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(shí) ：理論48答 疑：平時(shí)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(guó)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(dòng)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(dòng)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(kuò)大。除了工程巖土學(xué)、工程動(dòng)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(jì)60年代末、70年代初一些西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的文獻(xiàn)中。那時(shí)這些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)出現(xiàn)和使用較晚，但也是隨著一系列嚴(yán)重的環(huán)境問題（如環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害等）對(duì)生產(chǎn)、生活的影響愈來愈突出而提出的。 特點(diǎn)

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(dòng)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(píng)價(jià)、合理利用、有效改造和妥善保護(hù)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(dòng)地質(zhì)環(huán)境相互制約人類工程活動(dòng)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(dòng)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(dòng)的安全：如采煤過程中的瓦斯爆炸、涌水，隧道掘進(jìn)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(duì)人類工程活動(dòng)的制約：地質(zhì)條件不具備而使工程造價(jià)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(jià)，高烈度地區(qū)建造巨型電站因考慮高烈度而使造價(jià)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(kù)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(kù)，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(gè)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(shí)世界最高拱壩）卻幾乎完整地保留下來。滑坡前滑坡后水庫(kù)變“石庫(kù)”，喪失庫(kù)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(dòng)山體下滑，數(shù)億立方米的巖石高速崩滑至水庫(kù)中。地質(zhì)勘探不充分，地質(zhì)條件評(píng)估失誤162003年7月13日零時(shí)20分，三峽水庫(kù)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(zhǎng)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(shí)30分左右，甬臺(tái)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(gè)長(zhǎng)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(dòng)又會(huì)以各種方式影響地質(zhì)環(huán)境：人類工程活動(dòng)對(duì)地表的改造已達(dá)到不可忽視的程度，到目前為止人類活動(dòng)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(jí)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(kù)蓄水導(dǎo)致岸坡穩(wěn)定性降低，水庫(kù)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(dòng)對(duì)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(kù)，造價(jià)高，另一方面水庫(kù)的修建使近壩、庫(kù)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(kù)誘發(fā)地震等。人類工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境之間的相互制約a.評(píng)價(jià)工程地質(zhì)條件，闡明地上和地下建筑工程興建和運(yùn)行的有利和不利因素，選擇建筑場(chǎng)地和適宜的建筑型式，保證規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和使用順利進(jìn)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(cè)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(shì)；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(xiàng)因素。（教材P2）包括以下六個(gè)方面。3 .兩個(gè)重要的概念（術(shù)語(yǔ)）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(dòng)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(gè)方面： （1）工程地質(zhì)條件是一個(gè)綜合概念。 （2）工程地質(zhì)勘察的基本任務(wù)：查明建筑場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件影響工程建筑物的安全、經(jīng)濟(jì)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(duì)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(chǎng) 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(kù)滲漏、庫(kù)岸再造、庫(kù)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(cāng)谷倉(cāng)于1913年秋建成，10月初貯存谷物2.7萬t時(shí)發(fā)現(xiàn)谷倉(cāng)明顯下沉，谷倉(cāng)西端下沉8.8m，東端上抬1.5m，最后，整個(gè)谷倉(cāng)傾斜27。事后勘察了解，該建筑物基礎(chǔ)下埋藏有厚達(dá)16m的高塑性淤泥質(zhì)軟粘土層。谷倉(cāng)加載使基礎(chǔ)底面上的平均荷載達(dá)到330kPa，超過了地基的極限承載力280kPa，因而發(fā)生地基強(qiáng)度破壞而整體滑動(dòng)。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(jì)80年代，塔身已向東北方向嚴(yán)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(duì)塔周圍與塔基進(jìn)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(zhǎng)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(zhǎng)江三峽工程 永久船閘高邊坡雙線連續(xù)五級(jí)船閘設(shè)計(jì)總水頭113m，單級(jí)最大水頭45.2m，總長(zhǎng)6442m（其中主體段長(zhǎng)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(qiáng)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(guó)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(zhǎng)江干堤岳陽(yáng)段，華容縣境內(nèi)荊江天字一號(hào)河段，崩岸最嚴(yán)重的長(zhǎng)600米，最近處距長(zhǎng)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(dòng)力地質(zhì)作用的研究：“工程動(dòng)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(dòng)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(jì)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(jī)制研究和工程地質(zhì)問題定量評(píng)價(jià)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(jì)算機(jī)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(shì) 工程地質(zhì)學(xué)與人類社會(huì)發(fā)展息息相關(guān)。 成為一門獨(dú)立學(xué)科的時(shí)間有80多年（20世紀(jì)30年代初，產(chǎn)生于原蘇聯(lián)）。同時(shí)，歐美國(guó)家開展了工程地質(zhì)工作。以后學(xué)科體系逐漸完善。 國(guó)際工程地質(zhì)與環(huán)境協(xié)會(huì)（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(guó)際會(huì)議，進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。發(fā)展歷史（教材P3-4）中國(guó)地質(zhì)學(xué)的發(fā)展可分為3個(gè)階段：1）新中國(guó)成立之前的已有基礎(chǔ)；2）建國(guó)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(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì) 工程地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)成立我國(guó)的工程地質(zhì)學(xué)科在國(guó)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(shì)1.在工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)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(jì)、施工中所

15、需要的地質(zhì)參數(shù)時(shí)，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(jìn)行工程環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)及研究地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)、利用和開發(fā)時(shí)，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(xì)結(jié)構(gòu); 基于現(xiàn)代技術(shù)的力學(xué)試驗(yàn)和變形全過程的監(jiān)測(cè); 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(jìn)行模擬預(yù)測(cè)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(duì)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(yàn)和模擬試驗(yàn)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(píng)價(jià)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(jī)場(chǎng)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(jìn)行對(duì)比分析。蓮花峰呈坎標(biāo)1號(hào)標(biāo)2號(hào)標(biāo)7號(hào)標(biāo)古滑坡標(biāo)2號(hào)坡標(biāo)5號(hào)坡標(biāo)10號(hào)坡標(biāo)15號(hào)坡富溪湯口湯屯、黃塔桃高速公路高邊坡穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)及支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究（4）模型試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)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(dòng)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