什么叫地质改造
『壹』 论述地质作用是如何改造地球的
地球的内、外圈先后形成之后,整个地球的演化主要表现为内、外动力地质作用对地球进行的长期不断的改造。在整个地质历史中,内、外动力地质作用是始终不断地进行着,此起彼伏,时强时弱,一时期内动力地质作用强,另一时期又是外动力强,总的说来以内动力地质作用居于主导的支配地位。由于外动力地质作用对地表改造的趋势是削高真低,(风化、剥蚀、搬运、沉积、成岩),如无其它因素干扰,当高地削平,洼地满填之后,外动力地质作用将消失(无太大的高低起伏)。内动力地质作用(构造运动、岩浆活动、变质作用、地震作用)的发生一方面打破了地表趋平的趋势。产生新起伏,同时,控制了地表地形的分布。也就控制了各地表的外动力地质作用的类型。因此说:内动力地质作用居于主导的支配地位,内动力地质作用与外动力地质作用相互联系共同作用,朔造着地壳的特征。
1.地壳上升与剥蚀作用
一般说,地形越高,起伏越大的地区,剥蚀作用也越强烈。地壳上升越快,持续时间越长,地形越高。相邻地区地壳运动差异性越大,则地形起伏越大。地壳上升速度与剥蚀速度是控制地形高低的关键,当上升速度大于剥蚀速度时,地形愈来愈高,上升速度小于剥蚀速度时地形愈来愈低。此地壳上升运动与剥蚀作用有对立统一的关系。 2地壳下降与沉积作用地表上的低洼处是沉积作用的主要场所。沉积物的在低洼处堆积的趋势是将其填平,理论上说填平之后便不再沉积作用。要发生长期持续的沉积作用形成厚、大的沉积,必须伴随有地壳下降,只在沉积盆地内伴随有地壳下降,才能保证盆地的维持,沉积作用继续进行。地壳下降速度与沉积作用速度之间的相互关系是形成沉积岩类型及厚度的决定因素(并非所有下降快的地区,沉积厚度最大,与沉积物来源有关)。3壳长期稳定与准平原的形成地壳无明显的上升、下降,这时,长期外动力削高填低(河流为主的外动力)使山地变成缓坡状平原,称准平原。整个地球的演化主要就表现为内、外动力对地球的长期、永无休止的改造。
『贰』 地质建造
研究区地质建造由西昆仑复合造山带和塔里木盆地两部分组成,其间以库斯拉甫断裂为界,两者之间的明显差别在于沉积盆地演化、地壳运动强弱、岩浆活动、变质作用和褶皱变形程度等(图3-4~图3-7)。
图3-4 阿克陶县库斯拉甫乡卡拉吉尔嘎构造剖面图
图3-7 新疆阿克陶县库斯拉甫一带贯穿性构造剖面图(东段)
(一)塔里木陆块地质建造
塔里木陆块地质建造组成主要为台地型正常沉积碎屑岩和碳酸盐岩,岩浆活动极其微弱,变质程度极低,构造变形比较简单。研究区内仅有华力西期、印支期、燕山期、喜马拉雅期和挽近期地质建造。
挽近期松散建造 第四系 河流松散堆积层 80m
不整合
喜马拉雅期建造 上白垩统—古近系 红色碎屑岩、碳酸盐岩、膏盐
沉积盆地迁移
燕山期建造 侏罗系 下部黑色含煤碎屑岩,上部红色碎屑岩 3345.2m
不整合
印支期建造 三叠系 暗绿色基性脉岩(局部)
超动接触
华力西期建造 泥盆系—中二叠统 陆源碎屑岩-碳酸盐岩(含少量基性火山岩) 6458.36m
(未见底)
(二)西昆仑复合造山带地质建造
西昆仑复合造山带地质建造组成以海槽型浅变质陆源碎屑沉积为主体,岩浆活动强烈,有多期次岩浆活动和较明显区域变质作用,褶皱断裂构造极为发育。经历了晋宁-大堡期、兴凯期、加里东期、华力西期、印支期、燕山期、喜马拉雅期和挽近期地质事件改造。
喜马拉雅期建造 新近系 基性脉岩
超动接触
印支期建造 三叠系 花岗岩
超动接触
华力西期建造 二叠系 花岗岩
超动接触
石炭系 低绿片岩相变质陆源碎屑岩 1218.1m
不整合
加里东期建造 中-上寒武统—奥陶系 变质中-酸性侵入岩
超动接触
兴凯期建造 下寒武统 海槽型复理石碎屑岩、碳酸盐岩(夹硅质岩)>1794.6m
沉积不整合
上元古界 南华系—震旦系(上部)碳酸盐岩
(下部)陆源碎屑岩 >3475.7m
沉积不整合
晋宁期建造 下-中元古界 变质花岗质碎屑岩、变质花岗岩和混合岩
(未见底)
『叁』 什么事地质作用内、外力地质作用是怎样改造地球的
一、地质作用的概念
引起地壳组成物质,地壳构造,地表形态等不断的变化和形成的作用,通称地质作用。地质作用按照能量的来源不同分为内力作用和外力作用。
二、内力作用对地表形态的影响
内力作用主要表现为地壳运动、岩浆活动和变质作用,其中地壳运动和岩浆活动中的火山活动会影响地表形态。
1、火山活动对地表形态的影响:处于地下深处的岩浆,在巨大的压力作用下,有时候会沿着地壳的薄弱地带喷出地表。如果岩浆是沿着地壳的线状裂隙流出,往往形成宽广的玄武岩高原,如哥伦比亚高原。如果岩浆是沿着地壳的中央喷出口或管道喷出,往往会形成火山,如我国长白山的主峰。
2、地壳运动对地表形态的影响:按照地壳运动的方向和性质,可以将其分为水平运动和垂直运动。水平运动是指组成地壳的岩层沿平行于地球表面的方向运动。它使岩层发生水平位移和弯曲变形,常在地表形成绵长的断裂带和巨大的褶皱山脉。垂直运动是指组成地壳的岩层作垂直于地球表面方向的运动,即上升或下降运动。它使岩层发生大规模的隆起和凹陷,引起地势的起伏变化和海陆变迁。
总之,内力作用在地表形成大陆与洋底、山脉与盆地等,奠定了地表形态的基本格局,总的趋势是使地表变得高低不平。
三、外力作用对地表形态的影响
外力作用主要表现风化、侵蚀、搬运、堆积作用。
1、风化作用:在温度、水以及生物等的影响下,地表或接近地表的岩石经常发生崩解和破碎,形成许多大小不等的岩石碎块或砂粒,这种作用叫风化作用。风化作用产生的岩石碎块或砂粒堆积在原地,为其他外力作用创造了条件。
2、侵蚀作用:水、冰川、空气等在运动状态下也可以对地表岩石及其风化产物进行破坏,称为侵蚀作用。侵蚀作用常使被侵蚀掉的物质离开原地,并在原地形成侵蚀地貌。在岩石海岸,波浪不断地击打、侵蚀岩壁,使其后退,常形成陡崖。在高纬或高山地区,冰川在运动过程中不断地侵蚀底部岩石和侧面岩壁,往往形成冰斗和角峰。
3、搬运作用:风化或侵蚀作用的产物在风、流水、冰川等的搬运作用下,可以从一个地方移动到另一个地方。搬运作用为堆积地貌的发育输送了大量物质。
4、堆积作用:在搬运过程中,如果外力减弱或遇到障碍物,被搬运的物质堆积下来,形成堆积地貌。在沙质海岸,波浪在向海流动的过程中,由于速度逐渐减慢,会将大量的沙子堆积在海岸地带,形成沙滩。在沙漠地区,在风向比较固定的风力作用下,沙粒往往堆积形成状似新月的沙丘,叫新月形沙丘。
总之,外力通过风化、侵蚀作用不断地对地表形态进行破坏,并把破坏了的物质从高处搬运到低处堆积起来,总的趋势是使地表起伏状况趋向于平缓。
『肆』 什么叫地质条件它包括哪些方面
地质条件与以下几个方面有关:
1)岩土类型 岩、土体。
2)地质构造
3)地形地貌
4)水文地质条件 地下水活动
『伍』 地质作用是如何改造地球的
是通过地球的内部运动,来使地心岩浆上升到地表冷却变成岩石或者新的陆地,而地球内部运动则是靠磁场和运行周期还有外星原因导致的
『陆』 地质变化,地质迁移的意思是什么
地质变化是指地球本身由于受到某种能量(外力、内力、人为)的作用,从而引起专地壳组成物质、地壳属构造、地表形态等不断的变化与改造的过程。
地质迁移指地质循环,在地球历史的长河中,各种物理、化学和生物化学过程创造、维持与毁灭了地球表层的物质。人类出现以后,这些产生了人类赖以生存物质的过程又不断地产生新的物质。总体上,这些过程被统称为地质循环,实际上它是由多个次循环组成,构造循环(也称构造旋回)和水文循环就是其中两个重要的次循环。
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『柒』 地质改造原理
过去人们对支护、支挡比较熟悉,而对地质改造不大熟悉。什么是地质改造?上面基本上已经讲清楚了。这里还有一个问题就是改造什么和怎么改造,也就是地质改造目的和技术问题。改造目的有两个层次,第一层次是地质改造解决什么问题,第二个层次是改造对象和内容。下面以具体工程为例来说明这个问题,首先我们以地下工程为例来分析,地下工程建筑是通过开挖建成可供应用的各种隧道、地下工作空间、地下采掘系统等。为了便于开挖,我们常常采用爆破手段对地质体进行松动,也就是对地质体强度进行弱化处理;为了使建成的地下工程坚固耐用,洞体一般是在自重和环境因素作用下是稳定的,对不稳定部分要采取技术措施进行处理。提高其自稳能力,达到洞体稳定的目的。何谓洞体稳定?在力学上来讲是有明确定义的。在“地应力与地质工程”部分内曾经谈过,洞壁岩体稳定性系数K,对脆性岩体来说,为:
地质工程学原理
式中:σr为作用于洞壁上的切向力;σ1 为作用于洞壁上的径向力;σc为岩体抗压强度。
式(10-1)表明,洞体稳定性首先决定于洞壁稳定性,而洞壁稳定性则控制于洞壁岩体强度和受力状态,即作用于洞壁上的切向力和径向力。要提高洞体稳定性,显然,有两项技术可以采用,即提高洞壁岩体强度和缩小作用于洞壁上的应力差。前者称为岩体强化处理,后者称为应力改造处理。具体来说,可以通过提高岩体材料强度,提高岩体结构强度或提高作用于洞壁上的径向力来提高洞体稳定性;还可以通过切缝的办法、钻孔的办法降低洞壁围岩刚度,使洞壁岩体变形增大,使洞壁围岩内应力向里转移,降低洞壁表层切向力,提高洞室稳定性。这个例子说明,地质体改造的第一层目的是提高洞体稳定性,其第二层目的是强化或弱化地质体,针对地质体内薄弱环节,采取不同的技术措施,提高洞体稳定性。边坡、坝基等地质工程中同样是如此。可是过去的做法是,对灌浆技术比较熟悉的,到处采用灌浆;对锚固技术比较熟悉的,到处都采用锚固;对支挡技术比较熟悉的则到处采用支挡。这样做的结果很多情况下问题并没有解决,原因在于没有做到对症下药。实际上地质体的破坏是由于地质体本身某一部分有缺陷或环境地应力太大,或富含地下水而造成的。
下面以岩体为例进一步讨论地质体改造原理。从事岩体改造工作必须对岩体有一个明确的概念,前面曾给岩体下过明确定义。岩体的定义是“岩体是经受过变形、遭受过破坏由一定的岩石成分组成、具有一定的结构、赋存于一定的地质环境中的地质体”。岩体物质组成、岩体结构、环境因素这三个要素作为岩体的概念是缺一不可的。不论是进行岩体力学分析,还是进行岩体改造,都要针对这三个部分做工作。在作具体工程的岩体改造时首先必须分析破坏原因,选择改造对象,即要明确改造对象是岩体成分,还是岩体结构或者是赋存环境因素。只有明确了改造对象才能做到对症下药。对多年实际经验进行总结,整理成表10-1所示的岩体改造原理,它可以帮助我们考虑如何开展岩体改造工作。
表10-1 岩体改造原理
表中第一、第二栏列出了改造对象和改造目的,第三、四栏列出了改造原则和改造技术。改造对象可归纳成三部分,即岩体材料、岩体结构和环境条件。改造的工程目的可归纳为两类,即为了增加地质工程稳定性而做得对岩体进行强化处理和为了降低岩体强度而做得对岩体进行弱化处理。改造原则和改造技术是根据改造对象的特点,改造目的的要求而建立的。
『捌』 什么是地质工程
地质工程来Geological Engineering 。工程地质学是源研究人类的工程活动与地质环境的相互作用,以便认识评价,改造和保护地质环境。是地质学的一个分支。是一门研究与工程建设有关的地质问题的专门学科。 研究对象是工程地质条件和工程地质问题。工程地质条件是工程地质环境各个要素的总和。包括: (1)岩土类型及其工程地质性质(2)地形地貌条件(3)地质结构与地应力(4)水文地质条件(5)物理地质现象(6)天然建筑材料 。
『玖』 地质体赋存环境条件改造
地质环境改造主要指的是改造地质工程中的地应力和地下水条件。地下水条件改造主要指地面防渗和地下水疏干,这是地质工程中防治地质灾害的老问题,但近年来又有了发展,如为了提高岩体强度,大力降低地质体中含水量,而出现了负压抽水技术。这一技术在边坡加固和竖井施工中,愈来愈多地发挥作用。这方面的技术比较成熟,而经验也比较多,故在这里不再详谈了。下面主要谈谈地应力改造技术问题。
地应力改造的基本原理可以用图10-6说明。图中斜线是代表岩体强度,图中大莫尔圆是地质工程开挖后形成的应力状态σ1 及σ3。我们知道当莫尔圆位于地质体强度曲线下面时,则地质工程处于稳定状态,当莫尔圆超出地质体强度曲线时,地质工程就处于不稳定状态。为了保持地质工程稳定性,就是将地应力加以改造,使莫尔圆变小,使之位于地质体强度曲线下面,变不稳定地质体为稳定的地质体,提高地质工程稳定性。解决的办法有提高σ3 和降低σ1。图10-6中a为提高σ3 后得到的莫尔圆,它位于地质体强度曲线下面,在改造后的应力条件下,地质工程显然是处于稳定状态;图10-6中b为降低σ1 后形成新的应力状态的莫尔圆,它也位于地质体强度曲线下面,经过地应力改造后,地质工程也处于稳定状态,达到了地应力改造的目的。
图10-6 地应力改造原理
地应力改造也有强化和弱化两种。为了强化地质体而进行的地应力改造有三套方法。
图10-7 提高作用于地质体上围限应力的技术措施
第一套即增加σ3,应力转移及维持初始应力状态。提高σ3 是改善地质体强度、提高地质工程稳定性的常用方法之一。为了提高σ3,通常采用的技术有支护和锚固两种(图10-7)。从理论上来讲支护是可以提高σ3,但是很难做到支护结构与地质体构成紧密接触,故在实际工作中支护往往发挥不了提高σ3的作用。这里经常存在着假象,这种假象使地质工程中常常存在地质灾害的隐患,故这种方法提高σ3 不如用锚固的办法来得更可靠。为了改进这一缺点,可以采取对衬砌与地质体接触面间灌浆的办法进行补救。用锚固技术提高σ3 一种是砂浆锚杆,另一种是用预应力锚索。预埋锚杆是提高σ3的很好办法,近年来愈来愈受到重视。从概念上讲,预应力锚索是提高σ3的最好办法,它可以根据设计施加所需要的围限应力σ3,可以实现人工控制。
第二套办法为应力转移法。这个方法在地下工程建筑中可以发挥极大的作用。在高地应力地区地下工程破坏的主要方式为洞壁岩体切向应力过大引起洞壁破坏,我们可以采用减弱洞壁围岩刚度或增加洞壁围岩内部刚度的办法使洞壁处切应力向洞壁围岩内部转移,减少洞壁围岩表部的切向应力,也就是减少洞壁围岩表层内应力差,提高洞壁围岩稳定性。这两套技术愈来愈受到重视,现在已经形成了切缝和钻孔两种减弱洞壁围岩刚度的办法(图10-8),通过切缝或钻孔可以使洞壁围岩表部切向应力大大降低,而洞壁围岩表部降低的应力转移到围岩内部,围岩内部应力大大提高了。图10-9为切缝后应力变化的计算结果,计算结果表明,原型时洞壁切向应力集中系数为2.36~2.5,切缝后应力集中系数降低为0.25~0.35,效果十分明显。切缝技术仅适用于完整结构岩体,对碎裂结构岩体来说可能引起洞壁岩体连锁破坏,而钻孔技术则是对完整结构岩体和碎裂结构岩体都适用。钻孔改造应力技术的技术参数设计是一个很复杂的问题。
图10-8 洞壁切缝或钻孔使洞壁围岩内切向应力向围岩内部转移示意图
(a)洞壁切缝;(b)洞壁钻孔
图10-9 切缝后洞壁切向应力变化
图10-10 用硬包囊转移洞壁应力模型
关于提高围岩内部变形刚度使围岩内应力向里转移的办法,现在仅仅是从原理上提出了一个技术方案,就是向地质体内部注射浆液在地质体内部形成硬包囊,提高地质体内部的刚度,使应力向内转移(图10-10)。这在目前来说还没有实践经验,在技术上、经济上可行性如何还有待于探讨。
第三套办法实际上是维持初始应力状态的办法。如图10-11所示,这个办法实际上是在未开挖之前在开挖线里面预埋上锚杆,当预埋锚杆外面的地质体被开挖时,预埋锚杆限制地质体卸荷回弹,这就等于预埋锚杆对地质体施加一个围限应力σ3,实际上这是维持初始应力状态的一种办法。因为锚杆存在着弹性变形,所以预埋锚杆不能100%地维持初始应力状态,经过预埋锚杆处理后的地质体内部的应力状态要比初始状态略低一些。这个方法在地质体改造中有很多用处,它可以用于限制高地应力地区坝基清基岩体开裂(图10-12)、提高边坡陡度(图10-13)、限制地下洞室收敛变形等。
图10-11 预埋锚杆维持初始地应力原理
a—开挖前预埋锚杆;b—开挖后预埋锚杆作用原理
图10-12 用预应力锚杆限止高地应力地区坝基清基引起岩体开裂
图10-13 用预埋锚杆减少边坡开挖
a—原开挖方案;b—用预埋锚杆处理边坡方案
上面谈了地质体改造的一般原理和技术,在具体地质工程中究竟采用什么方法和技术,应根据具体情况而定。有时采取对岩体材料、岩体结构改造为宜,有时采取对环境应力条件改造为宜,究竟采用哪一种办法,将取决于技术可能性和经济合理性。下面以地下工程为例再作些进一步的说明。
地下工程的破坏有的受岩体材料控制,有的是受岩体结构控制,有的是受环境应力控制。随此,防治地下工程破坏的技术措施有时采用岩体材料改造,有时采用岩体结构改造,有时采用环境应力改造技术。当地下洞室组成岩体为块裂结构岩体和板裂结构岩体时,为了保证地下洞室稳定性,首先应采取岩体结构改造技术对岩体结构进行改造。对块裂结构岩体和板裂结构岩体的岩体结构的改造技术前面已经说过了,在此不再重复。如果岩体属于完整结构和碎裂结构岩体时,首先应考虑采用地应力改造技术,局部地方可以考虑进行岩体结构改造。可用于地下洞室地质改造技术方案,一般来说,有如下一些。
(1)支护:支护作用是提高σ3,它系借助于限制洞壁围岩开挖回弹变形形成σ3,对洞壁围岩施加σ3。
(2)喷射混凝土:它的作用是愈合洞壁表层围岩岩体裂缝,增加洞壁围岩表层抗拉强度,它属于一种柔性结构,允许洞壁围岩产生一定量变形。
(3)锚固支撑环:它是由短锚杆构成的加固环,锚杆本身可以对洞壁围岩施加σ3,而锚固体形成的支撑环对其里面的地质体又施加有附加的σ3,这种技术对完整结构岩体和碎裂结构岩体都比较适用。
(4)预应力锚索:这种技术一方面具有对围岩施加人工可控制的σ3的作用,特别是对分割岩体的结构面施加σ3 最为有效,也对分离块体具有牵引作用,它常用于块裂结构岩体的加固处理。
(5)预埋锚杆维持初始应力技术:它可用于掌子面前方超前加固,因为施工比较麻烦,故不常用,而在边坡工程中采用维持初始地应力状态,提高边坡角时会用到。
(6)卸载环:这是近年来兴起的改变地下洞室稳定性的一项技术。可用切缝法和钻孔法降低洞壁围岩刚度,使洞壁处最大切向力向岩体内部转移,减少洞壁围岩表层主应力表差,即减小(σ1-σ3),提高洞壁稳定性。
这些技术究竟选用哪一种,在设计时应进行技术经济论证。
高地应力地区地质工程问题除地下工程外,还有许多问题,如坝基问题、边坡问题等。高地应力地区坝基承载力一般问题不大,而在坝基开挖清基的时候常常遇到一个麻烦。如1978年河南省正在施工的金刚台坝址,坝基由花岗岩组成,清基时清掉一层就又开裂一层,自动剥皮。这是高地应力作用的结果,当时没有更好的解决办法,只是建议他们不要再挖了,立即回浇混凝土,把它压住,然后在坝基内进行固结灌浆处理。以现在的技术处理的话,看来采用预埋锚杆的办法来防止它的开裂是比较好的。又如二滩电站坝基的地应力很高,将来坝基开挖过程中很可能也出现金刚台现象。我们建议用预埋锚杆办法解决。如图10-12所示,在坝基开挖前,在开挖深度线以下预埋上砂浆锚杆,在开挖后岩体产生回弹,使锚杆内产生拉应力,这样就可以防止剥裂发生。锚杆设计要求必须保证锚杆的抗拉能力大于岩体的回弹力,这就要求合理地给出锚杆的直径、间距、长度。我们国家许多地区都是高地应力地区,西南地区高山峡谷中修建电站肯定要出现这个问题。剥裂的深度与坝基尺寸有关。坝基越宽剥裂的深度越大,预埋锚杆的深度必须超过剥裂带的厚度。
在高地应力地区开挖边坡时也会遇到一些特殊问题,如金川露天矿曾产生巨大的倾倒变形,主要是开挖卸荷使板裂岩体内部产生松弛变形引起的。过去只把倾倒变形的原因归结于岩体结构,这是对的,但这不是全部。产生倾倒变形还有一个原因,这就是开挖卸荷,卸掉水平向支撑的地应力,板裂岩体很容易产生向外错动变形,反倾向边坡就表现为倾倒变形。可以利用预埋锚杆进行防治。预埋锚杆的办法实际上是维持开挖前的地应力状态的一种办法,利用这种办法我们可以防止由于开挖引起地应力的变化而导致岩体破坏,保持岩体稳定。利用这个原理我们曾对漫湾电站溢洪道边坡提出过这种建议,该边坡原设计选定为40°边坡角,边坡开挖高度达120m,我们到现场看了以后,建议用预埋锚杆的办法处理,将边坡角放陡到80°,因为有一组倾向边坡外的节理的倾角为80°,这样边坡高度就变为如图10-13所示的30m左右了。这样,作第一大大地减少了挖方量;第二减少了对环境的破坏;第三也减少了后期的维护工作,事实证明这是很经济的一个办法。
地质改造是正在兴起的一项技术,地质工程建筑愈来愈离不开这项技术,我们可以借助这项技术,实现在复杂的地质条件下的地质工程建筑,这是十分值得倡导和推广的一项技术。
『拾』 地质体改造原理
过去人们对支护、支挡比较熟悉,而对地质体改造不大熟悉。什么是地质体改造?上面基本上已经讲清楚了。这里还有一个问题就是改造什么和怎么改造,也就是地质体改造目的和技术问题。改造目的有两个层次,第一层次是地质体改造解决什么问题,第二个层次是改造对象和内容。下面以具体工程为例来说明这个问题,首先我们以地下工程为例来分析,地下工程建筑是通过开挖建成可供应用的各种隧道、地下工作空间、地下采掘系统等。为了便于开挖,我们常常采用爆破手段对地质体进行松动,也就是对地质体强度进行弱化处理;为了使建成的地下工程坚固耐用,洞体一般是在自重和环境因素作用下是稳定的,对不稳定部分要采取技术措施进行处理。提高其自稳能力,达到洞体稳定的目的。何谓洞体稳定?在力学上来讲是有明确定义的。在“地应力与地质工程”部分内曾经谈过,洞壁岩体稳定性系数K,对脆性岩体来说,为:
地质工程学原理
式中:σr为作用于洞壁上的切向力;σ1为作用于洞壁上的径向力;σc为岩体抗压强度。
式(10-1)表明,洞体稳定性首先决定于洞壁稳定性,而洞壁稳定性则控制于洞壁岩体强度和受力状态,即作用于洞壁上的切向力和径向力。要提高洞体稳定性,显然,有两项技术可以采用,即提高洞壁岩体强度和缩小作用于洞壁上的应力差。前者称为岩体强化处理,后者称为应力改造处理。具体来说,可以通过提高岩体材料强度,提高岩体结构强度或提高作用于洞壁上的径向力来提高洞体稳定性;还可以通过切缝的办法、钻孔的办法降低洞壁围岩刚度,使洞壁岩体变形增大,使洞壁围岩内应力向里转移,降低洞壁表层切向力,提高洞室稳定性。这个例子说明,地质体改造的第一层目的是提高洞体稳定性,其第二层目的是强化或弱化地质体,针对地质体内薄弱环节,采取不同的技术措施,提高洞体稳定性。边坡、坝基等地质工程中同样是如此。可是过去的做法是,对灌浆技术比较熟悉的,到处采用灌浆;对锚固技术比较熟悉的,到处都采用锚固;对支挡技术比较熟悉的则到处采用支挡。这样做的结果很多情况下问题并没有解决,原因在于没有做到对症下药。实际上地质体的破坏是由于地质体本身某一部分有缺陷或环境地应力太大,或富含地下水而造成的。
下面以岩体为例进一步讨论地质体改造原理。从事岩体改造工作必须对岩体有一个明确的概念,前面曾给岩体下过明确定义。岩体的定义是“岩体是经受过变形、遭受过破坏由一定的岩体成分组成、具有一定的结构、赋存于一定的地质环境中的地质体”。岩体物质组成、岩体结构、环境因素这三个要素作为岩体的概念是缺一不可的。不论是进行岩体力学分析,还是进行岩体改造,都要针对这三个部分做工作。在作具体工程的岩体改造时首先必须分析破坏原因,选择改造对象,即要明确改造对象是岩体成分,还是岩体结构或者是赋存环境因素。只有明确了改造对象才能做到对症下药。对多年实际经验进行总结,整理成表10-1所示的岩体改造原理,它可以帮助我们考虑如何开展岩体改造工作。
表10-1 岩体改造原理
表中第一、第二栏列出了改造对象和改造目的,第三、四栏列出了改造原则和改造技术。改造对象可归纳成三部分,即岩体材料、岩体结构和环境条件。改造的工程目的可归纳为两类,即为了增加地质工程稳定性而做的对岩体进行强化处理和为了降低岩体强度而做的对岩体进行弱化处理。改造原则和改造技术是根据改造对象的特点,改造目的的要求而建立的。