工程地质第1讲：绪论课件

1、工 程 地 质 学任课老师：肖武权中南大学土木工程学院2019.8绪 论一、基本概念地球科学(地学)地质学工程地质学地球科学(地学):以地球为研究对象，包括环绕地球周围的气体（大气圈）、地球表面的水体（水圈）、地球表面形态和固体地球本身。地质学 主要研究固体地球（重点是地壳或岩石圈）的物质组成、结构构造及其形成演化的一门学科。 地质学(Geology)一词是瑞士人索修尔Saussure H.B.de)于1779年提出的。 地质学的服务对象:矿产资源勘探开发、工程建设和地质环境评价与保护 “上天、下海、入地”是人类远古以来的梦想。为什么要学习地质学，重视地质学？ 为了了解地球的起源（包括生命起源

2、），了解地球的过去、现在和未来. 为了从地球上获取人类生存必需的各类资源. 最难的是入地。地球科学参与“上天”（航天、遥感，气候环境），积极下海（海洋地质、深海钻探），主攻入地（地质各科）。 为了减轻危害人类生存的各种地质灾害（地震、火山、滑坡、洪灾、荒漠化、环境污染）. 为了人类的持续生存与繁衍。 地质与战争。 掌控地下地质结构、水下地质环境和空间地球物理特征等信息权，已成为新的军事竞争焦点之一，军事地质专业部队将是走向未来战场的先遣队。抗美援朝作战中，我志愿军充分利用上甘岭地区灰岩地层坚硬抗打击、有裂缝能通风等特性，修筑坑道和防空洞，虽然受到近200万发炮弹轰炸，但有生力量得到保存最终取得

3、了战斗胜利。在“二战”中，由于忽视硫磺岛特殊火山岩松软的地质条件，美军登陆作战受挫，伤亡近3万人。 工程地质学：地质学的一个应用分支，研究人类工程活动与地质环境相互作用的一门学科。工程地质问题：工程建筑与地质环境相互作用和相互矛盾而产生的对工程建筑的建设、施工、运营带来重大影响的地质问题。它们多种多样，但可归纳为以下4个方面： 工程地质学： 研究与工程规划、设计、施工和使用有关地质问题的科学。 1.沉降变形问题：地基在上部结构荷载作用下所产生的大小不同的沉降变形问题，过量或不均匀的沉降变形会使建筑物发生裂缝、倾斜、坍塌，影响正常使用，甚至毁坏。 例1：比萨斜塔.修建时间：11731350，8层

4、54.5m，直径（底部）16m。钟楼塔顶偏离中心线5.27m， 55m，偏离中心5.27m，倾斜5.5o原因：不均匀变形比萨斜塔监测小组专家近日证实，过去的17年间(2001-2018)比萨斜塔“纠正”了4厘米倾斜，现处于“健康状态”。1990年因塔身倾斜4.5米面临倒塌，比萨斜塔停止接待游客。1993至2001年，通过填埋重物，并挖掘倾斜对侧的土壤，比萨斜塔被“扶正”43.1厘米。此后的17年中逐渐“变直”。“变直”还需4000年例2：苏州虎丘塔.建于公元959961年期间，7级8角形砖塔，塔底直径13.66m，高47.5m。塔顶1957年位移1.7m，1978年2.3m。 原因：不均匀变形

5、 例3：上海锦江饭店。解放初期，由外进入要上几个台阶，1979年，饭店1层的室内比室外低5个台阶，沉降达1.5m。原因：过大变形例4：墨西哥市艺术宫 下沉达4m，旁边的道路下沉2m。地基土为超高压缩性土，天然孔隙比712，天然含水量150600，为世界罕见的软弱土，层厚25m。原因：过大变形例5：铁路津浦铁路东葛花旗营一段高约6.1m路堤：（始建于1908年，于1912年通车，是中国向英德两国贷款修建的铁路，全长1009公里.）曾全部陷入软土中3次，经历年填修，基底已在部分中石块代替，建成20年后仍下沉需经常起道，直到1951年（建成40年）还曾1次下沉3m.萧穿铁路（杭甬铁路）：（始建于19

6、061914年、19361937年。原为沪杭甬铁路南段。因抗日战争爆发，全部拆除。重建于19531957年。）厚62m的淤泥层，8m高的桥头路堤一次整体下沉4.3m，坡脚隆起2m。 2.地基、斜坡或洞室的稳定问题：地基的承载力或抗滑强度过小，便会发生地基的滑移，危及建筑物的安全和稳定。加拿大 Transcona 谷仓.建于1913年。高31m，宽23m。地基破坏后，西侧下陷8.8m，东侧抬高1.5m，倾斜27o。后用388个50T千斤顶纠正，但位置较原先下降4m。原因：地基承载力不够边坡开挖太缓，将大大增加工作量，增加投资；过陡便可能失稳破坏。原因：抗滑力不够 宜万铁路高阳寨隧道岩崩事故：20

7、07年11月20日，位于湖北恩施州巴东县野三关镇的高阳寨隧道外发生岩崩滑坡，导致现场施工和一辆大客车遇难者30人。隧道、地下厂房等工程在开挖过程或以后，破坏了原始的平衡条件，有时也能增加新的荷载，其围岩也会出现一些不稳定的现象.如南昆铁路某隧道开挖后，其支撑用的钢轨被压扁.对此，不给予可靠的防治，便难保证建筑物的正常使用。The triumphant advance of the railways in the 19th century was mainly responsible for rapid developments in tunnel construction. In order

8、to protect the excavated spaces from the weight of the rock or earth above, they must be secured during construction with temporary supports and by masonry when in permanent use. 笨贼盲目挖洞盗窃金库地面塌方裸体现形 这两个笨贼在挖地道时只知道一味地盲目地往前挖，却忽略了要保持地道的牢固和可支撑性。结果由于挖的地道离地面太近，造成了地面上方多处坍塌。两名男子看见自己辛辛苦苦挖的地道坍塌了这么多处，心里很是恼火，结果越是

9、心烦地面越是坍塌得厉害。当地巡逻的警察看见地面怎么出现了这么多坑，就蹲在坑边看，结果正好与正在挖地道的一个贼四目相望，在发现自己的身份被曝光后，两个男子便试图顺着另外一处塌陷的地面往外爬，准备乘机逃跑，结果被蹲在那一个坑边的警察抓了个正着。3.建筑物的渗漏问题： 如水库、渠道及坝基的渗漏会造成水量的损失，使水库或输水建筑物不能达到预期的效果.如西班牙蒙特哈水库，建成后，库水从石灰岩溶洞中漏走，72m高的大坝耸立于干枯的河谷上。这种渗漏有时还会影响地基、斜坡及围岩的稳定性。4.天然建筑材料质量与储量以及其他一些问题：也是与工程建筑物密切相关的问题。二、工程地质学的任务 研究人类工程活动与地质环境

10、之间的相互制约关系，做到既使工程建筑经济、安全，又能合理开发与保护地质环境，是工程地质学的基本任务。 1.查明工程建设场地的工程地质条件； 工程地质条件：工程活动的地质环境，亦称为工程地质条件，它包括 岩土的类型与工程性质 地形地貌 地质构造 水文地质条件 不良地质现象 天然建筑材料 2.解决与工程建筑有关的工程地质问题； 3.预测并论证工程地质环境的发展变化趋势，提出改善与防治措施； 4.为工程建筑的规划、设计、施工、使用和维护提供所需地质资料和数据。 大量工程实践经验证明，重视工程地质工作就能使设计、施工顺利进行，工程建筑的安全使用就有保证。 相反，忽视工程地质工作，则会给工程带来不同程度

11、的影响，轻则修改设计方案、增加投资、延误工期，重则使建筑物完全不能使用，甚至突然破坏，酿成灾害。 铁路方面的实例： 宝（鸡）天（水）铁路，是陇海铁路154公里的一段。 南临急湍的渭河，西穿险峻的秦岭，全线地质恶劣，河汊纵横，群山林立，施工艰险。 前后历时6年半，1946年正式通车的宝天铁路，因质量问题造成未能发挥正常作用。 由于该路段桥梁、隧道众多，铁路多沿山腰坡行进，以致频频倾塌，成为西北铁路中的有名“盲肠”路段素有“陇海盲肠”的称谓。 百姓戏言道：“宝天路，瞎胡闹，不塌方，就掉道。三等车卖头等票，啥时有车，站长也不知道。”原因： 地形地质： 宝天铁路横穿秦岭山脉和陇山山脉的交汇地带，地质复

12、杂，构造褶皱发育，岩体破碎，全线在渭河峡谷间，河身曲折，两岸山势多为悬崖峭壁。 选线施工. 几乎没有考虑地质对工程的影响，选线经历了几次改动，也使道路质量大打折扣。 工程量极为艰巨： 几乎少有平坦地形可以利用，隧道126座，大小桥梁97座。 战时条件限制，再加上地处西北。 技术条件和设备落后，施工材料短缺。1950年，解放军19兵团，共约5万余人组成了修路大军，开始了宝天铁路的修整和天兰铁路的修建。 我军将士，在没有现代化劳动工具的情况下，用钢钎、炸药、铁镐、人背、肩挑等人工进行劳动，战严寒、斗酷暑，风餐露宿，宝天铁路仅用了8个月的时间，完成全部工程。 56名同志献出了宝贵的生命。 为纪念解放

13、军19兵团和陕西军区修建宝天铁路的丰功伟绩，悼念在筑路中光荣牺牲的烈士，1952年，宝鸡市政府和曾是宝天铁路主力的64军联合修建纪念碑。1980年代建起“宝天铁路英烈纪念馆”。 由于忽视了前期的工程地质工作，施工中即发生大量崩塌、滑坡、河岸冲刷和泥石流等地质灾害问题，直到解放后一段时间也不能正常通车运营，被称为铁路的“盲肠”。为此，国家历年都拨出大量经费进行维修、整治，直至耗费巨资进行大段线路改线才使宝天铁路真正畅通。 云南铁路：滇越铁路1910.3.31，中国第一条国际铁路滇越铁路建成。滇越铁路耗时13年，被英国泰晤士报称为与苏伊士运河和巴拿马运河齐名的“世界三大工程奇迹”。 滇越铁路云南段

14、80线路穿行在崇山峻岭之中，筑路工程非常艰巨。 100年前，没有混凝土，也没有汽车，没有挖掘机也没有起重机。隧道，是劳工一凿一凿抠出来的；桥梁，是劳工用石块一块一块码起来的，就连铁路路基上的小石子，也全部是劳工纯手工敲打出来。 这样挂在悬崖峭壁上的隧道、桥涵和路基却走过了100多年。期间很少听闻滇越铁路因遭遇洪水、塌方等自然灾害而中断，质量之可靠，不得不说是一个奇迹。 中国劳工血肉筑成滇越铁路既悲且壮。 奇迹，建立在数万劳工生命之上。 “一颗道钉一滴血，一根枕木一条命。”在修筑滇越铁路的过程中，仅466km线路就夺走了几万条生命，除有数万中国劳工付出生命的代价，80多名外方工程技术人员也客死他

15、乡。 1907年，100名中国工人前往人字桥工地。悬崖峭壁、岩陡苔滑，无安全设施，只好用绳子系人于半空中凿岩放炮。4月的一天，风雨交加，雷鸣电闪，法国工头不把正在作业的工人拉上来，只顾自己逃避躲雨。待雨停止，16名工人中3人因绳断跌入深谷，13人被风吹向岩石，血肉模糊高铁:云南6%的山间平坝，94%为山地。属于地震多发区，有的区域处于破坏度大的9度断裂带上。在这样的地方修建高铁，还要保障列车安全快速平稳运行，没有先例可寻。在地震断裂带修建高铁桥梁，难度前所未有。云桂铁路云南段还是沪昆高铁云南段，隧道施工中都没有发生一起责任安全事故，人员死亡率为零。 成昆铁路线路全长1096km。于1958年7

16、月开工建设，1964年复工建设，1970年7月1日竣工通车，是国家I级单线电气化铁路。 成昆铁路与美国的阿波罗带回的月球岩石、苏联的第一颗人造地球卫星，被联合国并称为“象征二十世纪人类征服自然的三大奇迹”。 全线有700km穿过川西南和滇北山地，地形极为复杂，谷深坡陡，河流峡谷两岸分布着数百米高的陡岩峭壁。铁路所经地区，由于历次地质构造运动的影响，断裂发育，线路经过的牛日河、安宁河、雅砻江、金沙江和 龙川江，大都是沿着或平行大断发育的构造河谷。成昆铁路纵贯我国西南横断山脉的断裂构造带，沿线气候、地形、地质条件异常复杂，称为“世界地质博物馆”。 某些外国专家考察后认为成昆铁路很难建成，铁道部多次

17、组织了全国工程地质专家现场“会诊”和研究，并且动员和组织了全部工程地质专家和技术人员开展“大会战”，从而保证了成昆铁路的顺利建成通车。许多地质复杂地段线路位置的选择和重大工程设计、施工获得成功的实例举世公认。成昆铁路沿线不良地质现象不仅种类繁多，滑坡、危岩、落石、崩塌、岩堆、泥石流、山体错落、岩溶、岩爆、有害气体、软土、粉砂等等，而且数量很多。 成昆铁路沿线因其地形险峻、地质复杂被称为“地质博物馆”。面对如此恶劣的地质条件，外国专家断定为“筑路禁区”。 勘测：在极端困难的地形、地质条件下，为了选好线路位置，先后进行了1500k的地质测绘，地质钻探212000m，挖13000m，经过11000k

18、m的比较线勘测（是建成线路的10倍），大小300多个方案的比选，历时13年，最后确定了线路。采用了7处盘山展线，线路13次跨牛日河，8次跨安宁河，49次跨龙川江，以此克服巨大的地形高差和绕避重大不良地质地段。为了通过山体障碍，开凿隧道427座，总延长344.7千米，其中3千米以上的长大隧道9座。在成昆铁路的工程中，最艰巨的任务是在地质复杂的崇山峻岭中开凿出近345千米的隧道。 成昆铁路建有许多座全国最长的单跨钢桥，空腹石拱桥和横穿地下大暗河的长大隧道，建有许多空中车站，洞中车站，空心桥墩，板凳式桥墩，还有抗震能摇摆的柔性桥墩。 全线有隧道430来座，总长340多km，6000m以上的有2座。有

19、桥梁近千座，总长100km。全部加起来，桥梁隧道总共440公里，占了全线总长的40%。 成昆铁路自1970年7月1日建成通车以来，经受了大自然严峻考验，至今畅通无阻。成昆铁路建设期间，有2100多名铁道兵战士埋骨青山。南昆铁路 南昆线全长898km， 自广西南宁起，经百色、贵州兴义、威舍。然后向北接红果;向西经云南师宗、陆良、宜良、抵达昆明。 南昆铁路全线设计开始于1978年，历时6年才初步完成，而接下来的分期分段技术设计和施工设计更为复杂。经过12年精心设计、精心筹备，1990年12月和1991年12月，南昆铁路东西两段先后破土，1993年中段开工，“三头并进”。铁道部从全国各地调集6000

20、0筑路大军参加会战，1997年3月18日，南昆铁路全线铺通的庆祝典礼在百色举行，李鹏亲临。 南昆铁路是中国西南大动脉，南昆铁路是在艰险山区修建的一条长大干线，所经地区山势陡峻，深谷纵横，地质条件极为复杂，创造了山区铁路建设史上的奇迹。 沿线工程艰巨，许多地段桥隧相连，桥隧总长占线路总长的31，车站设在桥上和隧道之中。 其中有一些工程项目创造出中国铁路建设的多项记录。 隧道258座，总长189km，其中米花岭隧道长9388m，是当时国内最长的单线隧道; 全线修建桥梁447座，其中清水河大桥高197m，是当时国内最高的铁路大桥。板其二号桥成为中国国第一座铁路弯梁桥等等。 南昆铁路的建成，标志着中国

21、在艰难山区修筑铁路和建设桥隧的科学技术水平，已经进入世界先进行列。 是中国铁路建设十大标志性工程。 世界第一平弯铁路桥南昆铁路板其二号铁路大桥 南昆铁路沿线地质灾害类型1岩溶危害 南昆线岩溶灾害繁多,仅隧道就有34座要进行整治,其中砂锅寨隧道花费超过1000万元。可分述如下:2膨胀岩、土灾害 南昆线膨胀岩、土分布总长度超过250km,是全国通过膨胀岩地段最长的铁路。3断裂带 全线与断层平行或斜交通过的在103处以上，断层破碎带总宽度约150km，其中小江断裂破碎带在线路穿过的宽度在1 km以上。4边坡地质灾害主要是滑坡、坍塌、危岩、溶石掉块以及泥石流等的危害，特别是处于断裂带中，此类不良地质灾

22、害更为突出。5高瓦斯煤系地层 P2煤系为高含瓦斯地层,1950年代修建贵昆线,在通过该层的岩脚寨隧道施工时,因瓦斯爆炸造成70余人遇难。 本线有家竹箐、天生桥等隧道通过该层,附近煤矿都有多次瓦斯爆炸记载.施工中,家竹箐隧道揭穿煤层的瓦斯压力高达1.5MPa,是国内压力最高的瓦斯隧道。6软土 沿线零星分布有山间洼和内陆湖泊相沉积的软土，主要分布在云南境内，如永丰营、七甸、滇池等。库区教训：巴东新城址湖北省巴东县在长江南岸，属于三峡水库的淹没区，已规划并且在新城址建设，部分建筑已拔地而起。后经详细勘查研究发现，新城址有两个古滑坡，在滑坡体上已建设3万平方米建筑物。湖北省巴东县滑坡曾经无数次受到中央领导赞誉的巴东新县城,改了地址据调查了