摘要:
尼泊爾工程地質(zhì)條件復(fù)雜,工程建設(shè)面臨多種地質(zhì)災(zāi)害威脅。通過(guò)收集文獻(xiàn),初步分析了尼泊爾的地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)條件和不良地質(zhì)現(xiàn)象等工程地質(zhì)條件。結(jié)果表明:① 尼泊爾4條近東西向斷裂可將其劃分為5個(gè)構(gòu)造單元;② 尼泊爾地形起伏大,可劃分為8個(gè)不同的地貌單元;③ 發(fā)源于青藏高原的8條主要河流在縱向上將尼泊爾劃分為六大流域;④ 對(duì)工程建設(shè)造成不利影響的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要包括地震、崩塌、滑坡和泥石流等,在工程建設(shè)初期應(yīng)充分評(píng)價(jià)地震及“崩滑流”對(duì)建設(shè)場(chǎng)地的不利影響,重點(diǎn)項(xiàng)目建議開(kāi)展專項(xiàng)研究。研究成果可為尼泊爾工程建設(shè)提供技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞:
工程地質(zhì)條件; 工程建設(shè); 不良地質(zhì)現(xiàn)象; 尼泊爾
中圖法分類號(hào):P642.4;TV221.2
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
DOI:10.15974/j.cnki.slsdkb.2025.03.006
文章編號(hào):1006-0081(2025)03-0033-07
收稿日期:
2024-04-17
基金項(xiàng)目:
陜西省創(chuàng)新能力支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2023-CX-TD-34,2022-KJXX-05,2023-CX-PT-46);西安市英才計(jì)劃青年項(xiàng)目(2022XAYC-03);國(guó)機(jī)集團(tuán)青年科技基金項(xiàng)目(QNJJ-PY-2022-41,QNJJ-ZD-2022-17)
作者簡(jiǎn)介:
楊志剛,男,高級(jí)工程師,碩士,主要從事國(guó)際工程項(xiàng)目管理工作。E-mail:yangzhigang@camce.com.cn
通信作者:
喬建偉,男,博士,主要從事海外特殊巖土研究工作。E-mail:15029207728@163.com
引用格式:
楊志剛,賈寧,喬建偉.尼泊爾工程地質(zhì)條件分析
[J].水利水電快報(bào),2025,46(3):33-39.
0" 引" 言
尼泊爾位于東經(jīng)80°04′~88°12′,北緯26°22′~30°27′之間,東西延伸最大長(zhǎng)度為825 km,南北寬從東至西變化范圍為170~250 km,面積約14.7萬(wàn)km2,北側(cè)與青藏高原相連,南、東、西側(cè)與印度地盾相接。尼泊爾在地質(zhì)歷史上長(zhǎng)期保持著被動(dòng)大陸邊緣背景,處于印度板塊與歐亞板塊的沖撞連接區(qū)。由于印度板塊向歐亞板塊的持續(xù)俯沖碰撞,導(dǎo)致尼泊爾新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,地震頻發(fā)[1];地形起伏大,包括高山、丘陵和平原,地勢(shì)由北向南逐漸降低[2];地層巖性覆蓋元古代至全新世,包括各種火成巖、變質(zhì)巖、沉積巖和第四系松散層[3]。該區(qū)氣候多樣,包括北部高原山地氣候、中部溫帶大陸性氣候和南部亞熱帶季風(fēng)性氣候[4]。
尼泊爾復(fù)雜的地質(zhì)條件和頻發(fā)的地震導(dǎo)致淺表部地層松散破碎,加之其氣候條件多樣和高山峽谷發(fā)育,極易形成滾石、崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,給尼泊爾基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)造成了嚴(yán)重危害。2015年,尼泊爾“4·25”地震誘發(fā)中尼公路沿線產(chǎn)生大量滑坡災(zāi)害,滑坡掩埋、破壞道路,造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[8];該地震誘發(fā)崔樹(shù)里河沿岸出現(xiàn)大量崩塌和滑坡,導(dǎo)致大量泥沙及松散塊石從山上匯入河流,造成上崔樹(shù)里水電站溢流面破損嚴(yán)重,嚴(yán)重影響該水電站的安全運(yùn)營(yíng)[9]。
目前,國(guó)內(nèi)學(xué)者結(jié)合工程實(shí)踐對(duì)尼泊爾區(qū)域地質(zhì)開(kāi)展了一定研究[3,10-11]。尼泊爾地質(zhì)歷史上發(fā)生過(guò)多起8.0級(jí)左右(面波震級(jí)Ms)地震,特別是2015年“4·25”Ms 8.1級(jí)地震給尼泊爾造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此次地震的發(fā)震斷裂和次生地質(zhì)災(zāi)害開(kāi)展了大量研究[12-16],可為該區(qū)后期地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)提供一定的科學(xué)依據(jù)。然而,目前對(duì)尼泊爾工程地質(zhì)條件的研究還較少,現(xiàn)有研究成果很難有效指導(dǎo)中國(guó)企業(yè)在尼泊爾實(shí)施工程建設(shè)。本文通過(guò)收集資料與文獻(xiàn),初步分析了尼泊爾的地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)條件和不良地質(zhì)現(xiàn)象等工程地質(zhì)條件,為尼泊爾實(shí)施工程建設(shè)提供技術(shù)支撐。
1" 地質(zhì)構(gòu)造
尼泊爾位于印度板塊與歐亞板塊相碰撞所形成的弧形喜馬拉雅造山帶向南凸出的中間部分,其約1/3的面積屬于印度北部的恒河盆地,另外約2/3的面積處于印度-歐亞板塊碰撞形成的喜馬拉雅造山帶南坡。不同研究人員對(duì)尼泊爾進(jìn)行了方案不一的構(gòu)造區(qū)帶劃分,目前,研究學(xué)者普遍認(rèn)可近東西走向的4條主斷裂從北向南依次將尼泊爾劃分為5個(gè)近東西走向的構(gòu)造帶:特提斯喜馬拉雅、高喜馬拉雅、低喜馬拉雅、次喜馬拉雅及特萊平原[17](圖1(a))。4條主斷裂由北向南分別是主地幔逆沖斷裂(MMT)、主中央逆沖斷裂(MCT)、主邊界逆沖斷裂(MBT)和主前緣逆沖斷裂(MFT)(圖1(b))。其中,MCT、MBT和MFT在地殼深部匯聚于主喜馬拉雅斷裂(MHT)。MHT是印度板塊與歐亞板塊之間的基底滑脫帶,走向近東西,傾向北,傾角約為10°,具有斷坡、斷坪—斷坡的幾何特征[18-19]。
特提斯喜馬拉雅主要指位于印度河—雅魯藏布江縫合帶與MMT之間的未變質(zhì)沉積巖,其地層時(shí)代為寒武紀(jì)—古新世;高喜馬拉雅指MMT與MCT之間的結(jié)晶巖區(qū)域;低喜馬拉雅指MCT與MBT之間的區(qū)域,以未變質(zhì)—高級(jí)變質(zhì)的元古宙戴萊赫(Dailekh)群和拉卡帕塔(Lakharpata)群、晚石炭世—早白堊世崗?fù)呒{(Gondwana)群、
晚白堊世—早中新世蘇爾凱特(Surkhet)群沉積巖為主,夾變質(zhì)侵入巖;次喜馬拉雅指MBT與MFT之間的區(qū)域,主要為西瓦利克(Siwalik)褶皺帶,由中中新世—早更新世前陸盆地背景下沉積的Siwalik群構(gòu)成,局部為第四系覆蓋;特萊平原指恒河平原位于尼泊爾境內(nèi)的部分[20-21],全為第四系覆蓋,該區(qū)域也具有疊合盆地性質(zhì)。MMT為低角度正斷層,MCT、MBT及MFT均為大型逆沖斷層,其由北往南的形成時(shí)代越來(lái)越新[22]。其中,MCT形成于距今25~20 Ma,MBT形成于距今約11 Ma,MFT的形成時(shí)間晚于距今3 Ma[23-24]。
尼泊爾地質(zhì)構(gòu)造活躍,持續(xù)活動(dòng),4條主斷裂是造成尼泊爾高山峽谷發(fā)育、地形復(fù)雜多樣的內(nèi)在因素,是對(duì)工程建設(shè)的最不利因素。項(xiàng)目選址特別是水電站等重大項(xiàng)目選址時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)上述4條主斷裂,并與其保持一定的安全距離,無(wú)法避開(kāi)的線路工程應(yīng)盡量垂直穿越4條主斷裂并采取一定的工程措施。
2" 地形地貌
尼泊爾是世界上地形起伏最大的國(guó)家之一。在尼泊爾南北長(zhǎng)度150 km以內(nèi),海拔從東南部恒河平原的64 m急增至北部喜馬拉雅山脈珠穆朗瑪峰的8 848 m,擁有世界上最深的峽谷——卡利甘達(dá)基峽谷(Kali Gandaki Gorge)。目前,研究學(xué)者將尼泊爾地貌分為以下8個(gè)部分:特萊平原(Terai Plain),西瓦利克丘陵與敦河谷(Siwalik hills and Dun valleys),摩訶婆羅特山脈(Mahabharat),中部谷地(Midlands),前喜馬拉雅山脈(Fore Himalaya),大喜馬拉雅山脈(Great Himalayan Range),喜馬拉雅內(nèi)部峽谷(Inner Himalayan Valleys),青藏高原邊緣山脈(Tibetan Marginal Ranges)[25](圖2(a))。
不同地貌單元地形變化如圖2(b)所示。特萊平原位于尼泊爾南端,海拔變化范圍為74~200 m,從北向南又劃分為高、中、低特萊平原。高特萊平原主要為山前沖洪積扇,地勢(shì)整體向南傾斜,由河流和溪流沖洪積形成,地層巖性主要由漂石、卵石和砂土組成。中特萊平原位于山前沖洪積扇前端,坡度小于1°,地層巖
性主要由粉土、黏土和沙礫交互層組成。低特萊平原為恒河沖積層,地勢(shì)平坦,地層巖性主要由砂土、粉土和黏土組成。西瓦利克丘陵也被稱為亞喜馬拉雅山脈,包括山地和峽谷,海拔變化范圍為300~2 000 m,地貌特征受構(gòu)造作用、風(fēng)化作用和侵蝕作用控制,山地地層巖性主要為砂巖和泥巖,峽谷地層巖性主要為漂石、卵石和砂土等沖積層。摩訶婆羅特山脈海拔變化范圍為1 500~3 000 m,卡爾納利河和納拉亞尼河將其分為東部、中部和西部山脈,東部和西部山脈地層巖性主要為變質(zhì)巖和結(jié)晶巖,中部山脈地層巖性主要為沉積巖和微變質(zhì)巖。中部谷地是尼泊爾的核心地帶,位于尼泊爾中部,平均海拔600~2 000 m,表部覆蓋殘積土層、坡積土層和沖積土層。前喜馬拉雅山脈是指尼泊爾中部海拔超過(guò)3 000 m的山脈,由逆沖推覆體組成,地層巖性主要為結(jié)晶巖。大喜馬拉雅山脈平均海拔超過(guò)4 000 m,有8座海拔超過(guò)8 000 m山峰,是尼泊爾河流的主要發(fā)源地,地層巖性包括沉積巖、侵入巖、變質(zhì)巖和結(jié)晶巖。喜馬拉雅內(nèi)部峽谷是分割大喜馬拉雅山脈的切割體,被大喜馬拉雅山脈包圍,由于河流的侵蝕作用,形成了很深的峽谷,地層巖性以沖積層和礫巖為主。青藏高原邊緣山脈是喜馬拉雅內(nèi)部峽谷的北緣,是喜馬拉雅主要河流的發(fā)源地。
特萊平原地勢(shì)較緩,上部地層主要為第四系松散層,該區(qū)對(duì)工程建設(shè)不利的因素主要為砂土液化。西瓦里克丘陵地帶地勢(shì)相對(duì)較緩,對(duì)工程建設(shè)不利的因素主要為河谷兩岸滑坡與泥石流。摩訶婆羅特山脈地形起伏較大,區(qū)內(nèi)滑坡和泥石流較發(fā)育,較不適宜開(kāi)展工程建設(shè)。中部谷地是尼泊爾城市主要聚集區(qū),也是尼泊爾實(shí)施工程建設(shè)的主要場(chǎng)地,該區(qū)地勢(shì)較平緩,但該區(qū)北部發(fā)育的MCT、頻發(fā)地震和河谷兩岸的滑坡是工程建設(shè)需要考慮的不利因素。前喜馬拉雅山脈、大喜馬拉雅山脈、喜馬拉雅內(nèi)部峽谷和青藏高原邊緣山脈海拔較高,平均海拔均大于3 000 m,河流下切導(dǎo)致峽谷發(fā)育,水電站建設(shè)有得天獨(dú)厚的條件,然而該區(qū)崩塌、滑坡、泥石流非常發(fā)育且冰雪融化引發(fā)大壩潰壩風(fēng)險(xiǎn)較大,加之該區(qū)地應(yīng)力較高,在水電站廠址可行性研究階段中,應(yīng)重點(diǎn)調(diào)查場(chǎng)地及其周邊工程地質(zhì)條件和潛在不良地質(zhì)現(xiàn)象,并分析其對(duì)水電站建設(shè)的影響和應(yīng)對(duì)措施[26-27]。
3" 地層巖性
由于尼泊爾境內(nèi)構(gòu)造、變質(zhì)、地層特征(如古生物缺乏、地層缺失、難以準(zhǔn)確定年)等不確定因素影響,導(dǎo)致其境內(nèi)地層的研究難度大、程度低,至今尚未建立完整的沉積地層充填序列,對(duì)地層的劃分及構(gòu)造的演化也存在多種方案和爭(zhēng)議[21]。綜合前人研究成果,尼泊爾境內(nèi)地層自下而上包含前寒武紀(jì)米蘭(Miland)超群、石炭紀(jì)—白堊紀(jì)岡瓦納(Gondwana)群、晚白堊世—早中新世蘇爾凱特(Surkhet)群和中中新世—早更新世西瓦利克(Siwalik)群[28]。
此外,按不同地質(zhì)單元?jiǎng)澐?,特萊平原和山間盆地主要出露第四系上更新統(tǒng)地層,主要包括黏土、粉土、砂土、卵石和碎石土,沉積類型主要為沖洪積和坡積。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中暫未發(fā)現(xiàn)尼泊爾發(fā)育濕陷性土、鹽漬土和軟土等特殊土,但工程建設(shè)中需考慮地震引起的粉土、砂土液化。次喜馬拉雅主要為新近系地層,主要由泥巖、砂巖和礫巖構(gòu)成,自下而上為粒度逐漸變粗的倒旋回。低喜馬拉雅、高喜馬拉雅和特提斯喜馬拉雅地層范圍廣,從元古宇的古元古界至新生界的新近系均有出露,巖石類型包括沉積巖、變質(zhì)巖和火山巖三大類,主要有碳酸鹽巖、石英砂巖夾泥巖、粉砂巖、砂巖、板巖、頁(yè)巖、千枚巖、石墨片巖、片巖、片麻巖、復(fù)片麻巖和火山碎屑巖等(圖3),在工程建設(shè)中需考慮千枚巖、泥巖、板巖等軟巖的變形問(wèn)題。此外,由于尼泊爾境內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍,該區(qū)巖層破裂變形嚴(yán)重,隧道開(kāi)挖過(guò)程中需考慮圍巖的坍塌破壞。
4" 水文地質(zhì)條件
尼泊爾從西至東主要有8條河流發(fā)源于青藏高原,分別是塞蒂(Seti)河、卡納利(Karnali)河、貝里(Bheri)河、巴貝(Babai)河、特里蘇里(Trishuli)河、巴格馬提(Bagmati)河、克溪(Koshi)河和阿倫(Arun)河,其橫向上可將尼泊爾劃分為6個(gè)流域(圖4),分別是馬哈卡-塞蒂河(Mahakai-Seti)流域、卡納利-貝里河(Karnali-Bheri)流域、甘達(dá)基(Gandaki)流域、巴格馬提-戈桑昆達(dá)(Bagmati-Gosainkund)流域、克溪河(Koshi)流域和阿倫-泰馬河(Arun-Tamar)流域,每個(gè)流域均不同程度穿越5大地質(zhì)構(gòu)造帶和不同地貌單元[25]。由于各流域河流位于最低處,一般情況下均是地下水補(bǔ)給河流。降雨后形成的地表徑流均是從流域兩側(cè)高山流向中間河谷,每年雨季,短時(shí)間的暴雨極易形成山洪、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。
尼泊爾基巖裂隙水較發(fā)育,在隧洞開(kāi)挖過(guò)程中需重點(diǎn)研究涌水對(duì)隧洞的不利影響。
5" 不良地質(zhì)現(xiàn)象
5.1" 地" 震
新生代與歐亞板塊碰撞以來(lái),印度板塊以約40 mm/a的速度持續(xù)向北推擠和俯沖,導(dǎo)致喜馬拉雅造山帶包括尼泊爾全境成為地球上構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一,在斷裂不斷調(diào)節(jié)和釋放因板塊長(zhǎng)期匯聚產(chǎn)生的位移和能量的過(guò)程中,尼泊爾歷史上發(fā)生過(guò)多次大地震。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),自1193年以來(lái),該地區(qū)及周邊曾發(fā)生7級(jí)以上破壞地震10次(表1),其中8級(jí)及以上7次,如1505年木斯塘8.2級(jí)地震,1555年卡納利 8.9級(jí)地震,1803年庫(kù)馬甕7.5級(jí)地震,1833年加德滿都8.0級(jí)地震,1897年石龍 8.1級(jí)地震,1905年康格拉7.8級(jí)地震,1934年比哈爾 8.2級(jí)地震,1950年阿薩姆邦8.4級(jí)地震,2005年克什米爾7.6級(jí)地震,2015年廓爾喀8.1級(jí)大地震等[29-33]。
地震不僅直接損毀建筑物,還會(huì)破壞山體穩(wěn)定性,進(jìn)而誘發(fā)大量崩塌、滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害,是尼泊爾開(kāi)展工程建設(shè)的最不利因素之一,尤其影響水電站輸水隧洞、公路和鐵路重大線性工程的順利實(shí)施和安全運(yùn)營(yíng)[34-35]。在尼泊爾開(kāi)展工程建設(shè)首先需要確定建設(shè)場(chǎng)地與發(fā)震斷裂的水平距離、建設(shè)場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度,重大項(xiàng)目建議進(jìn)行地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)專題研究。
5.2" 崩塌、滑坡與泥石流
尼泊爾不僅地形復(fù)雜多樣,高差變化較大,也是世界上氣候變化最為多樣的國(guó)家之一。同時(shí),氣候變化易誘發(fā)形成崩塌、滑坡和泥石流,造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。每年雨季,突發(fā)性暴雨經(jīng)常誘發(fā)大量的滑坡和泥石流[36-37]。其中,2004年7月,尼泊爾遭受15 a來(lái)最為嚴(yán)重的雨災(zāi),產(chǎn)生了大量的滑坡和泥石流,對(duì)公路等基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴(yán)重?fù)p壞[38];2011年,尼泊爾因數(shù)月連續(xù)降雨,引發(fā)山體崩塌、滑坡和泥石流等自然災(zāi)害[39];2015年5月、7月和8月均因強(qiáng)降雨引發(fā)多起滑坡和泥石流[40]。此外,地震也是尼泊爾形成滑坡的主要因素之一[41],如2015年廓爾喀(Gorkha)8.1級(jí)大地震累計(jì)產(chǎn)生約13 000處同震滑坡或崩塌,這些滑坡嚴(yán)重破壞中尼公路、中尼鐵路和其他基礎(chǔ)設(shè)施。
“崩滑流”是造成尼泊爾巨大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡的主要地質(zhì)災(zāi)害,特別是滑坡災(zāi)害。在項(xiàng)目的可行性研究階段,應(yīng)重點(diǎn)調(diào)查場(chǎng)地周邊是否存在潛在的滑坡災(zāi)害,并評(píng)價(jià)其對(duì)擬建工程的危險(xiǎn)性,重點(diǎn)項(xiàng)目建議開(kāi)展場(chǎng)地周邊滑坡災(zāi)害專項(xiàng)研究,并進(jìn)行有必要的變形監(jiān)測(cè)。
6" 結(jié)" 論
尼泊爾位于喜馬拉雅山脈南端,境內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地貌活動(dòng)強(qiáng)烈,氣候條件復(fù)雜,地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),給當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。通過(guò)廣泛收集資料與文獻(xiàn),初步分析了尼泊爾的地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)條件和不良地質(zhì)現(xiàn)象等工程地質(zhì)條件,得到的結(jié)論主要如下。
(1) 尼泊爾近東西走向的4條主斷裂從北向南依次將尼泊爾劃分為5個(gè)近東西走向的構(gòu)造帶:特提斯喜馬拉雅、高喜馬拉雅、低喜馬拉雅、次喜馬拉雅及特萊平原。
(2) 尼泊爾地形起伏大,可將其劃分為8個(gè)不同的地貌單元:特萊平原,西瓦利克丘陵,摩訶婆羅特山脈,中部谷地,前喜馬拉雅山脈,大喜馬拉雅山脈,喜馬拉雅內(nèi)部峽谷和青藏高原邊緣山脈。
(3) 尼泊爾東西橫向上有8條河流發(fā)源于青藏高原,將尼泊爾劃分為6大流域。
(4) 對(duì)尼泊爾工程建設(shè)造成不利影響的不良工程地質(zhì)現(xiàn)象主要有地震、崩塌、滑坡和泥石流,在工程建設(shè)選址階段應(yīng)充分評(píng)價(jià)地震及“崩滑流”對(duì)建設(shè)場(chǎng)地的不利影響,重點(diǎn)項(xiàng)目建議開(kāi)展專項(xiàng)研究。
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(
編輯:高小雲(yún)
)
Analysis on engineering geological conditions of Nepal
YANG Zhigang1,JIA Ning1,QIAO Jianwei2,3
(1.China CAMC Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100080,China;" 2.China JIKAN Research Institute of Engineering Investigations and Design Co.,Ltd.,Xi′an 710043,China;" 3.Shaanxi Laboratory for the Property and Treatment of Special Soil and Rock,Xi′an 710043,China)
Abstract: The complex engineering geological conditions of Nepal may lead to the risk of geological disaster for project construction.The engineering geological conditions of Nepal,such as geological structure,topography,lithology,hydro-geological conditions,and adverse geological phenomena,etc.,was analyzed by collecting literature.The results showed that:① 4 faults,with nearly east-west strike,can divide Nepal into 5 longitudinal geological zones distributed from north to south.② The landform of Nepal undulates terribly,and the territory of Nepal can be divided into 8 roughly parallel geomorphic regions.③ 8 rivers,running out of Qinghai-Xizang Plateau,can divide Nepal into 6 transverse physiographic regions.④ The harmful engineering phenomena that have a negative impact on engineering construction in Nepal mainly include earthquakes,collapses,landslides and mudslide,etc.The adverse effects of earthquakes,collapses,landslides and mudslide on construction sites should be fully evaluated in the site selection stage of construction projects,and special studies were suggested for key projects.The research results could be a technical support for engineering construction in Nepal.
Key words:
engineering geological condition; project construction; harmful engineering phenomena; Nepal