力学强度低遇水易软化

Ⅰ 如何消除高分子材料吸水对力学性能造成的影响

晚上好，通常是对高分子材料进行化学改性以及表面疏水涂层两种方法。化学改性是利用这种高分子材料在未聚合单体状态时通过接枝一些不亲水的基团减小极性来获得整体防水力的提高，也就是一旦表层有缺损水分子仍然无法继续向内渗透来克服吸水溶胀造成的各项机械性能下降，例如聚乙烯醇的吸水率很高但是通过加入甲醛或者丁醛在酸性条件下使其发生缩聚反应生成聚乙烯醇缩甲醛或者PVB就会大幅度降低水分子造成的不利影响。表面疏水涂层只是针对要求不高的表面防水应用，对于亲水极性表面通过一些硅烷偶联剂或者与低表面张力高聚物共混等工艺来形成憎水层，比如容易长期在水溶液浸泡下出现应力开裂的脲醛树脂在通过浸润KH-550以及硅丙乳液的条件下就能获得极佳的表面疏水效果了。本质上来讲，消除高分子材料吸水能力的根本目标是增加此材料的疏水程度。

Ⅱ 软弱岩石的种类包括哪些

力学强度低，遇水容易软化，并且在外荷载作用下易于产生压缩变形的岩石。在力学特征上，软弱岩石无侧限抗压强度低于或等于300千克／平方厘米,水稳性差，软化系数不大于0.6,变形模量低且流变效应较显著。在火成岩、沉积岩和变质岩3大岩类中,只要具备上述力学特征的岩石，均属软弱岩石。软弱岩石还包括部分构造岩和风化岩。构造岩是指受构造作用力影响而导致错动破坏的岩体，一般包括断层泥、糜棱岩、断层角砾岩及构造破碎岩。其中，断层泥、胶结不良的糜棱岩和断层角砾岩均可视为软弱岩石。风化岩是指在各种风化营力作用下，岩石成分、结构与工程性质产生变异的次生岩石。这类岩石的力学特征与软弱岩石相当的，也属软弱岩石。水工建筑物的坝基、道路工程的大桥桥基和高层建筑物地基岩体内如有软弱岩石，往往会使建筑物地基发生不均一沉陷或滑动变形，影响建筑物安全；峡谷边坡或傍山道路边坡岩体内如有软弱岩石，易产生斜坡失稳和崩滑。因此工程建设中应予以充分注意。

Ⅲ 求一份地质学基础考试试题，最好是今年的。。

1201 地球内部的圈层构造分为___地壳、地幔、地核_______________________________。
1202 石英的相对硬度为______7________，____方解石__________矿物的相对硬度为3。
1203 云母有________1___组_片状__________解理，方解石有____3______组完全解理。
1204 石英的晶面为_____玻璃__光泽，而断口为___油脂____光泽。
1205 岩石按成因可分为___岩浆岩、沉积岩、变质岩______________________________________。
1206 岩浆岩按成因分为__侵入岩、喷出岩_______________________________________。
1207 岩浆岩根据化学成分 （SiO2）和矿物组成划分为_超基性、基性、中性、酸性、碱性_________________。
1208 岩浆岩的产状是指___岩石的形态、大小、与围岩的接触关系 ________________________________等。
1209 岩浆岩的主要造岩矿物为_橄榄石、_辉石、_角闪石、_黑云母、斜长石、钾长石、石英___________________________。
1210 喷出岩的主要构造为_____流纹、气孔、杏仁、______________________________。
1211 深成岩的主要构造为_块状、条带、斑杂、__________________________________。
1212 岩浆岩的结构按结晶程度可分为__全晶质、半晶质、玻璃质_______________________。
1213 岩浆岩的结构按晶粒大小可分为_____显晶质、隐晶质____________________。
1214 沉积岩的形成可分为_____风化、剥蚀、搬运、堆积、固结成岩__________________________阶段。
1215 碎屑岩的胶结物主要有____硅质、钙质、铁质、__泥质___________________________。
1216 碎屑岩的胶结类型，常见的有_基底、孔隙、接触、镶嵌__________________________。
1217 沉积岩最重要的构造是____________层理_____________________。
1218 岩层中的______层状_______________构造是沉积岩的重要特征。
1219 变质作用的主要因素有___________________________________。
1220 变质作用的类型有_______________________________________。
1221 变质作用的热力来源有___________________________________。
1222 写出下列岩石的结构、构造：
花岗岩_全晶质、中粗粒、似斑状、块状构造________，流纹岩_隐晶质细粒结构，流纹构造_______，玄武岩__隐晶质细粒结构，杏仁、气孔状构造_______，
片麻岩_________，千枚岩_________，大理岩_________，
石灰岩_________，砂岩_________，黏土页岩_________。
1223 风化作用的类型可分为__物理风化、化学风化、生物风化__________________________________。
1224 岩体按风化程度分___________________________________等四带。
1225 岩石中较大的矿物晶体被细小晶粒或隐晶质、玻璃质矿物所包围的结构叫_________，较大的晶体矿物叫__________；细粒的微小晶粒或隐晶质、玻璃质叫___________。
1226 请根据下表所描述的岩石特征，填写岩石名称
颜 色 主要矿物成分 结构 构造 岩石名称
一般为灰—深灰色，风化后常为黄褐、土黄色 主要为高岭石等黏土矿物，有时含少量云母、石英 泥 质 成层（层状） 泥岩
浅肉色或浅灰色—灰白色 石英约占25%、长石（以正长石为主），暗色矿物以黑云母为主（含量小于10%） 全晶质等粒状 块 状 花岗岩
灰—灰白色 主要为绢云母，含少量石英 鳞片变晶 片 状
1227 三大类岩石在地表分布最广泛的是____沉积岩______________________。
1228 在地表分布最广泛的沉积积岩是______泥岩______________________。
1229 构成沉积岩的主要矿物有______石英、长石_____________________________。
1230 三大类岩石中常见的浅色矿物有___石英、长石、白云母、_________________________；
三大类岩石中常见的暗色矿物有______黑云母、角闪石、辉石______________________。
1231 地壳中的化学元素含量差异很大，以__氧___________和__硅__________为最多。
1232 大陆地壳具有上部为_____盖________层，下部为_____________层的双层结构。
1233 造岩矿物显晶集合体形态有__晶簇__块状_放射_粒状_片状_________________________等，隐晶和胶态集合体形态有_致密______________________________________等。
1234 反映岩石抗冻性的指标有__________________________。
1235 岩石的软化系数是_____________和_____________的比值。
1236 非金属光泽可分为____玻璃光泽、金刚光泽、_蜡状光泽、珍珠光泽、__________________________________。
三、选择题（在正确的答案前打“√”）
1301 石英是 ①岩浆岩的主要造岩矿物； ②各岩类的主要造岩矿物。
1302 片麻岩的结构是 ①结晶； ②碎屑； ③变晶。
1303 石灰岩的构造是①气孔状； ②片状； ③层状。
1304 力学强度低，遇水易产生软化、泥化的岩石是
①黏土页岩； ②大理岩； ③石英砂岩。
1305 易溶蚀的岩石是①石灰岩； ②片岩； ③泥岩。
1306 强度高，抗水性强，抗风化能力强的岩石①石英砂岩； ②页岩； ③长石砂岩。
1307 在下列三种岩石中，能含有三叶虫化石的是 ①花岗岩； ②云母片岩； ③粉砂岩。
1308 流纹岩是 ①基性侵入岩； ②酸性喷出岩； ③中性浅成岩
1309 矿物晶体在外力作用下，沿一定方向裂开成一系列光滑平面的性质叫做
①劈理； ②层理； ③节理； ④解理； ⑤片理。
1310 长石砂岩具有
①全晶质结构； ②泥质结构； ③碎屑结构； ④生物化学结构； ⑤斑状结构。
1311 在下列物质中，请指出：
高岭石、玄武岩、砂岩、人造金刚石、片岩，黄铁矿、大理岩、花岗岩、化石、方解石、白云岩、流纹岩、石膏、石灰岩、片麻岩、绿泥石、黏土岩、闪长玢岩、凝灰岩、断层角砾岩。
①矿物是：__________________________________________________；
②喷出岩是：________________________________________________；
③侵入岩是：________________________________________________；
④沉积岩是：________________________________________________；
⑤变质岩是：________________________________________________；
⑥可溶（于自然界水中）的矿物和岩石是：_____________________________；
⑦遇水可能易于泥化的岩石是：_____________________________________。
1312 下列矿物中，哪些是特征变质矿物？
①石膏； ②绢云母； ③绿泥石； ④方解石； ⑤石英； ⑥滑石。
1313 岩石中具晶粒或颗粒状，油脂光泽、小刀刻不动、浅色特征的矿物是
①燧石； ②方解石； ③长石； ④石英； ⑤石膏
1314 石英砂岩的结构是
①变晶结构； ②碎屑结构； ③晶质等粒结构； ④斑状结构； ⑤化学结构。
1315 石英砂岩是 ①岩浆岩； ②沉积岩； ③变质岩。
1316 页岩的构造 ①千枚状； ②层状； ③块状。
1317 岩石风化作用可分为
①氧化作用、溶解作用、水化作用、水解作用和碳酸化作用等几种 类型。
②温差剥落、冰劈、盐结晶等三种类型。
③物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用三种类型。
四、是非题（正确的在括号内打“√”，错误的打“×”）
1401 由构造作用产生的裂隙称作解理。 （ ）
1402 花岗岩、玄武岩、闪长岩都是浅成侵入岩。 （ ）
1403 石英砂岩、砾岩、黏土岩都是碎屑岩。 （ ）
1404 石灰岩、白云岩、泥灰岩都是化学岩。 （ ）
1405 位于风化壳最表层的松散堆积物叫坡积物。 （ ）
1406 片麻岩、片岩、大理岩都属变质岩。 （ ）
1407 石灰岩、黏土页岩、长石砂岩都是沉积岩。 （ ）
1408 气孔构造，流纹构造、杏仁构造都是喷出岩的构造。 （ ）
1409 岩基、岩脉、火山锥都是喷出岩的产状。 （ ）
1410 全晶质等粒状结构多见于深成侵入岩。 （ ）
1411 沉积岩与沉积物的主要区别是它经过了硬结成岩阶段而成较坚硬的岩石。 （ ）
1412 石英片岩也称为石英岩。 （ ）
1413 石英砂岩也称为石英岩。 （ ）
1414 片理构造是变质岩的主要特征。 （ ）
1415 成层构造是侵入岩的主要特征。 （ ）
1416 成层构造是沉积岩区别于岩浆岩和变质岩的最主要的标志。（ ）
1417 黏土岩的胶结物是泥质胶结。 （ ）
1418 天然金刚石受不大的外力敲打时常易碎裂，可以说金刚石的硬度并不是所有矿物中最大的。（ ）
1419 风化作用也就是变质作用。 （ ）
1420 凡含有主要矿物为石英、长石及云母的岩石就称为花岗岩。 （ ）
1421 含有大量绿泥石、绢云母的岩石为碎屑沉积岩。 （ ）
1422 层状构造也叫片状构造。 （ ）
1423 石膏的硬度等级是2，长石的硬度等级是6，因此长石的硬度是石膏的3倍。 （ ）
1501 石英、长石、方解石三种造岩矿物的主要区别是什么？角闪石、辉石、黑云母的主要区别是什么？
1502 常见的片状矿物和可溶性矿物各有哪些？
1503 岩浆岩的结构、构造与成因有何关系？
1504 岩石的主要物理力学性质指标有哪些？
1505 在花岗岩地区修建水工建筑物时，需查明哪些工程地质问题？
1506 简述在黏土岩与石灰岩地区修建水工建筑物时，应注意哪些工程地质问题？
1507 变质岩分类的主要依据是什么？
1508 沉积岩有何主要特征？和岩浆岩有何主要区别？
1509 什么叫碎屑结构？碎屑岩定名的原则是什么？
1510 变质岩是怎样形成的？变质与风化有何不同？
1511 说明解理、层理、片理的主要区别。
1512 肉眼鉴定下列岩石时，主要依据哪些特征？
①玄武岩； ②石灰岩； ③砂岩； ④片麻岩； ⑤千枚岩。
1513 重力坝地基岩体为云母片岩、绿泥石片岩、千枚岩、板岩时，应注意哪些工程地质问题？
1514 简述沉积岩的形成过程及其分类。
1515 三大类岩石在成因上有什么不同？
1516 指出下列各组岩石的主要异同：
①花岗岩与流纹岩； ②花岗岩与花岗片麻岩；③黏土页岩与云母片岩； ④石英砂岩与石英岩；
⑤石灰岩与大理岩； ⑥片麻岩与片岩； ⑦石灰岩与泥灰岩； ⑧页岩与板岩；
⑨千枚岩与片岩； ⑩流纹岩与玄武岩
1517 简述变质因素在变质岩形成过程中所起的物理、化学作用。
1518 三大类岩石的主要结构、构造有何区别？
1519 简述变质岩的变质程度与构造特征的关系。
1520 简述岩石风化层的垂直分带及依据。
1521 黏土岩的工程地质性质及水文地质性质有哪些？
1522 岩石的抗剪断强度和摩擦强度有何区别？
1523 在肉眼鉴定岩石时，根据何种最主要的特征来鉴定下列矿物？
①石英； ②黑云母； ③角闪石； ④长石； ⑤方解石。
1524 肉眼鉴定矿物最稳定的物理性质是什么？
1525 结晶质矿物与非晶质矿物有何区别？
1526 沉积岩的形成过程可分为哪几个阶段？各有何特点？
1527 沉积岩中的胶结物成分对岩石的工程性质有何影响？
1528 碎屑岩中的胶结类型对岩石的工程性质有何影响？
1529 岩石的工程地质性质与岩石的成因类型有何关系？
1530 有三块乳白色块状矿物标本（石英、长石、方解石），你根据哪些鉴定特征，又准又快地把它们区别开来（三种矿物之鉴定特征，均须答出）？
1531 造岩矿物的光泽与颜色有何区别？
1532 按岩浆岩的产状，其中哪几种产状被认为是大型水工建筑物的良好地基？
1533 试简述岩浆岩的分类依据。
1534 按结晶程度，岩浆岩的结构可分为哪几种？试各举一例具体岩石说明之。
1535 试述影响岩石风化的因素。
1536 试举例说明化学风化作用与物理风化作用的区别。
1537 对风化岩石划分各个风化带时，一般是根据哪些特征进行的？
1538 当岩石遭受风化后，岩石在哪些方面发生何种变化？
1539 风化作用和变质作用有何主要区别？

Ⅳ 坝基的建设要求

①有足够的强度和刚度，能承受坝体传来的 力，不产生不允许的变形和裂陈。
②有足够的整体性和 均匀性，满足坝基抗滑稳定要求。
③有足够的抗渗性， 满足渗流稳定性要求。
④有足够的抗震稳定性，在地震 等动力作用下坝基岩土不产生滑动、沉陷、液化等现 象。
⑤有足够的耐久性，坝基岩土性能在水的长期作用 下不恶化。 当坝基不能满足某些要求时，可对坝基岩土进行 处理，使其达到上述要求(见岩基处理和软基处理)。 坝基可分为岩质、非岩质和非均质3种。另外在地 质条件复杂的坝址常遇复杂坝基。 岩质坝墓可分为坚岩坝基和软岩坝基。一般 坝基岩石抗压强度大于30MPa为坚岩坝基;小于30 MPa为软岩坝基。坚岩和软岩坝基又均可按岩性分为 不同类型。同类岩性的坝基还有风化程度、岩体结构 (块状、碎裂、层状)、受地质构造破坏的程度的不 同。 非岩质坝基分为砂砾石坝基、砂质坝基和土质 坝基.级配良好的砂砾石坝基具有较高的承载能力，可 做高土石坝及坝高40余m以下的混凝土坝的坝基。 砂质坝基抗管涌能力弱，承载能力和沉陷性能因颗粒 组成、级配、密实度等的不同有很大的变化.均匀的中 细砂层遇地震容易液化。土质坝基防渗性能好，内摩擦 系数小，沉陷过程长。
土质坝基
土质坝基种类繁多，性能相差很 大，因颗粒组成、生成条件等而异。主要有猫土坝基、 壤土坝基等。 非均质坝墓不挖除河床覆盖层的岩质坝基、岩 性不均一的坝基、具有多种沉积物的非岩质坝基均属 此类，其变形、强度、抗渗流等性能往往不均匀，需要 在坝和坝基的设计中妥善处理。 复杂坝墓指有重大地质问题，需要进行复杂处 理的坝基。
岩质复杂坝基
岩质复杂坝基有缓倾角软弱夹层的坝 基、深覆盖层坝基、有深槽的坝基、喀斯特发育的坝基、 有大的断裂构造的坝基等。非岩质复杂坝基有:黄土坝 基、有细砂层或淤泥透镜体的坝基等。 (l)有缓倾角软弱夹层的坝基。坝基岩体中夹有曾 受地质构造破坏，相对软弱的薄岩层，其力学强度低， 遇水易软化或泥化，连续性强，倾角小于30。。这种软 弱夹层对坝基德定最为不利。软弱夹层埋藏于地下，其 分布和性状很不易查清，需根据勘探资料和地质背景、 生成条件等加以综合分析判定。

Ⅳ 岩土类型和性质

岩土体是地质灾害的载体，地质灾害一般都是通过岩土体的变形破坏而表现出来的，是地质灾害成生的物质基础。

受地壳运动的控制，“兰—郑—长”工程地段分布有不同年代、成因、物质成份和结构的岩土体，类型复杂多样，工程地质性质各异，它们对地质灾害的形成、分布和活动起着主导作用。岩土体分布出露的特点是：山区、丘陵以岩体为主，而高原、盆地、平原则以土体为主；管线经过地段绝大多数是土体。下面分别就岩体和土体讨论其分布、类型、性质及对地质灾害成生的制约。

（一）岩体

岩体在管线工程地段主要分布于甘肃、陕西段的关山—陇山，山西段的中条山、霍山和太原东山，河南段的大交口镇—观音堂、义马—新安和大别山等地段，湖北、湖南段的大别山和江南丘陵地等地段，总长约300km，约占管线全长的10%。

参考国标《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）的规定，先将岩体按坚硬程度分大类，再由岩石的成因类型、岩性和工程性质，将本管道工程沿线的岩体划分为4类7种（表4-1）。现作简要讨论。

1.坚硬岩类

按成因类型划分为岩浆岩、变质岩和沉积岩3种亚岩类。

岩浆岩类管线地段分布于祁连山褶皱带、秦岭—大别山褶皱带和扬子地台。分别有加里东期、华力西期、燕山期侵位的，其中祁连山褶皱带三期皆有，岩性为花岗岩、石英闪长岩；秦岭—大别山褶皱带为燕山期花岗岩；扬子地台为加里东期和燕山期的花岗岩和花岗闪长岩。一般呈岩基和岩株状产出，整体块状构造，致密坚硬，物理力学性质均质，各向同性。应该说其工程性质优良，但在亚热带环境中化学风化强烈。地质灾害一般不甚发育，以小型崩塌为主。

变质岩类在管线地段的祁连山褶皱带、华北地台、秦岭—大别山褶皱带有分布。祁连山褶皱带主要出露于关山—陇山地段，为中元古界陇山群和前震旦系，主要岩性为大理岩、黑云母片麻岩、混合岩、结晶片岩。华北地台出露于山西支干线的中条山、霍山、太原东山，为太古界涑水群和太岳山群，岩性为混合岩化的黑云角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩、大理岩、磁铁石英岩、黑云变粒岩、角闪变粒岩等，岩性复杂，风化较强。秦岭—大别山褶皱带出露于大悟一带，为中上元古界红安群含磷的变粒岩、大理岩和石英片岩夹片麻岩，抗风化能力较弱。由于受片麻理、片理及节理的影响，使岩体的工程地质性质呈明显的各向异性和不均一性。地质灾害不甚发育，一般以小型崩滑为主。

表4-1 岩体类型汇总表

沉积岩类在丘陵、山区分布较广，在各大构造单元中皆有，其地质年代自中元古界至中生界早期几乎皆有，岩性复杂多样，主要有：中元古界熊耳群和汝阳群的安山玢岩、玄武岩、石英砂岩，新元古界洛峪群三教堂组的石英砂岩（以上均在河南境内）；上元古界长城系、震旦系的石英砂岩、白云岩、硅质岩、冰碛砾岩等；下古生界寒武系、奥陶系的中厚、厚层碳酸盐岩；上古生界泥盆系的砂岩和碳酸盐岩，石炭、二叠系的中厚、厚层状灰岩和中生界三叠系碳酸盐岩等（上古生界及中生界皆为扬子地台）。按岩性大类可划分为火山喷出沉积岩、碎屑岩和碳酸盐岩三大类。它们的共同特点是，层理构造发育且较厚，抗风化能力较强，但碳酸盐岩具溶蚀性，岩溶较发育，工程地质性质具各向异性。上述这几类岩性分布地段地质灾害一般不甚发育，有小型崩滑和岩溶塌陷（覆盖型岩溶地段）等地质灾害。

2.较硬岩

按成因类型可划分为变质岩和沉积岩两大亚类。

变质岩类分布于祁连山褶皱带、秦岭—大别山褶皱带和扬子地台中，岩性主要是较软弱片岩和千枚岩、板岩。在祁连山褶皱带的管线地段，新元古界长城系变质细砂岩、千枚岩；秦岭—大别山褶皱带信阳群、商城群的云母石英片岩、绿色片岩、绢云石英片岩、浅变质凝灰质砂岩等：扬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、变质凝灰岩、变质砂岩等。上述各类岩体的共同特点是：片理、千枚理、板理等结构面发育，地面风化较强烈，残坡积层厚度往往较大。岩体具明显的各向异性，力学强度相对较弱。崩塌、滑坡和泥石流等山地地质灾害较发育。

沉积岩类分布于华北地台和扬子地台中，华北地台岩性主要是上古生界和中生界粘土岩、铝土岩页岩、泥质粉砂岩、含煤层；扬子地台主要是泥盆系粉细砂岩、粘土岩、页岩、泥灰岩。它们层理发育、薄层状为主，遇水易软化、崩解，风化也较强烈。由上述岩体组成的丘陵山区，地质灾害较发育，主要有崩塌、滑坡、泥石流和采煤引起的地面塌陷和地裂缝灾害（在山西、河南境内较突出）。

3.软弱岩

这大类岩体主要是沉积岩类，较广泛分布于各大地构造单元中生代晚期和新生代陆相盆地中，地质年代为白垩系、古近系和新近系。由于固结压密程度低，岩体孔隙率高，强度小，变形大。岩性主要是河湖相的砂砾岩、砂岩和泥岩，夹淡水泥灰岩，含石膏、芒硝。岩石一般干单轴抗压强度小于30MPa，而新近系岩石成岩性更差，接近于土体，干单轴抗压强度不足于5MPa，属极软岩。这类岩石遇水易软化崩解，抗风化能力亦低。但这类岩体出露地段地形起伏小，地质灾害不发育，主要有膨胀性岩体的轻度胀缩变形灾害，还存在采空塌陷灾害。

4.软硬相间岩

这大类岩体主要也是沉积岩类，较广泛分布于华北地台和扬子地台的古生界和中生界地层中，一般是两种强度和刚性差异较大的岩性相互成层或间夹；古生界常见的是灰岩与页岩互层，砂岩与泥页岩互层，中生界常见的是砂岩与泥页岩互层。在外力作用下会发生层间错动和脱开，而在地下水等作用下更会泥化而形成泥化夹层，层面间强度降低而成为典型的软弱结构面。所以这类地层组合可以称之为“易滑地层组合”，较易产生滑坡。此外，软硬相间岩层差异风化显著，“上硬下软”组合的条件下，软岩易形成岩龛，崩塌也较普遍。

（二）土体

土体在管线地段广泛分布，约占全长的90%。按地质成因，可划分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土和风积土等；按粒度成份，可划分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。对一些具有特殊成份和结构、工程性质也特殊的土，则可单独划分为特殊土，本管线工程的特殊土有黄土类土、膨胀土、盐渍土和淤泥质土等。这里我们也参考国标《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）的规定，将土体划分为碎石土、砂土、粉土、粘性土和特殊土5大类（表4-2）。以下分别就一般土和特殊土作简要讨论。

1.一般土体

一般土体包括各种成因类型的碎石土、砂类土、粉土和粘性土。

（1）碎石土：

碎石土指的是土中粒径d＞2mm的颗粒质量超过总质量50%的土。根据规定，碎石土可再划分为砾质土、卵（碎）石土和漂（块）石土，它们的粒径分别＞2mm、20mm或200mm的质量，超过总质量50%。一般冲积成因的碎石土分选性和滚圆度较好，位于河床和河流阶地二元结构的下部，而其他成因的则较差。本工程各段情况是：甘肃段砾卵石占45%～70%，粒径一般 20～80mm，呈次圆—次棱角状，一般分布于冲洪和平原表层之下。陕西段分布于渭河及其各支流以及山前洪积扇。河流冲积成因者在河漫滩和河床地段，在渭河干流厚度可达20～40m，结构较均一；而洪积扇区则为大小混杂的砂卵石为主。山西段主要分布于汾河、龙凤河和潇河等山间河谷地段，以砂卵砾石为主，磨圆较好，级配良好。河南段主要分布在伊洛河、沙颍河等诸河流河谷区，以砂砾卵石为主。湖北—湖南段碎石土多分布于低山丘陵斜坡地带，多为残坡积成因，碎石成分随母岩而变化。一般碎石土较疏松，孔隙比大，渗透性强，地基承载力高。

表4-2 土体类型汇总表

（2）砂类土：

砂类土指的是土中粒径d＞2mm的颗粒质量不超过总质量的50%,d＞0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的土；根据颗粒级配还可划分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂，一般是冲洪积成因的。此类土在本工程的情况是：甘肃段分布于洪积平原表层土之下，主要由粉细砂、中细砂组成，松散—中密状态。陕西段分布于渭河及支流的漫滩、一级阶地和古河道中，以中细砂和粉细砂为主，常含少量砾石，除河漫滩地段外，砂层均埋藏于细粒土之下，厚度不均一，多呈透镜体状，孔隙度大，渗透性强，中粗砂是良好的地基持力层，而饱水粉细砂则易产生震动液化。山西段分布于黄河、汾河及其较大支流的河床、河漫滩和阶地，一般为砂砾石混合，厚度较大。也有在山前倾斜平原区前缘的洪积砂砾石，与细粒土组成多层结构。河南段分布除了与碎石土相同外，在沙颍河以南淮河平原各河流河漫滩和一级阶地前缘地带，表层之下为中细砂，稍密—中密状态，厚度不稳定。砂类土一般级配较好，渗透性较强，一般是良好的地基持力层，但在地震烈度≥Ⅶ区需关注饱和粉细砂的震动液化问题。

（3）粉土和粘性土：

粉土和粘性土也可称之为“细粒土”，前者是土中粒径d＞0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数Ⅰ_P≤10的土；而后者则Ⅰ_P＞10的土。这两类土大量广泛分布于郑州—长沙段洪冲积平原和丘陵地段。具各种成因类型。一般洪冲积成因的土体较密实，孔隙比小，含水量相对较少，透水性弱，强度高，地基承载力高。而丘陵地带的残坡积成因者往往与碎石土混杂，土体孔隙性大，透水性相对较强，在久雨或强降雨时，易产生坡积层崩滑。

2.特殊土

（1）黄土类土：

黄土类土是第四纪时期特殊的大陆松散沉积物，它在世界各地分布广而性质特殊。这类土在我国主要分布于西北、华北和东北地区，面积达60万km²以上，以北纬34°～45°之间最为发育，这些地区位于我国西北沙漠区的外围东部地区，具有大陆性干旱少雨气候的特点。黄土类土从早更新世（Q₁）开始堆积，经历了整个第四纪，直至现今还未结束。按地层时代及其基本特征，黄土类土可分为3类：老黄土、新黄土和新近堆积黄土（表4-3）。老黄土是Q₁、Q₂时期堆积的，分别称“午城黄土”和“离石黄土”，一般无湿陷性；新黄土一般是Q₃时期堆积的，称“马兰黄土”，也有Q₄早期的，具湿陷性，分布面积最广（约占60%）；新近堆积黄土一般是Q₄晚期堆积的，湿陷性不一。各地黄土类土总厚度不一，陕甘黄土高原地区最厚，可达100～200m，河谷地区一般只有数米至30m左右，且主要是新黄土。黄土类土的成因一直是争论的热点问题，但普遍的看法是，风积成因是主要的，也有冲积、洪积、坡积、冰水堆积等成因类型。颗粒成份以粉粒为主，富含碳酸钙，具大孔性，垂直节理发育，具湿陷性等特征者，称 “典型黄土”，而有些特征不明显者则称“黄土状土”。下面讨论一下本管线工程黄土类土的特性。

本管线工程的黄土类土分布于兰州—郑州段（含山西支干线）。不同地段黄土类土的粒度成份和结构有所不同，所以其物理力学指标和工程地质性质也有明显差异。下面我们以Q₃典型的湿陷性黄土为代表作分析。

首先是黄土的颗粒组成，将兰州、西安、太原、洛阳四地作比较（表4-4）。可以看出它们的差异，总趋势是：由西北往东南砂粒和粉粒含量愈来愈小，而粘粒含量则愈来愈大，而粉粒所占比例最大是一致的。所以有人将西部黄土称之为“砂黄土”，而东部为“粘黄土”。 黄土的颗粒组成对其湿陷性有一定影响，即砂粒含量愈多，湿陷性愈强，而粘性愈多则湿陷性愈弱。

表4-3 不同年代黄土的特征

表4-4 湿陷性黄土的颗粒组成单位：%

各地湿陷性黄土的基本物理力学性质指标列于表4-5中。

由西往东的总趋势是：土体的密度和天然含水率愈来愈大，液限和塑性指数也愈来愈大，孔隙比愈来愈小；而三项力学性质指标变化规律则不明显。而且可看出，陇西和陇东地区指标相近似，关中地区与汾河流域也比较接近，而豫西地区与前面的4个地区则又有明显差异。上述规律很重要，因为它与黄土的湿陷性相关的，即自西往东湿陷性逐渐变弱。

管线地段湿陷性黄土的湿陷系数（δ_s），经大量统计后汇总于表4-6中。从表中可看出，湿陷系数陇西地区最大，陇东地区次之，关中地区汾河流域再次之，而豫西则最小；而且高阶地的湿陷系数要大于低阶地。按有关规定，δ_s＞0.015时，该黄土为湿陷性土；δ_s为0.015～0.03时湿陷性轻微，δ_s为0.03～0.07时湿陷性中等；δ_s＞0.07时，湿陷性强烈。所以说，陇西和陇东地区黄土具中等—强烈湿陷性，关中地区和汾河流域黄土具中等湿陷性，而豫西地区黄土为轻微—中等湿陷性。

表4-5 各地湿陷性黄土基本物理力学性质指标

表4-6各地黄土湿陷系数（δ_s）统计表

湿陷性对黄土地区地质灾害的成生和活动关系密切，地基的湿陷变形破坏本身就是黄土地区特殊的地质灾害。此外由于黄土结构疏松，以及大孔性和垂直节理发育，潜蚀地质灾害也很普遍。由于黄土的湿陷和潜蚀特性，还可诱发崩塌、滑坡和泥石流灾害。

（2）膨胀土：

具有明显遇水膨胀和失水收缩的土称膨胀土。这类土在我国主要分布在南方山前丘陵、垅岗和二、三级阶地上，大多数是晚更新世及以前的残坡积、冲洪积和湖积物。从外表看，膨胀土一般呈红、黄、褐、灰白等不同颜色，具斑状结构，常含有铁锰质或钙质结核。土体常有网状开裂，有腊状光泽的挤压面，类似劈理。土层表面常出现各种纵横交错的裂隙或龟裂现象，这与失水土体强烈收缩有关。膨胀土的胀缩特性，主要是土中含有较多的粘粒，一般粘粒含量高达35%以上，而且这些粘粒大部分为亲水性很强的蒙脱石和伊利石等粘土矿物，膨胀收缩能力较强。天然状态下，膨胀土一般致密坚硬，天然含水率较小，所以土体常处于硬塑或坚硬状态，压缩性较低，强度较高；但在浸水膨胀后，强度明显降低，压缩性增大。膨胀土的这种胀缩特性，对工程建设会带来危害。按我国有关规定，凡自由膨胀率δ^ef大于40%者，即可定名为膨胀土，40%≤δ^ef＜65%为弱膨胀土，65%≤f＜90%为中等膨胀土，δ^ef≥90%为强膨胀土。

本管线工程的膨胀土主要分布于湖北境内的黄陂县周港、应城支线和五里桥—贺胜桥—横沟桥一带：在河南境内的平顶山、周口西、郾城—驻马店的沙汝河平原和确山—信阳北的低山丘陵也有零星分布。

湖北境内的膨胀土主要分布于高程30～45m的垅岗和岗间坳沟地带，自然地形坡度平缓。土体时代为更新世，颜色呈棕黄、褐黄、棕红色，土体平均自由膨胀率：周港一带下更新统82%（最大99%），应城支线中更新统62%（最大109%），五里桥—贺胜桥一横沟桥一带上更新统44%（最大72%）。土体胀缩性危害主要导致当地居民低层建筑墙体拉裂破坏，斜坡和水渠边坡坍滑。

河南境内的膨胀土分布于淮河平原边缘的平顶山东和确山—信阳北的低山丘陵，以及沙汝河平原之间的周口和郾城—驻马店地段。土体时代为中、晚更新世，颜色呈棕黄、灰绿、棕红色，干燥时呈硬塑状态，裂隙发育，含铁锰质和钙质结核，平均自由膨胀率43.5%。平顶山以膨胀破坏为主，而信阳多以收缩破坏为主，多发生在干旱季节。

（3）盐渍土：

土中易溶盐含量大于0.5%的土称为盐渍土。由于它发育于地表土层中，与道路、低层建筑等有关，主要是土的腐蚀作用以及盐胀和溶陷作用对工程建设的危害。盐渍土按地理分布可分为滨海盐渍土、冲积平原盐渍土和内陆盐渍土等类型。我国盐渍土主要分布在北方诸省区。盐渍土的形成及其所含盐的成分和数量与当地的地形地貌、气候条件、地下水的埋藏深度和矿化度、土壤性质和人类活动有关；它的厚度并不大，一般分布于地表以下1.5～4m范围内，且由地面至深部含盐量逐渐减少。盐渍土的形成一般是由于地下水埋深过浅（甚至出露地面），蒸发强烈而盐分在地表的聚积所致。

盐渍土的性质与所含盐分和含盐量有关。土中的盐类主要是氯盐、硫酸盐和碳酸盐三类，因此盐渍土也相应地划分为氯盐渍土、硫酸盐渍土和碳酸盐渍土（表4-7）。盐渍土中所含盐分及其数量对土的工程地质性质影响很大。由于土成分的改变，影响了土的结构，从而影响了塑性、透水性、膨胀性、压缩性、击实性等性质。

表4-7 盐渍土的分类

本管线工程的盐渍土主要分布于甘肃段通渭以西、陕西段华县—华阴地段和山西段的永济市东北伍姓湖区（K48～K54）及清徐张花营村—榆次西荣（K451～K464）地段。

甘肃段通渭以西地段河谷平原一级阶地潜水位埋深很浅，经测定，土壤中平均含盐量3.4%，最大可达8%～15%，属硫酸—氯型中—超盐渍土。

陕西段华县—华阴地段的盐渍土是由于黄河三门峡水库淤积和回水，引起潜水位壅高，使渭河南岸赤水河至方山河一级阶地中部成为浸没区，而导致土壤盐渍化。但近年来当地大量开采地下水，潜水位埋深增大，盐渍化已几近消失。

山西段永济伍姓湖区地势低洼（比周边低5～8m），表层土由粉质粘土和粉土组成，潜水位埋深0～3m，土中含盐量1.06%～1.18%，类型为硫酸—氯型，属中盐渍土。清除张花营村—榆次西地段地势较周边略低，表层土为粉土，潜水位埋深0.2～3m，土中含盐量0.44%～1.12%，类型为氯—硫酸盐型，属弱—中盐渍土。硫酸盐结晶膨胀以及腐蚀作用，对管道将有一定危害。

（4）淤泥质土：

淤泥质土是指在水流缓慢甚或静水环境中沉积，有微生物参与作用的条件下，含较多有机质，而疏松软弱的粘性土，它是近代在滨海、湖泊、沼泽、河弯、废河道等地区沉积的未经固结的一种特殊土。从外观看，这类土常呈灰、灰蓝、灰绿和灰黑等颜色，污染手指并有臭味。土中含有大量亲水性强的粘土矿物（蒙脱石和伊利石占多数），有机质含量较多（一般含量 5%～15%），天然孔隙比大于1，天然含水率大于液限。其结构形式常为蜂窝状或棉絮状，疏松多孔，压缩性很强，地基承载力很低。我国淤泥质土的地理分布基本上可分为两大类：一类是沿海沉积的，另一类是内陆和山区湖沼盆地沉积的。前者分布稳定而厚度大，后者常零星分布且厚度小。

本管线工程的淤泥质土主要分布于湖北—湖南段。管道经过长江等13条大中型河流的冲湖积平原低洼地段，有较大范围的淤泥质软土分布，有机质含量大于1.5%，岩性为淤泥、淤泥质粘土和淤泥质粉土，呈软塑—流塑状，天然含水率多大于35%，最高达133%，孔隙比1～2.02，最高达3.12，压缩系数一般大于0.5MPa^-1，最高可达3.68MPa^-1，凝聚力一般9.8～29.4k Pa，内摩擦角6°～15°，地基承载力，天然状态下一般为25～55k Pa，常导致建筑物过量沉降和不均匀沉降。很显然，这类土体对管沟开挖影响较大，常导致沟坡坍塌挤出而不易成形。此外，对场站地基稳定性也有影响。

Ⅵ 　矿山地质环境问题的成因分析

矿业开发或多或少会对地质环境造成影响破坏，有些矿山地质环境问题的产生具有必然性，有些矿山地质环境问题的产生则与矿业行为的规范程度关系密切，总而言之，导致湖南省矿山地质环境问题产生的因素主要有采矿行为、采选冶及治理技术以及自然因素。

一、采矿行为因素

矿业开发活动过程中，地下开采掘进及主动放顶、矿山地面工程建设、露天采场开挖及表土剥离等采矿行为，很难避免采空地面变形、地下水位下降、土地资源占用破坏等矿山地质环境问题的发生，这是矿业活动的基本属性所致。但规范的矿业活动或矿业活动过程中事先主动采取有效的矿山地质环境防护措施，将大大减少或消除采矿活动对矿山地质环境的破坏程度，即使产生破坏，其恢复治理也较容易。综合分析，目前湖南省因采矿行为不恰当而导致大量环境问题发生的主要方面有：

1.过度开采、掠夺式开采

受“大矿大开，小矿放开，有水快流，大力鼓励民营经济发展”思想的影响，矿业发展无序，高峰时期，湖南省各类矿山近两万处。据不完全统计，1998年，湖南省各类大小矿山达12417座，且还有不少非法开采、民采矿硐。一些矿山企业或私人团伙见矿就采，盲目乱采滥挖，越层越界，不留设甚至偷采保安矿墙（柱）等现象十分严重，导致全省矿山地质环境问题急剧爆发，为早期矿山地质环境问题恶化的主要原因。

2.环保意识薄弱，过度追求经济效益

为了追求经济效益最大化，历史上，不顾环境和他人利益，开采过程中不重视环境的保护及预防。主要表现为：废渣随意堆放而不惜占用农田、水库、河谷；废水肆意排放而不采取任何净化措施；居民区、重要设施区及基本农田下方开采而不留设保安矿柱，形成超深、超宽的采空区；不合法采矿权人或非法个人盗采保安矿柱等。

3.矿山地质环境保护方面技术人员匮乏

现有的众多小矿山，或无环境保护方面的技术员，或已有的技术人员水工环专业知识欠缺，对矿床水文地质条件、工程地质条件及其复杂性等开采技术条件不了解或认识不足，对可能引发的地质环境问题不会科学合理采取相应的预防措施，不自觉造成了对矿山地质环境的破坏，这是造成湖南省矿山地质环境问题的一个重要因素。

4.地方保护主义思想过重

在一些地方，矿产资源开发成为当地的主要经济支柱，是地方财政的最大来源。历史时期，部分地方政府和部门片面理解“发展才是硬道理”，存在“先发展起来，再改善生态和保护环境”的错误认识，对矿产资源管理秩序整顿、关停小矿山、保护矿山地质环境的要求执行不力，加重了矿山地质环境的破坏。

二、技术因素

1.矿山采、选技术落后，加剧了矿山地质环境问题的发生

受矿产资源禀赋条件限制，矿山开采技术落后，采用落后的“崩塌法”、“放大炮”等开采技术，造成了地面塌陷、崩塌、滑坡等地质灾害。部分井下开采矿山的探水技术落后，对老窑、老采空区、岩溶管道探测不完全而发生突水突泥事故，从而造成地面塌陷的发生。选矿工艺简单落后，如省内曾存在大量土法采选金矿、土法炼汞、炼砷、炼硫、炼矾、炼铅锌、氰化选矿的矿山，对矿山地质环境造成了污染。全省很多矿产资源，特别是有色金属资源，共（伴）生矿多、贫矿多，由于选矿技术落后，资源综合利用水平低，总回收率仅40%左右，综合利用水平低，不仅浪费资源，增加固体废弃物排放量，而且增加了尾砂中重金属的排放，加重了环境影响的程度。

2.废渣、废水综合利用程度低，矿山地质环境恢复治理技术落后

矿业活动过程中有大量废渣、废水排放，对其综合利用，不仅能变废为宝，节约资源，而且能有效保护矿山地质环境。湖南省矿山废渣、废水的综合治理率不高，矿山废渣综合利用率为26.83%，废水综合利用率为11.89%。同时，目前全省矿业废渣、废水综合治理利用的技术水平较低，方法工艺较落后。矿山地质环境恢复治理是一项专业性和技术性很强的工作，但当前矿山地质灾害防治和矿区土地复垦技术研究还很薄弱。如地面变形监测可有效预防地面塌陷、采空地面变形对地面设施的破坏，但目前地面变形监测尚处于探索研究阶段，而没有一套完整经济适用的监测技术体系及早掌控地面形变。就土地复垦而言，采矿废水、废渣造成的以重金属污染为代表的水土污染治理难度大，目前没有形成一套普适性的治理技术来恢复治理已污染破坏的土地，致使已破坏土地的恢复治理进度十分缓慢。

三、资金因素

历史上，由于采矿权人追求经济效益最大化，往往不主动对矿山地质环境破坏的风险进行及时防控。即使问题已经产生，但并不投入足够的资金进行治理恢复，从而导致大量的环境问题遗留。虽然近十年国家及地方政府和采矿权人对矿山地质环境问题已投入了大量的治理资金进行治理，但历史欠账多，治理面积有限。

四、自然因素

矿业活动破坏了矿山地质环境平衡条件是造成矿山地质环境问题的根本原因，但湖南省矿山地质环境条件脆弱是矿业活动容易导致矿山地质环境问题加剧的另一因素。

（一）气象与水文

湖南省降水量丰富，但年分布不均，全省多年平均降水量为1426.6mm，最大可达3089mm。由于大气降水丰沛，雨量集中，常出现暴雨，日最大降雨量达423.1mm。降雨是湖南矿山产生崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷及水土流失的一个重要因素。气候条件十分有利于岩石的风化作用，许多矿区岩石风化强烈，降低了岩体的完整性和稳定性；同时，强烈的风化作用也降低了废石堆的稳定性，容易产生矿山地质灾害。湖南季风变化大，夏、秋季干燥风大，是尾矿库产生扬尘污染的原因之一。地表水系发育，河网密布，许多矿区地表水与地下水之间具有水力联系，地表水往往成为矿井充水、突水的主要来源。尤其是极端天气的出现，如久旱逢暴雨，随之产生大量的矿山地质环境问题。

（二）地形地貌

地形强烈切割的深沟大川是崩塌、滑坡最有利的发生地段；各级阶地和剥夷面间的斜坡地带，崩塌、滑坡也十分发育；上下陡、中间缓的折线山坡，当山坡上部成马蹄形环状地形且汇水面积大时，易产生沿基岩面滑动的土层滑坡。湖南有色金属矿床多产于崇山峻岭之中，复杂的地形条件易发生崩塌、滑坡、泥石流地质灾害。

（三）矿床地质环境条件

湖南省能源矿产赋矿层主要为二叠系龙潭煤系、石炭系测水煤系，其次为二叠系吴家坪煤系、二叠系黔阳煤系、上三叠统、下侏罗统含煤岩系等。各含煤岩系岩性主要为粉砂岩、页岩、泥岩夹砂岩或互层，页岩、泥岩力学强度低，矿井工程地质条件大多为中等至差；而龙潭煤系北型、吴家坪煤系、黔阳煤系顶板、底板或顶底板为岩溶发育且富含岩溶地下水的碳酸岩盐，断裂构造发育且导水性强，水文地质条件及矿区构造大多复杂。建筑材料矿山的石膏矿产主要赋存层位有下石炭统梓门桥组、白垩系、古近—新近系，其中梓门桥组含膏岩系直接顶板为岩溶发育中等至强烈的梓门桥组上段灰岩，间接顶板为岩溶强发育的壶天群，水文地质条件大多为复杂至中等，白垩系及古近—新近系含膏岩系岩性多为泥岩、粉砂岩，岩石固结程度较低，岩体力学强度低，矿床工程地质条件大多较差。湖南省柿竹园多金属矿、黄沙坪、宝山、水口山铅锌矿、七宝山金银黄铁矿等主要有色金属矿床均为接触交代型矿床，其容矿层位均为岩溶发育的碳酸岩盐，水文地质条件复杂，花垣铅锌矿赋矿层位亦为寒武系下统清虚洞组灰岩，地下河等岩溶极发育。当开采上述矿产资源时，由于工程地质条件差，易引发采空区地面变形矿等矿山地质灾害；水文地质条件复杂，则易产生岩溶地面塌陷，并导致含水层结构破坏。这也是湖南省采空区地面变形灾害主要与测水煤系煤矿山、龙潭煤系（南型）煤矿山、石膏矿山有关及岩溶塌陷、含水层结构破坏主要与龙潭煤系（北型）、吴家坪煤系、黔阳煤系煤矿山、柿竹园多金属矿、黄沙坪、宝山铅锌矿、七宝山多金属矿等有色金属矿山有关的重要因素。

湖南省露天开采矿山绝大多数为砂石黏土矿山，花岗岩、石灰岩、石英岩等采石场，风化程度高，当节理、裂隙发育，开采形成较陡峻的临空面时，易发生崩塌；采砂场、砖瓦厂、高岭土矿、红土型金矿、淋积型锰矿开采对象为第四系土（砂）体，土体力学强度低，遇水易软化，采场边坡易发生崩滑现象；此外，石煤矿大多露天开采，部分沉积型铁矿、磷矿也有露天开采矿山，赋矿层位主要为震旦系至寒武系的江口组、陡山沱组、小烟溪组，岩性多为板岩、炭质板岩、砂质板岩，除层理外，板理、劈理均较发育，浅部风化节理十分发育，采场边坡易发生滑坡与崩塌。同时，采场剥离废石及采矿废石量较大，往往成为泥石流的物质来源。

有色金属及石煤矿山的废渣、废水中含大量重金属元素及放射性元素，化工盐类矿山废渣、废水中含卤族元素，中高硫煤矿山及硫铁矿山废渣、废水中含大量黄铁矿，均是矿山水土污染的污染物来源。

Ⅶ 岩土体类型及特征

按照成岩作用程度和岩、土颗粒间有无牢固连接，区内岩土介质可划分为岩体和土体两大类。按照建造类型、结构类型并结合强度，岩体又进一步划分为坚硬层状碎屑岩组和半坚硬层状碎屑岩组两个工程地质岩组；土体又进一步划分为砂砾石土、一般黏性土、新黄土、老黄土和红粘土（表2-4）。

表2-4 岩土体类型划分及特征表

一、土体

（一）砂砾石土

砂砾石土主要为粉砂、细砂、中砂、粗砂等，砾砂和卵砾石零星分布。砂土分选性、磨圆度均较好。潜水面以下呈饱和状态，但绝大部分高于潜水面，一般为湿—稍湿，密实，压缩系数小于0.1 MPa^-1，属低压缩性土，个别地段和表层为中密、松散。对一般工程而言，中砂地基承载力较高，可作为天然地基；但粉砂、细砂地基承载力则偏低，通常不被采用（表2-5）。砂土分布于河谷区，地势开阔、低缓，一般不易产生地质灾害。

表2-5 砂土物理力学指标试验结果统计表

（二）一般黏性土

一般黏性土颗粒成分以粉粒（粒径0.05～0.001mm）为主，平均占60%以上，湿陷系数平均值介于0.018～0.036之间，具有轻-中等湿陷性；其允许承载力最大值为333kPa，最小值117kPa，平均值225kPa，一般满足多层民用建筑承载力要求，但对于重要构筑物，需作地基处理（表2-6）。

表2-6 一般黏性土物理学性质指标统计表

表7-2 黄土及红粘土物理学性质指标统计表

（三）新黄土（Qp³）

新黄土几乎覆盖全区，厚度一般10～20m，局部达30m。颗粒成分以粉粒为主，矿物成分主要为石英、长石，粘土矿物含量少。新黄土的原生结构为均质结构，结构疏松，大孔隙发育。在黄土湿度变迁收缩作用影响下，产生垂直节理，形成了柱状体块裂结构。在斜坡地带，受风化、卸荷或滑移变形作用，产生X形剪节理，局部形成楔形体块裂结构。天然状态下土体力学强度较高，但遇水后强度急剧降低，具崩解性和湿陷性。黄土湿陷，引起变形破坏，形成陷穴、落水洞等黄土喀斯特地貌，为降水汇集和快速入渗提供了通道，常导致崩塌、滑坡等地质灾害发生（表2-7）。

（四）老黄土（Qp²）

老黄土是构成区内黄土梁峁的主体部分，颗粒成分中黏粒含量明显高于新黄土，＜0.005mm粒级＞20%，夹数层古土壤及钙质结核层。老黄土垂直节理、构造节理、滑塌节理以及风化节理普遍发育，形成了典型的柱状体块裂结构和楔形体块裂结构。从黄土不稳定斜坡节理裂隙玫瑰花图（图2-16）可以看出，区内黄土节理产状较复杂，有4 组比较突出，它们的走向分别是：0°～10°、35°～45°、65°～75°、160°～170°，这些节理是导致黄土滑坡崩塌等地质灾害发生的潜在地质因素。构造节理多呈X形，黄土陷穴、洞穴、黄土桥等主要是沿此裂隙发育，亦影响着侵蚀沟谷的发生和发展方向。黄土滑坡上发育的节理面较为光滑，常沿滑坡体滑动方向发育，亦有内倾和垂直发育的。例如，在滑坡体剖面上可见到，由后缘到前部依次发育内倾、垂直和顺坡向的节理。黄土风化节理主要是由垂直节理和构造节理经风化作用张开、加宽和扩宽而形成；若因水冻结胀裂等作用而风化，则多呈柱状或碎块状；若因昼夜温差变化作用，则形成板片或不规则的扁平小块。黄土风化节理方位没有规律性，其密度由表面向土体深处较为快速地减小，坡体常有剥落、掉土现象，甚至发生崩塌灾害（表2-7）。黄土滑坡崩塌节理同基岩崩塌节理裂隙没有明显的发育相关关系（图2-16，图2-17），且基岩崩塌远没有黄土不稳定斜坡发生崩塌的频率高。

图2-16 黄土不稳定斜坡节理裂隙玫瑰花图

图2-17 基岩崩塌节理裂隙玫瑰花图

（五）红粘土（N₂）

红粘土即新近纪上新世三趾马红粘土，在区内零星分布，与下伏侏罗系呈不整合接触，厚度变化较大，一般1～5m，少数地段厚达10m 以上。其颗粒组成以粉粒和黏粒为主，其中粉粒占44%～64%，黏粒占16%～36%，砂粒占20%～30%。天然状态下呈坚硬、硬塑状态。一般高于地下潜水位，含水量偏低，属于低压缩性土，渗透性差。天然状态下强度较高，遇水力学强度显著降低，由硬塑逐渐变为软塑甚至流塑状态，形成软弱结构面，导致斜坡体沿黄土与红粘土层接触面形成滑坡（表2-7）。

二、岩体

（一）坚硬层状碎屑岩组

岩性以砂岩为主，为侏罗纪及三叠纪碎屑岩，河湖相沉积，产状近水平，致密坚硬，属层状块裂结构，承载力高，工程地质性质良好。在边坡地带，垂直节理及风化节理发育，尤其是沿着走向为70°～80°、130°～135°、160°～165°的节理裂隙十分发育。节理裂隙的发展与扩张，形成斜坡危岩体，常引发崩塌灾害（表2-8）。

表2-8 砂岩物理力学指标统计表

（二）半坚硬层状碎屑岩组

岩性以泥岩和砂泥岩为主，并夹有页岩、油页岩等，为侏罗纪及三叠纪碎屑岩，河湖相沉积，质地软弱，抗剪强度较低，抗风化能力弱，遇水易软化，力学强度显著降低，工程地质性质相对较差，承载力也远低于砂岩。节理裂隙发育，构成水平层状块裂结构，岩体的强度和变形特征严格受到层面及节理面组合的控制。在边坡地带，岩体垂直节理、卸荷节理及风化节理发育，形成斜坡危岩体。泥岩与砂岩力学性质的较大差异，以及砂岩与泥岩差异风化的影响，由砂岩和泥岩构成的斜坡体易发生鼓胀、错断等形式的变形破坏。另外，泥岩透水性差，易形成相对隔水层，构成软弱结构面，诱发滑坡的发生（表2-9）。

表2-9 泥岩物理力学指标统计表

Ⅷ 地质灾害信息系统

整理集成全国地质环境与地质灾害调查、监测和研究成果，编制全国地质灾害气象预警预报信息图层30个，建立全国地质灾害气象预警预报信息系统。

5.2.1 信息图层编制原则

在地质灾害气象预警信息图层编制过程中，充分考虑到影响地质灾害发生的各种地质环境背景条件因子、历史地质灾害点分布、社会经济条件、人类工程设施等因素。依据如下几个原则:

1)全面性。将目前能够收集到的影响地质灾害发生的各种因素，尽可能地考虑全面，至于每种因素的影响贡献大小在权重计算部分考虑。

2)时效性。每个信息图层的编制中，尽可能以最新最翔实的数据资料为基础，从而保证对最新资料信息和研究成果的及时利用和更新。

3)适用性。收集到的数据资料，根据全国地质灾害气象预警预报的具体工作实际需要，进行相应的改编处理。

4)最大可能使用数据。全国地质灾害气象预警预报的基本比例尺定位为1∶100万，一些关键的图层数据，如地理底图、地质底图、土地利用底图均可达到1∶100万的比例尺需求，但部分信息图层无法达到1∶100万的比例尺，本项目本着最大可能使用数据的原则，暂且采用小比例尺的图层直接投影变换代替，以后工作中再逐步更新。

5.2.2 信息图层概况

信息图层的投影参数如下:

比例尺:1∶100万

投影类型:亚尔博斯等积圆锥投影坐标系;坐标单位:mm

第一标准纬度:25°00༼″;第二标准纬度:47°00༼″

中央子午线经度:105°00༼″;投影原点纬度:0°00༼″

地质灾害气象预警预报信息图层基本情况见表5.1。

5.2.3 信息图层说明

各信息图层编制按照各因子的分布特点进行分级。

5.2.3.1 年均雨量

全国年均雨量分为11个级别，各级别年均雨量分段:＜50mm，50～100mm，100～200mm，200～400mm，400～600mm，600～800mm，800～1000mm，1000～1200mm，1200～1600mm，1600～2000mm，＞2000mm。

5.2.3.2 年均气温

根据《中国自然地理图集》(2004)，将全国年均气温分为9个级别，各级别年均气温分段如下:＜－4℃，－4～0℃，0～4℃，4～8℃，8～12℃，12～16℃，16～20℃，20～24℃，＞24℃。

5.2.3.3 年蒸发量

根据《地下水资源与环境图集》(2004)，将全国年蒸发量分为10个级别，各级别分段如下:＜500mm，500～600mm，600～800mm，800～1000mm，1000～1200mm，1200～1400mm，1400～1600mm，1600～2000mm，2000～2400mm，＞2400mm。

表5.1 全国地质灾害气象预警预报信息图层简表

5.2.3.4 年干燥度

干燥度，又称干燥指数或干燥因子。描述气候干燥程度的指数，与湿润系数互为倒数，一般用水分的可能消耗量与收入量的比值表示。它是表征一个地区干湿程度的指标。

根据《地下水资源与环境图集》(2004)，将全国年干燥度分为12个级别，各级别分段如下:＜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

采用第三代《中国地震烈度区划图》(1990)，将全国地震烈度按5级区划:Ⅴ度区、Ⅵ度区、Ⅶ度区、Ⅷ度区、Ⅸ度区。

5.2.3.6 历史地震点

来源于科学数据共享工程，中国地震局共享数据网，近年来(1999年1月1日至2006年11月2日)的已发地震点数据，共203个。

5.2.3.7 地层岩性

根据“中国地质科学院地质研究所，1∶100万地质图”重新进行编制划分。

(1)划分原则

地质灾害的产生与地层岩性关系密切。地层岩性是地质灾害形成的内在因素，对地质灾害的产生起着主导和控制作用，岩性及其组合特征的控制作用决定着地质灾害的区域分布。从沿海向内陆，地层岩石由火成岩为主变为变质岩、碎屑岩相间分布，进而变为碳酸盐岩、碎屑岩、变质岩相间分布。

斜坡岩土体的性质及其结构是形成滑坡、崩塌的物质基础。一般易形成滑坡、崩塌的岩体，大都是碎屑岩、软弱的片状变质岩，岩性多为泥岩、页岩、板岩、含碳酸盐类软弱岩层、泥化层、构造破碎岩层。这些软弱岩层经水的软化作用后，抗剪强度降低，容易出现软弱滑动面，形成崩滑体。

黏性土滑坡在四川分布密集，在中南、闽、浙、晋西、陕南、河南等地也较密集，在长江中下游、东北等地也有一定分布;半成岩类粘土岩滑坡在青海、甘肃、川滇地带、山西几个断陷盆地中分布密集;黄土滑坡在黄河中游、青海等省较密集;泥岩、千枚岩、砂质板岩形成的滑坡在湖南、湖北、西藏、云南、四川、甘肃等地十分发育。

泥石流主要发育在变质岩区和黄土区，火成岩区和碎屑岩地区次之，碳酸盐岩地区泥石流相对不发育。

根据全国地质灾害发育的普遍规律并结合不同地区地质灾害发育的特殊性，主要考虑以下几个方面的原则划分地质灾害敏感性岩组。

1)地层岩性与地质灾害分布的关系;

2)地层岩性的成因、物质组成与空间分布特征;

3)地层岩性的时代;

4)岩土体(不同时代地层)的工程地质性质;

5)水岩相互作用的敏感性;

6)1∶100万中国地质图的精度。

(2)划分方案

根据地质灾害发育的普遍规律以及地层岩性对地质灾害的敏感程度，将地质灾害敏感性岩组划分为10种类型。敏感性指数值越高，则相应的岩组对地质灾害的发生也越敏感。

Ⅰ类:主要为水体、粉砂质食盐、食盐壳、盐碱壳、风积物砂等区域，这些区域不会发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害。

Ⅱ类:主要是火成岩类。岩性为闪长岩、石英闪长岩、辉长岩、花岗岩、辉绿岩等，岩性坚硬，力学强度大，是很好的地基和建筑材料。

Ⅲ类:主要是火成岩类。岩性为钾长花岗岩、二长花岗岩、碱长花岗岩、片麻状花岗岩、斜长花岗岩、紫苏花岗岩、正长岩、石英正长岩、煌斑岩、白岗岩、花岗闪长岩、英云闪长岩、辉石闪长岩、辉长闪长岩、花岗斑岩、英安斑岩、辉绿岩、橄榄岩、橄榄辉绿岩、玄武岩、橄榄玄武岩、苦橄玄武岩、石英二长岩、石英二长斑岩、辉石岩、角闪正长岩、闪长玢岩、英安玢岩、辉绿玢岩、苦橄玢岩、安山玢岩、超基性岩、安山岩、碱性岩、英安岩、粗面岩、科马提岩、云辉二长岩、白榴岩、霓霞岩、碎斑熔岩、细碧岩、石英钠长斑岩、霏细斑岩、辉长苏长岩等，岩性坚硬，力学强度较大。

Ⅳ类:主要是变质岩类和部分火成岩及沉积岩。岩性为白云质灰岩、灰岩、白云岩、黑云母花岗岩、白云母花岗岩、黑云斜长花岗岩、二云母花岗岩、流纹岩、变粒岩、片麻岩、角闪岩、砂砾岩、砾岩、变质橄榄辉长岩、糜棱岩、蛇纹岩、大理岩、珍珠岩、硅质岩、蛇绿岩、浅粒岩、岩溶角砾岩、铝铁岩系、黑云角闪闪长岩、斑状云母橄榄岩、榴辉岩、黑云母霞石白榴岩、霏细岩等，岩性较坚硬，力学强度较大。

Ⅴ类:主要是沉积岩类。岩性为页岩、夹页岩、火山碎屑岩、生物碎屑岩、片岩、千枚岩、板岩、砂岩、粉砂岩、碳酸盐岩、凝灰岩、糜棱岩等，半坚硬岩组，力学强度较低，易风化，遇水软化，是地质灾害较易发生的地层。

Ⅵ类:主要是沉积岩类。岩性为泥岩、钙质泥岩、泥灰岩、夹泥岩、粘土岩、泥页岩、煤系、泥质粉砂岩、冰碛泥砾岩等，半坚硬岩组，力学强度低，遇水泥化，是地质灾害容易发生的地层。

Ⅶ类:岩性为黄土、黄土状土，黄土的地层年代为Q¹p，Q²p，渗透性弱、抗剪强度高。

Ⅷ类:主要为冲海积物、海积物、冲湖积、湖积、沼泽堆积、石英斑岩风化层、花岗斑岩风化层等松散层。

Ⅸ类:主要是冲积物、冲洪积物、洪冲积物、残坡积物、坡冲积物、冰碛物、苦橄玄武岩风化层、辉绿岩风化层、花岗岩风化层、冰积物等松散堆积物，是产生地质灾害的主要物源。

Ⅹ类:岩性为黄土，地层年代为Q³p，Qh，疏松、大孔隙，垂直节理发育，渗透性强、抗剪强度低、具湿陷性(表5.2)。

5.2.3.8 断裂分布

根据“中国地质科学院地质研究所，1∶100万地质图”编制。考虑到网格单元的大小和断层断裂的影响范围，计算时采用网格区内断层断裂的密度进行计算。

5.2.3.9 第四系成因时代

根据1∶250万第四纪地质图编制，将第四系的成因时代分为7类:N₂－Q¹p，Q，Qp，Q¹p，Q²p，Q³p，Qh。

5.2.3.10 岩土体类型

来源于1∶400万岩土体类型图，将岩土体类型分为7类:火成岩、变质岩、碎屑岩、碳酸盐岩、砂质土、黄土、其他土。

5.2.3.11 第四系成因类型

根据1∶250万第四纪地质图编制，将第四系成因类型分为19类:冰碛、冰水沉积、冰水-洪积、冰水-湖积、洪积、残积、残坡积、冲积、冲积-洪积、冲积-湖积、寒冻风化残坡积、红土化残积、黄土堆积、风积、湖积、坡积、岩溶化残坡积、火山堆积、海陆交互相及海相堆积。

表5.2 中国工程地质岩组划分表

5.2.3.12 水文地质类型

将水文地质类型分为5大类、18亚类:

1)松散沉积孔隙水(滨河平原冲海积层孔隙水、堆积平原冲洪积层孔隙水、黄土高原黄土层孔隙水、内陆盆地冲洪积层孔隙水、沙漠风积沙丘孔隙水、山间盆地冲积层孔隙水);

2)基岩裂隙水(丘陵高原碎屑岩裂隙水、熔岩孔隙裂隙水、山地丘陵岩浆岩裂隙水、山地变质岩裂隙水);

3)多年冻土冻结层上水(高纬度山地基岩冻结层上水、中低纬度高原基岩冻结层上水、中低纬度高原松散沉积冻结层上水);

4)碳酸盐岩裂隙溶洞水(峰丛峰林裂隙溶洞水、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

从1∶100万地理地貌底图中提取，将海拔高程分为6类:极高海拔(＞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

从1∶100万地理地貌底图中提取，将地形起伏分为6类:极大起伏(＞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 地貌类型

从1∶100万地理地貌底图中提取，并重新归类，将地貌类型分为11类:山地、黄土梁峁、黄土台塬、黄土塬、风蚀地貌、台地、平原、冲积扇平原、低河漫滩、现代冰川、湖泊。

5.2.3.16 土壤侵蚀

根据“中国土壤侵蚀图”，将土壤侵蚀类型及侵蚀强度分为3大类、15亚类:

1)水力侵蚀(剧烈侵蚀、极强度侵蚀、强度侵蚀、中度侵蚀、轻度侵蚀、无明显侵蚀、微度侵蚀);

2)冻融侵蚀及冰川侵蚀(强度侵蚀、中度侵蚀、轻度侵蚀、微度侵蚀);

3)风力侵蚀(极强度侵蚀、强度侵蚀、中度侵蚀、轻度侵蚀)。

5.2.3.17 水系

从1∶100万地理底图中提取的线形河流。实际计算时，采用网格单元内水系密度参加计算。

5.2.3.18 植被

从1∶100万地理地貌底图中提取，将植被覆盖分为6类:红树林滩、森林、经济林与竹林、灌木林、草地、其他。

5.2.3.19 土地利用

根据“1∶100万土地利用类型图”编制，将土地利用类型分为6大类、13亚类。分别是: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(高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地);④水域;⑤城乡工矿居民用地(城镇用地、农村居民点、其他建设用地);⑥未利用土地。

5.2.3.20 公路

从1∶100万地理底图中提取的线形公路，又分为5类，即高速公路、主要公路、一般公路、大路、小路。实际计算时，采用网格单元内所有公路密度参加计算。

5.2.3.21 铁路

从1∶100万地理底图中提取的线形铁路，补充青藏铁路线路。实际计算时，采用网格单元内铁路密度参加计算。

5.2.3.22 矿山点

全国矿山调查点共11万多个。

5.2.3.23 分县人口密度

根据2003年人口普查数据，分县计算人口密度，分为5类:＞750，450～750，150～450，50～150，＜50。单位:人/km²。

5.2.3.24 水坝分布

从1∶100万地理底图中提取，水坝工程点共885个。

5.2.3.25 塔庙宇文化要素分布

从1∶100万地理底图中提取，包括塔、庙宇和其他文化设施，计193个点。

5.2.3.26 灾害点—滑坡

2005年以前的数据来源于700个县市调查数据，2004～2007年数据来源于地质灾害气象预警收集的较大的滑坡灾害点数据。合计45917个点。随着更新的数据成果，将继续更新。

5.2.3.27 灾害点—泥石流

2005年以前的数据来源于700个县市调查数据，2004～2007年数据来源于地质灾害气象预警收集的较大的泥石流灾害点数据。合计9253个点。随着更新的数据成果，下一步将继续更新。

5.2.3.28 灾害点—崩塌

2005年以前的数据来源于700个县市调查数据，2004～2007年数据来源于地质灾害气象预警收集的较大的崩塌灾害点数据。合计13094个点。随着更新的数据成果，下一步将继续更新。

5.2.3.29 地震动参数

根据“中国地震动参数图GB18306－2001”，分为7个级别:≥0.40，0.30，0.20，0.15，0.10，0.05，＜0.05。单位:g。

5.2.3.30 中国第四纪岩性图

根据1∶250万第四纪地质图编制，将第四系岩性分为11类:

砾质土;砂质土;黏质土;黄土类土;盐类为主;砾质土、黄土类土;黏质土、砂质土、砾质土;砂质土、黏质土;黏质土、砾质土;砂质土、砾质土。

Ⅸ 大峪沟矿区采空后地面变形估算

二₁煤层赋存于二叠系山西组下部，大占砂岩之下，上距砂锅窑砂岩65m左右。煤层直接顶板多为砂质泥岩或泥岩，局部为细砂岩，直接底板多为泥岩、炭质泥岩或砂质泥岩，地层倾向北北西，倾角7°～14°，属缓倾地层，煤层厚度0～21.52m，平均4.62m，矿区内煤层厚度变化较大，在走向上厚薄不均，倾向上从南到北厚薄相间，有变薄趋势(图3.9)。二₁煤直接顶板力学强度较低，遇水易软化膨胀崩解，为稳定性较差的顶板，特别是在深部采煤极易发生岩石破碎冒落现象。

图3.9 二₁煤层厚度分布图 (单位:m)

由于矿区内岩性、地层厚度、煤层厚薄不一，采深采厚比差异明显，距井田边界距离不同的点采动状态不同，有的处于非充分采动状态，有的则属充分采动，地面最大下沉量的计算公式也有所区别，所以采空区最大下沉量计算前，必须先进行采动类型的分区。

(1)充分采动区、非充分采动区的划分

充分采动区和非充分采动区的划分依据一般用充分采动角区分。充分采动角是在充分采动条件下的地表移动盆地主断面上，移动盆地平底的边缘(在地表水平线上的投影点)和同侧采空区边界的连线与矿层在采空区一侧的夹角(邹友峰等，2003)。按不同断面，充分采动角可分为走向充分采动角、下山充分采动角、上山充分采动角。具体计算和分区方法如图3.10所示。图中ABA'B'为下沉区范围，一般取下沉10mm的点为边界点;图中阴影部分的外轮廓线为地下采空区边界，其内部的空白区域为充分采动区;W₀为地表变形下沉值。

图3.10 充分采动时地表变形区示意图

地表充分采动的范围，即充分采动边界圈闭空间。由于缺少三号井田的数据资料，角参量选用了河南省焦作、鹤壁、平顶山、义马等几个煤矿的资料(表3.3)。

经计算划分出三号井田的地表充分采动区和非充分采动区的分布范围(图3.11)。

(2)地面下沉值的计算方法

地面下沉值按充分采动条件和非充分采动条件分区处理，每个区又根据地层岩性、采深和采厚情况的不同，诸点计算。

A.充分采动范围地面下沉值的计算方法

充分采动范围内地面下沉值采用下式(邹友峰等，2003)计算:

煤矿山地质环境问题一体化治理研究

式中:W₀为地面上某一点的地面下沉最大值，m;M为该点煤层的开采厚度或坑道的垂高，m;α为该点二₁煤层倾角;q为该点的下沉系数，无量纲。

表3.3 三号井田角参量

(据国家煤炭工业局，2000)

图3.11 大峪沟矿三号井田充分采动和非充分采动范围位置图

下沉系数q的物理意义是，地下采空1m 上覆地层碎胀后未能补偿的垂向空间高度。

q的大小与覆岩各层的碎胀能力、采动次数(一次采动还是多次采动)有关，它是岩性综合评价指标P的函数。按照河南省各大型煤矿的统计结果，q与P存在显著的线性相关性，可按下式计算:

煤矿山地质环境问题一体化治理研究

式中:P为覆岩总体的岩性综合评价指标，P的取值与覆岩总厚度(采深)、岩性、各层的力学强度、碎胀程度等因素有关，它是综合考虑这些因素后的加权平均值:

煤矿山地质环境问题一体化治理研究

式中:h_i为上覆地层各岩性层的厚度，m;Q_i为各岩性层的综合评价指标。Q_i的取值分为初次采动和重复采动。对于三号井田来说，一₁煤已基本采完，二₁煤的开采属二次采动，计算应取重复采动的Q_i值 (表3.4)。

表3.4 不同岩性层综合评价指标

(据邹友峰等，2003)

由表3.4可以看出，岩石越坚硬，越不易破碎;一旦破碎，其碎胀能力越强，充填空间的能力越大，未补偿的空间就小，其Q_i值就小。

B.非充分采动范围地面下沉值的计算方法

根据图3.15所圈定的范围，当三号井田二₁煤全部采空后，井田边界附近仍有部分区域处于非充分采动状态。该区段各点的地面下沉值应采用下面的公式(邹友峰等，2003)计算:

煤矿山地质环境问题一体化治理研究

式中:W_m为非充分采动状态下，地面某一点的地面下沉最大值，m;M为该点煤层的开采厚度或坑道的垂高，m;α为该点二₁煤层的倾角;q为该点的下沉系数，无量纲;n₁、n₂分别代表沿煤层倾向和走向的采动系数，其中n₁=D₁/D₀₁，n₂=D₂/D₀₂，D₁、D₂分别为采空区沿煤层倾角和走向的长度，m，D₀₁、D₀₂分别为地表达到充分采动时的采空区沿倾向和走向的延伸长度(临界长度)。

采空区达到充分采动状态时的临界长度可按下式计算:

煤矿山地质环境问题一体化治理研究

式中:H₀为采深，m;θ为最大下沉角;ψ₁为下边界充分采动角;ψ₂为上边界充分采动角;ψ₃为走向充分采动角;α为煤层倾角。

(3)地面充分采动范围下沉值的计算结果

本次研究根据郑州市矿务局提供的18个钻孔(图3.12)和煤层底板等高线图、1∶1万地形图和1∶5000 地质图等资料，采用克里金线性统计方法，对全井田的煤层厚度、采深和各地层的空间分布进行了插值分析，以此为基础，平面上每隔200m设置一个计算点，共完成全矿区416个点的下沉值计算，用克里金差值法绘制了最大下沉值的等值线图。各已知钻孔最大下沉值计算结果见表3.5，各计算节点分布如图3.12所示，最大下沉量等值线如图3.13所示。

表3.5 已知钻孔最大下沉值一览表

图3.12 计算节点分布图

图3.13 三号井田地面下沉量等值线图(单位:m)