第三章区域构造稳定性和地表地质作用 (6hr) 第一节地震(1hr) 一、地震及其类型 1,定义：指地壳浅表岩层中弹性波传播所引起的履动，它是地壳运动的一 种特殊形式。 2.地震的分类 依据—成因的不同。 (1)构造地震（占90%）：即地壳运动引发的地震，这些区域稳定性研究的 重点。 (2)火山地震（占7%）：因火山喷发引起的地面谐同震动。 (3)陷落地震(3%士)：因地面物质因失去下部物质支撑而附落触底引起的 震动。 (4)诱发地震：指人为工程原因（如水库蓄水、地下注水、核试验等）所 引发的地壳岩石应力提前释放。 二.地震效应（后果） 即地震作用范围内地血上出现的破坏和震害，依据具体表现形式的不同又可 分为振动破坏效应和地面破坏效应两大类。 (1)振动破坏效应一指由地震力（即波动惯性力）直接引起的建筑物破 坏，其效应大小与地震的震级有直接关系。导致建筑的水平滑动或晃动，共振等。 ①震级：表明地震力大小的量级P101 其中1级释放能力为2×10焦耳，每增大一级，能量大体增加50倍，地壳 岩石中发生的最大地震震级不会超过8.9级，因为地壳岩石圈不能承受大于8.9 级地震的能量传递。 ②周期与频率：振动要素中，周期与频率对建筑物的安全性影响显著。 般的地震，震波主频在2-8H忆，周期在0.5-0.125秒间变动。 一般建筑物的自振周期在0.1-2.5秒之间，低层建筑<高层建筑
当地震波周期≈建筑自振周期时→引起强烈共振，建筑会严重受损。 *地震波周期随距震中距离增大而变大，故有远离震中处低层建筑完好而高 层建筑严重受损现象。同样，因为深厚土层自震周期大于坚硬岩石层和薄土层 区，故在同样距离上，深厚土层区及其建筑物更易于发生共振而产生严重破坏 (黄土区则更应重视建筑的抗震设计)。 (2)地面破坏效应一即地震引起的地面构成岩土体的破坏形式与后果。 依据形成的条件，破坏的规模与范围可分为三大类型。 断裂效应：即地震断层、地震裂缝 斜坡效应：地震引起的边坡物质滑移如剥落、崩塌、滑坡、蠕滑等。 地基效应：包括地基沉降、砂土液化（流砂）、地基塌陷等。 *砂土液化：地震作用下，饱和粉、细砂地基中，砂粒结构瓦解， 孔隙水压力骤升导致有效应力降至零，全部地基土体呈现液体状态的 现象—导致地表开裂、喷砂、冒水、建筑下陷、漂浮或开裂等现象 砂土是否液化的判别方式有经验判定和标准贯入判定两种，具体判定可以参 考《工程地质手册》和《岩土工程勘察规范》等工具书。 显然，对建筑物的稳定性而言，地基效应将产生最直接和最大的影响 振动破坏效应+地血破坏效应=烈度（基本烈度与设计烈度） 第二节风化作用(1hr) 风化作用：在近地表条件下，坚硬的岩石、矿物在原地发生物理和化学变 化，形成松散堆积物的过程。 一、风化作用的类型 依据发生和影响因素的特点，风化作用可分为三种类型。 1.物理风化一指矿物、岩石的机械破碎，能引起岩石机械破碎的自然因素 主要有： (1)地表温度的高频率，大幅度变化一如西北沙漠、岩淇地区。 (2)冻融—指冰的撑胀作用，可形成“冰劈”，前提仍是温度变化较大。 (3)盐分结品一结晶前后溶液体积亦有变化，且盐分结晶后净水更易结
冰。 (4)矿物吸水膨胀一粘土矿物尤甚，如蒙脱石吸水后对围岩有50000t 压力。 (5)岩石释重回弹一单向卸力导致岩石以外向内依次向外回弹破裂，这 在地基开挖，洞室掘进中最常见。 物理风化是以岩石崩解的形式产生大小混杂的岩石块，堆积在基岩面上或其 周边。 2.化学风化一指自然界的H.0、C0、0:等因素与岩石和矿物中的某些成 份发生化学反应，从而形成新矿物的过程。 化学风化是风化作用中最重要的作用方式。在该过程中，主要的化学反应类 型有： (1)溶解：一些可溶解的盐类，包括卤化物，硫酸盐和一些碳酸盐。 (2)水化作用：即不含水矿物变含水矿物的反应。 (使石膏)CaS0,+2H0→CaS0.2L.0(石膏) (3)水解反应：指H和O州与矿物中的某些离大置换形成新的矿物的过程， 是RSiO,矿物风化的主要形式： 如KA1Si:0,+H.0→KOH+Si0.(胶)+A1,[Si,0=](OD 钾长石（肉红色） 高铃石 (4)氧化反应：指有E得失的化学反应，各变化元素如Fe、Mn、Cr等与之 反应。对含变价元素的物尤为重要，如： 2FeSi0,+3H.0+0 →2Fe.0.3H.0+2Si0(胶) 铁橄榄石 赤铁矿 (5)碳酸化反应：指有C0、C0,和HC0,参与的化学反应 CaC0,+H.0+C0 →CaHC0,) 大理石 重碳酸钙 化学风化作用不但破坏地表岩体，也可使地下岩体、水下岩体产生腐蚀，形 成隐伏忧患，因此在工程勘测中应予以充分考虑 3.生物风化作用 「生物物理风化—如根劈、蚁穴
生物化学风化一如腐殖酸、呼吸产生的C0等 生物风化作用指生物生命活动过程中引起的矿物、岩石的分解和破坏，其最 重要的结果就是为风化产物提供了大量的有机质成份，使风化母质最终形成土 壤。 二、影响风化作用的主要因素 1.岩石性质：岩石的成份、结构、构造等对风化的强度有直接的影响，比 如因溶解度不同，化学风化能力从强至弱是： 卤化物>硫酸盐>碳酸盐 而具有潜在破裂面的片岩、页而就比厚层砂岩、片麻岩易风化得多。 2.地质构造：构造强烈发育区形成密集的各类次生结构面，导致风化作用 容易发生。 3.气候：湿热气候区岩石比干冷气候区岩石更易风化，如江西南部r风化 层就可厚达数百米甚至「米。 4.地形条件：(1)地势造成气候的垂直分带，从低一高，生物风化→物理 风化。 (2)地形也造成了风化类型的差异：陡坡：物理风化强盛：缓坡：化学风 化、生物风化强盛。 三、岩石风化层的垂直分带 地表岩石的风化强度总是从上至下依次减弱 全风化后 的，在垂直方向上可表现出明显的垂直分带现象。 而在工程地质上一般将岩石风化层按工程建设的需 强风化层 要分为四个带，即：全风化层，强风化层，弱风化 层和微风化层。 弱风化层 进行工程建设时，要针对不同构建物类型对地微风化层 质的要求对风化层进行清挖处理，比如，水利 基岩 工程中，重力坝应清挖到基岩，而土石坝置于 强风化层基至全风化层上均是允许的
第三节河流地质作用及地貌(2hr) 对于陆地表现来说，地表流水的作用对于地质地貌状况的形成与改造有十分 显著的作用。在流水的侵蚀或搬运沉积作用下，可形成陡峻的峡谷或是辽阔的冲 洪积，平原（华北平原、江汉平原等），流水的作用造就了许多建筑物场所的基 础地质地貌条件，尤其是对水工建筑物更是如此。 一般，地表流水按流程和流动历时可分为两大类：即常年性流水（如河流） 和暂时性流水（如沟谷洪流和片流）。无论那种类型，它们对地面都有两种类型 的侵蚀。 一、流水侵蚀的类型 按侵蚀作用的方向，流水侵蚀可分为两种类型。 1.下蚀作用（垂直侵蚀）：即水流及其携带的泥沙冲制侵蚀的床底部，使其 高程降低的作用。 (1)作用机理 ①静水压力：②立轴涡旋流：③跌水的后退 (2)作用结果：形成具有尖锐U形和V字形横剖面形态的峡谷，如金沙江 虎跳峡、长江三峡，美国科罗拉多大峡谷等。 2。侧蚀作用：即水流冲制河谷两岸，使河谷加宽，流水活动范围加大的侵 蚀作用（又称旁蚀作用）。 (1)作用机理：是横向环流作用 流水在河弯处依惯性冲向凹岸 凹岸涌水，形成横向环流
侵蚀凹岸堆积凸岸形成曲流和牛轭湖 (2)作用结果：造成河床与河漫滩的分化，形成曲流如牛轭湖。 二、河流地貌 1.河谷地貌类型 ①峡谷：指河床占据整个河谷底部，无河漫滩。 ②成形河谷：指有河床与河漫滩分化的河谷 ③复杂河谷：指河床、河漫滩和河流阶地分化明显的河谷。 ④曲流：侧蚀作用发育造成河迁回弯曲的河谷地貌。 *牛轭湖：河曲曲颈处被封闭而形成的弧形湖泊。 2.河漫滩与河流阶地 ①河漫滩：指河谷中位于河床两侧，平时无水，洪水期被水淹没有河谷部分 河漫滩沉积具有典型的二元结构。作为建筑地基时，需考虑特殊的工程地质特点 (傍水，施工前应充分考虑到降水的困难性)。 ②河流阶地：分布于河谷谷坡上由河流作用所形成的条带状平台，它是地壳 的缓慢上升和相对平稳交替发生导致下蚀作和和侧蚀作和交替发有的结果。 河流阶地的四种类型 基岩阶地堆积阶地 基座阶地 埋藏阶地河流地貌 3河流冲积地貌 河流在河谷中堆积形成的大型地貌类型包括江心洲、三角洲和冲积平原三 类。 ①江心洲：是河床中高出洪水面的堆积地貌，由双向环流作用生成（河流宽 缓处)。 ②三角洲：河流入湖、入海口处由于水动力条件变弱而形成大量堆翻江倒海 形成的三角形地貌（崇明岛）。 ③冲积平原：在河流中，下游地区由于河流分叉或濒繁改道而造成冲积物的 大量大范围抛撒堆积而形成的平原地貌
河流冲积地貌中的冲积层在作为工程建筑地基时，主要注意三方面的问题： ①有可能产生罗大量的沉降变形：②冲积物中的泥质夹层可能导致层间滑移，不 均匀沉降：③局部适宜砂层可能有震动液化危险，同时施工时也存在降水困难问 题，需有充分思想和设备准备。 4河谷洪流地貌 河谷洪流地貌是河谷洪流切割山谷或其携带物抛撒于沟段局部形成的，最重 要的包括两类： (1)侵蚀沟谷 由洪流及其挟带的泥沙对山谷两壁或其谷底所造成的沟谷形态。 按沟谷形成的时间次序和沟谷规模可分为四类： 细浅沟—冲沟—坳沟—河沟 此类地貌作为建筑地基应注意：①沟内建筑地基岩土可能发生沉降，建筑也 可能遭受砂土液化危害：沟内建筑有遭受洪水和两谷壁滑坡的危胁：②沟坡和沟 沿建筑可能增加滑坡、泥石流的危险 (2)洪积扇 由洪流挟带的泥砂在山口外堆积而成的扇形台地，其纵剂面形态接近三角 形。其物质组成特点是从巨砾一粉砂、粘土都有，总体从山口向外，粒度越来越 细。作为建筑地基时可划分为两个带。 ①山口近处，构成是下砾上砂，有砂土液化的危险和管涌破坏危险，另外， 也应对洪流、泥石流威胁进行评估：②扇前端物质构成细腻，多可作为良好地基， 但应注意靠山口一侧开挖时有可能出现基坑涌水，影响施工的正常进行。 第四节岩溶作用及地貌(1hr) 一岩溶作用 地下水，地表水对可溶性岩石（盐岩，石膏以及碳酸盐岩类）进行机械冲制 和化学溶蚀所形成的一系列洞、槽、山等特殊地貌的总和。 岩溶区易发生地面崩陷，地下洞室涌水，坍塌等问题，危胁施工的正常进行 和建筑的安全稳定（广西70%以上水库常年蓄不满水，84年里根座机在桂林机场
遇险等)。 1,岩溶发育的基本条件（四个） (1)可溶性岩石 较难溶的RC0,岩石为主，因盐岩RSO,溶解度大而分布面积小，一溶全溶， 无存留，不易保有成地貌。 (2)溶蚀性的水 CO:+H.0+CaCO.-Ca*+2HCO, 多指水中含较多的C0,压力大，温度高一C0溶解度增大，故现代岩溶在我 国多见于南岭以南亚热带地区（北方岩溶发育区代表该区某段时间内曾历亚絷带 气候)。 (3)透水性强的岩石 指岩石中连通性孔隙较多，可促进水的流动及与岩石的充分接触，溶蚀， (RC0性脆，构造裂隙发育，且多呈层状，层间缝隙较大)。 (4)流动性的水 水必须是流动的，方可将溶蚀入水的Ca迅速运走，否则，水中Ca很快就 会达到饱和，溶蚀反应便无法再进行下去，难以形成岩溶。 二，岩溶地貌 依据岩溶发育的位置，可分为地上岩溶和地下岩溶两大类。 (1)地上岩溶 ①溶沟、石芽：溶沟指细小水流冲蚀岩石表面所形成的微小“U”形沟槽， 石芽指由地表流水沿岩石裂缝侵蚀而形成的数厘米至数十米高的地面突起物（云 南路南“石林”)。 ②孤峰、峰从和峰林：由地下水、地表水联合溶蚀所形成的及地面突兀而起 的陡立山峰，单个山峰称孤峰，从同一岩基上耸立起的多个山峰称峰丛，众多的 孤峰、峰丛聚集一处称为峰林。 ③天生桥：由地下水、地表水溶蚀而成的横跨水道两岸的残留岩块。 (2)地下岩溶 ①落水洞：地表水、地下水流侵蚀而成联接上、下层岩溶洞穴的垂直洞穴（地 表水的突然消失)
②溶洞：由地下水冲蚀而成的巨大水平洞穴，内部多己无流水，溶洞内可有 石笋、石钟孔、石柱、石幔、莲花盆等景观（可造成地表坍塌） ③地下河：即有水流的溶洞，有时是地上河流的地下通道段，有时则自成体 系。 三.岩溶洞穴的工程处理 工程勘察过程中，大型的地下岩溶洞穴应要取避绕原则，对相对工程规模较 小的洞穴则采取清挖回填，桥盖、灌注等方法进行处理。 (1)清挖回填：即挖除岩溶发育部分，回填以碎石，灰土及混凝土等，消 除岩溶进一步发育的危险，增强地基承载力。 (2)桥盖：即用钢筋混凝土梁、板跨越溶洞、落水洞或完全覆盖这些洞穴， 再将基础置于桥盖之上（洞穴较深且下部空间有膨大趋势难以填塞时用）。 (3)灌注：规模不大的溶洞埋藏较深时，可通过钻孔向洞内灌注水泥砂浆、 混凝土或沥青来填塞，防止其造成地表坍塌。 第五节、黄土与黄土地貌* 在我国西北、华北和华中北部地区广布着第四纪的风成沉积一黄土，其分 布总面积达44万k,而在欧洲中北部和美洲中北部，也有黄土分布。但在中国， 其分布血积广且沉积厚度大（可达400m)。 1,黄土的基本特征一刘东生老先生将其归结为七个，包括： (1)颜色为褐黄色：(2)成分为粉砂为主：(3)属于半固结沉积层；(4) 成因主要是风成：(5)含有较多大孔隙：(6)内部富含有钙结核：(7)表层黄士 垂直节理发育。 2.中国黄土分层一从下至上，中国黄土按时代分为四层 (1)下更新流（午城黄土）：质地坚硬，胶结强度大，可与岩石毗，色褐 红色，但雨后易板结，可作为较好的黄土地基上。 (2)中更新统（离石黄土）：质地中等，半固结，内含多层古土壤层，以中 间三条相间0.5-1m的红层分养，分为上、下离石黄土，表层具有中等一微弱 湿陷性，但内部的右土壤层或钙积层可作为良好地基上层： (3)上更新统（马兰黄土）：不含有土壤层，垂直节理发育，具中一→强湿陷 性，作为地基土层时，必须进行湿陷性处理
(4)全新统：实质是上述三层黄土随水起动运移，然后沉积于河流两侧， 呈条带状分布。湿陷性中等 3.黄土地貌 黄土独特的岩性特征和黄土区的气候特点决定了黄士地貌包括四种类型： (1)黄土塬：即由深厚黄土堆积形成的平原。特另是土层深厚，地面平坦， 地下水埋深大。但源边坡均十分陡峻，崩塌危险性大。 (2)黄土台塬：即黄土覆盖的河流阶地或构造阶地，具有台阶状的外貌， 土层厚度一般也在50m以上，黄土之下多为河流中积物。 (3)黄土梁、峁：即黄土覆盖的丘陵，长圆的为梁，浑圆的山峁，地势上 坡地较多，边坡滑塌危险性大。 (4)黄土沟壑：即塬、台塬、梁峁边缘由流水和重力侵蚀所造就的黄土沟 道群。其地面坡度大，沟边坡遍布，重力滑塌，泥石流、洪水危胁较大，且沟头 有延展性，沟头附近不宜修建工程。 4、黄土的湿陷性特点 1).定义*湿陷性：指土体受水浸润后发生显著沉降的性质。 黄土具有孔隙度大的特点，并且含有较多的可溶盐成份，遇水溶解后，使士 粒胶结力下降，造成土粒滑动，孔隙坍塌，土体压密。但并非所有黄土都有湿陷 性（占70%±），而非湿陷性黄土地基按一般粘性土地基进行设计与施工。 (1)湿陷性分类：按湿陷时是否承重分为： 自重湿陷：湿陷性较高的黄土无须承重即可产生湿陷。 非自重湿陷：湿陷性稍差的黄土需要在有荷载情况下才产生湿陷，无荷载 时不产生湿陷。 我国黄土分布区中： 陇西→陇东→陕北→关中（中等）一山西（中等）一豫西→鲁西→华北北 部湿陷性由大→小，由自重湿陷→非自重湿陷。 2).黄土的湿陷性指标 湿陷系数一湿陷性强弱的判别指标(6s),按室内压缩实验的程序测定， 表达为：