城市生态环境问题5章.pptx

北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室第五章 交通线路建设的环境地质问题 北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室51 概述 国内外修筑铁路或公路等交通线造成山体的崩滑现象，已屡见不鲜。例如，我国的宝成线、宝天线、鹰夏线等都是有名的“病害”线。国外在这方面的报道则更多，如 1986年6月 21日哥伦比亚西南部一段山间公路发生大滑坡，致使几十辆汽车被大量土石方吞没。长期以来，诸如此类崩滑现象不仅严重地妨碍甚至中断交通，更严重的是破坏了地质环境，形成带状工程地质环境恶化区。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室最近3年（19971999），我国用于交通建设的投资每年以超过20的幅度增长，在今后一段时间内，还将以此幅度或更大的幅度增长。因此，在建或即将上马的交通建设工程量将是巨大的，由此引起对地质环境的破坏作用，及其诱发环境地质问题也将日益增多，必须引起我们的注意和重视。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室在此要强调一点的是，这里所指的交通建设仅指铁路和公路。因此，它是一种典型的表层线形建筑物，往往要穿越许多地质环境条件极不相同的地区，会遇到许许多多不同的环境地质问题。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室例如，我国交通大动脉之一的京九铁路，沿线的主要环境地质问题有：黄河下游、长江中游洪水的威胁。黄河下游淤积严重，致使河床不断抬高；近年来，长江水位居高不下，加上京九线地处长江中游，上游带来的泥沙沉积，造成河床变浅，江西九江段去冬今春己出现多处江堤崩塌事故，这些都对京九铁路的安全构成隐患；北部平原区土地沙漠化的环境地质问题。特别是开封一兰考一商丘、任丘一河间一带最为严重。南部山区滑坡、崩塌及泥石流等自然地质灾害。南部山区一方面地形起伏大，沟谷纵横，山坡陡峻，为重力作用提供了有利条件，再加上乱砍乱伐、陡坡开荒造成水土流失，致使南部山区滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害经常发生，京九铁路沿线必须加强对这些灾害的预防。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室 交通工程环境地质学，就是研究交通线路环境地质问题的学科。对交通线路通过地带（段）的地质环境条件和环境地质问题形成机制的研究，为交通线路的勘测设计和施工提供科学依据和技术指导，以正确处理工程建筑与地质环境之间的关系，充分利用有利因素，避免或改进不利因素，使修建的交通线路能更好地实现多快好省的要求，并达到合理利用和保护交通线路地质环境的目的。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室52 影响交通线路建设的地质环境条件 我国地域辽阔，自然条件复杂，在交通建设中常常遇到各式各样的自然条件和环境地质问题，如康藏公路、青藏公路、天山公路等长大干线，都以地质条件复杂著称于世。必须具有一定的环境地质学的科学理论，才能正确处理交通建设与自然地质条件的相互关系。影响交通工程的地质环境，在环境地质调查研究的不同阶段或因工程类型的不同，可能有所侧重，但其基本内容不外乎以下几方面：北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（1）地形地貌 地形地貌的主要调查研究内容有：地形地貌的类型、成因、特征及其发展过程，地形地貌与岩性、构造等地质因素的关系，地形地貌与工程地质条件的关系及其对路线选择和路基工程的影响等。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室地形地貌条件与交通工程建设有着密切的关系。交通工程是建筑在地表的线型建筑物，常常穿越不同的地貌单元，在交通线路的勘测设计、桥隧位置选择等方面，经常会遇到不同的地形地貌问题，从而在宏观上决定了地质环境的主要类型，控制交通线路地质作用的种类和强度，制约环境地质问题的类型和严重程度，因此，地形地貌条件便成为评价交通工程地质条件的重要内容之一。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室从路线角度来讲，山坡稳定性高，坡度平缓，对布设线路无疑是有利的。特别对越岭线的展线山坡，坡度平缓不仅便于展线回头，而且可以拉大上下线间的水平距离，既有利于路基稳定，又可减少施工时的干扰。但平缓山坡，特别是在山坡的一些拗洼部位，通常有厚度较大的坡积物和其它重力堆积物分布，再加上坡面径流容易在此汇聚，一旦这些堆积物与下伏基岩的接触面因开挖而被揭露后，遇到不良水文情况，很容易引起堆积物沿基岩顶面发生滑动。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（2）地层岩性 地层的层序、厚度、年代、成因及其分布，岩石的种类、性质、风化破碎程度及风化层厚度，岩土体的类别与工程性质等，决定着具体的环境地质问题的种类和性质，是重要的物质基础条件。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（3）地质构造 断裂和格皱的位置、构造线的走向、产状等形态特征和地质力学特征，岩层的产状及其接触关系，软弱结构面的发育情况及其与交通线路的关系等，为交通线路的环境地质作用提供动力基础和控制条件，制约环境地质问题的性质和发展方向。大量的工程实践表明，无论是边坡岩体的破坏，地基岩体的滑移，还是隧洞岩体的塌落等，大多是沿着岩体中软弱结构面发生的。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（4）水文地质条件 水本身是一种重要资源和最活跃的地质环境因素，又是最易受人为活动影响的对象，经常成为环境地质问题最重要的激发因素。因此，必须详细调查研究地下水的类型、水位、赋存状态及其分布，地表水体的水位、流量、流向、流速、洪水位等情况。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（5）第四纪地质 包括第四纪沉积物的成因类型、土的工程地质分类及其空间变化规律，土力学性质，特殊土体的研究与评价。这些都是交通线路工程建设，特别是路基、路面稳定性的重要因素。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（6）气候条件 气候条件常直接影响水文地质条件、岩性，并间接影响地貌条件等，是不可轻视的地质环境因素。常常影响环境地质问题的性质、类型、发展方向和程度。位于布隆迪西南部的布尼公路，竣土后一年内沥青路面全部破坏的原因之一，就是施工期间正是雨季，致使路基清坡不认真，基础没有处理好。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（7）不良地质现象 各种不良地质现象和特殊地质问题，如滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、风沙。沼泽、软土和多年冻土区等，它们会给交通线路的合理布局、工程设计和施工带来困难，对建筑物的稳定和正常使用造成危害。因此，对于它们的形成条件、分布范围、发育程度、分布规律及其对交通线路的影响要进行研究，以便采取措施，改善或克服其不利因素。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（8）地震作用 强烈地震不仅能毁坏路基、路面和桥梁，还能诱发滑坡、崩塌与泥石流，造成比地震本身还要严重的损失，如摧毁道路和桥梁、掩埋居民点。因此，在规划交通线路及其工程活动时，都必须考虑地震这样一个极其重要的环境地质因素，要根据沿线地震基本烈度的区划资料，结合岩性、构造、水文等条件，确定必须设防的烈度7度的界线，并在修建各种建筑物时，也要考虑可能最大的地震强度从而采取相应的防震措施。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（9）人类活动 人类在交通线路施工和营运中所进行的开挖、填筑、弃石堆积、车辆运行等活动，既是人类施加给地质环境的交通线路地质作用，也可看作是产生环境地质问题的因素，它既是破坏地质环境的最重要的因素，常处于主导地位或激发地位，又可是改善地质环境的因素，是可调控程度最高的因素，是环境地质调查研究的重要内容。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室5.3 交通线路建设的环境地质问题1.路堑边坡的稳定问题 在交通线路建设中，由于开挖路堑与平整路基，易崩滑的软弱岩层和断裂构造分布区地段在丰水年常常发生崩塌、滑坡，破坏原有边坡的稳定，产生交通线路的“病害”。如成昆铁路全线有183处滑坡，其中属于交通建设引起或复活的古滑坡有77处，占滑坡总数的42；另有泥石流沟141条，其中28条是由于工程建设引发的。另外，鹰夏线沿线由于路堑斜坡多属于风化强烈的花岗岩组成，也常在雨季产生崩滑流灾害。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室交通线路上的边坡稳定性问题，除取决于岩体结构外，独具特色的影响因素是：开挖路堑破坏了斜坡的自然稳定休止角，长期而反复的车辆振动和地下水或降雨的作用则促进了边坡的疲劳破坏。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室据不完全统计，目前全球为填筑铁路与公路路堤所用的土方量可与全球河流所堆积的物质量相当，由此可见陆上交通线，尤其是山区的交通线对山体稳定的破坏，主要是由于开挖路堑破坏了自然边坡的稳定条件：北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室破坏自然边坡稳定坡角，致使坡体应力场变化，产生新的剪应力与张应力，如重庆市施家梁滑坡与青草坝滑坡，就是因为修筑道路挖断坡脚岩层使上部岩体失去支撑而形成；北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室切断岩层各种软弱结构面而形成不利的楔体，常常形成崩塌密集带，如涪陵市环城公路，在自流井组与新田沟组粘土岩夹粉砂岩的地层内开掘，岩石节理裂隙发育，岩体破碎，引起十分普遍的崩滑现象；北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室在大气和水的作用下，开挖面岩石强度下降，开挖弃土与崩滑松散物质遇暴雨极易形成泥石流。如巫山长梁乡范家沟公路沿沟的一侧向外倾的砂泥岩斜坡开挖，形成崩滑体，遇暴雨常形成泥石流；北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室植被破坏，加快水土流失；弃土弃石加载，破坏平衡条件等;道路经过老滑坡体，潜在结构面在来往车辆的反复振动、暴雨、地震等外力作用下，可能导致老滑坡的复活，引起大规模的崩滑流事件。其特点是沿交通线成群出现，但成因相近，形成带状工程地质环境恶化区。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室山区交通线的边坡稳定，岩性是基础条件，各种性质结构面是控制因素，二者共同构成不同类型的岩体边坡。然而，在实际工作中，由不同性质岩体构成的边坡高度和坡度有很大差异。因此，在交通线的修筑中，正确确定边坡坡角、安全开挖高度，采取必要的防护措施，是保护工程地质环境的主要研究内容。最近由中国建筑工业出版社出版的工程地质手册（第三版）详细列出了“岩石边坡坡度与高度参考数值”，可供实际工作参考。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室对于重大开挖工程，因坡角值对经济效益的影响十分敏感，必须通过综合分析，采用工程地质类比法确定坡角。边坡安全高度的确定，一般可参照王促香的建议：完整与比较完整的硬质岩层的边坡，其垂直高度以不大于30m为宜；完整与比较完整的软质岩层，以不大于25m为宜；极软岩与土质边坡，以不大于20m为宜；当路堑与隧道工程造价相差不多时，应优先考虑隧洞方案。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室2路、桥地基的稳定问题 随着我国综合国力的增强，公路等级正在逐步提高，从而对路、桥地基勘察的要求也越来越高，地基稳定性的处理，直接影响公路的造价与安全度。这一问题也引起的各方面的重视。路、桥地基的稳定问题，关系到交通线路的路线选择。路线选择是由多种因素决定的，地质条件只是其中之一，但它是一个重要的因素，有时甚至是控制性因素。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室 路线选择方案有大方案与小方案之分，所谓大方案是指影响整体的路线方案，如越甲岭还是乙岭，沿丙河还是丁河，常属于路线基本走向的问题。而小方案是指部分性的线路方案，如走还口左边还是右边，沿河右岸还是左岸，一般属于线位方案。工程地质环境因素不仅影响小方案的选择，有时也影响大方案的选择。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（1）交通线路的路基一般应满足的要求 具有足够的整体稳定性。具有足够的强度。具有足够的水稳性。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（2）交通线路的路基勘测必须符合的条件 应查明沿线地层岩性、地质构造、水文地质条件和土力学性能。当线路通过1：2：5的斜坡地段时，还应查明上覆土体与基岩接触面的横向坡度和软弱结构面的分布规律。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室勘测点一般应沿线路中心布置，对高路堤、深路堑、斜坡地段和其它特殊地质条件地还应布置一定数量的横剖面，且每个剖面上勘测点不少于3个。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室进行岩土工程实验，并提供必要的物理力学指标。具体的路线方案的选择一般分为平原区与山岭区两种情况进行研究。山岭区一般是选择沿河线，还是越岭线的问题。平原区主要分一般地区和强震地区来分别考虑。路线选择中应具体注意的环境地质问题，这里就不详述。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室（3）桥位选择时要注意的环境地质问题 桥位应尽可能选在河道顺直、水流集中、河床稳定的地段，以保证桥梁在使用期间不受河流强烈冲刷的破坏或由于河流改道而失去作用。同时，应尽量避开有沙洲、急弯，主支流汇合的地段，而选择河漫滩较窄、没有河叉的地段。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室桥位应选择在岸坡稳定、地基条件良好、无严重不良地质现象的地段，以保证桥梁和引道的稳定并减低工程造价。通常桥位应选择在冲积层较薄、河底基岩坚硬完整的地段。在山区要特别注意两岸有无崩滑流等不良地质现象，若有，应仔细查明其规模、性质、稳定程度及其对桥梁的危害度。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室桥位应尽可能避开顺河方向及平行桥梁线轴线方向的大断裂，尤其不可在未胶结的断裂破碎带和有可能活动的断裂带上建桥。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室3隧道围岩的稳定问题 隧道工程引起的环境地质问题主要有疏干地下水和产生地表塌陷，尤其是隧道穿过强岩溶化岩层时。此外，隧道穿过破碎岩体时，还可能产生洞顶或洞壁坍塌。如中梁山铁路隧道和歌乐山公路隧道，都不同程度地疏干了上部岩层地下水，于地表产生数十处塌陷。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室青藏铁路的关角越岭隧道长达4006m，最大埋深520m，由于其地处强烈的晚近活动构造带内，在以地应力为主的各种因素作用下，路基和隧道出现了长期难以整治的“病害”，如拱顶裂缝、掉块、边墙裂缝、底板底鼓、路基中心线偏移与导坑缩径等等。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室隧道围岩系指隧道周围一定范围内，对隧道稳定性能产生影响的岩体。隧道穿越山岭时，破坏了原有的应力平衡，而在隧道围岩中产生新的应力和变形，这种应力以及松动岩层作用在衬砌上的压力称为山体压力。这种压力是评定隧道围岩稳定性的主要内容和隧道衬砌设计的主要依据。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室54 交通线路建设环境地质问题的预测和防治 交通工程建设过程一般分为：可行性研究、初步设计、施工和营运等阶段，因此，交通工程建设过程中，相应包括各阶段的环境地质调查研究内容，归纳起来主要有以下几个方面：北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室可行性研究（或称条件研究）阶段的环境地质论证，主要研究线路规划通过地带（段）的地质环境和社会经济条件以及开发建设要求，进行开发交通线路工程与地质环境间利、弊的全面系统分析，对交通建设来说，这一点并不重要。重要的是研究交通线路开发工程在不同地区的适宜性和可能产生的环境地质问题及其性质、规模和危害程度，预测社会、经济、环境效应，为通过区开发工程布局综合规划和专项工程布局规划的宏观决策服务；北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室初步设计阶段，主要对交通线路通过地区的环境地质因素和环境地质作用及问题进行全面的环境地质评价、预测，进行多方案对比研究，以投资省、问题少为前提条件，选择最优方案，并为交通线路通过地区的开发和地质环境保护改善工程布置设计，提供环境地质依据，建立它们之间的最优组合体系，充分发挥社会、经济、地质环境的最佳综合效益；北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室施工、营运阶段，主要根据施工、营运中所产生的环境地质问题，作进一步的研究，对现有道路工程的环境地质问题，应查明其发育分布特征及其规律，并对重要线路、典型问题进行深入研究，评价其危害度，同时针对环境地质问题的类型、规模、危害度的不同，制定切实可行的防治措施，以优化、完善开发、保护交通线路工程体系，并建立环境地质监测和管理体系。北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室北京大学空间信息工程实验室