工程地質(zhì)學(xué)緒論課件

1、工程地質(zhì)學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院 工程地質(zhì)教研室總學(xué)時 ：理論48答 疑：平時教學(xué)安排教材及教學(xué)參考書教材： 工程地質(zhì)學(xué)概論 李智毅、楊裕云主編 中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1994年10月第1版，2012年2月第16次印刷 參考書：工程地質(zhì)學(xué)相關(guān)書籍一、水工環(huán)？水文地質(zhì)工程地質(zhì) 環(huán)境地質(zhì)水文地質(zhì) 水文地質(zhì)是研究地下水的科學(xué)。 隨著科學(xué)的發(fā)展和生產(chǎn)建設(shè)的需要，水文地質(zhì)學(xué)又分為區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)、地下水動力學(xué)、水文地球化學(xué)、供水水文地質(zhì)學(xué)、礦床水文地質(zhì)學(xué)、土壤改良水文地質(zhì)學(xué)等分支學(xué)科。 近年來，水文地質(zhì)學(xué)與地?zé)?、地震、環(huán)境地質(zhì)等方面的研究相互滲透，又形成了若干新領(lǐng)域。 工程地質(zhì) 工程地質(zhì)是研究人類工程活動與地質(zhì)

2、環(huán)境之間的關(guān)系的科學(xué)。 近年來，隨著大規(guī)模工程建設(shè)的發(fā)展，其研究領(lǐng)域日益擴大。除了工程巖土學(xué)、工程動力地質(zhì)學(xué)、專門工程地質(zhì)學(xué)和區(qū)域工程地質(zhì)學(xué)外，一些新的分支學(xué)科正在逐漸形成，如礦山工程地質(zhì)學(xué)、海洋工程地質(zhì)學(xué)、城市工程地質(zhì)學(xué)及環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)、工程地震學(xué)等。 環(huán)境地質(zhì) “環(huán)境地質(zhì)”一詞最早出現(xiàn)于20世紀60年代末、70年代初一些西方工業(yè)發(fā)達國家的文獻中。那時這些工業(yè)發(fā)達國家，已感到環(huán)境問題迫切性，開始把滑坡、泥石流、地面沉降、城市地質(zhì)等問題研究列為環(huán)境地質(zhì)研究的范疇。 環(huán)境地質(zhì)在我國出現(xiàn)和使用較晚，但也是隨著一系列嚴重的環(huán)境問題（如環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害等）對生產(chǎn)、生活的影響愈來愈突出而提出的。 特點

3、：（1）邊緣學(xué)科：工程科學(xué)與地質(zhì)科學(xué)相互滲透、交叉（2）分支學(xué)科：地質(zhì)學(xué)的分支；工程與技術(shù)科學(xué)、 基礎(chǔ)學(xué)科的分支（3）應(yīng)用學(xué)科：服務(wù)于工程建設(shè)工程地質(zhì)學(xué)研究人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境之間的相互聯(lián)系、相互制約的關(guān)系，以便科學(xué)評價、合理利用、有效改造和妥善保護地質(zhì)環(huán)境的科學(xué)。二、工程地質(zhì)學(xué)1.工程地質(zhì)學(xué)的概念（學(xué)科性質(zhì)）相互聯(lián)系人類工程活動地質(zhì)環(huán)境相互制約人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系地質(zhì)環(huán)境指的是受人類活動影響的地球表層的地質(zhì)空間, 即巖石圈、水圈和大氣圈相互交匯而成的地質(zhì)空間。地質(zhì)環(huán)境影響工程活動的安全：如采煤過程中的瓦斯爆炸、涌水，隧道掘進過程中出現(xiàn)塌頂、巖爆或涌水等；如王家?guī)X煤礦透水事故與智利銅

4、礦礦難地質(zhì)環(huán)境對人類工程活動的制約：地質(zhì)條件不具備而使工程造價提高：如沿海三角洲地區(qū)城市修建高層建筑，往往由于軟基需要深基坑或樁基或筏式地基而增加造價，高烈度地區(qū)建造巨型電站因考慮高烈度而使造價大幅度提高。地質(zhì)環(huán)境影響工程建筑物的穩(wěn)定和正常使用：如瓦伊昂事件，水庫滲漏、崩塌、滑坡、泥石流破壞公路與鐵路；襄渝鐵路區(qū)梨樹灣附近在建隧道垮塌2009年07月19日 某隧道ZK95+970處垮塌意大利瓦依昂滑坡（巨型順層滑坡） 1963年10月9日，意大利北部Piave河的一條支流上，方量大于2.7108m3的巨大坡體以超過30m/s的速度快速滑入瓦依昂水庫，高高涌起的水浪翻過壩體，造成了巨大的破壞和人

5、員傷亡。 滑坡造成的向上游和下游兩個方向奔涌的波浪翻過壩體100米，在瓦依昂山谷內(nèi)與Piave河的交匯處仍有70米高。巨大的涌浪摧毀了Langarone的大部分城鎮(zhèn)和Piave 山谷的部分城鎮(zhèn)。瓦依昂壩（265m，當(dāng)時世界最高拱壩）卻幾乎完整地保留下來?；虑盎潞笏畮熳儭笆瘞臁?，喪失庫容使工程失去效用，潰壩洪水沖毀河谷內(nèi)一切設(shè)施，死亡2600余人。蓄水后，左岸山體中的粘土巖浸水膨脹而推動山體下滑，數(shù)億立方米的巖石高速崩滑至水庫中。地質(zhì)勘探不充分，地質(zhì)條件評估失誤162003年7月13日零時20分，三峽水庫區(qū)秭歸縣千將坪村發(fā)生大規(guī)?；?丹巴縣建設(shè)街后山滑坡位于丹巴縣城后側(cè), 縱向長約270米

6、,寬200余米,滑體厚度平均30米,最大厚度超過40米,前后緣高差接近200米，總體積約150230104m3。2004年12月11日晚10時30分左右，甬臺溫高速公路柳市附近發(fā)生大面積山體滑坡事故，形成了一個長65米、寬約40米、高約20多米的錐形堆積體，大量亂石傾覆在高速公路雙向車道上，致使溫州大橋白鷺嶼至樂成鎮(zhèn)一段的高速公路雙向車道全部癱瘓。 人類工程活動又會以各種方式影響地質(zhì)環(huán)境：人類工程活動對地表的改造已達到不可忽視的程度，到目前為止人類活動已涉及到地表80的地區(qū)。如過量開采地下水，引起大范圍的地面沉降；在上游修建梯級電站，改變河流的地質(zhì)作用，使得局部河段的侵蝕淤積規(guī)律發(fā)生變化；道路

7、修建中不合理削坡使坡體穩(wěn)定性降低；水庫蓄水導(dǎo)致岸坡穩(wěn)定性降低，水庫誘發(fā)地震；大規(guī)模的砍伐森林造成荒漠化等等。 人類工程活動對地質(zhì)環(huán)境的影響：天津市地面沉降例如：在高烈度區(qū)、巖土體穩(wěn)定差的地區(qū)修建水壩、水庫，造價高，另一方面水庫的修建使近壩、庫岸的岸坡的穩(wěn)定性降低，尤其是水位驟然升降經(jīng)常引起岸坡失穩(wěn)，蓄水引起水庫誘發(fā)地震等。人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境之間的相互制約a.評價工程地質(zhì)條件，闡明地上和地下建筑工程興建和運行的有利和不利因素，選擇建筑場地和適宜的建筑型式，保證規(guī)劃、設(shè)計、施工和使用順利進行；b.從地質(zhì)條件與工程建筑相互作用的角度出發(fā)，論證和預(yù)測有關(guān)工程地質(zhì)問題發(fā)生的可能性、發(fā)生的規(guī)模和發(fā)展趨

8、勢；c.提出改善、防治或利用有關(guān)工程地質(zhì)條件的措施、加固巖土體和防治地下水的方案等。 2.工程地質(zhì)學(xué)的主要任務(wù) A 工程地質(zhì)條件指的是與工程建設(shè)有關(guān)的地質(zhì)因素的綜合，或是工程建筑物所在的地質(zhì)環(huán)境的各項因素。（教材P2）包括以下六個方面。3 .兩個重要的概念（術(shù)語）工程地質(zhì)條件工程地質(zhì)問題地形地貌條件地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地應(yīng)力巖土類型及其工程地質(zhì)性質(zhì)水文地質(zhì)條件物理地質(zhì)現(xiàn)象（工程動力地質(zhì)作用）天然建筑材料 工程地質(zhì)條件 應(yīng)注意的幾個方面： （1）工程地質(zhì)條件是一個綜合概念。 （2）工程地質(zhì)勘察的基本任務(wù)：查明建筑場地的工程地質(zhì)條件影響工程建筑物的安全、經(jīng)濟和正常使用。 （3）工程地質(zhì)條件的各因素的影響有主

9、次，應(yīng)分清主次,有利的和不利的因素。 （4）采用自然歷史分析方法研究工程地質(zhì)條件。 工程建筑類型、結(jié)構(gòu)形式、規(guī)模不同，對地質(zhì)環(huán)境的要求不同，因此工程地質(zhì)問題是復(fù)雜多樣的，例如： （1）工業(yè)與民用建筑 地基承載力與變形問題 （2）地下洞室 圍巖穩(wěn)定性問題 （3）露天采礦場 采礦邊坡穩(wěn)定性問題 （4）土石壩 壩基滲透變形和滲漏問題 （5）砼重力壩 壩基抗滑穩(wěn)定性問題 （6）砼拱壩 壩肩抗滑穩(wěn)定性問題 其它的還有：水庫滲漏、庫岸再造、庫周浸沒、砂土液化、地面沉降問題等。 B 工程地質(zhì)問題指的是工程地質(zhì)條件與工程建筑物之間所存在的矛盾和問題。（教材P2）LowWeightSoft toFirm Cla

10、yLarge DistributedWeightVery Large ConcentratedWeightDense SandStrong Rock建筑物地基27意大利比薩斜塔2829加拿大特朗斯康谷倉谷倉于1913年秋建成，10月初貯存谷物2.7萬t時發(fā)現(xiàn)谷倉明顯下沉，谷倉西端下沉8.8m，東端上抬1.5m，最后，整個谷倉傾斜27。事后勘察了解，該建筑物基礎(chǔ)下埋藏有厚達16m的高塑性淤泥質(zhì)軟粘土層。谷倉加載使基礎(chǔ)底面上的平均荷載達到330kPa，超過了地基的極限承載力280kPa，因而發(fā)生地基強度破壞而整體滑動。30蘇州市虎丘塔 此塔建于宋太祖建隆二年，距今已有1036年歷史。塔高47.5m

11、。20世紀80年代，塔身已向東北方向嚴重傾斜，塔頂離中心線2.31m。采取在塔四周建造一圈樁排式地下連續(xù)墻，并對塔周圍與塔基進行鉆孔注漿和樹根樁加固塔身。二灘電站地下廠房二灘電站中央控制室廠房長280.3米，寬25.5米，高63.9米 大型地下硐室拉西瓦地下洞室三維地質(zhì)模型地下廠房31175 m30 m75 m 34 長江三峽工程 永久船閘高邊坡雙線連續(xù)五級船閘設(shè)計總水頭113m，單級最大水頭45.2m，總長6442m（其中主體段長1621m），為世界之最。工程土石方開挖量3779萬m3，混凝土澆筑355萬m3，高強錨桿10萬余根，預(yù)應(yīng)力錨索3441束。三峽永久船閘高邊坡三峽重力壩溪洛渡水電站

12、雙曲拱壩（壩高278m）左壩肩拱間槽右壩肩拱間槽溪洛渡水電站壩肩開挖我國第二大水電站溪洛渡電站下閘蓄水2013年5月4日2006年2月，長江干堤岳陽段，華容縣境內(nèi)荊江天字一號河段，崩岸最嚴重的長600米，最近處距長江主干堤不足60米水電工程建設(shè)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)4.工程地質(zhì)學(xué)的學(xué)科體系及與其它學(xué)科的關(guān)系（教材P2）1）.巖土工程地質(zhì)性質(zhì)研究：“工程巖土學(xué)”2）.工程動力地質(zhì)作用的研究：“工程動力地質(zhì)學(xué)”3）.工程地質(zhì)勘察理論和技術(shù)方法的研究：“專門工程地質(zhì)學(xué)”4）.區(qū)域工程地質(zhì)的研究：“區(qū)域工程地質(zhì)學(xué)”5）.環(huán)境工程地質(zhì)的研究：“環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)” 學(xué)科體系（1）地質(zhì)學(xué)的分支學(xué)科：動力地質(zhì)學(xué)、礦物

13、學(xué)、巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、第四紀地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)等，是工程地質(zhì)學(xué)的地質(zhì)基礎(chǔ)學(xué)科。（2）數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、力學(xué)等學(xué)科：不良地質(zhì)現(xiàn)象的形成機制研究和工程地質(zhì)問題定量評價的基礎(chǔ)。特別是土力學(xué)、巖體力學(xué)。（3）與工程應(yīng)用技術(shù)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、工程科學(xué)等關(guān)系密切。如計算機技術(shù)、鉆探學(xué)、地球物理勘探學(xué)等。 工程地質(zhì)學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系5.工程地質(zhì)學(xué)的發(fā)展歷史與趨勢 工程地質(zhì)學(xué)與人類社會發(fā)展息息相關(guān)。 成為一門獨立學(xué)科的時間有80多年（20世紀30年代初，產(chǎn)生于原蘇聯(lián)）。同時，歐美國家開展了工程地質(zhì)工作。以后學(xué)科體系逐漸完善。 國際工程地質(zhì)與環(huán)境協(xié)會（IAEG，International Associ

14、ation of Engineering Geology and the Environment ），于 1962年發(fā)起成立，每4年召開一次國際會議，進行學(xué)術(shù)交流。發(fā)展歷史（教材P3-4）中國地質(zhì)學(xué)的發(fā)展可分為3個階段：1）新中國成立之前的已有基礎(chǔ)；2）建國之初70年代中期的迅速發(fā)展階段；3）70年代后期至今，全面發(fā)展階段。1979年11月，中國地質(zhì)學(xué)會 工程地質(zhì)專業(yè)委員會成立我國的工程地質(zhì)學(xué)科在國際上基本處于領(lǐng)先地位。張倬元教授王士天教授王蘭生教授孔德坊教授發(fā)展趨勢1.在工程設(shè)計、施工、運營各階段，工程地質(zhì)將與巖土工程（巖土力學(xué)）更密切的結(jié)合； 2.在研究工程地質(zhì)條件和選擇工程設(shè)計、施工中所

15、需要的地質(zhì)參數(shù)時，將與數(shù)學(xué)、力學(xué)、應(yīng)用地球物理學(xué)等相結(jié)合； 3.在進行工程環(huán)境的綜合評價及研究地質(zhì)環(huán)境的保護、利用和開發(fā)時，將與水文地質(zhì)學(xué)相結(jié)合。 應(yīng)用航天、航空遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)（3S技術(shù)）, 把握地質(zhì)環(huán)境及其變化的區(qū)域規(guī)律; 應(yīng)用淺層地球物理的理論與方法刻畫工程地質(zhì)體的精細結(jié)構(gòu); 基于現(xiàn)代技術(shù)的力學(xué)試驗和變形全過程的監(jiān)測; 利用數(shù)學(xué)、力學(xué)（巖土力學(xué)）研究成就和信息技術(shù), 在地質(zhì)分析和變形破壞研究基礎(chǔ)上進行模擬預(yù)測并走向智能化等。6.工程地質(zhì)學(xué)的研究方法 工程地質(zhì)學(xué)的研究對象是復(fù)雜的地質(zhì)體，其研究方法有：（1）自然歷史分析法（2）數(shù)學(xué)力學(xué)分析法（3）工程地質(zhì)類比法（4）模型

16、試驗和模擬試驗法 換句話說，工程地質(zhì)學(xué)的研究方法為定性分析與定量評價相結(jié)合的綜合研究方法。密切結(jié)合（1）自然歷史分析法 各種地質(zhì)體都是在自然歷史過程中形成的，而且隨著所處條件的變化，不斷演化。（2）數(shù)學(xué)、力學(xué)分析法九寨黃龍機場Flac3D數(shù)值模擬（3）工程地質(zhì)類比法已有地質(zhì)條件相同、相近的建筑物所產(chǎn)生的工程地質(zhì)問題與擬建工程進行對比分析。蓮花峰呈坎標1號標2號標7號標古滑坡標2號坡標5號坡標10號坡標15號坡富溪湯口湯屯、黃塔桃高速公路高邊坡穩(wěn)定性動態(tài)評價及支護設(shè)計優(yōu)化研究（4）模型試驗和模擬試驗法二維、三維地質(zhì)模型物理模擬工程地質(zhì)學(xué)教材內(nèi)容共分為：3大篇1附篇第一篇 巖土工程地質(zhì)性質(zhì)研究（6章） 第一章 土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 第二章 土的物理性質(zhì) 第三章 土的力學(xué)性質(zhì) 第四章 各類土的工程地質(zhì)特征 第五章 巖石的工程地質(zhì)性質(zhì) 第六章 巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類三、主要教學(xué)內(nèi)容 第二篇 工程動力地質(zhì)作用研究（6章） 第七章 活斷層和地震工程地質(zhì)研究