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城市工程地质环境研究路线及综合评价方法 提 要 杜 东莉 西安地 质学院 本文根 据我 国城市 所处 的地 质环境 复杂性 ，提 出了 城市 工程 地质环 境研 究区域 半径 3 o o 1 【 1 n 地 区 半径1 O O k m ． 工程 场地 市 区范围 的 划纽研 究路 线显相 出 来用地壳 稳 定 性 地 面稳 定性 和地 基稳 定性 的分析 与评价 方法。 而域市 工 程地 质环境 可根 据地壳 、地 面和地基 稳定性 为指标 进行 综合 评 价 。在综 台评 价方法 上 ，本 文给出了 多级 模糊综 台砰判 的 方i 击。井 以寨 皇岛 市为侧 ，说明 了谤 研究路 线噩 评价方 法的 可行 性。 一 、城市工程地质环境划级研究的技术路线 城 市工程 地质 环 境研究 目前突 出有二 大特 点 其 一， 随 着 城 市规 模的 增大 ，卫 星城 镇和开 发 区 的 出 现 ，城 市交通 、供 水 、供 电等 网络 的嘭成 ，研 究所 要 求 范围更加广泛，具有明显的区域性；共二，随着城 市高层建筑、地下工程的大量出现及城市 土 地 的 紧 张 ，研究的内容更加广，研究的程度要求更加高，具 有明显的综合性 。它不仅仅是工程地质条件的评价， 而 且要 进行 可能 出现 的 工程 地质 作 用和灾 害预测 。所 以 ，它 是一 门综 合性 和 区域 性相 结 合的工程 地 质研究 工 作 。 我 国是 一 个多 地震 的 国家，绝 大 多数 的大 ， 中城 市 位于 震区 范围 内 。地 震 动 成 为 我国城 市 、工程 地 质 环境 最重 要的 影 响因素 。所 以 ，对 城市 工程 地质 环 境 研究 范围 应足 以 保证城 市工 程 建筑 安垒 稳 定 为 前 提。根据我国几大震区的烈度衰减规律，对震区城市 应以3 0 0 k - n 半径范围为宜，对非震区城 市可视具 体情 况，确定区域地壳稳定性研究范围。 我 国城 市分布按 共 自然 地理 条 件 可 分 为 滨 海 型 内陆河谷型和高原河备盆地型三大类 。由于各类 型 所处 地 质环 境的不 同，各 地 区工程 地质 作 用和灾 害 类 型 、强度 有 明显的 差 异性 。而 城 市工程 地质 环境 的 评 价 又必 须查 清城 市及 城 市附近 地 区范 围内可 能发 生 的各 种工 程地 质作 用给 城 市带 来的 危害 所 以，根 据 我 国 目前的城 市规 摸及 一般 工 程地 质灾 害影 响范围 ， 地面稳定性研究大体 以1 O O k m半径范围为宜。工程场 地除要 进行 医域地 壳稳 定 性和地 区 地面稳 定性 所要 研 究内容之外，还要咀场地地形条件、地质构造 岩土 休组台类型及工程特性、地下水条件等为 中心，进行 工 程 场地 的地 基 稳定 性评 价 。 笔者根据刘国昌教授数十年从事区域稳定工程地 质研 究 的基 本思 想 为基础 ， 以地 质构 造控 制 论 为 指 导 ，为 城 市工程 地 质环 境的研 究 ，首 先从 区域 地 壳稳 定 性地 质背 景研 究人 手 ，以 地 区内工 程 地质作 用和 灾 害规 律 性 为研究 内容 ， 后 落实 到对 市 区工程 场地 的 稳 定性 评价 上 。提 出 了城市 工程 地质 环境 研究 的 区域 半 径3 0 0 k n n 范 围 地 区 半径 1 O O k r n 范 围 、工 程 场 地 市区范 围 划 缓研究 路线 及相 应采 用 谭周地 教 授 提 出的 1 9 8 7 地壳 稳定 性 、地面 稳定 性和 地基 稳 定性的评价方法O。而城市工程地质环境 的 晕 后 评 价 ，应 根据 地壳 、 地面 和地 基稳 定程 度作 出综 台评 价 各 级研 究范 围 、相 应 采 用比例 尺 和研 究 目的 、评 价 项 目如 图 1 划级名 称 区 域 地 区 工 程场地 市区为中 以市 区为 中心 半 研究范 围 心半 径 3 0 0 市区蔸田 k m范 围 径 1 O O k m范围 采用比例尺 1 1 O D 万 I 5 0 万 I 5 万 研 宄城 市 研究 地区内 评价 市 区工 区域地壳稳 工程地质作用 程场地发生的 定性地 质背 盐 走害 规律性 ， 灾害 类型及强 研 究 目的 景，确 定区 预 测它们对市 度 ，研究岩 ， 域内潜 在震 区工程 场地地 土 体等对工 程 舔及参 数 面稳 定性 影响 建 筑安垒稳 定 的 响程 度 评 价 项 目 地 壳稳 定性 地 面稳 定性 地 基稳 定性 l 圉 1 城市工程地质环境研究路线墨评价框图 ●谭周地．城市工程地质环境质量评价与区 剐．水 文地质工程地质论丛 4 ，地质出版社．1 9 8 8 ． 一 3一 维普资讯 城市工程地质环境评价分级指标 相对稳定影响程度。地蕊稳定性哪指在城市所在的地 区 范 日内 ， 由于地 壳活动 厦 外力 作用 下，所 诱 发产生 城市 亡 程地质环境可以通过区域地壳稳定性、地的洛种工程地质作用对城市地面的相对稳 定 影 响 程 区地面稳定性和市区地基稳定性指标进行综合评价。 度。地基稳定性系指 市区工程场地内岩土体等对上部 地 壳稳 定 性系指 城 市所 在 区域范 围 内， 由于地 壳 建 筑安垒 稳定 的影 响程 度 。显然 ， 地壳 稳定 性是 以内 形 变 、地震 活动 及岩 浆活 动 等作 用下 ， 对城市 地壳 的 动 力为主 要影 响 因素 。地面 稳定 性 是以研 究 内 外 力 表 I 地 壳稳 定性 分级 与 单因素 评价 指标 稳 l s l ” ， { 』 f I 基车稳 定 l e l { ， ≤ s i 。 ． I 6 r u 平垣 ．皱 度 5 I 级 坚 硬 ≥5 0 0 0． 无侵 蚀性 场 地相对 高差4 l l l 平缓皱度 1 0 Ⅱ 绶 中 硬 0 ．2 5 - - 0 ． d 0 ． ～ D ． 1 5 拈侵蚀 性 场 地相对 高差2 m 地 形 复 杂，坡 度 Ⅲ 扭 中 软 2 7 0 -- 1 0 0 ． 一 D ． 6 0 ． 1 5 -- 0 ． 0 8 中 等侵蚀 1 0 2 0 ．场地 相对 高差 0 ．6 0 ． 0 8 强烈 侵蚀 相对 高差≥ 1 0 - r t 切 割 强 烈 按 规 范划 分为软 、中软 ，中 硬 、硬四 类， 坚硬场 地 土 指 的是 岩石 和 密实碎 石土 ，软 弱 场地 土为 松散砂 ，淤 泥 及淤 泥质 土 、新 近沉 积的 粘性 土及 回填 土 。介 于二 者 之 间为 中等场 地土 。 四 对城 市工程 地质 环境 综台 评 价 指 标 的 制 定 ，主 要 视城 市地 壳 、地面 和地 基稳 定性 具体情 况 。 对 某一具 体 城 市， 它仅 为相 对性 指标 ，能 优选 出市区 袭 4 城市工程地质环境综合评价指标 开发建 蹬适 宜压 稳定 级 优 等，良 好级 I、 I I 类 基 本稳 定～ Ⅱ类 肯条件要 求适宜 区 中 等级 次不稳 定收 开发建 设不适宜 区 不稳 定级 劣 等级 Ⅳ类 内 对开发 建 设的 工程地 质环 境优 劣 。本文 给 出了一股 性 评价指 标 仅作为 一 侧 。 兰 、城 市 工程 地质 环 境多缎 模 糊综 台评 价 城 市工程地 质 环境 是以 研究 区域地 质 环境大 系统 作为背量， 研究城市工程地质环境稳定性为目的a 影响城 市工程地质环境的因素是十分复杂的，而各因 素 划 分级 别的 指标 界线 又是相 当模糊 的。 因此， 对这 样的复杂大系统问题，用模糊数学的方法将舍得到更 合理 的解 决 。为 使 更 多的影响 因 素尽 可能前 参 与评 判 并 克 服 由于 因素繁 多培 权值 分配 带来 的困 难，本 文采 用 了两 毁摸 糊综台 评 争 的方 法， 对城 市工 程地质 环 境 进 行综 台评 判 。 一 两 级 模糊 综台评 判 摸型 见 图2 。 两 级模 糊 综合评 判 计算 模 型 一 级评 判 首先 将地 壳 稳定性 评 判选 一问 题定 义 为有限 论域 ，把 影 响地 壳稳定 性 的各 因素 作为 有 限 论 域 中的m个元 素，则 表示 为 “ 】 ，“ ，⋯ ⋯“ m 1 ， 2， ⋯ m 把 地 壳 稳定性 分 毁定 义为 评价 集 ，共 分四个 级 另 II ，则 表示 为 V VI ， V | V 3 t V| 将 论 蛾 U中每 个影 响 因素隶 属 的 函数定 义为 『 r 的 模 糊集 A，则 表示 为 -A [ I ， “} ⋯ “ ， ⋯ ⋯ ， z “ ] 其 中 ， z “ J 应 满足 0 ≤， ≤ 1 ，“ ， 0 它 表示 第 个影 响 因素 对评 价集 中不 同级 别 的 影 响程 度 ，称为 隶属 度 。它 可 由地 壳稳 定性 ， ’ 级 及单 因 素评 价指 标 表 1所 确 定的数 学 图形给 出 ，也可 由专 家根据 经验 给 出。 当某 一评 判地 点 确定后 ，按 影 响 该地 点的各 因素 的隶 属度 建 立模 糊 关系矩 阵 2 rI 3 r_ ‘、 l 二 二 J 矩阵 中，每 一行 表示 某一 因素 对不 同 稳定级 别的 影响 程 度 。如 表示 地 震括 动对 基本 稳定级 的 影响程 度 。仍个 影响 因素 ，矩阵 中共坍行 。 我们的 目的，是用 个影响困素 ，通过论域 u和 评 价 集 之 问 的模 糊关 系矩 阵 ，求 出评 判地 点的 稳 定 程 度 。她定 义模 糊向 量 ，表 示 为 维普资讯 o L ， 6 I ，6 ，6 ‘ 它表 示 评 判点 隶属 不 同级别 相 对数 值 。 为 区分 各 因素 对 地 壳 稳定 性的影 响重 要程 度， 定 义 为 权 函数 ，它 可 由专 家根据 经 验或 对 已知稳 定级 别地 区求逆确定 剿旦可由和曼模糊运算求出， 表示为 。 c ， z ⋯ m 眨 。 i 兰 至 ] 里模糊向量即为所求结果，按最大隶属度凛则 6值中 最大 者即 为评 判地 点的稳 定 级别 。 同理 ．对地面 、地基稳定性分别重复上述计算。 求 出评 判 地 点的地 面 、地 基 稳定毁 别 。 级评判 将城市工程地质环境评判这一问题 定义为有限论域 ，把地壳 、地面和地基稳定性作为 u中的 三个元 素 ，表 示为 “ ，“ ，“ j 定义评价集 ，共分三级， 为城市开发建设适 宜 级 、 有条件 要求 适 宜级 、n 不适 宜 级， 表示为 根据表 4指标，得到 与 间的模糊评价关系矩 阵月，表示为 三 通 过模 糊运 算 ，求 出模糊 向量 口， 印 按 最 大隶 属度 原则 ，得 到 该评 判地 点隶 属 中 的 四 、秦岛市工程地质环境多缎模糊 评 价结 果 秦 皇 岛市地 处 河北 省北 部 ， 市 区面 积为 3 8 3 ． 2 如 l ， 市辖悔 港 、北 戴 河 、山海 关三 区 。该 市位 于 华北强 震 区北部，东临郯庐地震带，南为张家 口一 渤 海 地 震 带 。历 史上 曾在 市 区周 围多次 发生 强震 波及 市区， 昂 一 6一 圈 3秦岛市工程地质环境多级摸糊综台评判成果雷 维普资讯 大强度为七度。原国家建委把该市列为垒国3 8 个重点 抗震防灾城 市之一 对谖市区域地壳稳定性研究范围 确定 为东 经 l 1 6 -- 1 2 3 。 、北 纬3 7 。 一 4 3 。 。通 过 对影响 区域 地亮 稳定性 的 各因 素研 究， 影响该 市地 壳稳 定性 的 毛要 因素 为地 震 活动 、断 裂活 动和地 壳形 变 。根据 潜 在 震源 的地 质标 志 ，在 区域 范围 内确定 出 ≥5 级 潜在震源区1 4 个。通过地震危险性分析 ，在给定5 0 年 超越概率为1 0 的条件下计算得到海港区平均场地 地面加 速 度 为 1 I 9 mG a ] 、烈 度 7 ． 3 4度 I北 戴 河 区 1 3 2 reG a l ，烈 度 7 ． 4 8 度 } 山 海 关 区 i 0 8 reGa l 、7 ． 2 I 度 区域 性的 昌黎一 潦南 活动 断 裂分支 从市 区东 南部 通 过 。第 四纪以 来 ，市 区地 壳总 趋势 北部 山区不断 抬 升 ，南 部平 原及 海域 遥级 下 降 ，地 壳 升 降 速 率 为 0 ． 1 2 5 mm／ a 。根 据地 壳彤 变 ．垢 动 断裂 ，地 震活 动及 地 震影 响场 ，本 市 地壳 应 属次不 稳定 级 。从 三 个区 地 壳稳定性比较，山海关区最好，海港 区居中．北戴河 较差。为反映选种差别，本次以医内有否 活 动 性 断 裂、地面峰值加速 度值为指标，分别赋值参与计算。 地 区地 面 稳定性 研 究范 围 为东径 i I 8 。 -- 1 2 1 ，北 纬a 9 。 一4 1 。 。地区内主要工程地质灾 害 为t断 裂 震 害 、砂 土液他 震 陷 ，地面 沉 降 、斜坡 破 坏和 现代海 岸 冲刷 。市 区附 近 的洋河 水 库及 市 区的石 河水 库 ，唐 山地震 时 虽遭 受 到一定 破 坏．但 坝体 完 好 ，经 受 了七 度 烈度 下破 坏 的考 验 ，一般 不 会对本 市 构成 危险 。 为评价市区工程场地的地面 、地基稳定性，本次 将市区捌分为l 1 k m的规 则网格作为计算基本单元 ． 对各单元 按上述计算方浩进行评判，按 最大隶属度原 表 s 舟 区 面 积 k in0 占垒市区 面积 ， 6 开发 建 设适直 区 1 9 4 1 ． 0 i 有 条件 要求适 宜区 1 2 I 3 3 ． 3 6 开 发建设 不适宜 区 9 3 2 5 ． 6 0 刚，将隶属度相同级别的圈定出来，日 口 得到市区地面 稳定分级图和地基稳定性分级区。通过二次评判，即 得 到 多级 模 糊综 合评 价成果 图 图3 。 开发建设适宜区地壳稳定性为次不稳定级 ，未 来百年内可能遭受到地震烈度为七度强．区内没有活 动性断裂。地形较平缓．主要为残积台地 岩士结构 为残积层、基岩双层结 构医。剪切波速值 一 般 大 于 5 o 0 n 具 有低压缩 高承载，有 良好的 工 程 抗 震 性能。在七度烈度下．一般场地地面不会发生形变或 破 坏 。地 下永 埋深一 般大 干6 m，无 侵 蚀性 有条件要求适宜区地壳为次不稳定级 、基本烈 度为七度强，匠内没有第四纪活动明显断裂。地形较 复 杂 ．主 要 为丘 陵匠 和扬 ，石 河河各 睦平 原地 带 。岩 土结构主要为多层结构的河谷堆积 。剪切 波 速 值 为 5 0 0 -- 2 7 0 ／ s 。地面 破坏 类型主 要 为斜坡破 坏 和 砂土 震动 液 化 。地下 水埋 探为 2 4 m， 部分 地区具 有碳 酸 型及 硫 酸型 侵 蚀。 开发建设不适宜医其中Ⅲ 区 主 要山地，地形 复 杂 、切 割强 烈 、 山峰 林 立。 Ⅲ。 区 为 海 湾第 四纪 断 陷盆地及海岸带，岩土结构为多层结构堆积区，岩性 复杂 ，主 要为 第 四纪沉 积物 。其 中 ，垒新 世海 相扮 细 砂层、泻湖淤泥层 、工回填土层为本区不良工程地 质 层 ，它 们大 部分具 有 高压 缩性 ，低 波速 ，是 本市 抗 震 性能 较差 的软 土层 第 四 系厚 度 局 部 可达 5 0 m。区 内有第四纪活动断层，由于松散层对地震 波 放 大 作 用 ，地 面加 速度 会 明显大 于其 它二 区 。 在 地 震 作 用 下 ，区 内会 出现 砂土 披化 ，地 面 沉陷 ，地 裂、斜 坡破 坏等。大量事实说明，秦皇岛海岸带目前正遭受到强 烈 冲刷 ，岸 线 向陆 地推 移 ，使 海滩 变 窄 ，坡 度变 陡 、 物质粗化 ，原海岸带一系列工程建筑受 到 冲 刷 而 破 坏。Ⅲ 区内，地下水埋深均小于2 m． 由于海水倒班． 地下水一般为高矿化度的氯化钠型水。 工程 地 质环 境 是城 市发展 规 模的 主要限 制性 因 素 之一 。本 区 总面 积 为 3 6 3 ． 2 k o a l 2 ，适 宜开 发建 设 和有 条件 要求 的 适宜 区面 积 2 7 0 ． 7 4 k m ， 刊 1 9 8 6 年底 本 市 已建 成面 积 为 5 3 ． 9 8 1 m 。所 以 ．本市 尚有 较 大 的开 发建设潜力。本市工程地质环境与我国北方渤海沿岸 城 市 天津、大连 、营口、烟 台等相 比，仍具有较 好的 工程 地质 稳定 环境 。 RES EARCH R0U’I t A ND C0M PRE HENSl VE VA Tr oN 』 OF URBAN ENGI NEERI NG q G ] E O L OGl CAL EN VI R0 NM ENT D u D ∞ u Ab t , -t I n a c c o r da n c e w； t h t h e o mpl e x l t y 。f ge o l o gi c a 1 e ov i r o nn e n r 0f c i t i e s ，t he i r r c e a r c h w0 pn p d t o b e c l a s s i f i e d c 。 b e ] o J , g c 0 d i f f e r e nt c a t e g or i s ， t ha t i 5 ，r e gi o n C 。 f t a dI 一3 0 m ，di s t , i c c of n d i u s l O O k ma n d e n g i n e e r i n g s i t e u r b a n a ” 一 l c r ，f 叶 hi c h nlet ho ds of di f f e r e n t c at e go r ies a u s e df f h ar 】 5 t he a na l ys i s an d e v al u a t i o n of T U S g { r a b i l i [ y．】 an d s u r f ac e s t ab i l i t y an d f o u nd a l i o n s l a bi l i t y e l p e c t [ y e ] y． 。 l he u r b an e n gi n e e r i n g g e 0 l o giea 1 e nv [ r o nn n t 0 f a ci t y c a n he n c e b c o n pT e he n s v e 1 y e v aL u al e d by U S j n c r u ．】 an d s u r f a c e a nd f Du n da e i o ta s t a bi l i t ， a， diea t o r s ， Th pa p e r f i d n 1 u [ t l p e f u z y 洲p h s i r e e v M u a t l o met h o d f or t h e pur p ． a n d i b l e a s i b i [ i r y c p r c 5 d o u t h e e x a u p ] Qj u h u a n i d a a c i t y． 一’一 ．●■ 爷 ￡鞋 维普资讯