巖土體是地質災害的載體，地質災害壹般都是通過巖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、物質成份和結構的巖土體，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。巖土體分布出露的特點是：山區、丘陵以巖體為主，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。下面分別就巖體和土體討論其分布、類型、性質及對地質災害成生的制約。
（壹）巖體
巖體在管線工程地段主要分布於甘肅、陜西段的關山—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《巖土工程勘察規範》（GB50021—2001）的規定，先將巖體按堅硬程度分大類，再由巖石的成因類型、巖性和工程性質，將本管道工程沿線的巖體劃分為4類7種（表4-1）。現作簡要討論。
1.堅硬巖類
按成因類型劃分為巖漿巖、變質巖和沈積巖3種亞巖類。
巖漿巖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臺。分別有加裏東期、華力西期、燕山期侵位的，其中祁連山褶皺帶三期皆有，巖性為花崗巖、石英閃長巖；秦嶺—大別山褶皺帶為燕山期花崗巖；揚子地臺為加裏東期和燕山期的花崗巖和花崗閃長巖。壹般呈巖基和巖株狀產出，整體塊狀構造，致密堅硬，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。地質災害壹般不甚發育，以小型崩塌為主。
變質巖類在管線地段的祁連山褶皺帶、華北地臺、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，主要巖性為大理巖、黑雲母片麻巖、混合巖、結晶片巖。華北地臺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嶽山群，巖性為混合巖化的黑雲角閃斜長片麻巖、斜長角閃巖、大理巖、磁鐵石英巖、黑雲變粒巖、角閃變粒巖等，巖性復雜，風化較強。秦嶺—大別山褶皺帶出露於大悟壹帶，為中上元古界紅安群含磷的變粒巖、大理巖和石英片巖夾片麻巖，抗風化能力較弱。由於受片麻理、片理及節理的影響，使巖體的工程地質性質呈明顯的各向異性和不均壹性。地質災害不甚發育，壹般以小型崩滑為主。
表4-1 巖體類型匯總表
沈積巖類在丘陵、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，巖性復雜多樣，主要有：中元古界熊耳群和汝陽群的安山玢巖、玄武巖、石英砂巖，新元古界洛峪群三教堂組的石英砂巖（以上均在河南境內）；上元古界長城系、震旦系的石英砂巖、白雲巖、矽質巖、冰磧礫巖等；下古生界寒武系、奧陶系的中厚、厚層碳酸鹽巖；上古生界泥盆系的砂巖和碳酸鹽巖，石炭、二疊系的中厚、厚層狀灰巖和中生界三疊系碳酸鹽巖等（上古生界及中生界皆為揚子地臺）。按巖性大類可劃分為火山噴出沈積巖、碎屑巖和碳酸鹽巖三大類。它們的***同特點是，層理構造發育且較厚，抗風化能力較強，但碳酸鹽巖具溶蝕性，巖溶較發育，工程地質性質具各向異性。上述這幾類巖性分布地段地質災害壹般不甚發育，有小型崩滑和巖溶塌陷（覆蓋型巖溶地段）等地質災害。
2.較硬巖
按成因類型可劃分為變質巖和沈積巖兩大亞類。
變質巖類分布於祁連山褶皺帶、秦嶺—大別山褶皺帶和揚子地臺中，巖性主要是較軟弱片巖和千枚巖、板巖。在祁連山褶皺帶的管線地段，新元古界長城系變質細砂巖、千枚巖；秦嶺—大別山褶皺帶信陽群、商城群的雲母石英片巖、綠色片巖、絹雲石英片巖、淺變質凝灰質砂巖等：揚子地臺中元古界冷家溪群和新元古界板溪群的板巖、千枚巖、變質凝灰巖、變質砂巖等。上述各類巖體的***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。巖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。
沈積巖類分布於華北地臺和揚子地臺中，華北地臺巖性主要是上古生界和中生界粘土巖、鋁土巖頁巖、泥質粉砂巖、含煤層；揚子地臺主要是泥盆系粉細砂巖、粘土巖、頁巖、泥灰巖。它們層理發育、薄層狀為主，遇水易軟化、崩解，風化也較強烈。由上述巖體組成的丘陵山區，地質災害較發育，主要有崩塌、滑坡、泥石流和采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.軟弱巖
這大類巖體主要是沈積巖類，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，巖體孔隙率高，強度小，變形大。巖性主要是河湖相的砂礫巖、砂巖和泥巖，夾淡水泥灰巖，含石膏、芒硝。巖石壹般幹單軸抗壓強度小於30MPa，而新近系巖石成巖性更差，接近於土體，幹單軸抗壓強度不足於5MPa，屬極軟巖。這類巖石遇水易軟化崩解，抗風化能力亦低。但這類巖體出露地段地形起伏小，地質災害不發育，主要有膨脹性巖體的輕度脹縮變形災害，還存在采空塌陷災害。
4.軟硬相間巖
這大類巖體主要也是沈積巖類，較廣泛分布於華北地臺和揚子地臺的古生界和中生界地層中，壹般是兩種強度和剛性差異較大的巖性相互成層或間夾；古生界常見的是灰巖與頁巖互層，砂巖與泥頁巖互層，中生界常見的是砂巖與泥頁巖互層。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，軟硬相間巖層差異風化顯著，“上硬下軟”組合的條件下，軟巖易形成巖龕，崩塌也較普遍。
（二）土體
土體在管線地段廣泛分布，約占全長的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。對壹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。這裏我們也參考國標《巖土工程勘察規範》（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）。以下分別就壹般土和特殊土作簡要討論。
1.壹般土體
壹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%。壹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：甘肅段礫卵石占45%～70%，粒徑壹般 20～80mm，呈次圓—次棱角狀，壹般分布於沖洪和平原表層之下。陜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，結構較均壹；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，碎石成分隨母巖而變化。壹般碎石土較疏松，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，壹般是沖洪積成因的。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，松散—中密狀態。陜西段分布於渭河及支流的漫灘、壹級階地和古河道中，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，厚度不均壹，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，壹般為砂礫石混合，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壹級階地前緣地帶，表層之下為中細砂，稍密—中密狀態，厚度不穩定。砂類土壹般級配較好，滲透性較強，壹般是良好的地基持力層，但在地震烈度≥Ⅶ區需關註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ⅠP≤10的土；而後者則ⅠP＞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。壹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松散沈積物，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，具有大陸性幹旱少雨氣候的特點。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征，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”，壹般無濕陷性；新黃土壹般是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（約占60%）；新近堆積黃土壹般是Q4晚期堆積的，濕陷性不壹。各地黃土類土總厚度不壹，陜甘黃土高原地區最厚，可達100～200m，河谷地區壹般只有數米至30m左右，且主要是新黃土。黃土類土的成因壹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，具濕陷性等特征者，稱 “典型黃土”，而有些特征不明顯者則稱“黃土狀土”。下面討論壹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，而粉粒所占比例最大是壹致的。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壹定影響，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 不同年代黃土的特征
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（δs），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，δs＞0.015時，該黃土為濕陷性土；δs為0.015～0.03時濕陷性輕微，δs為0.03～0.07時濕陷性中等；δs＞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（δs）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松，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、壟崗和二、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，膨脹土壹般呈紅、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，壹般粘粒含量高達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，膨脹土壹般致密堅硬，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δef大於40%者，即可定名為膨脹土，40%≤δef＜65%為弱膨脹土，65%≤f＜90%為中等膨脹土，δef≥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、應城支線和五裏橋—賀勝橋—橫溝橋壹帶：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的壟崗和崗間坳溝地帶，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：周港壹帶下更新統82%（最大99%），應城支線中更新統62%（最大109%），五裏橋—賀勝橋壹橫溝橋壹帶上更新統44%（最大72%）。土體脹縮性危害主要導致當地居民低層建築墻體拉裂破壞，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，幹燥時呈硬塑狀態，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，多發生在幹旱季節。
（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，壹般分布於地表以下1.5～4m範圍內，且由地面至深部含鹽量逐漸減少。鹽漬土的形成壹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、陜西段華縣—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壹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。
陜西段華縣—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壹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，對管道將有壹定危害。
（4）淤泥質土：
淤泥質土是指在水流緩慢甚或靜水環境中沈積，有微生物參與作用的條件下，含較多有機質，而疏松軟弱的粘性土，它是近代在濱海、湖泊、沼澤、河彎、廢河道等地區沈積的未經固結的壹種特殊土。從外觀看，這類土常呈灰、灰藍、灰綠和灰黑等顏色，汙染手指並有臭味。土中含有大量親水性強的粘土礦物（蒙脫石和伊利石占多數），有機質含量較多（壹般含量 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，疏松多孔，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：壹類是沿海沈積的，另壹類是內陸和山區湖沼盆地沈積的。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，有較大範圍的淤泥質軟土分布，有機質含量大於1.5%，巖性為淤泥、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，壓縮系數壹般大於0.5MPa-1，最高可達3.68MPa-1，凝聚力壹般9.8～29.4k Pa，內摩擦角6°～15°，地基承載力，天然狀態下壹般為25～55k Pa，常導致建築物過量沈降和不均勻沈降。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。