堤防工程主要工程地質問題

1、堤防工程主要工程地質問題,長江勘測規(guī)劃設計研究院 羅小杰,主 要 內 容,1.滲透變形問題,2. 不均勻沉降問題,3.抗滑穩(wěn)定問題,4.飽和砂土震動液化與震陷問題,5.堤岸穩(wěn)定問題,6.地下氣體問題,7.巖溶地面塌陷問題,8.環(huán)境地質問題,9.特殊土問題,堤防工程地質問題類別,常見問題,偶遇問題,局域性問題,,,,,,抗滑穩(wěn)定問題,地震液化與震陷問題,環(huán)境地質問題,滲透變形問題,崩岸問題問題,不均勻沉降問題,巖溶地面塌陷問題,地下氣

2、體問題,特殊土(不含軟土)問題,,,,,,,,,,,后果問題,,,涵閘失穩(wěn),少見,長防滲墻,98抗洪,長江崩岸,涵閘開裂,漢南塌陷,荊南堤防,地區(qū)特點,,,,,,,,,,1.滲透變形問題,滲 漏,水量損失,淹沒與浸沒,滲透變形,,,,,,,,對堤防工程而言，不予考慮,滲漏量有限,時間短暫，一般不存在問題,為重要的工程地質問題，威脅堤防工程安全,1）關于滲漏,2）關于滲透變形,（1）概念,（2）型式,滲透變形是地下水在土體中滲流時產(chǎn)生的

3、滲透力導致土體破壞的現(xiàn)象,流 土,管 涌,接觸沖刷,,,,,是指在滲流作用下，水流出逸處局部土體處于懸浮狀態(tài)而出現(xiàn)的表面隆起、頂穿或粗顆粒群同時浮動而流失的現(xiàn)象,是土體中細顆粒在滲流作用下從粗顆粒形成的孔隙孔道中產(chǎn)生移動并逐漸流失形成管道狀通道的現(xiàn)象,主要出現(xiàn)在多層結構的地基中,,（3）判別,,據(jù)《水利水電工程地質勘察規(guī)范》（GB50287-1999）進行判別，并確定土體的臨界比降和允許比降。,,,,3）堤基地質結構,（1）涵

4、 義,指堤基巖土層在空間的組合關系,（2）分類原則,以不良土層為主體進行分類，反映堤基存在的工程地質問題,（3）堤基地質結構分類方案,考慮單一工程地質問題進行分類,考慮多種工程地質問題進行分類,在河流中下游地區(qū)，砂性土在第四系地層中廣泛分布，因此滲透變形問題是堤防工程中常見的工程地質問題，故目前許多地質結構分類都以砂性土在空間分布的位置與狀態(tài)進行分類。,在河流三角洲地區(qū)，除了分布有砂性土層外，往往還發(fā)育有軟土層。因此，工程地質問題除滲

5、透變形外，還有不均勻沉降問題，這時的地質結構分類需考慮這兩個方面的問題；另外，如果堤防工程還有其它的問題，也應一并考慮，如特殊土等。,（1）長江中下游重要堤防堤基地質結構分類,考慮單一工程地質問題進行分類,（2）以三層模型為基礎的分類方案,,堤基三層模型,以堤基滲透性為基礎，以解決滲漏問題、控制滲變形為目進行分類,（1）珠江三角洲小林聯(lián)圍堤基分類,考慮多種工程地質問題進行分類,（2）黃河大堤的地質結構類型,1.單層結構,2.雙層結構,3

6、.多層結構,4.黃土類土,,,,,,,,,,,,,,,據(jù)砂性土與粘性土的關系,據(jù)特殊土,,,,,4）堤基破壞類型,（1）砂性土型,,漢江遙堤橫剖面圖,1.粉細砂；2.砂壤土；3.粉質壤土；4.粉質粘土；5.砂礫石層；6.標準貫入位置及擊數(shù),長江干堤二百二險段管涌群,位 置,位于湖北省黃石市風波港下游4km，樁號35+150～35+470 ，長320m。,險 情,1983年6月19日～7月7日，連續(xù)降雨19天； 7月11～21日，連

7、續(xù)10天，整個堤背水坡基本上都處于浸潤線以下,11日6時25分，在35+277處，距堤腳80m處，發(fā)現(xiàn)孔徑0.01m，射程2m的渾水射流，在水港水面以下水平射出。 7時許孔徑擴大為0.3m，7點30分擴大為0.8m，8時，孔徑最后擴至1.4m，射程隨之縮短，出水量約為0.01m3/s。,7時，在35+310處距堤腳約50m稻田中，出現(xiàn)兩個陷坑，向外翻泥水漿液，坑深1.5m和2.1m，坑面積分別為1.3m2和3.5m2。8時至次日5時，附

8、近陸續(xù)出現(xiàn)6個陷坑，面積分別為1.13～3.14m2，坑深1.3～2.1m不等。,險 情,7月20日13時50分，在樁號35+170，距堤腳70m的稻田中，發(fā)生了7處管涌，面積達30多m2，其中最大孔徑為0.08m，出水面高度達0.15m，總出水量為0.013m3/s，這是第二個管涌群。,18時許，35+150～35+270的堤腳附近，土壤嚴重飽和，在100多m長的排水溝里出現(xiàn)20多個翻沙冒水孔，并在36+200周圍出現(xiàn)兩個大鼓泡，面

9、積約20m2，高0.4～0.5m。,21時，又在35+194下游向外擴展直徑為1.5m的鼓泡，高度0.2m，呈現(xiàn)大面積流土。此時，長江水位為24.73m。,20時30分在35+200處，向上游擴展為直徑約2m的鼓泡，高度0.3m。,出險原因,堤基上為厚1.3～2.6m的砂壤土，下部為厚24.6～28.7m的、強透水粉砂、粗砂層，在長江水位超過警戒水位2.03m的情況下，產(chǎn)生嚴重滲流變形的結果。這是管涌群產(chǎn)生的根本原因，,蓋層遭到破壞：歷

10、年堤防歲修就近在內堤腳取土，堤腳村民挖土填屋基， 70年代的旱改水工程，形成不少坑、塘，都在一定程度上削弱減薄了自然覆蓋層，故巨型管涌群都出現(xiàn)在稻田里、水塘里；稻田標高愈低，險情愈嚴重。,如果二百二堤失守，風波港至韋源口，2萬畝農田、近2萬人口首當其沖；繼而洪水將沖垮當時還單薄矮小的二道防線石龍頭堤或王家山堤，使大冶、陽新33萬畝農田村莊淪為澤國，30萬人民生命財產(chǎn)遭受極其巨大的損失。,可能的危害,搶 險,（1）對分散孤立的管涌采取

11、單獨圍堰減壓導濾，個個擊破，如1號、3號、4號圍堰，堰面積在15～36m2 。,（2）相對集中的管涌群，采取統(tǒng)一圍堰減壓導濾，如2號、5號圍堰各解決了一個7孔的管涌群，圍堰面積為378m2和95m2 。,（3）對于成片的大鼓泡，呈流土特征，采取筑透水反濾平臺進行壓導處理。,（4）經(jīng)過10多個晝夜搶險，共投入勞力1.34萬，汽車600臺班，砂石料2500m3，草袋1.01萬個，填土3000m3，戰(zhàn)勝了僅比1954年最高洪水位低0.46m的

12、大洪水，使大冶、陽新兩縣33萬畝農田、30萬人避免了一場毀滅性的洪澇災害 。,,（2）粘砂結構型,1.粉質粘土；2.粉質壤土；3.粉細砂；4.砂壤土,虎渡河左岸橫剖面圖,長江赤壁干堤老堵口管涌群,位 置,位于湖北省蒲圻市長江右岸，樁號334+190～335+678 。,險 情,1998年汛期，距背水堤腳51～121m的水溝和水塘內，先后發(fā)生潰口性管涌群9處，每處管涌孔10個以上，最多達40多個；孔徑一般2～10cm，最大達50cm

13、；堤外臨河陡坎，堤內100m范圍內為排水溝或淵塘 。,,,,,,,,,,長江赤壁干堤老堵口管涌群分布示意圖,,長江,出險原因,（1）全新統(tǒng)沉積物具有二元結構，高程19.0～21.5m(距表層5.2～2.7m)以上以淤泥質粘土為主夾砂壤土，以下至高程8.2m為粉細砂及中粗砂夾淤泥質粘土透鏡體，底部為黑色或墨綠色砂巖。,（2）滲徑短，背水堤內覆蓋薄弱。該段堤迎水面無灘，堤背水面由于人類活動和歷史潰口形成淵塘，其塘寬100余m，塘底高程多在2

14、1.2～22.00m，使覆蓋厚度嚴重不足,（3）內外水頭壓力大。1998年長江遭遇特大洪水，水位高，歷時久，大堤內外水頭差在7～11m的時間達87天 。,搶 險,（1）險情發(fā)生階段(7月5日至8月4日)，均采用砂石反濾堆處理。 根據(jù)險情發(fā)生時的情況，1#、3# 、9#管涌采取三級配(厚度粗砂0.1～0.2m，瓜米石0.2m，碎石0.1m)，2# 、5～8#均采取二級配(厚度粗砂0.1～0.2m，瓜米石0.2m)，

15、4 #管涌也采取三級配，其中7月25日對水塘內30m2的反濾堆的每層厚度為0.7m,（2）險情發(fā)展惡化階段(8月5日至8月18日)，增強反濾，8月13日17時開始筑圍堰，14日凌晨充水，至15時，水位抬高0.2～0.3m(堰內水位24.5m)。 。,（3）險情穩(wěn)定控制階段(8月19日以后)，長江第六次洪峰8月16日水位上漲速率加快、險情不斷惡化，因而再次抬高反壓圍堰水位。19日7時開始經(jīng)充水，圍堰水位抬高0.5m，以后又多次加固圍堰蓄水

16、，至9月4日堰內最高水位達到25.43m。,（3）微層理型,在河和湖三角洲地帶，靜水環(huán)境與動水環(huán)境交替出現(xiàn)，沉積物中常發(fā)育有微層理，形成砂性土與粘性土的交互層；,這些交互層區(qū)，水平滲透系數(shù)較大，一般具中等透水性，垂直滲透系數(shù)較??；,汛期高水位時，外江（湖）水可通過薄層——極薄層的粉細砂層發(fā)生滲漏，嚴重時可發(fā)生滲透變形，甚至危及建筑物的安全。,九江潰口,位 置,長江大堤九江城區(qū)段第4-5號閘,險 情,1998年8月7日，長江九江站水

17、位22.82m。,12時45分，長江大堤九江城區(qū)段第4-5號閘間堤腳擋土墻下有一股渾水涌出，約10～15cm高。,14時左右，大堤堤頂塌陷，出現(xiàn)直徑2～3m的塌陷坑，可看到江水往內涌流。不久土堤被沖開5～6m的通道，防滲墻與漿砌石墻懸空，水從防滲墻與漿砌石墻下往內翻流。,14時45分左右，防滲墻與漿砌石墻一起倒塌，整個大堤被沖開30m左右寬的缺口，最終寬達62m，最大進水流量超過400m3/s，最大水頭差達3.4m。,出險原因,（1）堤

18、基粉質壤土夾薄層粉細砂，水平滲透性較強，抗?jié)B透變形能力差，建堤時又未經(jīng)處理。這是造成大堤出險的內在因素。,（2）違章建設油庫平臺，破壞了大堤的防滲層。由于建設油庫平臺的擋土墻，使堤基的粉質壤土層失去了保護：江水直接進入該層，從而使?jié)B徑縮短，滲流量加大。這是誘發(fā)大堤出險的重要原因。,（3）超警戒水位時間長達94天，其中超歷史記錄最高水位時間長達40天。在長時間的滲流作用下，土體的抗?jié)B強度減小，從而加速滲流變形破壞。,（4）發(fā)現(xiàn)險情不及時，

19、防汛物料準備不足，搶險方法不當。由于發(fā)現(xiàn)險情不及時，貽誤了搶險時間。同時，決口處防汛物料準備不足，決口后江中備料船一度通信受阻，未能及時到位。加上搶險方法不當及油庫平臺上游墻的存在，給搶險帶來困難。,可能的危害,4～5號閘口潰決如不及時堵住，將直接危及到保護轄區(qū)內將陽區(qū)、廬山區(qū)和九江縣部分地區(qū)的48km2面積、48萬人口，京九鐵路、九江港、昌九高速公路等重要交通設施將被迫中斷，315家大中型企業(yè)停產(chǎn)，將造成巨大的經(jīng)濟損失和無法挽回的政治

20、影響。,（1）現(xiàn)場搶險人員開始用砂包往涌水上壓，但未壓住，管涌由1處發(fā)展到3處，冒水高度達20cm。,（2）接著用棉絮和砂包往管涌上壓，甚至把一塊大石頭往管涌上壓，也沒有效果，管涌反而越來越大。,（3）這時30多名搶險隊員跳入江中尋找漏水涌洞，發(fā)現(xiàn)油庫平臺上游擋土墻與防洪墻交接處有吸力點，就攤開棉絮，拉住四角，上面放砂石袋壓下去堵，管涌出水變小。但很快背水堤腳擋土墻上端堤身塌陷，出現(xiàn)直徑約60cm大小的洞，往外冒水。接著在離岸約1.5～

21、2m處突然出現(xiàn)直徑3m的漩渦，往漩渦內拋砂石料馬上就被卷走了。,（5）14時左右，10艘已裝有塊石、黃土的預備船相繼開出。不久，搶險人員將一輛132躍進雙排座汽車推到?jīng)Q口內，但很快被水沖走。,（4）13時39分，九江市防汛指揮部決定調船只堵口,搶 險,搶 險,（6）15時左右，開出的預備船陸續(xù)到達4～5號閘段江面，但由于這些船沒有防汛人員押船和指揮，由船老大自己開過來，看到?jīng)Q口處水流很急，不敢把船開近決口，便在江中心打轉轉，無法

22、有效組織這些預備船搶險。,（7）15時30分左右，搶險人員將一條鐵駁船和一條水泥船綁扎在一起，順水流進行堵口，因無人駕駛，無法定位，當漂進決口附近時，綁扎的鋼繩被拉斷，兩船被水流沖走，第一次試圖用船堵口失??；,（8）17時左右，九江市領導和在場的部隊領導一起，當機立斷，指揮一艘長75m、載重1600t的煤船在兩艘拖船的配合下，將煤船成功地定位在決口當中，有效地阻止了洪水的大量涌入，為后來成功堵口起了十分重要的作用。,（9）隨后，南京軍區(qū)

23、增援部隊、武警部隊和國家防總、水利部專家組、省公安廳、省水利廳的同志陸續(xù)趕到，專家組制定了初步搶險方案，采取繼續(xù)向決口處沉船，拋石塊、糧食，設置攔石鋼管柵等辦法控制決口，同時在下游搶筑圍堰,（10）經(jīng)過兩天兩夜的奮戰(zhàn)，圍堰在8月9日合龍，進水量得到控制。,九江堵口工程平面布置(單位：m，均為實測值),1-沉船；2-攔石鋼管柵；3-截流戧堤；4-堵口組合堤；5-石袋后戧臺；6-水下拋土鋪蓋；7-殘堤保護段；8-沖進潰口船舶,,,,,,,,

24、,（4）接觸面型,歷史上，長江中下游堤防修建及以后逐年加高培厚時，由于未清基或清基不徹底，給滲漏險情的發(fā)生留下隱患。歷年發(fā)生在堤腳附近的大部分滲漏險情是通過接觸面滲漏發(fā)生的。,各類穿堤建筑物與地基的接觸面未作處理或處理不徹底也常發(fā)生接觸面型滲漏，荊南四河堤防中的一些涵閘即是該類型的滲漏。,洞庭湖麻塘垸堤段滑坡,位 置,湖南省岳陽縣麻塘垸，大堤樁號0+500 處,險 情,1998年7月28日，外湖水位漲至34.82m時，在大堤背水坡

25、坡面30.0～34.0m高程以及大堤面內側邊緣約0.8m處發(fā)生裂縫。,坡面裂縫最大寬度8mm，堤面裂縫寬度3～5mm，長度約30cm。,至8月3日，堤面裂縫長度發(fā)展至70m，坡面裂縫發(fā)展長至80m。裂縫開度發(fā)展到2～5cm，并導致滑坡，滑體下跌錯位20cm，堤腳未見有隆起現(xiàn)象。,出險原因,認為是1994年進行大堤背水坡加修時原老堤堤面及背水坡坡面清基不徹底，引起沿新老界面漏水而導致裂縫滑坡。,搶 險,先后采取了深挖浸溝、內平臺壓腳、

26、外堤粘土鋪蓋、堤身鉆孔灌漿、外坡面油布防漏等處理措施，終因漏水通道被封閉使險情得到了控制。,湖北省鄂州市樊口大閘巖基滲漏,位 置,樊口大閘位于長江中游南岸，湖北省鄂州市雷山西坡腳下，是湖北省九大涵閘之一。它不僅是梁子湖流域水體外泄長江的重要通道，而且與粑鋪大堤一道共同組成防御長江洪水、保衛(wèi)武漢市、黃石市、鄂州市和咸寧市160余萬人口、140萬畝耕地、數(shù)百家大、中型工礦企業(yè)以及武九鐵路、316國道、106國道、武黃一級公路等重要交通干

27、線安全的重要屏障。,1998年險情,出險時，外江水位26.68m，船閘水位22m，內湖水位18.86m，外江與內湖水位差7.82m，外江與船閘水位差4.68m，船閘與內湖水位差3.14m。,首次發(fā)現(xiàn)險情是1998年9月2日下午5點半鐘，當時船閘1閘室與2閘室之間的伸縮縫處，以伸縮縫為起點，垂直于閘室左側墻向內湖連續(xù)排列6個渾水圈，渾水圈直徑2m左右，渾水圈翻水強度有規(guī)律地由近及遠循環(huán)出現(xiàn)，渾水圈排列長達40m，渾水圈散后渾水流向不清楚。

28、,據(jù)潛水員介紹，潛水員在渾水圍內未感覺到水流的沖力，僅用手觸摸閘室邊墻墻腳附近伸縮縫時感覺有水流出。后通過內湖蓄水反壓才使險情得以控制。,2）關于巖體排氣,由于樊口大閘位于人工開挖形成的河道之上，在河道形成之前，山體緊臨平原區(qū)，地表與地下水排泄通暢，巖體中地下水位很低，裂隙之空隙不是被地下水充盈，而是為空氣所充滿。山體開挖后大閘形成并投入正常運行時，地表水很快覆蓋開挖后的巖體，使得巖體裂隙中的空氣沒有及時全部排出而殘留于巖體中。汛期高水

29、位時，在高水頭作用下江水進入巖體，逐漸占居裂隙空間，將先前的空氣排出，這些被排出的空氣在內湖側溢出，攪動近期沉積的淤泥從而形成渾水圈。,3）建筑物漏水,樊口大閘建成于20世紀70年代初期，為一典型的“三邊工程”，其質量難以保證。目前該閘投入運行近30年，由于種種原因沒有進行全面的檢修，部分易損部件未能及時維修或更換，導致閘室止水部分失效。汛期低水頭時閘室止水尚能起著應有的作用，但遭遇1998年全流域大洪水時，在高水頭作用下導致止水失效，

30、從而產(chǎn)生嚴重的滲漏險情,水閘和船閘閘基巖體受斷層和裂隙及風化作用的影響，存在有較嚴重——中等透水巖體，它可能是造成1998年汛期重大險情的重要原因，但也不能完全排除建筑物本身滲漏的可能性。,為控制閘基滲漏變形建議:1.對樊口大閘閘基全線設置防滲帷幕，左側接土壩壩基達左岸邊，右岸跨過公路路基接右岸山體，2.帷幕深度以深入微~極微透水巖體5m為宜，對斷裂發(fā)育ZK5孔等部位，還應適當加深。,4）地質報告建議,處理與效果,1998年汛后，設

31、計部門采用了上述地質建議，對閘基進行了帷幕灌漿處理，并對建筑物止水進行全面修復，使其能正常運行。,1999年，長江流域再次發(fā)生大洪水，樊口大閘又遭遇了高水位與高水頭的作用。該年樊口大閘處最高水位發(fā)生在7月23日，其外江、船閘及內湖水位分別為：26.83m、22m和19.03m，外江與內湖水位差7.80m，外江與船閘水位，差4.83m，船閘與內湖水位差2.97m。這與1998年發(fā)生重大險情的水位與水位差非常相似，但是經(jīng)過防滲處理后的樊口大

32、閘沒有再發(fā)生滲漏險情。說明上述有針對性的處理方案是正確的。,2.不均勻沉降問題,從河流上游到河口，江、河的水動力逐漸減弱，在河流三角洲、牛軛河、湖泊、沿海地帶的較深水部位以及河流的靜水期等，往往沉積有厚層的軟土，包括淤泥及淤泥質土等。,長江中下游的洞庭湖、鄱陽湖區(qū)，普遍發(fā)育有軟土，包括淤泥和淤泥質土，埋深一般2~6m，或直接出露于地表，厚一般為幾m~十余m；,江蘇太倉瀏河口鎮(zhèn)一帶淤泥及淤泥質土厚達30余m,廣東珠海市小林聯(lián)圍海堤位于珠江

33、三角洲上，勘察成果表明，堤基淤泥及淤泥質土厚度達20~40m,軟土一般天然含水量較高，一般接近或大于液限，干重度較小，孔隙比較大，呈軟塑——流塑狀，壓縮系數(shù)大，具高壓縮性，抗剪強度較低，，一些淤泥的內摩擦角更低；承載力標準值很低。,層位分布,在空間分布上，這些軟土一般埋藏較淺，厚度較大，不均勻沉降變形問題突出，這使建筑物遭受不同程度的破壞，成為大堤的安全隱患。,工程地質特征,洞庭區(qū)湖區(qū)堤防工程,洞庭湖采桑湖堤段（7+380~15+185

34、）發(fā)育厚層淤泥，出現(xiàn)三段沉陷變形，使得大堤產(chǎn)生長達600余m的縱向裂縫，歷經(jīng)多年的處理仍在沉陷變形，鉆孔揭示其中12+414~15+185堤身填土最厚達到14.5m，工程處理的兩側反壓平臺達到20余m寬，尚未徹底解決沉陷變形問題。,對于防洪墻等剛性堤防及穿堤涵閘，軟土的影響則更加顯著，直接導致防洪墻及穿堤涵管等變形而開裂。據(jù)調查統(tǒng)計，洞庭湖區(qū)錢糧湖垸穿堤建筑物有35處是因沉陷變形而使得管身斷裂，危及建筑物與堤防安全。,武漢市長豐閘整治,

35、地質結構,上部：深灰色可塑——軟塑狀淤泥質粉質粘土，厚6~8m,中部：黃色粉質粘土、粉質壤土，含鐵錳質結核，可塑狀，,下部：灰紅、紫紅色碎石土夾粘土透鏡體，可塑~硬塑，厚度較大。,3.抗滑穩(wěn)定問題,堤防工程的抗滑穩(wěn)定性主要包括三個方面：,一是堤坡在下伏軟弱土控制下發(fā)生滑移破壞，導致堤身受損,二是大中型涵閘由底板與閘基間軟弱面控制的淺層抗滑穩(wěn)定，影響涵閘的穩(wěn)定；,三是存在基坑的堤防工程（如涵閘）在施工期的基坑穩(wěn)定問題。,對堤防工程而言，正

36、常固結的較厚層的粘性土、砂性土以及砂礫石層等一般不會存在抗滑穩(wěn)定問題?？刂频谭拦こ炭够€(wěn)定的土層主要為抗剪強度很低的軟土；,1）軟土控制的抗滑穩(wěn)定問題,漢南長江干堤某堤段堤基中發(fā)育有淤泥質土，且堤內距堤腳不遠有一水塘，為堤坡滑動提供了臨空面。,漢南長江干堤,1999年汛前，對該堤段進行加固時，有長約300m的堤段受淤泥質土控制發(fā)生滑坡，不僅沒有達到加高培厚的目的，反而使堤防工程遭到損壞。,荊江分洪區(qū)組成部分之一的南閘位于虎渡河上，閘基為

37、中更新統(tǒng)粘性土，具中等——弱膨脹潛勢，長期浸于水下，1998年汛后對其進行加固勘察時，發(fā)現(xiàn)其抗剪強度很低，已不能通過抗滑驗算，最后不得不采取加固措施。,荊江分洪區(qū)南閘,膨脹土遇水后除體積膨脹外，其抗剪強度也大幅降低，影響堤防工程穩(wěn)定；,3）施工期基坑穩(wěn)定問題,武漢長豐閘,長豐閘閘基中發(fā)育有淤泥質土，抗剪強度很低，施工中發(fā)生坑底隆起、坑壁滑移等現(xiàn)象。,4.飽和砂土震動液化與震陷問題,飽和砂土震動液化是指飽如砂土在地震作用下，孔隙水壓力驟然

38、上升，在地震過程的短暫時間內孔隙水壓力來不及消散，當砂粒間有效壓力完全消失時，砂層完全喪失抗剪強度和承載力而變成象液體一樣流動的現(xiàn)象。,飽和砂土震動液化對建筑物可造成極大的破壞。,概 念,1）飽和砂土震動液化問題,影響震動液化的因素,我國輻源遼闊，地質條件復雜多變，部分堤防工程處于高地震烈度區(qū)，相應地，這些地區(qū)的飽和砂土可能存在震動液化問題。,影響區(qū)域,判 別,可根據(jù)《水利水電工程地質勘察規(guī)范》（GB50287—99）附錄N給出的方

39、法進行判別,首先按地層年代、粒度成份、地下水位或剪切波速等進行初判。,經(jīng)初判后應對可能液化的飽和砂土層進行復判。,復判的方法有標準貫入錘擊數(shù)法、相對密度法、相對合水量或液性指數(shù)發(fā)判法等。,經(jīng)復判后，存在震動液化問題的飽和砂性土地基應采取工程處理措施，消除震動液化對堤防工程的影響。,2）軟土震陷問題,震陷是指地震作用軟弱土層塑性區(qū)的擴大或強度的降低而使建筑物或地面產(chǎn)生的附加下沉。,軟土一般具有高靈敏度，遇強地震時可能發(fā)生震陷等地質災害。因

40、此，在厚層的軟土地區(qū)，應進行震陷判別。,對于存在震陷影響的建筑物，應結合地基地質條件與工程地質性質采取適當?shù)目拐鸫胧?，如采用樁基或挖除全部軟土等措施全部消除震陷影響，或采取部分挖除軟土或加固地基等消除部分震陷影響，也可對基礎和結構采取構造措施減小和使建筑物適應不均勻沉陷等,5.堤岸穩(wěn)定問題,1）控制因素,（1）巖土類型,堤岸地質結構是堤岸穩(wěn)定的內部控制因素。,不同的物質組成以及不同物質的空間組合，具有不同的穩(wěn)定性。,顯然，基巖堤岸的穩(wěn)定

41、性比松散堆積層堤岸好得多，而在松散堆積層堤岸中，粘性土堤岸的穩(wěn)定性比砂質堤岸要好。,（2）岸坡地質結構,易發(fā)生堤岸變形的常見地質結構種類,（3）水的作用,河勢的影響,河勢是直接影響堤岸穩(wěn)定的重要外部因素。,同一種地質結構的堤岸，在不同的河勢的作用下會出現(xiàn)不同的穩(wěn)定狀態(tài)：處于河流凹岸接受河流沖刷時呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)堤岸在凸岸接受沉積時可能處于穩(wěn)定狀態(tài)。堤岸迎流頂沖，主流貼岸等水流流態(tài)對堤岸穩(wěn)定極為不利，它們是造成岸破壞的重要原因。,風浪、潮汐

42、的影響,湖泊及海洋等水面開闊，多風季節(jié)常波濤翻滾，在波浪的作用下高陡堤岸段下部逐漸被掏蝕，致使堤岸上部土體失穩(wěn)而崩塌，岸線急劇后退；低緩堤岸段在波浪爬坡過程中，水流對坡面發(fā)生沖刷，致使坡面漸降，岸線漸退。潮汐的影響非常強烈。,地下水活動,地下水除主要接受大氣降雨補給外，在汛期高水位時亦接受外江或湖水的補給。在洪峰過后或汛后外江水位或湖水位低于當時地下水位時，地下水向外江或湖泊中排泄，產(chǎn)生內水壓力，加劇了堤岸失穩(wěn)。1998年長江退水期和

43、中、枯水期崩岸險情發(fā)生的頻率較高。,2）堤岸破壞形式,塌 岸,滑 坡,沖 蝕,主要發(fā)生在具有MI、MII和MIII類堤岸地質結構、且受迎流頂沖、深弘逼岸河段，該類堤岸砂性土抗沖刷能力弱，深弘地帶堤岸陡峻，水流作用易將堤岸下部物質帶走，導致中上部土體臨空失穩(wěn)而產(chǎn)生崩塌作用。,在MIV類地質結構的堤岸中，上部為全新統(tǒng)粘性土、下部為老粘土，這兩類粘性土具弱——微透水性，但上部土的滲透系數(shù)相對下部較大。汛后或洪峰過后，上部土體內地下水不能

44、及時排出，一方面增加了坡體所受重力，另一方面地下水下滲相對富集在上、下部粘土接觸帶附近，使該部位的土體軟化，導致其強度降低，從而發(fā)生滑坡作用。鄂州粑鋪大堤的衛(wèi)家磯滑坡即是如此。,在老粘土堤岸河段，主流貼岸時堤岸的破壞往往表現(xiàn)為沖蝕作用。相對于砂性土堤岸而言，粘性土堤岸抗沖刷能力較強，在順流的作用下呈現(xiàn)出一種漸變的破壞過程，嚴重時亦危及堤防工程的安全。,2）堤岸穩(wěn)定性評價,以堤岸地質結構特征為基本分段依據(jù)，結合河勢、堤岸現(xiàn)狀、堤岸水上及水

45、下坡比變化特征，將堤岸穩(wěn)定性劃分為穩(wěn)定（A）、基本穩(wěn)定（B）、穩(wěn)定性較差（C）和穩(wěn)定性差（D）四類。各類特征如下：,A類：主要為Ⅰ1、Ⅱ3類結構堤岸，無崩塌、滑坡等不良物理地質現(xiàn)象，或為淤積堤岸，無迎流頂沖或深泓逼岸，堤岸穩(wěn)定。,B類：主要為Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ類結構堤岸，無較嚴重的崩塌、滑坡等不良物理地質現(xiàn)象或堤岸雖已守護，但局部有輕微的塌陷、滑塌，無迎流頂沖或深泓逼岸，堤岸基本穩(wěn)定。,C類：主要為Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ類結構堤岸，有較嚴重的崩塌、滑

46、坡等不良物理地質現(xiàn)象，堤岸不穩(wěn)定，或堤岸雖已守護，但堤岸受迎流頂沖或深泓逼岸的影響，堤岸穩(wěn)定性較差。,D類：主要為Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ類結構堤岸，存在嚴重的崩塌、滑坡等不良物理地質現(xiàn)象，堤岸極不穩(wěn)定。,6.地下氣體問題,第四紀以來，在河流兩岸、湖區(qū)及海相淤泥及淤泥質土層中不同程度地含有有機物質。這些有機物質在地下還原環(huán)境下，由微生物活動和發(fā)酵作用生成，其主要成份為甲烷，其次有二氧化硫等其它有害氣體。,（1）成 因,（2）運移與貯藏,由于上

47、覆粘性土層的覆蓋而不易向空氣中散發(fā)，大多溶于地下水中隨地下水向砂性土層中運移并儲存于砂性土中。當上鉆孔揭露了這些地層時，可能溢出地表。,當封閉氣體壓力較高，向上逸出時可導致地基擾動、開裂、沉陷；,（3）危 害,甲烷是一種可燃氣體，在封閉的環(huán)境中達到一定的濃度時，遇明火可發(fā)生爆炸，在施工中應引起注意。,在滲透壓力的作用下，封閉的有壓氣體從高壓區(qū)向低壓區(qū)運動，易在滲流逸出處形成較大的坡降，導致管涌及流土破壞。,（4）工程實例,在荊南長江干

48、堤勘探時，在鉆孔中發(fā)現(xiàn)一些可燃氣體，一般鉆孔進入砂卵石層后，即可聽到氣體從水中冒出的響聲，并有氣體從套管口冒出，用火點燃后，火焰高0.7~1.2m。經(jīng)對氣體進行測壓、取樣作氣相色譜分析，其結果為：孔口壓力150kPa，氣體成分幾乎全為甲烷，其濃度達872.61ml/l。,荊南長江干堤,武漢長江干堤,在武昌堤內約100m處進行勘察時，有害氣體噴出孔口高度7m多，點燃后火苗達2m多高，火焰呈藍色，經(jīng)過3天自由溢放后，井口氣體溢出量逐漸減小。

49、經(jīng)檢測，有害氣體成分為甲烷，含量遠超過5%，濃度超出國家安全生產(chǎn)限定值和可燃氣體爆炸下限值，具有發(fā)生重大安全事故的氣體濃度條件。,7.巖溶地面塌陷問題,巖溶地面塌陷是指可溶巖區(qū)溶洞或土洞上覆巖土體塌落從而導致地面沉陷的現(xiàn)象。,（1）概 念,（2）我國的分布,我國巖溶地面塌陷災害較為嚴重的城市有32個，其中破壞強烈、影響較大的有：大連、秦皇島、泰安、武漢、桂林、水城、昆明等，并以貴州水城的地面塌陷最為典型和強烈。,我國巖溶地面塌陷災害較

50、為嚴重的城市,（3）對堤防工程的影響,武漢武昌長江干堤,1931年8月，武昌丁公廟巖溶地面塌陷距長江50m，造成長江大堤潰口，形成倒口湖，導致白沙洲淹沒、房屋倒塌；,武漢漢南長江干堤,2008年2月29日下午2時左右，干堤內距下游段堤內腳約60m處發(fā)生兩排近東西走向、平行于北側長江干堤、東端近垂直接近長江干堤的巖溶地面塌陷；其中北側一排規(guī)模較大，堤內60~120m范圍內塌陷坑長約105m，寬47m，面積約5000m2。地陷區(qū)地面高程22

51、.9~23.5m，地陷最低處高程15.88m，最大沉陷差7.10m,8.環(huán)境地質問題,在洪水期間，地表水體水位增高，當其水位大于岸坡中地下水水位時，地表水通過孔隙或裂隙補給地下水；相反，在枯水季節(jié)，當?shù)乇硭w水位下降，水位低于地下水水位時，地下水則向坡外排泄。如此反復，達到地下水——地表水交換動態(tài)平衡，并與周圍系統(tǒng)（特別是生物系統(tǒng)）形成共同的、和諧的保護體系。,封閉式長距離垂直防滲墻的使用阻隔了地下水的交換，導致地下水在堤內長期滯留，破

52、壞了原有的地表水——地下水交換平衡，從而引發(fā)一系列的次生地質災害。,（1）垂直防滲墻對環(huán)境的影響,地下水不能有效排泄，造成地下位雍高，發(fā)生浸沒現(xiàn)象，嚴重時可形成澇漬、濕地浸沒區(qū)（氣溫較高地區(qū)）、沼澤地浸沒區(qū)（氣溫較低地區(qū)）或次生鹽漬化浸沒區(qū)（干旱、半干旱地區(qū)）；輕微一些的地方可形成冷浸田等，影響農作物正常生長發(fā)育，導致農業(yè)減產(chǎn)。,沿堤地帶表水滯留導致水位升高，造成局部淹沒；,（2）其它工程對環(huán)境的影響,料的開采、填塘固基、封閉水井、大面

53、積吹填等都會不同程度地帶來一定的環(huán)境地質問題。,在堤防工程興建或除險加固中應盡量避免或減輕其對當?shù)氐刭|環(huán)境的改變,（3）要 求,9.特殊土問題,（1）特殊土類型,主要有：軟土、膨脹性巖土、濕陷性黃土、紅粘土、凍土、鹽漬土 、分散性土、填土等,（2）特殊土分布特點,最大的特點是：一般具有地域性，因此，地方經(jīng)驗非常重要！在勘察工作中，要充分利用當?shù)毓こ探?jīng)驗。,1）軟　土,（2）沉積環(huán)境,軟土是指孔天然孔隙比大于或等1.0、且天然含水量大于

54、液限、呈軟塑——流塑狀的細粒土，包括淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土等，具有含水量大、壓縮性高、抗剪強度和承載力低的特點。,（1）涵義,軟土按沉積環(huán)境主要有：1）濱海相沉積——濱海相、瀉湖相、溺谷相及三角洲相；2）湖泊沉積——湖相、三角洲相；3）河灘相——河漫灘相、牛軛湖相；4）沼澤沉積——沼澤相等四類。,軟土多發(fā)育在河流中下游、湖泊及我國沿海地區(qū),（3）分布,（4）工程特性,軟土的壓縮性高、抗剪強度低,,軟土的沉降變形和抗滑穩(wěn)定非常突

55、出,軟土具有流變特性，在堤防工程施工時，軟土的側向擠出問題不容忽視。,在厚層軟土層上直接修建堤防工程時，由于軟土（特別是淤泥層）承載力很低，尤其是抗剪強很低，在加載及以后的運行過程中，堤基中軟土將會在上面荷載作用下向兩側擠出，導致堤頂高程下降。嚴重時，可能導致長時間內堤身無法加高。,,軟土層上直接加載時堤身的下陷現(xiàn)象,如前述洞庭湖區(qū)的采桑湖堤段，除存在軟土固結沉降外，也發(fā)生了軟土的側向流動現(xiàn)象，每年加高，年沉降，除了堤頂標高長時間不能達

56、標外，堤頂公路也時常受到破壞。最后不得不投入較大資金進行專門整治。,關于軟土的承載力：地基承載力是地基抗剪強度和變形的綜合反映，當?shù)鼗休d力較低時，可能導致地基發(fā)生剪切破壞或變形不滿足要求，或二者同時不滿足要求。軟土的抗剪強度很低，具高壓縮性，因而其承載力必然較低。因此，對于軟土地基一般需要進行加固處理，尤其是防洪墻等剛性堤防和穿堤涵閘等對變形反應比較敏感的建筑物應進行地基處理或選用合適的基礎型式，如選用樁基等。,2）膨脹土,膨脹土含較

57、多的蒙脫石、伊利石等強親水性粘土礦物，具有膨脹結構、多裂隙性、遇水膨脹、失水收縮、強度衰減的特性，屬高塑性粘土。,（1）涵義,自由膨脹率（δe）是判別膨脹土的重要指標之一。按自由膨脹率的大小，膨脹土分為弱（40%≤δe＜65%）、中（65%≤δe＜90%）和強（δe≥90%）膨脹潛勢三類；按分級變形量（Sc），膨脹土地基分為Ⅰ（15mm≤Sc＜35mm）、Ⅱ（35mm≤Sc＜70mm）和Ⅲ（Sc≥70mm）三個等級。,（2）分類,膨脹

58、土多呈堅硬——硬塑狀態(tài)，結構致密，土體內發(fā)育有裂隙，一般含有裂隙水。分布在溝谷頭部、庫岸和路塹邊坡上的膨脹土常易出現(xiàn)淺層滑坡。,（3）特點,（4）分布,多分布在二級及其以上的階地與山前丘陵地區(qū)，呈龍崗——丘陵與淺而寬的溝谷，地形平緩，坡度一般小于12º，無明顯的陡坎。,膨脹土遇水后抗剪強度降低較大。由于膨脹土地基產(chǎn)生體積變形，促使基礎破壞，導致堤防工程開裂、建筑物損壞等。,對堤防工程而言，堤基只能采用預浸水法進行處理；膨脹土一

59、般不宜做筑堤土料，否則需研究采取相應的處理措施，如如摻石灰改良土性、用非膨脹土包封等處理。,（3）影響,（4）處理,3）濕陷性黃土,濕陷性黃土在一定壓力下浸水后迅速而顯著變形，強度驟降，突然發(fā)生沉陷；分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土。,（2）涵義,黃土在我國西北、華北及東北地區(qū)廣泛分布，面積約64萬km2。按其成因，黃土分為原生黃土和次生黃土；一般認為不具層理的風成黃土為原生黃土，原生黃土經(jīng)過流水沖刷、搬運和重新沉積而形成次生黃土。

60、,（1）分布,黃土的濕陷性應按室內壓縮試驗在一定壓力下測定的濕陷系數(shù)（δs）判定，當δs≥0.015時為濕陷性黃土。我國晚更新世及以來的黃土一般具有濕陷性。,（4）判定,黃土的濕陷性應按室內壓縮試驗在一定壓力下測定的濕陷系數(shù)（δs）判定，當δs≥0.015時為濕陷性黃土。我國晚更新世及以來的黃土一般具有濕陷性。,（3）判定,對堤防工程多采用預浸水法進行處理，對建筑物除用預浸水法外還有強夯法、灰土擠密樁法、人工井樁法等。,自重濕陷黃土區(qū)的

61、堤防道路及各類建筑物初次遇水時會產(chǎn)生地面下沉，建筑物裂縫和傾斜、岸坡坍塌等；非自重濕陷黃土區(qū)則無這些現(xiàn)象。,（5）判定,（6）處理,4）紅粘土,紅粘土一般表面收縮、上硬下軟、裂隙發(fā)育。我國紅粘土一般具有如下特點：①高塑性和分散性；②高含水率、低密實度；③強度較高、壓縮性較低；④收縮性強烈、膨脹性輕微等工程地質特征。,（2）特點,紅粘土是指碳酸鹽巖經(jīng)紅土化作用形成的棕紅、褐黃色的液限等于或大于50%的高塑性粘土；紅粘土經(jīng)搬運、沉積后仍保留

62、其基本特征、且液限大于45%的粘土為次生紅粘土。紅粘土一般分布于碳酸鹽巖展布區(qū)或與其相關的地帶。,（1）涵義,對于紅粘土，應重視其裂隙與水共同作用會導致邊坡土體散落、崩塌、滑動等病害發(fā)生；,（3）不利影響,水對紅粘土的軟化作用會降低強度；促進土洞的發(fā)生發(fā)展和地面塌陷。,促進土洞的發(fā)生發(fā)展和地面塌陷。,對紅粘土地基應采取一定的防護措施，保持紅粘土的天然含水率，以減少其強烈失水收縮出現(xiàn)的垂直節(jié)理對地基穩(wěn)定的影響。,用做土堤填料施工時，盡量少

63、挖多填、強夯，做好排水和防護。有膨脹性的紅粘土可按膨脹土對待。,（4）處理,5）凍 土,凍土一般按凍結時間和凍結狀態(tài)進行分類。,（2）分類,凍土是指溫度等于或低于攝氏0度、且含有冰的各類土。,（1）涵義,按凍結時間分為季節(jié)性凍土（受季節(jié)性的影響，冬季凍結，夏季全部融化，呈周期性凍結、融化）和多年凍土（凍結狀態(tài)持續(xù)多年（一般是三年以上）不融化）；,按凍結狀態(tài)分為堅硬凍土（土中未凍水含量很少，土粒為冰牢固膠結，土的強度高、壓縮性小，在荷載作

64、用下表現(xiàn)脆性破壞）、塑性凍土（雖為冰膠結但仍含有多量未凍結的水，具有塑性，在荷載作用下可以壓縮，土的強度不高）和松散凍土（土中水的含量較小，土粒未被冰所膠結，仍呈凍前的松散狀態(tài)，其力學性質與未凍土無多大差別）。,季節(jié)性凍土在凍結狀態(tài)時，具較高的強度和較低的壓縮性，融化后則承載力大為降低，應縮性急劇增高，使地基產(chǎn)生融陷；相反在凍結過程中又產(chǎn)生凍脹。,（3）特點,一般來說，土的顆粒愈粗糙、含水率愈小，土的凍脹與融陷性愈小，反之愈大。,土的凍

65、脹、融沉對地基不利。多年凍土按融陷性可分為不融陷（Ⅰ）、弱融陷（Ⅱ）、中融陷（Ⅲ）、強融陷（Ⅳ）和極融陷（Ⅴ）5級。,多年凍土地區(qū)應盡量避開凍融地質現(xiàn)象復雜、凍脹融陷嚴重、地下水位淺、以及多年凍土邊緣等不良地段；地基盡量選擇在較干燥平緩的高階地，最好是非凍脹性土，有條件可用保持凍結法，把基礎放在多年凍層上。,季節(jié)性凍土應盡量選擇碎石類土、砂性土等不凍脹土基；沒有不凍脹土時盡量選擇地勢高、地下水位低、地表排水良好、土凍脹性小的地基，并把基

66、礎置于有效凍深范圍以下以避免凍脹危害。。,（3）處置,6）鹽漬土,鹽漬土是當?shù)叵滤赝翆拥拿毠苌咧恋乇砘蚪咏乇?、?jīng)蒸發(fā)作用，水中鹽份被析出后聚集于地表土中而形成。,（2）成因,鹽漬土是指土層中易溶鹽（石膏、芒硝、巖鹽等）含量大于0.5%的土，具有吸濕、松脹等特性。,（1）涵義,鹽漬土分布區(qū)域分為濱海鹽漬土、內陸鹽漬土、和沖積平原鹽漬土三類；,（4）分類,一般分布于地勢較低、地下水位較高的內陸洼地、鹽湖和河流兩岸的漫灘、低階地、牛軛

67、湖以及三角洲洼地、山間洼地等地段。鹽責土的厚度與地下水埋深、土的毛細作用上升高度以及蒸發(fā)作用影響深度有關，一般為自地表向下1.5~4.0m。,（3）分布,按含鹽類的性質（以土中所含陰離子的氯根（Cl-）和硫酸根（SO42-）的比值表示）分為氯鹽類（氯鹽漬土和亞氯鹽漬土）、硫酸鹽類（包括亞硫酸鹽漬土和硫酸鹽漬土）和碳酸鹽類（堿性鹽漬土）三類；,按含鹽量分為弱、中、強和超鹽漬土四類。,鹽漬土最基本的工程性質是溶陷性、鹽脹性和腐蝕性。,（5）

68、工程性能,鹽漬土一般不宜作為天然堤基或用做筑堤土料，否則要采取處理措施，特別是對于中、強和超鹽漬土要盡量避免使用 。,（6）處置,7）分散性土,分散性土在我國黑龍江、廣西、新疆、江蘇、山東、河南等十多個省份有分布，其中以松嫩平原分布的分散性土最典型。,（2）分布,分散性土是指在低含鹽量水中（或純凈水中）離子相互的排斥超過了相互吸引力，從而導致土體顆粒分散的粘性土。,（1）涵義,分散性土用野外實際調查和室內試驗綜合判定。,（3）判定,野外