力學強度低遇水易軟化

Ⅰ 如何消除高分子材料吸水對力學性能造成的影響

晚上好，通常是對高分子材料進行化學改性以及表面疏水塗層兩種方法。化學改性是利用這種高分子材料在未聚合單體狀態時通過接枝一些不親水的基團減小極性來獲得整體防水力的提高，也就是一旦表層有缺損水分子仍然無法繼續向內滲透來克服吸水溶脹造成的各項機械性能下降，例如聚乙烯醇的吸水率很高但是通過加入甲醛或者丁醛在酸性條件下使其發生縮聚反應生成聚乙烯醇縮甲醛或者PVB就會大幅度降低水分子造成的不利影響。表面疏水塗層只是針對要求不高的表面防水應用，對於親水極性表面通過一些硅烷偶聯劑或者與低表面張力高聚物共混等工藝來形成憎水層，比如容易長期在水溶液浸泡下出現應力開裂的脲醛樹脂在通過浸潤KH-550以及硅丙乳液的條件下就能獲得極佳的表面疏水效果了。本質上來講，消除高分子材料吸水能力的根本目標是增加此材料的疏水程度。

Ⅱ 軟弱岩石的種類包括哪些

力學強度低，遇水容易軟化，並且在外荷載作用下易於產生壓縮變形的岩石。在力學特徵上，軟弱岩石無側限抗壓強度低於或等於300千克／平方厘米,水穩性差，軟化系數不大於0.6,變形模量低且流變效應較顯著。在火成岩、沉積岩和變質岩3大岩類中,只要具備上述力學特徵的岩石，均屬軟弱岩石。軟弱岩石還包括部分構造岩和風化岩。構造岩是指受構造作用力影響而導致錯動破壞的岩體，一般包括斷層泥、糜棱岩、斷層角礫岩及構造破碎岩。其中，斷層泥、膠結不良的糜棱岩和斷層角礫岩均可視為軟弱岩石。風化岩是指在各種風化營力作用下，岩石成分、結構與工程性質產生變異的次生岩石。這類岩石的力學特徵與軟弱岩石相當的，也屬軟弱岩石。水工建築物的壩基、道路工程的大橋橋基和高層建築物地基岩體內如有軟弱岩石，往往會使建築物地基發生不均一沉陷或滑動變形，影響建築物安全；峽谷邊坡或傍山道路邊坡岩體內如有軟弱岩石，易產生斜坡失穩和崩滑。因此工程建設中應予以充分注意。

Ⅲ 求一份地質學基礎考試試題，最好是今年的。。

1201 地球內部的圈層構造分為___地殼、地幔、地核_______________________________。
1202 石英的相對硬度為______7________，____方解石__________礦物的相對硬度為3。
1203 雲母有________1___組_片狀__________解理，方解石有____3______組完全解理。
1204 石英的晶面為_____玻璃__光澤，而斷口為___油脂____光澤。
1205 岩石按成因可分為___岩漿岩、沉積岩、變質岩______________________________________。
1206 岩漿岩按成因分為__侵入岩、噴出岩_______________________________________。
1207 岩漿岩根據化學成分 （SiO2）和礦物組成劃分為_超基性、基性、中性、酸性、鹼性_________________。
1208 岩漿岩的產狀是指___岩石的形態、大小、與圍岩的接觸關系 ________________________________等。
1209 岩漿岩的主要造岩礦物為_橄欖石、_輝石、_角閃石、_黑雲母、斜長石、鉀長石、石英___________________________。
1210 噴出岩的主要構造為_____流紋、氣孔、杏仁、______________________________。
1211 深成岩的主要構造為_塊狀、條帶、斑雜、__________________________________。
1212 岩漿岩的結構按結晶程度可分為__全晶質、半晶質、玻璃質_______________________。
1213 岩漿岩的結構按晶粒大小可分為_____顯晶質、隱晶質____________________。
1214 沉積岩的形成可分為_____風化、剝蝕、搬運、堆積、固結成岩__________________________階段。
1215 碎屑岩的膠結物主要有____硅質、鈣質、鐵質、__泥質___________________________。
1216 碎屑岩的膠結類型，常見的有_基底、孔隙、接觸、鑲嵌__________________________。
1217 沉積岩最重要的構造是____________層理_____________________。
1218 岩層中的______層狀_______________構造是沉積岩的重要特徵。
1219 變質作用的主要因素有___________________________________。
1220 變質作用的類型有_______________________________________。
1221 變質作用的熱力來源有___________________________________。
1222 寫出下列岩石的結構、構造：
花崗岩_全晶質、中粗粒、似斑狀、塊狀構造________，流紋岩_隱晶質細粒結構，流紋構造_______，玄武岩__隱晶質細粒結構，杏仁、氣孔狀構造_______，
片麻岩_________，千枚岩_________，大理岩_________，
石灰岩_________，砂岩_________，黏土頁岩_________。
1223 風化作用的類型可分為__物理風化、化學風化、生物風化__________________________________。
1224 岩體按風化程度分___________________________________等四帶。
1225 岩石中較大的礦物晶體被細小晶粒或隱晶質、玻璃質礦物所包圍的結構叫_________，較大的晶體礦物叫__________；細粒的微小晶粒或隱晶質、玻璃質叫___________。
1226 請根據下表所描述的岩石特徵，填寫岩石名稱
顏 色 主要礦物成分 結構 構造 岩石名稱
一般為灰—深灰色，風化後常為黃褐、土黃色 主要為高嶺石等黏土礦物，有時含少量雲母、石英 泥 質 成層（層狀） 泥岩
淺肉色或淺灰色—灰白色 石英約佔25%、長石（以正長石為主），暗色礦物以黑雲母為主（含量小於10%） 全晶質等粒狀 塊 狀 花崗岩
灰—灰白色 主要為絹雲母，含少量石英 鱗片變晶 片 狀
1227 三大類岩石在地表分布最廣泛的是____沉積岩______________________。
1228 在地表分布最廣泛的沉積積岩是______泥岩______________________。
1229 構成沉積岩的主要礦物有______石英、長石_____________________________。
1230 三大類岩石中常見的淺色礦物有___石英、長石、白雲母、_________________________；
三大類岩石中常見的暗色礦物有______黑雲母、角閃石、輝石______________________。
1231 地殼中的化學元素含量差異很大，以__氧___________和__硅__________為最多。
1232 大陸地殼具有上部為_____蓋________層，下部為_____________層的雙層結構。
1233 造岩礦物顯晶集合體形態有__晶簇__塊狀_放射_粒狀_片狀_________________________等，隱晶和膠態集合體形態有_緻密______________________________________等。
1234 反映岩石抗凍性的指標有__________________________。
1235 岩石的軟化系數是_____________和_____________的比值。
1236 非金屬光澤可分為____玻璃光澤、金剛光澤、_蠟狀光澤、珍珠光澤、__________________________________。
三、選擇題（在正確的答案前打「√」）
1301 石英是 ①岩漿岩的主要造岩礦物； ②各岩類的主要造岩礦物。
1302 片麻岩的結構是 ①結晶； ②碎屑； ③變晶。
1303 石灰岩的構造是①氣孔狀； ②片狀； ③層狀。
1304 力學強度低，遇水易產生軟化、泥化的岩石是
①黏土頁岩； ②大理岩； ③石英砂岩。
1305 易溶蝕的岩石是①石灰岩； ②片岩； ③泥岩。
1306 強度高，抗水性強，抗風化能力強的岩石①石英砂岩； ②頁岩； ③長石砂岩。
1307 在下列三種岩石中，能含有三葉蟲化石的是 ①花崗岩； ②雲母片岩； ③粉砂岩。
1308 流紋岩是 ①基性侵入岩； ②酸性噴出岩； ③中性淺成岩
1309 礦物晶體在外力作用下，沿一定方向裂開成一系列光滑平面的性質叫做
①劈理； ②層理； ③節理； ④解理； ⑤片理。
1310 長石砂岩具有
①全晶質結構； ②泥質結構； ③碎屑結構； ④生物化學結構； ⑤斑狀結構。
1311 在下列物質中，請指出：
高嶺石、玄武岩、砂岩、人造金剛石、片岩，黃鐵礦、大理岩、花崗岩、化石、方解石、白雲岩、流紋岩、石膏、石灰岩、片麻岩、綠泥石、黏土岩、閃長玢岩、凝灰岩、斷層角礫岩。
①礦物是：__________________________________________________；
②噴出岩是：________________________________________________；
③侵入岩是：________________________________________________；
④沉積岩是：________________________________________________；
⑤變質岩是：________________________________________________；
⑥可溶（於自然界水中）的礦物和岩石是：_____________________________；
⑦遇水可能易於泥化的岩石是：_____________________________________。
1312 下列礦物中，哪些是特徵變質礦物？
①石膏； ②絹雲母； ③綠泥石； ④方解石； ⑤石英； ⑥滑石。
1313 岩石中具晶粒或顆粒狀，油脂光澤、小刀刻不動、淺色特徵的礦物是
①燧石； ②方解石； ③長石； ④石英； ⑤石膏
1314 石英砂岩的結構是
①變晶結構； ②碎屑結構； ③晶質等粒結構； ④斑狀結構； ⑤化學結構。
1315 石英砂岩是 ①岩漿岩； ②沉積岩； ③變質岩。
1316 頁岩的構造 ①千枚狀； ②層狀； ③塊狀。
1317 岩石風化作用可分為
①氧化作用、溶解作用、水化作用、水解作用和碳酸化作用等幾種 類型。
②溫差剝落、冰劈、鹽結晶等三種類型。
③物理風化作用、化學風化作用和生物風化作用三種類型。
四、是非題（正確的在括弧內打「√」，錯誤的打「×」）
1401 由構造作用產生的裂隙稱作解理。 （ ）
1402 花崗岩、玄武岩、閃長岩都是淺成侵入岩。 （ ）
1403 石英砂岩、礫岩、黏土岩都是碎屑岩。 （ ）
1404 石灰岩、白雲岩、泥灰岩都是化學岩。 （ ）
1405 位於風化殼最表層的鬆散堆積物叫坡積物。 （ ）
1406 片麻岩、片岩、大理岩都屬變質岩。 （ ）
1407 石灰岩、黏土頁岩、長石砂岩都是沉積岩。 （ ）
1408 氣孔構造，流紋構造、杏仁構造都是噴出岩的構造。 （ ）
1409 岩基、岩脈、火山錐都是噴出岩的產狀。 （ ）
1410 全晶質等粒狀結構多見於深成侵入岩。 （ ）
1411 沉積岩與沉積物的主要區別是它經過了硬結成岩階段而成較堅硬的岩石。 （ ）
1412 石英片岩也稱為石英岩。 （ ）
1413 石英砂岩也稱為石英岩。 （ ）
1414 片理構造是變質岩的主要特徵。 （ ）
1415 成層構造是侵入岩的主要特徵。 （ ）
1416 成層構造是沉積岩區別於岩漿岩和變質岩的最主要的標志。（ ）
1417 黏土岩的膠結物是泥質膠結。 （ ）
1418 天然金剛石受不大的外力敲打時常易碎裂，可以說金剛石的硬度並不是所有礦物中最大的。（ ）
1419 風化作用也就是變質作用。 （ ）
1420 凡含有主要礦物為石英、長石及雲母的岩石就稱為花崗岩。 （ ）
1421 含有大量綠泥石、絹雲母的岩石為碎屑沉積岩。 （ ）
1422 層狀構造也叫片狀構造。 （ ）
1423 石膏的硬度等級是2，長石的硬度等級是6，因此長石的硬度是石膏的3倍。 （ ）
1501 石英、長石、方解石三種造岩礦物的主要區別是什麼？角閃石、輝石、黑雲母的主要區別是什麼？
1502 常見的片狀礦物和可溶性礦物各有哪些？
1503 岩漿岩的結構、構造與成因有何關系？
1504 岩石的主要物理力學性質指標有哪些？
1505 在花崗岩地區修建水工建築物時，需查明哪些工程地質問題？
1506 簡述在黏土岩與石灰岩地區修建水工建築物時，應注意哪些工程地質問題？
1507 變質岩分類的主要依據是什麼？
1508 沉積岩有何主要特徵？和岩漿岩有何主要區別？
1509 什麼叫碎屑結構？碎屑岩定名的原則是什麼？
1510 變質岩是怎樣形成的？變質與風化有何不同？
1511 說明解理、層理、片理的主要區別。
1512 肉眼鑒定下列岩石時，主要依據哪些特徵？
①玄武岩； ②石灰岩； ③砂岩； ④片麻岩； ⑤千枚岩。
1513 重力壩地基岩體為雲母片岩、綠泥石片岩、千枚岩、板岩時，應注意哪些工程地質問題？
1514 簡述沉積岩的形成過程及其分類。
1515 三大類岩石在成因上有什麼不同？
1516 指出下列各組岩石的主要異同：
①花崗岩與流紋岩； ②花崗岩與花崗片麻岩；③黏土頁岩與雲母片岩； ④石英砂岩與石英岩；
⑤石灰岩與大理岩； ⑥片麻岩與片岩； ⑦石灰岩與泥灰岩； ⑧頁岩與板岩；
⑨千枚岩與片岩； ⑩流紋岩與玄武岩
1517 簡述變質因素在變質岩形成過程中所起的物理、化學作用。
1518 三大類岩石的主要結構、構造有何區別？
1519 簡述變質岩的變質程度與構造特徵的關系。
1520 簡述岩石風化層的垂直分帶及依據。
1521 黏土岩的工程地質性質及水文地質性質有哪些？
1522 岩石的抗剪斷強度和摩擦強度有何區別？
1523 在肉眼鑒定岩石時，根據何種最主要的特徵來鑒定下列礦物？
①石英； ②黑雲母； ③角閃石； ④長石； ⑤方解石。
1524 肉眼鑒定礦物最穩定的物理性質是什麼？
1525 結晶質礦物與非晶質礦物有何區別？
1526 沉積岩的形成過程可分為哪幾個階段？各有何特點？
1527 沉積岩中的膠結物成分對岩石的工程性質有何影響？
1528 碎屑岩中的膠結類型對岩石的工程性質有何影響？
1529 岩石的工程地質性質與岩石的成因類型有何關系？
1530 有三塊乳白色塊狀礦物標本（石英、長石、方解石），你根據哪些鑒定特徵，又准又快地把它們區別開來（三種礦物之鑒定特徵，均須答出）？
1531 造岩礦物的光澤與顏色有何區別？
1532 按岩漿岩的產狀，其中哪幾種產狀被認為是大型水工建築物的良好地基？
1533 試簡述岩漿岩的分類依據。
1534 按結晶程度，岩漿岩的結構可分為哪幾種？試各舉一例具體岩石說明之。
1535 試述影響岩石風化的因素。
1536 試舉例說明化學風化作用與物理風化作用的區別。
1537 對風化岩石劃分各個風化帶時，一般是根據哪些特徵進行的？
1538 當岩石遭受風化後，岩石在哪些方面發生何種變化？
1539 風化作用和變質作用有何主要區別？

Ⅳ 壩基的建設要求

①有足夠的強度和剛度，能承受壩體傳來的 力，不產生不允許的變形和裂陳。
②有足夠的整體性和 均勻性，滿足壩基抗滑穩定要求。
③有足夠的抗滲性， 滿足滲流穩定性要求。
④有足夠的抗震穩定性，在地震 等動力作用下壩基岩土不產生滑動、沉陷、液化等現 象。
⑤有足夠的耐久性，壩基岩土性能在水的長期作用 下不惡化。 當壩基不能滿足某些要求時，可對壩基岩土進行 處理，使其達到上述要求(見岩基處理和軟基處理)。 壩基可分為岩質、非岩質和非均質3種。另外在地 質條件復雜的壩址常遇復雜壩基。 岩質壩墓可分為堅岩壩基和軟岩壩基。一般 壩基岩石抗壓強度大於30MPa為堅岩壩基;小於30 MPa為軟岩壩基。堅岩和軟岩壩基又均可按岩性分為 不同類型。同類岩性的壩基還有風化程度、岩體結構 (塊狀、碎裂、層狀)、受地質構造破壞的程度的不 同。 非岩質壩基分為砂礫石壩基、砂質壩基和土質 壩基.級配良好的砂礫石壩基具有較高的承載能力，可 做高土石壩及壩高40餘m以下的混凝土壩的壩基。 砂質壩基抗管涌能力弱，承載能力和沉陷性能因顆粒 組成、級配、密實度等的不同有很大的變化.均勻的中 細砂層遇地震容易液化。土質壩基防滲性能好，內摩擦 系數小，沉陷過程長。
土質壩基
土質壩基種類繁多，性能相差很 大，因顆粒組成、生成條件等而異。主要有貓土壩基、 壤土壩基等。 非均質壩墓不挖除河床覆蓋層的岩質壩基、岩 性不均一的壩基、具有多種沉積物的非岩質壩基均屬 此類，其變形、強度、抗滲流等性能往往不均勻，需要 在壩和壩基的設計中妥善處理。 復雜壩墓指有重大地質問題，需要進行復雜處 理的壩基。
岩質復雜壩基
岩質復雜壩基有緩傾角軟弱夾層的壩 基、深覆蓋層壩基、有深槽的壩基、喀斯特發育的壩基、 有大的斷裂構造的壩基等。非岩質復雜壩基有:黃土壩 基、有細砂層或淤泥透鏡體的壩基等。 (l)有緩傾角軟弱夾層的壩基。壩基岩體中夾有曾 受地質構造破壞，相對軟弱的薄岩層，其力學強度低， 遇水易軟化或泥化，連續性強，傾角小於30。。這種軟 弱夾層對壩基德定最為不利。軟弱夾層埋藏於地下，其 分布和性狀很不易查清，需根據勘探資料和地質背景、 生成條件等加以綜合分析判定。

Ⅳ 岩土類型和性質

岩土體是地質災害的載體，地質災害一般都是通過岩土體的變形破壞而表現出來的，是地質災害成生的物質基礎。

受地殼運動的控制，「蘭—鄭—長」工程地段分布有不同年代、成因、物質成份和結構的岩土體，類型復雜多樣，工程地質性質各異，它們對地質災害的形成、分布和活動起著主導作用。岩土體分布出露的特點是：山區、丘陵以岩體為主，而高原、盆地、平原則以土體為主；管線經過地段絕大多數是土體。下面分別就岩體和土體討論其分布、類型、性質及對地質災害成生的制約。

（一）岩體

岩體在管線工程地段主要分布於甘肅、陝西段的關山—隴山，山西段的中條山、霍山和太原東山，河南段的大交口鎮—觀音堂、義馬—新安和大別山等地段，湖北、湖南段的大別山和江南丘陵地等地段，總長約300km，約占管線全長的10%。

參考國標《岩土工程勘察規范》（GB50021—2001）的規定，先將岩體按堅硬程度分大類，再由岩石的成因類型、岩性和工程性質，將本管道工程沿線的岩體劃分為4類7種（表4-1）。現作簡要討論。

1.堅硬岩類

按成因類型劃分為岩漿岩、變質岩和沉積岩3種亞岩類。

岩漿岩類管線地段分布於祁連山褶皺帶、秦嶺—大別山褶皺帶和揚子地台。分別有加里東期、華力西期、燕山期侵位的，其中祁連山褶皺帶三期皆有，岩性為花崗岩、石英閃長岩；秦嶺—大別山褶皺帶為燕山期花崗岩；揚子地台為加里東期和燕山期的花崗岩和花崗閃長岩。一般呈岩基和岩株狀產出，整體塊狀構造，緻密堅硬，物理力學性質均質，各向同性。應該說其工程性質優良，但在亞熱帶環境中化學風化強烈。地質災害一般不甚發育，以小型崩塌為主。

變質岩類在管線地段的祁連山褶皺帶、華北地台、秦嶺—大別山褶皺帶有分布。祁連山褶皺帶主要出露於關山—隴山地段，為中元古界隴山群和前震旦系，主要岩性為大理岩、黑雲母片麻岩、混合岩、結晶片岩。華北地台出露於山西支幹線的中條山、霍山、太原東山，為太古界涑水群和太岳山群，岩性為混合岩化的黑雲角閃斜長片麻岩、斜長角閃岩、大理岩、磁鐵石英岩、黑雲變粒岩、角閃變粒岩等，岩性復雜，風化較強。秦嶺—大別山褶皺帶出露於大悟一帶，為中上元古界紅安群含磷的變粒岩、大理岩和石英片岩夾片麻岩，抗風化能力較弱。由於受片麻理、片理及節理的影響，使岩體的工程地質性質呈明顯的各向異性和不均一性。地質災害不甚發育，一般以小型崩滑為主。

表4-1 岩體類型匯總表

沉積岩類在丘陵、山區分布較廣，在各大構造單元中皆有，其地質年代自中元古界至中生界早期幾乎皆有，岩性復雜多樣，主要有：中元古界熊耳群和汝陽群的安山玢岩、玄武岩、石英砂岩，新元古界洛峪群三教堂組的石英砂岩（以上均在河南境內）；上元古界長城系、震旦系的石英砂岩、白雲岩、硅質岩、冰磧礫岩等；下古生界寒武系、奧陶系的中厚、厚層碳酸鹽岩；上古生界泥盆系的砂岩和碳酸鹽岩，石炭、二疊系的中厚、厚層狀灰岩和中生界三疊系碳酸鹽岩等（上古生界及中生界皆為揚子地台）。按岩性大類可劃分為火山噴出沉積岩、碎屑岩和碳酸鹽岩三大類。它們的共同特點是，層理構造發育且較厚，抗風化能力較強，但碳酸鹽岩具溶蝕性，岩溶較發育，工程地質性質具各向異性。上述這幾類岩性分布地段地質災害一般不甚發育，有小型崩滑和岩溶塌陷（覆蓋型岩溶地段）等地質災害。

2.較硬岩

按成因類型可劃分為變質岩和沉積岩兩大亞類。

變質岩類分布於祁連山褶皺帶、秦嶺—大別山褶皺帶和揚子地台中，岩性主要是較軟弱片岩和千枚岩、板岩。在祁連山褶皺帶的管線地段，新元古界長城系變質細砂岩、千枚岩；秦嶺—大別山褶皺帶信陽群、商城群的雲母石英片岩、綠色片岩、絹雲石英片岩、淺變質凝灰質砂岩等：揚子地台中元古界冷家溪群和新元古界板溪群的板岩、千枚岩、變質凝灰岩、變質砂岩等。上述各類岩體的共同特點是：片理、千枚理、板理等結構面發育，地面風化較強烈，殘坡積層厚度往往較大。岩體具明顯的各向異性，力學強度相對較弱。崩塌、滑坡和泥石流等山地地質災害較發育。

沉積岩類分布於華北地台和揚子地台中，華北地台岩性主要是上古生界和中生界粘土岩、鋁土岩頁岩、泥質粉砂岩、含煤層；揚子地台主要是泥盆系粉細砂岩、粘土岩、頁岩、泥灰岩。它們層理發育、薄層狀為主，遇水易軟化、崩解，風化也較強烈。由上述岩體組成的丘陵山區，地質災害較發育，主要有崩塌、滑坡、泥石流和採煤引起的地面塌陷和地裂縫災害（在山西、河南境內較突出）。

3.軟弱岩

這大類岩體主要是沉積岩類，較廣泛分布於各大地構造單元中生代晚期和新生代陸相盆地中，地質年代為白堊系、古近系和新近系。由於固結壓密程度低，岩體孔隙率高，強度小，變形大。岩性主要是河湖相的砂礫岩、砂岩和泥岩，夾淡水泥灰岩，含石膏、芒硝。岩石一般干單軸抗壓強度小於30MPa，而新近系岩石成岩性更差，接近於土體，干單軸抗壓強度不足於5MPa，屬極軟岩。這類岩石遇水易軟化崩解，抗風化能力亦低。但這類岩體出露地段地形起伏小，地質災害不發育，主要有膨脹性岩體的輕度脹縮變形災害，還存在采空塌陷災害。

4.軟硬相間岩

這大類岩體主要也是沉積岩類，較廣泛分布於華北地台和揚子地台的古生界和中生界地層中，一般是兩種強度和剛性差異較大的岩性相互成層或間夾；古生界常見的是灰岩與頁岩互層，砂岩與泥頁岩互層，中生界常見的是砂岩與泥頁岩互層。在外力作用下會發生層間錯動和脫開，而在地下水等作用下更會泥化而形成泥化夾層，層面間強度降低而成為典型的軟弱結構面。所以這類地層組合可以稱之為「易滑地層組合」，較易產生滑坡。此外，軟硬相間岩層差異風化顯著，「上硬下軟」組合的條件下，軟岩易形成岩龕，崩塌也較普遍。

（二）土體

土體在管線地段廣泛分布，約佔全長的90%。按地質成因，可劃分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、淤積土和風積土等；按粒度成份，可劃分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。對一些具有特殊成份和結構、工程性質也特殊的土，則可單獨劃分為特殊土，本管線工程的特殊土有黃土類土、膨脹土、鹽漬土和淤泥質土等。這里我們也參考國標《岩土工程勘察規范》（GB50021—2001）的規定，將土體劃分為碎石土、砂土、粉土、粘性土和特殊土5大類（表4-2）。以下分別就一般土和特殊土作簡要討論。

1.一般土體

一般土體包括各種成因類型的碎石土、砂類土、粉土和粘性土。

（1）碎石土：

碎石土指的是土中粒徑d＞2mm的顆粒質量超過總質量50%的土。根據規定，碎石土可再劃分為礫質土、卵（碎）石土和漂（塊）石土，它們的粒徑分別＞2mm、20mm或200mm的質量，超過總質量50%。一般沖積成因的碎石土分選性和滾圓度較好，位於河床和河流階地二元結構的下部，而其他成因的則較差。本工程各段情況是：甘肅段礫卵石佔45%～70%，粒徑一般 20～80mm，呈次圓—次稜角狀，一般分布於沖洪和平原表層之下。陝西段分布於渭河及其各支流以及山前洪積扇。河流沖積成因者在河漫灘和河床地段，在渭河幹流厚度可達20～40m，結構較均一；而洪積扇區則為大小混雜的砂卵石為主。山西段主要分布於汾河、龍鳳河和瀟河等山間河谷地段，以砂卵礫石為主，磨圓較好，級配良好。河南段主要分布在伊洛河、沙潁河等諸河流河谷區，以砂礫卵石為主。湖北—湖南段碎石土多分布於低山丘陵斜坡地帶，多為殘坡積成因，碎石成分隨母岩而變化。一般碎石土較疏鬆，孔隙比大，滲透性強，地基承載力高。

表4-2 土體類型匯總表

（2）砂類土：

砂類土指的是土中粒徑d＞2mm的顆粒質量不超過總質量的50%,d＞0.075mm的顆粒質量超過總質量50%的土；根據顆粒級配還可劃分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂，一般是沖洪積成因的。此類土在本工程的情況是：甘肅段分布於洪積平原表層土之下，主要由粉細砂、中細砂組成，鬆散—中密狀態。陝西段分布於渭河及支流的漫灘、一級階地和古河道中，以中細砂和粉細砂為主，常含少量礫石，除河漫灘地段外，砂層均埋藏於細粒土之下，厚度不均一，多呈透鏡體狀，孔隙度大，滲透性強，中粗砂是良好的地基持力層，而飽水粉細砂則易產生震動液化。山西段分布於黃河、汾河及其較大支流的河床、河漫灘和階地，一般為砂礫石混合，厚度較大。也有在山前傾斜平原區前緣的洪積砂礫石，與細粒土組成多層結構。河南段分布除了與碎石土相同外，在沙潁河以南淮河平原各河流河漫灘和一級階地前緣地帶，表層之下為中細砂，稍密—中密狀態，厚度不穩定。砂類土一般級配較好，滲透性較強，一般是良好的地基持力層，但在地震烈度≥Ⅶ區需關注飽和粉細砂的震動液化問題。

（3）粉土和粘性土：

粉土和粘性土也可稱之為「細粒土」，前者是土中粒徑d＞0.075mm的顆粒質量不超過總質量的50%，且塑性指數Ⅰ_P≤10的土；而後者則Ⅰ_P＞10的土。這兩類土大量廣泛分布於鄭州—長沙段洪沖積平原和丘陵地段。具各種成因類型。一般洪沖積成因的土體較密實，孔隙比小，含水量相對較少，透水性弱，強度高，地基承載力高。而丘陵地帶的殘坡積成因者往往與碎石土混雜，土體孔隙性大，透水性相對較強，在久雨或強降雨時，易產生坡積層崩滑。

2.特殊土

（1）黃土類土：

黃土類土是第四紀時期特殊的大陸鬆散沉積物，它在世界各地分布廣而性質特殊。這類土在我國主要分布於西北、華北和東北地區，面積達60萬km²以上，以北緯34°～45°之間最為發育，這些地區位於我國西北沙漠區的外圍東部地區，具有大陸性乾旱少雨氣候的特點。黃土類土從早更新世（Q₁）開始堆積，經歷了整個第四紀，直至現今還未結束。按地層時代及其基本特徵，黃土類土可分為3類：老黃土、新黃土和新近堆積黃土（表4-3）。老黃土是Q₁、Q₂時期堆積的，分別稱「午城黃土」和「離石黃土」，一般無濕陷性；新黃土一般是Q₃時期堆積的，稱「馬蘭黃土」，也有Q₄早期的，具濕陷性，分布面積最廣（約佔60%）；新近堆積黃土一般是Q₄晚期堆積的，濕陷性不一。各地黃土類土總厚度不一，陝甘黃土高原地區最厚，可達100～200m，河谷地區一般只有數米至30m左右，且主要是新黃土。黃土類土的成因一直是爭論的熱點問題，但普遍的看法是，風積成因是主要的，也有沖積、洪積、坡積、冰水堆積等成因類型。顆粒成份以粉粒為主，富含碳酸鈣，具大孔性，垂直節理發育，具濕陷性等特徵者，稱 「典型黃土」，而有些特徵不明顯者則稱「黃土狀土」。下面討論一下本管線工程黃土類土的特性。

本管線工程的黃土類土分布於蘭州—鄭州段（含山西支幹線）。不同地段黃土類土的粒度成份和結構有所不同，所以其物理力學指標和工程地質性質也有明顯差異。下面我們以Q₃典型的濕陷性黃土為代表作分析。

首先是黃土的顆粒組成，將蘭州、西安、太原、洛陽四地作比較（表4-4）。可以看出它們的差異，總趨勢是：由西北往東南砂粒和粉粒含量愈來愈小，而粘粒含量則愈來愈大，而粉粒所佔比例最大是一致的。所以有人將西部黃土稱之為「砂黃土」，而東部為「粘黃土」。 黃土的顆粒組成對其濕陷性有一定影響，即砂粒含量愈多，濕陷性愈強，而粘性愈多則濕陷性愈弱。

表4-3 不同年代黃土的特徵

表4-4 濕陷性黃土的顆粒組成單位：%

各地濕陷性黃土的基本物理力學性質指標列於表4-5中。

由西往東的總趨勢是：土體的密度和天然含水率愈來愈大，液限和塑性指數也愈來愈大，孔隙比愈來愈小；而三項力學性質指標變化規律則不明顯。而且可看出，隴西和隴東地區指標相近似，關中地區與汾河流域也比較接近，而豫西地區與前面的4個地區則又有明顯差異。上述規律很重要，因為它與黃土的濕陷性相關的，即自西往東濕陷性逐漸變弱。

管線地段濕陷性黃土的濕陷系數（δ_s），經大量統計後匯總於表4-6中。從表中可看出，濕陷系數隴西地區最大，隴東地區次之，關中地區汾河流域再次之，而豫西則最小；而且高階地的濕陷系數要大於低階地。按有關規定，δ_s＞0.015時，該黃土為濕陷性土；δ_s為0.015～0.03時濕陷性輕微，δ_s為0.03～0.07時濕陷性中等；δ_s＞0.07時，濕陷性強烈。所以說，隴西和隴東地區黃土具中等—強烈濕陷性，關中地區和汾河流域黃土具中等濕陷性，而豫西地區黃土為輕微—中等濕陷性。

表4-5 各地濕陷性黃土基本物理力學性質指標

表4-6各地黃土濕陷系數（δ_s）統計表

濕陷性對黃土地區地質災害的成生和活動關系密切，地基的濕陷變形破壞本身就是黃土地區特殊的地質災害。此外由於黃土結構疏鬆，以及大孔性和垂直節理發育，潛蝕地質災害也很普遍。由於黃土的濕陷和潛蝕特性，還可誘發崩塌、滑坡和泥石流災害。

（2）膨脹土：

具有明顯遇水膨脹和失水收縮的土稱膨脹土。這類土在我國主要分布在南方山前丘陵、壠崗和二、三級階地上，大多數是晚更新世及以前的殘坡積、沖洪積和湖積物。從外表看，膨脹土一般呈紅、黃、褐、灰白等不同顏色，具斑狀結構，常含有鐵錳質或鈣質結核。土體常有網狀開裂，有臘狀光澤的擠壓面，類似劈理。土層表面常出現各種縱橫交錯的裂隙或龜裂現象，這與失水土體強烈收縮有關。膨脹土的脹縮特性，主要是土中含有較多的粘粒，一般粘粒含量高達35%以上，而且這些粘粒大部分為親水性很強的蒙脫石和伊利石等粘土礦物，膨脹收縮能力較強。天然狀態下，膨脹土一般緻密堅硬，天然含水率較小，所以土體常處於硬塑或堅硬狀態，壓縮性較低，強度較高；但在浸水膨脹後，強度明顯降低，壓縮性增大。膨脹土的這種脹縮特性，對工程建設會帶來危害。按我國有關規定，凡自由膨脹率δ^ef大於40%者，即可定名為膨脹土，40%≤δ^ef＜65%為弱膨脹土，65%≤f＜90%為中等膨脹土，δ^ef≥90%為強膨脹土。

本管線工程的膨脹土主要分布於湖北境內的黃陂縣周港、應城支線和五里橋—賀勝橋—橫溝橋一帶：在河南境內的平頂山、周口西、郾城—駐馬店的沙汝河平原和確山—信陽北的低山丘陵也有零星分布。

湖北境內的膨脹土主要分布於高程30～45m的壠崗和崗間坳溝地帶，自然地形坡度平緩。土體時代為更新世，顏色呈棕黃、褐黃、棕紅色，土體平均自由膨脹率：周港一帶下更新統82%（最大99%），應城支線中更新統62%（最大109%），五里橋—賀勝橋一橫溝橋一帶上更新統44%（最大72%）。土體脹縮性危害主要導致當地居民低層建築牆體拉裂破壞，斜坡和水渠邊坡坍滑。

河南境內的膨脹土分布於淮河平原邊緣的平頂山東和確山—信陽北的低山丘陵，以及沙汝河平原之間的周口和郾城—駐馬店地段。土體時代為中、晚更新世，顏色呈棕黃、灰綠、棕紅色，乾燥時呈硬塑狀態，裂隙發育，含鐵錳質和鈣質結核，平均自由膨脹率43.5%。平頂山以膨脹破壞為主，而信陽多以收縮破壞為主，多發生在乾旱季節。

（3）鹽漬土：

土中易溶鹽含量大於0.5%的土稱為鹽漬土。由於它發育於地表土層中，與道路、低層建築等有關，主要是土的腐蝕作用以及鹽脹和溶陷作用對工程建設的危害。鹽漬土按地理分布可分為濱海鹽漬土、沖積平原鹽漬土和內陸鹽漬土等類型。我國鹽漬土主要分布在北方諸省區。鹽漬土的形成及其所含鹽的成分和數量與當地的地形地貌、氣候條件、地下水的埋藏深度和礦化度、土壤性質和人類活動有關；它的厚度並不大，一般分布於地表以下1.5～4m范圍內，且由地面至深部含鹽量逐漸減少。鹽漬土的形成一般是由於地下水埋深過淺（甚至出露地面），蒸發強烈而鹽分在地表的聚積所致。

鹽漬土的性質與所含鹽分和含鹽量有關。土中的鹽類主要是氯鹽、硫酸鹽和碳酸鹽三類，因此鹽漬土也相應地劃分為氯鹽漬土、硫酸鹽漬土和碳酸鹽漬土（表4-7）。鹽漬土中所含鹽分及其數量對土的工程地質性質影響很大。由於土成分的改變，影響了土的結構，從而影響了塑性、透水性、膨脹性、壓縮性、擊實性等性質。

表4-7 鹽漬土的分類

本管線工程的鹽漬土主要分布於甘肅段通渭以西、陝西段華縣—華陰地段和山西段的永濟市東北伍姓湖區（K48～K54）及清徐張花營村—榆次西榮（K451～K464）地段。

甘肅段通渭以西地段河谷平原一級階地潛水位埋深很淺，經測定，土壤中平均含鹽量3.4%，最大可達8%～15%，屬硫酸—氯型中—超鹽漬土。

陝西段華縣—華陰地段的鹽漬土是由於黃河三門峽水庫淤積和回水，引起潛水位壅高，使渭河南岸赤水河至方山河一級階地中部成為浸沒區，而導致土壤鹽漬化。但近年來當地大量開采地下水，潛水位埋深增大，鹽漬化已幾近消失。

山西段永濟伍姓湖區地勢低窪（比周邊低5～8m），表層土由粉質粘土和粉土組成，潛水位埋深0～3m，土中含鹽量1.06%～1.18%，類型為硫酸—氯型，屬中鹽漬土。清除張花營村—榆次西地段地勢較周邊略低，表層土為粉土，潛水位埋深0.2～3m，土中含鹽量0.44%～1.12%，類型為氯—硫酸鹽型，屬弱—中鹽漬土。硫酸鹽結晶膨脹以及腐蝕作用，對管道將有一定危害。

（4）淤泥質土：

淤泥質土是指在水流緩慢甚或靜水環境中沉積，有微生物參與作用的條件下，含較多有機質，而疏鬆軟弱的粘性土，它是近代在濱海、湖泊、沼澤、河彎、廢河道等地區沉積的未經固結的一種特殊土。從外觀看，這類土常呈灰、灰藍、灰綠和灰黑等顏色，污染手指並有臭味。土中含有大量親水性強的粘土礦物（蒙脫石和伊利石佔多數），有機質含量較多（一般含量 5%～15%），天然孔隙比大於1，天然含水率大於液限。其結構形式常為蜂窩狀或棉絮狀，疏鬆多孔，壓縮性很強，地基承載力很低。我國淤泥質土的地理分布基本上可分為兩大類：一類是沿海沉積的，另一類是內陸和山區湖沼盆地沉積的。前者分布穩定而厚度大，後者常零星分布且厚度小。

本管線工程的淤泥質土主要分布於湖北—湖南段。管道經過長江等13條大中型河流的沖湖積平原低窪地段，有較大范圍的淤泥質軟土分布，有機質含量大於1.5%，岩性為淤泥、淤泥質粘土和淤泥質粉土，呈軟塑—流塑狀，天然含水率多大於35%，最高達133%，孔隙比1～2.02，最高達3.12，壓縮系數一般大於0.5MPa^-1，最高可達3.68MPa^-1，凝聚力一般9.8～29.4k Pa，內摩擦角6°～15°，地基承載力，天然狀態下一般為25～55k Pa，常導致建築物過量沉降和不均勻沉降。很顯然，這類土體對管溝開挖影響較大，常導致溝坡坍塌擠出而不易成形。此外，對場站地基穩定性也有影響。

Ⅵ 　礦山地質環境問題的成因分析

礦業開發或多或少會對地質環境造成影響破壞，有些礦山地質環境問題的產生具有必然性，有些礦山地質環境問題的產生則與礦業行為的規范程度關系密切，總而言之，導致湖南省礦山地質環境問題產生的因素主要有采礦行為、采選冶及治理技術以及自然因素。

一、采礦行為因素

礦業開發活動過程中，地下開採掘進及主動放頂、礦山地面工程建設、露天采場開挖及表土剝離等采礦行為，很難避免采空地面變形、地下水位下降、土地資源佔用破壞等礦山地質環境問題的發生，這是礦業活動的基本屬性所致。但規范的礦業活動或礦業活動過程中事先主動採取有效的礦山地質環境防護措施，將大大減少或消除采礦活動對礦山地質環境的破壞程度，即使產生破壞，其恢復治理也較容易。綜合分析，目前湖南省因采礦行為不恰當而導致大量環境問題發生的主要方面有：

1.過度開采、掠奪式開采

受「大礦大開，小礦放開，有水快流，大力鼓勵民營經濟發展」思想的影響，礦業發展無序，高峰時期，湖南省各類礦山近兩萬處。據不完全統計，1998年，湖南省各類大小礦山達12417座，且還有不少非法開采、民采礦硐。一些礦山企業或私人團伙見礦就采，盲目亂采濫挖，越層越界，不留設甚至偷采保安礦牆（柱）等現象十分嚴重，導致全省礦山地質環境問題急劇爆發，為早期礦山地質環境問題惡化的主要原因。

2.環保意識薄弱，過度追求經濟效益

為了追求經濟效益最大化，歷史上，不顧環境和他人利益，開采過程中不重視環境的保護及預防。主要表現為：廢渣隨意堆放而不惜佔用農田、水庫、河谷；廢水肆意排放而不採取任何凈化措施；居民區、重要設施區及基本農田下方開采而不留設保安礦柱，形成超深、超寬的采空區；不合法采礦權人或非法個人盜采保安礦柱等。

3.礦山地質環境保護方面技術人員匱乏

現有的眾多小礦山，或無環境保護方面的技術員，或已有的技術人員水工環專業知識欠缺，對礦床水文地質條件、工程地質條件及其復雜性等開采技術條件不了解或認識不足，對可能引發的地質環境問題不會科學合理採取相應的預防措施，不自覺造成了對礦山地質環境的破壞，這是造成湖南省礦山地質環境問題的一個重要因素。

4.地方保護主義思想過重

在一些地方，礦產資源開發成為當地的主要經濟支柱，是地方財政的最大來源。歷史時期，部分地方政府和部門片面理解「發展才是硬道理」，存在「先發展起來，再改善生態和保護環境」的錯誤認識，對礦產資源管理秩序整頓、關停小礦山、保護礦山地質環境的要求執行不力，加重了礦山地質環境的破壞。

二、技術因素

1.礦山采、選技術落後，加劇了礦山地質環境問題的發生

受礦產資源稟賦條件限制，礦山開采技術落後，採用落後的「崩塌法」、「放大炮」等開采技術，造成了地面塌陷、崩塌、滑坡等地質災害。部分井下開采礦山的探水技術落後，對老窯、老采空區、岩溶管道探測不完全而發生突水突泥事故，從而造成地面塌陷的發生。選礦工藝簡單落後，如省內曾存在大量土法采選金礦、土法煉汞、煉砷、煉硫、煉礬、煉鉛鋅、氰化選礦的礦山，對礦山地質環境造成了污染。全省很多礦產資源，特別是有色金屬資源，共（伴）生礦多、貧礦多，由於選礦技術落後，資源綜合利用水平低，總回收率僅40%左右，綜合利用水平低，不僅浪費資源，增加固體廢棄物排放量，而且增加了尾砂中重金屬的排放，加重了環境影響的程度。

2.廢渣、廢水綜合利用程度低，礦山地質環境恢復治理技術落後

礦業活動過程中有大量廢渣、廢水排放，對其綜合利用，不僅能變廢為寶，節約資源，而且能有效保護礦山地質環境。湖南省礦山廢渣、廢水的綜合治理率不高，礦山廢渣綜合利用率為26.83%，廢水綜合利用率為11.89%。同時，目前全省礦業廢渣、廢水綜合治理利用的技術水平較低，方法工藝較落後。礦山地質環境恢復治理是一項專業性和技術性很強的工作，但當前礦山地質災害防治和礦區土地復墾技術研究還很薄弱。如地面變形監測可有效預防地面塌陷、采空地面變形對地面設施的破壞，但目前地面變形監測尚處於探索研究階段，而沒有一套完整經濟適用的監測技術體系及早掌控地面形變。就土地復墾而言，采礦廢水、廢渣造成的以重金屬污染為代表的水土污染治理難度大，目前沒有形成一套普適性的治理技術來恢復治理已污染破壞的土地，致使已破壞土地的恢復治理進度十分緩慢。

三、資金因素

歷史上，由於采礦權人追求經濟效益最大化，往往不主動對礦山地質環境破壞的風險進行及時防控。即使問題已經產生，但並不投入足夠的資金進行治理恢復，從而導致大量的環境問題遺留。雖然近十年國家及地方政府和采礦權人對礦山地質環境問題已投入了大量的治理資金進行治理，但歷史欠賬多，治理面積有限。

四、自然因素

礦業活動破壞了礦山地質環境平衡條件是造成礦山地質環境問題的根本原因，但湖南省礦山地質環境條件脆弱是礦業活動容易導致礦山地質環境問題加劇的另一因素。

（一）氣象與水文

湖南省降水量豐富，但年分布不均，全省多年平均降水量為1426.6mm，最大可達3089mm。由於大氣降水豐沛，雨量集中，常出現暴雨，日最大降雨量達423.1mm。降雨是湖南礦山產生崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷及水土流失的一個重要因素。氣候條件十分有利於岩石的風化作用，許多礦區岩石風化強烈，降低了岩體的完整性和穩定性；同時，強烈的風化作用也降低了廢石堆的穩定性，容易產生礦山地質災害。湖南季風變化大，夏、秋季乾燥風大，是尾礦庫產生揚塵污染的原因之一。地表水系發育，河網密布，許多礦區地表水與地下水之間具有水力聯系，地表水往往成為礦井充水、突水的主要來源。尤其是極端天氣的出現，如久旱逢暴雨，隨之產生大量的礦山地質環境問題。

（二）地形地貌

地形強烈切割的深溝大川是崩塌、滑坡最有利的發生地段；各級階地和剝夷面間的斜坡地帶，崩塌、滑坡也十分發育；上下陡、中間緩的折線山坡，當山坡上部成馬蹄形環狀地形且匯水面積大時，易產生沿基岩面滑動的土層滑坡。湖南有色金屬礦床多產於崇山峻嶺之中，復雜的地形條件易發生崩塌、滑坡、泥石流地質災害。

（三）礦床地質環境條件

湖南省能源礦產賦礦層主要為二疊系龍潭煤系、石炭系測水煤系，其次為二疊系吳家坪煤系、二疊系黔陽煤系、上三疊統、下侏羅統含煤岩系等。各含煤岩系岩性主要為粉砂岩、頁岩、泥岩夾砂岩或互層，頁岩、泥岩力學強度低，礦井工程地質條件大多為中等至差；而龍潭煤系北型、吳家坪煤系、黔陽煤系頂板、底板或頂底板為岩溶發育且富含岩溶地下水的碳酸岩鹽，斷裂構造發育且導水性強，水文地質條件及礦區構造大多復雜。建築材料礦山的石膏礦產主要賦存層位有下石炭統梓門橋組、白堊系、古近—新近系，其中梓門橋組含膏岩系直接頂板為岩溶發育中等至強烈的梓門橋組上段灰岩，間接頂板為岩溶強發育的壺天群，水文地質條件大多為復雜至中等，白堊系及古近—新近系含膏岩系岩性多為泥岩、粉砂岩，岩石固結程度較低，岩體力學強度低，礦床工程地質條件大多較差。湖南省柿竹園多金屬礦、黃沙坪、寶山、水口山鉛鋅礦、七寶山金銀黃鐵礦等主要有色金屬礦床均為接觸交代型礦床，其容礦層位均為岩溶發育的碳酸岩鹽，水文地質條件復雜，花垣鉛鋅礦賦礦層位亦為寒武系下統清虛洞組灰岩，地下河等岩溶極發育。當開采上述礦產資源時，由於工程地質條件差，易引發采空區地面變形礦等礦山地質災害；水文地質條件復雜，則易產生岩溶地面塌陷，並導致含水層結構破壞。這也是湖南省采空區地面變形災害主要與測水煤系煤礦山、龍潭煤系（南型）煤礦山、石膏礦山有關及岩溶塌陷、含水層結構破壞主要與龍潭煤系（北型）、吳家坪煤系、黔陽煤系煤礦山、柿竹園多金屬礦、黃沙坪、寶山鉛鋅礦、七寶山多金屬礦等有色金屬礦山有關的重要因素。

湖南省露天開采礦山絕大多數為砂石黏土礦山，花崗岩、石灰岩、石英岩等採石場，風化程度高，當節理、裂隙發育，開采形成較陡峻的臨空面時，易發生崩塌；采砂場、磚瓦廠、高嶺土礦、紅土型金礦、淋積型錳礦開采對象為第四系土（砂）體，土體力學強度低，遇水易軟化，采場邊坡易發生崩滑現象；此外，石煤礦大多露天開采，部分沉積型鐵礦、磷礦也有露天開采礦山，賦礦層位主要為震旦系至寒武系的江口組、陡山沱組、小煙溪組，岩性多為板岩、炭質板岩、砂質板岩，除層理外，板理、劈理均較發育，淺部風化節理十分發育，采場邊坡易發生滑坡與崩塌。同時，采場剝離廢石及采礦廢石量較大，往往成為泥石流的物質來源。

有色金屬及石煤礦山的廢渣、廢水中含大量重金屬元素及放射性元素，化工鹽類礦山廢渣、廢水中含鹵族元素，中高硫煤礦山及硫鐵礦山廢渣、廢水中含大量黃鐵礦，均是礦山水土污染的污染物來源。

Ⅶ 岩土體類型及特徵

按照成岩作用程度和岩、土顆粒間有無牢固連接，區內岩土介質可劃分為岩體和土體兩大類。按照建造類型、結構類型並結合強度，岩體又進一步劃分為堅硬層狀碎屑岩組和半堅硬層狀碎屑岩組兩個工程地質岩組；土體又進一步劃分為砂礫石土、一般黏性土、新黃土、老黃土和紅粘土（表2-4）。

表2-4 岩土體類型劃分及特徵表

一、土體

（一）砂礫石土

砂礫石土主要為粉砂、細砂、中砂、粗砂等，礫砂和卵礫石零星分布。砂土分選性、磨圓度均較好。潛水面以下呈飽和狀態，但絕大部分高於潛水面，一般為濕—稍濕，密實，壓縮系數小於0.1 MPa^-1，屬低壓縮性土，個別地段和表層為中密、鬆散。對一般工程而言，中砂地基承載力較高，可作為天然地基；但粉砂、細砂地基承載力則偏低，通常不被採用（表2-5）。砂土分布於河谷區，地勢開闊、低緩，一般不易產生地質災害。

表2-5 砂土物理力學指標試驗結果統計表

（二）一般黏性土

一般黏性土顆粒成分以粉粒（粒徑0.05～0.001mm）為主，平均佔60%以上，濕陷系數平均值介於0.018～0.036之間，具有輕-中等濕陷性；其允許承載力最大值為333kPa，最小值117kPa，平均值225kPa，一般滿足多層民用建築承載力要求，但對於重要構築物，需作地基處理（表2-6）。

表2-6 一般黏性土物理學性質指標統計表

表7-2 黃土及紅粘土物理學性質指標統計表

（三）新黃土（Qp³）

新黃土幾乎覆蓋全區，厚度一般10～20m，局部達30m。顆粒成分以粉粒為主，礦物成分主要為石英、長石，粘土礦物含量少。新黃土的原生結構為均質結構，結構疏鬆，大孔隙發育。在黃土濕度變遷收縮作用影響下，產生垂直節理，形成了柱狀體塊裂結構。在斜坡地帶，受風化、卸荷或滑移變形作用，產生X形剪節理，局部形成楔形體塊裂結構。天然狀態下土體力學強度較高，但遇水後強度急劇降低，具崩解性和濕陷性。黃土濕陷，引起變形破壞，形成陷穴、落水洞等黃土喀斯特地貌，為降水匯集和快速入滲提供了通道，常導致崩塌、滑坡等地質災害發生（表2-7）。

（四）老黃土（Qp²）

老黃土是構成區內黃土梁峁的主體部分，顆粒成分中黏粒含量明顯高於新黃土，＜0.005mm粒級＞20%，夾數層古土壤及鈣質結核層。老黃土垂直節理、構造節理、滑塌節理以及風化節理普遍發育，形成了典型的柱狀體塊裂結構和楔形體塊裂結構。從黃土不穩定斜坡節理裂隙玫瑰花圖（圖2-16）可以看出，區內黃土節理產狀較復雜，有4 組比較突出，它們的走向分別是：0°～10°、35°～45°、65°～75°、160°～170°，這些節理是導致黃土滑坡崩塌等地質災害發生的潛在地質因素。構造節理多呈X形，黃土陷穴、洞穴、黃土橋等主要是沿此裂隙發育，亦影響著侵蝕溝谷的發生和發展方向。黃土滑坡上發育的節理面較為光滑，常沿滑坡體滑動方向發育，亦有內傾和垂直發育的。例如，在滑坡體剖面上可見到，由後緣到前部依次發育內傾、垂直和順坡向的節理。黃土風化節理主要是由垂直節理和構造節理經風化作用張開、加寬和擴寬而形成；若因水凍結脹裂等作用而風化，則多呈柱狀或碎塊狀；若因晝夜溫差變化作用，則形成板片或不規則的扁平小塊。黃土風化節理方位沒有規律性，其密度由表面向土體深處較為快速地減小，坡體常有剝落、掉土現象，甚至發生崩塌災害（表2-7）。黃土滑坡崩塌節理同基岩崩塌節理裂隙沒有明顯的發育相關關系（圖2-16，圖2-17），且基岩崩塌遠沒有黃土不穩定斜坡發生崩塌的頻率高。

圖2-16 黃土不穩定斜坡節理裂隙玫瑰花圖

圖2-17 基岩崩塌節理裂隙玫瑰花圖

（五）紅粘土（N₂）

紅粘土即新近紀上新世三趾馬紅粘土，在區內零星分布，與下伏侏羅系呈不整合接觸，厚度變化較大，一般1～5m，少數地段厚達10m 以上。其顆粒組成以粉粒和黏粒為主，其中粉粒佔44%～64%，黏粒佔16%～36%，砂粒佔20%～30%。天然狀態下呈堅硬、硬塑狀態。一般高於地下潛水位，含水量偏低，屬於低壓縮性土，滲透性差。天然狀態下強度較高，遇水力學強度顯著降低，由硬塑逐漸變為軟塑甚至流塑狀態，形成軟弱結構面，導致斜坡體沿黃土與紅粘土層接觸面形成滑坡（表2-7）。

二、岩體

（一）堅硬層狀碎屑岩組

岩性以砂岩為主，為侏羅紀及三疊紀碎屑岩，河湖相沉積，產狀近水平，緻密堅硬，屬層狀塊裂結構，承載力高，工程地質性質良好。在邊坡地帶，垂直節理及風化節理發育，尤其是沿著走向為70°～80°、130°～135°、160°～165°的節理裂隙十分發育。節理裂隙的發展與擴張，形成斜坡危岩體，常引發崩塌災害（表2-8）。

表2-8 砂岩物理力學指標統計表

（二）半堅硬層狀碎屑岩組

岩性以泥岩和砂泥岩為主，並夾有頁岩、油頁岩等，為侏羅紀及三疊紀碎屑岩，河湖相沉積，質地軟弱，抗剪強度較低，抗風化能力弱，遇水易軟化，力學強度顯著降低，工程地質性質相對較差，承載力也遠低於砂岩。節理裂隙發育，構成水平層狀塊裂結構，岩體的強度和變形特徵嚴格受到層面及節理面組合的控制。在邊坡地帶，岩體垂直節理、卸荷節理及風化節理發育，形成斜坡危岩體。泥岩與砂岩力學性質的較大差異，以及砂岩與泥岩差異風化的影響，由砂岩和泥岩構成的斜坡體易發生鼓脹、錯斷等形式的變形破壞。另外，泥岩透水性差，易形成相對隔水層，構成軟弱結構面，誘發滑坡的發生（表2-9）。

表2-9 泥岩物理力學指標統計表

Ⅷ 地質災害信息系統

整理集成全國地質環境與地質災害調查、監測和研究成果，編制全國地質災害氣象預警預報信息圖層30個，建立全國地質災害氣象預警預報信息系統。

5.2.1 信息圖層編制原則

在地質災害氣象預警信息圖層編制過程中，充分考慮到影響地質災害發生的各種地質環境背景條件因子、歷史地質災害點分布、社會經濟條件、人類工程設施等因素。依據如下幾個原則:

1)全面性。將目前能夠收集到的影響地質災害發生的各種因素，盡可能地考慮全面，至於每種因素的影響貢獻大小在權重計算部分考慮。

2)時效性。每個信息圖層的編制中，盡可能以最新最翔實的數據資料為基礎，從而保證對最新資料信息和研究成果的及時利用和更新。

3)適用性。收集到的數據資料，根據全國地質災害氣象預警預報的具體工作實際需要，進行相應的改編處理。

4)最大可能使用數據。全國地質災害氣象預警預報的基本比例尺定位為1∶100萬，一些關鍵的圖層數據，如地理底圖、地質底圖、土地利用底圖均可達到1∶100萬的比例尺需求，但部分信息圖層無法達到1∶100萬的比例尺，本項目本著最大可能使用數據的原則，暫且採用小比例尺的圖層直接投影變換代替，以後工作中再逐步更新。

5.2.2 信息圖層概況

信息圖層的投影參數如下:

比例尺:1∶100萬

投影類型:亞爾博斯等積圓錐投影坐標系;坐標單位:mm

第一標准緯度:25°00༼″;第二標准緯度:47°00༼″

中央子午線經度:105°00༼″;投影原點緯度:0°00༼″

地質災害氣象預警預報信息圖層基本情況見表5.1。

5.2.3 信息圖層說明

各信息圖層編制按照各因子的分布特點進行分級。

5.2.3.1 年均雨量

全國年均雨量分為11個級別，各級別年均雨量分段:＜50mm，50～100mm，100～200mm，200～400mm，400～600mm，600～800mm，800～1000mm，1000～1200mm，1200～1600mm，1600～2000mm，＞2000mm。

5.2.3.2 年均氣溫

根據《中國自然地理圖集》(2004)，將全國年均氣溫分為9個級別，各級別年均氣溫分段如下:＜－4℃，－4～0℃，0～4℃，4～8℃，8～12℃，12～16℃，16～20℃，20～24℃，＞24℃。

5.2.3.3 年蒸發量

根據《地下水資源與環境圖集》(2004)，將全國年蒸發量分為10個級別，各級別分段如下:＜500mm，500～600mm，600～800mm，800～1000mm，1000～1200mm，1200～1400mm，1400～1600mm，1600～2000mm，2000～2400mm，＞2400mm。

表5.1 全國地質災害氣象預警預報信息圖層簡表

5.2.3.4 年乾燥度

乾燥度，又稱乾燥指數或乾燥因子。描述氣候乾燥程度的指數，與濕潤系數互為倒數，一般用水分的可能消耗量與收入量的比值表示。它是表徵一個地區干濕程度的指標。

根據《地下水資源與環境圖集》(2004)，將全國年乾燥度分為12個級別，各級別分段如下:＜0.5，0.5～0.75，0.75～1.0，1.0～1.5，1.5～2.0，2.0～3.0，3.0～5.0，5.0～10，10～25，25～50，50～100，＞100。

5.2.3.5 地震烈度

採用第三代《中國地震烈度區劃圖》(1990)，將全國地震烈度按5級區劃:Ⅴ度區、Ⅵ度區、Ⅶ度區、Ⅷ度區、Ⅸ度區。

5.2.3.6 歷史地震點

來源於科學數據共享工程，中國地震局共享數據網，近年來(1999年1月1日至2006年11月2日)的已發地震點數據，共203個。

5.2.3.7 地層岩性

根據「中國地質科學院地質研究所，1∶100萬地質圖」重新進行編制劃分。

(1)劃分原則

地質災害的產生與地層岩性關系密切。地層岩性是地質災害形成的內在因素，對地質災害的產生起著主導和控製作用，岩性及其組合特徵的控製作用決定著地質災害的區域分布。從沿海向內陸，地層岩石由火成岩為主變為變質岩、碎屑岩相間分布，進而變為碳酸鹽岩、碎屑岩、變質岩相間分布。

斜坡岩土體的性質及其結構是形成滑坡、崩塌的物質基礎。一般易形成滑坡、崩塌的岩體，大都是碎屑岩、軟弱的片狀變質岩，岩性多為泥岩、頁岩、板岩、含碳酸鹽類軟弱岩層、泥化層、構造破碎岩層。這些軟弱岩層經水的軟化作用後，抗剪強度降低，容易出現軟弱滑動面，形成崩滑體。

黏性土滑坡在四川分布密集，在中南、閩、浙、晉西、陝南、河南等地也較密集，在長江中下游、東北等地也有一定分布;半成岩類粘土岩滑坡在青海、甘肅、川滇地帶、山西幾個斷陷盆地中分布密集;黃土滑坡在黃河中游、青海等省較密集;泥岩、千枚岩、砂質板岩形成的滑坡在湖南、湖北、西藏、雲南、四川、甘肅等地十分發育。

泥石流主要發育在變質岩區和黃土區，火成岩區和碎屑岩地區次之，碳酸鹽岩地區泥石流相對不發育。

根據全國地質災害發育的普遍規律並結合不同地區地質災害發育的特殊性，主要考慮以下幾個方面的原則劃分地質災害敏感性岩組。

1)地層岩性與地質災害分布的關系;

2)地層岩性的成因、物質組成與空間分布特徵;

3)地層岩性的時代;

4)岩土體(不同時代地層)的工程地質性質;

5)水岩相互作用的敏感性;

6)1∶100萬中國地質圖的精度。

(2)劃分方案

根據地質災害發育的普遍規律以及地層岩性對地質災害的敏感程度，將地質災害敏感性岩組劃分為10種類型。敏感性指數值越高，則相應的岩組對地質災害的發生也越敏感。

Ⅰ類:主要為水體、粉砂質食鹽、食鹽殼、鹽鹼殼、風積物砂等區域，這些區域不會發生滑坡、崩塌、泥石流等地質災害。

Ⅱ類:主要是火成岩類。岩性為閃長岩、石英閃長岩、輝長岩、花崗岩、輝綠岩等，岩性堅硬，力學強度大，是很好的地基和建築材料。

Ⅲ類:主要是火成岩類。岩性為鉀長花崗岩、二長花崗岩、鹼長花崗岩、片麻狀花崗岩、斜長花崗岩、紫蘇花崗岩、正長岩、石英正長岩、煌斑岩、白崗岩、花崗閃長岩、英雲閃長岩、輝石閃長岩、輝長閃長岩、花崗斑岩、英安斑岩、輝綠岩、橄欖岩、橄欖輝綠岩、玄武岩、橄欖玄武岩、苦橄玄武岩、石英二長岩、石英二長斑岩、輝石岩、角閃正長岩、閃長玢岩、英安玢岩、輝綠玢岩、苦橄玢岩、安山玢岩、超基性岩、安山岩、鹼性岩、英安岩、粗面岩、科馬提岩、雲輝二長岩、白榴岩、霓霞岩、碎斑熔岩、細碧岩、石英鈉長斑岩、霏細斑岩、輝長蘇長岩等，岩性堅硬，力學強度較大。

Ⅳ類:主要是變質岩類和部分火成岩及沉積岩。岩性為白雲質灰岩、灰岩、白雲岩、黑雲母花崗岩、白雲母花崗岩、黑雲斜長花崗岩、二雲母花崗岩、流紋岩、變粒岩、片麻岩、角閃岩、砂礫岩、礫岩、變質橄欖輝長岩、糜棱岩、蛇紋岩、大理岩、珍珠岩、硅質岩、蛇綠岩、淺粒岩、岩溶角礫岩、鋁鐵岩系、黑雲角閃閃長岩、斑狀雲母橄欖岩、榴輝岩、黑雲母霞石白榴岩、霏細岩等，岩性較堅硬，力學強度較大。

Ⅴ類:主要是沉積岩類。岩性為頁岩、夾頁岩、火山碎屑岩、生物碎屑岩、片岩、千枚岩、板岩、砂岩、粉砂岩、碳酸鹽岩、凝灰岩、糜棱岩等，半堅硬岩組，力學強度較低，易風化，遇水軟化，是地質災害較易發生的地層。

Ⅵ類:主要是沉積岩類。岩性為泥岩、鈣質泥岩、泥灰岩、夾泥岩、粘土岩、泥頁岩、煤系、泥質粉砂岩、冰磧泥礫岩等，半堅硬岩組，力學強度低，遇水泥化，是地質災害容易發生的地層。

Ⅶ類:岩性為黃土、黃土狀土，黃土的地層年代為Q¹p，Q²p，滲透性弱、抗剪強度高。

Ⅷ類:主要為沖海積物、海積物、沖湖積、湖積、沼澤堆積、石英斑岩風化層、花崗斑岩風化層等鬆散層。

Ⅸ類:主要是沖積物、沖洪積物、洪沖積物、殘坡積物、坡沖積物、冰磧物、苦橄玄武岩風化層、輝綠岩風化層、花崗岩風化層、冰積物等鬆散堆積物，是產生地質災害的主要物源。

Ⅹ類:岩性為黃土，地層年代為Q³p，Qh，疏鬆、大孔隙，垂直節理發育，滲透性強、抗剪強度低、具濕陷性(表5.2)。

5.2.3.8 斷裂分布

根據「中國地質科學院地質研究所，1∶100萬地質圖」編制。考慮到網格單元的大小和斷層斷裂的影響范圍，計算時採用網格區內斷層斷裂的密度進行計算。

5.2.3.9 第四系成因時代

根據1∶250萬第四紀地質圖編制，將第四系的成因時代分為7類:N₂－Q¹p，Q，Qp，Q¹p，Q²p，Q³p，Qh。

5.2.3.10 岩土體類型

來源於1∶400萬岩土體類型圖，將岩土體類型分為7類:火成岩、變質岩、碎屑岩、碳酸鹽岩、砂質土、黃土、其他土。

5.2.3.11 第四系成因類型

根據1∶250萬第四紀地質圖編制，將第四系成因類型分為19類:冰磧、冰水沉積、冰水-洪積、冰水-湖積、洪積、殘積、殘坡積、沖積、沖積-洪積、沖積-湖積、寒凍風化殘坡積、紅土化殘積、黃土堆積、風積、湖積、坡積、岩溶化殘坡積、火山堆積、海陸交互相及海相堆積。

表5.2 中國工程地質岩組劃分表

5.2.3.12 水文地質類型

將水文地質類型分為5大類、18亞類:

1)鬆散沉積孔隙水(濱河平原沖海積層孔隙水、堆積平原沖洪積層孔隙水、黃土高原黃土層孔隙水、內陸盆地沖洪積層孔隙水、沙漠風積沙丘孔隙水、山間盆地沖積層孔隙水);

2)基岩裂隙水(丘陵高原碎屑岩裂隙水、熔岩孔隙裂隙水、山地丘陵岩漿岩裂隙水、山地變質岩裂隙水);

3)多年凍土凍結層上水(高緯度山地基岩凍結層上水、中低緯度高原基岩凍結層上水、中低緯度高原鬆散沉積凍結層上水);

4)碳酸鹽岩裂隙溶洞水(峰叢峰林裂隙溶洞水、岩溶丘陵裂隙溶洞水、岩溶山地裂隙溶洞水);

5)其他(湖泊、雪被)。

5.2.3.13 海拔高度

從1∶100萬地理地貌底圖中提取，將海拔高程分為6類:極高海拔(＞6000m)、高海拔(4000～6000m)、中高海拔(2000～4000m)、中海拔(1000～2000m)、低海拔(＜1000m)、其他(非山地丘陵)。

5.2.3.14 起伏程度

從1∶100萬地理地貌底圖中提取，將地形起伏分為6類:極大起伏(＞2500m)、大起伏(1000～2500m)、中起伏(500～1000m)、小起伏(200～500m)、丘陵(＜200m)、其他(非山地丘陵)。

5.2.3.15 地貌類型

從1∶100萬地理地貌底圖中提取，並重新歸類，將地貌類型分為11類:山地、黃土梁峁、黃土台塬、黃土塬、風蝕地貌、台地、平原、沖積扇平原、低河漫灘、現代冰川、湖泊。

5.2.3.16 土壤侵蝕

根據「中國土壤侵蝕圖」，將土壤侵蝕類型及侵蝕強度分為3大類、15亞類:

1)水力侵蝕(劇烈侵蝕、極強度侵蝕、強度侵蝕、中度侵蝕、輕度侵蝕、無明顯侵蝕、微度侵蝕);

2)凍融侵蝕及冰川侵蝕(強度侵蝕、中度侵蝕、輕度侵蝕、微度侵蝕);

3)風力侵蝕(極強度侵蝕、強度侵蝕、中度侵蝕、輕度侵蝕)。

5.2.3.17 水系

從1∶100萬地理底圖中提取的線形河流。實際計算時，採用網格單元內水系密度參加計算。

5.2.3.18 植被

從1∶100萬地理地貌底圖中提取，將植被覆蓋分為6類:紅樹林灘、森林、經濟林與竹林、灌木林、草地、其他。

5.2.3.19 土地利用

根據「1∶100萬土地利用類型圖」編制，將土地利用類型分為6大類、13亞類。分別是:①耕地(水田、旱地);②林地(有林地、灌木林、疏林地、其他林地);③草地(高覆蓋度草地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地);④水域;⑤城鄉工礦居民用地(城鎮用地、農村居民點、其他建設用地);⑥未利用土地。

5.2.3.20 公路

從1∶100萬地理底圖中提取的線形公路，又分為5類，即高速公路、主要公路、一般公路、大路、小路。實際計算時，採用網格單元內所有公路密度參加計算。

5.2.3.21 鐵路

從1∶100萬地理底圖中提取的線形鐵路，補充青藏鐵路線路。實際計算時，採用網格單元內鐵路密度參加計算。

5.2.3.22 礦山點

全國礦山調查點共11萬多個。

5.2.3.23 分縣人口密度

根據2003年人口普查數據，分縣計算人口密度，分為5類:＞750，450～750，150～450，50～150，＜50。單位:人/km²。

5.2.3.24 水壩分布

從1∶100萬地理底圖中提取，水壩工程點共885個。

5.2.3.25 塔廟宇文化要素分布

從1∶100萬地理底圖中提取，包括塔、廟宇和其他文化設施，計193個點。

5.2.3.26 災害點—滑坡

2005年以前的數據來源於700個縣市調查數據，2004～2007年數據來源於地質災害氣象預警收集的較大的滑坡災害點數據。合計45917個點。隨著更新的數據成果，將繼續更新。

5.2.3.27 災害點—泥石流

2005年以前的數據來源於700個縣市調查數據，2004～2007年數據來源於地質災害氣象預警收集的較大的泥石流災害點數據。合計9253個點。隨著更新的數據成果，下一步將繼續更新。

5.2.3.28 災害點—崩塌

2005年以前的數據來源於700個縣市調查數據，2004～2007年數據來源於地質災害氣象預警收集的較大的崩塌災害點數據。合計13094個點。隨著更新的數據成果，下一步將繼續更新。

5.2.3.29 地震動參數

根據「中國地震動參數圖GB18306－2001」，分為7個級別:≥0.40，0.30，0.20，0.15，0.10，0.05，＜0.05。單位:g。

5.2.3.30 中國第四紀岩性圖

根據1∶250萬第四紀地質圖編制，將第四系岩性分為11類:

礫質土;砂質土;黏質土;黃土類土;鹽類為主;礫質土、黃土類土;黏質土、砂質土、礫質土;砂質土、黏質土;黏質土、礫質土;砂質土、礫質土。

Ⅸ 大峪溝礦區采空後地面變形估算

二₁煤層賦存於二疊系山西組下部，大占砂岩之下，上距砂鍋窯砂岩65m左右。煤層直接頂板多為砂質泥岩或泥岩，局部為細砂岩，直接底板多為泥岩、炭質泥岩或砂質泥岩，地層傾向北北西，傾角7°～14°，屬緩傾地層，煤層厚度0～21.52m，平均4.62m，礦區內煤層厚度變化較大，在走向上厚薄不均，傾向上從南到北厚薄相間，有變薄趨勢(圖3.9)。二₁煤直接頂板力學強度較低，遇水易軟化膨脹崩解，為穩定性較差的頂板，特別是在深部採煤極易發生岩石破碎冒落現象。

圖3.9 二₁煤層厚度分布圖 (單位:m)

由於礦區內岩性、地層厚度、煤層厚薄不一，采深采厚比差異明顯，距井田邊界距離不同的點采動狀態不同，有的處於非充分采動狀態，有的則屬充分采動，地面最大下沉量的計算公式也有所區別，所以采空區最大下沉量計算前，必須先進行采動類型的分區。

(1)充分采動區、非充分采動區的劃分

充分采動區和非充分采動區的劃分依據一般用充分采動角區分。充分采動角是在充分采動條件下的地表移動盆地主斷面上，移動盆地平底的邊緣(在地表水平線上的投影點)和同側采空區邊界的連線與礦層在采空區一側的夾角(鄒友峰等，2003)。按不同斷面，充分采動角可分為走向充分采動角、下山充分采動角、上山充分采動角。具體計算和分區方法如圖3.10所示。圖中ABA'B'為下沉區范圍，一般取下沉10mm的點為邊界點;圖中陰影部分的外輪廓線為地下采空區邊界，其內部的空白區域為充分采動區;W₀為地表變形下沉值。

圖3.10 充分采動時地表變形區示意圖

地表充分采動的范圍，即充分采動邊界圈閉空間。由於缺少三號井田的數據資料，角參量選用了河南省焦作、鶴壁、平頂山、義馬等幾個煤礦的資料(表3.3)。

經計算劃分出三號井田的地表充分采動區和非充分采動區的分布范圍(圖3.11)。

(2)地面下沉值的計算方法

地面下沉值按充分采動條件和非充分采動條件分區處理，每個區又根據地層岩性、采深和采厚情況的不同，諸點計算。

A.充分采動范圍地面下沉值的計算方法

充分采動范圍內地面下沉值採用下式(鄒友峰等，2003)計算:

煤礦山地質環境問題一體化治理研究

式中:W₀為地面上某一點的地面下沉最大值，m;M為該點煤層的開采厚度或坑道的垂高，m;α為該點二₁煤層傾角;q為該點的下沉系數，無量綱。

表3.3 三號井田角參量

(據國家煤炭工業局，2000)

圖3.11 大峪溝礦三號井田充分采動和非充分采動范圍位置圖

下沉系數q的物理意義是，地下采空1m 上覆地層碎脹後未能補償的垂向空間高度。

q的大小與覆岩各層的碎脹能力、采動次數(一次采動還是多次采動)有關，它是岩性綜合評價指標P的函數。按照河南省各大型煤礦的統計結果，q與P存在顯著的線性相關性，可按下式計算:

煤礦山地質環境問題一體化治理研究

式中:P為覆岩總體的岩性綜合評價指標，P的取值與覆岩總厚度(采深)、岩性、各層的力學強度、碎脹程度等因素有關，它是綜合考慮這些因素後的加權平均值:

煤礦山地質環境問題一體化治理研究

式中:h_i為上覆地層各岩性層的厚度，m;Q_i為各岩性層的綜合評價指標。Q_i的取值分為初次采動和重復采動。對於三號井田來說，一₁煤已基本采完，二₁煤的開采屬二次采動，計算應取重復采動的Q_i值 (表3.4)。

表3.4 不同岩性層綜合評價指標

(據鄒友峰等，2003)

由表3.4可以看出，岩石越堅硬，越不易破碎;一旦破碎，其碎脹能力越強，充填空間的能力越大，未補償的空間就小，其Q_i值就小。

B.非充分采動范圍地面下沉值的計算方法

根據圖3.15所圈定的范圍，當三號井田二₁煤全部采空後，井田邊界附近仍有部分區域處於非充分采動狀態。該區段各點的地面下沉值應採用下面的公式(鄒友峰等，2003)計算:

煤礦山地質環境問題一體化治理研究

式中:W_m為非充分采動狀態下，地面某一點的地面下沉最大值，m;M為該點煤層的開采厚度或坑道的垂高，m;α為該點二₁煤層的傾角;q為該點的下沉系數，無量綱;n₁、n₂分別代表沿煤層傾向和走向的采動系數，其中n₁=D₁/D₀₁，n₂=D₂/D₀₂，D₁、D₂分別為采空區沿煤層傾角和走向的長度，m，D₀₁、D₀₂分別為地表達到充分采動時的采空區沿傾向和走向的延伸長度(臨界長度)。

采空區達到充分采動狀態時的臨界長度可按下式計算:

煤礦山地質環境問題一體化治理研究

式中:H₀為采深，m;θ為最大下沉角;ψ₁為下邊界充分采動角;ψ₂為上邊界充分采動角;ψ₃為走向充分采動角;α為煤層傾角。

(3)地面充分采動范圍下沉值的計算結果

本次研究根據鄭州市礦務局提供的18個鑽孔(圖3.12)和煤層底板等高線圖、1∶1萬地形圖和1∶5000 地質圖等資料，採用克里金線性統計方法，對全井田的煤層厚度、采深和各地層的空間分布進行了插值分析，以此為基礎，平面上每隔200m設置一個計算點，共完成全礦區416個點的下沉值計算，用克里金差值法繪制了最大下沉值的等值線圖。各已知鑽孔最大下沉值計算結果見表3.5，各計算節點分布如圖3.12所示，最大下沉量等值線如圖3.13所示。

表3.5 已知鑽孔最大下沉值一覽表

圖3.12 計算節點分布圖

圖3.13 三號井田地面下沉量等值線圖(單位:m)