【大学课件】工程地质学原理

工程地质学原理工程地质学是土木工程的重要基础学科。它研究地质环境与工程建设之间的相互关系。本课程将深入探讨岩土特性、地质调查方法和工程应用。工程地质学概述定义工程地质学是研究地质条件与工程建设关系的学科。研究对象包括岩石、土壤、地下水等地质体及其工程特性。主要任务为工程建设提供地质依据，预测并解决地质问题。应用领域涵盖建筑、交通、水利等多个工程领域。岩石和土壤的形成和特性岩石形成岩石通过火成、沉积和变质过程形成。每种类型具有独特的矿物组成和结构。土壤形成土壤由岩石风化、有机物分解和微生物活动形成。其特性受气候、地形等因素影响。矿物的性质和分类硬度莫氏硬度表用于测定矿物硬度，从1（滑石）到10（金刚石）。颜色矿物颜色由化学成分和结构决定，可作为初步鉴定依据。晶系矿物根据内部原子排列方式分为七大晶系。岩石的性质和分类1火成岩岩浆冷却形成，如花岗岩、玄武岩2沉积岩沉积物压实胶结形成，如砂岩、页岩3变质岩岩石在高温高压下重结晶，如片麻岩、大理岩土壤的性质和分类物理性质包括颗粒组成、密度、孔隙率等，影响土壤的工程特性。化学性质如pH值、有机质含量，影响土壤的肥力和稳定性。力学性质如压缩性、抗剪强度，决定土壤的工程应用。分类体系统一分类法和质地分类法是常用的土壤分类方法。工程地质调查的内容和方法1资料收集收集历史地质资料、地形图和卫星影像。2现场勘察实地观察地形地貌，采集岩土样品。3钻探取样进行地质钻探，获取深层岩土样本。4室内试验对采集的样品进行物理力学性质测试。5数据分析综合分析调查结果，编制工程地质报告。地层调查和识别露头观察观察自然或人工露头，记录岩性和地层关系。钻孔取芯通过钻探获取地下岩芯，分析地层构成。地球物理勘探利用地震、电法等手段探测地下结构。化石鉴定利用化石确定地层年代和沉积环境。地形测量和分析全站仪测量利用全站仪进行高精度地形测量，获取三维坐标数据。GPS定位使用GPS接收机快速获取地形点位置信息。无人机摄影测量利用无人机航拍，快速获取大范围地形数据。地质构造与工程地质褶皱岩层弯曲变形，可影响岩体稳定性和地下水分布。断层岩层错动，可形成软弱带，增加工程风险。节理岩体中的裂隙，影响岩体强度和渗透性。地质灾害及其预防1地震加强建筑抗震设计，制定应急预案。2滑坡稳定边坡，控制地下水，设置监测系统。3泥石流植树造林，修建拦挡工程，建立预警机制。4地面塌陷控制地下水开采，填充采空区，加强地面监测。边坡稳定性分析1资料收集收集地形、地质和水文资料。2现场勘察观察边坡形态、岩土性质和裂隙发育情况。3计算分析利用极限平衡法或有限元法进行稳定性计算。4设计方案根据分析结果提出边坡防护和加固方案。地基承载力计算理论计算基于土力学理论，考虑土体强度、变形特性进行计算。现场试验通过平板载荷试验、静力触探等方法直接测定承载力。经验公式根据区域地质条件和工程实践总结经验公式。地下水调查和分析1水文地质测绘调查地下水类型、分布和补给条件。2钻孔水文观测布设观测井，监测地下水位变化。3抽水试验测定含水层渗透系数和出水量。4水质分析采集水样，分析化学成分和腐蚀性。岩土工程勘察报告编制项目概况介绍工程背景、勘察目的和范围。地质条件描述场地地层、地质构造和水文地质条件。勘察成果汇总岩土物理力学性质和工程地质评价。建议措施提出地基处理和基础设计建议。浅层基础设计基础类型选择根据上部结构荷载和地质条件选择独立基础、条形基础或筏形基础。尺寸确定基于承载力计算和沉降控制确定基础平面尺寸和埋深。结构设计进行基础构件的配筋设计，确保结构强度和刚度。深层基础设计1桩型选择根据地质条件和荷载选择适当的桩型。2承载力计算计算单桩竖向承载力和桩群效应。3沉降分析评估桩基础的总沉降和差异沉降。4抗水平力设计考虑水平荷载对桩基础的影响。5施工方案制定合理的桩基施工方案和质量控制措施。隧道工程的地质条件岩体类型不同岩性对隧道开挖和支护有不同要求。地质构造断层、褶皱等构造可能增加施工难度。地下水水文地质条件影响隧道渗漏和稳定性。地应力高地应力可能导致岩爆等地质灾害。水工建筑物的地质条件坝基岩体坝基岩体的强度和完整性直接影响大坝的安全性。防渗处理需要对坝基和岸坡进行防渗处理，控制渗流。边坡稳定水库蓄水后，需评估库岸边坡的稳定性。公路工程的地质条件路基工程需考虑填方、挖方地段的地质条件，确保路基稳定。桥梁工程桥墩基础设计需充分考虑河床地质和水文条件。隧道工程山区公路隧道施工需克服复杂地质条件带来的挑战。铁路工程的地质条件1线路选择避开不良地质体，减少工程难度。2路基设计考虑地基承载力和沉降控制。3桥梁基础根据地质条件选择合适的基础形式。4隧道工程应对各种不良地质条件，确保隧道安全。5防护工程设计边坡防护和排水系统。机场工程的地质条件跑道基础需要高承载力和低变形的地基条件。排水系统设计完善的地表和地下排水系统。填方区处理大面积填方需考虑沉降控制。特殊地质处理软土、膨胀土等特殊土需专门处理。城市地下空间开发的地质条件地层条件评估地层岩性、结构对地下空间开挖的影响。水文地质分析地下水分布，设计防水排水系统。工程地质灾害评估地面沉降、周边建筑物影响等风险。施工方法选择根据地质条件选择合适的开挖支护方法。矿山开采的地质条件矿体特征矿体的形态、产状和品位决定开采方式。围岩性质围岩的强度和稳定性影响巷道支护设计。水文地质地下水条件影响排水系统设计和安全生产。水库工程的地质条件坝址选择考虑地形、地质构造和岩体性质，选择最佳坝址位置。渗漏防治分析库区可能的渗漏通道，制定防渗处理方案。诱发地震评估水库蓄水可能诱发的地震风险，采取预防措施。输变电工程的地质条件塔基基础根据地质条件设计稳定的塔基础。线路选择避开地质灾害易发区，确保线路安全。变电站场地选择地形平坦、地质条件良好的场地。接地系统考虑土壤电阻率，设计有效的接地网。地质灾害防治措施1调查评价全面调查评价地质灾害风险。2监测预警建立地质灾害监测预警系统。3工程治理采取边坡加固、排水等工程措施。4避让搬迁对于高风险区，实施避让搬迁。工程地质信息系统数据库管理建立完善的工程地质数据库，实现数据的存储和管理。GIS分析利用地理信息系统进行空间分析和可视化展示。三维建模构建工程地质三维模型，支持决策分析。工程地质学发展趋势智能化人工智能技术在工程地质勘察中的应用。精细化地质模型和分析方法的精细化发展。定量化工程地质评价方法向定