工程地质绪论.ppt

1、郑州大学土木工程学院,工程地质学,授课者 刘忠玉,手机E-mail: ,第一章 绪 论,1.1 地质学与工程地质学 1.2 工程地质学的主要任务和研究方法 1.3 土木工程对地基的基本要求 1.4 工程地质条件和工程地质问题,一、工程地质学的研究内容及任务,1、地质学及工程地质学,地质学是一门关于地球的科学。研究对象主要是固体地球的上层。主要内容是： 研究组成地球的物质。矿物学、岩石学、地球化学等 研究岩石或岩石组合的空间分布。构造地质学、区域地质学、地球物理学等 研究地球的历史以及栖居在地质时期的生物及其演化。古生物学、地史学、岩相古地理学等 地质学的研究方法及手段

2、。同位素地质学、数学地质学、遥感地质学等 研究应用地质学以解决资源探寻、环境地质分析和工程防灾问题。包括：（一） 找矿：矿床学、煤田地质学、石油地质学、铀矿地质学等（二） 防灾：工程地质学,2、工程建筑与地质环境之间的关系,地质环境对工程建筑的制约作用。例如：承载力不足、沉降或不均匀沉降过大、大规模的崩塌、滑坡、强烈地震，等等。 人类的工程活动会影响地质环境，甚至使自然地质条件恶化。例如，城市过量抽取地下水会引起大范围的地面沉降或地面塌陷；大型水库蓄水造成库岸滑坡或诱发地震；开挖深路堑有可能引起大范围的崩塌或滑坡；修筑桥墩或顺坝等构筑物引起局部河段泥沙的冲淤变形，等等。 研究工程建筑与地质环境

3、两者之间的相互制约关系，促使矛盾转化和解决，既保证工程安全、经济、正常使用，又合理开发和利用地质环境，就成了工程地质学研究的基本任务。,3、工程地质学的具体任务,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，选定建筑场地和适宜的建筑型式，保证规划、设计、施工、使用、维修顺利进行； 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势； 提出及建议改善、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； 研究岩体、土体分类和分区及区域性特点； 研究人类工程活动与地质环境之间的相互作用与影响。,4、工程地质勘察工作

4、,工程地质勘察的目的就是为了取得有关建筑场地工程地质条件的基本资料和进行工程地质论证。 因此，选择勘察方法，研究勘察理论和新的技术方法，也是工程地质学研究的内容和任务之一。,工程地质学的定义,工程地质学是将地质学的原理运用于解决工程地基稳定性的一门学科。工程地质学通过工程调查、勘察和研究建筑场地的地形地貌、地层岩性、地质构造、岩土体工程特性、水文地质和地表地质作用等工程地质条件，预测和论证有关工程地质问题发生的可能性并采取必要防治措施，以确保建筑物的安全、稳定和正常运行。,二、工程地质条件和工程地质问题,1、工程地质条件,指工程建筑物所在地区地质环境各项因素的综合。 地层岩性（最基本的因素）：

5、成因、时代、岩性、产状、成岩作用特点、变质程度、风化特征、软弱夹层和接触带以及物理力学性质等 地质构造（工程地质工作研究的基本对象）：褶皱、断层、节理构造的分布和特征。 水文地质条件（重要的因素）：地下水的成因、埋藏、分布、动态和化学成分 地表地质作用：滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、风沙移动、河流冲刷与沉积等 地形地貌 天然建筑材料,2、工程地质问题,已有的工程地质条件在工程建筑和运行期间会产生一些新的变化和发展，构成威胁影响工程建筑安全的地质问题。 （1） 地基稳定性问题； （2） 斜坡稳定性问题； （3） 洞室围岩稳定性问题； （4） 区域稳定性问题：地震、震陷和液化以及活断层,三、工程地质学

6、的研究方法,地质分析法与力学分析法、工程类比法与实验法的密切结合。即定性分析与定量分析相结合的综合研究方法。 地质分析法:以地质学和自然历史的观点分析研究某地质现象或问题周围其他自然因素和条件，了解在历史过程中对它的影响和制约程度，认识它形成的原因和预测其发展趋势和变化。是工程地质学的基本研究方法也是进一步定量分析评价的基础。 力学分析法：建立模型进行计算和预测 工程类比法：条件类似地区的类似问题可类似处理 实验法：室内或野外现场试验，取得数据。,四、工程地质学在土木工程建设中的作用,1、未经勘察或勘察不详的教训,（1）加拿大特朗斯康谷仓 矩形，由65个圆筒仓组成，南北向长59m，东西向宽23

7、m，高31m，自重20000t，筏板基础。谷仓地基土事先未进行勘察，仅根据邻近结构物基槽开挖试验结果得到地基承载力为352kPa。谷仓于1913年完工后，首次装入谷物（基底压力为329.4kPa）后，24小时内谷仓向西倾斜达2653，西端下沉7.32m，东端上抬1.52m。事后查明，该谷仓基础下埋藏有厚达12.2m的冰河沉积的高塑性软粘土，地基实际承载力仅为194 277kPa。,（2）巴西某十一层大厦,1955年始建的巴西某十一层大厦长25m，宽12m，支承在99根21m长的钢筋混凝土桩上。1958年大厦建成后，发现明显下沉。1月30日，该建筑物的沉降速度高达每小时4mm，晚8时许，大厦在2

8、0s内倒塌。后查明该大厦下有25m厚的沼泽土，而其下的桩长仅有21m，未深入其下的坚固土层。,2、重视地质，成绩显著,成（都）昆（明）铁路。该工程地处我国西南边陲，纵贯我国西南段横断山脉的断裂构造带，沿线气候、地形、地质条件异常复杂，以致当初某些外国专家实地考察后认为该铁路很难建成。但中央和铁道部高度重视，多次组织全国工程地质专家进行现场“会诊”和研究，动员和组织全路技术人员开展“大会战”，从而保证了成昆铁路的顺利建成通车。,五、工程地质学发展历史,上世纪30年代以前：朴素的地理地质知识 我国是文明古国，早在春秋时期就修建了许多大型工程，例如： 始建于公元前722年，自河南省荥阳引黄入淮的鸿沟

9、； 始建于公元前506年，江苏高淳县，沟通太湖与长江的伍堰； 闻名于世的大运河，南起杭州，北达北京的通县，全长1782km，其中江苏境内的仪征至淮安一段始建于公元前485年； 古长城和都江堰（四川），兴建于战国时期。 世界各地：玛雅文化遗址；埃及的金字塔等,上世纪30年代：完整、系统的工程地质学或理论体系由原苏联地质学家提出。 1932年，苏联莫斯科地质勘探学院成立了世界上第一个工程地质教研室。代表人物有：萨瓦连斯基、波波夫、卡明斯基和洛姆塔泽等创立了比较完善的工程地质学体系，这标志着工程地质学的诞生。 上世纪前半叶，我国的工程地质工作仅限于几个工程项目的勘察，没有系统的理论综合。直到解放后，

10、随着国家建设的发展，尤其是基础工程设施的兴建，进行了一系列大型工程场址的勘察、评价以及工程建设(1957年武汉长江大桥的建成、三峡工程的勘察)。促进了我国上世纪60年代以来工程地质学的大发展，形成了一些新的工程地质思想和理论：如谷德振的“岩体结构”；刘国昌的“区域稳定性”；胡海涛的“安全岛”；等。,我国改革开放以来，随着经济高速发展，大规模基础工程设施的修建，如举世瞩目的三峡工程动工修建，京九线等一大批铁路、高等级公路、海港码头、桥梁等大量修建，以及大中城市的高层建筑群如雨后春笋般拔地而起，都为工程地质工作者提出了许多新的研究课题。可以说，这二三十年来，是我国工程地质学高速发展时期，研究水平与世界同步，并具有自己的特色。 工程地质学发展到今天，其研究的深度和广度已有很大的变化。上世纪60年代出现了一系列与人类活动有关，且大规模破坏环境的地质问题。提出了环境工程地质问题：水库诱发地震；城市地面沉降等，在某些地区人类的工程活动相当于甚至超过了一般的地质作用。 世界级的巨大工