的不断堆积，就会形成岩堆。在岩堆地区，岩堆常沿山坡或河谷谷坡呈条带状分布，连续长度可达数千米至数十千米。在不稳定的岩堆上修筑建筑，容易发生边坡坍塌、地基沉陷及滑移等现象。

1) 崩塌的形成条件及因素

(1） 地形

险峻陡峭的山坡是产生崩塌的基本条件。山坡坡度一般大于45°，而以55°～75°者居多。

(2） 岩性

节理发达的块状或层状岩石，如石灰岩、花岗岩、砂岩、页岩等均可形成崩塌。厚层硬岩覆盖在软弱岩层之上的陡壁最易发生崩塌。

(3） 构造

当各种构造面，如岩层层面、断层面、错动面、节理面等，或软弱夹层倾向临空面且倾角较陡时，往往会构成崩塌的依附面。

(4） 气候

温差大、降水多、风大风多、冻融作用及干湿变化强烈，容易发生崩塌。

(5） 渗水

在暴雨或久雨之后，水分沿裂隙渗入岩层，降低了岩石裂隙间的粘聚力和摩擦力，增加了岩体的重量，更加促进崩塌的产生。

(6） 冲刷

水流冲刷坡脚，削弱了坡体支撑能力，使山坡上部失去稳定。

(7） 地震

地震会使土石松动，引起大规模的崩塌。

(8） 人为因素

如在山坡上部增加荷重，大爆破的震动等都可能引起崩塌。修建建筑、公路等开挖边坡过深、过陡，或者由于建筑切割了山坡下部使软弱结构面暴露，都会使边坡上部岩体失去支撑而引起崩塌。

2) 崩塌的防治

崩塌的治理应以根治为原则。当不能清除或根治时，可采取下列综合措施：

(1） 遮挡

可修筑明洞、棚洞等遮挡建筑物使线路通过。

(2） 拦截防御

当建筑物线路工程或线路工程与坡脚有足够距离时，可在坡脚或半坡设置落石平台、落石网、落石槽、拦石堤或挡石墙、拦石网。

(3） 支撑加固

在危石的下部修筑支柱、支墙。亦可将易崩塌体用锚索、锚杆固定在斜坡稳定的岩石上。

(4） 镶补勾缝

对岩体中的空洞、裂缝用片石填补、混凝土灌注。

(5） 护面

对易风化的软弱岩层，可用沥青、砂浆或浆砌片石护面。

(6） 排水

设排水工程以拦截疏导斜坡地表水和地下水。

(7） 刷坡

在危石突出的山嘴以及岩层表面风化破碎不稳定的山坡地段，可刷缓山坡。

泥石流是山区特有的一种自然地质现象。它是由于降水（暴雨、融雪、冰川）而形成的一种挟带大量泥砂、石块等固体物质的特殊洪流，具有强大的破坏力。

泥石流是一种含有大量泥砂石块等固体物质，突然爆发，历时短暂，来势凶猛，具有强大破坏力的特殊洪流。泥石流与一般洪水不同。它爆发时，山谷雷鸣，地面震动，浑浊的泥石流体，仗着陡峻的山势，沿着峡谷深涧，前推后涌，冲出山外。往往在顷刻之间给人类造成巨大的灾害。如1973年7月，原苏联中亚小阿拉木图河谷突然发生强烈泥石流，巨大的水流向阿拉木图市方向倾泻。水流沿途捕获泥土、砂石及体积达45.3m、重达120t的巨大漂砾，形成了一股具有巨大能量的泥石流，瞬间摧毁了沿途所遇到的一切防护物。只有中心高112m、宽500m的专门石坝才抵住了此次巨大的冲击，使阿拉木图市免遭破坏。

在我国西南、西北和华北的一些山区均发育有泥石流，危害着山区的工农业生产和人民生活，故对泥石流及其防治的研究工作具有重要意义。

分布在不同地区的泥石流，其形成条件、发展规律、物质组成、物理性质、运动特征及破坏强度等都具有差异性。

1) 按其流域的地质地貌特征分类

(1） 标准型泥石流

标准型泥石流是比较典型的泥石流。流域呈扇状，流域面积一般为十几至几十平方千米，能明显地区分出泥石流的形成区（多在上游地段，形成泥石流的固体物质和水源主要集中在此区）、流通区和堆积区（图5-3（a））。

(2） 河谷型泥石流

流域呈狭长形，流域上游水源补给较充分。形成泥石流的固体物质主要来自中游地段的滑坡和塌方。沿河谷既有堆积，又有冲刷，形成逐次搬运的“再生式泥石流”（图5-3（b））。

(3） 山坡型泥石流

流域面积小，一般不超过1km2。流域呈斗状，没有明显的流通区。形成区直接与堆积区相连（图5-3（c））。

图5-3　泥石流

2) 按泥石流组成物质分类

泥流、泥石流和水石流，与形成区的地质岩性有关。

泥石流按其物理力学性质、运动和堆积特征可分为黏性泥石流（又称结构泥石流）和稀性泥石流（又称素流型泥石流）。

黏性泥石流的特征是：

(1） 含有大量的细粒物质（黏土和粉土）。固体物质含量占40%～60％，最高可达80％。水和泥砂、石块凝聚成一个黏稠的整体，并以相同的速度作整体运动，大石块犹如航船一样漂浮而下。这种泥石流的运动特点，主要是具有很大的黏性和结构性。

(2） 黏性泥石流在开阔的堆积扇上运动时不发生散流现象，而是以狭窄的条带状向下奔泻，停积后仍保持运动时的结构。堆积体多呈长舌状或岛状。由于黏性泥石流在运动过程中有明显的阵流现象，使得堆积扇的地面坎坷不平，这与由一般洪水或冰水作用形成的山麓堆积扇显著不同。

(3） 黏性泥石流流经弯道时，有明显的外侧超高和爬高现象及截弯取直作用。在沟槽转弯处，它并不一定循沟床运行，而往往直冲沟岸，甚至可以爬越高达5～10m的阶地、陡坎或导流堤坝，夺路外泄。同时，这种泥石流往往以突然袭击的方式骤然爆发，持续时间短，破坏力大，常在几分钟或几小时内把几万甚至几百万立方米的泥砂石块和巨砾搬出山外，造成巨大灾害。

稀性泥石流的特征是：

(1） 稀性泥石流是水和固体物质的混合物，其中水是主要成分，固体物质中黏土和粉土含量少，因而不能形成黏稠的整体，固体物质占10%～40％。这种泥石流的搬运介质主要是水，在运动过程中，水与泥砂组成的泥浆速度远远大于石块运动的速度，固液两种物质运动速度有显著的差异，属紊流性质，其中的石块以滚动或跃移的方式下泄。

(2） 稀性泥石流在堆积扇地区呈扇状散流，岔道交错，改道频繁，将堆积扇切成一条条深沟。这种泥石流的流动过程是流畅的，不易造成阻塞和阵流现象，停积之后，水与泥浆即慢慢流失，粗粒物质呈扇状散开，表面较平坦。

(3） 稀性泥石流有极强烈的冲刷下切作用，常在短暂的时间内把黏性泥石流填满的沟床下切成几米或十几米的深槽。

3) 泥石流的形成条件

根据泥石流的特征，要形成泥石流必须具备一定的条件。首先，流域内应有丰富的固体物质并能源源不断地补给泥石流；其次，要有陡峻的地形和较大的沟床纵坡；最后，在流域的中、上游，应有由强大的暴雨或冰雪强烈消融及湖泊的溃决等形式补给的充沛水源。凡是具备这3种条件的地区，就会有泥石流发育。此外，泥石流的形成除与山区的自然条件有关外，还和人类生产活动有密切关系。

(1） 地质条件

丰富的固体物质来源取决于地区的地质条件。凡泥石流十分活跃的地区都是地质构造复杂、断裂褶皱发育、新构造运动强烈、地震烈度大的地区。由于这些原因，致使地表岩层破碎，各种不良物理地质现象（如山崩、滑坡、崩塌等）层出不穷，为泥石流丰富的固体物质来源创造了有利条件。

(2） 地形特征

泥石流流域的地形特征也很重要，一般是山高沟深、地势陡峻、沟床纵坡大及流域形状便于水流的汇集等。完整的泥石流流域，上游多为三面环山、一面有出口的瓢状或斗状围谷。这样的地形既有利于承受来自周围山坡的固体物质，也有利于集中水流。山坡坡度多为30°～60°，坡面侵蚀及风化作用强烈，植被生长不良，山体光秃破碎，沟道狭窄。在严重的坍方地段，沟谷横断面形状呈V形。中游，在地形上多为狭窄而幽深的峡谷。谷壁陡峻（坡度在20°～40°），谷床狭窄，纵比降大，沟谷横断面形状呈U形。如通过坚硬的岩层地段，往往形成陡坎或跌水。大股泥石流常常迅速通过峡谷直泄山外。小股泥石流到此有时出现壅高停积现象。当后来的泥石流继续推挤时才一拥而出，成为下游所见破坏力很大的泥石流。泥石流的下游，一般位于山口以外的大河谷地两侧，多呈扇形或锥形，是泥石流得以停积的场所。

(3） 水文气象条件

形成泥石流的水源取决于地区的水文气象条件。我国广大山区形成泥石流的水源主要来自暴雨。暴雨量和强度越大，所形成的泥石流规模也就越大。如我国云南东川地区，一次在6小时内降雨量达180mm，形成了历史上少见的特大暴雨型泥石流。在高山冰川分布地区，冰川积雪的强烈消融也会为形成泥石流提供大量水源、冰川湖，或由山崩、滑坡堵塞而成的高山湖的突然溃决，往往形成规模极大的泥石流。这样的例子在西藏东南部是很多的。

(4） 人类的经济活动

除自然条件外，人类的经济活动也是影响泥石流形成的一个因素。在山区建设中，由于开发利用不合理，就会破坏地表原有的结构和平衡，造成水土流失，产生大面积坍方、滑坡等，这就为形成泥石流提供了固体物质，使已趋稳定的泥石流沟复活，向恶化方向发展。

从形成泥石流的条件中可以看出，泥石流流域内固体物质的产生过程（即岩石性质的变化，岩体的破碎）是一个漫长的逐渐积累的过程，而固体物质补给泥石流又常常是以突然性的山崩、滑坡、崩塌等方式来实现的。当这些固体物质崩落在陡峻的沟谷中与湍急的水流相遇时，才能形成泥石流。总之，固体物质的积累过程（包括水对固体物质的浸润饱和和搅拌过程），较之泥石流的突然爆发，是一个缓慢的孕育过程。当这个过程完成时，随之而来的就是来势凶猛的泥石流了。这一特点，对于我们认识泥石流的分布规律、爆发率及其特征具有重要意义。

根据泥石流的形成条件，泥石流具有一定的区域性和时间性的特点。泥石流在空间分布上，主要发育在温带和半干旱山区以及有冰川分布的高山地区。在时间上，泥石流大致发生在较长的干旱年头之后（积累了大量的固体物质），而多集中在强度较大的暴雨年份（提供了充沛的水源动力）或高山区冰川积雪强烈消融时期。

我国泥石流主要分布于西南、西北和华北山区。如四川西部山区，云南西部和北部山区，西藏东部和南部山区，秦岭山区，甘肃东南部山区，青海东部山区，祁连山、昆仑山及天山山区，华北太行山和北京西山地区，以及鄂西、豫西山区等等。

泥石流的发生和发展原因很多，因此对泥石流的防治应根据泥石流的特征、破坏强度和工程建筑的要求来拟定，采取综合防治措施。

1） 预防措施

上游水土保持，植树造林，种植草皮，以巩固土壤，不受冲刷，不使流失。治理地表水和地下水，修筑排水沟系，如截水沟等，以疏干土壤或不使土壤受浸湿。修筑防护工程，如沟头防护、岸边防护、边坡防护，在易产生坍塌、滑坡的地段做一些支挡工程，以加固土层，稳定边坡。

2） 治理措施

有拦截、滞流、利导和输排措施。

（1） 拦截措施

在泥石流沟中修筑各种形式的拦渣坝，如石笼坝、格栅坝，以拦截泥石流中的石块。设置停淤场，将泥石流中固体物质导入停淤场，以减轻泥石流的动力作用。其中有一种特殊类型的坝，即格栅坝（图5-4）。这种坝是用钢构件和钢筋混凝土构件装配而成的形似栅状的建筑物，它能将稀性泥石流、水石流携带的大石块经格栅过滤停积下来，形成天然的石坝，以缓冲泥石流的动力作用，同时使沟段得以稳定。泥石流拦挡坝的作用，一是拦蓄泥砂石块等固体物质，减弱泥石流的规模；二是固定泥石流沟床，平缓纵坡，减小泥石流流速，防止沟床下切和谷坡坍塌。为了防止规模巨大的泥石流破坏重要城市，往往需要修筑高大的泥石流拦挡坝。

（2） 滞流措施

在泥石流沟中修筑各种低矮拦挡坝（又称谷坊坝）（图5-5），泥石流可以漫过坝顶。坝的作用是拦蓄泥砂石块等固体物质，减小泥石流的规模，固定泥石流沟床，防止沟床下切和谷坊坍塌，平缓纵坡，减小泥石流流速。

图5-4　格栅坝

图5-5　谷坊坝

（3） 输排和利导措施

在下游堆积区修筑排洪道、急流槽、导流堤等设施，以固定沟槽，约束水流，改善沟床平面等。

（4） 排洪道

排洪道是排导泥石流的工程建筑物，能起到顺畅排泄泥石流的作用。根据泥石流的特点，排洪道应尽可能直线布置。为了便于大河带走泥石流宣泄下来的固体物质，排洪道出口与大河交接以锐角为宜（图5-6）；排洪道与大河衔接处的标高应高于同频率的大河水位，至少应高出20年一遇的大河洪水位，以免大河顶托而导致排泄道淤积。排洪道的纵坡、横断面、深度等，要根据当地情况具体考虑。

图5-6　排洪道示意图

（5） 导流堤

在可能受到泥石流威胁的范围内有建筑物时，要修筑导流堤，以确保建筑物的安全。导流堤的平面位置是位于建筑物的一侧，并且必须从泥石流出口处筑起（图5-7）。

图5-7　导流堤平面示意图

岩溶也称喀斯特（Karst），它是由于地表水或地下水对可溶性岩石溶蚀的结果而产生的一系列地质现象，如溶沟、溶槽、溶洞、暗河、天生桥等。如图5-8和图5-9。

图5-8　石林石峰

图5-9　武隆天生桥

　　　

土洞是由于地表水和地下水对上层的溶蚀和冲刷而产生的空洞，空洞的扩展，导致地表陷落的地质现象。

岩溶与土洞作用的结果，可产生一系列对工程很不利的地质问题。如岩土体中空洞的形成、岩石结构的破坏、地表突然塌陷、地下水循环改变等。这些现象严重地影响建筑场地的使用和安全。在水利水电建设中，岩溶造成的库水渗漏是水工建设中主要的工程地质问题。在岩溶地区修建隧洞，一旦揭穿高压岩溶管道水时，就会造成大量突水，有时夹带泥沙喷射给施工带来严重困难，甚至掩没坑道，造成机毁人亡事故。在地下洞室施工中遇到巨大溶洞时，洞中高填方或桥跨施工困难，造价昂贵，有时不得不另辟新道，因而延误工期。在岩溶地区修筑公路时，由于地下岩溶水的活动，导致路基基底冒水、水淹路基、水冲路基及隧道涌水等。

1） 岩溶的主要形态

在可溶性岩石分布地区，溶蚀作用在地表和地下形成一系列溶蚀现象，称为岩溶的形态特征。这些形态既是岩溶区所特有的，使该地区地表形态奇特，景色优美别致，常被开发为旅游景点，如广西桂林山水和云南石林；同时，这些形态，尤其是地下洞穴、暗河，也是造成工程地质问题的根源。常见的岩溶形态有溶沟（槽）、石芽、漏斗、溶蚀洼地、坡立谷、溶蚀平原等，地下岩溶形态有落水洞（井）、溶洞、暗河等，如图5-10所示。

图5-10　岩溶地貌景观示意图
1—溶沟；2—石芽；3—溶斗；4—溶洼；5—落水洞；6—溶洞；7—溶柱；8—天生桥；
9—地下河及伏流；10—地下湖（暗湖）；11—石钟乳；12—石笋；13—石柱；
14—隔水层；15—河谷阶地;Ⅰ—岩溶剥蚀；Ⅱ—强烈剥蚀面上发育溶沟、
溶芽和溶斗；Ⅲ—石林丘陵；Ⅳ—洼地、谷地发育带；Ⅴ—溶蚀平原（溶原）

（1） 溶沟溶槽

溶沟溶槽是微小的地形形态，它是生成于地表岩石表面，由于地表水溶蚀与冲刷而成的沟槽系统地形。溶沟溶槽将地表刻切成参差状，起伏不平，这种地貌称为溶沟原野，这时的溶沟溶槽间距一般为2～3m。当沟槽继续发展，以致各沟槽互相沟通，在地表上残留下一些石笋状的岩柱，这种岩柱称为石芽。石芽一般高1～2m，多沿节理有规则地排列。

（2） 漏斗

漏斗是由地表水的溶蚀和冲刷并伴随塌陷作用而在地表形成的漏斗状形态。漏斗的大小不一，近地表处直径可大到上百米，漏斗深度一般为数米。漏斗常成群地沿一定方向分布，常沿构造破碎带方向排列。漏斗底部常有裂隙通道，通常为落水洞的生成处，使地表水能直接引入深部的岩溶化岩体中。如果漏斗底部的通道被堵塞，则漏斗内积水而成湖泊。

（3） 溶蚀洼地

溶蚀洼地是由许多漏斗不断扩大会合而成。平面上呈圆形或椭圆形，直径由数米到数百米。溶蚀洼地周围常有溶蚀残丘、峰丛、峰林，底部有漏斗和落水洞。

（4） 坡立谷和溶蚀平原

坡立谷是一种大型的封闭洼地，也称溶蚀盆地。面积由几平方千米到数百平方千米，坡立谷再发展而成溶蚀平原。在坡立谷或溶蚀平原内经常有湖泊、沼泽和湿地等。底部经常有残积洪积层或河流冲积层覆盖。

（5） 落水洞和竖井

落水洞和竖井皆是地表通向地下深处的通道，其下部多与溶洞或暗河连通。它是岩层裂隙受流水溶蚀、冲刷扩大或坍塌而成，常出现在漏斗、槽谷、溶蚀洼地和坡立谷的底部，或河床的边部，呈串珠状排列。

（6） 溶洞

溶洞是由地下水长期溶蚀、冲刷和塌陷作用而形成的近于水平方向发育的岩溶形态。溶洞早期是作为岩溶水的通道，因而其延伸和形态多变，溶洞内常有支洞、钟乳石、石笋和石柱等岩溶产物。这些岩溶沉积物是由于洞内的滴水为重碳酸钙水，因环境改变释放CO2，使碳酸钙沉淀而成。

（7） 暗河

暗河是地下岩溶水汇集和排泄的主要通道。部分暗河常与地面的沟槽、漏斗和落水洞相通，暗河的水源经常通过地面的岩溶沟槽和漏斗经落水洞流入暗河内。因此，可以根据这些地表岩溶形态分布位置，概略地判断暗河的发展和延伸。

（8） 天生桥

天生桥是溶洞或暗河洞道塌陷直达地表而局部洞道顶板不发生塌陷，形成的一个横跨水流的石桥。天生桥常为地表跨过槽谷或河流的通道。

2） 岩溶的形成条件

岩溶的形成是由于水对岩石的溶蚀结果，因而其形成条件是必须有可溶于水而且是透水的岩石；同时，水在其中是流动的、有侵蚀力的。也就是说，造成岩溶的物质基础有两个方面——岩体和水质，而水在岩体中是流动的。

（1） 岩体

岩体首先是可溶解的。根据岩石的溶解度，能造成岩溶的岩石可分为三大组：

① 碳酸盐类岩石，如石灰岩、白云岩和泥灰岩。

② 硫酸盐类岩石，如石膏和硬石膏。

③ 卤素岩石，如岩盐。

这3组岩石中以碳酸盐类岩石的溶解度最低，但当水中含有碳酸时，其溶解度将剧烈增加。应该指出，在碳酸盐类矿物中分布最广的有方解石和白云石，其中方解石的溶解度比白云石大得多。第二组为硫酸盐类岩石，其溶解度远远大于碳酸盐类岩石，硬石膏在蒸馏水中的溶解度几乎等于方解石的190倍。第三组是卤素岩石，如岩盐，其溶解度比前两类岩石都大。就我国分布的情况来看，以碳酸盐特别是石灰岩分布最广，其次为石膏和硬石膏，岩盐最少。

岩体不仅是由可溶解的岩石组成，而且岩体必须具有透水性能，这样才有发展岩溶的可能性。岩体的透水性要注意两个方面：一是可溶岩石本身的透水性，这就是说在岩石内要有畅通水流的孔隙；二是在岩体内要有裂隙，它们往往成为地下水流畅通的通道，是造成岩溶最发育之所在地。裂隙类型很多，而造成岩溶的裂隙以构造裂隙和层理裂隙影响最大，它是造成深处岩溶发育的必要条件之一。

（2） 水质

岩体中是有水的，特别是在地下水位以下的岩体。大家知道，天然水是有溶解能力的，这是由于水中含有一定量的侵蚀性CO2。当含有游离CO2的水与其围岩的碳酸钙（CaCO3）作用时，碳酸钙被溶解，这时其化学作用如下：

这种作用是可逆的，即溶液中所含的部分CO2在反应后处于游离状态。一定的游离CO2含量相应于水中固体CaCO3处于平衡状态时一定的HCO含量，这一与平衡状态相应的游离CO2量称为平衡CO2。如果水中的游离CO2含量比平衡所需的数量要多，那么这种水与CaCO3接触时就会发生CaCO3的溶解。这一部分与碳酸钙发生反应的碳酸称为侵蚀性CO2。

确定水中的侵蚀性CO2是有意义的，因为水中含侵蚀性CO2越多，则水的溶蚀能力就越大。在我国发生岩溶的地方几乎是在石灰岩层中产生的。如果水中含有过多侵蚀性CO2，无疑这里岩溶发育是剧烈的。但是水中侵蚀性CO2的含量是随水的活动程度不同而不同的，为此下面着重讨论水在岩体中的活动。

（3） 水在岩体中的活动

水在可溶岩体中活动是造成岩溶的主要原因。它主要表现为水在岩体中流动，地表水或地下水不断交替。因而造成水流一方面对其围岩有溶蚀能力，另一方面造成水流对其围岩的冲刷。

地下水或地表水主要来源于大气降水的补给。而大气中是含有大量CO2的，这些CO2就溶解于大气降水中，造成水中含有碳酸。这里应指出，土壤与地壳上部强烈的生物化学作用经常排出CO2，这就使水在渗入地下的过程中将碳酸携带走，这样使水具有溶解可溶性岩石的能力。但水是流动的，不管是地表水还是地下水。如为地表水则在地表的可溶岩石表面的凹槽流动，一方面溶解围岩，另一方面流水有动力的结果，又同时冲刷围岩，于是产生了溶沟溶槽和石芽。地下水在向地下流动的过程中，与岩石相互作用而不断地耗费了其中具有侵蚀性的二氧化碳，这样造成了地下水的溶解能力随深度的加深而减弱。再加上深部水的循环较慢，溶解能力及冲刷能力大大减少，使深部的岩溶作用减弱。

岩溶地区地下水对其围岩的溶解作用和冲刷作用是同时发生的。但是在一些裂隙或小溶洞中溶蚀作用占主要地位。而在一些大的地下暗河中，地下水的冲刷能力很强，这时溶解能力已退居次要地位了。

（4） 岩溶的垂直分带

在岩溶地区地下水流动有垂直分带现象，因而所形成的岩溶也有垂直分带的特征。

① 垂直循环带（或称包气带）

垂直循环带位于地表以下，地下水位以上。这里平时无水，只有降水时有水渗入，形成垂直方向的地下水通道。如呈漏斗状的称为漏斗，成井状的称为落水洞。大量的漏斗和落水洞等多发育于本带内。但是应注意，在本带内如有透水性差的凸镜体岩层存在时，则形成悬挂水或称上层滞水，于是岩溶作用形成局部的水平或倾斜的岩溶通道。

② 季节循环带（或称过渡带）

季节循环带位于地下水最低水位和最高水位之间，本带受季节性影响，当干旱季节时，地下水位最低，这时该带与包气带结合起来，渗透水流成垂直下流；而当雨季时，地下水上升为最高水位，该带则为全部地下水所饱和，渗透水流则成水平流动，因而在本带形成的岩溶通道是水平的与垂直的交替。

③ 水平循环带（或称饱水带）

水平循环带位于最低地下水位之下，常年充满着水，地下水作水平流动或往河谷排泄，因而本带形成水平的通道，称为溶洞。如溶洞中有水流，则称为地下暗河。但是往河谷底向上排泄的岩溶水具有承压性质，因而岩溶通道也常常呈放射状分布。

④ 深循环带

深循环带内地下水的流动方向取决于地质构造和深循环水。由于地下水很深，它不向河底流动而排泄到远处。这一带中水的交替强度极小，岩溶发育速度与程度很小，但在很深的地方可以在很长的地质时期中缓慢地形成岩溶现象。但是这种岩溶形态一般为蜂窝状小洞，或称溶孔。

以上讨论了水的活动引起各种岩溶的现象，但是水的活动不仅限于其围岩的溶蚀和冲刷，很多时候岩溶水还可以造成很多的堆积现象，最普遍的是在溶洞内沉淀有石钟乳、石笋、石柱、钙华等。组成这些岩溶沉积物的一般为CaCO3，有时混杂有泥砂质。

土洞因地下水或者地表水流入地下土体内，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。当土洞发展到一定程度时，上部上层发生塌陷，破坏地表原来形态，影响建（构）筑物的安全和使用。

1) 土洞的形成条件

土洞的形成主要是潜蚀作用导致的。潜蚀是指地下水流在土体中进行溶蚀和冲刷的作用。如果土体内不含有可溶成分，则地下水流仅将细小颗粒从大颗粒间的孔隙中带走，这种现象称为机械潜蚀。其实机械潜蚀也是冲刷作用之一，所不同的是它发生于土体内部，因而也称内部冲刷。如果土体内含有可溶成分，例如黄土，含碳酸盐、硫酸盐或氯化物的砂质土和黏质土等，地下水流先将土中可溶成分溶解，然后将细小颗粒从大颗粒间的孔隙中带走，因而这种具有溶滤作用的潜蚀称为溶滤潜蚀。溶滤潜蚀主要是因溶解土中可溶物而使土中颗粒间的联结性减弱和破坏，从而使颗粒分离和散开，为机械潜蚀创造条件。

机械潜蚀的发生，除了土体中的结构和级配成分能容许细小颗粒在其中搬运移动外．地下水的流速是搬运细小颗粒的动力。能起动颗粒的流速称为临界流速（vcr），不同直径（d）大小的颗粒具有一定的临界流速，当地下水流速（v）大于临界流速（vcr）时，就要注意发生潜蚀的可能性。

2） 土洞的类型

根据我国土洞的生长特点和水的作用形式，土洞可分为由地表水下渗发生机械潜蚀作用形成的土洞和岩溶水流潜蚀作用形成的土洞。

（1） 由地表水下渗发生机械潜蚀作用形成的土洞

这种土洞的主要形成因素有3点：

① 土层的性质

土层的性质是造成土洞发育的根据。最易发育成土洞的土层性质和条件是含碎石的亚砂土层内，这样给地表水有向下渗入到碎石亚砂土层中，造成潜蚀的良好条件。

② 土层底部必须有排泄水流和土粒的良好通道

在这种情况下，可使水流挟带土粒向底部排泄和流失。上部覆盖有土层的岩溶地区，土层底部岩溶发育是造成水流和土粒排泄的最好通道。在这些地区土洞发育一般较为剧烈。

③ 地表水流能直接渗入土层中

地表水渗入土层内有3种方式：一是利用土中孔隙渗入；二是沿土中的裂隙渗入；三是沿一些洞穴或管道流入。其中第二种渗入水流是造成土洞发育最主要的方式。土层中的裂隙是因为在长期干旱条件下，使地表产生收缩裂隙。随着旱期延长，不仅裂缝数量增多、裂口扩大，而且不断向深处延展，使深处含水量较高的土层也干缩开裂，裂缝因长期干缩扩大和延长，这就成为下雨时良好的通道，于是水不断地向下潜浊。水量越大，潜蚀越快，逐渐在土层内形成一条不规则的渗水通道。在水力作用下，将崩散的土粒带走，产生了土洞，并继续发育，直至顶板破坏，形成地表塌陷。

（2） 由岩溶水流潜蚀作用形成土洞

这类土洞与岩溶水有水力联系，它分布于岩溶地区基岩面与上覆的土层（一般是饱水的松软土层）接触处。

这类土洞的生成是由于岩溶地区的基岩面与上覆土层接触处分布有一层饱水程度较高的软塑至半流动状态的软土层，而在基岩表面有溶沟、裂隙、落水洞等发育。这样，基岩透水性很强。当地下水在岩溶的基岩表面附近活动时，水位的水力迫降可使软土层软化，地下水的流动能在土层中产生潜蚀和冲刷，可将软土层的土粒带走，于是在基岩表面处被冲刷成洞穴，这就是土洞形成的过程。当土洞不断地被潜蚀和冲刷，土洞逐渐扩大，致使顶板不能负担上部压力时地表就发生下沉或整块塌落，使地表呈蝶形、盆形、深槽和竖井状的洼地。

本类土洞发育的快慢主要取决于基岩面上覆土层的性质（如为软土或高含水量的稀泥则基岩面上容易被水流潜蚀和冲刷；如果基岩面上土层为不透水的和很坚实的黏土层，则土洞发育缓慢）和地下水的活动强度（水位变化大，容易产生土洞）。地下水位以下土洞的发育速度较快，土洞多呈上面小、下面大的形状。而当地下水位在土层以下时，土洞的发育主要由于渗入水的作用，发育较缓，土洞多呈竖井状;基岩面附近岩溶和裂隙发育程度：当基岩面与土层接触面附近，如裂隙和溶洞、溶沟、溶槽等岩溶现象发育较好时，则地下水活动加强，造成潜蚀的有利条件。故在这些地下水活动强的基岩面上，土洞一般发育较快。

岩溶与土洞地区对建（构）筑物稳定性和安全性有很大影响。

1） 溶蚀岩石的强度大为降低

岩溶水在可溶岩体中溶蚀，可使岩体发生孔洞。最常见的是岩体中有溶孔或小洞。所谓溶孔，是指在可溶岩石内部溶蚀有孔径不超过20～30cm的，一般小于1～3cm的微溶浊的空隙。岩石遭受溶蚀可使岩石有孔洞、结构松散，从而降低岩石强度和增大透水性能。

2） 造成基岩面不均匀起伏

因石芽、溶沟溶槽的存在，使地表基岩参差不整、起伏不均匀，这就造成了地基的不均匀性以及交通的不便。因此如果利用石芽或溶沟发育的地区作为地基，则必须进行处理。

3） 漏斗对地面稳定性的影响

漏斗是包气带中与地表接近部位所发生的岩溶和潜蚀作用的现象。当地表水的一部分沿岩土缝隙往下流动时，水便对孔隙和裂隙壁进行溶蚀和机械冲刷，使其逐渐扩大成漏斗状的垂直洞穴，称为漏斗。这种漏斗在表面近似圆形，可深达几十米，表面口径由几米到几十米。另一种漏斗是由于土洞或溶洞顶的塌落作用而形成。崩落的岩块堆于洞穴底部成一漏斗状洼地，这类漏斗因其塌落的突然性，使地表建（构）筑物面临遭到破坏的威胁。

4) 溶洞和土洞对地基稳定性的影响

溶洞和土洞对地基稳定性必须考虑如下3个问题：

（1） 溶洞和土洞分布密度和发育情况

一般认为，对于溶洞或土洞分布密度很密，并且溶洞或土洞的发育处在地下水交替最积极的循环带内，洞径较大，顶板薄，并且裂隙发育，此地不宜选择为建筑场地和地基。但是对于该场地虽有溶洞或土洞，但溶洞或土洞是早期形成的，已被第四纪沉积物所充填，并已证实目前这些洞已不再活动。在这种情况下，可根据洞的顶板承压性能决定其作为地基。此外，石膏或岩盐溶洞地区不宜作为天然地基。

（2） 溶洞或土洞的埋深对地基稳定性的影响

一般认为，溶洞特别是土洞如埋置很浅，则溶洞的顶板可能不稳定，甚至会发生地表塌落。若洞顶板厚度H大于溶洞最大宽度的1.5倍（即H＞1.5b），而同时溶洞顶板岩石比较完整，裂隙较少，岩石也较坚硬，则该溶洞顶板作为一般地基是安全的。若溶洞顶板岩石裂隙较多，岩石较为破碎，则上覆岩层的厚度H如能大于溶洞最大宽度的3倍（即H＞3b）则溶洞的埋深是安全的。上述评定是对溶洞和一般建（构）筑物的地基而言，不适用于土洞、重大建（构）筑物和震动基础。对于这些地质条件和特殊建筑物基础所必需的稳定土洞或溶洞顶板的厚度，须进行地质分析和力学验算，以确定顶板的稳定性。

（3） 抽水对土洞和溶洞顶板稳定性的影响

一般认为，在有溶洞或土洞的场地，特别是土洞大片分布，如果进行地下水的抽取，由于地下水位大幅度下降，使保持多年的水位均衡遭到急剧破坏，大大地减弱了地下水对土层的浮托力。再者，由于抽水时加大了地下水的循环，动水压力会破坏一些土洞顶板的平衡，因而引起了一些土洞顶板的破坏和地表塌陷。一些土洞顶板塌落又引起土层震动，或加大地下水的动水压力，结果震波或动水压力传播于近处的土洞，又促使附近一些土洞顶板破坏，以致地表塌陷危及地面建（构）筑物的安全。

在进行建（构）筑物布置时，应先将岩溶和土洞的位置勘察清楚，然后针对实际情况做出相应的防治措施。当建（构）筑物的位置可以移位时，为了减少工程量和确保建（构）筑物的安全，应首先设法避开有威胁的岩溶和土洞区。实在不能避开时，再考虑处理方案。

（1） 挖填

挖填即挖除溶洞或土洞中的软弱充填物，回填以碎石、块石或混凝土等，并分层夯实，以达到改良地基的效果。在土洞回填的碎石上设置反滤层，以防止潜蚀发生。

（2） 跨盖

当洞埋藏较深或洞顶板不稳定时，可采用跨盖方案，如采用长梁式基础或桁架式基础或刚性大平板等方案跨越。但梁板的支承点必须放置在较完整的岩石或可靠的持力层上，并注意其承载能力和稳定性。

（3） 灌注

对于溶洞或土洞，因埋藏较深，不可能采用挖填和跨盖方法处理时，溶洞可采用水泥或水泥黏土混合灌浆于岩溶裂隙中；对于土洞，可在洞体范围内的顶板打孔灌砂或砂砾，应注意灌满和密实。

（4） 排导

洞中水的活动可使洞壁和洞顶溶蚀、冲刷或潜蚀，造成裂隙和洞体扩大或洞顶坍塌，因而对自然降雨和生产用水应防止下渗，采用截排水措施，将水引导至他处排泄。

（5） 打桩

对于土洞埋深较大时，可用桩基处理，如采用混凝土桩、木桩、砂桩或爆破桩等。其目的除提高支承能力外，还有靠桩来挤压挤紧土层和改变地下水渗流条件的功效。

地震是一种地质现象，是地壳构造运动的一种表现。地下深处的岩层，由于某种原因突然破裂、塌陷以及火山爆发等而产生振动，并以弹性波的形式传递到地表，这种现象称为地震。强烈地震瞬时之间可使很大范围的城市和乡村沦为废墟，是一种破坏性很强的自然灾害。因此，在规划各种工程活动时，都必须考虑地震这样一个极其重要的环境地质因素，而在修建各种建筑物时，都必须考虑可能遭受多强的地震并采取相应的防震措施。

1) 地震的成因类型

形成地震的原因是多种各样的。地震按其成因，可分为天然地震与人为地震两大类型。人为地震所引起的地表振动都较轻微，影响范围也很小，且能做到事先预告及预防，不是所要讨论的对象，以下所述皆指天然地震。天然地震按其成因可划分为构造地震、火山地震、陷落地震和激发地震。

(1） 构造地震

由于地质构造作用所产生的地震称为构造地震。这种地震与构造运动的强弱直接相关，它分布于新生代以来地质构造运动最为剧烈的地区。构造地震是地震的最主要类型，约占地震总数的90%。构造地震中最为普遍的是由于地壳断裂活动而引起的地震。这种地震绝大部分都是浅源地震，由于它距地表很近，对地面的影响最显著，一些巨大的破坏性地震都属于这种类型。一般认为这种地震的形成是由于岩层在大地构造应力的作用下产生应变，积累了大量的弹性应变能，当应变一旦超过极限数值，岩层就突然破裂和位移而形成大的断裂，同时释放出大量的能量，以弹性波的形式引起地壳的振动，从而产生地震。此外，在已有的大断层上，当断裂的两盘发生相对运动时，如在断裂面上有坚固的大块岩层伸出，能够阻挡滑动作用，两盘的相对运动在那里就会受阻，局部的应力就越来越集中。一旦超过极限，阻挡的岩块被粉碎，地震就会发生。

(2） 火山地震

由于火山喷发和火山下面岩浆活动而产生的地面振动称为火山地震。在世界上一些大火山带都能观测到与火山活动有关的地震。火山活动有时相当猛烈，但地震波及的地区多局限于火山附近数十千米的范围。火山地震在我国很少见，主要分布在日本、印度尼西亚及南美等地。火山地震约占地震总数的7%。如1960年5月智利大地震就引起了火山的重新喷发。

(3） 陷落地震

由于洞穴崩塌、地层陷落等原因发生的地震，称为陷落地震。这种地震能量小，震级小，发生次数也很少，仅占地震总数的5%。在岩溶发育地区，由于溶洞陷落而引起的地震，危害小，影响范围不大，为数亦很少。在一些矿区，当岩层比较坚固完整时，采空区并不立即塌落，而是待悬空面积相当大以后方才塌落，因而造成矿山陷落地震。由于它总是发生在人烟稠密的工矿区，对地面上的破坏不容忽视，对安全生产有很大威胁，所以也是地震研究的一个课题。

(4） 激发地震

在构造应力原来处于相对平衡的地区，由于外界力量的作用，破坏了相对稳定的状态，发生构造运动并引起地震，称为激发地震。属于这种类型的地震有水库地震、深井注水地震和爆破引起的地震，它们为数甚少。

2) 地震分布

地震并不是均匀分布于地球的各个部分，而是集中于某些特定的条带上或板块边界上。这些地震集中分布的条带称为地震活动带或地震带。

（1） 世界地震分布

世界范围内的主要地震带是环太平洋地震带与地中海—喜马拉雅地震带，它们都是板块的会聚边界。

① 环太平洋地震带

环太平洋地震带沿南北美洲西海岸，向北至阿拉斯加，经阿留申群岛至堪察加半岛，转向西南沿千岛群岛至日本列岛，然后分为两支，一支向南经马里亚纳群岛至伊利安岛；另一支向西南经我国台湾、菲律宾、印度尼西亚至伊利安岛，两支会合后经所罗门至新西兰。

这一地震带的地震活动性最强，是地球上最主要的地震带。全世界80%的浅源地震、90%的中源地震和几乎全部深源地震集中于此带，其释放出来的地震能量约占全球所有地震释放能量的76%。

② 地中海—喜马拉雅地震带

主要分布于欧亚大陆，又称欧亚地震带。西起大西洋亚速尔岛，经地中海、希腊、土耳其、印度北部、我国西部与西南地区，过缅甸至印度尼西亚与环太平洋地震带会合。

这一地震带的地震很多，也很强烈，它们释放出来的能量约占全球所有地震释放能量的22%。

我国地处世界上两大地震活动带的中间，地震活动性比较强烈，主要集中在以下5个震带：

A. 东南沿海及台湾地震带

以台湾的地震最频繁，属于环太平洋地震带。

B. 郯城—庐江地震带

自安徽庐江往北至山东郯城一线，并越渤海，经营口再往北，与吉林舒兰、黑龙江依兰断裂连接。是我国东部的强地震带。

C. 华北地震带

北起燕山，南经山西到渭河平原，构成“S”形的地带。

D. 横贯中国的南北向地震带

北起贺兰山、六盘山，横越秦岭，通过甘肃文县，沿岷江向南，经四川盆地西缘，直达滇东地区。为一规模巨大的强烈地震带。

E. 西藏—滇西地震带

属于地中海—喜马拉雅地震带。

此外，还有河西走廊地震带、天山南北地震带以及塔里木盆地南缘地震带等。

3） 震源和震中距

地壳或地幔中发生地震的地方称为震源。震源在地面上的垂直投影称为震中。震中可以看做地面上振动的中心，震中附近地面振动最大，远离震中地面振动减弱。

　图5-11　震源、震中、等震线

震源与地面的垂直距离，称为震源深度（图5-11）。通常把震源深度在70km以内的地震称为浅源地震，70～300km的称为中源地震，300km以上的称为深源地震。目前出现的最深的地震是720km。绝大部分的地震是浅源地震，震源深度多集中于5～20km。中源地震比较少，而深源地震为数更少。同样大小的地震，当震源较浅时，波及范围较小，破坏性较大；当震源深度较大时，波及范围虽较大，但破坏性相对较小。多数破坏性地震都是浅震。深度超过100km的地震，在地面上不会引起灾害。

地面上某一点到震中的直线距离，称为该点的震中距。震中距在1000km以内的地震通常称为近震，大于1000km的称为远震。引起灾害的一般都是近震。围绕震中的一定面积的地区，称为震中区，它表示一次地震时震害最严重的地区。强烈地震的震中区往往又称为极震区。在同一次地震影响下，地面上破坏程度相同各点的连线，称为等震线。绘有等震线的平面图，称为等震线图。

1) 地震波

地震时震源释放的应变能以弹性波的形式向四面八方传播，这就是地震波。地震波使地震具有巨大的破坏力，也使人们得以研究地球内部。地震波包括两种在介质内部传播的体波和两种限于界面附近传播的面波。

(1） 体波

体波有纵波与横波两种类型。纵波（P波）是由震源传出的压缩波，质点的振动方向与波的前进方向一致，一疏一密向前推进，所以又称疏密波。纵波周期短，振幅小，其传播速度是所有波当中最快的一个，震动的破坏力较小。横波（S波）是由震源传出的剪切波，质点的振动方向与波的前进方向垂直，传播时介质体积不变，但形状改变。横波周期较长，振幅较大，其传播速度较小，约为纵波速度的0.5～0.6倍，但震动的破坏力较大。

(2） 面波

面波（L波）是体波达到界面后激发的次生波,只是沿着地球表面或地球内的边界传播，面波向地面以下迅速消失。面波随着震源深度的增加而迅速减弱，震源愈深面波愈不发育。

一般情况下，横波和面波到达时振动最强烈。建筑物破坏通常是由横波和面波造成的。

2) 地震震级与地震烈度

地震能否使某一地区的建筑物受到破坏，主要取决于地震本身的大小和该区距震中的远近。距震中愈远则受到的振动愈弱，所以需要有衡量地震本身大小和某一地区振动强烈程度的两个尺度，这就是震级和烈度，它们之间有一定联系，但却是两个不同的尺度，不能混淆起来。

（1） 地震震级

地震震级是表示地震本身大小的尺度，是由地震所释放出来的能量大小所决定的。释放出来的能量愈大则震级愈大。因为一次地震所释放的能量是固定的，所以每次地震只有一个震级。

地震释放能量大小可根据地震波记录图的最高振幅来确定。由于远离震中波动要衰减，不同地震仪的性能不同，记录的波动振幅也不同，所以必须以标准地震仪和标准震中距的记录为准。

（2） 地震烈度

地震烈度是指某一地区的地面和各种建筑物遭受地震影响的强烈程度。

震级和烈度既有联系又有区别，它们各有自己的标准，不能混为一谈。震级是反映地震本身大小的等级，只与地震释放的能量有关；而烈度则表示地面受到的影响和破坏的程度。一次地震只有一个震级，而烈度则各地不同。烈度不仅与震级有关，同时还与震源深度、震中距以及地震波通过的介质条件（如岩石的性质、岩层的构造等）等多种因素有关。震级与烈度虽然都是地震的强烈程度指标，但烈度对工程抗震来说具有更为密切的关系。为了表示某一次地震的影响程度或总结震害与抗震经验，需要根据地震烈度标准来确定某一地区的地震烈度。同样，为了对地震区的工程结构进行抗震设计，也要求研究预测某一地区在今后一定时期的地震烈度，以此作为强度验算与选择抗震措施的依据。

① 基本烈度

基本烈度是指在今后一定时期内，某一地区在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。基本烈度所指的地区，并不是某一具体工程场地，而是指一较大范围，如一个区、一个县或更广泛的地区，因此基本烈度又常常称为区域烈度。

鉴定和划分各地区地震烈度大小的工作，称为烈度区域划分，简称烈度区划。烈度区划不应只以历史地震资料为依据，而应采取地震地质与历史地震资料相结合的方法进行综合分析，深入研究活动构造体系与地震的关系，才能做到较准确地区划。各地基本烈度定得准确与否，与该地工程建设的关系甚为密切。如烈度定得过高，提高设计标准，会造成人力和物力上的浪费；定得过低，会降低设计标准，一旦发生较大地震，必然造成损失。

② 场地烈度

场地烈度提供的是地区内普遍遭遇的烈度，具体场地的地震烈度与地区内的平均烈度常常是有差别的。对许多地震的调查研究表明，在烈度高的地区内可以包含有烈度较低的部分，而在烈度低的地区内也可以包含有烈度较高的部分，也就是常在地震灾害报道中出现“重灾区里有轻灾区，轻灾区里有重灾区”的情况。一般认为，这种局部地区烈度上的差别，主要是受局部地质构造、地基条件以及地形变化等因素所控制。通常把这些局部性的控制因素称为小区域因素或场地条件。

在场地条件中，首先应当注意的是局部地质构造。断裂特征对场地烈度有很大的控制作用。宽大的断裂破碎带易于释放地震应力，故其两侧烈度可能有较大差别。存在活动断层常是局部地区烈度增加的主要原因。发震断层及其邻近地段不仅烈度高，而且常有断裂错动、地裂缝等出现，故属于对抗震危险的地段。其次应当注意的是地基条件，包括地层结构、土质类型以及地下水埋藏深度、地表排水条件等。软弱黏性土层、可液化土层和地层严重不均一的地段以及地下水埋藏较浅、地表排水不良的地段均对抗震不利。再次，地形条件也是不可忽视的。开阔平坦的地形对抗震有利；峡谷陡坡、孤立的山包、突出的山梁等地形对抗震不利。

根据场地条件调整后的烈度，在工程上称为场地烈度。通过专门的工程地质、水文地质工作，查明场地条件，确定场地烈度，对工程设计有重要的意义：a. 有可能避重就轻，选择对抗震有利的地段布设路线和桥位；b. 使设计所采用的烈度更切合实际情况，避免偏高偏低。

③ 设计烈度

在场地烈度的基础上，考虑工程的重要性、抗震性和修复的难易程度，根据规范进一步调整，得到设计烈度，亦称设防烈度。设防烈度是指国家审定的一个地区抗震设计实际采用的地震烈度，一般情况下可采用基本烈度。

《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）将抗震设防烈度定为6度～9度，并规定6度区建筑以加强结构措施为主，一般不进行抗震验算；设防烈度为10度地区的抗震设计宜按有关专门规定执行。

3) 场地及地基的评价

在地震基本烈度相同的地区内，经常会发现房屋的结构类型和建筑质量基本相同，但各建筑物的震害程度却有很大的差别。发生这种现象的主要原因是场地条件所造成的。

(1） 场地及其地质条件

① 地形

震害调查表明，地形对震害有明显的影响，如孤立突出的小丘和山脊地区，山地的斜坡地区、陡岸、河流、湖泊以及沼泽洼地的边缘地带等，均会使震害加剧、烈度提高。

② 断层

断层是地质构造上的薄弱环节，多数浅源地震均与断层活动有关。一些具有潜在地震活动的发震断层，地震时会出现很大错动，对工程建设的破坏很大。一些与发震断层有一定联系的非发震断层，由于受到发震断层的牵动和地震传播过程中产生的变异，也可能造成高烈度异常现象。

③ 场地土质条件

场地土是指在较大和较深范围内的土和岩石。场地土质对震害的影响是很明显的，主要是基岩上面覆盖土层的土质及其厚度。

根据日本在东京湾及新宿布置的4个不同深度的钻孔观测资料表明：地面的水平最大加速度大于地下深度110～150m处的水平最大加速度。土层的放大系数与土层的土质密切相关，其比值为：岩土为1.5，砂土为1.5～3.0，软黏土为25～3.5。填土层对地表运动有较大的放大作用。

另外，震害程度随覆盖土层厚度的增加而加重。

(2） 场地土的类型

建筑所在场地土的类型，可根据土层剪切波速划分成4类（见表5-1）。

表5-1　场地土的类型划分

注：vs为土层平均剪切波速，取地面以下15m且不深于场地覆盖层厚度范围内各土层剪切波速，按土层厚度加权的平均值。

(3) 建筑场地类别

场地类别是根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度进行划分的。

《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)规定汶川、都江堰、什邡、绵竹、安县、北川、青川等地的抗震设计烈度是7度，但2008年汶川8级地震的实际烈度最高11度，差别甚大；随后，2012年《建筑抗震设计规范》明文规定玉树结古镇的抗震设计烈度为7度，玉树7.1级地震的烈度则是9度，已经远远偏离实际，导致了灾难性地质灾害的发生。

1) 建筑工程常见震害

地震时，由于土质因素使震害加重的现象主要有：地基的振动液化；软土的震陷；滑坡及地裂。

(1) 地基的液化

地基土的液化主要发生在饱和的粉砂、细砂和粉土中，其宏观现象是地表开裂、喷砂、冒水，从而引起滑坡和地基失效，引起上部建筑物下陷、浮起、倾斜、开裂等震害现象。产生液化的原因是由于在地震的短暂时间内，孔隙水压力骤然上升且来不及消散，有效应力降低至零，土体呈现出近乎液体的状态，强度完全丧失，即所谓液化。

(2) 软土的震陷

地震时，地面产生巨大的附加下沉，称为震陷，此种现象往往发生在松砂或饱和软黏土和淤泥质土层中。

产生震陷的原因有多种。A. 松砂的震密；B. 排水不良的饱和粉砂、细砂和粉土，由于振动液化而产生喷砂冒水，从而引起地面下陷；C. 淤泥质软黏土在振动荷载作用下，土中应力增加，同时土的结构受到扰动，强度下降，使已有的塑性区进一步开展，土体向两侧挤出而引起震陷。

土的震陷不仅使建筑物产生过大的沉降，而且产生较大的差异沉降和倾斜，影响建筑物的安全与使用。

(3) 地震滑坡和地裂

地震导致滑坡的原因，简单地可以这样认识：一方面是地震时边坡受到了附加惯性力，加大了下滑力；另一方面是土体受震趋密使孔隙水压力升高，有效应力降低，减小了阻滑力。地质调查表明，凡发生过滑坡的地区，地层中几乎都夹有砂层。在均质黏土中，尚未有过关于地震滑坡的实例。

地震时往往出现地裂。地裂有两种：一种是构造性地裂，这种地裂虽与发震构造有密切关系，但它并不是深部基岩构造断裂直接延伸至地表形成的，而是较厚覆盖土层内部的错动；另一种是重力式地裂，它是由于斜坡滑坡或上覆土层沿倾斜下卧层层面滑动而引起的地面张裂，这种地裂在河岸、古河道旁以及半挖半填场地最容易出现。

2） 建筑工程防震原则

(1) 建筑场地的选择

在地震区建筑，确定场地与地基的地震效应，必须进行工程地质勘察，从地震作用的角度将建筑场地划分为对抗震有利、不利和危险地段。这些不同地段的地震效应及防震措施有很大差异。进行工程地质勘察工作时，查明场地地基的工程地质和水文地质条件对建筑物抗震的影响，当设计烈度为7度或7度以上，且场地内有饱和砂土或粒径大于0.05mm的颗粒占总重4%以上的饱和黏土时，应判定地震作用下有无液化的可能性；当设计烈度为8度或8度以上且建筑物的岩石地基中或其邻近有构造断裂时，应配合地震部门判定是否属于发震断裂（发震断层）。总之，勘探工作的重点在于查明对建筑物抗震有影响的土层性质、分布范围和地下水的埋藏深度。勘探孔的深度可根据场地设计烈度及建筑物的重要性确定，一般为15～20m。利用工程地质勘察成果，综合考虑地形地貌、岩土性质、断裂以及地下水埋藏条件等因素，即可划分对建筑物抗震有利、不利和危险等地段。

对建筑物抗震有利的地段是地形平坦或地貌单一的平缓地、场地土属Ⅰ类或坚实均匀的Ⅱ类、地下水埋藏较深等地段。这些地段地震时影响较小，应尽量选择作为建筑场地和地基。

对建筑物抗震不利的地段：一般为非岩质（包括胶结不良的第三系）陡坡、带状突出的山脊、高耸孤立的山丘、多种地貌交接部位、断层河谷交叉处、河岸和边坡坡缘及小河曲轴心附近；地基持力层在平面分布上有软硬不均地段（如古河道、断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷及半填半挖地基等）；场地土属Ⅲ类；可溶化的土层；发震断裂与非发震断裂交会地段；小倾角发震断裂带上盘；地下水埋藏较浅或具有承压水地段。这些地段，地震时影响大，建筑物易遭破坏，选择建筑场地和地基应尽量避开。

对建筑物危险的地段：一般为发震断裂带及地震时可能引起山崩、地陷、滑坡等地段。这些地段，地震时可能造成灾害，不应进行建筑。

在一般情况下，建筑物地基应尽量避免直接用液化的砂土作持力层，不能做到时，可考虑采取以下措施：

① 浅基

如果可液化砂土层有一定厚度的稳定表土层，这种情况下可根据建筑物的具体情况采用浅基，用上部稳定表土层作持力层。

② 换土

如果基底附近有较薄的可液化砂土层，采用换土的办法处理。

③ 增密

如果砂土层很浅或露出地表且有相当厚度，可用机械方法或爆炸方法提高密度。

④ 采用筏片基础、箱形基础、桩基础

研究表明，整体较好的筏片基础、箱形基础，对于在液化地基及软土地基上提高基础的抗震性能有显著作用。它们可以较好地调整基底压力，有效地减轻因大量振陷而引起的基础不均匀沉降，从而减轻上部建筑的破坏。桩基也是液化地基上抗震良好的基础型式。桩长应穿过可液化的砂土层，并有足够的长度伸入稳定的土层。但是，对桩基应注意液化引起的负摩擦力，以及由于基础四周地基下沉使桩顶土体与桩顶脱开，桩顶受剪和嵌固点下移的问题。

（2） 软土及不均匀地基

软土地基地震时的主要问题是产生过大的附加沉降，而且这种沉降常是不均匀的。地震时，地基的应力增加，土的强度下降，地基土被剪切破坏，土体向两侧挤出，致使房屋大量沉降、倾斜、破坏。其次，厚的软土地基的卓越周期较长，振幅较大，振动持续的时间也较长，这些对自振周期较长的建筑物不利。

软土地基设计时要合理地选择地基承载力，基底压力不宜过大，同时应增加上部结构的刚度。软土地基上采用片筏基础、箱形基础、钢筋混凝土条形基础，抗震效果较好。不均匀地基一般指软硬不均的地基，如前面已提到的半挖半填、软硬不均的岩土地基以及暗埋的沟坑塘等，这类地基上建筑物的震害都比较严重，建筑应避开这些地区，否则应采取有效措施。

应当指出，建筑物的防震，在地震烈度小于5度的地区，建筑不需特殊考虑，因为在一般条件下影响不大。在6度的地震区（建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑与高耸结构除外），则要求建筑物施工质量要好，用质量较好的建筑材料，并满足抗震措施要求。在7～9度的地震区，建筑物必须根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010)进行抗震设计。

1） 地基承载力的基本概念

地基承载力是指地基所能承受的由建（构）筑物基础传来的荷载能力。地基承载力必须满足两个基本条件：①保证地基受荷后不会使地基发生破坏而丧失稳定；②地基变形不超过建（构）筑物对地基要求的变形值。在建筑物的荷载作用下，地基产生变形。随着荷载的增加变形也增大，当荷载达到或超过某个临界值时，地基中产生塑性变形，最终导致地基破坏。显而易见，地基承受荷载的能力是有限的。我们把单位面积上地基能承受的最大极限荷载能力称为地基极限承载力。可以想象，在建筑物地基基础设计时，为了确保建筑物的安全和地基的稳定性，不能以地基能承受的最大极限荷载作为设计用地基承载力，必须限定建筑物基础底面的压力不超过规定的地基承载力，即地基承载力特征值。地基承载力特征值指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。

2） 持力层和地基均匀性

地基是直接支承建（构）筑物重量的地层，有天然地基与人工地基之分。天然地基是未经加固的地基，基础直接砌置其上；人工地基是经人工加固处理后的地基，若基础埋置深度小于5m时称为浅基，基础埋置深度等于或大于5m时称为深基。基础指的是建（构）筑物在地下直接与地基相接触的部分。图5-12给出了地基与基础的示意图。

图5-12　地基与基础的示意图

地基稳定性研究是各种建筑物与构筑物岩土工程勘察与设计中的最主要任务。

持力层是指地基中直接支持建（构）筑物荷载的岩土层。持力层应选择承载能力强、变形小以及有利于建（构）筑物和地基稳定的岩土层。

一般建（构）筑物承受均匀沉降不会有多大损坏。然而，过大的沉降量和不均匀沉降对建（构）筑物来说都是不利的。这要求地基具有一定的均匀性。地基均匀性的判定标准如下：

(1)当基础不能全部以人工填土作为持力层时，持力层层面变化较大，这时不能将基础一边放在填土上，一边放在天然土层上。当持力层层面坡度大于10%时，可视为不均匀地基，此时可加深基础埋深，使其超过持力层最低层面的深度。

(2)地基持力层和第一下卧层在基础宽度（b）方向上，地层厚度的差值小于0.05b时，可视为均匀地基；当大于0.05b时，应计算横向倾斜是否满足要求。

(3)衡量地基土压缩性的不均匀性，以压缩层内各土层压缩模量为评价依据。

① 当S1、S2的平均值小于10MPa时，符合下式要求的为均匀地基。

S1-S2＜(S1+S2)/25

② 当S1、S2的平均值大于10MPa时，符合下式要求的为均匀地基。

S1-S2＜(S1+S2)/20

式中：S1、S2——分别为基础宽度方向上压缩层范围内压缩模量按厚度加权平均值（MPa），取大者为S1，小者为S2。

③ 不满足上述两式要求时，为不均匀地基。

3） 地基承载力特征值的确定方法

《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）规定：地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、公式计算并结合工程实践经验等方法综合确定。

（1） 载荷试验（浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验）

载荷试验法是指在建筑物场址进行的原位试验方法。重要的建筑物多由载荷试验确定地基承载力，遇到地质条件复杂的场地，也多用载荷试验确定承载力，因为由试验测得的数据能真实反映地基的性质。

载荷试验是由载荷板向地基上传递压力，观测压力与地基土沉降之间的关系，得到压力p与沉降s曲线，由p-s确定地基承载力，见图5-13。

图5-13　载荷板荷载—沉降曲线图

地基土浅层平板载荷试验适用于确定浅部地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力。承压板面积不应小于0.25m2，对于软土不应小于0.5m2。试验基坑宽度不应小于承压板宽度或直径的3倍。应保持试验土层的原状结构和天然湿度。宜在拟试压表面用粗砂或中砂层找平，其厚度不超过20mm。加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的2倍。每级加载后,按间隔10min、10min、10min、15min、15min，以后每隔半小时测读一次沉降量。当在连续两小时内每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定,可加下一级荷载。

当出现下列情况之一时，即可终止加载：

① 承压板周围的土明显地侧向挤出。

② 沉降s急骤增大，荷载—沉降(p-s)曲线出现陡降段。

③ 在某一级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳定。

④ 沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。

当满足前3种情况之一时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。

承载力特征值的确定应符合下列规定：

① 当p-s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值。

② 当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半 。

③ 当不能按上述两款要求确定时，当承压板面积为0.25～0.50m2时，可取s/b=0.01～0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。

④ 同一土层参加统计的试验点不应少于3点，当试验实测值的极差不超过其平均值的30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。

（2） 静力触探试验

静力触探试验是将一个特制的金属探头用压力装置压入土中，由于土层的阻力，使探头受到一定的压力，土层强度高，探头受到的压力大，通过探头内部的压力传感器，测出土层对探头的比贯入阻力(ps)。探头贯入阻力的大小及变化反映了土层强度的大小与变化。

静力触探试验适用于软土、一般黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。静力触探可根据工程需要采用单桥探头、双桥探头或带孔隙水压力量测的单、双桥探头，可测定比贯入阻力(ps)、锥尖阻力(qc)、侧壁摩阻力(fs)和贯入时的孔隙水压力(u)。

为了利用静力触探试验确定地基承载力，实践中都是利用静力触探比贯入阻力(ps)与载荷试验求得的比例界限值进行对比或者与后面叙述的按规范查表所得的承载力相对比，建立比贯入阻力与天然地基容许承载力的相关关系，再由静力触探测得土层的比贯入阻力即可确定该土层的承载力值。

（3） 公式计算

当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并应满足变形要求：

fa=γbMb+γmdMd+ckMc

（5-1）

式中:fa——由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；

　Mb,Md,Mc——承载力系数，按《建筑地基基础设计规范》(GB 5008—2012)表5.2.5确定；

　b——基础底面宽度，大于6m时按6m取值，对于砂土小于3m时按3m取值；

　ck——基底下1倍短边宽深度内土的黏聚力标准值；

　γ——基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；

　d——基础埋置深度（m）；

　γm——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度。

1) 地基不均匀下沉和变形过大

地基不均匀下沉和变形过大是地基基础工程中最常见的两种变形。地基土强度低、压缩性大，通常是产生下沉的重要原因。特殊土的不良工程性质也是造成修建在该类土层上的工程建筑物下沉变形的重要原因。膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩的特性，只要地基土中水分发生变化，膨胀土地基就产生胀缩变形，从而导致建筑物变形甚至破坏。湿陷性黄土质地疏松，大孔隙发育，富含可溶盐，浸水后结构迅速破坏而发生湿陷。饱水的粉砂地基在地震作用下突然液化也是引起地基下沉、变形的一个重要原因。地基土层厚度变化较大，或基础置于不同岩、土层地基上均可造成地基不均匀下沉，导致建筑物倾斜甚至倒塌。

2) 地基的滑移、挤出

发生地基滑移、挤出的实质是地基强度不足，出现剪切破坏。它们多发生在软弱的地基土或具有滑移条件、产状不利的软弱岩层中。

1941年修建的加拿大特朗斯康谷仓是建筑工程著名的软弱地基发生破坏的例子，因设计时忽略了持力层下部的软弱土层，在建成后第一次装料时就发生整体倾倒。

3) 地基的剪切破坏

工程实践表明，地基因强度不足而发生的破坏都是剪切破坏。土是由气体、水和固体碎屑颗粒构成的三相体，土颗粒之间的联结强度远低于颗粒自身的强度，不能承受拉力。

当地基岩、土层中某一点的任意一个平面上剪应力达到或超过它的抗剪强度时，这部分岩、土体将沿着剪应力作用方向相对于另一部分地基岩、土体发生相对滑动，开始剪切破坏。一般来说，在外荷载不太大时，地基中只有个别点位上的剪应力超过其抗剪强度，也就是局部剪切破坏常发生在基础边缘处。随着外荷载的增大，地基中的剪切破坏由局部点位扩大到相互贯通，形成一个连续的剪切滑动面地基变形增大，基础两侧或一侧地基向上隆起，基础突然下陷，地基发生整体剪切破坏，见图5-14。

图5-14　地基剪切破坏

岩溶与土洞对地基稳定性产生影响的主要问题是：在地基主要受力层范围内有溶洞或土洞等洞穴，当施加附加荷载或振动荷载后，洞顶坍塌，使地基突然下沉。对洞穴顶板稳定性评价可根据洞穴空间是否填满而定。

岩溶与土洞对地基稳定性的影响主要表现在以下3个方面：

(1) 在地基主要受力层范围内有溶洞或土洞等洞穴，当施加附加荷载或振动荷载后，洞顶坍塌，使地基突然下沉，造成对地基承载能力的破坏。对洞穴顶板稳定性的评判可依据洞穴空间是否填满而定。主要表现在以下两个方面：

① 洞穴空间自行填满时，顶板厚度大于塌落厚度，地基是稳定的，常见有顶板为中厚层、薄层，裂隙发育、易风化的软弱岩层，顶板有坍塌可能的溶洞。

② 洞穴空间不能自行填满或洞穴顶板下面脱空时，则要验算顶板的力学稳定性。

(2) 地表岩溶有溶槽、石芽、漏斗等，造成基岩起伏较大，并且在凹面处往往有软土层分布，因而使地基不均匀。老基础埋置在基岩上，其附近有溶沟，竖向岩溶裂隙、落水洞等，有可能使基础下岩层沿倾向临空面的软弱结构面产生滑动。

(3) 凡是岩溶地区有第四纪土层分布地段，要注意土洞发育的可能性，应查明建筑场地内土洞成因、形成条件，土洞的位置、埋深、大小以及与土洞发育有关的溶洞、溶沟（槽）的分布，研究地表土层的塌陷规律。

在塌陷区选择建（构）筑物的地基时，应尽量遵循下列经验：

① 建筑场地应选择在地势较高的地段。

② 建筑场地应选择在地下水最高水位低于基岩面的地段。

③ 建筑场地应与抽、排水点有一定距离，建（构）筑物应设置在降落漏斗半径之外。如在降落漏斗半径范围内布置建筑物时，需控制地下水的降深值，使动水位不低于上覆土层底部或稳定在基岩面以下，即不使其在土层底部上下波动。

④ 建（构）筑物一般应避开抽水点地下水主要补给的方向，但当地下水呈脉状流时，下游亦可能产生塌陷。

从我国多次强震中遭受破坏的建筑来看，发现有些房屋是因地基的原因而导致上部结构的破坏。这类出问题的地基多半为液化地基、易发生震陷的软弱黏土地基或不均匀地基，大量的一般性地基是具有良好的抗震能力的。冶金部建筑研究总院刘惠珊等（1980）曾对地基震害原因进行了研究，并将地基震害原因作了统计（见表5-2）。统计结果表明，在平原地区液化和软土震陷居多，在山区则以不均匀地基和液化为多。可见地基震害液化原因是最主要的。

1) 液化层的判别

饱和土液化的原因在于振动下土体积收缩和土体排水不畅，孔隙水压力上升，导致有效应力降低之故。因此影响液化的主要因素有振动强度、透水性、密度、黏性、静应力状态等。当地基内存在如下土层的特点时应注意：

表5-2　地基震害原因统计表

续表5-2

（1） 若土的密度大，则振动下体积收缩的趋势小，不易液化。很密的土甚至会振松，体积有变大的趋势，此时土内的孔隙水压力不仅不增加，反而成为负值，土由外部向孔隙中吸水，土粒上的有效应力增大。

（2） 当土的渗透性不好，则不易排水，孔隙水压力得以增大，因此易于液化。

（3） 若土的黏性大，则在有效应力消失时土粒还可依赖黏聚力来联系，不致使骨架崩溃，因此黏性大的土不易液化。

（4） 若土受的有效应力大，或土层埋深大，则需要较高的孔隙水压力，故比受力小的土更难液化。

（5） 振动强度增大至一定程度时会产生液化。一般经验认为：地震烈度在6度及其以下的地区很少发现液化造成的喷水冒砂现象。

综上所述，在一般的地震强度下（烈度6～9度，地面最大振动加速度平均值为0.1～0.4g），饱和的松至中密的砂和粉土是最常见的液化土。因为这类土透水性差，黏性小，密度差且埋藏较浅。砾石、干砂、黏性土、黄土等在7～9度的地震烈度下通常不会液化，一般作为非液化土。

在工程地质勘察中，液化层通常采用原位测试方法来判别。

① 标准贯入试验判别

凡初判为可能液化或需考虑液化影响时，应采用标准贯入试验进一步确定其是否液化。当饱和砂土或粉土实测标准贯入锤击数N63.5值小于式（5-2）确定的临界值Ncr时，则应判为液化土，否则为不液化土。凡判别为可液化土层，应按照现行国家标准《建筑抗震设计规范》规定确定其液化指数和液化等级。

（5-2）

式中:ds——饱和土标准贯入点深度（m）；

　dw——地下水位深度（m）；

　ρc——饱和土的粘粒含量百分率，当ρc（%）＜3时，取ρc=3；

　N0——饱和土液化判别的基准贯入击数，可按表5-3采用。

表5-3　液化判别基准标准贯入锤击数N0值

② 静力触探试验判别

当采用静力触探试验时，饱和砂土和粉土进行液化判别可按式（5-3）和（5-4）来计算：

pscr=pso·aw·au·ap

（5-3）

pccr=poo·aw·au·ap

（5-4）

式中:pscr、pccr——分别为饱和土静力触探液化比贯入阻力临界值和锥尖阻力临界值（MPa）；

　pso、pco——分别为地下水位深度dw=2m，上覆非液化土层厚度du=2m时，饱和土液化临界贯入阻力和临界锥尖阻力（MPa），可按表5-4取值；

　aw——地下水位影响系数，按式（5-5）计算；

　au——上覆非液化土层影响系数，按式（5-6）计算，对于深基础，au=1；

aw=1-0.065（dw-2）

（5-5）

au=1-0.05（du-2）

（5-6）

　du——上覆非液化土层厚度，计算时需将淤泥与淤泥质土层厚度扣除（m）；

　ap——土性综合影响系数，按表5-5取值。

表5-4　液化判别pso及pco值

表5-5　土性综合影响系数ap值

2) 断层带对地基稳定性的影响

地震可能使地层内发生断裂或已有的断层复活，这对地基稳定性是有影响的。对于勘察和设计人员而言，必须关心与查清下列问题：断层是活动的还是非活动的；断层的类型及其活动方式；断层形成的时间；断层活动和破碎带对工程的影响等。

工程地质勘察中应提出场地和地基的断裂类型、特点及其活动性，并按下列断裂的地震影响进行分类：

(1) 全新活动断裂

全新活动断裂是指在全新世地质时期（1万年）内有过较强烈的地震活动或近期正在活动，在将来（今后100年）可能继续活动的断裂。按其活动强度可将全新活动断裂分为强烈的、中等的和微弱的级别，其特征如表5-6所示。

表5-6　全新活动断裂分级

(2) 发震断裂

发震断裂是指在全新活动断裂中，近期（近500年来）地震活动中，震级M≥5的震源所在的断裂；在未来的100年内，可能发生M≥5级地震的断裂。

(3) 非全新活动断裂

非全新活动断裂是指1万年以来没有发生过任何形式活动的断裂。

(4) 地裂

地裂可分为构造性地裂和重力性（非构造性）地裂两种。

① 构造性地裂

构造性地裂是指在强烈地震作用下，在地面出现或可能出现的以水平位错为主的构造性断裂，为强烈地震动的产物，与震源没有直接联系。地裂缝最大值出现在地表，并随深度增加而逐渐消失，受震源机制控制并与发震断裂走向吻合，具有明显的继承性和重复性。

② 重力性（非构造性）地裂

重力性地裂是指由于地基土地震液化、滑移、地下水位下降造成地面沉降等原因在地面形成沿重力方向产生的无水平错位的张性地裂缝。

非活动断裂对建筑的影响较小。在过去较长时期内，人们曾对破碎带附近的地震反应是否加强心存疑虑。经过国内外多次的震害调查，已弄清非活动断裂附近建（构）筑物的震害大多并不比其他地方明显加重，因此没有必要专门避开这一地区。但断层破碎带如果出现在距地表不远的深度，则带来地基上均匀性差的问题，要求对跨越破碎带的房屋地基与基础设计按不均匀地基来对待，以避免地震时的不均匀震陷和上部结构的地震反应复杂化等不利影响。如有可能，则不应将建筑物跨越断层破碎带。

对于活动（发震）断裂，可将其分为非破坏性的与破坏性的。非破坏性发震断裂的震级一般M＜5.5，能产生小震与岩土的蠕动，在工程使用期间内可能会出现地表位移。故宜将建（构）筑物布置在一定距离以外。如为重要建筑物或高层建筑，避开距离应在300m之外。但当第四纪覆盖层大于20m时，其避开距离可适当缩小。破坏性发震断裂的震级一般M＞5.5。由于断裂侧岩层的错动突然，且错动的距离大，一般以1～2m者居多，这样大的错距使一般结构无法承受，故应避开至影响范围之外。若第四纪覆盖层厚度大于50m，则地表一般无错位，这对建（构）筑物的不利影响将大为减少。

在山区建筑中，建（构）筑物经常选在斜坡上或斜坡顶或斜坡脚或邻近斜坡地区，斜坡的稳定性将会影响建（构）筑物的地基稳定和建（构）筑物的安全与使用。如图5-15所示，斜坡内潜伏有一弧形滑面,它是过去滑坡滑面的遗迹。目前从表面看来似乎是一个完整的斜坡。如果忽视了斜坡过去曾发生过岩土体滑动，或者没有勘察清楚斜坡的滑坡遗迹，设计人员将基础放在坡顶或坡脚，那么图5-15中基础Ⅰ和基础Ⅱ的安全性值得怀疑。如果滑坡复活，将导致基础失稳。基础Ⅰ无疑增加了滑坡的下滑力（或力矩），对斜坡显然不利。基础Ⅱ虽然位于坡脚，但起到了压脚的作用，即增加了抗滑力（或力矩），因此对斜坡稳定作用有利。但是，一旦滑坡复活，基础土也随着失效。由此可见，为确保基础稳定，最安全的方法是将基础位置移到滑弧影响带之外，即基础Ⅰ要增大距离a至滑弧之外，基础Ⅱ同样要增大距离a至滑弧之外，使其位于滑弧之外有足够的空间位置，使下滑的滑体对基础达不到推压的作用。可见，斜坡的稳定性是基础选址的关键。工程地质工作应对斜坡的稳定性作出评价。为此，工程地质勘察应对下列问题作出分析和评估。

图5-15　基础位于坡顶和坡脚位置图

1) 斜坡稳定性因素分析

（1） 黏性土类斜坡

均一的黏性土类斜坡的稳定性，主要取决于黏性土的性质（密度、湿化性、抗剪强度）、地下水及地表水的活动。当为双层或多层结构时，还取决于层面的性质和软弱夹层的分布。当有裂隙存在时，裂隙的分布规律和发育程度对斜坡的稳定也有影响。

（2） 碎石类斜坡

碎石类斜坡的稳定性取决于碎石粒径的大小和形状及胶结情况和密实程度。在山区，碎石类土一般均含有黏性土或黏性土夹层，其稳定性主要取决于黏性土的性质与地下水活动情况。

当黏性土或碎石类土与基岩接触构成斜坡时，其稳定性取决于接触面的形状、坡度的大小、地下水在接触面的活动以及基岩面的风化情况。

（3） 黄土类斜坡

黄土类斜坡的稳定性取决于土层的密实程度和地层年代、成因，不同时期黄土的接触情况，地形地貌和水文地质条件，黄土本身陷穴、裂隙发育程度，主要力学指标的变化幅度，气候条件，地震影响以及河流冲刷等因素。

（4） 岩石类斜坡

岩石类斜坡的稳定性主要取决于结构面的性质及其空间的组合以及结构体的性质及其立体形式。

2） 边坡稳定性分析

边坡是指建（构）筑物近旁的天然斜坡或经人工开挖后的斜坡。边坡稳定性分析的目的在于根据工程地质条件确定边坡断面的合理尺寸（即容许坡度和高度），或验算拟定的断面尺寸是否稳定和合理。

边坡稳定分析中多采用稳定系数（K）来表征边坡的稳定程度，稳定系数一般都取大于1。新设计的边坡，对工程安全等级为一级的边坡工程，K值宜采用1.30～1.50；工程安全等级为二级的边坡工程，宜采用1.15～1.30；工程安全等级为三级的边坡工程，宜采用1.05～1.15。当边坡采用峰值抗剪强度参数设计时，K取大值；采用残余抗剪强度参数设计时，K取小值。在验算已有边坡的稳定性时，K值可采用1.10～1.25。

常用的边坡稳定分析方法有工程地质类比法及极限平衡计算法等。

地下工程是指建筑在地面以下及山体内部的各类建（构）筑物，如地下交通运输用的铁道和公路隧道、地下铁道等；地下工业用房的地下工厂、电站和变电所及地下矿井巷道、地下输水隧洞等；地下储存库房用的地下车库、油库、水库和物资仓库等；地下生活用房利用周围介质的有利功能，如把围岩改造成洞室本身的支护结构，发挥围岩的自承能力。由此可见，为确保地下洞室的安全和使用，应研究围岩的稳定性和自承能力而出现的地质问题。一般来说，地下工程所要解决的主要工程地质问题有以下方面：

（1） 在选择地下建筑工程位置时，判定拟建工程的区域稳定性和山体岩体的稳定性（包括洞口边坡稳定和洞身岩体的稳定）。这时，一般多从拟建洞室山体的地形、地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件以及其他影响建洞的不良地质现象等方面来判定岩体的稳定性。

（2） 在已选定的工程位置上判定地下建筑工程所在岩体的稳定性。这个阶段除进行一般的岩体稳定评价以外，还要解决一些与土建设计有关的岩体稳定方面的问题。这些问题有：

① 洞室四周岩体的围岩压力的评价（即岩体本身对衬砌支护的压力评价）。

② 岩体内地下水压力的评价（即地下水对衬砌支护的压力）。

③ 提出保护围岩稳定性和提高稳定性的加固措施。

下面着重就建洞山体的基本工程地质条件、地下工程总体位置和洞口、洞轴线的选择要求分别加以分析和讨论。

在进行地下工程总体位置选择时，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、区域地质构造史及现代构造运动等资料，进行综合地质分析和评价。特别是对于区域性深大断裂交会处，近期活动断层和现代构造运动较为强烈的地段，尤其要引起注意。

一般认为，具备下列条件是宜于建洞的：

（1） 基本地震烈度一般小于8度，历史上地震烈度及震级不高，无毁灭性地震。

（2） 区域地质构造稳定，工程区无区域性断裂带通过，附近没有发震构造。

（3） 第四纪以来没有明显的构造活动。

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必须具有以下条件：

（1） 在区域稳定性评价基础上，将洞室选择在安全可靠的地段。

（2） 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。

（3） 岩体完整，成层稳定，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，而且能抵抗冲击荷载；地形完整，山体受地表水切割破坏少，没有滑坡、塌方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，具有较厚的洞体顶板厚度作为防护地层；地下水影响小，水质满足建厂要求。

（4） 无有害气体及异常地热。

洞口的工程地质条件，主要是考虑洞口处的地形及岩性、洞口底的标高、洞口的方向等问题。至于洞口数量和位置（平面位置和高程位置）的确定必须根据工程的具体要求，结合所处山体的地形、工程地质及水文地质条件等慎重考虑。因为出入口位置的确定，一般来说，基本上就决定了地下洞室轴线位置和洞室的平面形状。

1） 洞口的地形和地质条件

洞口宜设在山体坡度较大的一面（大于30°），岩层完整，覆盖层较薄，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。一般来说洞口不宜设在悬崖峭壁之下，以免岩块掉落堵塞洞口。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。

2) 洞口底标高的选择

洞口底的标高一般应高于谷底最高洪水位以上0.5～1.0m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；如果离谷底较近，易聚集泥石流和有害气体，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。

3） 洞口边坡的物理地质现象

在选择洞口位置时，必须将进出口地段的物理地质现象调查清楚。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，以免对工程造成不必要的损失。

洞室轴线的选择主要是由地层岩性、岩层产状、地质构造以及水文地质条件等方面综合分析来考虑确定。

1) 布置洞室的岩性要求

洞室工程的布置对岩性的要求是：洞室布置尽可能选取地层岩性均一，层位稳定，整体性强，风化轻微，抗压与抗剪强度较大的岩层。一般来说，凡是没有经受剧烈风化及构造运动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。在由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200～300m，跨度不超过10m）的岩石强度是不成问题的。也就是说，在这些岩石所组成的岩体内建洞，其围岩的稳定性取决于岩体的构造和风化等方面，而不在于岩性。在变质岩中有部分岩石是属于半坚硬的，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容易崩塌，影响洞室的稳定性。

沉积岩的岩性比较复杂，总的来说比岩浆岩和变质岩差。在这类岩石中较坚硬的有岩溶不太发育的石灰岩、硅质胶结的石英砂岩、砾岩等，而岩性较为软弱的有泥质页岩、黏土岩、砾岩和部分凝灰岩等，这些较软弱的岩石往往具有易风化的特性。例如，四川红层软岩中的黏土页岩，从其中取出的新鲜岩石试件2个月后就碎裂成0.5cm的碎块；辽宁某地采得的凝灰岩新鲜岩石试件2个月后裂成1.0cm的碎块。在这类岩体中建洞，施工时围岩容易变形和崩塌，或只有短期的稳定性。

2) 地质构造与洞室轴线的关系

洞室轴线位置的确定，纯粹根据岩性好坏往往是不够的，通常与岩体所处的地质构造的复杂程度有着密切的关系。在修建地下工程时，岩层的产状及成层条件对洞室的稳定性有很大影响，尤其是岩层的层次多、层薄或夹有极薄层的易滑动的软弱岩层时，对修建地下工程很不利。

岩层无裂隙或极少裂隙的倾角平缓的地层中压力分布情况是：垂直压力大，侧压力小；相反，岩层倾角陡，则垂直压力小，而倒压力增大。

下面进一步分析有关洞室轴线与岩层产状要素及其与地质构造的关系。

(1) 当洞室轴线平行于岩层走向

根据岩层产状要素和厚度不同大体有如下3种情况：

① 在水平岩层中（岩层倾角＜5°～10°），若岩层薄，彼此之间联结性差，又属不同性质的岩层，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到达极限强度而导致破坏。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2倍以上者）、不透水、裂隙不发育且无断裂破碎带的水平岩体部位，这样对于修建洞室是有利的（图5-16）。

② 在倾斜岩层中，一般来说是不利的。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5-17）。

图5-16　水平岩层中洞址

图5-17　倾斜岩层中洞址

　　　　　　　　　

③ 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现象，在这种情况下，最好限制洞室同时齐挖的长度，而应采取分段齐挖。若整个洞室位置处在厚层、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1倍或更大者则情况例外。但一定要注意不能把洞室选在软硬岩层的分界线上（图5-18）。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5-19）。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。

图5-18　陡立岩层中洞址

图5-19　陡立岩层岩性分界面处洞址

　　

(2) 当洞室轴线与岩层走向垂直正交

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，因而由于岩层被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。

① 当岩层倾角较陡，各岩层可不需依靠相互间的内聚力联结而能完全稳定。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5-20）。

② 当岩层倾角较平缓，洞室轴线与岩层倾斜的夹角较小，若岩性又属于非均质的、垂直或外交层面节理裂隙又发育时，在洞顶就容易发生局部石块坍落现象，洞室顶部常出现阶梯形特征（图5-21）。

图5-20　单斜（陡倾立）构造中洞址

图5-21　单斜（缓倾斜）构造中洞址

　　　　　

(3) 洞室轴线穿过褶曲地层

洞室轴线穿过褶曲地层时，由于地层受到强烈褶曲后其外线被拉裂，内线被挤压破碎，加上风化营力作用，岩层往往破碎严重，因而在开挖时遇到的岩层岩性变化较大，有时在某些地段常遇到大量的地下水，而在另一些地段可能发生洞室顶板岩块大量坍落。一般洞室轴线穿越褶曲地层时可遇到以下几种情况：

① 洞室横穿向斜层。在向斜的轴部有时可遇到大量地下水的威胁和洞室顶板岩块崩落的危险。因轴部的岩层遭到挤压破碎常呈上窄下宽的楔形石块（图5-22），组成倒拱形，因而使其轴部岩层压力增加，洞顶岩块最容易突然坍落到洞室。另外，由于轴部岩层破碎且弯曲呈盆形，在这些地带往往是自流水储存的场所。当洞室开挖在多孔隙的岩层中，在高压力下，大量的地下水将突然涌入洞室；如果所处岩层是致密的坚硬岩石，则承压状态的地下水将出现于许多节理中，对洞室围岩稳定和施工将会造成很大的威胁（图5-23）。

图5-22　褶曲构造中裂隙的分布

图5-23　向斜地段洞室轴线上压力强度分布示意图

② 洞室轴线横穿背斜层。由于背斜呈上拱形，虽岩层被破碎然犹如石砌的拱形结构，能很好地将上覆岩层的荷重传递到两侧岩体中去，因而地层压力既小又较少发生洞室顶部坍塌事故。但是应注意若岩层受到剧烈的动力作用被压碎，则顶板破碎岩层容易产生小规模掉块。因此，当洞室穿过背斜层也必须进行支撑和衬砌（图5-24）。

③ 当洞室轴线与褶曲轴线重合时，也可有几种不同情况。当洞室穿过背斜轴部时，从顶部压力来看，可以认为比通过向斜轴部优越，因为在背斜轴部形成了自然拱圈。但是另一方面，背斜轴部的岩层处于张力带，遭受过强烈的破坏，故在轴部设置洞室一般是不利的（图5-25中的1号洞室）。当洞室置于背斜的翼部（图5-25中的2号洞室）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。当洞室沿向斜轴线开挖（图5-25中的3号洞室），对工程的稳定性极为不利，应另选位置。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，这时洞室的侧压力增加，在结构设计时应慎重分析，采取加固措施。

图5-24　背斜地段洞室轴线上压力强度分布示意图

图5-25　褶曲地区洞室轴线与褶曲轴线重合时位置比较示意图

　图5-26　洞室轴线与断层轴线示意图

(4) 在断裂破碎带地区洞室位置的布置

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，特别是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，一般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，同时亦是地表水渗漏的良好通道，故对地下工程危害极大，如图5-26中的1号洞室。

当洞室轴线与断层垂直时（图5-26中的2号洞室），虽然断裂破碎带在洞室内属局部地段，但在断裂破碎带处岩层压力增加，有时还会遇到高压的地下水，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。特别是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，这是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5-27）。

图5-27　洞室被几组轴线切割时洞室承受压力示意图

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，这些地段是不稳定的，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，对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。

选线是在路线起终点之间的大地表面上，根据计划任务书规定的使用任务和性质，结合当地自然条件，选定道路中线的位置的过程。选线是在道路规划路线起终点之间选定一条技术上可行，经济上合理，又能符合使用要求的道路中心线的工作，它面对的是一个十分复杂的自然环境和社会经济条件，需要综合考虑多方面因素。为达此目的，选线必须由粗到细，由轮廓到具体，逐步深入，分阶段、分步骤地加以分析比较，才能定出最合理的路线。

道路工程主要由路基工程、桥隧工程、防护建筑物组成；路基工程包括路堤和路堑；桥隧工程包括隧道、桥梁、涵洞等；防护建筑物包括明洞、挡土墙、护坡、排水盲沟等。

在选线中，工程地质工作的任务是查明各比较线路方案沿线的工程地质条件，在满足设计规范要求的前提下，经过技术经济比较选出最优方案。

线路的基本类型有：

(1) 河谷线

优点是坡度缓，挖方少，施工方便。但在平原区河谷常发育有低地沼泽、洪水泛滥；丘陵山区河谷坡度大，流水冲刷路基，常遇有泥石流，桥隧工程量大。

(2) 山脊线

优点是地形平坦，挖方量少，桥隧工程量少。但山脊宽度小，不便施工。

(3) 山坡线

优点是可以任意选择线路坡度，路基多采用半填半挖。但线路曲折，土石方量大，桥隧工程多。

(4) 越岭线

优点是可以通过巨大山脉，缩短距离。但地形崎岖，不良地质现象发育。

(5) 跨谷线

需要造桥，可缩短距离和降低坡度。但工程量大，费用高。

如图5-28所示，AB两点间共有3种基本选择方案，方案1需修2座桥和1座长隧道，费用高，施工难度大；方案2西段为不良地质现象发育地区，整治费用高，并需修1座短隧道；方案3需修2座桥梁，也不经济。综合上述方案，提出第4个方案，西段在河流弯曲地段距离最近处，改弯取直使河道迁移改道，可免建2座桥梁，改用路堤通过。东段连接方案2的沿河路线。方案4路线虽稍长，但工程地质条件好，施工方便，费用少，故为最优方案。

图5-28　工程地质选线实例略图
1—滑坡群；2—崩塌区；3—泥石流堆积区；4—沼泽带；5—线路方案

1） 地质构造对选线的影响

地质构造对路基稳定性有极大的影响，在选线时对不利因素应有充分的估计。断裂带岩层破碎裂隙发育，选线时应尽量避开，不能避开时应尽量使线路垂直断裂带走向，在短距离内穿过。在岩层褶皱的地段，当线路方向与岩层走向大致平行时，若遇到向斜构造，向斜山两侧边坡对路基稳定皆有利（图5-29（a））；若为背斜山，则两侧边坡对路基稳定都不利（图5-29（b））；若为单斜山时（岩层倾角大于10°），背向岩层倾向的山坡对路基稳定性有利，顺向岩层倾向的一侧山坡相对不利（图5-29（c））。实际工作中还应结合岩层的岩性、裂隙、倾角和层间的结合紧密程度综合考虑。当线路方向与岩层走向交角大于40°时，虽为倾斜岩层，但同属有利情况。

2） 滑坡地带选线

对于小型滑坡（滑体厚度小于5m），线路不必避让，根据滑坡的滑动类型采取排水、清方、支挡等防治措施处理（图5-30）。

对于中型滑坡（滑体厚度5～20m），线路一般可以通过，但必须慎重考虑滑坡的稳定性，采取综合处理措施。线路一般从滑坡的上缘或下缘通过。上缘通过时路基宜设计成路堑以减轻滑体自重；下缘通过时宜设计成路堤以增加抗滑能力。总之，应避免大填、大挖，防止边坡失稳。对于大型滑坡（滑体厚度大于20m）应避开为好。

图5-29　山坡岩层地质构造的影响
1—有利情况；2—不利情况

图5-30　用排水和支挡处理的小型滑坡

3) 岩堆地带的选线

岩堆指风化的坡积体，选线应考虑岩堆的规模、稳定程度。注意以下几点：

（1） 发展阶段的岩堆——以绕避为宜。

（2） 趋于稳定的岩堆——可不必绕避，宜在岩堆坡脚以外适当的距离以路堤通过。

（3） 稳定的岩堆——可在适当位置以路堑或路堤方式通过。

4) 泥石流地段选线

泥石流是指在山区一些区域内，主要是在暴雨降落时形成的并由固体物质（石块、砂砾、粘粒）所饱和的暂时性山地洪流。具有爆发突然、运动速度快、历时短暂、破坏力极强大的特点。选线时应考虑泥石流的形成区、流通区、堆积区的划分，根据泥石流的规模大小、活动规律、处治难易、路线等级和使用性质，分析路线的布局。

（1） 通过流通区的路线

流通区地段一般常为槽形，沟壑比较稳定，沟床一般不淤积，以单孔桥跨越比较容易，也不受泥石流爆发的威胁。但这种方案平面线形可能较差，纵坡较大，沟口两侧路堑容易发生塌方滑坡。

(2) 通过洪积扇顶部的路线

若洪积扇顶部河床比较稳定，冲淤变化小，而两侧有较高的互通（通视）路线，则在洪积扇顶部布线比较理想，但应尽可能使路线靠近流通区。

（3） 通过洪积扇外缘的路线

当河谷比较开阔，泥石流沟距大河较远时，可考虑在洪积扇外缘布线。

（4） 绕道走对岸的路线

当泥石流规模较大，洪积扇已发展到大河边，整治困难，外缘布线不可能时，流通区或洪积扇顶部布线也不可能，应将路线用两桥饶走对岸或隧道穿越方案。

（5） 用隧道穿越洪积扇的方案

当绕道对岸比较困难，可考虑用隧道穿越洪积扇的方案。

（6） 通过洪积扇中部的方案

当泥石流分布很宽时，可考虑从洪积扇中部通过。一般应设计成路堤，用单孔桥通过，而不应用路堑，要预留一定的设计标高，以免受到回水和河床淤高的影响。

5) 岩溶地带选修线

（1） 尽可能将路线选择在较难溶解的岩石上。

（2） 在无难溶解的岩溶发育区，尽量选择地表覆盖厚度大、洞穴已被充填或岩溶发育相对微弱的地段，以最短路线通过。

（3） 尽可能避开构造破碎带、断层、裂隙密集带，当无法避免时，应使路线与主要构造线大角度相交。

（4） 应尽可能地避开可溶岩层与非可溶岩层的接触带，特别是与不透水层的接触带，以及低地、盆地和低谷地带等岩溶易发育地带，应尽量把线路选在分水岭和高台地上。

思考题

1. 如何确定地基承载力特征值？

2. 形成滑坡的条件是什么？影响滑坡发生的因素有哪些?

3. 什么是岩溶？岩溶有哪些主要形态？其发育的基本条件有哪些？

4. 什么是地震？天然地震按其成因可分为哪几种?

5. 何谓地震震级？震级如何确定？什么是地震烈度？根据什么确定地震烈度？

6. 震级和烈度之间的关系怎样？

7. 地震对工程建筑物的影响和破坏表现在哪些方面?