01工程地质学-绪论

0.绪论讲授：张文单位：吉林大学建设工程学院绪论0.1人类工程活动与地质环境的相互关系人类生活在地球上，各种工程活动天天在地质环境中进行，二者之间必然产生特定方式的相互关联和相互制约。地质环境对人类工程活动的制约：①人类在从事工程活动中影响工程活动的安全湖南冷水江市发生煤矿冒顶事故，7人被困井下；山西清徐县一煤矿瓦斯爆炸，13人死亡3人下落不明。辽宁灯塔市连续发生两起煤矿事故，死5人失踪4人重庆奉节县煤矿瓦斯燃烧事故共造成7人死亡。山西太原平坟合峁煤矿发生瓦斯事故17人遇难。新疆乌苏市中兴煤矿瓦斯爆炸，16名矿工全部遇难。如采煤过程中的瓦斯爆炸、涌水，隧道掘进过程中出现塌顶、岩爆或涌水等；世界水坝事故一览：1864年，英国戴尔戴克水库在蓄水中发生裂缝垮坝，死亡250人。1889年，美国约翰斯敦水库洪水漫顶垮坝，死亡4000－10000人。1959年，西班牙佛台特拉水库发生沉陷垮坝，死亡144人。1959年，法国玛尔帕塞水库因地质问题发生垮坝，死亡421人。1960年，巴西奥罗斯水库在施工期间被洪水冲垮，死亡1000人。1961年，苏联巴比亚水库洪水漫顶垮坝，死亡145人。1963年，意大利瓦伊昂拱坝水库失事，死亡2600人。1963年，中国河北刘家台土坝水库失事，死亡943人。1967年，印度柯依那水库诱发地震，坝体震裂，死亡180人。1979年，印度曼朱二号水库垮坝，死亡5000－10000人。……②影响工程建筑物的稳定和正常使用如水库渗漏、滑坡、泥石流破坏公路与铁路；丹巴县后山滑坡纵长约270米,宽200米,滑体厚度平均30米,前后缘高差接近200米，总体积150~230×104m3。I-1I-2IIIII人类工程活动又会以各种方式影响地质环境，即人类工程活动对地质环境的制约：③地质条件不具备而使工程造价提高：如沿海三角洲地区城市修建高层建筑，往往由于软基需要深基坑或桩基或筏式地基而增加造价，高烈度地区建造巨型电站因考虑高烈度而使造价大幅度提高。人类工程活动对地表的改造已达到不可忽视的程度，到目前为止人类活动已涉及到地表80％的地区。大量抽汲地下水或其它地下流体，引起了大范围的地面沉降。如在上游修建梯级电站，改变河流的地质作用;水库蓄水导致水库诱发地震；大规模的砍伐森林造成荒漠化、石漠化；云南澜沧江小湾水电站左岸全貌电站正常蓄水位为1240m，水库总库容149.14亿m3，调节库容98.95亿m3，水库面积189.1km2，干流回水长度178km。大坝为抛物线型混凝土双曲拱坝，最大坝高292m。电站装设6台混流式机组，单机容量70万kW，总装机规模420万kW，保证出力177.8万kW，占总装机容量的42.3%。多年平均发电量189.9亿kW·h。石漠化严重、生态环境恶化西南石漠化面积10.5万km2，贵州省3.25万km2，10LandsubsidenceinCaliforniaJoePoland,USGSscientistshowssubsidencefrom1925and197710milessouthwestofMendota,CASignreadsSanJoaquinValleyCalifornia,BMS661,Subsidence9M,1925-1977FromUSGSProfessionalPaper1401-A,GroundwaterintheCentralValley,California-AsummaryreportPhotobyDickIreland,USGS,1977Formore(optionalreading)aboutlandsubsidenceintheSanJoaquinValleysee:LandSubsidenceintheU.S.:SanJoaquinValley.美国长滩市威明顿油田区从1925年至1977年发生了9m的地面沉降工程活动与地质环境之间的相互制约：如在岩土体稳定差的地区修建水库，造价高，另一方面水库的修建使近坝、库岸的岸坡的稳定性降低，尤其是水位骤然升降经常引起岸坡失稳，蓄水引起水库诱发地震等等。研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约并保证这种制约关系向良性方向发展的科学称之为工程地质学12•工业及民用建筑•水利水电建设•铁路和公路交通•矿山开发及国防工程工作。02、工程地质应用领域13工业与民用建筑2008年9月28日，江苏第一高楼——南京绿地广场紫峰大厦已完成封顶，一举攀上450米高点。位于南京市中心鼓楼地段的紫峰大厦总楼层89层，其高度在全世界已建成和在建的摩天大楼中位居第七。紫峰大厦2009年底建成后，将成为南京城市新地标建筑。14位于阿拉伯联合酋长国港口城市迪拜的“迪拜塔”施工现场。这座摩天大楼高度约为700米，在2008年建成，取代中国台湾省的台北101大楼，成为全球最高的摩天大楼。台北101大楼15深基坑16水利水电工程三峡大坝17三峡大坝的修建过程1997年1998年2003年18小浪底大坝192021沪甬铁路百米路基突然塌陷2223建设中的海底隧道（厦门东通道－翔安隧道）正在施工中隧道（北天山隧道）24抚顺西露天矿安源矿25美国犹他州宾汉姆峡谷铜矿坑坑深1200m宽4000m26南非金伯利钻石矿坑共挖出2722公斤钻石2703、工程地质学的任务工程地质学是为工程建设服务的，基本任务是为工程建筑的规划、设计和施工提供地质资料，运用地质和力学知识回答工程上的地质问题，以便使建筑物与地质环境相适应，从地质方面保证建筑物的安全稳定、经济合理、运行正常、使用方便；尽可能避免因工程兴建而恶化地质环境、引起地质灾害，达到合理利用和保护环境的目的。28据此，可以把工程地质的任务具体归纳为以下几个方面：（1）查明各类工程建筑场区的地质条件。（2）对场区及其有关的各种地质问题进行综合评价。（3）分析、预估在工程建筑作用下，地质条件可能出现的变化和作用。（4）为建筑物选择适宜的建筑场址。（5）对不良地质条件提出防治和改造措施。（6）为保证工程合理设计、顺利施工、正常使用提供可靠的技术参数。（7）制定保护地质环境的措施。29总之，工程地质学就是查明工程地质条件，解决工程地质问题，为工程建设服务，是地质学的一个分支学科，是一门应用性很强的学科。30工程地质条件包括地层岩性（岩土类型及工程地质性质）、地质构造、地形地貌、水文地质条件、物理地质现象和天然建筑材料等方面。A.地层岩性：是最基本的工程地质因素，包括成因、时代、岩性、产状、成岩作用特点、变质程度、风化特征、软弱夹层和接触带以及物理力学性质等；B.地质构造：是工程地质工作研究的基本对象，包括褶皱、断层、节理构造的分布和特征；地质构造，特别是形成时代新、规模大的优势断裂，对地震、滑坡等灾害具有控制作用，因而对建筑物的安全稳定、沉降变形等具有重要意义；C.水文地质条件：是非常重要的工程地质因素，包括地下水的成因、埋藏、分布、动态和化学成分等；31D.地表地质作用：是现代地表地质作用的反映，与建筑区地形、气候、岩性、构造、地下水和地表水作用密切相关，主要包括滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、风沙移动、河流冲刷与沉积等等，对评价建筑物的稳定性和预测工程地质条件的变化意义重大；（物理地质现象）.E.地形地貌：地形是指地表高低起伏状况、山坡陡缓程度与沟谷宽窄及形态特征等，地貌则说明地形形成的原因、过程和时代；平原区、丘陵区和山岳地区的地形起伏、土层厚薄和基岩出露情况、地下水埋藏特征和地表地质作用现象都具有不同的特征，这些因素都直接影响到建筑场地和线路的选择。32工程地质问题是指工程建筑与地质环境的相互作用、相互矛盾而引起的，对建筑本身的顺利施工和正常运行或对周围环境可能产生影响的地质问题。工程地质环境是自然界客观存在的，它能否适应工程建设的需要，一定要联系工程建筑物的类型、结构和规模。一定要将工程地质环境和建筑物这矛盾的两个方面联系起来进行分析。33工业与民用建筑常遇到的工程地质问题是地基的变形、强度和稳定问题；铁路、道路工程常遇到的有路基边坡、隧洞围岩和桥墩桥台的稳定问题，道路的冻胀问题；地下建筑工程常遇到的是围岩稳定、涌水及影响建筑施工的高地应力、高地热和有害气体问题，岩爆问题；海港工程常遇到的是码头地基、岸坡的稳定、海浪侵蚀及回淤问题；矿山工程常遇到的是露天矿边帮及地下巷道的稳定及涌水、采矿引起地面塌陷问题；不同领域常见工程地质问题34水利水电工程的工程地质问题更为复杂多样，除与其他工程相类似的区域地壳稳定、坝基、边坡和地下洞室岩土体的稳定问题外，还有库坝区渗漏、水库库岸稳定、水库淤积、滨库地区浸没、水库诱发地震等问题；在特种土地区如红土、黄土、淤泥、膨胀土等同样会遇到特殊的工程地质问题。由于大量抽取地下水、石油及天然气而造成大范围地面沉降，放射性能源的应用而存在核废料的储存，采矿而产生的废矿渣的处理等则属于环境工程地质问题。3504工程地质学的研究内容与各分支学科（1）岩土工程性质的研究•研究与工程建筑物有关的岩土体的工程地质性质及其变化规律，即分布规律、成因类型、力学性质、测试技术等。•分支学科：工程岩土学（2）工程动力地质作用的研究•研究工程动力地质作用的形成机制、规模、空间分布及发展趋势，对由此引起的工程地质问题进行评价、防治和改造。•分支学科：工程动力地质学36（3）工程地质勘察理论和技术方法的研究•研究勘察方法的选择、工作的布置原则、工作量的分配、勘察质量和精度的检测，勘察技术、方法理论的改进。•分支学科：工程地质勘察、岩土工程勘察、专门工程地质学（4）岩土体力学性质研究•研究岩土体在外力作用下的应力与变形，强度及稳定性的科学，是对建筑场地工程地质条件及工程地质问题进行定量评价的工具。•分支学科：土力学、岩体力学37（5）区域工程地质研究•研究区域性工程地质条件的形成和分布规律，预测这些条件在人类工程活动影响下的变化，按着工程地质条件的相似性和差异性进行合理的区域划分，编制工程地质条件分区图，为各类工程建筑的规划及进一步的工程地质研究指明方向。•分支学科：区域工程地质学（6）环境工程地质研究在可持续发展思想原则的指导下研究自然地质环境和人类工程与经济活动的相互制约、相互影响的关系，最终评价这种影响结果对人类生存环境的影响。•分支学科：环境地质与工程3806、工程地质学的发展趋势复杂地基上高坝和高层建筑的地基稳定研究高边坡岩土体稳定分析巨型地下洞室围岩稳定分析海洋工程地质问题的研究工程建设与环境保护、资源开发利用相结合39区域构造稳定性研究研究地质物理环境（高地应力、高地热、地下水等）对岩土体力学性质及岩土工程施工的影响，岩土体工程地质分类综合指标。不均匀、各向异性裂隙岩体中地下水渗流研究深厚覆盖层上建坝、松软含水地层上地基、边坡、地下洞室的稳定研究40喀斯特发育规律、喀斯特渗流及防渗处理的研究；喀斯特地区地下洞室的涌水、涌泥（砂）、高外水压力问题的研究.综合勘测手段、遥感技术、工程物探和钻探新技术，原位测试技术的应用研究，以提高勘察的精度、速度和定量化程度.开展地质力学模型试验研究.41小结什么是工程地质学工程地质学研究的领域工程地质条件工程地质问题工程地质学研究的内容与相关学科工程地质学的发展趋势