工程地質(zhì) 第1章緒論

1工程地質(zhì)

（第2版）

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第1章緒論

1.1工程地質(zhì)問題的提出 1.2工程地質(zhì)學的定義與發(fā)展 1.3工程地質(zhì)學的研究對象和工程地質(zhì)條件1.4工程地質(zhì)學的研究內(nèi)容和分析方法 1.5本課程的學習內(nèi)容與要求 31.1工程地質(zhì)問題的提出

為什么要學習工程地質(zhì)學？如何學習工程地質(zhì)學？工程中會遇到什么地質(zhì)問題？如何解決工程中遇到的地質(zhì)問題？本書將向你介紹工程地質(zhì)學的內(nèi)容、研究方法和相應(yīng)問題的處理措施。下面先讓我們來看看工程地質(zhì)問題的事故及分析。4浙江甬臺溫高速公路大面積山體崩塌事故1.山體崩塌事故

1.1.1典型工程地質(zhì)事故分析

事故發(fā)生的主要原因是:

路塹邊坡高陡，此處方斗巖存在三組不良結(jié)構(gòu)面組合，尤其是緩傾外傾結(jié)構(gòu)面的存在導致邊坡不穩(wěn)定，不穩(wěn)定邊坡在長期雨水滲透和行車振動等作用下造成此次崩塌。同時，由于陡直臨空面的形成，仍有可能再次發(fā)生崩塌。應(yīng)對辦法是先對發(fā)生事故的南側(cè)山體采用挖土機將崩塌體挖除并進行邊坡削坡整治，同時進行錨桿注漿加固。5溫州樂清市仙溪鎮(zhèn)山嶺塌方引起泥石流災害2.泥石流災害

2004年8月臺風登陸后經(jīng)過浙江樂清市，帶來12級以上大風和特大暴雨，8小時過程降雨量達730mm，引發(fā)特大山洪，導致溫州樂清市仙溪鎮(zhèn)白巖山村的一座山嶺塌方，造成了特大泥石流災害。此次泥石流災害共造成39人死亡，8人失蹤。所以在建筑物規(guī)劃設(shè)計前要先進行不良地質(zhì)條件的巖土工程勘察與評價以避免此類事故的發(fā)生。63.地震誘發(fā)的地質(zhì)災害

2008年5月12日汶川地震導致映秀鎮(zhèn)92%的房屋倒塌，北川縣城80%的房屋倒塌，共造成69225人遇難，17939人失蹤，造成了連接青藏高原東部山脈和四川盆地之間大約275千米長的斷層，同時地震還觸發(fā)了大量的次生地質(zhì)災害！此次地震是印度洋板塊向亞歐板塊俯沖，造成青藏高原快速隆升，在高原東緣沿龍門山構(gòu)造帶向東擠壓，造成構(gòu)造應(yīng)力能量的長期積累，最終在龍門山北川—映秀地區(qū)突然釋放而產(chǎn)生。

7美國1989年LomaPrieta地震中高速公路橋倒塌破壞

81995年日本阪神地震儲油罐傾斜房屋傾斜地震液化引起的河道破裂9101964年日本新瀉地震地基的大面積液化

11液化引起的公路破壞12目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差達1.80m，塔頂離中心線已達5.27m，傾斜5.5°1360：再復工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m1272：復工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工1173：動工原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和黏土層，強度較低，變形較大。比薩斜塔4.建筑物地基事故

131415加拿大特朗斯康谷倉的地基事故概況：長59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個圓筒倉。鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。

1911年動工，1913年完工，自重20000t。事故：建成后初次存放谷物時：1小時豎向沉降達30.5cm24小時傾斜27°西端下沉7.32m

東端上抬1.52m上部鋼混筒倉完好無損161940年在軟黏土地基上的某水泥倉庫的傾覆17上海地鐵線軟土地基中凍結(jié)法施工引發(fā)的工程事故18廣州京光廣場基坑支護結(jié)構(gòu)的破壞19廣東環(huán)市東路土釘墻塌方天河北土釘事故20

清華大學供應(yīng)科辦公庫房樓因鉆孔深度太淺，未發(fā)現(xiàn)地基中部厚層高壓縮性泥炭層，導致墻體開裂，大裂縫達33條，成為危房。21由相鄰建筑物引起的沉降破壞22關(guān)西機場不均勻沉降23

2004年福建羅長高速公路亭江長柄高架橋發(fā)生的路基特大坍塌。該路段地基處于沿海山區(qū)溝壑地形海相沉積的復雜地質(zhì)狀況，在地表水和短時間集中暴雨滲入路基后，使地基和填土路基強度降低，在高路堤的重力作用下，導致地基失穩(wěn)，產(chǎn)生整體滑移。該軟土路基工程設(shè)計中沒有采用樁基礎(chǔ)是一大欠缺。5.高速公路路基及橋梁事故

2425溫州均瑤大廈實景圖均瑤大廈沉降實測值6.建筑物樁基礎(chǔ)事故

26溫州某商廈位于溫州車站大道，于1995年打樁，采用X字型預制樁，采用260t壓樁機施工。樁截面尺寸為500mm×500mm。最初壓樁施工以壓樁力主控，樁長為輔控。該工程原設(shè)計為9層，共布樁186根，施工時加層3層，增補5根鉆孔樁。工程基礎(chǔ)平面尺寸為33.2m×13.8m，框架結(jié)構(gòu)。商廈竣工時運行正常。2003年12月21日突然發(fā)生沉降，沉降速率最大為7mm/d，累計沉降最大達131mm，且發(fā)生傾斜達8.6‰，如圖1-2和圖1-3所示。

27經(jīng)過分析，事故的原因主要為：一是設(shè)計時布樁選型和布置不合理，樓房的重心與基礎(chǔ)反力中心有一定量的偏離，結(jié)構(gòu)選型不合理，未布置剪力墻，抗側(cè)剛度弱，設(shè)計安全度低，加層后布樁不合理；二是在樁基實際施工時樁端可能未達到持力層，成為摩擦樁；三是建筑物使用期間，二次裝修增加了上部荷載，且荷載分布不均勻；四是黎明立交橋、車站大道的汽車振動使土體產(chǎn)生振動蠕變而引發(fā)沉降，同時，較大的振動荷載導致了樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的下降。本工程后來通過靜壓錨桿樁加固，最后控制了房屋基礎(chǔ)沉降并交付使用。28溫嶺購物中心不均勻沉降29臺州某購物中心（如圖1-4），樓高8層，下部為兩層商場，上部為住宅樓，由東樓、西樓和裙房組成?；A(chǔ)設(shè)計采用樁徑Φ800mm、樁長45m的鉆孔灌注樁，樁端持力層為礫石層，樁側(cè)土為海相淤泥質(zhì)土。樓房竣工后最大沉降達到20cm且東西樓不均勻，造成嚴重的工程質(zhì)量事故。經(jīng)分析軟土層厚度較大且分布不均，樁基施工中樁側(cè)泥皮較厚導致側(cè)阻力下降和樁端礫石層擾動及沉渣處理不干凈導致端阻力下降，造成樁基承載力達不到設(shè)計要求，是典型的樁基施工質(zhì)量事故，遭到省建設(shè)廳的處罰，最后對其進行了加固處理。307.大壩潰壩

Malpasset雙曲拱壩潰壩破壞31Teton壩（美國）32Teton壩現(xiàn)狀33九江大堤決口潰口原因：堤基管涌1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進水口341998年8月湖北牌洲灣潰堤35

崩岸368.地質(zhì)災害

香港寶城大廈滑坡37香港滑坡災害由于崎嶇不平的山地,陡降的人造斜坡,高厚度的花崗巖和火山巖風化殼,秋冬干旱與春夏潮濕強暴雨等不利因素，造成滑坡災害發(fā)生頻繁。據(jù)統(tǒng)計，每年大約有200至400次不同程度的滑坡?；鲁Ｔ斐扇藛T傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失?；率窍愀圩顕乐氐牡刭|(zhì)災害現(xiàn)象。70年代，香港發(fā)生了三起特大災難性的滑坡，此三起滑坡當場害死156人。38香港滑坡災害39浙江某山區(qū)泥石流災害

40湖北省巴東縣滑坡41西藏易貢滑坡42湖北省遠安縣鹽池河磷礦1980年山崩43成昆線--利子達依溝泥石流危害道路1981年7月，特大型泥石流，最大流量3200方/秒，固體物總量70萬方，沖毀大橋，顛覆列車，造成人員傷亡。44三原雙槐地裂縫災害45

采空區(qū)塌陷46地面塌陷471.1.2工程地質(zhì)問題

工程地質(zhì)問題是工程建筑與工程地質(zhì)條件(地質(zhì)環(huán)境)相互作用、相互制約而引起的，而研究兩者之間的相互制約關(guān)系，促使矛盾轉(zhuǎn)化和解決，既保證工程安全、經(jīng)濟、正常使用，又合理開發(fā)和利用地質(zhì)環(huán)境，就成了工程地質(zhì)學的基本任務(wù)。工程地質(zhì)問題概括起來主要有以下五個方面：

1.地質(zhì)災害問題

2.區(qū)域穩(wěn)定性問題

3.地基沉降變形問題

4.地基、斜坡或洞室圍巖的穩(wěn)定性問題

5.滲漏問題

48房屋的工程地質(zhì)問題（上海金茂大廈高420米）49港口的工程地質(zhì)問題（洋山深水港）50地下空間的工程地質(zhì)問題（上海地下變電站四層深30米）（上海地鐵隧道）51交通工程中的工程地質(zhì)問題52水庫的工程地質(zhì)問題（三峽大壩全長2309米）53核電站的工程地質(zhì)問題（秦山核電站）5455廢棄物處理的工程地質(zhì)問題561.2工程地質(zhì)學的定義與發(fā)展

1.2.1工程地質(zhì)學的定義

工程地質(zhì)學:工程地質(zhì)學廣義地講是研究地質(zhì)環(huán)境及其保護和利用的科學。狹義地講是將地質(zhì)學的原理運用于解決與工程建設(shè)有關(guān)的地質(zhì)問題的一門學科

。工程地質(zhì)學通過巖土工程地質(zhì)勘察，研究建筑場地的巖土類型及性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、地形地貌、水文地質(zhì)、不良地質(zhì)現(xiàn)象和天然建筑材料等工程地質(zhì)條件，預測和論證工程地質(zhì)問題發(fā)生的可能性并采取必要防治措施，以確保建筑物的安全、穩(wěn)定和正常使用。工程地質(zhì)工作是各類土木工程設(shè)計和施工的基礎(chǔ)，為保證工程建設(shè)的合理規(guī)劃以及建筑物的正確設(shè)計、順利施工和正常使用，提供可靠的地質(zhì)科學依據(jù)，是巖土工程的重要組成部分。國家現(xiàn)在實行注冊土木工程師（巖土）制度，要求土木工程者必須掌握工程地質(zhì)學知識，工程地質(zhì)（學）是土木工程專業(yè)的必修課程。

571.2.2工程地質(zhì)學的發(fā)展工程地質(zhì)學是在地質(zhì)學基礎(chǔ)上隨著工程建設(shè)需要發(fā)展起來的。地質(zhì)學在18世紀開始成為一門獨立的科學。

1929年，奧地利的太沙基出版了世界上第一部《工程地質(zhì)學》。1932年在莫斯科地質(zhì)勘探學院成立了由Φ.Л..薩瓦連斯基領(lǐng)導的工程地質(zhì)教研室，專門培養(yǎng)工程地質(zhì)專業(yè)人才，并奠定了工程地質(zhì)學的理論基礎(chǔ)。50年代以來，在世界工程建設(shè)發(fā)展中，工程地質(zhì)學逐漸吸收了土力學、巖石力學和計算數(shù)學中的某些理論和方法，促進并逐漸完善了工程地質(zhì)學科體系。各國的工程地質(zhì)學家與土力學家、巖體力學家在對各種工程巖土體穩(wěn)定性分析和評價過程中緊密協(xié)作配合，并于1975年成立了國際工程地質(zhì)協(xié)會、國際巖石力學學會和國際土力學及基礎(chǔ)工程學會這三個學會的秘書長聯(lián)席會議，以期成立綜合性的國際學術(shù)團體。工程地質(zhì)學經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已形成了由“土質(zhì)學”、“工程巖土學”、“土力學”、“巖體力學”和“環(huán)境工程地質(zhì)學”等多個分支學科所組成的學科體系。58

我國1979年成立了中國地質(zhì)學會工程地質(zhì)專業(yè)委員會，廣大工程地質(zhì)工作者開展了卓有成效的工作?；仡欀袊こ痰刭|(zhì)學的創(chuàng)立與發(fā)展，大體上經(jīng)歷了四個階段。第一、地質(zhì)學中的萌生時期(20世紀上半葉)。第二、創(chuàng)立與發(fā)展階段(20世紀50年代到70年代末)。第三、活躍發(fā)展階段(20世紀80年代至90年代)。第四、創(chuàng)新發(fā)展階段（20世紀90年代至今）

591.3工程地質(zhì)學的研究對象和工程地質(zhì)條件1.3.1工程地質(zhì)學的研究對象

工程地質(zhì)學的研究對象是工程地質(zhì)條件與人類的工程建筑活動的矛盾。工程建筑與地質(zhì)環(huán)境二者相互作用、相互制約。一項工程建筑在興建之前必須研究能否適應(yīng)它所處的地質(zhì)環(huán)境，分析在它興建之后會如何作用于地質(zhì)環(huán)境，會引起哪些變化，預測它們對建筑物自身的穩(wěn)定性造成的危害，對此做出評價，并研究采取怎樣的措施才能消除這種危害；還要預測它們對建筑周圍環(huán)境造成的危害，也要做出評價，并制定保護環(huán)境的對策。這一整套研究的核心就是工程建筑與地質(zhì)環(huán)境二者之間的相互制約，相互作用，也就是工程地質(zhì)學的研究對象。601.3.2工程地質(zhì)條件

工程地質(zhì)條件是與人類活動有關(guān)的各種地質(zhì)要素的綜合，主要包括以下六大方面，是一個綜合概念。

1.地形地貌

2.巖土類型及性質(zhì)

3.地質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

4.水文地質(zhì)條件

5.不良地質(zhì)作用

6.天然建筑材料

611.4工程地質(zhì)學的研究內(nèi)容和分析方法

1.4.1工程地質(zhì)學的研究內(nèi)容

工程地質(zhì)學研究內(nèi)容是多方面的，主要包括地與地貌、巖石與巖體、巖體的地質(zhì)構(gòu)造、第四紀堆積物與土的工程性狀、地表水與地下水性質(zhì)、不良地質(zhì)現(xiàn)象及防治對策和巖土工程地質(zhì)勘察等內(nèi)容。

工程建設(shè)必須遵循地質(zhì)勘察—設(shè)計—施工—監(jiān)理的原則。621.4.2工程地質(zhì)學的分析方法

1.自然地質(zhì)歷史分析法2.工程地質(zhì)建模與計算3.工程地質(zhì)實驗與現(xiàn)場試驗

4.工程類比法

必須注意，上述4種方法往往是結(jié)合在一起的，綜合應(yīng)用才能事半功倍。

631.5本課程的學習內(nèi)容與要求

教育部教學大綱對工程地質(zhì)學的教學基本要求：掌握工程地質(zhì)的基本理論及概念，了解各類地質(zhì)現(xiàn)象和問題對建筑物和建筑場地的影響；了解工程地質(zhì)勘察的基本內(nèi)容、方法和程序，熟悉各種原位測試方法的適用性，能根據(jù)具體的工程情況正確提出工程地質(zhì)勘察任務(wù)和要求；能夠分析、應(yīng)用工程地質(zhì)勘察報告，了解各類工程地質(zhì)參數(shù)的來源、作用和應(yīng)用條件。能根據(jù)勘察成果，對工程地質(zhì)問題進行分析，對不良地質(zhì)現(xiàn)象采取正確處理措施，合理根據(jù)地質(zhì)資料進行設(shè)計和施工。課程的教學基本內(nèi)容包括巖土的成因類型及其工程地質(zhì)特征、地質(zhì)構(gòu)造及其與工程的關(guān)系、地下水、不良地質(zhì)現(xiàn)象的工程地質(zhì)問題、工程地質(zhì)勘察、實驗內(nèi)容。注冊土木工程師（巖土）對工程地質(zhì)學的基本要求：在巖土工程地質(zhì)方面主要分為四部分內(nèi)容：巖體力學與土力學、工程地質(zhì)、巖土工程勘察、特殊地質(zhì)條件下的巖土工程詳見參考書。64本課程對學生的學習要求

1．巖石及其工程性狀包括地球的層圈構(gòu)造，三大類巖石的形成及其各自的特點，礦物的形態(tài)和特性，三大類巖石的相互轉(zhuǎn)化，巖石的基本物理力學性質(zhì)以及巖石的工程性狀等。2．地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造包括地質(zhì)作用，地質(zhì)年代，各種地貌單元的類型與特征，地殼構(gòu)造運動的類型，巖層產(chǎn)狀，水平巖層與傾斜巖層在地形地質(zhì)上的表現(xiàn)，褶皺構(gòu)造，節(jié)理構(gòu)造與玫瑰花圖，斷層，地質(zhì)圖的閱讀與分析以及地質(zhì)構(gòu)造對工程的影響等。3．巖體及其工程地質(zhì)問題包括巖體的工程分類、結(jié)構(gòu)體與結(jié)構(gòu)面、巖體結(jié)構(gòu)的類型、軟弱夾層對工程影響、巖體力學特性、風化巖體性狀、巖體中的天然應(yīng)力及測量，另外對地下洞室圍巖、邊坡巖體及巖石地基設(shè)計施工中的工程地質(zhì)問題進行了分析。4．土體及其工程性質(zhì)包括土的工程分類、第四紀土的地質(zhì)成因及特征、土的三相關(guān)系、土的三相比例指標、無黏性土的性質(zhì)、黏性土的性質(zhì)、土的力學性質(zhì)以及特殊土的工程地質(zhì)特征等內(nèi)容。

655．地下水及其對工程的影響包括地下水的分類、地下水的物理化學性質(zhì)、土的滲透性與滲流及地下水對工程的影響等方面的內(nèi)容。6．不良地質(zhì)作用及防災減災包括地震，地裂縫及處理對策，崩塌滑坡、泥石流、巖溶土洞、采空區(qū)及其處理措施，臺風帶來的地質(zhì)災害以及地質(zhì)災害危險性評估和場地選址的工程評價。7．巖土工程勘察包括巖土工程勘察的基本要求，工程地質(zhì)測繪、勘探與取樣，室內(nèi)土工試驗，靜力載荷試驗、靜力觸探、動力觸探與標貫、十字板剪切試驗、扁鏟側(cè)脹試驗、旁壓試驗、波速測試及地球物理勘探等現(xiàn)場原位測試方法，現(xiàn)場原位監(jiān)測，包括深層土體水平位移監(jiān)測，地下水位監(jiān)測，地面沉降監(jiān)測，基坑支撐內(nèi)力監(jiān)測，巖土工程勘察報告的內(nèi)容及編寫要求以及不同類型巖土工程（不良地質(zhì)問題、特殊土、樁基礎(chǔ)、動力機器基礎(chǔ)、交通路基和橋涵、岸邊工程、管道和架空線工程、邊坡工程、地下隧道、廢棄物處理工程和水利水電工程）勘察的特殊要求。8．工程地質(zhì)實驗包括礦物及三大類巖石的室內(nèi)標本鑒定，山地地貌及地質(zhì)構(gòu)造的野外認知實習，野外土體及鉆探取樣等的認知實習，不良地質(zhì)作用的視頻認知，土的滲透試驗等。66本章小結(jié)

(1)工程