第一章工程地质勘察的几个基本问题

第一篇工程地质勘察通论第一章工程地质勘察学的几个基本问题第一节工程地质勘察的任务

一、工程地质勘察的基本任务为工程建筑的规划、设计和施工提供地质资料，运用地质和力学知识回答工程上的地质问题，以便使建筑物与地质环境相适应，从地质方面保证建筑物的稳定安全、经济合理、运行正常。尽可能避免工程的兴建而恶化地质环境，引起地质灾害，达到合理利用和保护环境的目的。

二、工程地质勘察的具体任务

1.查明建筑地区的工程地质条件，指出有利和不利条件。阐明工程地质条件的特征及其形成过程和控制因素。

2.分析研究与建筑有关的工程地质问题，作出定性评价和定量评价，为建筑物的设计和施工提供可靠的地质依据。第一节工程地质勘察的任务

3.选出工程地质条件优越的建筑场地，

4.配合建筑物的设计与施工，提出关于建筑物类型、结构、规模和施工方法的建议。

5.为拟定改善和防治不良地质条件的措施提供地质依据。

6.预测工程兴建后对地质环境造成的影响，至此那个保护地质环境的措施。这六项任务中，最基本的是查明工程地质条件，是完成其他各项任务的基础。工程地质问题的分析和研究是工程地质勘察的中心任务。只有把工程地质勘察提高到研究问题的高度，才能预测工程兴建后可能引起的地质环境变化，定性定量地作出工程地质评价。建筑场地的选择是工程规划和可行性研究阶段的一项基本工作。许多工程实践证明，忽视工程地质勘察工作，冒然选定建筑场地，往往带来难以弥补的损失，增加大量的投资，遗留下不胜其烦的隐患。贵州黔南州500米口径球面射电天文望远镜（FAST）选址

500米口径球面射电望远镜（FAST）是国家九大科技基础设施之一，利用贵州南部的喀斯特洼地的独特地形条件，建设一个约30个足球场大的高灵敏度的世界最大的单口径望远镜巨型射电望远镜。

在近50公里的范围内,强烈的构造运动骤然使海拔高度提升了4000多米。龙门山断裂河谷切割出世界上最陡峭的山坡。在这样的复杂工程地质条件下，建筑布局和灾害设防都很困难。

汶川县国道213线都汶路44km＋200处，因山体滑坡造成彻底关大桥桥墩被垮塌的巨石砸断，造成100余米的桥面坍塌在河道中

2009年8月10日，“莫拉克”台风重创台湾,建在泥石流流通区的台东知本温泉区六层金帅饭店地基被水石流掏空后轰然倒塌金帅饭店第二节工程地质条件

一、工程地质条件的定义

工程地质条件是指客观存在的地质环境中与工程建筑有关的地质要素的综合。它包括地形地貌、岩土类型及其工程地质性质、地质结构、水文地质条件、物理地质现象（动力地质作用）、天然建筑材料。构成工程地质条件的要素都属于地质范畴，是地质演化过程及其后生变化而逐渐形成的，是内、外动力地质作用的产物，还受气候、水文、植被等自然因素的控制。

第二节工程地质条件

例如一个地方的地形地貌条件是由该地的大地构造演化历史构成骨架，又由近代外力地质作用雕塑而成。岩石风化、成壤作用、冻土的形成等都是在这些自然因素控制下进行的。

由此可见，工程地质条件是一个综合概念，是上述六个要素的总体，而不是指任何单一要素。由于各种要素组合的不同，不同地点的工程地质条件随之不同，表现在工程地质条件各要素性质的差异，主次关系配合的不同。工程地质条件所包括的几个要素之间又是相互联系、相互制约的，这是因为它们共同受地质发展历史的控制，可以组合成不同的模式。不同地貌单元代表的不同工程地质条件模式基岩为主→构造地质条件复杂→基岩裂隙水为主→物理地质现象发育→斜坡地质灾害频繁→石料丰富

2.平原区模式冲积土层巨厚→砂土、粘性土交互发育→物理地质现象不发育→孔隙水为主→土料丰富、石料缺乏→同一区域工程地质条件近似地形平坦，建筑布局及平整场地简单

3.山前平原区模式冲洪积地貌，沉积物有分带性，近山处为冲积和部分洪积成因的碎屑物组成，向平原低地逐渐变为砾砂、砂以至粘性土，水文地质条件变化较大。因此山前平原区的工程地质条件随分带岩性的不同而变化，越往平原低处，工程地质条件越差基岩为主→构造地质条件复杂→基岩裂隙水为主→物理地质现象发育→斜坡地质灾害频繁→石料丰富基岩为主→构造地质条件复杂→基岩裂隙水为主→物理地质现象发育→斜坡地质灾害频繁→石料丰富1.山区模式

2.平原区模式不同地貌单元代表的不同工程地质条件模式4.峡谷区模式往往与新构造运动相关，构造形迹发育，斜坡稳定问题突出，场地综合地质环境复杂，石料丰富土料缺乏（构造因素→场地布置→地震设防→斜坡地质灾害......）岩溶地貌、岩溶塌陷、场地布置复杂、岩溶水体系复杂，施工困难。5.岩溶地区模式

人类工程活动会引起工程地质条件的变化，但毕竟是次要的、局部的，而且与原有工程地质条件融合为一个整体，对后来的建筑成为新的因素。例如水库蓄水，会引起周围地下水位升高，新的建筑就应按照变化后的地下水位考虑。第二节工程地质条件

二、工程地质条件各要素分析

（一）岩土类型及其工程地质性质岩土是工程地质条件是最基本的因素，很大程度上决定场地工程地质条件优劣，是地形特征，构造发育、物理地质作用、地表水及地下水赋存的客观条件，也是工程建筑的天然地基、环境和建筑材料。岩土的类型不同，其性质有很大差别，工程意义也大不一样。软土、软岩、软弱夹层及破碎岩体不利于地基的稳定性，边坡发滑移、洞室的塌落往往由软弱夹层引起。在工程地质勘察中必须进行仔细的勘探、试验工作，以查清它们的分布情况、厚度变化，取得较为准确的物理力学性质指标。第二节工程地质条件

二、工程地质条件各要素分析

（二）地形地貌条件地形地貌条件对建筑场地的选择，特别是对线性建筑如铁路公路、运河渠道等的线路方案的选择等意义最为重大。如能合理利用地形地貌条件，不但能节约大量投资，而且对建筑群中各种建筑物的布局和建筑物的型式、规模及施工条件等也有直接的影响。地形地貌还能反映出地区的地质结构，对水文地质条件及物理地质现象的发育情况起着控制作用。第二节工程地质条件

二、工程地质条件各要素分析

（三）地质结构

褶皱、断层、节理构造的分布和特征，它确定了一个地区的构造格架、地貌特征和岩土分布。断层，尤其是活断层，工程人员最为担心，确实给建筑带来过很大危害。在选择建筑物场地时必须注意断层的规模、产状及其活动情况。

1.地质构造

2.土体结构土层的组合关系，即由层面所分隔的各层土的类型、厚度及其空间变化。特别要注意地基中强度高低、透水性大小的土层上、下关系及其相对厚度。这对地基承载力和建筑物的沉降起着决定性的作用。第二节工程地质条件

二、工程地质条件各要素分析

（三）地质结构

结构面形态及其组合关系，尤其是层面、泥化夹层、不整合面、断层带、层间错动、节理面等结构面的性质、产状、规模和组合关系。不同结构类型的岩体力学性质和变形破坏的力学机制是不同的。结构面愈发育，特别是含有软弱结构面的岩体，其性质愈差。

3.岩体结构

4.岩体天然应力状态地应力对岩体稳定性的影响很大。在开挖洞室、边坡或地基时如果不考虑地应力，或估计不足，就会对工程带来很大的危害。例如美国大古力坝，在1933～1942年修建期间，开挖基坑时，花岗岩体坝基因地应力减压释放，发生回弹，基坑底岩体产生水平层状开裂，随挖随裂，达到很大深度。雅西高速公路泥巴山隧道出口处发生大型重度岩爆巴陕高速公路八庙隧道岩爆第二节工程地质条件

二、工程地质条件各要素分析

（四）水文地质条件

水文地质条件是影响岩土工程地质性质，致使工程地质问题复杂化的重要因素：

1.水文地质结构──补给、泾流和排泄条件；

2.地下水类型、水质；地下水位、水头、水量及变化；

3.含水层、隔水层的分布及组合关系、厚度；

4.岩土层的渗透性、富水性、承压性、渗透压力；

5.地下水的侵蚀性。第二节工程地质条件

二、工程地质条件各要素分析

（五）物理地质现象

由内外动力地质作用产生的可影响或危及工程活动的物理（自然）地质现象。主要包括岩溶、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、地裂缝、地震等，它影响到建筑物的整体布局、设计和施工方法。在工程地质勘察中必须把它作为重点之一，进行全面系统、深入细致的研究。研究它们的发生发展规律、产生的原因、影响其发生发展的因素，形成的条件和机制，发展的过程和阶段等，以便对它作出正确的评价，制定合理的防治措施。第二节工程地质条件

二、工程地质条件各要素分析

（六）天然建筑材料土坝、路堤需用大量土料，海堤、石桥、堆石坝等需用大量石料，拌合混凝土需用砂、砾石作为骨料。对于大型工程来讲，应该遵循“就地取材”的原则，天然建材的质量，数量、开采条件和运输条件的优劣对工程的建筑类型、建筑规模、工程造价、工期长短是一个重要的制约因素，必须在勘察中放到应有的地位来专门解决。例如在峡谷地区，一般石料较多，中小型水库坝型就应当选择堆石坝或砌石坝。第三节工程地质问题工程地质问题是指工程建筑与地质环境（可由工程地质条件具体表征）相互作用、相互矛盾而引起的，对建筑物本身的顺利施工和安全运行或对周围地质环境可能产生影响的地质问题。工程地质问题的类型一般性工程地质问题1.区域稳定性问题2.地基稳定性问题3.边坡稳定性问题4.围岩稳定性问题专门工程地质问题1.城市及工业房屋建筑2.道桥建筑3.水工建筑4.海河湖港工程第三节工程地质问题工程地质问题的类型一般性工程地质问题专门工程地质问题

1.城市及工业房屋建筑A.地基变形、沉陷、不均匀沉降B.地基承载力问题A.

路堤地基稳定性问题B.

路堑边坡稳定性问题C.

道路冻胀问题D.

桥基、地基稳定性问题E.

隧道围岩稳定性问题F.隧道涌水问题、有害气体问题

2.道桥建筑

3.水工建筑

4.海河湖港工程第三节工程地质问题工程地质问题的类型一般性工程地质问题专门工程地质问题

1.城市及工业房屋建筑A.建筑物地基稳定性问题B.岸坡稳定性问题C.海岸、湖岸、河岸稳定性问题D.回淤问题A.

水库渗漏问题B.

水库坍岸问题C.

水库浸没问题D.

水库淤积问题E.

水库诱发地震问题F.

坝基抗滑稳定、渗透、稳定性问题G.坝肩稳定性问题H.

坝基、绕坝、渠道渗漏问题

I.

边坡稳定性问题

2.道桥建筑

3.水工建筑

4.海河湖港工程第四节工程地质勘察方法及其相互关系

一、工程地质勘察的基本技术要求

1.工程建筑类型建筑物千变万化。按目的、用途和使用要求等特点分类如下：

（1）工业与民用建筑工程：主要是指工农业生产性建筑、非生产性建筑和构筑物，其特点是数量大，种类繁多，千姿百态；

（2）线路工程：主要指线性展布的工程。如铁路、公路的路基、路面、隧道、桥梁、各种管道以及输电线路工程等；

（3）水利工程：主要指水利枢纽工程。如大坝、溢洪道、输水隧道、引水工程、分洪工程等；

（4）港口工程：主要包括码头、防波坝、船台、滑道、船坞工程等；此外，如海洋工程、核电站工程等。第四节工程地质勘察方法及其相互关系

2.岩土工程勘察分级岩土工程勘察的等级，是由工程安全等级、场地和地基的复杂程度三项因素决定的。首先应分别对三项因素进行分级，在此基础上进行综合分析，以确定岩土工程勘察的等级划分。下面先分别论述三项因素等级划分的依据及具体规定，随后综合划分岩土工程勘察的等级。

（1）工程安全等级工程的安全等级，是根据由于工程岩土体或结构失稳破坏，导致建筑物破坏而造成生命财产损失、社会影响及修复可能性等后果的严重性来划分的。根据国家标准《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84的规定，将工程结构划分为三个安全等级，《规范》与之相应，也将工程安全等级划分为三级。第四节工程地质勘察方法及其相互关系工程安全等级安全等级工程类型破坏后果一级重要工程很严重二级一般工程严重三级次要工程不严重对于不同类型的工程来说，应根据工程的规模和重要性具体划分。目前房屋建筑与构筑物的安全等级，已在国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ7-89中明确规定。此外，各产业部门和地方根据本部门(地方)建筑物的特殊要求和经验，在颁布的有关技术规范中也划分了适用于本部门(地方)的工程安全等级，一般均划分为三级。第四节工程地质勘察方法及其相互关系建筑安全等级安全等级破坏后果建筑类型一级很严重①重要的工业与民用建筑物；②20层以上的高层建筑物；③体型复杂的14层以上的高层建筑；④对地基变形有特殊要求的建筑物；⑤单桩荷载在4000kN以上的建筑物二级严重一般工业与民用建筑物三级不严重次要建筑物第四节工程地质勘察方法及其相互关系

（２）场地复杂程度等级场地复杂程度是由建筑抗震稳定性、不良地质现象发育情况、地质环境破坏程度和地形地貌条件四个条件衡量的，也划分为三个等级。第四节工程地质勘察方法及其相互关系

Ａ.建筑抗震稳定性按国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ11-89规定，选择建筑场地时，对建筑抗震稳定性地段的划分规定为：

危险地段：地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流及发震断裂带上可能发生地表位错的部位。

不利地段：软弱土和液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡、河岸和斜坡边缘，平面分布上成因、岩性和性状明显不均匀的土层(如古河道、断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷及半填半挖地基)等。

有利地段：岩石和坚硬土或开阔平坦、密实均匀的中硬土等。第四节工程地质勘察方法及其相互关系

B.不良地质现象发育情况不良地质现象泛指由地球外动力作用引起的，对工程建设不利的各种地质现象。它们分布于场地内及其附近地段，主要影响场地稳定性，也对地基基础、边坡和地下洞室等具体的岩土工程有不利影响。

强烈发育是指由于不良地质现象发育招致建筑场地极不稳定，直接威胁工程设施的安全。例如，山区崩塌、滑坡和泥石流的发生，会酿成地质灾害，破坏甚至整个摧毁工程建筑物。岩溶地区溶洞和土洞的存在，所造成的地面变形甚至塌陷，对工程设施的安全也会构成直接威胁。

一般发育是指虽有不良地质现象分布，但并不十分强烈，对工程设施安全的影响不严重；或者说对工程安全可能有潜在的威胁。第四节工程地质勘察方法及其相互关系

C.地质环境破坏程度由于人类工程经济活动导致地质环境的干扰破坏，是多种多样的。例如，采掘固体矿产资源引起的地下采空；抽汲地下液体(地下水、石油)引起的地面沉降、地面塌陷和地裂缝；修建水库引起的边岸再造、浸没、土壤沼泽化；排除废液引起岩土的化学污染等等。地质环境破坏对岩土工程实践的负影响是不容忽视的，往往对场地稳定性构成威胁。

地质环境的“强烈破坏”，是指由于地质环境的破坏，已对工程安全构成直接威胁；如矿山浅层采空导致明显的地面变形、横跨地裂缝等。

“一般破坏”是指已有或将有地质环境的干扰破坏，但并不强烈，对工程安全的影响不严重。第四节工程地质勘察方法及其相互关系

D.地形地貌条件主要指的是地形起伏和地貌单元(尤其是微地貌单元)的变化情况。一般地说，山区和丘陵区场地地形起伏大，工程布局较困难，挖填土石方量较大，土层分布较薄且下伏基岩面高低不平。地貌单元分布较复杂，一个建筑场地可能跨越多个地貌单元，因此地形地貌条件复杂或较复杂。平原场地地形平坦，地貌单元均一，土层厚度大且结构简单，因此地形地貌条件简单。第四节工程地质勘察方法及其相互关系（3）地基复杂程度等级

A.一级地基符合下列条件之一的为一级地基(复杂地基)：①岩土种类多、很不均匀，性质变化大，需特殊处理；②严重湿陷、膨胀、盐渍、污染的特殊性岩土，以及其他情况复杂、需做专门处理的岩土。

B.二级地基符合下列条件之一的为二级地基(中等复杂地基)：①岩土种类多，不均匀，性质变化较大；②除一级地基所列以外的特殊性岩土。

C.三级地基符合下列条件者为三级地基(简单地基)：①岩土种类单一，均匀，性质变化不大；②无特殊性岩土。场地等级、地基等级具体划分时，应从一级开始，向二级、三级推定，以最先满足为准。第四节工程地质勘察方法及其相互关系

二、工程地质勘察方法在工程地质勘察中使用的技术方法或技术手段，可分为下列几类：

1.工程地质测绘；

2.工程地质物探及勘探；

3.工程地质室内试验；

4.工程地质野外（现场或原位）试验；

5.工程地质长期观测；

6.勘察资料的室内整理；第四节工程地质勘察方法及其相互关系

1.工程地质测绘最根本主要的方法，各勘察工作中走在前面的一项勘察工作。运用地质、工程地质理论对与工程建设有关的各种地质现象进行详细观察和描述，以查明拟定建筑区内工程地质条件的空间分布和各要素之间的内在联系。成果为各类工程地质图，按内容可分为工程地质条件图、工程地质分区图和综合工程地质图等。工程地质测绘分为综合性测绘和专门性测绘，综合性工程地质测绘是对工作区内工程地质条件的各要素全面研究并进行综合评价，为编制综合工程地质图提供资料；专门性工程地质测绘是为某一特定建筑物服务的，或者是对工程地质条件的某一要素进行专门研究以掌握其变化规律，为编制专用工程地质图或工程地质分析图提供依据。第四节工程地质勘察方法及其相互关系

2.工程地质勘探和物探直接或间接观测现象和获取数据，是岩土体质量划分的依据。

3.工程地质室内试验获取岩土体物理性质、水理性质、力学性质参数，是提供参数、土体分层、岩体质量评价的检验标准。

（1）岩土物理性质试验矿物成分、粒度成分和化学成分，了解岩土的物质组成；显微组织与构造；密度、孔隙度、含水量、吸水率、稠度、相对密度；岩土的可溶性、亲水性、毛管性、渗透性、膨胀、崩解和黄土类土的湿陷性等。第四节工程地质勘察方法及其相互关系

（2）土的力学性质试验压缩试验、无侧限压缩试验、直剪试验、三轴试验、土的动力强度试验、击实试验；

（3）岩石力学性质试验

抗压强度试验（单轴或三轴承）、抗拉试验、抗剪试验、流变试验；

（4）模型试验

为研究岩土体地基在外部荷载作用下应力分布的具体部位和研究岩体在开挖时岩体应力重分布与失稳状态，以及超载后的岩土体承受极限，利用与实际岩土力学性质相似的材料，制成具有砌块及结构面的模型，模拟不连续的岩土体，再对模型施加工程荷载或开挖，观测模型中应力分布、变形和破坏过程。其结果可与有限元分析和计算成果相互验证，用以改进设计方案，采取工程处理措施。第四节工程地质勘察方法及其相互关系

4.工程地质野外原位试验模拟场地对实际工程构筑物工作时的力学响应，具有先期验证效果，测定难于取得不扰动土样的有关工程力学性质；避免取样过程中应力释放的影响；是工程设计最可依赖的力学检验标准（静力触探、动力触探、标准贯入试验、十字板剪切、旁压试验、静载试验、扁板侧胀试验、应力铲试验、现场直剪试验、岩体应力试验、岩土波速测试等）。第四节工程地质勘察方法及其相互关系

5.

工程地质长期观测是工程地质勘察的持续性工作，了解观测因子随时间变化的规律及发展趋势，验证、预测和评价对工程建筑和地质环境间的影响但。不是所有项目都需要工程地质长期观测（观测内容有地下水动态（水位、水质），各种物理地质现象。如滑坡动态、斜坡岩土体变形、水库坍岸、岩石风化速度，以及建筑物变形和沉降等。第四节工程地质勘察方法及其相互关系

6.勘察资料室内整理与报告编写最终提交的成果，工程地质勘察工作的总结。主要是岩土物理力学性质指标的整理与数理统计、工程地质图的编绘与工程地质报告的编写。这一工作是将各项勘察方法所获得的资料进行系统整理、分析和总结，根据勘察设计书的要求，考虑工程特点及勘察阶段，综合反映和论证勘察地区的工程地质条件和工程地质问题，做出工程地质评价,是提供设计、施工部门直接使用的重要