工程地质电子教案

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1、本章概述介绍工程地质学的主要研究内容、研究方法及实际意义，它与其它学科间的相互关系，工程地质学发展历史、现状和研究前沿。如何学习该课程。重难点两个重要概念：工程地质条件和工程地质问题概念内涵的理解。有关工程地质学的研究方法的体系的建立。第一章 绪论一、工程地质学的研究对象、任务与分科1、定义工程地质学是地质学的分支学科，它是一门研究与工程建设有关的地质问题、为工程建设服务的地质科学，属应用地 质学的范畴。 2、研究内容地球上现有的一切工程建筑物都建造于地壳表层一定的地 质环境中。地质环境包括地壳表层和深部的地质条件以一定的作用，影响建筑物的安全、经济和正常使用；而建筑物的兴建又反馈作用于地质环

2、境，使自然地 质条件发生变化，最 终 又影响到建筑物本身。二者就处于相互联系，又相互制约的矛盾之中。工程地质学就是研究地 质环境与工程建筑物之间的关系，促使二者之间的矛盾转化、解决。3、研究任务工程地质学为工程建设服务:是通过工程地质勘察来实现的，通过勘察和分析研究，阐明建筑地区的工程地质条件，指出并解决 历存在的工程地质问题 ，为建筑物的设计、施工以至使用提供所需的地质资料。它的主要任 务是：阐明建筑地区的工程地 质条件，并指出对建筑物有利的和不利的因素；论证建筑物所存在的工程地质问题，进行定性和定量的 评价，作出确切的结论；选择地质条件优良的建筑场址，并根据场址的地质 条件合理配置各个建筑

3、物； 研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响，预测其发展演化趋势 ，并提出 对地质环境合理利用和保 护的建议；根据建筑场址的具体地质条件，提出有关建筑物 类型、 规模、结构和施工方法的合理建议，以及保证建筑物正常使用所应注意的地质要求；为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。可见，工程地质工作是工程建设的基础工作。工程地质工程师务必要与工程设计与施工工程师密切协作，以完成上述各 项任务。4、两个重要概念2实践表明：工程地质条件的阐明，是工程地质工作的基础；而工程地质问题的论证和解决，则是工程地质工作的核心。因而，在这里明确工程地质条件和工程地质问题的含义是很有必要的。工程地质条件(E

4、ngineering geological condition)指的是工程建筑有关的地质因素的综合。地质因素包括岩土类型及其工程性质、地 质结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等方面，它是一个综合概念。其中的某一因素不能概括为工程地质条件，而只是工程地质条件的某一方面。兴 建任何一类建筑物，首要的任务就是要查明和认识建筑场区的工程地质条件。由于不同地域的地 质环境不同，因此工程地质条件不同，对工程建筑物有影响的地质因素主次也是不相同的。工程地质条件是在自然地 质历史发展演化过程中形成的，是客观存在的。工程地质问题(Engineering geological Problem)指

5、的是工程地质条件与建筑物之间所存在的矛盾或问题。优良的工程地 质条件能适应建筑物的安全、经济和正常使用的要求，其矛盾不会激化到对建筑物造成危害；但是工程地质条件往往有一定的缺陷，而对建筑物产生严重的甚至是灾难性的危害。所以，一定要将矛盾着的两个方面联系起来进行分析。由于工程建筑的类型、结构形式和规模不同，对地质环境的要求不同，所以工程地质问题也是复杂多样的。例如，工业与民用建筑的主要工程地质问题是地基承载力和沉降问题，地下洞室的主要工程地质问题是围岩稳定性问题；露天采矿场的主要工程地质问题是采坑边坡稳定性问题；水利水电工程中，土石坝最需注意的是 坝基渗透变形和渗漏 问题，混凝重力 坝是坝基抗滑

6、稳定问题，拱坝是坝肩抗滑稳定 问题。工程地 质问题的分析、评价，是工程地质工程师的中心任务。5、相关工程实例在国外，由于工程地质问题而导致的建筑事故是不乏其例的。在 坝建工程中，此类事故更是惨重。例如，1928 年美国圣弗兰西斯(StFrantis)重力坝 的失事，是由于 坝基软弱岩层崩解冲刷和滑动引起的。l959 年法国马尔帕塞(Malpasst)薄拱坝的溃决，则是由于坝的左翼片麻岩体沿着一个倾斜的软弱结构面滑动所致。 1963 年 10 月 9 日所发生的意大利瓦依昂(Vaiont)水库左岸大滑坡，更是举世震惊。瓦依昂双曲拱坝坝高 261.6m，是当时世界最高的大坝之一。当水库壅水至 22

7、5.4m 时，左岸山体突然下滑，体积达 2.73.0108m3，滑速达 28ms，水库中有 5107m3的水体被 挤出，激起 250m 高的巨大涌浪，高 150m 的洪波溢过坝顶冲向下游，约有 3000 人丧生。该水库开始蓄水 时，就 发现左岸山体蠕滑 变形，但未引起水工人员的注意，随着库水位抬高，滑动面上空隙水 压力加大，从而 导致整个山体下滑。在工业与民用建筑中，也有许多典型的地质事故。如加拿大特朗斯康 (Trans-Cona)谷仓的倾倒，是由于对该区大建筑物地基中深埋软土层的不均匀沉陷估计不足。巴西 1958 年初刚建成的一座十一层高层建筑，尚未使用即倾倒平躺在地上。其原因是支承 该建筑

8、物的 钢筋混凝土桩长度不够，未能深入到沼泽土以下的硬土层中，致使地基承 载力不足而不均匀沉降 过大。 我国也有一些建筑工程因工程地质问题而造成严重事故的。例如 1961 年 3 月湖南资水柘溪水电站的近坝库岸滑坡， 发生于震旦系板溪群砂质板岩中。由于水库蓄水，使同向坡的库岸边坡受空隙水压力作用而失稳。滑坡体 倾入水库中产 生的涌浪溢过坝顶冲向下游，造成了生命财产的严重损失。1980 年 6 月湖北远安盐池河磷矿 的岩崩发生于震旦系灯影组厚层灰岩中。由于灰岩下部较软弱的陡山沱 组薄层白云质灰岩和 页岩中开拓采掘巷道，引起岩体变形，使上部厚层灰岩中顺坡向陡 倾节理被拉开， 约 100 万 m3的岩

9、体急速崩落，摧毁了矿务3局和坑口全部建筑物，死亡 281 人。此外，我国近年来因物理地 质作用造成的地质灾害频繁发生，它们都造成了严重的生命 财产损失。例如，1978 年唐山大地震，1981 年成昆线利子依达沟和辽东老帽山地区的泥石流， 1983 年甘肃东乡洒勒山大滑披，1987 年四川巫溪岩崩等。由此可见，为保证工程的正常施工、运行和生命财产的安全，工程地质学的任务是非常重要的。6、研究内容工程地质学的任务决定了它的研究内容，归纳起来主要有以下几个方面。(1)岩土工程性 质的研究地球上任何类型的建筑物均离不开岩土体，无论是分析工程地质条件，或是评价工程地质问题 ，首先要 对岩土的工程性质进

10、行研究。研究岩土的工程地质性质及其形成变化规律，各项参数的 测试技术和方法，岩土体的类型和分布规律，以及对其不良性质进行改善等内容。有关 这方面的研究，是由工程地 质 学的分支学科工程岩土学(Science of ergineering rock and soil)来进行的。(2)工程动力地 质作用的研究地壳表层由于受到各种自然营力包括地球的内力和外力作用，还有人类的工程经济 活动，影响建筑物的 稳定和正常使用。这种对工程建筑有影响的地质作用，即为工程动力地 质作用。 习惯上将由于自然营 力引起的各种地质现象叫做物理地质现象，由于人类工程 经济活动引起的地质现象叫做工程地 质现象。研究工程 动

11、力地质作用(现象) 的形成机制、 规 模、分布、 发展演化的规律，所产生的有关工程地质问题，对它们进行定性的和定量的评价，以及有效地 进行防治、改造，就成为工程地质学的另一分支学科工程动力地质学(Engineering dynamic geology)的研究内容。(3)工程地质 勘察理论和技术方法的研究为了查明建筑场区的工程地质条件，论证工程地质问题，正确地作出工程地质评 价，以提供建筑物 设计、施工和使用所需的地质资料，就需进行工程地质勘察。不同类型、结构和规模的建筑物，对工程地质条件的要求以及所产生的工程地质问题各不相同，因而勘察方法的 选择、工作的布置原则以及工作量的使用也是不相同的。为

12、了保证各类建筑物的安全和正常使用，首先必 须详细 而深入地研究所能产生的工程地质问题，在此基础上安排勘察工作。应制订适用于不同类 型工程建筑的各种勘察规范或工作手册，作为勘察工作的指南，以保证工程地质勘察的质量和精度。在当前工程地质勘察中，尤其要研究新颖的勘察理论和新技术方法的应用，使勘察工作更为快速、 轻便、有效。有关这方面的研究，是由专门工程地 质学(Special engineering geology)这一分支学科来进行的。(4)区域工程地 质的研究 区域工程地质是为工程规划设计提供地质依据的。不同地域由于自然地质条件不同，因而工程地 质条件也不相同。 认识并掌握广大地域工程地 质条件

13、的形成和分布规律，预测这些条件在人 类工程经济活动影响下的 变化规律，并按工程地 质条件进行区划，作出工程地质区划 图，就是区域工程地 质研究的内容。区域工程地质学(Regional engineering geology)即为这方面研究的分支学科。由此我们可以知道，工程地质学是一门应用性非常强的地质科学。它在工程建设中的地位相当重要，服务对象非常广泛，所研究的内容也是十分丰富的。二、工程地质学的研究方法及其与其它学科的关系41、研究方法工程地质学的研究方法与它的研究内容相适应的，主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地 质类比法。(1)自然历史分析法自然历史分析法即为地质

14、学的方法，它是工程地质学最基本的一种研究方法。工程地 质学所研究的对象地质体和各种地质现象，是自然地 质历 史过程中形成的，而且随着所 处条件的变化，还在不断地发展演化着。所以对一个动力地质 作用或建筑场地进行工程地质研究时，首先就要作好基础地质 工作， 查明各项自然地质条件和各种地 质现象，以及它们之间的关系，预测其发展演化的趋势 及结果。只有 这样，才能真正查明研究地区的工程地质条件，并作为进一步研究工程地质问题的基础。例如，对斜坡变形与破坏问题进行研究时，要从研究形态入手，确定斜坡变形与破坏的 类型、 规模及边界条件，分析斜坡变形、破坏的机制及各项影响、控制因素，以展现其空间分布格局，进

15、而分析其形成、发展演化过程和发育阶段。从空间分布和时间序列上揭示其内在的规律；并且还要预测在人类工程经济活动下的变化情况，为深入进行斜坡稳定性工程地 质评价奠定基础。又如研究坝基抗滑稳定性问题时，首先必须查明坝基岩体的地层岩性特点、地质结构及地下水活动条件，尤其要注意研究 软弱泥化夹层的存在和岩体中其它各种破裂 结构面的分布，及其组合关系，找出可能的滑移面和切割面以及它 们与工程作用力的关系，研究滑移面的工程地质习性，以作为进一步研究 坝基抗滑稳定的基础 。但是，仅有地质学的方法是不能完全满足工程地质评价的要求的，因为它终究属于定性研究的范畴，并没有数量的概念。所以要深入研究某一工程地质问题时

16、，还必须采用定量研究的方法。数学力学分析法、模型模拟试验法即属定量研究的范畴。(2)数学力学分析法数学力学分析法是在自然历史分析的基础上开展的。对某一工程地质问题或工程动力地质现象，在进行自然历史分析之后，根据所确定的边界条件和 计算参数，运用理论公式或经验公式进行定量计算。例如在斜坡 稳定性计算中通常采用的 刚体极限平衡理论法，就是假定斜坡岩土体为刚体的前提下，将各种作用力以滑动力和抗滑力的形式集中作用予可能的滑移破坏面上，求出该面上的边 坡稳定系数，作 为定量评价的依据。为了搞清边界条件和合理地选用各项计算参数，就需要 进行工程地质勘探、 试验，有时则要耗费巨大的资金和人力。所以除大型或重要的建筑物外，一般建筑物往往采用经验 数据类比进行计算。由于自然地质条件比较复杂，在计算时时常需要把条件适当简化，并将空间问题简化为平面问题来处理。一般的情况是，先建立一地质模型(物理