第三节 如何考虑地形地质
在人们的心目中,想象的动物“龙”,天骄活泼,忽隐忽视,忽大忽小,下可潜藏深渊,上可飞腾云间,兴云布雨,变化多端,成了人们崇拜的对象(如下图)。
而山脉在形态上多方面与龙相似,故堪舆家将山脉比喻作龙,把山脉直呼作“龙脉”。如《管氏地理指蒙》所说:“指山为龙兮,象形势之腾伏。”
对龙脉好坏的看法,是审定山脉的长远,辨别山脉的大小兴衰如何。其审辨的方法是“以水源为定,故大干龙则以大江大河夹送,小于龙则以大溪大涧夹送,大枝龙则以小溪小涧夹送,小枝龙则惟田源沟洫夹送而已。观水源长短而枝干大小见矣。”这是对《山经》、《禹贡》中“两山之间必有一水,两水之间必有一山”的地理现象规律总结的继承而来。堪舆家认为,龙的贵贱咸基于来龙祖山的远近,龙之有祖,犹水之家源,木之有根,源远则流长,根深则叶茂。山脉来得绵远者,发福亦绵远,山脉来得短促者,发福亦短促。现代地质科学的研究成果告诉我们,一个山系的形成,要经过一个相当漫长的生长过程。山系越大,山脉越长,形成的时间越长,其地质构造越稳定。宋代瘳禹在《金精廖公秘授地学心法正传》中说:“山系高耸宏大,由其根基盘据,支持于下者厚重也。根脚之大,必是老硬石骨作体,非石不能胜其大。低小之山,必根枝(基)迫窄,土肉居多。”可见宋人已知高山由坚硬岩石所组成,低山多由土质所组成的地质现象。风水的“认宗”奥妙也大概如此吧,当然,古人很喜欢取象比类的直观思维方法,“认宗”也许还反映了古人以婉转长远之“来龙”来类比子孙富贵之长远的思想。
风水家还把山态按“金、木、水、火、土”五行,分为圆、直、曲、锐、方诸象,称为“五星形体”,认为五种山形按五行相生排列而来便是“生龙”(如下图)。“生龙”也就是指山峦起伏,行止有致,生动美观。五星咸备其实就是对变化丰富的山态的追求。此外,“生气”还包含有“生态”良好的意思。认为“石为山之骨,土为山之肉,水为山之血脉,草木为山之皮毛”,充满生气的峦体应该是:“紫气如盖,苍烟若浮,云蒸霭霭,四时弥留;皮无崩蚀,色泽油油,草木繁茂,流泉甘冽,土香而腻,石润而明。如是者,气方钟而休。”风水家总结归纳出了“台唇帐盖”、“芦鞭王字”、“飞龙入首”、“展翅飞蛾”、“金星宝盖”等种种富贵格局(如下图)。
自然地形千姿百态,如何利用也因具体形状的不同而异,但总的原则是首先要避开山势陡峭,纹理错乱,生态状况不良地形,因为这些地方在地震和暴雨时极易滑坍和形成泥石流,其次不应选择四周高大封闭的地形,这种地形会限制通风,促成倒风,增加午后的温度,降低午夜后的温度,助长午后的风势,妨碍对周围的视景,影响排水系统,不利于污染气体的扩散和增加洪涝侵袭的可能性(如下图)。而较为开敞的地形则可促进通风,增强空气流动,视野开阔,生态景观良好,如风水宝地那种三面环抱,一面望野的地形。一般是位于山脚下具有一定坡度的地势较佳,当然还要综合考虑朝向、水源、土壤等状况如何。
斜坡地形的倾斜度数一般以0.3~2%为好,这样即利于排除雨雪积水,防止洪涝淹没房屋,又便于交通。同时,斜坡地形可以消除视景的幽闭感,而使建筑多层展开,景色相对平地建筑和自然景观来说更为优美(如下图)。而且通风好、自然采风与日照很少受阻碍,微气候较好,地下水位低,排除污水较易。险些之外,在斜坡上建筑可节省出大量很有价值的低地土壤,这对于我们这样人多地少的国家尤具重要意义。
在现代建筑的观念和实践中,由于科学技术的发展,各种施工机械的大量投入,使人们可轻易地改变一个小区的地形,而且简单易施的方案首先是把地形整平。于是原本生动的石头被掩埋,天然植被被消除,小溪池塘被填塞或引入下水道……当然,许多情况下这种平整是必须的。但是这种概念被简单化了,在许多不必平整的情况下也实施了,使原本起伏生动的地形变得平淡无奇。一个好的规划师,应当深入分析自然地形特征和建筑内容之间的联系,寻找两者之间的最佳关系,做出建筑和地形相融一体的方案(如下图)。
除了地形地貌之外,地质构造也是选址考虑的重要内容。由坚硬厚层岩石(如石英岩、硅质砂岩、硅质砾岩)组成的褶曲山地,由于岩性坚硬,抗风化力强,一般强度很高,但在节理很发育的地段或是断层地段则例外。在顺向坡(山坡面倾斜方向与岩层面倾斜方向一致)上面有较厚的现代堆积物,特别是在堆积物中有大量粘土矿物时,以及下卧基岩其层面倾角大于山坡天然坡度,或由不透水的薄层岩石组成或有软弱夹层(包括软弱的粘土岩夹层、页岩夹层)时则对工程不利。在逆向坡如果其上部有较厚的现代堆积物时,对工程也不利。这在建筑选址时均应避开(如下图)。
岩体节理构造是断裂构造的一种,是岩体内部的断裂面,节理发育的岩体提供了风化作用加速进行的条件,而使岩体强度大大降低。节理按发育程度的分类及其工程地质评价见下表。
节理发育程度分类及工程地质评价
发育程度 |
基本特征(以厚层的坚硬层为主的地区) |
工程地质评价 |
节理不发育 |
节理1~2组,为构造型,间距在1米以上,我为闭合节理,岩体切割成巨块状 |
对基础工程无影响 |
节理较发育 |
节理2~3组,呈X型,较规则,构造型为主,多数间距大于0.4米,多为闭合节理,部分为微张书理,少有填充物,岩体切割成大块状 |
对基础工程影响不大,对于其它工程建筑物可能会产生影响 |
节理发育 |
节理三组以上,不规则,呈X型或“米”字型,以构造型或风化型为主,多数间距小于0.4米,大部分分为张开节理,部分有充填物,岩休切割成小块状 |
对工程影响不大,对于其它工程建筑物可能会产生影响 |
节理很发育 |
节理三组以上,杂乱,以风化型和构造型为主,多数间距小于0.2米,以张开节理为主,一般均有充填物,岩体切割成碎石状 |
对工程建筑物产生严重影响 |
在均质岩石(如花岗岩、片麻岩)地区,其节理密度因地而异。在节理特别发育地段,因为风化深度特别大,可以出现袋形风化带(如下图);在不相同的岩石分布地区,或是在有节理或断层破坏岩体特别严重的地区,则可出现不规则的风化槽(如下图)。这些都是山区不良的地质地段,如果在勘察时未能调查清楚,则会给建筑物带来严重的不均匀沉降。
对工程地质影响较大的地质条件还有断层,断层常产生于褶曲之中,它切穿一系列不同性质的岩石。断层大规模的错动,必然造成断层随近岩体的节理特别发育,或更进一步促使节理扩大和加深,甚至使许多节理连通成为天然的地下水活动通道,从而加速岩体的风化。所以断层是褶曲山地的地质软弱带。
断层形成的时代越新,其活动的可能性越大。活动断层带的活动方式表现为强烈地震,也可以表现为缓慢的相对升降运动。我国营口——郯城—庐江大断裂带,全长二千公里以上,是我国东部的历史最长,而现今仍在活动的大断层带。它的活动方式以挤压扭动为主要特征,在历史上曾发过多次大地震。如公元前70年安丘7级地震,1668年山东郯城8.5级地震,1969年渤海7.4级地震,1975年海城7.3级地震和1978年唐山7.8级地震,均与该断层带的活动密切相关。活动断层带对工程的危害性是很大的。因此,原则上避免将建筑物跨放在断层带之上,尤其是应该注意避开活动断层带,特别是那些重要建筑二程。
选择建筑工程基地,还要避开有潜在滑坡、崩塌和泥石流的不良地质地基的地区。岩活或土质边坡在一定的地形地貌、地质构造、岩土性质、水文地质等自然条件下,由于地表水及地下水的作用或受地震、爆破、切坡、堆载等因素的影响,斜坡土石体在重力的作用下失去其原有的稳定状态,沿着斜坡方向向下作长期而缓慢的整体移动,这种现象就是滑坡:有的滑坡开始表现为蠕动变形,但在滑动过程中,如果滑面的抗剪强度降低到一定程度时,滑坡会突然增加,可能以每秒几米甚至几十米的速度急剧滑落,摧毁建筑工程。
滑坡分为堆积层滑坡和基岩滑坡两种。堆积层滑坡的外形多呈扁平的簸箕状,斜坡上有几级滑坡平台,但错距不大,向下缓倾或后倾:上部滑壁明显,往往有封闭洼地;下部常见隆起。滑坡体上新生沟谷纵横,坡面陷落,参差不齐,滑坡体表面及两侧常出现裂缝.并随滑坡的发展而逐步增多。在均质土层中.滑动面光滑,有明显的擦痕;在土夹石层中.滑动面粗糙不平,擦痕尤为明显。此外,滑坡体上无高大直立的树木,且常呈歪斜状,特称“醉林.”。
基岩滑坡,在顺层滑坡中坡床的剖面多呈平面或多级台阶状,其形状常呈U形或平板状。滑动面光滑,有明显的擦痕。滑坡壁多上陡下缓,两侧有互相平行的擦痕。此外,在滑坡体的上部和中部有横向袭缝(如下图)。掌握滑坡地形的这些特征,便于勘察选址时避开,对于在那些已稳定的滑坡处建房,也应十分慎重从事。
在地势陡峭、地质条件复杂的斜坡上,由于岩石风化、地震和水等其它因素的影响,常有部分岩体突然从悬崖峭壁上崩落下来,并顺着山坡猛烈的翻滚跳跃、互相撞击而落在坡脚,这种现象称为崩塌(如下图)。地形陡峻是形成崩塌的主要条件,高峻陡立的山地容易发生崩塌;坡度大于70°者是最易发生崩塌的危险地段;山坡表面凹凸不平,也易于发生崩塌现象。崩塌一般常沿着岩层界面、节理、裂隙或断层面发生,如果这些层面的倾向与山坡的倾向一致时,则易于产生崩塌。建筑选址应避开易于崩塌的危险地区,否则应采取相应的工程措施。
在陡峻的山区,由于暴雨或大量积雪骤融,突然形成急剧的迁流,它夹杂着大量泥砂和石块,迅速地沿着山坡沟谷向下流动,形成一股能量极大的特殊洪流,这种现象称为泥石流。泥石流具有容重大(1.3吨/立方米以上),流速快(可达5~7米/秒),历时短暂,来势凶猛,破坏力大等特点。泥石流所经之处,道路、桥梁被毁坏,房屋、农田被淹埋.河流、水库被淤塞。
形成泥石流的必要条件是:第一,有一个大面积汇水区,在汇水区内有大量的各种成因类型的松散物质(如泥土和碎石等);第二,山坡沟谷较陡(一般在30°以上);第三,有暴雨和大量积雪骤融,使短期内水流具有很大的冲刷力。在我国西南、西北和华北的半干旱或冰川分布的山区,由于物理风化强烈、疏松物质多,暴雨和融雪时,常发生泥石流现象。由于泥石流来势凶猛、防治困难,因此,对于暴发频繁、规模较大的泥石流地区,应严禁选为建筑场地。
总之,在选择场址时,宜避开下列工程地质条件恶劣的地区或地段:不良地质现象发育且对建筑物构成直接危害或潜在威胁的场地;设计地震烈度为8度或9度的发震断裂带;受洪水威胁或地下水的不利影响严重的场地;在可开采的地下矿床或矿区的未稳定采空区上的场地等。古代风水学的选址理论中,在对环境的宏观综合勘察时,也包括了对工程地质的经验总结。 |