青岛城市地质环境系统稳定性研究.pdf
2 第1 7 卷第3 姗 海岸工程 青岛城市地质环境系统稳定性研究 贾永刚刘红军 青 两再 ,氰 赢而 q { } I 摘要 以系统工程理论为指导, 将影响青 岛城市地质环境系统稳定性因素, 具 体细化为l 8 项评价指标 , 并确 定各项指标分级标准, 将研 究区划分 为l k ml k m 规则 网格作评债单元, 利用模糊综合评判方法, 进行青岛城市地质环境工程建设 有不同物质组成和结构 的地质环境往往对不同类型的各类工程活动具有不 同的敏感度 同时 , 不同的自然地质环境对各种人类活动亦具有不同的适宜度。 工程地质环境评价和预 测应能综合表述地质环境 的敏感性和适宜性两个方面, 可概括为地质 环境 系统 的稳定 性 。 青 岛城市地质环境系统结构 城市地质环境系统是一个多困素、 多层次的递阶结构, 它由原生地质环境 、 次生地质 环境 、 人为地质环境三个子系统构成 原生地质环境主要是由地质发展过程中长期演化而 成的地质体及其 由内动力而 产生的地质作用和现象 所构成的地质环境 . 它是城市发展的 基础地质条件 , 是次生地质环境和人为地质环境形成的前提和本源; 次生 表生或浅生 地 质环境, 主要是 由现代地质作用过程的外力地质作用的各种物理地质现象 所构成的活动 着的地质环境, 它是城市地质环境系统中最富活力、 重要的组成部分 , 在其 发展过程中紧 密依赖原生地质环境 , 而且在很多情况下是在人类工程一 经济活动的参与下进行的 ; 人为 灵生 地质环境主要是那些由于直接工程一经济活动, 包括地下开挖 、 废物堆放、 建村开 采等 人为地质作用下产生的最新地质环境 , 它是城市地质环境系统的最基本内涵 。 由此 可见. 原生地质环境 、 次生地 质环境、 人为地质环境三者相互制约 、 相互影响 . 共同构成 了 一 个统一的地质环境系统 , 其中扰动地质环境系统稳定性的诸因素. 如岩土体 不良工程特 性, 地质灾害等 叉构成 了地质环境系统主题特 征。 青岛城市地质环境系统可概括为图l 。 收辐 l l I 1 9 8 O 6 2 维普资讯 第3 J IJ I 水刚婶 青岛般i ls 地质纠 境蕞统稳定 I 研究 2 9 2 系统稳定性研究方法 由于地质环境系统评价及人类工程建设规划是一个多目标、 多层次 、 多因素的复杂动 态系统 , 因而 必须采取系统工程思路 , 逐步进行人类工程活动和地质环境协调分析 。 系统工程的基本理点是分解 、 协调、 整体分析构成事物诸因素及 因素问相互关 系, 从 而构成问题的分析模型 。 通 过对模 型运行进行参数优 化、 参数组合优 化. 找到 问题最 优 解0 3 。 基本思路如图2 所示。 图 1 [ ]一一臣 囤2 工程地质环境 系统分 析评价思路 在 系统稳 定评价预测中 . 评价 指标和参数的选取是预测和评价成 败的关键 。 地质环境 系统稳定性 可 连 一步 分 解 为 区域 地 壳 稳 定 性 、 地 表稳定性、 工程场址岩土体稳定性 , 地壳稳定性 主要指由地球内困决定 的地壳 及表层的相对稳定程度 . 如 现代地壳运动、 地震活动、 岩浆活动 等 , 也包括 类工程活动 及其他活 动诱发的地震 活动、 断层活动及 火 山活动 ; 地表稳 定性指地壳表面 在 内、 外动力地颤作用和人类工 程 经济活动影响下的相 对稳定程度 . 如各种原因产生的地 面沉降、 塌陷 及地裂缝. 各种斜坡、 边坡的变形与 破坏. } .ff流、 海岸侵蚀、 淹没 . 地表水 土流失. 塌陷性土、 噼胀 睦土及盐渍 土等性状变化引起的地表变形与破坏现象等等 地袁变形可能直接 导致 [ 程岩土体失稳 ; 工程场址岩土体稳定则具体指工程建筑物影响范围内岩土体的稳定性 . 如地 基、 边坡、 硐 维普资讯 3 O 海岸工程 铘1 7 抬 室珂岩的稳定性等。 地丧稳定性 i l J 程场 岩 悼稳宅仆 訇 图 圈 冈 图 圈 图3 工程地 质环境稳定性 评价指标 3 系统评价指标及分级标准确定 综合此方面专家学者近年研究成果 , 密切结合我国工业与民用建筑有关规范及青岛 地区特点 。 制定了地壳、 地表及地基稳定性评价指标, 如 图2 所示 . 各指标分级标准如表l 。 表 l 地壳稳定性 分级及标 准 工程地质环境稳定性是由地壳 、 地表与工程场址岩土体稳定性状I兄共同决定的 最终 根据工程地质环境稳定性综合指标 值将研究区划分为三个不同稳定级别和三类不同稳定 程度的地区 工程地质环境稳定性高的开发建设适宜区 , 工程地质环境稳定性中等的有条 件要求的开发建设适宜区和工程地质环境稳定性低的开发建设不适宜区 如表4 。 维普资讯 3 蛳 贾永刚等, 青岛城市地质环境系统稳定性研究 3 l 表2 地 表稳 定性 分级及标准 分 级 .j 娄 。 4 评价数学模型建立 工程地质环境是一个复杂的工程化了的动态大系统 . 影响其稳定 陛因素十分复 杂, 如 前图、 表所示. 而作 为刻度各稳定级别的各因素指标及 界线相当 模糊 , 很难用经 典数学模 型加以统一量度 。 因此 , 这种复杂的大 系统 问题 用模糊数学方法会得到硬 合理 的解决 下面采用二级模糊综合评判数学模型对工程地质环境 系统稳定性进行评价。 其 中一级评 判稳定级 别划分为四级 . 选用 因素共1 7 项, 分别对地壳、 地面 、 岩土体稳定性进行评判; 二 级评判指标为三项 . 郎地壳、 地 面、 岩土体稳定性 指标. 评判结果分三级. 即工程地质环境 维普资讯 3 2 海岸工程 1 7 卷 B A R l , a 2 . ⋯ , 。 J . ⋯ , 口 . r 】 2 F I 3 r2 2 F2 3 ● ●● ● ● ● r rj 3 ● ●● ● ● ● r_z rm3 6 l , b 2 , b 3 . b { B横糊 向量 即为所求结果。 按最大隶属度原则, b 值 中最大者即为评判地. 的稳定级别 。 同理 , 对地面 、 地基稳定性分别采取上述计算, 求出评 判地点的地面 、 地基稳定级别。 将图 2中所列的 1 7个因素作 为青岛城市工程地质环境质量评价指标。 在 一级评判计 算中将其作为 l 7 个变量 , 依次 用u , , ⋯. u 表示。 据表 1 , 2 . 3 分别对 l 7个变量进行单 园素质量分级, 根据分级结果将变量赋予离散代数值。 对应地壳稳定性分级中稳定 、 基本 ~ ~ 一 ~ 维普资讯 第3 崩 贾永刚尊一 青岛城市地质环境幕坑稳定f E 研究 3 3 稳定、 次不稳定 、 不稳定 4个等级质量分级, 单因索指标离散取值依次为 0 , 1 . 2 , 3 l 对应地 表稳定性分级中优等 、 良好、 中等 、 劣等, 地基稳定性分级中 I级、I级 、 I级、 Ⅳ级 , 亦 同 样分别赋予单因素指标离散取值0 , 1 , 2 , 3 。 如当断裂活动速率, 即变量U 为0 . 1 ~l m m/ a 时, 属次不稳定级, 此时取 U 2 , 再如当场地土类别, 即变量U u为中硬时, 属基本稳定 级 , 此时取 U 1 , 从而将各环境质量 因素进行量化。 各评价因索值对不同稳定级别的隶属度见表 5 , 各环境质量指标权值系数分配见表 6。 寰 5 环境质量评价因素分掘隶晨度取位寰 ,表叶 ] . l , 2 ⋯l 8 裹 6 环境蜃量评价国素杈值系数分配寰 评价 埴壳稳定性 地 稳定北 岩 I 稳定州 项 H F 价 仉 l 【 , , 【 , , 0 【 , 1 l , 1 2 1 1 1 n 5 u1 ‘ u1 u 素 枉值 O .2 O . 1 O . 2 o . 3 o . 1 O . 1 O . 1 5 o . 2 o o 5 O . 1 o . 2 o . 3 o . 2 0 . 1 o 2 o 3 O . 1 5 0 0 5 系数 4 . 2二级评判模型 将城市地质环境稳定性 评判这一问题定 义为有限论域 u, 把地 壳、 地表 、 岩土稳定性 作为u中的三个元素 , 表示为 U u , U , U , 定义评价集 l , 共分三级 V 为稳定 I , 为 基本稳定, 为不稳定. 表示为 ” 1 R I r 2 1 , 。 r 2 ‘ f , . , j 通过模糊运算, 求出模糊向量 占, 即 B R 式中 0 . 2 , 0 . 4 , 0 . 4 , R确定方法同前 , 按最大隶属度原则, 得到各评判地点隶属 中 某一级 。 5 青 岛城市地质环境系统稳定性评判 研究区位于华北地震区 , 周围被三个大地震带所包围, 即沂沭强震带、 燕山一 渤海强震 带和南黄海 中强地震 带。 除此之外还存在两条 中强地震带 , 即牟平一 即墨中强地 震带和惠 民一 诸皱中强地震带 。 研 究区周围约1 0 0 k m 范围 内, 即3 5 。 0 5 ~3 7 。 0 5 N, “9 。 2 3 ~1 2 1 o 2 3 ’ 维普资讯 3 4 海岸工程 筇1 7 牡 E, 自1 6 0 6 年 来共发生中强 M。 ≥4 级 地震6 次 , 其中4 . 0 ~4 . 9 级地震3 次 , 5 . O ~5 - 9 级地 震2 次 。 在3 4 。 3 0 ~3 8 。 3 O N, l 1 8 。 3 O ~l 2 2 。 3 O E范围内, 划定6 6 个震级大于6 . 0 级对研究 区 地震危险性分析有贡献的潜在震源。 通过地 震危 险性分析 , 在给定5 0 年超越概率为l O 条 件 下计 算 , 得 到研 究 区平 均 场地 条 件下 地 震 烈度 为6 . 4 度 , 地表 基 岩水 平 加速 度 值 3 8 . 4 c m/ s z 。 研究 区内规模较大的沧 口断裂 第四纪以来活动性微弱 , 地壳运动总趋势东部 山区不断抬升 . 西部平原、 海湾下降。 根据地壳形变 、 断裂活动、 地 震活动及地震影响分析. 研究区地壳性属 于基本稳定级。 为评价地表 、 岩土体稳定性, 将研究区划分 为l k ml k m 的规 则网格作为基本计算单 元, 共划分2 3 4 0 个单元, 对各单元按上述计算方法进行评判, 按最大隶属 度原则 , 将隶属 度相同级 别的 圈定出来 , 即得青岛市地表稳定性分 区和岩土稳定性分 区, 通过二次评 事 lJ . 最终得到青岛市工程地质环境稳定性分区图3 。 各区特 征分述如下 图例 雪 B 川 E E m ~ 圉4 青岛城 市地质 环境 质量 综合评价图 稳定区 地壳稳定性 为次不稳定级 . 未来l o o 年内可能遭受地震烈度 为6 度强 , 区内没 有活动性 断裂 , 地形较平缓, 局部形成连绵起伏的低矮 山丘, 坡度小于1 0 . 无或仅有少量 地质灾害发生 . 对工程建筑无明显艘坏作用。 岩土结构为残积层 、 基岩双层结构区 场地土 类别坚硬 . 平均剪 印波波速一般大于5 0 0 c m/ s . 卓越周期小于0 . 1 5 s . 具有低压 缩性 、 高承 载力 . 有 良好工程抗震性能. 地下水埋探一般大于4 m. 无侵蚀性 基本稳定 区 地壳稳定性为次不稳定级 . 区内无第四纪活动明显断裂. 地形平坦 主要 为冲洪积平原 , 岩土结构主要为多层结构河谷堆积 、 山前堆积. 场地土类别中硬, 平均剪切 波速2 7 0 ~5 0 0 r a / s . 卓越周期0 . 1 5 ~0 . 2 5 s , 一般具有中等压缩性 . 承载力2 0 0 k P a左右 . 地 维普资讯 3 小Ⅲ等 l 岛城市地质 境系统稳定r l 册究 3 5 下水埋深2 ~4 m, 工业污染严重地区具有端酸型及硫酸型侵蚀 。 不稳定 区 其中 Ⅲ 区主要为山地 , 地形复杂, 切割强烈 . 山峰林立, 萌塌等灾害地质现 象发育 , -2 区主要 为堆积型海岸带 . 岩土结构 为多层结构 , 岩 性复杂 . 土层厚度达2 0 ~ 3 0 m, 其中全新世海相淤泥层、 粉细砂层 人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1 蟹, 低剪切波速 , 局部属盐渍土 , 不 良地质现象较发 育, 易受高海潮淹没 , 地 下水埋深小于l m, 由于海水倒灌 , 地下水一般为高矿化度氯化钠 型水 . 对钢 筋混凝土具腐 蚀性 。 6结 语 通过 以上系统分析对青 岛城 市地质环境的工程建设适宜性进行 了分区。 这对于城市 土地资源的合理利用, 地质灾害的防f 台 和城市规妁均具有重要的参考价值。 有关文中的评 价指标 , 分级标准在以后的工作中将进一步得到检验和完善。 参考文献 1 埘地 触 『 Ⅱ 地质 境质 价 l 划. 水土地质 r 地质 l眭 . 北求 . 地硪出版 } . 1 9 9 0 3 2 ~3 8 2 蛾 衬等 同川姓 地质纠 境系统分忻 j 优化捌【 { ] 『 『} 咧凡娄 r 衍功 地质 境 l { 1 Ⅲ∞ } 究. 北 . 地成出版 杜 , 1 9 9 5 。 1 O 8 ~ 1 1 9 3 搬歧权 系统工程地质铮沧r 北 . 水利电力出版扯. 1 9 9 2 1 8 ~2 o 4 杜东 誊 岛1 K蛾稳庄 1 地质, 北蔚 . 蛳佯出版{ L , t 9 9 3 9 4 ~lg 8 5 陈 】 ’ 婀 系统模捌班策肌池 0 以J u . 大连 大学出敝f t , 1 9 9 4 6 ~8 6 水川 1 ‘ 岛破f 叫 地质. 1 舶海洋上学出版杜, 1 9 9 5 1 l 6 ~l 2 j THE S TUDY OF S TABI LI TY OF URBAN GE0LOGI CAL ENVI RONME NT s vS T EM OF QI NGDAO J i a Yo n g g a n g Li a l l o n g j a l l Oc e a n U n i v e r s i t y o f Qi n g d a o , Qi n d a o 2 6 6 0 0 3 Ab s t r a c t Un d e r t h e g u i d a n c e o f s y s t e m s c i e n c e ,t h e f a c t o r s a f f e c tin g t h e s t a b i l i t y 0 f g e o l o g i c a l e n v i r o n me n t s y s t e m o f Qi n g d a o i s d i v i d e d i n t o 1 8 e v a l u a t e d i n d i c e s .g r a d e s c a l e o f e a c h i n d e x i s d e t e r mi n e d . Th e wh o l e a r e a o f Qi n g d a o c i t y i s d i v i d e d i n t o r e g u l a r g r i d s o f 1 k in l k m t o r e g a r d a s a n e v a l u a t e d u n i t a n d f u z z y c o mp r e h e n s i v e l y e v a l u a t i o n me t h o d s a r e u s e d t o e v a ] u a t e t h e s u i t a b i l i t y o f g e o l o g i c a l e n v i r o n me n t t o Qi n g d a o u r b a n c 0 n s t r u c t i o n . Ke y wo r d s u r b a n g e o l o g i c a l i n f o r ma t i o n s u i t a b i l i t y t O c o n s t r u c t i o n s y s t e m e n g me e r 一 [ n g f u z z y e v a I u a t i o n 维普资讯