《工程动力地质学》课程教学大纲

《工程动力地质学》教学大纲课程编号：632027课程名称：工程动力地质学课程英文名称：DynamicEngineeringGeology课程类别：专业教育课程性质：必修课学时（理论+实践）：48学时（讲课44学时，实验4学时）学分：3开课学期：第7学期选用教材：《工程地质分析原理》张倬元、王士天、王兰生、黄润秋等编著，地质出版社，2009年6月第三版主要参考书：《环境地质与工程》陈剑平主编、地质出版社，2003年《工程地质学》（上册），武汉地质学院工程地质教研室，1980年，内部教材《工程地质学》胡广韬、杨文远，地质出版社、1984年一、中英文课程简介随着我国基础设施建设政策的大力实施和地质灾害防灾减灾形势的日益严峻，人类工程活动与地质环境之间的矛盾日益突出。《工程地质分析原理》即是研究人类的工程活动与地质环境之间的相互作用，是研究如何认识、评价、改造和保护地质环境的科学，是地质学的一个分支。本课程《工程动力地质学》就是专门讲授《工程地质分析原理》中有关动力地质作用的部分，课程系统论述了如何分析与评价人类工程活动中经常遇到的一些主要工程地质问题，包括区域稳定性、工程岩(土)体稳定性问题，与地下水渗流有关及与河、海、湖侵蚀堆积有关的工程地质问题.。采用地质分析与力学机制分析并重、定性评价与定量评价相结合的工程地质问题分析与评价的技术途径，反映了现代工程地质学在地质学与土力学、岩体力学等结合的基础上，广泛吸收数学、力学的最新成就,充分运用现代测试技术与现代计算技术。本课程是地质工程专业四年制本科的专业主干课程，是关于工程地质条件和工程地质分析问题思想和分析方法的核心理论课程，是工程地质学的重要组成部分。其理论涉及地质学、力学和专业基础课，须在学习地质学和力学的基础上，学习《水文地质学》、《工程岩土学》、《土力学》、《岩石力学》等课程后学习本课程，其后续课程是《工程地质勘察》，一般授课对象是大学三年级或大学四年级学生。本课程的课程负责人是陈剑平教授，团队成员有，徐佩华副教授、秦胜伍副教授、张文讲师。陈剑平教授，博士生导师，工程地质系主任。现任中国地质灾害防治工程行业协会专家，国家自然科学基金委员会第12届专家评审组成员，地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室学术委员会委员。主要从事地质灾害与环境教学和科研，主持国家自然科学基金重点基金1项及面上项目4项，教育部优秀年轻教师基金1项等多项省部委科研项目。发表论文240余篇，其中三大检索论文百余篇，出版专著2部，获吉林省自然科学成果奖一等奖1项，省部级科技进步奖二等奖3项、三等奖2项。Withthedevelopofourcountry’sbaseinstallationandtheseriousinstitutionofpreventionandreductionofgeologicaldisaster,thecontradictionbetweenhumanengineeringandgeologicalenvironmentstandoutdaybyday.The《EngineeringGeologyAnalysisPrinciple》isthestudyofhumanengineeringactivitiesandgeologicalenvironmentinteractions,istostudyhowtorealizeandevaluation,reconstructionandprotectionofgeologicalenvironmentscience,isabranchofgeology."DynamicEngineeringGeology"isspecializedintheteachingof《EngineeringGeologicalAnalysis》ofthedynamicgeologicalprocess,itdiscusshowtoanalysisandevaluatehumanengineeringactivitiesinsomeofthemajorengineeringgeologicalproblemsoftenencountered,includingregionalstability,thestabilityofengineeringrock(soil)mass,thegeologicalproblemswhichrelatedtothegroundwaterseepageanderosion,sea,lakeandriveraccumulation.Thiscoursetakesthetechnologicalapproachesofthecombinationofgeologicalanalysisandmechanism,thecombinationofqualitative

evaluationandquantitativeevaluation.Thecoursereflectsthatmodernengineeringgeologycombinesthelatestachievementsofmathematicandmechanicandfullyappliesthemoderntestingtechnologyandmoderncomputingmethodonthebaseofgeology,soilmechanics,rockmechanics.ThiscourseisthemaincourseofseniorwhoaremajorinGeologicalEngineering.Itistheengineeringgeologicalconditionsandtheanalysisofengineeringgeologicalproblemthoughtandanalysismethodofcoretheorycourses,isanimportantpartofengineeringgeology.Thetheoryisrelatedtogeology,mechanics,andspecializedfundamentalcourses.Solearningthislessonmustbebasedonthestudyofgeologyandmechanics,studythehydrologicgeology,theengineeringgeologicalstudy,thesoilmechanics,rockmechanicsandothercourseafterlearningthiscourse,thesubsequentcourseistheengineeringgeologicalinvestigation,thegeneralteachingobjectisjuniorandsenior.二、课程目的、性质与任务《工程动力地质学》之目的是使四年级的本科生在学完上述要求的基础与专业基础前置课程的基础上，通过本课程的学习，能够较全面地认识对人类工程活动有害的与地质环境直接相关的工程动力地质现象，以及人类工程活动可能造成的环境地质负效应的各种工程地质问题，建立各类工程地质问题的基本概念，学会各类工程地质问题成因机制分析的基本方法和科学思维。确立人类工程活动与地质环境相互影响、相互制约的基本理念，并能将所学的知识与技能应用与工程建设的设计与施工过程中，减少各类工程地质灾害对经济建设的影响。三、教学基本要求1、了解各主要工程地质问题的研究意义和防治措施2、掌握主要工程地质问题的形成条件、力学机制、影响因素3、了解和掌握有关的实验技巧，意义。4、注重培养学生的思维能力，采用理论与实践相结合的方法进行教学，培养和提高学生分析问题和解决问题的能力，使学生完成本门课程的学习任务之后，能够自觉地对工程实践中存在的工程地质问题进行分析研究并提出解决办法。四、各章节内容及学时分配绪论（2学时）人类工程活动与地质环境的相互关系。工程动力地质学的研究对象与分科。工程地质分析的基本方法。工程地质分析原理的内容及学习方法第一篇与区域稳定有关的工程地质问题第一章地壳岩体的天然应力状态（3学时）教学目的与要求主要介绍天然地应力的基本概念、岩体中地应力分布的几种观点、表现形式、影响因素等。教学内容1、基本概念及研究意义地壳岩体内的天然应力状态，感生应力。2、岩体天然应力状态的类型静水应力分布式的观点垂直应力为主的观点水平应力为主的观点3、岩体天然应力状态的表现形式基坑底鼓、爆裂和沿已有的倾斜结构面逆冲错动。边墙向临空面方向的水平位移和沿已有的近水平的结构面发生剪切错动边墙或边坡岩体的倾倒，如拱裂缝掉块、边墙内鼓张裂、缩径等。4、影响天然应力状态的主要因素及其作用岩体的岩性及结构特征对岩体天然应力状态的影响构造作用及其演化历史对岩体天然应力状态形成的影响区域卸荷作用对地壳表层岩体应力状态形成的影响5、岩体内自由临空面附近的应力重分布及应力集中作用应力集中现象：应力集中系数：应力集中的一般规律：6、地壳表层岩体应力状态的复杂性垂直应力的分布的复杂性水平应力的分布的复杂性7、高地应力区及其地质地貌标志与天然应力条件下高水平应力释放有关的浅、表生时效变形现象：与钻进有关的岩体应力释放及伴生的现象：考核要求了解：天然地应力的基本概念，产生的条件理解：地应力的类型与状态，特别是人类工程活动对地应力场改造的特点掌握：天然地应力的与残余应力之间的关系，能够对现场的地应力表现有所认识第二章地震的工程地质研究（6学时）教学目的与要求主要介绍天然地震的基本概念、地震的几种类型、地震波的基础知识，地震场地效应的特点、地震区划的发展状况等。教学内容1、本概念及研究意义何谓地震(Earthqauke)；何谓活断层（ActiveFault）；活断层的特性；何谓粘滑；何谓稳滑；何谓震源（EarthquakeFocus）；何谓震中（EarthquakeEpicenter）；何谓震源深度；研究地震的意义。2、地震及地震波的基本知识：地震类型：按震源浓度分类浅层地震，中源地震，深源地震，按地震成因分类；地震波，面波与体波之间的不同之处；震源机制和震源参数；震级；烈度；基本烈度；地震发展的一般过程和地震序列。3、我国地震地质的基本特征我国板块边缘地震区地震地质特征、我国板内活动地震区地震构造背景。4、地震区划及地震危险性分析地震区划；潜在震源区的划分；地震活动性参数的确定；地震危险性评价。5、场地地震反应及地震小区划场地地震效应及地震小区划类型；何谓场地地震效应；场地破坏效应；地面破裂效应；地基失效；斜坡破坏；强烈地震动；振幅；持续时间。场地条件对震害和地震动的影响；卓越周期；地基土性质不同对震害的影响；断层对震害的影响；局部地形对震害影响显著；砂土液化对震害的影响有双重性。调整反应谱小区划；标准反应谱；设计反应谱；设计地震动小区划。6、地震区抗震设计原则场地和地基的选择；适宜的持力层和基础方案；建筑物合理布置和结构选型。考核要求了解：天然地震的基本概念，产生的条件理解：地震小区划的及其演进特点，地震危险性分析掌握：天然地震及地震波的基本知识第三章水库诱发地震活动的工程地质分析（5学时）教学目的与要求主要介绍水库诱发地震的基本概念、不同成因水库诱发地震的典型特征、水库诱发地震的机制，水库诱发地震的影响因素。教学内容1、概述何谓水库诱发地震（Reservoir-inducedseismicity）及其主要有研究意义。2、水库诱发地震活动性变化的几种典型情况蓄水后地震活动性增强型：卡里巴——科列马斯塔型；科因纳——新丰江——黑部川型。蓄水后地震活动性减弱型：蓄水后地震活动性一般性地减少；蓄水后地震活动性以特定的形势减少。3、水库诱发地震的共同特点地震活动与水库的空间联系；诱发地震活动与库水位及水荷载随时间变化的相关性；水库诱发地震序列的特点；水库诱发地震的震源机制解。4、水库诱发地震的诱发机制水库蓄水对库底岩体的各种效应；水的物理化学效应；水库荷载效应；空隙水压力效应；各种天然应力状态下的诱发机制，莫尔园机制解释。5、水库范围有限且水位变动对水库荷载效应及空隙水压力效应的变化无限延伸水库荷载应力特征；有限延伸水库荷载应力特征。6、产生水库诱发地震的地质条件大地构造条件；区域地质条件。7、关于地震的人为控制问题考核要求了解：水库诱发地震的基本概念，产生的条件理解：水库诱发地震活动的几种典型特征和共同特点掌握：水库诱发地震的产生机制第四章地震导致的区域性砂土液化（共6学时，讲授4学时，实验2学时）教学目的与要求主要介绍地震砂土液化的成因机制，形成条件与判定标准。教学内容1、概述基本概念和研究的主要意义。2、地震时砂土液化的机制砂土地震液化机制比较复杂，它包括了先后相继发生的振动液化和渗流液化两个过程，振动液化；渗流液化。3、区域性地震砂土液化的形成条件砂土特性和饱水砂层埋藏条件及成因时代特征；砂土特性；砂土的相对密度；砂土的粒度和级配；饱水砂土层的埋藏条件；饱水砂层的成因和时代；地震强度及持续时间。4、砂土地震液化可能性的判定标准引起液化的剪应力；标准贯入击数；综合性判别指标。考核要求了解：地震导致砂土液化产生的条件，和三轴仪砂土液化实验过程理解：砂土地震液化可能性的差别标准掌握：砂土地震液化的形成机制第五章地面沉降与地裂缝的工程地质分析（3学时）教学目的与要求主要介绍地面沉降的形成机制、产生条件以及地面沉降的计算与预测方法。教学内容1、概述基本概念和研究的主要意义，地面沉降、地裂缝的几个主要地质现象。2、地面沉降的形成机制、产生条件及其特点主要讲授三层土层结构条件下单层抽水引起的有效应力变化而导致的砂土层和粘性土层压密变形，既地面沉降的形成过程和机理。地面沉降的产生条件，即地质、水文地质条件和土层内应力转变的基本条件。3、地面沉降与地裂缝地裂缝的成因机制类型、构造活动与地面沉降关系及地裂缝基本模式；地面沉降与地裂缝的地质调查与监测及评价预测系统考核要求了解：地面沉降产生的条件及其特点；地裂缝的典型实例理解：地面沉降的计算与预测；构造活动与地裂缝关系掌握：地面沉降的形成机制第二篇与岩土体稳定性相关的工程地质问题第六章斜坡岩（土）体稳定性的工程地质分析（10学时，讲授10学时，选做实验2学时）教学目的与要求主要介绍斜坡岩体应力颁布特征、斜坡变形、破坏基本类型及一般特征、斜坡变形破坏的演进过程、滑坡的基本要素、滑坡的类型、滑坡的形成条件与影响因素、斜坡稳定性的评价方法。教学内容1、基本概念及研究意义自然斜坡、人工斜坡的定义，斜坡变形与破坏与人类工程活动的关系，研究斜坡变形与破坏的主要意义。2、斜坡岩体应力分布特征斜坡成坡后应力状态的变化；影响斜坡岩体应力分布的主要因素，原始地应力状态，坡形，斜坡岩体特性和结构特性。3、斜坡变形、破坏的基本类型及一般特征斜坡的卸荷回弹和斜坡的蠕变：坡体卸荷带和变形影响范围，斜坡变形的基本组合形式。斜坡破坏的主要类型及特征：崩塌、滑坡、倾倒、土石流动、侧向扩离。4、斜坡变形破坏的演变过程蠕滑——拉裂，滑移——压致拉裂，弯曲——拉裂，塑流——拉裂，滑移——弯曲地质力学模型，主要讲授上述五种模式的演变过程及他们的变形组合形式。5、滑坡要素介绍滑坡的概貌，讲授滑坡的基本形态和基本要素，使学生对斜坡有一个理性上的认识。6、滑坡分类简要介绍不同部门，不同出发点对滑坡进行的各种分类，以加深对滑坡的认识。7、滑坡的形成条件与影响因素促进斜坡变形破坏的主导因素及营力活跃集中带，风化作用，地下水作用，斜坡变形破坏的触发因素，地震与人工爆破，特大暴雨和异常洪水，水击机制。8、斜坡稳定性评价演变历史分析法，根据周期性规律判定促进斜坡演变的主导因素，斜坡稳定性的区域性评价，极限平衡理论计算方法，因素敏感性分析，工程地质类比法，斜坡破坏时间预报及下滑速度预测。考核要求了解：斜坡变形破坏的基本类型与特征、滑坡分类与影响因素理解：滑坡要素、滑坡形成条件与斜坡稳定性评价掌握：斜坡变形破坏演化过程机制第七章岩溶及岩溶渗漏的工程地质分析（4学时）教学目的与要求主要介绍岩溶的基本定义、碳酸盐类的溶蚀作用机理、水循环条件及其岩溶发育规律、岩溶发育的历史阶段性、岩溶的工程地质问题分析、岩溶的利用与防治。教学内容1、概念及研究的意义介绍岩溶——喀期特（Karst）的基本定义，古岩溶的定义以及研究岩溶对人类工程活动的意义。2、碳酸盐岩类的溶蚀作用机理碳酸盐溶蚀的复杂反应过程，影响碳酸盐溶蚀反应的各种因素，不同介质中CO2含量的变化，影响CO2溶解的各种因素，次生溶蚀效应，溶液中其他离了的影响，混合溶蚀效应，可溶性岩体的成分、结构及其与岩溶发育的关系。3、水循环交替条件及其岩溶发育的关系地形地貌条件，岩溶基准面，地质结构条件包括地质构造的岩层组合。4、岩溶发育的历史及阶段性排水谷无明显变化时岩溶发育的阶段性，水文网变动与岩溶发育史，河谷发育史与岩溶发育史。5、岩溶工程地质问题的分析岩溶渗漏问题，岩溶地基稳定性问题，岩溶区地下洞库、隧道的工程地质问题。6、岩溶的利用与防治介绍一般常用的基本方法，以达到防治的目的。考核要求了解：研究岩溶的意义与必要性理解：岩溶发育的历史及阶段性掌握：岩溶的溶蚀作用机理、水循环交替条件用其发育的关系、岩溶工程地质问题的分析第八章渗透变形的工程地质分析（5学时，讲授3学时，实验2学时）教学目的与要求主要介绍渗透变形的基本概念、形成机制、土石渗透变形的产生条件、渗透变形可能性的判定及防治措施。教学内容1、概念及研究的意义介绍渗透变形或渗透破坏的基本定义，几种不同渗透作用形式，以及渗透破坏产生的灾害。2、土石渗透变形的产生条件介绍渗透变形产生的水动力条件、土石结构及颗粒成分条件、渗流出口条件。3、渗透变形可能性的判定依据颗分曲线判别渗透变形类型、确定坝基各点实际水利梯度方法