工程地质 第1章绪论

1工程地质

（第2版）

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第1章绪论

1.1工程地质问题的提出 1.2工程地质学的定义与发展 1.3工程地质学的研究对象和工程地质条件1.4工程地质学的研究内容和分析方法 1.5本课程的学习内容与要求 31.1工程地质问题的提出

为什么要学习工程地质学？如何学习工程地质学？工程中会遇到什么地质问题？如何解决工程中遇到的地质问题？本书将向你介绍工程地质学的内容、研究方法和相应问题的处理措施。下面先让我们来看看工程地质问题的事故及分析。4浙江甬台温高速公路大面积山体崩塌事故1.山体崩塌事故

1.1.1典型工程地质事故分析

事故发生的主要原因是:

路堑边坡高陡，此处方斗岩存在三组不良结构面组合，尤其是缓倾外倾结构面的存在导致边坡不稳定，不稳定边坡在长期雨水渗透和行车振动等作用下造成此次崩塌。同时，由于陡直临空面的形成，仍有可能再次发生崩塌。应对办法是先对发生事故的南侧山体采用挖土机将崩塌体挖除并进行边坡削坡整治，同时进行锚杆注浆加固。5温州乐清市仙溪镇山岭塌方引起泥石流灾害2.泥石流灾害

2004年8月台风登陆后经过浙江乐清市，带来12级以上大风和特大暴雨，8小时过程降雨量达730mm，引发特大山洪，导致温州乐清市仙溪镇白岩山村的一座山岭塌方，造成了特大泥石流灾害。此次泥石流灾害共造成39人死亡，8人失踪。所以在建筑物规划设计前要先进行不良地质条件的岩土工程勘察与评价以避免此类事故的发生。63.地震诱发的地质灾害

2008年5月12日汶川地震导致映秀镇92%的房屋倒塌，北川县城80%的房屋倒塌，共造成69225人遇难，17939人失踪，造成了连接青藏高原东部山脉和四川盆地之间大约275千米长的断层，同时地震还触发了大量的次生地质灾害！此次地震是印度洋板块向亚欧板块俯冲，造成青藏高原快速隆升，在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压，造成构造应力能量的长期积累，最终在龙门山北川—映秀地区突然释放而产生。

7美国1989年LomaPrieta地震中高速公路桥倒塌破坏

81995年日本阪神地震储油罐倾斜房屋倾斜地震液化引起的河道破裂9101964年日本新泻地震地基的大面积液化

11液化引起的公路破坏12目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差达1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m1272：复工，经6年，至7层，高48m，再停工1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工1173：动工原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和黏土层，强度较低，变形较大。比萨斜塔4.建筑物地基事故

131415加拿大特朗斯康谷仓的地基事故概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。

1911年动工，1913年完工，自重20000t。事故：建成后初次存放谷物时：1小时竖向沉降达30.5cm24小时倾斜27°西端下沉7.32m

东端上抬1.52m上部钢混筒仓完好无损161940年在软黏土地基上的某水泥仓库的倾覆17上海地铁线软土地基中冻结法施工引发的工程事故18广州京光广场基坑支护结构的破坏19广东环市东路土钉墙塌方天河北土钉事故20

清华大学供应科办公库房楼因钻孔深度太浅，未发现地基中部厚层高压缩性泥炭层，导致墙体开裂，大裂缝达33条，成为危房。21由相邻建筑物引起的沉降破坏22关西机场不均匀沉降23

2004年福建罗长高速公路亭江长柄高架桥发生的路基特大坍塌。该路段地基处于沿海山区沟壑地形海相沉积的复杂地质状况，在地表水和短时间集中暴雨渗入路基后，使地基和填土路基强度降低，在高路堤的重力作用下，导致地基失稳，产生整体滑移。该软土路基工程设计中没有采用桩基础是一大欠缺。5.高速公路路基及桥梁事故

2425温州均瑶大厦实景图均瑶大厦沉降实测值6.建筑物桩基础事故

26温州某商厦位于温州车站大道，于1995年打桩，采用X字型预制桩，采用260t压桩机施工。桩截面尺寸为500mm×500mm。最初压桩施工以压桩力主控，桩长为辅控。该工程原设计为9层，共布桩186根，施工时加层3层，增补5根钻孔桩。工程基础平面尺寸为33.2m×13.8m，框架结构。商厦竣工时运行正常。2003年12月21日突然发生沉降，沉降速率最大为7mm/d，累计沉降最大达131mm，且发生倾斜达8.6‰，如图1-2和图1-3所示。

27经过分析，事故的原因主要为：一是设计时布桩选型和布置不合理，楼房的重心与基础反力中心有一定量的偏离，结构选型不合理，未布置剪力墙，抗侧刚度弱，设计安全度低，加层后布桩不合理；二是在桩基实际施工时桩端可能未达到持力层，成为摩擦桩；三是建筑物使用期间，二次装修增加了上部荷载，且荷载分布不均匀；四是黎明立交桥、车站大道的汽车振动使土体产生振动蠕变而引发沉降，同时，较大的振动荷载导致了桩侧摩阻力和桩端阻力的下降。本工程后来通过静压锚杆桩加固，最后控制了房屋基础沉降并交付使用。28温岭购物中心不均匀沉降29台州某购物中心（如图1-4），楼高8层，下部为两层商场，上部为住宅楼，由东楼、西楼和裙房组成。基础设计采用桩径Φ800mm、桩长45m的钻孔灌注桩，桩端持力层为砾石层，桩侧土为海相淤泥质土。楼房竣工后最大沉降达到20cm且东西楼不均匀，造成严重的工程质量事故。经分析软土层厚度较大且分布不均，桩基施工中桩侧泥皮较厚导致侧阻力下降和桩端砾石层扰动及沉渣处理不干净导致端阻力下降，造成桩基承载力达不到设计要求，是典型的桩基施工质量事故，遭到省建设厅的处罚，最后对其进行了加固处理。307.大坝溃坝

Malpasset双曲拱坝溃坝破坏31Teton坝（美国）32Teton坝现状33九江大堤决口溃口原因：堤基管涌1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口341998年8月湖北牌洲湾溃堤35

崩岸368.地质灾害

香港宝城大厦滑坡37香港滑坡灾害由于崎岖不平的山地,陡降的人造斜坡,高厚度的花岗岩和火山岩风化壳,秋冬干旱与春夏潮湿强暴雨等不利因素，造成滑坡灾害发生频繁。据统计，每年大约有200至400次不同程度的滑坡。滑坡常造成人员伤亡和经济财产损失。滑坡是香港最严重的地质灾害现象。70年代，香港发生了三起特大灾难性的滑坡，此三起滑坡当场害死156人。38香港滑坡灾害39浙江某山区泥石流灾害

40湖北省巴东县滑坡41西藏易贡滑坡42湖北省远安县盐池河磷矿1980年山崩43成昆线--利子达依沟泥石流危害道路1981年7月，特大型泥石流，最大流量3200方/秒，固体物总量70万方，冲毁大桥，颠覆列车，造成人员伤亡。44三原双槐地裂缝灾害45

采空区塌陷46地面塌陷471.1.2工程地质问题

工程地质问题是工程建筑与工程地质条件(地质环境)相互作用、相互制约而引起的，而研究两者之间的相互制约关系，促使矛盾转化和解决，既保证工程安全、经济、正常使用，又合理开发和利用地质环境，就成了工程地质学的基本任务。工程地质问题概括起来主要有以下五个方面：

1.地质灾害问题

2.区域稳定性问题

3.地基沉降变形问题

4.地基、斜坡或洞室围岩的稳定性问题

5.渗漏问题

48房屋的工程地质问题（上海金茂大厦高420米）49港口的工程地质问题（洋山深水港）50地下空间的工程地质问题（上海地下变电站四层深30米）（上海地铁隧道）51交通工程中的工程地质问题52水库的工程地质问题（三峡大坝全长2309米）53核电站的工程地质问题（秦山核电站）5455废弃物处理的工程地质问题561.2工程地质学的定义与发展

1.2.1工程地质学的定义

工程地质学:工程地质学广义地讲是研究地质环境及其保护和利用的科学。狭义地讲是将地质学的原理运用于解决与工程建设有关的地质问题的一门学科

。工程地质学通过岩土工程地质勘察，研究建筑场地的岩土类型及性质、地质结构与构造、地形地貌、水文地质、不良地质现象和天然建筑材料等工程地质条件，预测和论证工程地质问题发生的可能性并采取必要防治措施，以确保建筑物的安全、稳定和正常使用。工程地质工作是各类土木工程设计和施工的基础，为保证工程建设的合理规划以及建筑物的正确设计、顺利施工和正常使用，提供可靠的地质科学依据，是岩土工程的重要组成部分。国家现在实行注册土木工程师（岩土）制度，要求土木工程者必须掌握工程地质学知识，工程地质（学）是土木工程专业的必修课程。

571.2.2工程地质学的发展工程地质学是在地质学基础上随着工程建设需要发展起来的。地质学在18世纪开始成为一门独立的科学。

1929年，奥地利的太沙基出版了世界上第一部《工程地质学》。1932年在莫斯科地质勘探学院成立了由Φ.Л..萨瓦连斯基领导的工程地质教研室，专门培养工程地质专业人才，并奠定了工程地质学的理论基础。50年代以来，在世界工程建设发展中，工程地质学逐渐吸收了土力学、岩石力学和计算数学中的某些理论和方法，促进并逐渐完善了工程地质学科体系。各国的工程地质学家与土力学家、岩体力学家在对各种工程岩土体稳定性分析和评价过程中紧密协作配合，并于1975年成立了国际工程地质协会、国际岩石力学学会和国际土力学及基础工程学会这三个学会的秘书长联席会议，以期成立综合性的国际学术团体。工程地质学经过数十年的发展，已形成了由“土质学”、“工程岩土学”、“土力学”、“岩体力学”和“环境工程地质学”等多个分支学科所组成的学科体系。58

我国1979年成立了中国地质学会工程地质专业委员会，广大工程地质工作者开展了卓有成效的工作。回顾中国工程地质学的创立与发展，大体上经历了四个阶段。第一、地质学中的萌生时期(20世纪上半叶)。第二、创立与发展阶段(20世纪50年代到70年代末)。第三、活跃发展阶段(20世纪80年代至90年代)。第四、创新发展阶段（20世纪90年代至今）

591.3工程地质学的研究对象和工程地质条件1.3.1工程地质学的研究对象

工程地质学的研究对象是工程地质条件与人类的工程建筑活动的矛盾。工程建筑与地质环境二者相互作用、相互制约。一项工程建筑在兴建之前必须研究能否适应它所处的地质环境，分析在它兴建之后会如何作用于地质环境，会引起哪些变化，预测它们对建筑物自身的稳定性造成的危害，对此做出评价，并研究采取怎样的措施才能消除这种危害；还要预测它们对建筑周围环境造成的危害，也要做出评价，并制定保护环境的对策。这一整套研究的核心就是工程建筑与地质环境二者之间的相互制约，相互作用，也就是工程地质学的研究对象。601.3.2工程地质条件

工程地质条件是与人类活动有关的各种地质要素的综合，主要包括以下六大方面，是一个综合概念。

1.地形地貌

2.岩土类型及性质

3.地质结构与构造

4.水文地质条件

5.不良地质作用

6.天然建筑材料

611.4工程地质学的研究内容和分析方法

1.4.1工程地质学的研究内容

工程地质学研究内容是多方面的，主要包括地与地貌、岩石与岩体、岩体的地质构造、第四纪堆积物与土的工程性状、地表水与地下水性质、不良地质现象及防治对策和岩土工程地质勘察等内容。

工程建设必须遵循地质勘察—设计—施工—监理的原则。621.4.2工程地质学的分析方法

1.自然地质历史分析法2.工程地质建模与计算3.工程地质实验与现场试验

4.工程类比法

必须注意，上述4种方法往往是结合在一起的，综合应用才能事半功倍。

631.5本课程的学习内容与要求

教育部教学大纲对工程地质学的教学基本要求：掌握工程地质的基本理论及概念，了解各类地质现象和问题对建筑物和建筑场地的影响；了解工程地质勘察的基本内容、方法和程序，熟悉各种原位测试方法的适用性，能根据具体的工程情况正确提出工程地质勘察任务和要求；能够分析、应用工程地质勘察报告，了解各类工程地质参数的来源、作用和应用条件。能根据勘察成果，对工程地质问题进行分析，对不良地质现象采取正确处理措施，合理根据地质资料进行设计和施工。课程的教学基本内容包括岩土的成因类型及其工程地质特征、地质构造及其与工程的关系、地下水、不良地质现象的工程地质问题、工程地质勘察、实验内容。注册土木工程师（岩土）对工程地质学的基本要求：在岩土工程地质方面主要分为四部分内容：岩体力学与土力学、工程地质、岩土工程勘察、特殊地质条件下的岩土工程详见参考书。64本课程对学生的学习要求

1．岩石及其工程性状包括地球的层圈构造，三大类岩石的形成及其各自的特点，矿物的形态和特性，三大类岩石的相互转化，岩石的基本物理力学性质以及岩石的工程性状等。2．地形地貌与地质构造包括地质作用，地质年代，各种地貌单元的类型与特征，地壳构造运动的类型，岩层产状，水平岩层与倾斜岩层在地形地质上的表现，褶皱构造，节理构造与玫瑰花图，断层，地质图的阅读与分析以及地质构造对工程的影响等。3．岩体及其工程地质问题包括岩体的工程分类、结构体与结构面、岩体结构的类型、软弱夹层对工程影响、岩体力学特性、风化岩体性状、岩体中的天然应力及测量，另外对地下洞室围岩、边坡岩体及岩石地基设计施工中的工程地质问题进行了分析。4．土体及其工程性质包括土的工程分类、第四纪土的地质成因及特征、土的三相关系、土的三相比例指标、无黏性土的性质、黏性土的性质、土的力学性质以及特殊土的工程地质特征等内容。

655．地下水及其对工程的影响包括地下水的分类、地下水的物理化学性质、土的渗透性与渗流及地下水对工程的影响等方面的内容。6．不良地质作用及防灾减灾包括地震，地裂缝及处理对策，崩塌滑坡、泥石流、岩溶土洞、采空区及其处理措施，台风带来的地质灾害以及地质灾害危险性评估和场地选址的工程评价。7．岩土工程勘察包括岩土工程勘察的基本要求，工程地质测绘、勘探与取样，室内土工试验，静力载荷试验、静力触探、动力触探与标贯、十字板剪切试验、扁铲侧胀试验、旁压试验、波速测试及地球物理勘探等现场原位测试方法，现场原位监测，包括深层土体水平位移监测，地下水位监测，地面沉降监测，基坑支撑内力监测，岩土工程勘察报告的内容及编写要求以及不同类型岩土工程（不良地质问题、特殊土、桩基础、动力机器基础、交通路基和桥涵、岸边工程、管道和架空线工程、边坡工程、地下隧道、废弃物处理工程和水利水电工程）勘察的特殊要求。8．工程地质实验包括矿物及三大类岩石的室内标本鉴定，山地地貌及地质构造的野外认知实习，野外土体及钻探取样等的认知实习，不良地质作用的视频认知，土的渗透试验等。66本章小结

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