习题三风化壳的垂直分带.docx
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习题三风化壳的垂直分带
习题三风化壳的垂直分带
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习题三风化壳的垂直分带
一、目的
1.巩固并掌握风化壳的概念；
2.掌握在一定的地形、岩性和地质构造条件下，风化壳垂直分带的标志及分带方法；
3.学会分析岩石风化的影响因素。
二、工程实例
武山村位于我国南方某地，气候属亚热带，温暖潮湿，经过地表测绘，勘探及实验工作，获得了一系列工程地质资料：
1武山村附近地形地质剖面；2钻孔柱状图五个。
现已知该地区为白垩纪大片花岗岩侵入，在白垩纪末期有细精岩脉穿插于其中。
最后本地区经受一次构造运动，产生一系列NE—SW向的断裂。
这些岩浆岩的强度较高，但因遭长期风化作用，形成了巨厚的风化壳。
现要在该地区修建一铁路遂洞，此遂洞系高度为跨度各为10米和马蹄形断面，洞底高程为海拔240.00米。
为了论证该遂洞围岩的稳定性，必须对该地的风化壳进行分析。
三、要求
1．根据所给资料分析风化壳垂直分带标志；
2．根据所确定的风化壳标志，考虑影响岩石风化的因素，在所给地质剖面图上进行风化壳的垂直分带；
3．从遂洞围岩稳定性的要求出发，对岩石风化分段进行工程地质评价。
习题三风化壳的垂直分带解答：
1.根据所给资料分析风化壳垂直分带标志；
答：
（1）分化带的垂直定性、及定量分带标志如下：
表1-1风化壳垂直分带的定性指标参照标准
风化
分带
岩石颜色
矿物颜色
岩体破碎特点
物理力学性质
声速特性
剧
风
化
带
原岩完全变色，常呈黄褐、棕红、红色
除石英外，其余矿物多已变异，形成绿泥石、绢云母、蛭石、滑石、石膏、盐类及粘土矿物等次生矿物
呈土状，或粘性土夹碎屑，结构已彻底改变，有时外观保持原岩状态
强度很低，浸水能崩解，压缩性能增大，手指可捏碎
纵波声速值低，声速曲线摆动小
强
风
化
带
大部分变色，岩快中心部分尚较新鲜
除石英外大部分矿物均已变异，仅岩快中心变异较轻,次生矿物广泛出现
岩体强烈破碎，呈岩块、岩屑、时夹粘性土
物理力学性质不大均一，强度较低，岩块单轴抗压强度小于原岩的1/3，风化较深的岩块手可压碎
纵波声速值较低，声速曲线摆动大
弱
风
化
带
岩体表面及裂隙表面大部分变色，断口颜色仍较新鲜
沿裂隙面矿物变异明显，有次生矿物出现
岩体一般较好，原岩结构构造清晰，风化裂隙尚发育，时夹少量岩屑
力学性质较原岩低，单轴抗压强度为原岩的1/3－2/3
纵波声速值较高，声速曲线摆动较大
微
风
化
带
仅沿裂隙表面略有改变
仅沿裂隙面有矿物轻微变异，并有铁质，钙质薄膜
岩体完整性较好，风化裂隙少见
与原岩相差无几
纵波声速值高，声速曲线摆动较小
（2）由上表分析知该风化壳由地表向下依次可分为土壤层、残积层和半风化层。
土壤层主要由完全风化的红色矿物粘土组成，其中夹有少量的砾石和碎石。
残积层一般又可分为全风化、强风化和中风化层。
对于该风化壳，全风化层中花岗岩已风化成黄色之砾质沙土状碎屑，岩石的原生结构已遭破坏，矿物之间已失去结晶联系并含有少量黏土颗粒，风化碎屑用手搓即碎，大部分矿物已遭风化变异，长石变成高岭石，黑云母变成蛭石，角闪石变成绿泥石，石英成砂粒状。
强风化层花岗岩已风化成灰黄色之块球体，其形状多为圆球体，直径2-5cm，块球含量达40%-50%，矿物变异较轻，长石风化后成高岭石及方解石，黑云母风化成棕色。
球体内部岩石新鲜。
中风化层中花岗岩已风化成黄色块球体，并夹少量碎屑，块球呈长方形，块球体含量达70%，矿物变异轻微。
半风化层中花岗岩新鲜，仅沿原生节理及构造裂隙面上有轻微风化，裂隙表面呈黄褐色或绿色，其上附有褐铁矿，绿泥石及次生方解石。
2．根据所确定的风化壳标志，考虑影响岩石风化的因素，在所给地质剖面图上进行风化壳的垂直分带；
（1）根据所给数据知：
分带表见表1-2，
表1-2风化带高程下限表
风化带高程下限
A1（m）
A2（m）
A3（m）
A4（m）
A5（m）
剧风化带
250
280.5
307.9
326.4
337.4
强风化带
224.5
255.5
271.9
311.4
327.9
弱风化带
221.4
248.5
245.4
289.1
324.6
微风化带
219.6
245
217.4
287.9
321.4
（2）分带图见图1-2—1简单示意图和1—2—2风化壳的垂直分带详图：
武当村风化壳的垂直分带图
3．从遂洞围岩稳定性的要求出发，对岩石风化分段进行工程地质评价。
答：
（1）从图中我们可以看出:
本地区经受构造运动产生的一系列NE—SW向的断裂构成风化营力（水、气等）深入岩石内部的良好通道，加深和加速岩石风化，造成此处附近岩石风化深度增大，使风化带界线在断裂处呈现凹向下的形态。
构造带的发育也对钻孔柱状图资料，尤其是定量资料有较大的影响，常常会使某些地量指标出现异常（如岩心采取率变小、单位吸水量变大等），这点在实践中应予以注意。
（2）从图中我们还发现：
在白垩纪末期侵入该处花岗岩的细晶岩脉，对风化的抵抗能力很强，有效的保护了其下部的花岗岩不受风化的侵蚀。
细晶岩脉主要成分为石英，化学稳定性大，抗风化能力强，使得风化带界线全部分布在岩脉的上部，地质剖面图NE50°方向的风化带界线深度变浅，向地表集中（本来此处地形较平缓，风化条件良好，风化深度会很深）。
（3）地形条件对风化作用的进程和风化产物的积存起重要的控制作用，因而影响着岩石风化类型和速度以及风化岩的厚度。
从图中我们可以发现：
风化带界线形状大体上同地表面.且在地质剖面图中到左部受断裂和细晶岩脉影响较小处，表现出来的地势的陡缓对风化程度的影响来（陡峭地区，水加速流动，剥蚀较强，新鲜基岩易于暴露，故以物理风化为主且风化层厚度较小；平坦低洼地区排水条件差，深入岩石的水量较大，以化学风化和生物风化为主，有助于风化达到较深的深度。
）。
（4）对隧洞围岩稳定性的简要论证：
由于遂洞围岩的稳定性在教学中不做要求，对此也知之甚少，故在此只做简要评价。
从图3-2风化带的划分中我们易知：
隧洞易失稳部位为洞前部（地质剖面图的左侧出口）和隧洞与断裂相交出。
这两个部位分别由于地形和断裂的影响，围岩风化程度大，岩石强度变低，容易造成隧洞失稳破坏。
应采取相适宜的防治措施加以处理。
综知：
由题目2中的武山村地质剖面风化壳垂直分带示意图可以看出，隧道的前半段（即从前200米左右）处于该花岗岩体的残积层下方，特别是前100米隧道处于花岗岩的中风化层处，此处花岗岩已风化成黄色块球体，并夹少量碎屑，块球呈长方形，块球体含量达70%，矿物变异轻微，所以整体强度会明显降低，长时间作用下，隧道上方风化的岩石容易发生崩塌等自然灾害，使隧道存在安全隐患，应该进行相应的防护措施。
习题四岩村滑坡稳定性评价
一、目的
学会滑坡机理分析、稳定性定价和定量计算的基本方法，了解滑带土抗剪强度指标选择的基本途径，掌握滑坡防治工程要点。
二、滑坡概况
l、自始地理
岩村滑坡位于四川盆地某城市市中区，地处长江和佳江的交汇地带，呈半岛状，土地资源十分紧张。
在经济建设迅速发展的80年代，市中区斜坡土地得到了大量的利用，交通线路不断改进，高层建筑逐渐增多。
但与此同时滑坡灾害事件也日趋严重，岩村滑坡就是灾害之一。
该地区属于亚热带气候，温暖潮湿，雨量充沛，多年平均降雨量在1200mm以上，并常有暴雨出现。
长江和佳江是市中区两大地表水系，水位年平均变化幅度达20m以上，平均低水位158m，高水位181m，1981年为百年一遇的特大洪水，水位达193m，正在筹建中的三峡工程，按175m蓄水方案修建大坝，该地区最高拱水位将达205m左右。
2、地质概况
滑坡区基岩地质构造属川东隔档式褶皱中的一复向斜内部，岩层产状平缓，倾角10°以下，倾向在SW200°～270°范围变化。
无明显的断裂构造，优势节理产状：
75°＜82°；346°<81°，263°<85°。
基岩地层为侏罗系（J25）泥岩砂岩互层，为内陆河潮沉积，呈紫红色。
相对坚硬的砂岩组成了滑坡区的上部平台状地形，泥岩及崩积物则组成斜坡主体。
崩积物（Q4col）主要由砂岩块石及泥岩风化粘土组成，厚度分布特点是斜坡上部薄，中前部相对较厚。
人工堆石为近期在砂岩体中开挖地下洞室而堆弃于斜坡后部的基岩大块石。
滑坡区属河流侵蚀、剥蚀的低山丘陵地貌，斜坡顷部为平台，河谷岸坡的坡度由上至下逐渐变缓，在纵剖面上呈内凹的地形。
下伏基岩相对不透水，为弱含水层。
据洞室调查，基岩洞室绝大多数为干洞，偶见裂隙有渗水现象。
斜坡地带入渗的地表水则汇集于基岩顷面，形成崩积层中的上层滞水。
该地区新构造运动不强烈，属受活断裂包围的稳定地块，地震基本烈度为Ⅵ度。
3、滑坡特征
滑坡主滑方向为NW方向，后缘有一系列NE-SW方向的拉张裂缝，居民建筑物受到严重影响。
据调查，人工洞室开挖于1970-1980年之间，地面裂缝最早发现在1981年。
1981年四川盆地普降暴雨，江河水位达百年一遇特大水位。
目前，滑坡的活动已严重威胁经由滑坡区的主干公路的正常通车。
滑坡现处于蠕滑阶段，且在每年的雨季，位移明显增大。
岩村滑坡平面图
三、要求
1、分析岩村滑坡的形成机理；
2、根据资料，作主滑地质剖，进行滑坡稳定性预测（三峡水库蓄水对该滑坡的影响）；
3、提出滑坡防治方案。
习题四岩村滑坡稳定性评价解答：
1、分析岩村滑坡的形成机理:
答：
根据岩村滑坡的滑坡特征可知，岩村滑坡的地面裂缝最早发现在1981年，而滑坡上的人工洞室开挖于1970-1980年之间，再加上该滑坡上部滑坡体为松散的泥岩和崩积物增加了滑坡体的重量，而滑床区则为相对坚硬的砂岩，且滑坡体上部薄，中前部相对较厚，这就为滑坡的形成提供了理想的地质地形条件。
该滑坡区位于温暖潮湿，雨量充沛地带，多年平均降雨量在1200mm以上，并常有暴雨出现，而且基岩层相对不透水，雨水基本沿滑坡面流下，对滑坡产生软化，冲刷等作用，这些又为滑坡的最终形成提供了必备的水动力条件。
2、根据资料，作主滑地质剖，进行滑坡稳定性预测（三峡水库蓄水对该滑坡的影响）；
图2-1岩村滑坡平面图
计算剖面的选取和计算模型的建立依据勘察过程中钻孔的布置情况,选取上图的A--A′剖面作为计算剖面。
剖面图如下：
该剖面可以利用最多的钻孔资料,同时也大致反映了主滑线的特征。
本文用剩余推力法计算滑坡稳定性系数。
将主滑体进行条块划分,建立稳定性计算的模型。
在条块划分的过程中,条块的多少和条块界线的位置都会影响最终计算结果的准确性和计算的繁杂性。
所以在该剖面的条块划分过程中,考虑了地形、地下水和滑动面的形态因素,做到尽量准确又保证计算的简易性。
在分析过程中,考虑了以下七种工况:
，见下表2-1所示
表2-1工况
工况
1、旱季（175m库水位）
2、饱和地下水（暴雨，175m库水位）
3、旱季205m库水位
4、205m库水位+饱和地下水（暴雨）
5、旱季205m库水位+地震烈度VI度
6、205m库水位+饱和地下水（暴雨）+地震烈度VI度
7、205m库水位下降至175m库水位
由“岩村滑坡剖面图”得到相关数据如表2-2：
表2-2岩村滑坡面相关数据
上部角
下部角
面积
滑面长
56
30
21.5085
7.8
30
30
49.0974
9.25
30
28
47.3385
10.24
28
28
68.5153
11.99
28
28
86.7003
12.99
28
28
82.6243
10.64
28
38
58.8174
7.47
38
38
100.6394
10.41
38
11
100.7484
9.34
11
11
142.8435
16.89
11
15
130.7376
17.96
15
15
40.0032
11.12
根据实际情况编程计算分析滑坡的稳定性，剪切页面如下：
图2-2输入数据
图2-3输入数据
图2-4输出数据
图2-5滑坡分析结果
经以上分析结果得知在气候状态良好的情况下，滑坡不稳定。
其他工况，输入相应的“安全系数”、“内摩擦角”、“粘聚力”、“重度”等以分析相应情况下的滑坡稳定性问题。
（2）滑坡稳定性预测：
经查阅资料（网上论文概述中提到）该边坡的稳定安全系数为：
Fs=1.04
根据《湖北省三峡库区滑坡防治地质勘察与治理工程技术规定》中有关滑坡防治工程分级要求以及结合该滑坡工程的实际情况，综合各方面的因素确定本区滑坡坡等级为Ⅲ级，并根据其规模和重要性确定：
稳定性系数≥1.05时滑坡稳定；1.00≤稳定性系数＜1.05时欠稳定；稳定性系数＜1.00时则不稳定。
通过对滑坡所在区域的地质概况的分析，岩村滑坡是在降雨、河流侵蚀和人类工程活动的影响下而发生的斜坡变形过程。
根据滑坡稳定性计算可知，该滑坡体在未来三峡水库蓄水、水位波动以及降雨等因素的作用下，滑坡稳定性大为降低，滑坡体将会出现整体失稳现象。
结合相关模拟结果可得出该滑坡成因主要有以下五点：
（1）地形的影响
岩村滑坡体所在位置地面倾斜度较大，这使得滑坡体的自重大部分转化为了滑坡的下滑力，只剩下一小部分的滑坡体的自重来提供抗滑力。
（2）上部加荷的影响
岩村滑坡体上部常年有崩积物和人工堆石堆积在滑体上部，增大了滑坡体的下滑力。
（3）地下水的影响
岩村滑坡体所在位置有较高的地下水位，这就增加了滑颇体的自重，故对岩村滑坡体产生了较大的浮托力；同时，地下水还极大的降低了滑带土体的强度参数；另外，由于佳江从岩村滑坡下部经过，可能会对岩村滑坡体产生一定的切割侵蚀作用。
（4）滑带土的工程性质的影响
岩村滑坡带有较为剧烈的风化带，剧烈的风化使得滑坡带附近岩土体强度参数较低，因此剧烈的风化带是导致滑坡体滑动的另一个重要原因。
（5）人类活动的影响
在200m和210m高程之间修筑的公路,对滑坡产生一定影响。
3、提出滑坡防治方案。
答：
根据滑坡的形成特点，可将防治措施分为如下四类：
改变边坡几何形态、排水、设置支挡结构物，和滑坡内部加固。
（1）改变边坡几何形态：
即通过消减推动滑坡产生区的物质和增加阻止滑坡产生区的物）质，或是减缓边坡的总坡度，来达到削方减载的目的。
（2）排水：
包括将地表水引出滑动区外的地表排水和降低地下水位的地下排水，如可以通过垂直排水钻孔和深部排水相结合的办法引出地表水。
（3）设置支挡结构物：
可采用在滑坡中前部设置挡墙、抗滑桩、沉井等措施来增加滑坡抗滑力，或是通过在滑坡内部设置锚杆、土锚钉等阻止滑坡滑动。
（4）滑坡内部加固：
如在滑坡体内埋入有抗拉的的单元（抗拉的金属、或是高分子材料）来改善土体的总体强度，或是通过电渗排水法、焙烧法来对土体进行土质改良，从而打达到提高土体抗滑能力的要求。
代码附录：
不同的工况输入不同的内摩擦角、粘聚力以及重度，以分析滑坡的稳定性，下面就天气良好情况，应用已编好的程序分析如下：
#include
#include
#include
#include
voidget（）;
voidjielun（）;..
voidinput（float）;
floatEn[15],a[15][6],weight;
voidget（）
{
FILE*fp;
fp=fopen（"shuju.txt","r"）;
inti=0;
fscanf（fp,"上部角下部角面积滑面长内摩擦角粘聚力重度\n"）;
do
{fscanf（fp,"%f%f%f%f",&a[i][1],&a[i][2],&a[i][4],&a[i][6]）;
a[i][3]=weight;a[i][5]=a[i][3]*a[i][4];
i++;
}while（!
feof（fp））;
}
voidjielun（）
{
inth=0;
if（En[14]<=0）
{
cout<<"滑坡是安全的"<}
else
{
cout<}
}
voidmain（）
{
floatfs,y,c;
cout<<"inputthebasicmessage"<cout<<"请输入安全系数"<cin>>fs;
cout<<"请输入内摩擦角"<cin>>y;
cout<<"请输入粘聚力"<cin>>c;
cout<<"请输入重度"<cin>>weight;
get（）;system（"cls"）;
cout<<"前角"<<"后角"<<"面积"<<"重度"<<"滑面长度"<intn;
for（n=0;n<15;n++）{cout<intm=0;
En[0]=a[0][5]*sin（a[0][2]）-1/fs*（a[0][5]*cos（a[0][2]）+c*a[0][6]）;
floatp=En[0];
system（"cls"）;
cout<<"滑块0"<<"剩余推力为：
";cout<for（m=1;m<15;m++）
{
En[m]=a[m][5]*sin（a[m][2]）-1/fs*（a[m][5]*cos（a[m][2]）+c*a[m][6]）+p*
（cos（a[m][1]-a[m][2]）-1/fs*sin（a[m][1]-a[m][1]）*tan（y））;
cout<<"滑块"<";
if（En[m]<0）{cout<<"0"<elsecout<p=En[m];
}
jielun（）;
}
习题五坝基土体渗透变形分析
一、目的
通过某土坝坝基工程地质条件分析，学会预测坝基渗透稳定性的步骤和方法，进—步掌握实际水力梯度、临界水力梯度和允许水力梯度的概念。
二、已知条件
1、水工设计
在某河段第四系松软地基上修筑—均质土坝，最大坝高37m，坝顶高程135m，坝顶宽5m，设计洪水位132m，坝下游相应河水位为102m，要求安全系数KC=2。
2、主要工程地质条件
坝基为全新世及晚更新世河流冲积物，岩性有粘性土、砂土及砾土，厚度10～22m，下伏基岩为志留系页岩，据坝轴线方向上第四系地层岩性及地质结构不同，可分为三个地段（见剖面图）。
剖面图I在河槽部位，河槽宽约100m，地面高程98m，坝底宽220m，岩性为砾土①，厚20m。
剖面Ⅱ在漫滩部位，漫滩宽150m，地面高程100m，该段坝基具二元结构特点，坝底宽210m，上部为细砂土②，厚2m。
剖面Ⅲ在一级阶地部位，阶地宽50m，地面高程105m，坝后无表水，上部为粉质亚粒土③，厚5m，下部为中砂土④，厚5m。
剖面中各层土的粒度成分如图5-4所示，各层土的物理、力学参数列于表5-1。
表5-1 坝基土体物理力学参数
参数
层号
孔隙度n（%）
密度（g/cm3）
摩擦角φ（度）
粘聚力C（MPa）
侧压力系数ξ
渗透系数K（cm/s）
0
1
34
2.75
36
0.20
0.058
0
2
38
2.65
33
0.30
0.006
0.01
3
40
2.44
25
0.35
1×10-5
0
4
36
2.50
32
0.30
0.009
三、要求
分析坝基可能发生渗透变形的地段，渗透变形的形式，计算临界水梯度及实际水力梯度，对坝基渗透稳定性进行评价，指出各段是否需要进行处理，指出处理范围及措施类型，并写
出简要文字说明。
习题五坝基土体渗透变形分析解答：
分析坝基可能发生渗透变形的地段，渗透变形的形式，计算临界水梯度及实际水力梯度，对坝基渗透稳定性进行评价，指出各段是否需要进行处理，指出处理范围及措施类型，并写
出简要文字说明。
答：
由于坝基的渗透形式主要有管涌、流土、接触冲刷和接触流失等。
对于河槽部位，由于其坝底岩性为单层的碎石土，不均匀系数Cu>5；且粗细颗粒的界限粒径df==0.0027mm,查土粒累计曲线得：
细颗粒含量为70%左右，远大于35%，故可能发生的渗透形式为流土。
对于河漫滩部位，由于其坝底岩性上为细砂土，下为碎石土，且上部粗细颗粒的不均匀系数Cu>5；界限粒径df=0.19mm,查土粒累计曲线得：
细颗粒含量为40%左右，与界限值35%接近，故可能发生的渗透形式为流土或管涌。
而对于阶地部位，由于其坝底岩性上为粉质粘土，下为中砂土，且上部粘土粗细颗粒的不均匀系数Cu>5；界限粒径df==0.20mm,查土粒累计曲线得：
细颗粒含量为20%左右，小于界限值35%，故可能发生的渗透形式为管涌。
临界水力梯度计算：
由扎马林公式：
Jc=（ρs—1）（1—n）+0.5n得：
则各种土体的临界水力梯度分别为：
河槽碎石土：
Jc=（ρs—1）（1—n）=（2.75—1）*（1—34%）+0.5n=1.325；
河漫滩细砂土：
Jc=（ρs—1）（1—n）=（2.65—1）*（1—38%）+0.5n=1.213；
阶地粉质粘土：
Jc=（ρs—1）（1—n）=（2.44—1）*（1—40%）+0.5n=1.064;
由于要求安全系数Kc=2;故各土体的容许水力梯度Jy=Jc/Kc;
得：
河槽碎石土：
Jc=Jc/Kc=1.325/2=0.66；
河漫滩细砂土：
Jc=Jc/Kc=1.213=0.60；
阶地粉质粘土：
Jc=Jc/Kc=1.064=0.53;
而各地段的实际水力梯度有计算公式：
JB=（H1—H2）／（2T1+2b*
）
（此公式是针对边界条件和地质结构都比较简单的双层结构地基），而对于本例中河槽部位坝基处的单层结构地基，可近似用达西公式JB=（H1—H2）／L；
河槽部位：
由公式JB=（H1—H2）／L：
JB=（132-102）/220=0.14;
河漫滩部位：
由JB=（H1—H2）／（2T1+2b
）；带入数据得JB=30/（4+25.4）=1.18
阶地部位：
由JB=（H1—H2）／（2T1+2b
）；带入数据得JB=27/（10+3.95）=1.9
结论：
比较各部位的容许水力梯度Jc和实际水力梯度JB以及综合考虑上述可能发生的变形形式可得：
在河槽坝基部位Jc
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