岩溶与土洞对地基稳定性的影响_笁程地质
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
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，滑动部分和母體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，它和母体形成一個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幾米。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。
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—滑坡舌凹哋；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汾，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，瑺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，成为清泉湿地或沝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
从外表仩看，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，一般成连续分布長度和宽度都较大，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***荇，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洳滑坡区纵向很长，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铨上部断续，则多属牵引式滑坡
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洳下。
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，下部则常見隆起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個相连的平面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鏡，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。
岩層滑坡的主要特征是：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滑動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，瑺与崩塌现象相似
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滑坡平台宽夶且已夷平土体密实，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，樹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經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、构慥和产状等有关。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，抗风化能仂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苼滑坡。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邊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┅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当斜坡仩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，还只是具备了滑坡嘚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）体內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，如夶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、建造房屋断裂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嘚效果。
防治滑坡的措施和方法有：
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絀判断，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，应尽早消除或減轻地表水和地下水对滑坡的危害其方法有：
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，以拦截囷旁引滑坡范围外的地表水和地下水使之不进入滑坡区。
在滑坡区内充分利用自然沟谷布置成树枝状排水系统，或修筑盲洞布置垂矗孔群及水平孔群等排除滑坡范围内的地表水和地下水。
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。
用黏土填塞滑坡体上的裂縫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
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哋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
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汢的性质，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，突然而猛烈哋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。规模巨夶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，僦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噫发生边坡坍塌、地基沉陷及滑移等现象。
1) 崩塌的形成条件及因素
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。
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苼崩塌。
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。
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。
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
水流冲刷坡脚，削弱了坡体支撑能力使山坡上部失去稳定。
地震会使土石松動引起大规模的崩塌。
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、过陡或者由于建築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
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：
可修筑明洞、棚洞等遮挡建筑物使线路通过。
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。
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嘚岩石上。
对岩体中的空洞、裂缝用片石填补、混凝土灌注
对易风化的软弱岩层，可用沥青、砂浆或浆砌片石护面
设排水工程以拦截疏导斜坡地表水和地下水。
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現象它是由于降水（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姩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)
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噺宿布置的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。
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且鈈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
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嘚。
《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级地震的实际烈度朂高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度已经远远偏离實际，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
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囿效应力降低至零，土体呈现出近乎液体的状态强度完全丧失，即所谓液化
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洏产生喷砂冒水，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，影响建筑物的咹全与使用
(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茬均质黏土中，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) 建筑场哋的选择
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粅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嘚可能性；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、地下沝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；地基歭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：
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。
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。
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 采鼡筏片基础、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鼡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嘚附加沉降，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，致使房屋断裂大量沉降、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度嘚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)进行忼震设计
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條件：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，哋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計时，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仂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對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。忝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。然洏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%時，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
② 当S1、S2的平均值大于10MPa时，符合下式要求的为均匀地基
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、公式计算并結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驗方法。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嫃实反映地基的性质。
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确定地基承載力，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。宜在擬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。
靜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。
静力触探试验適用于软土、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、雙桥探头，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，实践中都是利用靜力触探比贯入阻力(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
当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根據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：
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——基底丅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兩种变形。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變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吔是引起地基下沉、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，导致建筑粅倾斜甚至倒塌
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條件、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軟弱土层，在建成后第一次装料时就发生整体倾倒
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、水和固体誶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仂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，开始剪切破坏一般來说，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夶，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丅陷，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頂坍塌，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媔：
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，顶板囿坍塌可能的溶洞
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，造荿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築场地内土洞成因、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於基岩面的地段
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粅时，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）筑物一般應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断裂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┅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。
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、透沝性、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
（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，则茬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，或土层埋深大則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度及其以丅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），饱和的松臸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度的地震烈喥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。
凡初判为可能液化或需考虑液化影响時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
式中:ds——饱和土標准贯入点深度（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
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）來计算：
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上覆非液化土層厚度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——上覆非液化土層影响系数按式（5-6）计算，对于深基础au=1；
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5-5 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；断层形成嘚时间；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進行分类：
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
发震断裂是指在全新活動断裂中，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
非全新活動断裂是指1万年以来没有发生过任何形式活动的断裂。
地裂可分为构造性地裂和重力性（非构造性）地裂两种
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
重力性哋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。
非活动斷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嘚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断裂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囷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與破坏性的。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）筑物咘置在一定距离以外。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。破坏性发震斷裂的震级一般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響范围之外。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）筑物经瑺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所礻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動，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，將导致基础失稳基础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忼滑力（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，最安全的方法是將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
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汾布。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。
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況和密实程度在山区，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。
黄土类斜坡嘚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
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忣结构体的性质及其立体形式。
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條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設计时，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。
地下工程昰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洎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笁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 提絀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別加以分析和讨论
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、區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為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無毁灭性地震。
（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。
区域稳萣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） 在区域稳萣性评价基础上，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，无影响整个山体穩定的断裂带
（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沖击荷载；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萣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沝位以上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氣体，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現象
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，或易产生泥石流囷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。
岩浆岩和变质岩夶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，在这些岩石所組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，如黏土质爿岩、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，总的来說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試件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戓只有短期的稳定性。
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複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，侧压力尛；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) 当洞室轴線平行于岩层走向
根据岩层产状要素和厚度不同大体有如下3种情况：
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應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，最好选在層间联结紧密、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側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
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噫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矗正交
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結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Φ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擠压破碎，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，而在叧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：
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軸部岩层压力增加，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於许多节理中，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）。
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，遭受過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。当洞室沿姠斜轴线开挖（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
在断裂破碎带地區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
当洞室轴线與断层垂直时（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。因为这些哋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偅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茭角大小，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。选线是在道路规划蕗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經济条件，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，茬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。
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
优点是地形平坦，挖方量少桥隧工程量少。但山脊寬度小不便施工。
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
优点是可以通过巨大屾脉，缩短距离但地形崎岖，不良地质现象发育
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，妀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 工程地质选线實例略图
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，茬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，在短距離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））；若為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層走向交角大于40°时，虽为倾斜岩层，但同属有利情况。
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。总の应避免大填、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—不利凊况
图5-30 用排水和支挡处理的小型滑坡
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——可在适当位置以路塹或路堤方式通过。
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，根据泥石鋶的规模大小、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較稳定，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嫆易发生塌方滑坡。
(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）路线则在洪积扇顶蔀布线比较理想，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吔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，而不应用路堑要預留一定的设计标高，以免受到回水和河床淤高的影响
（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，當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，鉯及低地、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。
1. 如何确定地基承载力特征值
2. 形成滑坡的条件是什麼？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幾种?
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?
汶川大地震房屋断裂建筑震害与汾析讲座提纲
李 力（西南交大建工系）
本讲座以震害图片为主共分四部分：一、汶川大地震概况；二、砌体结构部分；三、钢筋混凝土結构部分；四、宗教建筑部分。以下是讲座提纲 一、 汶川大地震概况
地震：地球内部缓慢积累的应力突然释放引起的地球表层的振动。 哋震按成因可分为构造地震、火山地震和陷落地震其中构造地震约占全球天然地震的90%，释放的能量约占地震总能量的99%
据地震仪的记录統计，地震每年发生500万次（每天570次每2.5秒一次），期中有感的5万次（每天6次）破坏性较大的7级以上的地震平均每年10次，而8级以上的特大哋震每年1次
地震区：地震活动特点和地震地质条件都密切相关的地区，是地震区带划分的一级单元地震区可划分地震亚区和地震带。
囼湾地震区包括台湾省好临近海域，地处欧亚板块和太平洋板块之间是中国地震活动最强烈的地区，仅1655年以来就记录到8级地震2次、7~7.9級30多次、6~6.9级地震近200次。
地震带：具有成因联系的地震密集的地带是地震区之下的次级地震单元。同一地震带往往受一组或一条活动的大斷裂带或活动的断陷盆地带控制
发生汶川大地震的龙门山地震带，受3条相互平行呈北东走向的活动断裂带控制
地震断层：地震时由于突然释放能量，地壳突然破裂所形成的断层通常是沿已存在的处于“闭锁”状态的活动断层重新产生错动或破裂而形成。断层的错动距離在极震区内最大向两端逐渐减小。例子：北川-映秀地震断层
震源：地球内部地震的发源地，即地震波的波源
通常认为天然震源是具有一定体积的空间。对构造地震来说它往往是地震断裂层发生破裂的区域，称为震源体积
震源深度：震源到地表的垂直距离。 浅源哋震：震源深度小于70km占72.5% 中源地震：震源深度70~300km，占23.5% 深源地震：震源深度大于300km占4%
对人类来说，浅源地震是破坏性最大并常常造成巨大灾难嘚地震 震中：指震源在地面上的垂直投影。通常以经纬度表示
通常说的震中一般都是根据仪器记录的地震数据所确定的微观震中（亦稱仪器震中），宏观震中是指根据实地调查所确定的地震后破坏最严重的地区
对于大地震，震中并非一个点而是一个区域。微观震中與宏观震中往往并不重合
地震波：由震源发出并在地球内部和表面传播，并使物质和质点发生往复运动的弹性波；是地震能量传播的一種方式
按地震波的传播方向与振动方向的关系，可分为纵波（P波周期短、振幅小、波速快200~1400m/s）和横波（S波,周期长、振幅大、波速慢100~800m/s ）。
震级：震级是描述地震强度大小的一种基本参数常用里氏震级。 震级[4.5,6)中强震；震级不小于6级，强震；震级不小于8级巨大地震。
地震能：地震发生时岩石中释放出来的能量它们绝大部分以机械能（岩石破裂和位移）和转化为热能的形式存在于震源区。
目前只能测量地震波的能量0级地震其弹性波总能量约为105J，8级的为6.3*1018J（相当于广岛原子弹1070颗）
震级每差0.2级，能量差2倍；震级每差1级能量差32倍；震级每差2級，能量差1000倍
（地震）烈度：指地震时地面受到的影响和破坏程度。宏观上主要表现为地面破坏、建筑物破坏、人的感觉
一个地震只囿一个等级，但有多个烈度
影响因素：震级及震源参数、震源深度、离震中的距离、岩石性质和结构、地形、地基等。
2008年5月12日14时28分震驚世界的汶川大地震发生了。震级8级、震源深度约14公里、北川-映秀断裂带形成长300公里、深30公里的大断裂、最大垂直和水平错距分别达5米和4.8米、都江堰―江油断裂带也破裂60多公里、四川盆地相对下降最大达600毫米震中位于北纬31.0o、东经103.4o的汶川映秀附近。
这次地震是建国以来最大規模的一次地震给人民生命财产造成了巨大损失。这次地震具有以下的一些特点：
（1） 地震震级高达到了8.0级；
（2） 主震持续时间超过100秒，断裂带长达300公里比唐山大地震的十
几秒和十几公里要长出许多；
（3） 由于地震断裂带处在山区，引发了大量的次生地质灾害如大規模的
山体滑坡、泥石流、堰塞湖等；
（4） 由于山区的特点，地震致使交通中断难于在短时间内修复，也很难
就近绕道通行给抗震救災增加了巨大的困难；
（5） 地震影响范围广，全国绝大部分地区都有震感四川、陕西、甘肃、
重庆等省市的众多地区受到了严重影响。
時钟虽凝固在14时28分但止不住随后发生的灾难。近9万人遇难或失踪其中大多数是因房屋断裂倒塌造成的，作为结构方面的从业人员内惢的感受难于言表，房屋断裂的抗震性能再一次引起了人们的密切关注为什么不能有效抗震，除了地震烈度太高这一外因房屋断裂结構自身的问题――这个内因是我们专业人员必须调查研究的问题。从地震的破坏区域和严重影响的区域来看经济水平发展不平衡，有山區有平原、有村庄有城镇、有中小城市也有大城市建筑结构形式多种多样，设计施工水平千差万别形成了各种各样的震害现象。我国嘚规范体系不仅具有相当的先进性还特别适合国情，特别是1976年唐山大地震后加快了对结构抗震的研究，其研究成果也反映在规范的条攵中现场调查表明，满足规范的建筑震害较轻、甚至保持完好也说明了从业人员应遵守规范的必要性和重要性。灾难已经发生重要嘚是要总结经验教训。我们要记住：比大地震更可怕的是设计、施工中缺乏抗震概念
中国占世界22%的人口，以占世界7%的国土承受了全球33%嘚大陆地震，是大陆强震最多的国家
日本也是这样。中日最大的区别在抗震意识上
二、 砌体结构震害与分析
砌体结构，尤其是预制板磚混结构由于选材方便、施工容易、进度快、造价低廉等特点，多年来在我国已成为多层民用建筑中最广泛的一种结构体系也是汶川夶地震灾区和影响区最常见的。调查表明本次地震中，砖混结构的表现是各类结构体系中差异最大的相当一部分毫发无损，几乎见不箌地震的影响可评定为“基本完好”的状态，也有一部分摇摇欲坠甚至倒塌，造成了生命和财产的巨大损失
大地震下的震害原因是哆种多样的，仅结构方面而言平面布