岩土工程地质环境质量评价的系统模型.doc

岩土工程地质环境质量评价的系统模型 岩土工程地质环境质量评价的系统模型 1. 引 言 随着我国经济建设的快速发展和城市化进程的加快,城市人口的急剧增长,交通与住房状况愈来愈拥挤,城市建设如高层建筑、交通工程、地下商城等大型工程建设项目逐年增多。由于济南市工程环境特殊性和复杂的地质条件,在工程建设过程中经常引起或诱发基坑失稳明挖、地面沉降、岩溶塌陷、地下水水位下降、边坡失稳等环境岩土工程问题,不仅严重影响工程建设和周围建筑物环境安全,而且给国家造成重大经济损失。因此,加强城市工程地质环境质量评价对于城市建设和保证其经济可持续发展是十分必要的。本文以济南市区为例,运用神经网络方法对工程地质环境质量评价和分区,为济南市的经济可持续发展和城市建设提供科学依据[1,4]。 2. 济南市区岩土地基工程地质环境条件 2.1 济南市区的地层岩性特征 济南市为华北型地层,华北地层区鲁西分区。市区出露地层有古生界寒武系凤山组厚层和中薄层灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩,奥陶系冶里亮甲山组中细晶白云岩夹竹叶状白云岩、含有燧石结核和燧石条带白云岩和角砾状白云岩,马家沟组泥晶灰岩、豹皮状灰岩夹多层角砾状灰岩。新生界第四系松散沉积物在区内广泛分布,主要分布在山前倾斜平原和北部黄河冲积。在山间盆地和山麓斜坡上也有小面积堆积。第四系地层的厚度变化较大,受新构造运动以及地貌单元的控制,自南向北西厚度在0225m之间。中生界为燕山期形成的一套侵入岩,表现为多期侵入,其岩性主要为中、基性辉长岩、闪长岩。分布在济南市北部。 根据目前济南市工程建筑地基实际情况以及与地质结构的关系,济南市的地层可以分为三种结构类型土体单元结构、岩土体双元结构和岩体单元结构。 2.1.1 土体单元结构 第四系地层厚度在20m以上的地区为土体单元结构。总体分布在沿牛家庄七里河大明湖火车站魏家庄以北的黄泛平原及山前冲洪积平原的北缘部分地区,其物质组成主要为黄河冲积物、山前冲洪积物及湖泽相沉积物,岩性主要为亚砂土、粉砂、亚粘土、淤泥质土和砂砾石。本类型地层结构复杂,作为建筑物地基,一般工程地质条件较复杂,需要根据不同岩性研究和评价。 2.1.2 岩土体双元结构 地面下20m以内为土体、以下为岩体组成双元结构。其分布沿牛家庄七里河大明湖火车站魏家庄以南包括山前冲洪积平原的南部至山间河谷平原地区,上部为第四系地层,厚度在20m以内，且分布不稳定,岩性主要为亚砂土、亚粘土、含泥砾黄土状土和砂砾石。下部为岩体,岩体的岩性主要为灰岩、辉长岩和闪长岩。作为建筑物地基,工程地质条件也较复杂,而且需视土体厚度及岩体岩性区别对待进行研究和评价。 2.1.3 岩体单元结构 区内由裸露基岩组成岩体单元结构,其地貌单元低山、丘陵、残丘。基岩可以直接作为建筑物地基。一般工程地质条件较好,适用于各类工程建筑。但是要注意岩体性质,特别是风化带厚度,需要具体分析和评价。 2.2 济南市区大地构造单元及断裂构造特征 济南位于鲁西隆起区东北边缘,紧靠济阳坳陷。区内地壳中生代燕山期强烈活动,形成了NNE、NNW和近EW方向的三组断裂,并造成地层倾斜和岩浆侵入活动形成的济南辉长岩体。新生代喜山运动初期,本区属隆起阶段,缺失老第三系。喜山运动后期,市区北部较南部沉降为快,因而在北部大面积内及南部的低洼处,接受了厚度不等的第四纪沉积。根据地震资料提供的地壳形变速率表明,济南市区北部属沉降区。市区主要发育有NNE、NW向断裂,如东梧断裂、港沟断裂、千佛山断裂、炒米店断裂、长清断裂等。 2.3 济南市区工程地质特征 济南市区基岩主要出露在南部和东南部的低山丘陵地段,向北逐渐隐伏于第四系覆盖层以下。基岩大致分为三种类型1坚硬厚层状石灰岩,灰、灰黑色,致密、性脆,大部分山体的基岩由其构成。2坚硬、半坚硬薄层状灰岩、泥灰岩和页岩,主要分布在山体的周围。泥质灰岩裂隙岩溶发育,般抗压强度101.6MPa。受火成岩影响蚀变为大理岩,绿泥石大理岩的允许承载力[R]600kPa。页岩;黄绿、紫红、灰黑及杂色,剪切节理发育,性脆、易碎,风化带厚度10m左右,风化后成小块或粉末状,极限抗压强度为1011MPa。3坚硬块状辉长岩、闪长岩,主要以岩床或岩脉的形式存在。另外,第四系松散层以下的隐伏岩体以小清河为界,南部为奥陶系灰岩,埋深020m,北部为燕山期侵入体闪长岩及辉长岩,埋深2030m。 第四系松散沉积物主要分布在市区北部和西北部以及山间盆地,根据其成因类型和结构特征,土体也分为三种类型1黄泛平原松软堆积,分布在沿黄河两岸的广大地区,土的类型为粉砂、粉土、粉质粘土、淤泥质土,地表为粉砂及粉土;2山前冲洪积平原及山区坡麓,主要岩性为粉质粘土、粉土、含泥砾石层;山前平原松散松软堆积,分布在中部;3山间谷地松散堆积,厚度差别大,从几米到十几米,具双元结构,上部为黄土状粉质粘土、粉土,下部为砂砾石层。土的物理力学性质。 2.4 济南市区水文地质特征 济南市区可分为三个明显的水文地质区,即黄河冲积平原孔隙水水文地质区、泰山背斜北翼岩溶水水文地质区、山前冲洪积平原孔隙水水文地质区。济南市区富含地下裂隙岩溶水和第四系孔隙水资源。 2.5 人类工程活动 济南市的工程活动根据工程的功能可分为城市多层空间开发、矿山开发、水能资源开发和交通工程建设四大类。尽管工程类型复杂多样,其对地质环境的影响与作用,都是通过岩土开挖、堆填扰动、水体调节扰动等,而引起地质环境系统的某些变异。它们对地质环境的依赖和对地质环境的影响表现出极高的敏感性。 3. 济南市区岩土工程地质环境质量评价的系统模型与优势指标 3.1 评价因素 工程地质环境质量评价系统是一个多层次、多因素的复杂系统。根据济南市区的实际自然地理环境、地质条件和工程建设情况以及已出现的环境岩土工程问题,结合该市未来发展趋势,济南市的工程 地质环境质量主要受地形地貌、岩土体特征、工程地质条件、水文地质条件、地质灾害与环境岩土体工程问题、人类工程活动等因素控制和影响。为此建立了济南市的工程地质环境质量评价的主要因素体系[3]。 3.2 评价指标 针对济南市的工程地质环境质量评价因素进行综合分析研究,建立相应评价指标,并进行量化赋值。评价指标的选取,直接关系到结果的好坏,这一工作既要体现各影响因素的成生关联性,更要突出各因素的差异性。因此,各评价因素取四级变化指标[2]。 1地貌单元指标。地貌单元分为低山区、丘陵区、平原区、河道带等 2地质灾害与环境岩土工程问题指标。主要包括滑坡灾害、崩塌灾害、泥石流灾害、地面沉降、地面岩溶塌陷、泉水枯竭、地下水环境恶化、土壤污染等。 3岩体特征指标。该指标包括地层形成时代、岩体结构、地层厚度、风化程度等分项指标。 4土体特征指标。该指标包括土体形成时代、硬塑土体砾石层、中粗砂、固结和超固结粘土、敏感土体粉细纱、淤泥质土、