土木工程地质学讲义之一绪论53

土木工程地质质学GeologyinCivilEngineering1.1地质学与工程程地质学1.1.1地质学1.1.2工程地质学1.2工程地质学的的任务和研究究方法1.2.1地质环境影响响人类工程活活动1.2.2人类工程活动动对地质环境境的作用1.3工程地质学的的分类1.4工程地质条件件与工程地质质问题1.4.1工程地质条件件1.4.2工程地质问题题1.5工程地质在土土木工程建设设中的作用1.5.1地基与基础1.5.2地基承载力1.5.3工程地质在土土木工程中的的作用1.6本章小结绪论1.1地质学与工程程地质学1.1.1地质学地质学是一门门关于地球的的科学。它的主要研究究对象是地球球的固体表层层——地壳，研究内内容主要有以以下方面：①研究地壳的的物质组成，，由矿物学、、岩石学、地地球化学等分分支学科承担担；②研究地壳及及地球的构造造特征，即研研究岩石或岩岩石组合的空空间分布，研研究这方面的的分支学科有有构造地质学学、区域地质质学、地球物物理学等；③研究地球的的历史以及栖栖居在地质时时期的生物及及其演变，研研究这方面问问题的有古生生物学、地史史学、岩相古古地理学等；；④地质学的研研究方法与手手段的研究，，如同位素地地质学、数学学地质及遥感感地质学等；；⑤研究应用地地质学的理论论和方法解决决资源探寻、、环境地质分分析和工程灾灾害防治等问问题。从应用方面来来说，地质学学对人类社会会担负着重大大使命，主要要有两方面：：一、以地质学学的理论和方方法为指导，，寻找各种矿矿产资源，这这是矿床学、、煤田地质学学、石油地质质学等研究的的主要内容；；二、运用地质质学的理论和和方法研究工工程地质环境境，查明地质质灾害的发生生、发展及其其分布规律，，提出科学、、合理的防治治对策，以确确保工程建设设安全、经济济和正常运行行，这是工程程地质学研究究的主要内容容。1.1.2工程地质学工程地质学是是研究与工程程建设有关的的地质问题的的科学，是为为工程建设服服务的，属地地质学的一个个分支学科。。工程地质学的的研究对象就就是工程建筑筑与地质环境境之间的相互互制约和相互互作用，研究究的目的是促促使二者之间间矛盾的转化化和解决。工程地质学为为工程建设服服务是通过工工程地质勘察察来实现的。。通过勘察和和分析研究，，阐明建筑地地区的工程地地质条件，指指出并评价存存在的问题，，为建筑物的的设计、施工工和使用提供供所需的地质质资料。工程地地质学学的基基本任任务可可概括括为三三方面面：一、区区域稳稳定性性研究究与评评价；；二、地地基稳稳定性性研究究与评评价；；三、环环境影影响评评价。。工程地地质学学的具具体任任务包包括：：①研究究建筑筑地区区工程程地质质条件件，指指出有有利因因素和和不利利因素素，阐阐明工工程地地质条条件的的特征征及其其变化化规律律；②分析析存在在的工工程地地质问问题，，进行行定性性和定定量评评价，，预测测发生生的可可能性性、发发生的的规模模和发发展趋趋势，，作出出确切切结论论；③选择择地质质条件件较为为优越越的建建筑场场地，，并根根据场场址的的工程程地质质条件件合理理配置置各个个建筑筑物；；④研究究工程程建筑筑物兴兴建后后对地地质环环境的的影响响，预预测其其发展展演化化趋势势，并并提出出对地地质环环境合合理利利用和和保护护的建建议；；⑤提出出改善善、防防治或或利用用有关关工程程地质质条件件，加加固岩岩土体体和防防治地地下水水的建建议方方案。。工程地地质学学把地地质学学的理理论、、方法法应用用于工工程实实际，，通过过工程程地质质调查查、勘勘察和和研究究建筑筑场地地的地地形地地貌、、地层层岩性性及其其工程程地质质性质质、地地质构构造、、水文文地质质和物物理地地质作作用等等工程程地质质条件件，预预测和和论证证有关关工程程地质质问题题发生生的可可能性性，并并采取取必要要防治治措施施加以以防治治。工程勘勘察和和减灾灾防灾灾是工工程地地质学学的主主要任任务。。(土木木)工工程地地质学学：地质学学的分分支学学科，，研究究人类类在(土木木)工工程建建设活动中中产生生的地地质问问题，，特别别是不不良地地质问问题的的应用用学科科。地质学学：研究地地球性性质的的科学学。它研究究人类类工程程活动动与地地质环环境相相互关关系，，是地地质学学与工工程紧紧密结结合的的学科科。简单的的说：：大地表表面的的岩石石和土土，和和人类类密切切相关关。作为工工程建建设的的地基基，软还是是硬?完整还还是破破碎？？透水水与否否？等等等等工程程性质质；作为人人类生生产生生活的的环境境，其其性质质和演演变规规律。。受人人类活活动的的影响响？对对人类类环境境的影影响？？是否否产生生危害害？岩土的的工程程地质质性质质过去我我们对对大地地的认认识可可能是是这样样的：：硬的：：岩石石软的：：土实际上上远没没这么么简单单a.矿物及及岩石石的强强度，，差异异大滑石，，高岭岭石，，比指指甲的的硬度度还小小；长石，，石英英，比比玻璃璃的硬硬度还还大。。石英岩岩，花花岗岩岩，玄玄武岩岩：→300MPa；滑石片片岩，，泥质质岩：：<30MPa。b.土的软软硬差差异也也很大大：不同的的成因因，不同的的年代代，不同的的成分分。河流上上游冲冲积物物－砾砾石或或石英英砂为为主，，河流下下游及及河口口冲积积物－－粘土土矿物物为主主。c.岩土的的水理理性质质透水性性：岩岩石的的透水水性在在水库库选址址中是是比较较重要要的一一个因因素；；软化性性：含含粘土土矿物物的岩岩石，，饱水水或遇遇水时时发生生软化化，强强度降降低(可达一一半)左右，，变形形大大大增加加。可溶性性：可溶性性矿物物：方方解石石，石石膏，，岩盐盐等。。最广布布的易易溶蚀岩岩石：：石灰灰岩。。1.2工程地地质学学的任任务与与研究究方法法1.2.1工程地地质学学的研研究内内容任何工工程地地质问问题均均是从从下面面三个个角度度考虑虑：（1）区域域稳定定性研研究与与评价价，是是指内内力地地质作作用引引起的的断裂裂活动动，以以及地地震队队工程程建设设地区区稳定定性的的影响响。即即大环环境，，地区区性因因素对对工程程的影响响。（2）地基基稳定定性研研究与与评价价，是是指地地基的的牢固固、坚坚实性性。即即小环环境，，工程程覆盖盖范围围内及及工程程本身身因素素对工工程的的影响响。（3）环境影响响评价，是是指人类工工程活动对对环境造成成的影响。。即工程对对环境的影影响。具体地来说说，是以下下五点：1.评价工程地地质条件，，阐明地上上和底下建建筑工程兴兴建和运行行的有利和和不利因素素，选定建建筑场地和和适宜的建建筑形式，，保证规划划、设计、、施工、使使用、维修修顺利进行行；2.从地质条件件与工程建建筑相互作作用的角度度出发，论论证和预测测有关工程程地质问题题发生的可可能性、规规模和发展展趋势；3.提出及建议议改善、防防治或利用用有关工程程地质条件件的措施，，加固岩土土体和防治治地下水的的方案；4.研究岩体、、土体分类类和分区及及区域性特特点；5.研究人类工工程活动与与地质环境境之间的相相互作用与与影响。1.2.2工程地质学学的研究方方法工程地质学学的研究对对象是复杂杂的地质体体，所以其其研究方法法是包括地地质分析法法、力学分分析法、实实验法和工工程类比法法等方法的的密切结合合，即通常常所说的定定性分析与与定量分析析相结合的的综合研究究方法。(1)地质分析法法：即自然然历史分析析法。是运运用地质学学的理论，，查明工程程地质条件件和地质现现象的空间间分布以及及它在工程程建筑物作作用下的发发展变化，，用自然历历史的观点点分析研究究其产生过过程和发展展趋势，进进行定性的的判断。它它是工程地地质研究的的基本方法法，也是其其他研究方方法的基础础。(2)力学分析法法：可分为为物理模拟拟和数值模模拟，故其其也称模拟拟方法。它它们是在通通过地质研研究，深入入认识地质质原型，查查明各种边边界条件，，并通过实实验研究获获得有关参参数的基础础上，结合合建筑物的的实际作用用，正确地地抽象出工工程地质模模型，利用用相似材料料或各种数数学方法，，再现和预预测地质作作用的发生生和发展过过程。(3)实验和测试试方法：包包括测定岩岩、土体特特性参数的的实验，对对地应力的的量级和方方向的测试试，对地质质作用随时时间延续而而发展的监监测。即通通过室内或或野外现场场试验，取取得所需要要的岩土的的物理性质质、水理性性质、力学学性质数据据。长期观观测地质现现象的发展展速度也是是常用的试试验方法之之一。(4)工程类比法法：根据实实践经验和和工程地质质条件对围围岩进行分分类，然后后按不同围围岩分类确确定所需的的支护系统统以定量地地评价工程程地质问题题。类似于于借鉴母型型工程对类类似的工程程进行设计计。是工程地质质学了基本本研究方法法，也是进进一步定量量分析的基基础。地质(自然历史)分析法力学分析法法工程类比法法实验法研究方法进一步预测测和评价试验验证与与模拟工程地质工工作中，必必须综合运运用上述定定性分析和和定量分析析方法，才才能取得可可靠的结论论，对可能能发生的工工程地质问问题制订出出合理的防防治对策。。工程地质学学的研究方方法1.3工程地质学学的分类1.4工程地质条条件与工程程地质问题题1.4.1工程地质条条件工程地质条条件是指工工程建筑物物所在地区区地质环境境各项因素素的综合。。包括：1.地形地貌2.地层岩性3.地质构造4.水文地质条条件5.不良地质现现象工程地质条条件是客观观存在的地地质因素，，只有其中中的稳定因因素或工程程建设产生生的不稳定定因素对工工程建设运运行构成或或可能构成成有害影响响时才成为为工程地质质问题1.4.2工程地质问问题工程地质问问题是指工工程建筑物物与岩土体体之间相互互作用所产产生的对建建筑本身的的顺利施工工和正常运运行或对周周围环境可可能产生影影响的矛盾盾或问题。。在岩土工程程施工以及及工程建筑筑物建成使使用过程中中，工程部部位的岩土土体和地下下水与建筑筑物发生作作用，导致致工程地质质问题的出出现。由于于建筑物的的类型、结结构和规模模不同，其其工作条件件和工程作作用力的大大小方向各各异，与地地质环境相相互作用的的特点也不不同，因此此，所产生生的工程地地质问题也也不同，这这就造成工工程地质问问题的复杂杂性和多样样性。工程地质问问题的分析析、评价是是岩土工程程勘察的核核心任务和和中心环节节，每一项项工程进行行岩土工程程勘察时，，对主要的的工程地质质问题必须须做出确切切的评价结结论。工程程地质问题题分析还能能够起到指指导勘察的的作用，为为合理选用用勘察手段段，布置勘勘察工作量量提供依据据。1.5工程地质在在土木工程程中的作用用在进行工程程建设时，，无论是总总体布局阶阶段，还是是个体建筑筑物设计、、施工阶段段，都应进进行相应的的工程地质质勘察工作作。总体规规划布局阶阶段应进行行区域性工工程地质条条件和地质质环境的评评价；场地地选择阶段段应进行不不同建筑场场地工程地地质条件的的对比，选选择最佳的的工程地质质条件场址址方案；在在选定场地地进行个体体工程设计计和施工阶阶段，应进进行工程地地质条件的的定量分析析和评价，，从而提出出适合地质质条件和环环境协调的的建筑物类类型、结构构和施工方方法等方面面的建议，，拟定改善善和防治不不良地质作作用和环境境保护的工工程措施等等。为了做好好上述各各阶段岩岩土工程程勘察工工作，必必须通过过工程地地质测绘绘与调查查、勘探探与取样样、室内内实验与与原位测测试、观观测与监监测、理理论分析析等手段段获得必必要的工工程地质质资料，，并结合合具体工工程的要要求进行行研究、、分析和和判断，，以查明明工程地地质条件件，分析析论证工工程地质质问题，，提出相相关建议议。对于每一一项工程程建设来来说，在在工程勘勘察中所所掌握的的工程地地质条件件，都是是在工程程兴建前前的初始始地质条条件。很很多情况况下，在在建筑物物的施工工和使用用过程中中，即在在人类土土木工程程建设活活动的影影响下，，初始条条件将会会发生很很大的变变化，如如地基土土的压密密、土的的结构和和性质的的改变、、地下水水位的上上升或下下降、新新的地质质作用的的产生等等。由人人类工程程活动所所引起的的工程地地质和水水文地质质条件的的变化，，在工程程地质学学中用工工程地质质作用这这一专门门的术语语来表示示。反过过来讲，，工程地地质作用用也势必必对建筑筑物施加加影响，，而有些些影响则则是很不不利的。。因此，，预测工工程地质质作用的的发展趋趋势及可可能危害害的程度度，提出出控制和和克服其其不良影影响的有有效措施施，也是是工程地地质学的的主要任任务之一一。不良的工程程地质条件件会影响工工程建筑稳定和正常使用。不良的地质质条件会影影响施工安全。不良的地质质条件会影影响工程造价。举例苏州虎丘塔塔七层47.5m，一千多年年，不均匀匀沉降，引引起塔顶偏偏离中心线线达2.31m（1978年）结构物倾斜斜当建造至24m高时发现倾倾斜，限于于当时技术术水平，找找不出原因因而被迫停停工，一百百年后续建建至塔顶(高约55m)。比萨斜塔结构物倾斜斜墙体开裂上海工业展展览馆大厅厅两侧系条条形基础,用沉降缝隔隔开。地基基为厚约14m的淤泥质软软粘土。墙墙面因不均均匀沉降而而产生较大大裂缝；进进厅台阶也也有错开现现象。加拿大特朗朗斯康谷仓仓，初次贮贮存谷物时时发生地基基滑动。基础和上部部结构刚度度均很强，，所以筒仓仓完好无损损。地基滑动加拿大特朗朗斯康谷仓仓地基产生液液化失去承承载力，毁毁坏建筑物物。地震时时，发生生震沉，，使建筑物物一层楼全全部沉入地地面以下等等。地基液化失失效1985年6月12日凌晨，长长江西陵峡上段新滩镇镇一带发生生了总体积积约2千万立方方米的巨型堆积层层滑坡，新滩镇全全部被毁，，滑坡历时时35分，碎石入入江爬坡高高度49米，浪峰宽宽310米。由于预预报较好，，未伤及人人员（1371人）。上海地铁四四号线事故故滑坡和崩塌塌在水等外动动力的侵蚀蚀下，地表表的形态不不停地在变变化。大部分是缓缓慢的、一一点一点的的物质迁移移和变化。。也有剧烈的的变化－－－－滑坡和和崩塌。人的建设对对自然的改改造活动，，也会改变变自然的缓缓慢的平衡衡过程，引引发剧烈的的反应。浙江甬台温温高速路山山体滑坡，，2004年12月11日AlandslideinCalifornia,USA,1995意大利Vajont水库滑坡位于意大利利北阿尔卑卑斯褶皱带带的深切峡峡谷中。中生代地层层，发育古古滑坡.Firstslide,Nov.4,1960;secondslide,Oct.9,1963.Fivevillagesinthevalleybelowwereleveledand2000peoplekilled湖北盐池河河磷矿崩塌塌1980年6月3日，从200米之上的鹰鹰嘴崖崩塌塌，560米×400米×30米，死亡307人。原因1979年7月大规模采采挖磷矿，，在山体中中形成十多多条裂缝，，都分布在在采空区和和非采空区区相对应的的边缘地带带。曾经设设测量点对对裂缝的发发展做简易易监测。过度度抽抽取取地地下下水水引引起起的的环环境境地地质质问问题题地面面沉沉降降，，地裂裂缝缝，，岩溶溶地地面塌塌陷陷，，地下下水水质质恶恶化化。。地面面沉沉降降导导致致井井口口抬抬升升地面面沉沉降降导导致致河河水水面面向向对对上上升升西安安城城南南地地裂裂缝缝，，沿沿线线建建筑筑物物开开裂裂破破坏坏。。西安安城城南南地地地地裂裂缝缝，，两两盘盘沉沉降降差差30－60cm。使使居居民民楼楼开开裂裂(1986年)1988年拆拆除除中中间间单单元元，，保保留留两两侧侧单单元元，，仍仍报报废废。。岩溶溶地地面面塌塌陷陷岩溶溶地地面面塌塌陷陷1.6本章小小结（1）地质质学是是一门门关于于地球球的科科学，，它的的研究究对象象主要要是地地球的的固体体表层层地壳壳。工工程地地质学学是研研究与与工程程建设设有关关的地地质问问题的的科学学，是是地质质学的的重要要分支支学科科，包包括工工程岩岩土学学、工工程地地质分分析原原理、、岩土土工程程勘察察三个个基本本部分分。（2）工程程地质质研究究的主主要任任务是是评价价工程程地质质条件件、论论证和和预测测有关关工程程地质质问题题、提提出及及建议议改善善、防防治或或利用用有关关工程程地质质条件件的措措施、、研究究岩土土体分分类和和分区区及区区域性性特点点及)研究人人类工工程活活动与与地质质环境境之间间的相相互作作用与与影响响。工工程地地质学学为工工程建建设服服务是是通过过岩土土工程程勘察察来实实现的的。（3）工程程地质质学的的其研研究方方法是是包括括地质质分析析法、、实验验和测测试方方法、、计算算方法法和模模拟方方法等等方法法的密密切结结合,即通常常所说说的定定性分分析与与定量量分析析相结结合的的综合合研究究方法法。（4）工程程地质质条件件是指指与工工程建建筑有有关的的地质质要素素的综综合，，包括括地形形地貌貌、岩岩土类类型及及其工工程地地质性性质、、地质质结构构与地地应力力、水水文地地质条条件、、物理理地质质作用用以及及天然然建筑筑材料料等六六个要要素。。工程程地质质问题题是指指工程程建筑筑物与与岩土土体之之间相相互作作用所所产生生