工程地质学绪论课件

1、工程地质学环境与土木工程学院 工程地质教研室总学时 ：理论48答 疑：平时教学安排教材及教学参考书教材： 工程地质学概论 李智毅、杨裕云主编 中国地质大学出版社，1994年10月第1版，2012年2月第16次印刷 参考书：工程地质学相关书籍一、水工环？水文地质工程地质 环境地质水文地质 水文地质是研究地下水的科学。 随着科学的发展和生产建设的需要，水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。 近年来，水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透，又形成了若干新领域。 工程地质 工程地质是研究人类工程活动与地质

2、环境之间的关系的科学。 近年来，随着大规模工程建设的发展，其研究领域日益扩大。除了工程岩土学、工程动力地质学、专门工程地质学和区域工程地质学外，一些新的分支学科正在逐渐形成，如矿山工程地质学、海洋工程地质学、城市工程地质学及环境工程地质学、工程地震学等。 环境地质 “环境地质”一词最早出现于20世纪60年代末、70年代初一些西方工业发达国家的文献中。那时这些工业发达国家，已感到环境问题迫切性，开始把滑坡、泥石流、地面沉降、城市地质等问题研究列为环境地质研究的范畴。 环境地质在我国出现和使用较晚，但也是随着一系列严重的环境问题（如环境污染、地质灾害等）对生产、生活的影响愈来愈突出而提出的。 特点

3、：（1）边缘学科：工程科学与地质科学相互渗透、交叉（2）分支学科：地质学的分支；工程与技术科学、 基础学科的分支（3）应用学科：服务于工程建设工程地质学研究人类工程活动与地质环境之间的相互联系、相互制约的关系，以便科学评价、合理利用、有效改造和妥善保护地质环境的科学。二、工程地质学1.工程地质学的概念（学科性质）相互联系人类工程活动地质环境相互制约人类工程活动与地质环境的关系地质环境指的是受人类活动影响的地球表层的地质空间, 即岩石圈、水圈和大气圈相互交汇而成的地质空间。地质环境影响工程活动的安全：如采煤过程中的瓦斯爆炸、涌水，隧道掘进过程中出现塌顶、岩爆或涌水等；如王家岭煤矿透水事故与智利铜

4、矿矿难地质环境对人类工程活动的制约：地质条件不具备而使工程造价提高：如沿海三角洲地区城市修建高层建筑，往往由于软基需要深基坑或桩基或筏式地基而增加造价，高烈度地区建造巨型电站因考虑高烈度而使造价大幅度提高。地质环境影响工程建筑物的稳定和正常使用：如瓦伊昂事件，水库渗漏、崩塌、滑坡、泥石流破坏公路与铁路；襄渝铁路区梨树湾附近在建隧道垮塌2009年07月19日 某隧道ZK95+970处垮塌意大利瓦依昂滑坡（巨型顺层滑坡） 1963年10月9日，意大利北部Piave河的一条支流上，方量大于2.7108m3的巨大坡体以超过30m/s的速度快速滑入瓦依昂水库，高高涌起的水浪翻过坝体，造成了巨大的破坏和人

5、员伤亡。 滑坡造成的向上游和下游两个方向奔涌的波浪翻过坝体100米，在瓦依昂山谷内与Piave河的交汇处仍有70米高。巨大的涌浪摧毁了Langarone的大部分城镇和Piave 山谷的部分城镇。瓦依昂坝（265m，当时世界最高拱坝）却几乎完整地保留下来。滑坡前滑坡后水库变“石库”，丧失库容使工程失去效用，溃坝洪水冲毁河谷内一切设施，死亡2600余人。蓄水后，左岸山体中的粘土岩浸水膨胀而推动山体下滑，数亿立方米的岩石高速崩滑至水库中。地质勘探不充分，地质条件评估失误162003年7月13日零时20分，三峡水库区秭归县千将坪村发生大规模滑坡 丹巴县建设街后山滑坡位于丹巴县城后侧, 纵向长约270米

6、,宽200余米,滑体厚度平均30米,最大厚度超过40米,前后缘高差接近200米，总体积约150230104m3。2004年12月11日晚10时30分左右，甬台温高速公路柳市附近发生大面积山体滑坡事故，形成了一个长65米、宽约40米、高约20多米的锥形堆积体，大量乱石倾覆在高速公路双向车道上，致使温州大桥白鹭屿至乐成镇一段的高速公路双向车道全部瘫痪。 人类工程活动又会以各种方式影响地质环境：人类工程活动对地表的改造已达到不可忽视的程度，到目前为止人类活动已涉及到地表80的地区。如过量开采地下水，引起大范围的地面沉降；在上游修建梯级电站，改变河流的地质作用，使得局部河段的侵蚀淤积规律发生变化；道路

7、修建中不合理削坡使坡体稳定性降低；水库蓄水导致岸坡稳定性降低，水库诱发地震；大规模的砍伐森林造成荒漠化等等。 人类工程活动对地质环境的影响：天津市地面沉降例如：在高烈度区、岩土体稳定差的地区修建水坝、水库，造价高，另一方面水库的修建使近坝、库岸的岸坡的稳定性降低，尤其是水位骤然升降经常引起岸坡失稳，蓄水引起水库诱发地震等。人类工程活动与地质环境之间的相互制约a.评价工程地质条件，阐明地上和地下建筑工程兴建和运行的有利和不利因素，选择建筑场地和适宜的建筑型式，保证规划、设计、施工和使用顺利进行；b.从地质条件与工程建筑相互作用的角度出发，论证和预测有关工程地质问题发生的可能性、发生的规模和发展趋

8、势；c.提出改善、防治或利用有关工程地质条件的措施、加固岩土体和防治地下水的方案等。 2.工程地质学的主要任务 A 工程地质条件指的是与工程建设有关的地质因素的综合，或是工程建筑物所在的地质环境的各项因素。（教材P2）包括以下六个方面。3 .两个重要的概念（术语）工程地质条件工程地质问题地形地貌条件地质结构和地应力岩土类型及其工程地质性质水文地质条件物理地质现象（工程动力地质作用）天然建筑材料 工程地质条件 应注意的几个方面： （1）工程地质条件是一个综合概念。 （2）工程地质勘察的基本任务：查明建筑场地的工程地质条件影响工程建筑物的安全、经济和正常使用。 （3）工程地质条件的各因素的影响有主

9、次，应分清主次,有利的和不利的因素。 （4）采用自然历史分析方法研究工程地质条件。 工程建筑类型、结构形式、规模不同，对地质环境的要求不同，因此工程地质问题是复杂多样的，例如： （1）工业与民用建筑 地基承载力与变形问题 （2）地下洞室 围岩稳定性问题 （3）露天采矿场 采矿边坡稳定性问题 （4）土石坝 坝基渗透变形和渗漏问题 （5）砼重力坝 坝基抗滑稳定性问题 （6）砼拱坝 坝肩抗滑稳定性问题 其它的还有：水库渗漏、库岸再造、库周浸没、砂土液化、地面沉降问题等。 B 工程地质问题指的是工程地质条件与工程建筑物之间所存在的矛盾和问题。（教材P2）LowWeightSoft toFirm Cla

10、yLarge DistributedWeightVery Large ConcentratedWeightDense SandStrong Rock建筑物地基27意大利比萨斜塔2829加拿大特朗斯康谷仓谷仓于1913年秋建成，10月初贮存谷物2.7万t时发现谷仓明显下沉，谷仓西端下沉8.8m，东端上抬1.5m，最后，整个谷仓倾斜27。事后勘察了解，该建筑物基础下埋藏有厚达16m的高塑性淤泥质软粘土层。谷仓加载使基础底面上的平均荷载达到330kPa，超过了地基的极限承载力280kPa，因而发生地基强度破坏而整体滑动。30苏州市虎丘塔 此塔建于宋太祖建隆二年，距今已有1036年历史。塔高47.5m

11、。20世纪80年代，塔身已向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线2.31m。采取在塔四周建造一圈桩排式地下连续墙，并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和树根桩加固塔身。二滩电站地下厂房二滩电站中央控制室厂房长280.3米，宽25.5米，高63.9米 大型地下硐室拉西瓦地下洞室三维地质模型地下厂房31175 m30 m75 m 34 长江三峡工程 永久船闸高边坡双线连续五级船闸设计总水头113m，单级最大水头45.2m，总长6442m（其中主体段长1621m），为世界之最。工程土石方开挖量3779万m3，混凝土浇筑355万m3，高强锚杆10万余根，预应力锚索3441束。三峡永久船闸高边坡三峡重力坝溪洛渡水电站

12、双曲拱坝（坝高278m）左坝肩拱间槽右坝肩拱间槽溪洛渡水电站坝肩开挖我国第二大水电站溪洛渡电站下闸蓄水2013年5月4日2006年2月，长江干堤岳阳段，华容县境内荆江天字一号河段，崩岸最严重的长600米，最近处距长江主干堤不足60米水电工程建设交通基础设施建设4.工程地质学的学科体系及与其它学科的关系（教材P2）1）.岩土工程地质性质研究：“工程岩土学”2）.工程动力地质作用的研究：“工程动力地质学”3）.工程地质勘察理论和技术方法的研究：“专门工程地质学”4）.区域工程地质的研究：“区域工程地质学”5）.环境工程地质的研究：“环境工程地质学” 学科体系（1）地质学的分支学科：动力地质学、矿物

13、学、岩石学、构造地质学、第四纪地质学、地貌学、水文地质学等，是工程地质学的地质基础学科。（2）数学、物理学、化学、力学等学科：不良地质现象的形成机制研究和工程地质问题定量评价的基础。特别是土力学、岩体力学。（3）与工程应用技术科学、环境科学、工程科学等关系密切。如计算机技术、钻探学、地球物理勘探学等。 工程地质学与其它学科的关系5.工程地质学的发展历史与趋势 工程地质学与人类社会发展息息相关。 成为一门独立学科的时间有80多年（20世纪30年代初，产生于原苏联）。同时，欧美国家开展了工程地质工作。以后学科体系逐渐完善。 国际工程地质与环境协会（IAEG，International Associ

14、ation of Engineering Geology and the Environment ），于 1962年发起成立，每4年召开一次国际会议，进行学术交流。发展历史（教材P3-4）中国地质学的发展可分为3个阶段：1）新中国成立之前的已有基础；2）建国之初70年代中期的迅速发展阶段；3）70年代后期至今，全面发展阶段。1979年11月，中国地质学会 工程地质专业委员会成立我国的工程地质学科在国际上基本处于领先地位。张倬元教授王士天教授王兰生教授孔德坊教授发展趋势1.在工程设计、施工、运营各阶段，工程地质将与岩土工程（岩土力学）更密切的结合； 2.在研究工程地质条件和选择工程设计、施工中所

15、需要的地质参数时，将与数学、力学、应用地球物理学等相结合； 3.在进行工程环境的综合评价及研究地质环境的保护、利用和开发时，将与水文地质学相结合。 应用航天、航空遥感技术、地理信息系统和全球定位系统（3S技术）, 把握地质环境及其变化的区域规律; 应用浅层地球物理的理论与方法刻画工程地质体的精细结构; 基于现代技术的力学试验和变形全过程的监测; 利用数学、力学（岩土力学）研究成就和信息技术, 在地质分析和变形破坏研究基础上进行模拟预测并走向智能化等。6.工程地质学的研究方法 工程地质学的研究对象是复杂的地质体，其研究方法有：（1）自然历史分析法（2）数学力学分析法（3）工程地质类比法（4）模型

16、试验和模拟试验法 换句话说，工程地质学的研究方法为定性分析与定量评价相结合的综合研究方法。密切结合（1）自然历史分析法 各种地质体都是在自然历史过程中形成的，而且随着所处条件的变化，不断演化。（2）数学、力学分析法九寨黄龙机场Flac3D数值模拟（3）工程地质类比法已有地质条件相同、相近的建筑物所产生的工程地质问题与拟建工程进行对比分析。莲花峰呈坎标1号标2号标7号标古滑坡标2号坡标5号坡标10号坡标15号坡富溪汤口汤屯、黄塔桃高速公路高边坡稳定性动态评价及支护设计优化研究（4）模型试验和模拟试验法二维、三维地质模型物理模拟工程地质学教材内容共分为：3大篇1附篇第一篇 岩土工程地质性质研究（6章） 第一章 土的物质组成与结构、构造 第二章 土的物理性质 第三章 土的力学性质 第四章 各类土的工程地质特征 第五章 岩石的工程地质性质 第六章 岩体的工程地质性质及岩体工程分类三、主要教学内容 第二篇 工程动力地质作用研究（6章） 第七章 活断层和地震工程地质研究