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地质灾害对工程的影响

 

众所周知,一个工程能否顺利完工工程地质起到举足轻重的作用。工程如果想要顺利的完工,就需要工程技术人员认识到地质灾害对工程的影响,从而找到解决问题的方法。目前,影响工程的地质灾害主要有:崩塌、滑坡、泥石流、地震等。要想很好的控制这些地质灾害,将各项损失降到最低,就需要我们认识到地质灾害发生的原因、形成条件、破坏因素,进而找到防治灾害的措施。

一、崩塌滑坡

(一)  崩塌滑坡形成的基本条件

崩塌滑坡是长期地壳运动和地质作用的结果,崩塌滑坡的形成,受各种条件的控制。

1、  地形地貌:

地形条件的受复杂程度及斜坡坡度控制着岩崩滑坡产生的监空条件。深沟大川强烈地形陡峻切割,悬崖临空高耸的直截了地形条件是崩塌滑坡最有利的发生地段。各级阶地和剥夷面间的斜坡地带,崩塌滑坡也十分发育。上下陡中部缓的折线山坡,当山坡上部成马蹄形的环状地形。且汇水面积大,易产生沿基岩面滑动的土层滑坡。受水流冲刷,淘蚀的山区河流凹岸、黄土地区高阶地前缘斜坡(受水侵湿,土的强度降低)均易发生滑坡。

2、地层岩性:

斜坡的地层岩性,是发生滑坡的物质基础。有的斜坡由坚硬的岩石组成,有的斜坡由软弱岩石组成,有的斜坡则由土体组成。由于地层的岩性不同,它们的抗剪强度各不相同,发生滑坡的难易程度也就不同。通常,人们根据土石在剪切力作用下的破坏变形特征,将它们分为脆性和塑性两种类型。石灰岩、花岗岩和石英岩等致密坚硬的块状岩石,都是脆性的抗剪强度很大,能经受很大的剪切力而不变形,完全由这些岩石组成的斜坡高陡而稳定,很少发生滑坡。相反,页岩、泥岩和其他各种地表覆盖层,如粘土、碎石土多是塑性的,这些土石体的抗剪强比较低,很容易变形和发生滑坡。实践证明,在我国,凡是下述地层分布的地区,都是容易发生滑坡的地区:粘性土、黄土、类黄土和各种成因的松散、松软沉积物(崩积、坡积、洪积和人工堆积等);砂岩、页岩和泥岩的互层地层;煤系地层;灰岩、页岩或泥灰岩的互层地层;泥质岩石的变质岩如板岩、千枚岩、云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩等地层;软质或易风化的火成岩如凝灰岩等。所有这些地层,岩性都比较软弱,在构造作用、水、风化作用及其他外力作用影响下,都很容易形成土状或泥状的软弱层,成为潜在的滑动面或滑动带,具备了产生滑坡的基本条件。在实际工作中,人们常常把这些容易发生滑坡的地层,称为易滑地层。

3、            地质构造:

一个地区的地质构造环境,对滑坡的形成有多方面的影响:一是断裂破碎带为滑坡提供了物质来源;二是各种地质构造结构面,如层面、断层面、节理面、片理面和地层的不整合面等,控制了滑动面的空间位置和滑坡的周界;三是控制了山体斜坡地下水的分布和运动规律,如含水层的数目、地下水的补给和排泄等,都由地质构造条件所决定;四是斜坡的内部结构,包括不同土石层的相互组合情况,岩石中断层、裂隙的特征及其与斜坡方位的相互关系等,与滑坡发生的难易程度有密切的关系。岩层层面的倾向对滑坡的发育有重要影响,当岩层的倾向和斜坡的坡面倾斜一致时,最容易形成滑坡,岩层的倾向与斜坡的坡面倾向相反时,则决定于其它裂隙面的发育程度,一般不容易产生滑坡。当斜坡是由各种不同性质的土石共同组成时,斜坡部分抗剪强度会因土石性质不同而易,如果抗剪强度低的软弱岩石位于坎脚部位,软岩就可能因受压而被挤皱甚至挤出,产生滑动。岩石的层面、断层面和裂隙等,都是斜坡内部的软弱面,当软弱面的倾向和斜坡坡面倾向相同,而且斜坡的坡角大于软弱面的倾角时,就有可能产生滑坡;如果在这种情况下从事人工开挖,使软弱面在坡脚或坡上出露,上部的岩体常会产生突然的滑动而造成很大的危害。另外,斜坡的土石性质和内部结构,也决定了斜坡的外形,改变坡外形(如变陡),必然引起边坡稳定性的变化;一定强度的土石,有一个极限的边坡比(边坡高度与水平长度之比),超过这一极限的边坡比,斜坡就不稳定,小于这个比值,斜坡就稳定,因此,当开挖边坡时边坡比值设计过大,那就无异于产生滑坡和崩塌创造条件。

(二)   崩塌滑坡动力破坏因素

1、自然因素

1)昼夜的温差,季节的温度变化,促使岩石风化,降低其抗剪强度;夏季炎热干燥,使粘土层龟裂,遇暴雨水沿裂缝渗入,大气降水,斜坡土体湿化,重量增大,粘聚力低,均能导致崩塌滑坡的产生。

2)降雨、融雪和地下水位:降雨和融雪的渗透水作用,是产生滑坡的最主要外因。其作用一是渗透水进入土体孔隙或岩石裂缝,使土石的抗剪强度低;二是渗透水补给地下水,使地下水位或地下水压增加,对岩土体产生浮托作用,土体软化、饱和,结果也造成抗剪强度的降低。所以,降雨和融雪一般对滑坡可起到诱发或促进作用。

3)地表水的冲刷、淘蚀、溶解和软化裂隙充填物;地表水下渗,使土体达塑性;当水渗入不透水层上时,接触面润湿,减少摩擦力和粘聚力,促使崩塌滑坡产生。

4)地下水量的增加,使岩土体含水量增大,地下水位的增高,使岩土重量增大,浸湿范围扩大,地下水流速的加大,促使土体潜蚀作用,均促使崩塌滑坡产生。

5)地下水的动水压力、静水压力是崩塌滑坡的动力破坏因素。

6)水库、河道水流冲刷、潜蚀、淘蚀坡脚,削弱斜坡的支撑部分,河水涨落引起地下水位的升降,均能引起崩塌滑坡的失稳破坏。

7)地震的影响:地震是诱发滑坡的重要因素之一。地震诱发滑坡,首先是使斜坡土石结构破坏,在地震力的反复震动冲击之下,沿原有软弱面或新产生的软弱面产生滑动。由于地震产生裂缝和断崖,助长了以后降雨和融雪的渗透,因此地震以后常因降雨、融雪而发生滑坡或山崩,这种情况比地震发生时所触发的滑坡或山崩还要多。一般说来,在雨季或暴雨、融雪时发生的地震,同发型(与地震同时发生)滑坡较多;旱季时斜坡干燥,稳定性较高,同发型滑坡较少,后发型(在地震以后很长时间才发生)滑坡较多。1976529日云南龙陵地震时,同发型滑坡很少,震后雨季时发生的后发型滑坡,占与地震有关的滑坡总数的95%以上。

2、人为因素

1)采掘矿产资源:采矿不按规范执行,预留矿柱少,乱采滥挖,造成采空区坍塌 ,导致山体开裂,继而发生崩塌滑坡。

2)开挖边坡:修建铁路、公路,依山建房建厂等工程,开挖边坡,使斜坡下部失去支撑部分,形成人工陡边坡,造成崩塌滑坡的发生。

3)水库蓄、泄水与渠道渗漏:水库蓄水,浸润和软化岩土体,加大岩土体中的静水压力、动水压力;水库泄水,水位急剧下降,加大了坡体的动水压力;渠道渗漏,增加了浸润和软化作用,均能导致崩塌滑坡的发生。

4)堆填加载:在斜坡上大量兴建楼房、工厂,堆渣、弃渣、填土等如果堆放于易于产生崩塌滑坡地段,等于给斜坡增加了荷载,斜坡支撑不了过大的重量,失去平衡而诱发崩塌滑坡的发生。

5)采石、劈山放炮:采石、劈山等放炮强烈振动,使斜坡岩土体受振而松动,诱发崩塌滑坡的发生。

6)乱砍乱伐:不适当的开垦农田等,乱砍滥伐,破坏植被,有利于雨水入渗,也能诱发的崩塌滑坡发生。

二、泥石流

 泥石流是山区沟谷中,由暴雨、水融水等水源激发的,含有大量的泥砂、石块的特殊洪流。其特征往往突然暴发,浑浊的流体沿着陡峻的山沟前推后拥,奔腾咆哮而下,地面为之震动山谷犹如雷鸣。在很短时间内将大量泥砂、石块冲出沟外,在宽阔的堆积区横冲直撞、漫流堆积,常常给人类生命财产造成重大危害。
(一)形成泥石流的基本条件

泥石流的形成必须同时具备以下3个条件:陡峻的便于集水、集物的地形地貌;有丰富的松散物质;短时间内有大量的水源。
  (1)地形地貌条件:在地形上具备山高沟深,地形陡峻,沟床纵度降大,流城形状便于水流汇集。在地貌上,泥石流的地貌一般可分为形成区、流通区和堆积区三部分。上游形成区的地形多为三面环山,一面出口的瓢状或漏斗状,地形比较开阔、周围山高坡陡、山体破碎、植被生长不良,这样的地形有利于水和碎屑物质的集中;中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷,谷床纵坡降大,使泥石流能迅猛直泻;下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或河谷阶地,使堆积物有堆积场所。
     (2)
松散物质来源条件:泥石流常发生于地质构造复杂、断裂褶皱发育,新构造活动强烈,地震烈度较高的地区。地表岩石破碎,崩塌、错落、滑坡等不良地质现象发育。为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源;另外、岩层结构松散、软弱、易于风化、节理发育、或软硬相间成层的地区,因易受破坏,也能为泥石流提供丰富的碎屑物来源;一些人类工程活动,如滥伐森林造成水土流失,开山采矿采石弃渣等,往往也为泥石流提供大量的物质来源。
  (3)水源条件:水既是泥石流的重要组成部分,又是泥石流的激发条件搬运介质(动力来源),泥石流的水源,有暴雨、水雪融水和水库()溃决水体等形式。我国泥石流的水源主要是暴雨、长时间的连续降雨等。
(二)泥石流的分布特点
  我国泥石流的分布,明显受地形、地质和降水条件的控制。特别是在地形条件上表现得更为明显。
  (1)泥石流在我国集中分布在两个带上。一是青藏高原与次一级的高原与盆地之间的接触带;另一个是上述的高原、盆地与东部的低山丘陵或平原的过渡带。
  (2)在上述两个带中,泥石流又集中分布在一些大断裂、深大断裂发育的河流沟谷两侧。这是我国泥石流的密度最大、活动最频繁、危害最严重的地带。
  (3)在各大型构造带中,具有高频率的泥石流,又往往集中在板岩片岩片麻岩混合花岗岩千枚岩等变质岩系及泥岩、页岩泥灰岩、煤系等软弱岩系和第四系堆积物分布区。
  (4)泥石流的分布还与大气降水、水雪融化的显著特征密切相关。即高频率的泥石流,主要分布在气候干湿季较明显、较暖湿、局部暴雨强大、水雪融化快的地区。如云南四川甘肃西藏等。低频率的稀性泥石流主要分布在东北和南方地区。
三)泥石流活动强度的相关因素
  泥石流的活动强度主要与地形地貌、地质环境和水文气象条件三个方面的因素有关。比如、崩塌、滑坡、岩堆群落地区,岩石破碎、风化程度深,则易成为泥石流固体物质的补给源;沟谷的长度较大、汇水面积大、纵向坡度较陡等因素为泥石流的流通提供了条件;水文气象因素直接提供水动力条件。往往大强度、短时间出现暴雨容易形成泥石流,其强度显然与暴雨的强度密切相关。

四)泥石流对人类的危害
  泥石流常常具有暴发突然、来势凶猛、迅速之特点。并兼有崩塌、滑坡和洪水破坏的双重作用,其危害程度比单一的崩塌、滑坡和洪水的危害更为广泛和严重。它对人类的危害具体表现在如下四个方面:
  (1)对居民点的危害:泥石流最常见的危害之一,是冲进乡村城镇,摧毁房屋、工厂、企事业单位及其他场所设施。淹没人畜、毁坏土地,甚至造成村毁人亡的灾难。如19698月云南省大盈江流城弄璋区南拱泥石流,使新章金、老章金两村被毁,97人丧生,经济损失近百万元。
  (2)对公路、铁路的危害:泥石流可直接埋没车站,铁路、公路,摧毁路基、桥涵等设施,致使交通中断,还可引起正在运行的火车、汽车颠覆,造成重大的人身伤亡事故。有时泥石流汇入河道,引起河道大幅度变迁,间接毁坏公路、铁路及其它构筑物,甚至迫使道路改线,造成巨大的经济损失。如甘川公路394公里处对岸的石门沟,19787月暴发泥石流,堵塞自龙江,公路因此被淹l公里,白龙江改道使长约两公里的路基变成了主河道,公路、护岸及渡槽全部被毁。该段线路自1962年以来,由于受对岸泥石流的影响己3次被迫改线。建国以来,泥石流给我国铁路和公路造成了无法估计的巨大损失。
  (3)水利、水电工程的危害:主要是冲毁水电站、引水渠道及过沟建筑物,淤埋水电站尾水渠,并淤积水库、磨蚀坝面等。
 (4)对矿山的危害:主要是摧毁矿山及其设施,淤埋矿山坑道、伤害矿山人员、造成停工停产,甚至使矿山报废。
(五)不合理的人类经济活动亦能诱发泥石流
  由于工农业生产的发展,人类对自然资源的开发程度和规模也在不断发展。当人类经济活动违反自然规律时,必然引起大自然的报复,有些泥石流的发生,就是由于人类不合理的开发而造成的。近年来,因为人为因素诱发的泥石流数量正在不断增加。可能诱发泥石流的人类工程经济活动主要有以下几个方面:
  (1)不合理开挖:修建铁路公路水渠以及其它工程建筑的不合理开挖。有些泥石流就是在修建公路、水渠、铁路以及其它建筑活动,破坏了山坡表面而形成的。如云南省东川至昆明公路的老干沟,因修公路及水渠,使山体破坏,加之1966年犀牛山地震又形成崩塌、滑坡,致使泥石流更加严重。又如香港多年来修建了许多大型工程和地面建筑,几乎每个工程都要劈山填海或填方,才能获得合适的建筑场地。1972年一次暴雨,使正在施工的挖掘工程现场120人死于滑坡造成的泥石流。
  (2)不合理的弃土、弃渣、采石:这种行为形成的泥石流的事例很多。如四川省冕宁县泸沽铁矿汉罗沟,因不合理堆放弃土、矿渣,1972年一场大雨暴发了矿山泥石流,冲出松散固体物质约lO万立方米,淤埋成昆铁路300和喜()-西()公路250,中断行车,给交通运输带来严重损失。又如甘川公路西水附近,1973年冬在沿公路的沟内开采石料,1974718发生泥石流,使15座桥涵淤塞。  
  (3)滥伐乱垦:滥伐乱垦会使植被消失,山坡失去保护、土体疏松、冲沟发育,大大加重水土流失,进而山坡的稳定性被破坏,崩塌、滑坡等不良地质现象发育,结果就很容易产生泥石流。例如甘肃省白龙江中游现在是我国著名的泥石流多发区。而在一千多年前,那里竹树茂密、山清水秀,后因伐木烧炭,烧山开荒,森林被破环,才造成泥石流泛滥。又如甘川公路石坳子沟山上大耳头,原是森林区,因毁林开荒,1976年发生泥石流毁坏了下游村庄、公路,造成人民生命财产的严重损失。当地群众说:山上开亩荒,山下冲个光

(六)减轻或避防泥石流的工程措施
  减轻或避防泥石流的工程措施主要有:
  (1)跨越工程一是指修建桥梁、涵洞,从泥石流沟的上方跨越通过,让泥石流在其下方排泄,用以避防泥石流。这是铁道和公路交通部门为了保障交通安全常用的措施。
  (2)穿过工程——指修隧道、明硐或渡槽,从泥石流的下方通过,而让泥石流从其上方排泄。这也是铁路和公路通过泥石流地区的又一主要工程形式。
  (3)防护工程——指对泥石流地区的桥梁、隧道、路基及泥石流集中的山区变迁型河流的沿河线路或其它主要工程措施,作一定的防护建筑物,用以抵御或消除泥石流对主体建筑物的冲刷、冲击、侧蚀和淤埋等的危害。防护工程主要有:护坡、挡墙、顺坝和丁坝等。
  (4)排导工程——其作用是改善泥石流流势,增大桥梁等建筑物的排泄能力,使泥石流按设计意图顺利排泄。排导工程,包括导流堤、急流槽、束流堤等。
  (5)栏挡工程——用以控制泥石流的固体物质和暴雨、洪水径流,削弱泥石流的流量、下泄量和能量,以减少泥石流对下游建筑工程的冲刷、撞击和淤埋等危害的工程措施。拦挡措施有:栏渣坝、储淤场、支挡工程、截洪工程等。
  对于防治泥石流,常采用多种措施相结合,比用单一措施更为有效。
(六)泥石流灾害的预报方法
  泥石流的预测预报工作很重要,这是防灾和减灾的重要步骤和措施。目前我国对泥石流的预测预报研究常采取以下方法:
  (1)在典型的泥石流沟进行定点观测研究,力求解决泥石流的形成与运动参数问题。如对云南省东川市小江流域蒋家沟、大桥沟等泥石流的观测试验研究;对四川省汉源县沙河泥石流的观测研究等。
  (2)调查潜在泥石流沟的有关参数和特征。
  (3)加强水文、气象的预报工作,特别是对小范围的局部暴雨的预报。因为暴雨是形成泥石流的激发因素。比如、当月降雨量超过350毫米时,日降雨量超过150毫米时,就应发出泥石流警报。
  (4)建立泥石流技术档案,特别是大型泥石流沟的流域要素、形成条件、灾害情况及整治措施等资料应逐个详细记录。并解决信息接收和传递等问题。
  (5)划分泥石流的危险区、潜在危险区或进行泥石流灾害敏感度分区。
  (6)开展泥石流防灾警报器的研究及室内泥石流模型试验研究。

 

分类:作业
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 2007-12-23 16:42