工程地质环境
㈠ 工程地质学的发展展望
21世纪可以预计的大型工程建设,如跨流域的调水工程、大型水电工程、深部露天采矿工程、地下工程、海洋工程等,其可能发生的复杂的工程地质问题,从理论到设计、施工实践,从预测到防治,需要我们作为重要研究方向,在原有认识和经验的基础上,进一步去创新发展,与其它多学科联合攻关。
(1)岩、土体工程地质力学的理论方法体系还应进一步发展
工程地质力学具有我国的特色,并在工程实践中获得了广泛的应用。研究岩、土体稳定性中的关键问题,如节理面的各种工程地质特性,区域构造应力场和工程区实测点地应力场的研究,岩体稳定性的时间尺度,根据岩体变形破坏的实例建立“地质模型”等(孙玉科)。此外还应进行工程地质技术的开发研究,包括地质探测技术,岩组物理力学测试技术,岩体变形观测技术和变形破坏模拟实验技术等。
(2)环境工程地质将获得迅速的发展
目前大型工程建设涉及的环境工程地质问题很多。如大型露天开采,地下开挖,深埋长隧道工程,大型水利枢纽,地下硐室,城市垃圾的处置和卫生填埋工程等的建设,就遇到前所未有的更复杂情况。如深埋长隧道工程的开挖,需要查明其所遇到的地质灾害问题的形成条件和发生机理,作出科学的评价预测。大型水域水岩相互作用导致水库诱发地震、库岸崩滑、大坝溃决、水库淤积、大面积环境恶化等问题。水库诱发地震产生的可能性及发震强度的预测难度较大。现中国学者建立了两种震级预测的神经网络模型,具有较高的预测能力。新的动向是引入突变理论,分析水库诱震机制,建立诱震的充要条件判据和地震能量的表达式,提出断层带弱化和岩体软化效应诱震的新假说。
当前环境工程地质的研究又进一步延伸向环境地质工程,即主要研究解决和处理地质环境问题的假说和方法。90年代国际环境地质工程的热点领域是各国城市化和资源开发中固体、液体、气体废弃物的排放、填埋处理以及与城市工程建设有关的环境工程问题研究。总体来说,环境工程地质还有些基本问题,如工程环境影响场问题,工程建筑的适应度与环境灵敏度之间关系问题,环境容量问题,监测技术、环境综合分析及反信息技术等问题的研究还有待深入。
(3)区域地壳稳定性的研究
目前应进一步加深对影响和制约稳定性因素的认识。如何分析、确定和量化这些因素,直接关系到区域地壳稳定性评价由定性到定量方向发展的问题。近来有用分数维理论描述断裂和地震的分形结构,耗散、浑沌和协同学等用以描述地壳结构及其动态之自组织过程及探讨其内部的相关性。但这些探索尚处于初始阶段。此外在技术方法方面,应大力开展深部探测、监测、遥感、计算机、制图技术和深部地应力测试技术等应用研究,提高区域地壳稳定性诸因素的时空变化的量测精度。
工程地质学发展至今日,需要与现代系统科学理论思维相结合,尤其是非线性科学对于工程地质学的提高和发展具有重要意义。黄润秋根据系统科学原理结合工程地质的应用与实践,提出了工程地质问题的系统分析原理。应用这些原理可以建立地质过程的机制分析-定量评价,建立过程地质模型和模拟再现,建立过程地质分级、分类系统,认识过程地质体(或环境)和人类活动相互作用,认识灾害地质作用发展过程,描述地质体复杂的结构和工程地质问题过程,研究过程预报等。在工程地质学拓展到地质工程的新领域时,做好施工监测与信息反馈,这就是以监控-反馈原理为核心指导思想的“信息化施工”。总之,系统科学的引入,必将把传统的工程地质学推向新的阶段和新的水平。
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㈡ 区域环境工程地质评价
4.3.1区域稳定性分析
黄河三角洲是在基底构造甚为破碎、济阳凹陷的一个次级负向构造单元上发育形成的。由于区内东北部位于北西向的燕山——渤海地震带及北东向的沂沫断裂地震带的交汇部位,因而与新构造运动有关的构造地震异常活跃。据山东省地震局1985年10月布设的东营—垦利、陈家庄—河口的现代形变及牛庄—新刁口的两次a径迹测量结果,埕子口断裂、孤北断裂、陈南断裂、胜北断裂和东营断裂的现代活动都有显示,说明区内的区域稳定性较差。区内新生代以来的断裂活动表现为具有继承性脉动活动的特点。尤其是5号桩,桩西至海港一带位于上述两条活动断裂地震带的交汇复合部位,新生代以来断陷幅度最大,历史上曾发生过3次7~7.5级地震,区域稳定性差。根据以上的地震预测,影响烈度一般都在Ⅶ度以上,5号桩一带为Ⅷ度。根据我国建筑规范规定,一切建筑物都应设防加固,以保安全。
区内饱和砂土、饱和粉土具有液化的宏观条件。在历史地震发生时,曾有喷水冒砂、地面裂缝等现象发生。其液化程度受以下因素影响:土的颗粒特征、密度、渗透性、结构、压密状态、上覆土层、地下水位埋深、排水条件、应力历史、地震强度和地震持续时间等。
由于黄河三角洲地质体物质组成主要是粉砂,且孔隙度较高,加之形成期堆积速率快,造成地质体中含水量高。随着时间推移,在上覆沉积物挤压下,孔隙中水逐渐被挤压,造成地质体压缩,导致地面下沉。根据1988年在黄河海港地区实测,该地区压实下沉速率可达6cm/a,因此由于地面下沉所引起的海面相对上升则更加剧了海岸侵蚀。
另外,近几十年来的人为活动加剧了本区地面沉降的发展,如:建筑地基承载力不足引起的土体压缩,地下水、石油、卤水的开采所引起的含水层、储油层压缩等。
由此可见,黄河三角洲地区环境工程地质问题颇多,本节将对直接影响东营市经济发展和规划的地表下25m土体工程地质类型及其物理力学性质、工程地质性质的区域性变化等进行深入研究。
4.3.2土体的工程地质分类及工程地质特征
区内小清河以北为黄河三角洲平原,小清河以南多为山前冲洪积平原,基岩埋深在数百米以下,表层均为第四系松散沉积物,鉴于一般工业与民用建筑物地基持力层一般均在15m以上,一般中高层建筑物持力层一般在25m以上的特点,下面仅以0~25m的土体为对象,进行分析和研究(图4-6)。
图4-6地表土体类型示意图
1.土体的岩性与结构特征
(1)土体岩性分类
区内0~25m深度内的地层多为第四系全新统地层,其沉积环境受黄河和海洋交互或共同影响,形成了以细颗粒为主的地层。所表现出的岩性以粉土最为广泛,其次为粉质粘土、粉砂、粘土,局部有细砂,其主要岩性特征见表4-6。
表4-6黄河三角洲0~25m地层岩性分类及主要特征表
(2)土体结构特点
区内土体结构无单层结构,多为多层结构,(多层结构是指一定深度内由3层或3层以上的地层构成),这也是区内的沉积环境所决定的,该区濒临渤海,是河流的最下游段,河道游荡较频繁,古地貌特点反复变化,携带泥、砂的水动力特点也随之变化,因此,区内一般无巨厚的单层岩性沉积。
2.土体工程地质特征
(1)山前冲洪积平原区土体工程地质特征该区地面下25m的沉积物为第四系全新统冲积、洪积(
(2)古黄河三角洲区土体工程地质特征该区地面下25m的沉积物为第四系全新统冲积、海积、湖沼相沉积(
(3)现代黄河三角洲平原区土体工程地质特征
该区地面下25m的沉积物为第四系全新统冲积海积物(
3.地表下0~25m土体物理力学指标的变化规律
(1)古黄河三角洲区的物理力学性质总体上好于现代黄河三角洲,这正是由于现代黄河三角洲的成陆时间晚于古黄河三角洲,其自重固结的程度差于前者。
(2)无论是古黄河三角洲区还是现代黄河三角洲区各类岩性土层的物理力学指标显示出一个较明显的规律,即从地表向下随深度的增加土层的物理力学指标以较好—较差—好发生变化。一般较差的深度段在5~10m和10~15m。这一变化规律也与区内的沉积环境相吻合,力学指标较差的深度段为1855年黄河改道以前沉积的冲湖积、冲海积相为主的地层。
4.3.3天然地基承载力、饱和砂土液化及软土与盐渍土
1.天然地基承载力
黄河三角洲地区基土承载力在不同位置、不同层位均有较大变化,从小于80kPa到大于300kPa。天然地基承载力指自地表算起的第一层或第二层基土(当第一层厚度小于3m,且第二层基土承载力高于第一层时,取第二层承载力数据)的承载力。区内天然地基承载力可分为4个等级(表4-7),其分布与变化规律与地貌单元有较密切的相关关系(图4-7)。
(1)承载力低区(fk<80kPa)的分布
① 呈条带状分布于现代黄河三角洲工程地质区内。如利津县虎滩乡西南—河口区义和镇南部、河口东南孤河水库—渤海农场总场北以及现代黄河入海口北侧等地,以上各地带多为1855年以后成陆,且位于滨海低地或洼地内,排水条件差,自重固结程度低。
表4-7天然地基承载力分区特征表
② 呈小片状分布于古黄河三角洲平原区。如东营区胜利乡南部,利津县王庄乡南部等。
(2)承载力较低区(80≤fk<100kPa)的分布
① 沿海岸线分布,宽度不一。
② 沿黄河泛流主流带边缘、前缘和洼地展布。如利津县大赵乡—虎滩—罗镇—河口区一带、集贤乡—渤海农场总场、孤北水库北部、利津前刘乡—东营区西城,以及东营区龙居乡—西范乡一带。
(3)承载力中等区(100≤fk<120kPa)的分布
① 分布于决口扇的顶部及缓平坡地区。如利津县南宋—北宋—明集,东营区龙居乡—油郭乡—六户镇—广饶县丁庄乡以及胜坨乡—高盖乡等地。
② 分布于现代黄河三角洲顶点附近。如宁海乡—汀河乡、宁海乡—傅窝乡一带。
③ 分布于现代黄河三角洲北部、东部。如河口区新户—刁口乡、孤东水库—五号桩、垦利县建林乡—孤东水库、建林—西宋乡。
(4)承载力较高区(fk>120kPa)的分布
① 分布于古黄河三角洲的南部。如牛庄—陈官—小清河一带。
② 分布于小清河以南的山前冲洪积平原区。
③ 零星分布于近代黄河三角洲平原区的地势较高处。
2.饱和砂土液化
砂土液化是指处于地下水位以下松散的饱和砂土,受到震动时有变得更紧密的趋势。但饱和砂土的孔隙全部为水充填,因此,这种趋于紧密的作用将导致孔隙水压力骤然上升,而在地震过程的短暂时间内,骤然上升的孔隙水压力来不及消散,这就使原来由砂粒通过其接触点所传递的压力(有效压力)减少,当有效压力完全消失时,砂层会完全丧失抗剪强度和承载能力,变得像液体一样的状态,即通常所说有砂土液化现象。
区内的饱和砂土、饱和粉土具有液化的宏观条件,在历史地震发生时,曾有喷水冒砂、地面裂缝等现象发生。其液化程度受以下因素影响:土的颗粒特征、密度、渗透性、结构、压密状态、上覆土层、地下水位埋深、排水条件、应力历史、地震强度和地震持续时间等。
液化判别就是根据土的物理力学性质及其他工程地质条件,对土层在地震过程中发生液化的可能性的判别。国家标准《建筑基础抗震设计规范》(GBJ11-89)中规定了饱和砂土、饱和粉土的液化判别方法,在对区内饱和砂土、饱和粉土的液化判别时,即依照了前述规范提供的方法,在液化势宏观判定的基础上,采用了原位测试资料——标准贯入试验进行了液化临界值和液化指数的计算。根据液化指数对地基液化等级的划分见表4-8。区内液化砂土的分布规律见图4-8。
(1)严重液化区
① 分布于现代黄河三角洲顶点,向北向东呈扇形展布的黄河泛流主流带的中上游部位,主要在陈庄镇—六合乡、虎滩乡—义和镇一带。
图4-7天然地基承载力分区示意图
表4-8地基液化等级表
② 零星分布于废弃河道带和决口扇,如下述地带:东营区永安乡—广北水库一线,呈条带状分布,为废弃河道带;利津县店子乡—前刘乡,呈片状分布,为决口扇的中部;东营区史口乡附近、东营区六户镇西侧、河口区新户乡东北等地。
该区内的饱和粉土、饱和粉砂颗粒均匀,粘粒含量低,沉积厚度较大,形成年代新,固结程度差,因此是最易发生液化的地区。
(2)中等液化区
① 分布于较大的决口扇及决口扇前缘坡地地带,利津县城东—明集乡—大赵乡、东营区胜利乡—董集乡—油郭乡一带。
② 分布于黄河泛流主流带或其边缘地带。宁海乡—垦利县城;陈庄镇—傅窝乡;渤海农场总场东—建林乡—新安乡;义和水库南—河口区。
③ 在滨海低地带内有零星片状分布,五号桩及以东地区;刁口码头东北—孤北水库北部;新户乡以西及以北的近海地带。该区一般位于严重液化区的外围及决口扇顶部位或零星分布于小规模的黄河主流带,饱和粉土、粉砂的粘粒含量较低,固结程度较差,因此是较易发生液化的地区。
(3)轻微液化区
① 分布于古黄河三角洲泛滥平原及决口扇边缘,如下述地带:利津县南宋乡—北宋乡;东营区龙居乡—广饶县陈官乡—丁庄乡。
② 分布于现代黄河三角洲的非黄河泛流主流带区,如下述地带:利津县王庄乡—垦利县胜坨乡;利津县集贤乡—垦利县城东部;河口区太平乡—义和水库。
该区粉土、粉砂的沉积厚度较小,粘粒含量较高,因此液化程度较轻。
(4)非液化区
① 分布于工作区小清河以南的山前冲洪积平原,该区地下水位埋藏深,水位以下的饱和粉土,粉砂密实程度较好,因此不易液化。
② 分布于沿海地带的滨海低地,该区除河口相沉积外,地层粘粒含量较高或以粘性土为主,因此不易液化。
3.软土与盐渍土
(1)软土
软土一般是指天然含水量高、压缩性大、承载力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。如淤泥、淤泥质土以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等。黄河三角洲地区地处渤海之滨,具有软土的沉积环境,钻探资料亦证明,区内呈片状分布着软土。
① 软土的划分标准
本次划分软土时采用如下方法:当满足下列条件之一时,并且厚度大于0.50m,将其确定为软土:承载力标准值fk<80kPa;标贯锤击数N63.5≤2;静力触探锥头阻力qc<0.5MPa;流塑状态。
② 软土的空间分布
软土主要分布于区内的东北部滨海地带、河口—刁口码头一带。利津县罗镇—黄河故道西、垦利县下镇乡东部,另外在利津县明集乡—广南水库一线呈不连续片状、碟状分布。
③ 软土的成因及主要物理力学性质
区内的软土具有两种成因:①烂泥湾相沉积:在历次河口的两侧,沉积的以细粒成分为主的土层,一直处于饱和状态,排水固结过程进展缓慢,所以土的力学性质很差。颜色以灰褐色为主,流塑态,土质细腻,岩性以粉质粘土为主,夹粉土和粘土薄层。②滨海湖沼相沉积:颜色以灰—灰黑色为主,有机质含量较高,具腥臭味,为淤泥或淤泥质土。
图4-8地基砂土液化分区示意图
表4-9软土的主要物理力学指标统计表
从表4-9中可以看出:区内软土具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、承载力低的特点,在荷载作用下变形较大,对建筑物极为不利。因此,在工程建设规划时,应尽量避开有软土分布的地区。在无法避开软土的建筑物,应对区内的软土有足够的重视,采取一定的处理措施,对于一般工业民用建筑可采取粉喷桩法进行处理,对于高层重型建筑物应采取深基础,如沉管灌注桩等,以避开软土的不利影响(图4-9)。
(2)盐渍土
当土中的易溶盐含量大于0.5%,且具有吸湿、松胀等特性的土称为盐渍土。区内的盐渍土为滨海盐渍土,按含盐性质则大部分属氯盐渍土,局部为硫酸盐渍土,盐渍土按含盐量可分为弱盐渍土(0.5%~1%),中盐渍土(1%~5%)、强盐渍土(5%~8%)和超盐渍土(>8%),区内的盐渍土主要为弱盐渍土,局部地段有中盐渍土(见图4-10)。
4.3.4工程地基适宜性评价
工程建筑地基适宜性受多种因素的影响,为达到评价结果清晰简洁、合理反映出区内建筑适宜性等级的目的,选用了专家聚类法(亦称总分法)进行评价。评价过程为:首先拟定评价因子,对各评价因子量化、分级并给定各级别的标准分,其次用傅勒三角形法确定各评价因子的权重,然后计算各勘测点单项因子分值和总分值,再按各点的总分值进行分区。最终的评价结果见表4-10、4-11、4-12、4-13。
图4-9软土分布示意图
图4-10盐碱土分布示意图
表4-10一般工业与民用建筑地基适宜性评价方案(评价深度10m)
① 沉降因子
② DⅠ——山前冲洪积平原;DⅡ——古黄河三角洲平原;DⅢ——现代黄河三角洲平原。
表4-11一般工业与民用建筑地基适宜性评价分区说明表
表4-12高层重型建筑物地基适宜性评价方案(评价深度25~30m)
表4-13高层重型建筑物地基适宜性评价分区说明表
一般建筑、高层建筑物地基适应性评价分区见图4-11、4-12。
图4-11一般建筑物地基适宜性评价分区示意图
图4-12高层建筑物地基适宜性评价分区示意图
㈢ 青岛市主体功能区工程地质环境分析与评价
一、主体功能区的提出
青岛市在“十一五”期间及今后一个时期,调整完善城市功能区划与发展布局的主要任务是:遵循经济规律和自然规律,根据资源环境承载力,按照优化整合、重点开发、限制开发的不同要求,明确不同区域的功能定位,制定相应的政策和评价指标,使区域发展与资源环境承载力、经济内在分工联系和城乡发展基础条件相适应,城市发展与城镇布局、产业集聚和人口集中相协调,引导和促进青岛市经济社会全面、协调、可持续发展。在城市空间布局调整的同时,“十一五”期间,结合青岛的地域特征、区位优势和产业发展战略,坚持“布局引导、重点带动”的原则,调整优化产业发展空间布局,产业特色鲜明、集中度强的产业带、产业区,将成为城市经济发展的核心区。
二、青岛市主体功能区工程地质环境质量综合评价
依据工程地质环境的共同要素,参阅城市工程地质环境著名专家论述及相关资料,结合青岛城市工程地质环境的独特特点,确定了评价体系的一级评价因子及二级评价因子(图14-3)。
在确定评价因子后,采用层次分析法首先确定权重,然后对青岛市主体功能区各个评价单元的工程地质环境质量进行逐一计算评价,利用面向对象的C++程序语言编制了计算程序,用圆滑的曲线在网格图上圈出同一质量等级的单元,得到青岛市主体功能区工程地质环境质量适宜性综合评价结果(图14-4)。
图14-3 青岛市主体功能区地质环境质量评价指标
三、青岛市功能区划与工程地质环境质量适宜性分析
1.优化整合区适宜性分析
如前所述优化整合区在市区内的范围是市南区、市北区、部分四方区、崂山区与开发区,指建设密度和开发强度较高、资源环境承载力减弱的区市建成区和产业项目基本饱和的工业园区,集中发展总部经济、金融投资、会展商务、研发设计、居住度假、购物餐饮、卫生医疗、体育赛事等。
优化整合区主要由构造剥蚀地貌-丘陵区组成,主要山脉有午山(海拔398.3m)、浮山(海拔368.0m)与太平山(海拔150.2m)等。工程地质环境质量主要为良等、中等和差等。
(1)良等区(Ⅱ类)
四方区北部为剥蚀地貌,李沧区南部为冲积平原,工程地质条件良好,工程地质环境为良等区,适合进行工程建筑开发建设,适宜建设低层、多层及高层建筑,采用伐板基础及条形基础即可满足承载力要求,建筑成本较低。
(2)中等区(Ⅲ类)
市南区、市北区及部分四方区,为中等区,区内人口密集,高楼林立,工程活动不仅面广,而且强度大,强烈地改变着原生地质环境,地质体过度加载将带来严重的后果。区内可以利用开发的土地很有限、很珍贵,不宜大规模、大面积的开发。
沿海泊河区地下水受污染程度大,应严禁向河中排放污水,建议沿河绿化,修建沿河公园,以防治污染加重。
(3)差等区(Ⅳ类)
市南区浮山所、崂山区山东头一带为滨海松软冲积海积层,第四纪覆盖层厚10m左右,基岩为燕山晚期花岗岩,基岩之上土层为角砾层,适宜地下空间开发,当进行工程建设时,应以箱形基础或桩基基础为宜,区内人口密集,适宜发展会展商务、研发设计、总部经济。
黄岛区地貌为海积平原,土体主要为含淤泥粉质黏土、粉质黏土及少量中细砂层,地基承载力低,工程地质环境质量为差等区,在工程建设时要进行地基处理,置换或夯实软弱土体方可作为建筑物的持力层。适宜建设承载力较低的工业厂房、轻工业园区等。
图14-4 青岛市主体功能区工程地质环境质量适宜性综合评价
开发区的其余地貌为低山丘陵区为主,总的地势为西高东低,坡降一般小于3%。第四系以下为中生代火山岩和燕山期岩浆岩,主要岩性为凝灰岩、花岗正长岩、内含较多的岩脉。该区域不具备发生沙土液化、崩塌、泥石流的工程地质条件,是工程建设的适宜地点。
综上所述,在优化整合区内,工程地质环境质量总体为中等,因区内建筑已很密集,地震、地质灾害等将带来严重的后果,不适宜大规模、大面积的过度开发;适宜发展居住度假、会展商务、研发设计经济。遵循集约化资源利用、高度化产业结构、区域间协同发展的原则。
2.重点开发区适宜性分析
重点开发区指发展潜力较大、聚集经济人口条件较好、开发强度较低、依法批准的五市三区新增规划建设区。重点开发区在市区范围大体包括部分李沧区、城阳区。李沧区逐步淘汰低端加工业,集中发展都市工业、职业培训、临港产业、商贸物流等。城阳区建设环胶州湾东岸、北岸、西岸3个工业产业带。这类区域要增加建设用地、鼓励人口集中、加快产业集聚和城市建设步伐,推进工业化、城市化进程。
(1)优等区(Ⅰ类)
夏庄、惜福镇、流亭一带地貌属于山间河谷冲积平原区,城阳、河套、棘洪滩一带地貌为山前冲积平原区。工程地质环境为优等区,地形平坦、开阔,起伏不大,地基承载力适中,而且建筑密度较小,有较大的开发空间,适宜大规模开发。
(2)良等区(Ⅱ类)
沧口、上马一线为良等区,地貌属于山前冲积平原区,区内建筑密度小,土地成本低,应以占地面积大、开发强度适中的工业园区、住宅小区等建筑为宜,适宜多层、高层建筑开发。区内第四纪覆盖层较厚,适宜地下供热、供气、供水、通讯管道网络等市政工程建设的敷设。
(3)中等区(Ⅲ类)
环胶州湾分布有滨海堆积平原区,工程地质环境质量为中等区。在墨水河、白沙河入海口处地下水位抬高,岩土工程条件差。在双埠村与后阳村环胶州湾一带分布有盐渍土与淤泥质土,堆积大量的海相沉积物,且海水大面积入侵,地下水污染严重,岩土体的工程性质差,不适宜进行工程建设,但可以发展盐业、养殖业等。
所以在重点开发区内工程地质环境质量总体为优等、良等。区内建筑密度小,土地成本低,开发潜力大,适宜大规模开发,如都市工业、电子工业、临港工业、陆路物流等产业。
此外,当土地开发超强度时,通常要以经济的巨额投入处理地基或加强基础。这种情形对于工程地质专业工作者而言,希望尽可能避免,但由于市中心的区位价值效应,以及土地作为不可再生资源的日趋昂贵,以经济投入换取土地的高密度开发的情况是必然的发展趋势,说明适宜性对每一个土地单元或某一性质的场地单元,并非一个定值,不能仅用工程地质学的原则作为衡量土地利用适宜性的唯一标准。它随着工程技术的发展、价值判断的变化而存在不同的适宜性水平。所以,适宜性分析应具备动态、发展的思维。
㈣ 建设工程地质环境适宜性评价
6.4.1 评价因子的选取
建设工程地质环境适宜性评价是城市建设功能区划和城市规划的基本依据之一。对环胶州湾城市建设工程来说,地质环境的适宜性评价因子主要有5个方面(第一层)的22项(第二层)评价因子:环境地质条件对城市建设的适宜程度,包括地貌、植被分布、地下水质量等;工程地质条件对城市建设的适宜程度,包括断裂活动性、岩土体工程地质类型、软土顶板埋深、软土厚度等;地质灾害和环境地质问题的发育程度,包括崩塌、滑坡、海(咸)水入侵、海岸侵淤、土壤污染、土壤盐碱化等;地质资源的丰富程度和合理开发利用程度,包括水资源、地热资源、矿产资源、地质遗迹旅游资源等;人类工程活动,主要表现在重大建设项目及其类型、主要交通干线、港口码头等的发达程度。部分地质环境因子见城市建设主要地质环境问题分布图(图6.3)。
㈤ 环境工程地质学的兴起与进展
传统的工程地质学的主要任务是对工程建设的地质条件进行评价,为保证工程建设的安全而作为设计施工的定性依据。但现代人类工程活动的规模和数量越来越大,导致对周围地质环境的影响越来越大,产生许多负效应,这给工程地质学的研究提出了新的重要任务,就是要对工程建设作用于环境地质条件所产生的影响作出评价和预测。这种作用不仅是单向的,通常还是双向的。就是要研究人类工程活动和地质环境的相互依存、相互制约、相互作用关系。在1980年第26届国际地质大会上,国际工程地质协会就发表了工程地质学家参与解决环境问题的宣言,从此以后,环境工程地质学开始蓬勃发展起来。所以环境工程地质学的兴起是比较晚的。对于环境工程地质学的地位虽然还有不同的看法,如有的认为这是工程地质学的新发展的学科分支,也有的认为是工程地质学发展的新阶段和新方向。但毋庸置疑,对环境工程地质学的重要性和研究内容的认识基本是一致的。
地质环境对人类工程活动的制约,王思敬归纳为5个方面:宏观环境、地质灾害、岩土地质、水文地质、次生地质。它们通过对工程地区的区域稳定性、深部稳定性、地面稳定性、山体稳定性和围岩稳定性而直接影响到工程的规划、选址、设计、施工和运行。而人类工程活动对地质环境系统的作用方式是通过工程荷载、岩土开挖、水流、水体调节和工程热力作用进行的。人类工程活动与地质环境系统在相互作用中的物质交换、能量交流,主要体现为加载、卸载、渗流和热流等四大作用。相互作用所产生的环境效应可以有正负两方面。重大的环境工程地质问题诸如矿山开采引起的地表沉降、地下塌陷、滑坡崩塌、占用农田土地资源、泥石流、尾矿坝的稳定性及其环境问题;兴建水利水电工程引起水库诱发地震的评价和预测;公路、城市建设的环境地质工程质量等。因此环境工程地质研究的核心应是人类工程活动与地质环境的协调。为此建立了地质环境评价指标体系。通过不确定性数学方法,选择或建立地质环境适宜性评价模型,对地质环境的敏感性进行评价预测,在此基础上进行工程活动与地质环境的协调分析,并采取相应的对策。
㈥ 海岸建设工程地质环境适宜性评价
7.4.1 评价方法
根据环胶州湾海岸建设的实际情况,采用专家聚类法进行海岸建设工程地质环境适宜性评价。首先,分析海岸带地质环境相关信息,选择与海岸工程建设相关的地质环境因子作为评价指标,建立评价体系,同时提取指标性状数据;其次,采用傅勒三角形法确定各评价因子的权重,然后根据调查资料分别对各评价点的单项因子进行量化、分级;最后,根据单项因子量化结果、权重进行计算,并根据计算结果对区内的海岸工程建设适宜性进行分区。
7.4.2 评价因子的确定与分级
在环胶州湾地区海岸地质和工程条件调查的基础上,研究对工程建设适宜性有重要影响的因素,包括地貌、地层岩性、地质构造、水深、水动力条件、潜在地质灾害、岩土物理力学参数、海岸带利用及发展等,据此初步确定评价因子。因海岸建设既涉及复杂的海岸地质基础条件,还涉及海洋动力及海岸开发等变数较大的因素,对评价因子进行赋值是十分困难的。因此,我们组织专家,结合地质资料、海洋资料和野外考察资料数据,运用模糊数学的思想预先研究,综合各种因素、按照海岸工程建设的适宜性等对各评价因子进行赋值。这样,各个评价因子有统一的规范标准,才能够统合到一起进行评价。
1)地貌:三角洲海积赋值100;水下岸坡赋值80;分支潮道赋值60;潮道沙脊侵蚀区赋值40。
2)地层岩性(按工程地质基底):基岩赋值100;沙质土赋值60;淤泥赋值40。
3)地质构造:无赋值100;一般小型断裂赋值80;较大断裂赋值60;活动或交汇断裂赋值40。
4)水深(m):水深<10赋值100;水深10~20赋值80;水深20~40赋值60;水深>40赋值40。
5)水动力条件(cm/s):水动力<20赋值100;水动力20~40赋值80;水动力40~80赋值60;水动力>80赋值40。
6)潜在地质灾害(考虑地质灾害发生的可能性和破坏程度两方面):无赋值100;轻微赋值80;中等赋值60;较重赋值40。
7)岩土物理力学参数:良好赋值100;较好赋值80;较差赋值60;差赋值40。
8)海岸带利用及发展(按照利用和发展程度):已用于建设工程赋值100;已用于非建设工程赋值80;未利用赋值60。
对于胶州湾内水下地貌、地层岩性、地质构造、水深及水动力条件、潜在地质灾害、岩土物理力学参数等因子,参考青岛海洋地质研究所的青岛近海工程地质条件评价数据、资料及部分研究成果确定。
7.4.3 评价因子权重的确定
综合预研究后的评价因子变得相对直观、简单,因此采用傅勒三角形法确定评价因子的权重,如图7.5所示。图中字母代表前述各个评价因子,每两行为一组,如第一行和第二行为一组,将评价因子A与其他因子分别进行比较,在认为对地质环境较重要的因子上画一圆圈。同样,把其他组依次进行比较,圈定较重要的因子,然后进行统计,计算出评价因子的权重。
㈦ 工程地质属于自然地理环境吗
不属于自然地理环境特征。发展生产,改造山河,使过去经常泛滥成灾的黄河、淮河、海河等重要江河得到了治理,修建了许多水库、分洪、滞洪和水利枢纽工程,发挥了防洪、灌溉、发电、运输等多方面的综合水利效益。营建了大面积防风固沙林与海防林,为国民经济建设作出重要贡献,同时也使祖国的自然面貌发生重大变化。
但是,人与自然环境的关系是复杂的,在利用自然的过程中,由于带有不同程度的盲目性,也使生态系统的平衡遭到破坏,从而导致自然环境的恶化。例如,黄土高原水土流失严重,生产力低下,固然有其自然因素,但和历史上砍伐森林、滥垦草原、破坏植被等人为因素也直接关联。严重的水土流失,又引起黄河下游的河流演变与洪水泛滥,造成华北平原的旱、涝、盐、碱、风沙的危害。乌兰布和沙漠、毛乌素沙地和浑善达克、科尔沁等地沙丘的出现,也是人类活动破坏草原使草 场退化,风沙漫延的结果。不合理的砍伐,过度的捕猎,使森林资源、野生动物大为减少,甚至绝迹。二三百年前祁连山“野牛出饮,数以千计”的情景,已不复见。大兴安岭的黑貂、麋鹿也已绝迹。我国林木种类丰富,但森林覆被率只有12.98%,和世界许多国家相比,和经济建设对木材的需求相比,仍然有很大的差距。
㈧ 地质环境与工程建设
环境是以人类活动为核心的周围空间。地质环境是以人类活动为核心的周围地质空间条件。工程建设地质环境是以工程建设活动为核心的周围地质空间条件。地质环境研究主要是进行人类活动的地质条件的适宜性或地质环境质量评价。一般来说,地质环境质量评价包括两方面内容:①地质环境质量评价;②地质环境容量评价。地质环境质量评价是指论证供人类活动的地质环境体系和相互作用结果对人类活动地质条件适宜性的优劣;地质环境容量主要是指特定地质环境内地质资源所能供养的人口数量,地质环境容量评价是论证特定地质环境内地质资源的丰度和人类合理开发能力的高低。广义地说,地质环境质量也包括地质环境容量。对一般工程建设来说,不专门论证地质环境容量,对于一些专门课题,如新的居民点开发、城市持续发展论证等才专门进行地质环境容量论证。对狭义的工程建设研究,一般不专门进行地质环境容量论证。
图7-1 地质环境的形成示意图
地质环境是指人类活动的基本场所,包括地球表层岩石圈和土壤层两部分地质体的组成、特征和各类地质作用与现象所构成的人类生活、生产条件的总体,或者称为地质环境系统。人是地质环境的主体,又是地质环境变化的动力。“地质环境”的提出,是相对于人类的存在,即地质环境研究是为人类生存和生活服务的。从人类产生起,就对地质环境不断地进行改造,破坏和建设,其力度随人类活动强度的增大而不断地增强,这种作用强度如果在同一时间尺度内衡量,它比其他自然地质营力都大得多。由此来看,地质环境的形成来自两方面营力,如图7-1所示,即地质营力和人类活动。地质营力包括内动力(内营力)和外动力(外营力)两种。人类活动,从地质角度看,也是一种外动力(外营力),它和自然的地质外营力作用共同构成改造地质环境的外动力。今天来说,在改造地质环境的外动力中人类活动的作用百倍、万倍的大于自然地质的外营力作用。所以,地质环境质量评价应该包括人类活动与地质环境体系和相互作用的多种因素作用。地质环境体系是由多种因素构成,所以地质环境质量既包括地质环境各种要素特征和因素总体对人类生存、生活和社会经济发展的适宜程度,又包括人类活动对地质环境的开发利用和保护改善的合理性与能力,同时还包括人类与地质环境之间相互作用的协调程度。也就是说,地质环境质量既有人类活动与地质环境两种事物自身质量的含义,也有相互间作用质量的含义。其直接体现则是人类与地质环境之间相互作用所产生的效益与危害之比,比值越大,质量越好;比值越小,质量越差。这是地质环境质量评价的基本概念。
目前的工程建设与地质环境关系研究,主要是着眼于地质工程稳定性,特别是地基、边坡、地下洞室稳定性,这方面问题已经引起了重视。可是,关于地质环境问题还没有引起足够重视。由于对地质环境问题不重视,在城市、新的开发区、道路、水利水电、矿山建设中出了不少问题,为国家造成巨大的经济损失。比如洪水淹没,是不是地质环境问题?有人说不是,著者认为是。因为,它是由于近代地壳沉降诱发的,实质上是内动力和大气降水联合作用结果。洪水泛滥淹没造成的城市和经济开发区事故,就是这个原因。我国江河湖海附近地区存在着许多近代地壳沉降带,当地群众有经验,这种地方谁也不用它,成为撂荒地。工厂和开发区建设中,因为对这种地区的地质环境问题不认识,就破土动工建设高楼大厦,一遇到洪水泛滥,就遭受淹没灾害。近几年,著者遇到一些与此有关的问题。著者参与了北京市西八间房开发区航空干部管理学院建筑群开发,在地基勘察前甲方已经作好了设计,著者拿到1∶2000的工程布置图,展开一看,发现这张图上有两组十分有规律的断续分布的线形水体,一组是北北东向;另一组是北西西向,这与北京市新近断裂方向十分一致。因此怀疑它是活断层在地面的反映。经查阅了北京市有关的地质资料,证实良乡-顺义断裂通过这个地区,当基坑开挖后,到基坑底进行验槽时,基坑东南角产生了塌方。这个基坑深9m,在地面下4m处留有宽1m的台阶,塌方的后缘就在这个台阶处,塌方后这个台阶呈现出“X”节理遗迹——锯齿状破裂面。这明显是良乡-顺义断裂的影响带。良乡-顺义断裂主断裂面在哪里?著者建议采用测量氡气的α卡仪进行断层带逸出的α射线剂量测量,结果得到良乡-顺义断裂带位置距建筑物的距离仅70m,规范规定建筑物距断裂带距离不得小于50m,按理来说,是允许的。但该断层的活动强度较大,以至其作用影响到基坑处,基坑内淤泥与粉细砂层面处出现有一系列的揉皱和错动现象,淤泥层显现为“X”节理。这在北京市是少见的。这个事实表明,该处土体中的地应力的水平应力分量大于垂直分量。根据极限平衡理论,著者建议取作用于地下室上的水平应力σh=1.2γh校核地下室结构稳定性。甲方同意此意见,设计单位按此意见复核了设计,这些工作完成后,延误工期一个多月,总共增加费用50~60万元。著者曾介入了北京某房地产开发公司在丰台区的一个程庄子开发区的地基勘察工作,并对开发区做了地质环境质量评价。中国地质科学院地质工程公司用电法和α卡仪作了一下探测,发现西四-五里店断裂通过开发区西北部,下盘埋深仅30m左右,为正断层,断层错距达6m,显然高楼不能建在它上面。又如长江三峡移民点,巫山县城搬迁选择的新城址位于长江六级台地上,台地上部堆积有10~20m厚的黄土,三峡水库蓄水后,这些黄土构成水库的库岸,在风浪作用下肯定会发生塌岸。现在看起来城址条件比较好,可是水库蓄水后,水库塌岸有可能塌掉几十米,甚至上百米宽。这个后果应该考虑,要进行预测。1995年何满潮教授等研究结果表明,巫山县新址是位于一个复杂的滑坡体上,问题比较复杂,要深入地进行地质环境评价,否则损失就大了。重庆有一个川东电业大楼,在建设过程中勘测单位确定地基为砂岩,认为地基承载力足够。著者到现场调查发现,地基后缘存在有宽20~30cm的裂缝,是一个滑坡的后缘,重庆长江大桥建设时就发现了这个滑坡,这是由于在勘察过程中不重视地质环境研究的结果。1994年4月30日乌江鸡冠岭山体发生了大崩塌,这也是一种典型的地质环境问题。著者于6月下旬应地质矿产部的邀请到现场进行了考察,考察的目的是论证治理方案。著者判断这次崩塌的主要原因是在已存在采空区的上盘内凿风井引起的。这个事故产生的原因主要在于在采矿开凿风井前没有进行地质环境评价。这次崩塌结果,乌江停航近200天,据地方估计,停航一天损失达98万元,仅航运损失就达2亿元。上面列举的事例表明,地质环境对工程建设的经济和安全至关重要,所以在工程建设开始之前必须进行地质环境质量评价。
㈨ 工程地质专业能介绍一下吗
地质工程专业是研究人类工程活动与地质环境之间相互制约关系,主要研究如何获取地质环境条件,并分析研究人类工程活动与地质环境相互制约形式,进而研究认识、评价、改造和保护地质环境的一门科学,是地质学的一个分支,是地质学与工程学相互渗透、交叉的边缘学科。
地质工程专业以地质学理论、力学理论为基础,培养系统掌握工程地质,岩土钻掘工程等方面的基本理论、基本方法和基本技能,能适应21世纪工程建设发展需要,掌握科学的思维方法,爱岗敬业,具有发现问题、分析问题和解决问题的能力和素质,德、智、体、美全面发展的综合性人才。学生在学习数理化、外语、计算机的基础上,主要学习地质学、工程地质学、岩土钻掘工程等方面的基本理论和基础知识,受到工程师的基本训练,具有资源勘察、工程勘察、工程管理、岩土工程设计与施工的基本能力及其新技术、新方法的研究和开发的初步能力。能在地质工程设计、地下资源勘探、工程地质勘察、地质灾害防治、地质环境评价、岩土工程施工与管理等单位从事各类资源勘察与评价、管理及工程勘察、岩土工程设计与施工、管理与监理等方面工作的高级工程技术人才。地质工程专业培养的人才主要服务于地质、石油、煤炭、冶金、建材、能源、道路、矿山、化工、交通、水电、市政建设、国防、地质环境保护等十多个领域,以及人类在上天、入地、下海、登极伟大计划的科学探索与实践。正在进行的西部大开发以及具有国家战略意义的重大工程建设项目如南水北调工程、能源开发工程、核能利用与核废料处置等都离不开地质工程。因此,地质工程在国民经济建设和地质环境保护中必将发挥更加重要作用。
㈩ 施工地质环境条件调查
1.施工现场情况调查
(1)有关机械进场条件调查
除调查地形条件等之外,还需调查所要经过的道路情况,尤其是道路宽度、坡度、弯道半径、路面状况和桥梁承载能力等,以便解决挖槽机械、重型机械等进场的可能性。
(2)有关给排水、供电条件的调查
地下连续墙施工需要用大量的水,挖槽机械等亦需耗用一定的电力,因而需要调查现有的供水和供电条件(电压、容量、引入现场的难易程度),如现场暂时不具备,则要设法创造条件。
地下连续墙施工时需用泥浆护壁,泥浆中又混有大量土渣,因此,排出的水容易引起下水道堵塞和河流污染等公害,在这方面应给予充分的注意。
(3)有关现有建(构)筑物的调查
当地下连续墙的位置靠近现有建(构)筑物时,要调查其结构及基础情况,还要了解其基础埋置深度及其以下的土质情况,以便确定地下连续墙的位置、槽段长度、挖槽方法、墙体刚度及土体开挖后墙体的支撑等。同时还要研究现有建(构)筑物产生的侧压力是否会增大地下连续墙体的内力和影响槽壁的稳定性。
(4)地下障碍物对地下连续墙施工影响的调查
埋在地下的桩、废弃的钢筋混凝土结构物、混凝土块体和各种管道等是地下连续墙施工时的主要障碍物,应在开工前进行详细的勘查,并尽可能在地下连续墙施工之前加以排除,否则会给施工带来很大的困难。
(5)噪音、振动与环境污染的调查
防止噪音、水体、泥浆等造成环境污染。地下连续墙不论其施工方法多么完善,总是要在充满泥浆的深槽里面挖土的。由于排出的砂和泥浆混合在一起,需要有适当的方法加以分离,再将液体送回槽内重复使用。从泥浆中分离出来的土砂固体物用自卸汽车装运,而流动状态的物体则用罐车或真空吸泥车装运。
土砂一般运至填土区作填土使用,但流动状态的废弃物必须运至确保不引起公害的排放场所。如排土处理不当,会大大影响成槽施工,故在工程开工前要事先拟订办法,确保废土排弃能力。
2.水文、地质情况调查
确定钻孔位置,钻孔深度、深槽的开挖方法、决定单元槽段长度、估计挖土效率、考虑护壁泥浆的配合比和循环工艺等,都与地质情况密切有关。
槽壁的稳定性也取决于土层的物理力学性质、地下水位高低、泥浆质量和单元槽段的长度。在制订施工方案时,为了验算槽壁的稳定性,就需要了解各土层土的物理力学指标。
地质勘探中应注意收集有关地下水的资料,如地下水位及水位变化情况、地下水流动速度、承压水层的分布与压力大小,必要时还需对地下水的水质进行水质分析。另外,在研究地下连续墙施工用泥浆向地层渗透是否会污染邻近的水井等水源时,亦需利用土的渗透系数等指标参数。根据上述分析可以清楚地看出,全面而正确地掌握施工地区的水文、地质情况,对地下连续墙施工是十分重要的。