工程地质学：第一章 绪论

工程地质学地质工程专业主干课程第一章

绪论

工程地质学（EngineeringGeology）——是一门研究与工程建设有关的地质问题，为工程建设服务的地质科学，它是地质学的分支学科，属于应用地质学的范畴。狭义工程地质勘察学工程地质学基础区域工程地质广义土力学岩石力学土质学一、研究对象

浅表层地质环境工程建筑物

两者关系、适应性、矛盾转化、解决。保证建筑物的安全、经济和正常使用勘察、分析评价——阐明条件、解决问题——满足建筑物的设计、施工、使用工程建筑对地质环境的作用工程建筑类型多——工业与民用建筑、铁路、公路、矿山建筑、水利建筑等每一类型建筑又有一系列建筑物群体——高楼大厦、工业厂房、矿井、巷道、地铁等有的在地上，地的在地下——地壳中——无不与地质环境息息相关。——高、大、深、精工程建筑对地质环境的作用——地应力和地下水、地温。应力——建筑物自重加载、开挖卸荷效应、地下洞室开挖对围岩应力的影响，引起岩土体应力状况发生变化，使岩土体产生变形至破坏。地下水——岩土的软化和泥化、地基砂土液化、道路冻害、水库浸没、坝基渗透变形、隧道涌水、矿区地面塌陷三峡工程规划图地面沉降使桥墩错位二、研究任务①阐明建筑地区的工程地质条件，并指出对建筑物有利和不利的因素；②论证建筑物所存在的工程地质问题，进行定性和定量的评价，作出确切的结论；③选择地质条件优良的建筑场址，并根据场址的地质条件合理配置各个建筑物；④研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响，预测其发展趋势，并提出对地质环境合理利用和保护的建议；⑤提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议，以及保证建筑物正常使用所应注意的地质要求；⑥为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。工程地质是工程建设的基础工作。基本任务：查明工程地质条件；中心任务：工程地质问题的分析、评价两个重要概念

实践表明：工程地质条件的阐明，是工程地质工作的基础；而工程地质问题的论证和解决，则是工程地质工作的核心。明确工程地质条件和工程地质问题的含义是很有必要的。工程地质条件（Engineeringgeologicalcondition）：与工程建筑物有关的地质因素的综合。岩土类型及其工程性质地质结构地形地貌水文地质工程动力地质作用天然建筑材料

由于不同地区的地质环境不同，工程地质条件不同，对工程建筑物有影响的地质因素的主次关系不同。工程地质条件是在自然地质历史发展演化过程中形成的工程地质条件的优劣取决于其各个要素是否对工程有利。（一）一般理解工程地质条件可以理解为与工程建筑有关的地质要素之综合，包括地形地貌条件、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、以及天然建筑材料等六个要素。工程地质条件是一个综合概念，是指上述六个要素的总体，而不是指任何单一要素。构成工程地质条件的要素都属于地质范畴，工程地质条件是客观自然存在的，是自然地质历史塑造而成的，而不是人为造成的。工程地质条件所包括的几个要素之间是相互联系，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。举几个例子：★山区——基岩为主—断裂发育—基岩裂隙水为主—物理地质现象发育—石料丰富模式；★平原区——冲积土层巨厚—砂土、粘性土层频繁交互—物理地质现象不发育—孔隙水为主—土料丰富石料缺乏模式；★深切峡谷区——碳酸盐岩发育巨厚—地质结构中等复杂程度—岩溶水为主—岩溶强烈—石料丰富土料缺乏模式。（二）工程地质条件各要素的分析1、岩土类型及其工程地质性质

这是工程地质条件最基本的要素，任何建筑物都是脱离不开土体或岩体的。岩土的类型不同，其性质有很大差别，工程意义大不一样。2、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，不但能够大量节约投资，而且对建筑群中各种建筑物的布局和建筑物的型式、规模以及施工条件等也有直接影响。施工条件包括施工场地是否足够宽阔，施工运输道路是否方便等。地形地貌条件还能反映出地区的地质结构和水文地质结构特征。

3、地质结构

地质结构除了包含地质构造之外，它还包括岩土单元的组合关系及各类结构面的性质和空间分布。土体和岩体的地质结构有所不同。土体结构主要是指土层的组合关系，亦即由层面所分隔的各层土的类型、厚度及其空间变化。岩体结构也主要指岩层的构造变化及其组合关系，同时还包括各种结构面的组合。4、水文地质条件对工程有影响的因素是：地下水的类型，地下水位及其变动幅度，含水层和隔水层的分布及组合关系，各自的厚度，土层或岩层渗透性的强弱及其渗透系数，富水性，承压含水层的特征及水头。岩石裂隙水的特性，水动力条件，分布的不均一性，含水层和隔水层的特点，裂隙水渗透压力。地下水的补给、径流和排泄条件，地下水的水质及侵蚀性，等等。5、物理地质现象

这是指对工程建设有影响的自然地质作用和现象。地壳表层经常处于内动力地质作用和外动力地质作用的强烈影响之下，对建筑物造成威胁与破坏，其规模常甚巨大，甚至是区域性的。地震、滑坡、泥石流、岩溶、崩塌、海岸冲刷……6、天然建筑材料许多建筑物的建筑材料是取之于土和岩石的，这称为天然建筑材料。例如土石坝、路堤、路基、挡墙、护坡、码头等都需要大量天然建筑材料。又如用作混凝土骨料的砂土和砾石，用作为土石坝防渗设施的粘性土，用作为反滤设施的粗细砂土和砾石等，数量也是很大的。各种用途的天然建筑材料都应符合一定的质量要求，满足数量的需要。工程地质问题（EngineeringgeologicalProblem）：工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。场地工程地质条件不同、建筑物内容不同，所出现的工程地质问题也各不相同。房屋工程：地基承载力、沉降、基坑边坡问题地下洞室：围岩稳定性、突水、涌水矿山开采：边坡稳定性、基坑突水、矿坑稳定性…水利水电工程：渗透变形、水库渗漏、斜坡稳定性、坝体抗滑稳定性……工程地质问题的分析、评价，是工程地质工程师的重点任务。三峡工程

三峡工程全称为长江三峡水利枢纽工程。三峡工程是中国，也是世界上最大的水利枢纽工程，是治理和开发长江的关键性骨干工程。它具有防洪、发电、航运等综合效益。三峡工程正常蓄水至175米时，三峡大坝前会形成一个世界上最大的水库淹没区——三峡库区。三峡水库将淹没陆地面积632平方公里，淹没城市2座、县城11座、集镇116个，涉及到湖北省夷陵区、秭归县、兴山县、巴东县和重庆市主城区及所辖的巫山县、巫溪县、奉节县、云阳县、万州区、石柱县、忠县、开县、丰都区、涪陵区、武隆县、长寿县、渝北区、巴南区、江津市等。其中秭归、兴山、巴东、巫山、奉节等9座县城和55个集镇全部淹没或基本淹没。三峡工程规划图三峡工地鸟瞰图三峡工程地质原貌图三峡库区自然地质条件复杂，生态环境脆弱，暴雨洪水频繁，地质灾害严重。据调查，三峡库区地质灾害的类型主要是滑坡和崩塌，已查出库区两岸规模较大的崩滑体2100余处。按稳定状态估计水库蓄水到175米后，不稳定和潜在不稳定的崩滑体1130余处。此外还有泥石流沟90余条。蓄水后水库塌岸也将引发新的地质灾害。在三峡库区范围内存在着众多工程地质问题：☆库岸稳定性问题☆水库诱发地震问题☆水库渗漏问题☆水库浸没问题☆水库淤积问题★Vajont滑坡（意大利瓦依昂水库）

1963年10月夜间发生在意大利北部山区的Vajont水库，被公认为是世界上最严重的滑坡灾害。该水库库容10亿立方米，坝高267米，是当时世界上最高的双曲拱坝。水库蓄水造成水库岸坡地下水位的相应抬高，地质环境发生了急剧变化，2.6亿立方米的石灰岩山体以20M/S以上的速度滑入水库。最大涌浪高度250M，越过坝顶高度达150M，库水迅猛泻向下游。洪水摧毁了下游数公里以内的5个村庄，2600人在梦中死亡。该水库也因滑坡填入而报废。

地质剖面图Vajont水库左岸滑坡

滑坡前

滑坡后

滑坡后

滑坡前

★武汉三眼桥十八层大楼倾斜

1995年12月，武汉市三眼桥的一栋十八层住宅楼由于发生倾斜，建设部命令定向爆破炸毁。

总投资三千万元，最大倾斜量达到4.8米。原因：

（1）桩型选择不很合理－－夯扩桩

（2）施工质量没有保证★湖北远安盐池河磷矿岩崩

1980年6月湖北省远安县盐池河磷矿突然发生了一场巨大的岩石崩塌（岩崩、又称山崩）,山崩时，标高839米的鹰嘴崖部分山体从700米标高处俯冲到500米标高的谷地。在山谷中乱石块覆盖面积南北长560米，东西宽400米，石块加泥土厚度30米，崩塌堆积的体积共100万立方米。最大岩块有2700多吨重。顷刻之间，盐池河上筑起一座高达38米的堤坝，构成了一座天然湖泊。乱石块把磷矿的五层大楼掀倒、掩埋。死亡307人。还毁坏了该矿的设备和财产，损失十分惨重。★洒勒山大滑坡

洒勒山大滑坡位于甘肃省东乡族自治区的洒勒山。1983年3月7日发生，仅数十秒就使3个村庄荡然无存，死237人，伤22人，压死牲畜数百头，大牲畜仅存4头。滑下岩土近4亿立方米，使一个水库被填，一个水库进水渠道被淤，三千亩农田被毁。该滑坡滑动速度之快、规模之大、灾害之重，在中外滑坡史上均为罕见。

地面塌陷三、研究内容岩土工程性质的研究研究与工程建筑物有关的岩土体的工程地质性质及其变化规律，即分布规律、成因类型、力学性质等。

分支学科：工程岩土学（Scienceofengineeringrockandsoil)工程动力地质作用的研究地壳表层由于受到各种自然营力：地球内力与外力作用，人类工程活动。物理地质现象——由于自然营力引起的各种地质现象工程地质现象——由于人类工程-经济活动引起的地质现象研究工程动力地质作用的形成机制、规模、空间分布及发展趋势，对由此引起的工程地质问题进行评价、防治和改造。分支学科：工程动力地质学（Engineeringdynamicgeology

）

工程地质勘察理论和技术方法的研究研究勘察方法的选择、工程的布置原则、工程量的分配，勘察技术、方法理论的改进。规范、手册为指南。分支学科：工程地质勘察、岩土工程勘察。专门工程地质学（Specialengineeringgeology

）区域工程地质研究为工程规划设计提供地质依据，进行工程地质区划。

分支学科：区域工程地质学（Regionalengineeringgeology

）环境工程地质研究研究人类工程活动和地质环境之间的联结模式，科学预测人类活动对地质环境的影响。

分支学科：环境工程地质学（environmental

engineeringgeology

）四、研究方法自然历史分析法数学力学分析法模型模拟试验法工程地质类比法自然历史分析法—

地质学分析研究地质体、地质现象、自然地质历史形成演化。地质基础工作。基本的研究方法。——定性方法例如：斜体变形破坏研究。

数学力学分析法—

定量分析计算、评价

针对某一具体问题。地质分析为基础—

地质模型—

数学模型（理论经验公式等）—

代入有关参数进行计算。例如：刚体极限平衡法、弹塑性理论方法、数理统计方法、数值分析方法。还如，灰色理论、逻辑信息、模糊数学、分形、神经网络、层次分析等。

模型与模拟实验法—

仿实体演绎

模型实验：如渗流、斜坡、地基渗透变形、洞室稳定等方面都可以进行。模拟实验：如光弹实验、电网络模拟（欧姆定律—渗流达西定律）、结构的网络模拟等。工程地质类比法—

经验借鉴、对比

基础是相似性（地质条件与建筑物工作方式）如：专家判断、经验参数使用。

上述方法各有特点，相互补充，综合应用。五、与其相关的分支学科地质学分支—

矿物学、岩石学、构造地质学、地史学、第四纪地质与地貌学、水文地质学、动力地质学等。专业基础学科—

土质学、土力学、岩体力学。其它基础学科—

数学、物理学、物理化学、胶体化学、工程力学、弹塑性力学、材料力学、工程建筑学、环境科学、生态学、其他应用技术学科(计算机科学)等。六、历史、现状

诞生：

1932年在莫斯科地质勘察学院开始培养工程地质专业人才，奠定工程地质学的理论基础。此时，在欧美此项工作也在开展，但它附属于土木建筑工程，有关岩土工程地质研究在“岩土工程”学科完成。工程地质学的发展1925K.Terzaghi(太沙基)建筑土力学

俄罗斯著名工程地质学家萨瓦连斯基、卡明斯基、波波夫等在工程岩土学、工程地质学等方面做了大量的理论与奠基工作，工程地质学在三十年代从前苏联开始形成了一门独立的学科。1936哈佛大学第一届国际土力学会议1948Geotechnique两个发展走向:GeotechnicalEngineering（岩土工程）1932莫斯科地质学院成立工程地质教研室KarlTerzaghi（1883.10-1963.10）ThefatherofthemodernsoilmechanicsGEOTECHNIQUEVol.1No.1目录1968国际地质大会成立工程地质分会1996国际工程地质与环境协会（IAEG）2000国际工程地质与环境协会、国际岩石力学学会、国际土力学与基础工程学会联合召开国际会议趋向:走向融合

COMMONGROUNDHelmutBock.Commongroundinengineeringgeology,soilmechanicsandrockmechanics:past,presentandfuture.Bulletinofengineeringgeologyandtheenvironment,2006,65(2)

IAEG(INTERNATIONALASSOCIATIONFORENGINEERINGGEOLOGYANDTHEENVIRONMENT

)新一届执委会成员，来自西班牙的CarlosDelgado教授当选为IAEG主席，中国科学院地质与地球物理研究所伍法权教授当选为IAEG秘书长，成都理工大学黄润秋教授当选为亚洲区副主席。自此，国际工程地质与环境协会总部挂靠中国科学院地质与地球物理研究所，此前IAEG总部一直挂靠在协会创始单位法国巴黎高等矿业学院。

1979年11月中国地质学会工程地质专业委员会，我国首届工程地质大会(苏州)。至今已召开九届大会和多次专题学术讨论会。

1989年全国地质灾害研究会，并办有专门的学报，专门从事地质灾害的形成机制、时空分布规律、预测预报、防治对策和措施等方面的研究。

2003年底全国岩土与工程大会(北京)：中国地质学会工程地质分会、中国建筑学会工程勘察分会、中国土木学会土力学与岩土工程分会、岩石力学与工程学会联合召开趋向:走向融合COMMONGROUND2006.10.28-11.1第二届全国岩土与工程大会（武汉）2009年6月第三届全国岩土与工程大会（成都）2013年11月第四届全国岩土与工程大会（杭州）

机构：

1952年我国成立地矿部，设立水文地质工程地质局。同时，水利、铁道、运输等部门相继设立工程地质处或勘测队。同年成立北京地院、长春地院并设立水文地质工程地质专业。1956年地矿部、中科院设立水文地质工程地质研究所。

现有地质工程专业院校——83个本门课程的主要内容与学习方法本课程主要研究与工程建设有关的一些主要的工程动力地质作用和现象，包括它们的特征、形成机制、发生和发展演化规律、影响因素、可能产生的工程地质问题、分析评价和预测预报方法，以及防治措施等。所以实际上又是工程动力地质学研究的内容。主要学习内容由地球内动力引起的工程动力地质作用，包括活断层、地震和砂土地震液化的工程地质研究。由地球外动力引起的工程动力地质作用，包括岩石风化、斜坡的变形与破坏、渗透变形、岩溶、河流侵蚀、泥石流的工程地质研究。由人类工程——经济活动引起的工程动力地质作用，包括诱发地震、地面沉降、地下工程的工程地质研究。自学：工程地质学基本理论：工程地质条件成因演化论、区域稳定性理论、岩体结构控制论工程地质技术与方法：工程地质模拟与评价、工程地质勘察、工程地质测试与试验、工程地质监测与预测、工程地质信息技术通过本课程的学习，要求掌握对各种工程动力地质作用分析研究的思路和方法