工程環(huán)境與工程地質(zhì)

工程環(huán)境與工程地質(zhì)第一頁(yè)，共42頁(yè)。必要的理論知識(shí)：道路橋梁工程與地質(zhì)學(xué)有多少關(guān)系，是怎樣的關(guān)系，研究者面對(duì)這些關(guān)系會(huì)產(chǎn)生哪些疑問(wèn)，提出哪些問(wèn)題，這些問(wèn)題如何解決，需要哪些知識(shí)和理論準(zhǔn)備，需要哪些技術(shù)條件、物質(zhì)資源，甚至還需要哪些政治、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化等方面的條件，我們都應(yīng)該思考和求證。在漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，前人不懈地探索和實(shí)踐，發(fā)問(wèn)求解，積累了豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，取得了矚目的成就和偉業(yè)，我們學(xué)習(xí)和緬懷這些就是重走歷史之路，也是重新發(fā)現(xiàn)與重新思考。面向歷史也是面向現(xiàn)實(shí)，因?yàn)榍叭撕笕藫碛型粋€(gè)地球環(huán)境（盡管環(huán)境在變化），一切的偉大工程都留下了巨大的身影。這些時(shí)空下的素材無(wú)不豐富著我們的學(xué)習(xí)與研究，為我們鋪展開了一個(gè)廣闊的認(rèn)知領(lǐng)域，工程與地質(zhì)，就在這認(rèn)識(shí)之源，實(shí)踐之所。第二頁(yè)，共42頁(yè)。1.1路橋歷史與當(dāng)代發(fā)展1.1.1中國(guó)古代道路原始的道路？距今4000年前的新石器晚期，中國(guó)有記載役使牛馬為人類運(yùn)輸而形成馱運(yùn)道，并出現(xiàn)了原始的臨時(shí)性的簡(jiǎn)單橋梁。相傳中華民族的始祖黃帝，因看見蓬草隨風(fēng)吹轉(zhuǎn)，而發(fā)明了車輪，于是以“橫木為軒，直木為轅”制造出車輛，對(duì)交通運(yùn)輸做出了偉大貢獻(xiàn)，故被尊稱為“軒轅氏”。隨著車輛的出現(xiàn)產(chǎn)生了車行道，人類陸上交通出現(xiàn)了新局面。第三頁(yè)，共42頁(yè)。(1)商朝（公元前17世紀(jì)—公元前11世紀(jì)）已經(jīng)懂得夯土筑路，并利用石灰穩(wěn)定土體。商朝殷墟的發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)有碎陶片和礫石鋪筑的路面（圖11)，并出現(xiàn)了大型的木橋。這些古代的技術(shù)我們今天還在運(yùn)用。這些古代技術(shù)蘊(yùn)含著科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新。我們應(yīng)該緬懷和尊重我們的祖先。第四頁(yè)，共42頁(yè)。第五頁(yè)，共42頁(yè)。（2）周朝（公元前11世紀(jì)—公元前3世紀(jì)）道路的規(guī)模和水平有很大的發(fā)展?！对?shī)經(jīng)·小雅》記載：“周道如砥，其直如矢?！闭f(shuō)明當(dāng)時(shí)道路堅(jiān)實(shí)平坦如磨石，線形如箭一樣直。在路政管理上，國(guó)家設(shè)有“司空”掌管土木建筑及道路，而且規(guī)定“司空視涂”,按期視察,及時(shí)維護(hù)；如“雨畢而除道，水涸而成梁”；并“列樹以表道，立鄙食以守路”，是以后養(yǎng)路、綠化和道路標(biāo)志的萌芽。第六頁(yè)，共42頁(yè)。圖12所示為魯班橋，根據(jù)當(dāng)?shù)貍髡f(shuō)，橋是魯班途經(jīng)此地時(shí)指揮修建的。此橋長(zhǎng)10m、寬1.2m、厚0.35m，為人工鑿成的巨形整塊長(zhǎng)方體獨(dú)石橋。此橋架在兩河交匯處的平安河出口處，接通南北兩岸。石橋的北岸基石砌在河床邊沿光滑的巖石上，南邊架在挑石上，挑石懸空約1m。據(jù)考察，此橋的石料來(lái)自100多米外的大理石礦山。石橋經(jīng)千百年的踩踏，橋心防滑石紋被磨得光滑锃亮。經(jīng)千百年風(fēng)吹雨打，該橋至今仍在使用。與魯班橋相距50m遠(yuǎn)處，現(xiàn)已架起了現(xiàn)代化的水泥石拱公路橋，但魯班橋仍未退役，當(dāng)?shù)匕傩杖悦刻鞝颗Ｚs羊安全過(guò)橋。第七頁(yè)，共42頁(yè)。第八頁(yè)，共42頁(yè)。(3)秦朝（公元前221年—公元前206年）秦始皇統(tǒng)一中國(guó)后即開始修建以首都咸陽(yáng)為中心、通向全國(guó)的馳道網(wǎng)。公元前212年，秦始皇使蒙恬由咸陽(yáng)修向北延伸的直道（圖13）,全長(zhǎng)約700km,僅用了兩年半的時(shí)間就修通,“塹山堙谷”（逢山劈石,遇谷填高），其工程之巨，時(shí)間之短，可稱奇跡，今陜西省富縣境內(nèi)尚依稀可見其路形。除修筑城外的道路外，對(duì)于城市道路的建設(shè)也有突出之處，如在阿房宮的建筑中，采用高架道的形式筑成“閣道”，自殿下直抵南面的終南山，形成“復(fù)道行空，不霽何虹”的壯觀。第九頁(yè)，共42頁(yè)。第十頁(yè)，共42頁(yè)。（4）漢朝（公元前206年—公元220年）估計(jì)當(dāng)時(shí)共有干道近15萬(wàn)公里。在公元前138年到公元前115年，西漢王朝派張騫兩次出使西域，遠(yuǎn)抵大夏國(guó)(即今阿富汗北部)而載之于史冊(cè)。后漢時(shí)期，在今陜西褒城雞頭關(guān)下修棧道時(shí)，經(jīng)過(guò)橫亙?cè)诎幽习堵柫⒌氖冢麨椤鞍痢?，曾用火煅石法開通了長(zhǎng)14米,寬3.95～4.25米、高4～4.75米的隧洞,就是著名的石門,內(nèi)有石刻《石門頌》、《石門銘》紀(jì)其事?；痨咽ㄏ扔貌駸藥r石，然后潑以濃醋，使之粉碎，再用工具鏟除，逐漸挖成山洞。古蜀道，從廣義上說(shuō)，南起成都，過(guò)廣漢、德陽(yáng)、羅江、綿陽(yáng)、蜀道梓潼，越大小劍山，經(jīng)廣元而出川，在陜西褒城附近向左拐，之后沿褒河過(guò)石門，穿越秦嶺，出斜谷，直通八百里秦川，全長(zhǎng)約1000余公里。第十一頁(yè)，共42頁(yè)。第十二頁(yè)，共42頁(yè)。第十三頁(yè)，共42頁(yè)。（5）隋朝（581—618年）匠人李春等在趙郡（今河北省趙縣）河上修建了著名的趙州橋，又名安濟(jì)橋，首創(chuàng)圓弧形空腹石拱橋，是建橋技術(shù)上的卓越成就。1991年，美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)將安濟(jì)橋選定為第12個(gè)國(guó)際歷史土木工程的里程碑。它是世界上現(xiàn)存最早、保存最好的巨大石拱橋，距今已有1400多年歷史。在隋朝的道路建設(shè)中較巨大的工程有長(zhǎng)達(dá)數(shù)千里的御道，《資治通鑒·隋記》：“發(fā)榆林北境至其牙，東達(dá)于薊，長(zhǎng)三千里，廣百步，舉國(guó)就役，開為御道”，可見規(guī)模之大。第十四頁(yè)，共42頁(yè)。第十五頁(yè)，共42頁(yè)。（6）唐朝（618—907年）是中國(guó)封建王朝的鼎盛時(shí)期，重視道路建設(shè)。唐太宗即位不久就曾下詔書，在全國(guó)范圍內(nèi)要保持道路的暢通無(wú)阻，對(duì)道路的保養(yǎng)也有明文規(guī)定，不準(zhǔn)任意破壞，不準(zhǔn)侵占道路用地，不準(zhǔn)亂伐行道樹，并隨時(shí)注意保養(yǎng)。唐朝不但郊外的道路暢通，而且城市道路建設(shè)也很突出。首都長(zhǎng)安是古代著名的城市，路面用磚鋪成，道路兩側(cè)有排水溝和行道樹，布置井然，氣度宏偉，不但為中國(guó)以后的城市道路建設(shè)樹立了榜樣，而且影響遠(yuǎn)及日本。第十六頁(yè)，共42頁(yè)。第十七頁(yè)，共42頁(yè)。曾經(jīng)輝煌的絲綢之路第十八頁(yè)，共42頁(yè)。茶馬古道茶馬古道是指存在于中國(guó)西南地區(qū)，以馬幫為主要交通工具的民間國(guó)際商貿(mào)通道，是中國(guó)西南民族經(jīng)濟(jì)文化交流的走廊，茶馬古道是一個(gè)非常特殊的地域稱謂，是一條世界上自然風(fēng)光最壯觀，文化最為神秘的旅游絕品線路，它蘊(yùn)藏著開發(fā)不盡的文化遺產(chǎn)。茶馬古道源于古代西南邊疆和西北邊疆的茶馬互市，興于唐宋，盛于明清，二戰(zhàn)中后期最為興盛。茶馬古道分川藏、滇藏兩路，連接川滇藏，延伸入不丹、尼泊爾、印度境內(nèi)（此為滇越茶馬古道），直到西亞、西非紅海海岸。第十九頁(yè)，共42頁(yè)。茶馬古道第二十頁(yè)，共42頁(yè)。（7）宋朝、元朝、明朝（960—1644年）均在過(guò)去的道路建設(shè)基礎(chǔ)上有所提高，尤其是元朝地域遼闊，自大都（今北京）通往全國(guó)有7條主干道,形成了一個(gè)宏大的道路網(wǎng)。（8）清朝（1644—1911年）利用原有驛道修建了長(zhǎng)達(dá)約15萬(wàn)公里的“郵差路線”。在筑路及養(yǎng)路方面也有新的提高，規(guī)定得很具體。在低洼地段，出現(xiàn)高路基的“疊道”，在軟土地區(qū)采用秫秸鋪底筑路法，猶如今天的土工織物，對(duì)道路建設(shè)有不少新貢獻(xiàn)。第二十一頁(yè)，共42頁(yè)。1.1.2西方古代道路公元前1900年前，亞述帝國(guó)曾修筑了從巴比倫輻射出的道路，今天在巴格達(dá)和伊斯法罕之間，仍留有遺跡。傳說(shuō)非洲古國(guó)迦太基人（公元前600年—公元前146年）曾首先修筑有路面的道路，后來(lái)為羅馬所沿用。羅馬帝國(guó)大修道路對(duì)維護(hù)帝國(guó)的興盛起著很大的作用。由首都羅馬用道路和意大利、英國(guó)、法國(guó)、西班牙、德國(guó)、小亞細(xì)亞部分地區(qū)、阿拉伯以及非洲北部聯(lián)成整體，以維持在該廣大地區(qū)的統(tǒng)治地位。并把這些區(qū)域分成13個(gè)省，有322條聯(lián)絡(luò)干道,總長(zhǎng)度達(dá)78000km。羅馬大道網(wǎng),以29條主干道為主,其中最著名的一條是由羅馬東南方向越過(guò)亞平寧山脈通往布林迪西的阿庇烏大道（一譯亞平大道）,全長(zhǎng)約660km，開始興建于公元前400年前后，用了68年的時(shí)間,完成了溝通羅馬與非洲北部和遠(yuǎn)東地區(qū)的作用。羅馬人修建了凱旋門，紀(jì)念諸如愷撒、圖拉真等的筑路功績(jī)。隨著羅馬帝國(guó)的衰亡，道路也隨之?dāng)摹？梢哉f(shuō)，國(guó)家的興衰和道路的狀況有著密切的聯(lián)系。汽車發(fā)明后，性能不斷改善,在速度、安全和舒適方面有了很大的提高，原來(lái)的道路條件已不能適應(yīng),因而有高速公路的出現(xiàn)。高速公路在英國(guó)稱“motorway”，美國(guó)稱“freeway”，德國(guó)稱“autobahn”，日本稱“高速道路”。自第二次世界大戰(zhàn)以后，各國(guó)也有相應(yīng)的發(fā)展，高速公路已成為公路現(xiàn)代化的標(biāo)志。第二十二頁(yè)，共42頁(yè)。1.1.3中國(guó)近代道路1902年中國(guó)有了兩輛汽車，只供統(tǒng)治者玩賞之用。到北洋政府末年（1926年），全國(guó)公路里程為26110km，大都是晴通雨阻的低級(jí)道路。民國(guó)時(shí)期(1912—1949年)，修建各省聯(lián)絡(luò)公路，逐漸走向統(tǒng)一化和正規(guī)化，初步形成公路網(wǎng)。1.1.4中華人民共和國(guó)的道路建設(shè)1949年10月1日中華人民共和國(guó)成立。首先醫(yī)治了道路的創(chuàng)傷，修復(fù)了被破壞的橋梁。在20世紀(jì)50年代，修筑了著名的康藏(西康至西藏)及青藏(青海至西藏)兩條公路?？挡毓罚ń翊ú毓罚┳越袼拇ǖ难虐财鹬廖鞑乩_，全長(zhǎng)2271km，翻越海拔3000m以上的大雪山等山脈，跨越大渡河、金沙江、瀾滄江、怒江等急流，更有冰川、流沙、塌方和泥沼、地震、森林地帶，地形十分復(fù)雜，工程特別艱巨，路基土石方有2900多萬(wàn)立方米（其中石方有530多萬(wàn)立方米），1950年開工，于1954年完工通車。青藏公路自青海省的西寧至拉薩，全長(zhǎng)2100km，橫越號(hào)稱世界屋脊的昆侖山、可可西里山、唐古拉山等山脈，途經(jīng)草地、沼澤、凍土地帶，高原缺氧，環(huán)境嚴(yán)酷，也和康藏公路同時(shí)于1954年12月25日在拉薩舉行通車典禮。中國(guó)地域遼闊，地形復(fù)雜，有各種不同的氣候地帶，有特殊的筑路地區(qū)，如沙漠、永凍土、鹽湖、黃土、軟土沼澤、泥石流、冰川、塌方、鹽漬土等，累積了不少的筑路經(jīng)驗(yàn)(圖17)。第二十三頁(yè)，共42頁(yè)。第二十四頁(yè)，共42頁(yè)。第二十五頁(yè)，共42頁(yè)。第二十六頁(yè)，共42頁(yè)。第二十七頁(yè)，共42頁(yè)。具有典型意義的示例：天路觀光我們可以看一個(gè)視頻，青藏鐵路視頻以及各種圖片資料鏈接探索頻道《建筑奇觀：青藏鐵路[上]》

《建筑奇觀：青藏鐵路[下]》

第二十八頁(yè)，共42頁(yè)。1.2路橋工程環(huán)境環(huán)境永遠(yuǎn)是當(dāng)下的概念，歷史只會(huì)留下遺跡，而且也成為環(huán)境的一部分，歷史的眼光一起聚集在當(dāng)下，就是我們現(xiàn)實(shí)的工程環(huán)境。道路橋梁是在什么地方修建的？青藏鐵路與我們周圍的鐵路有區(qū)別嗎？區(qū)別在哪里？我們也可以說(shuō)路基不同，列車不同，車站不同，為什么要不同？隴海線穿越八百里秦川，隴海線有沒(méi)有變化？京廣線也一樣，穿越大半個(gè)中國(guó)，穿越了不同緯度、不同地形、不同的環(huán)境，它有沒(méi)有變化？回答這些問(wèn)題也許需要更多的知識(shí)。要做進(jìn)一步的探討，還要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)，這樣一來(lái)，討論才更有價(jià)值。那么大地上都有哪些自然區(qū)域？都有哪些工程項(xiàng)目？它們有什么特點(diǎn)？可以通過(guò)以下的一系列圖片進(jìn)行了解。第二十九頁(yè)，共42頁(yè)。

第三十頁(yè)，共42頁(yè)。第三十一頁(yè)，共42頁(yè)。通過(guò)這些已經(jīng)完工的路橋圖片，工程施工圖片，我們看到了豐富多彩的自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境。一切人類工程活動(dòng)歸根結(jié)底要依賴自然環(huán)境。必須對(duì)自然現(xiàn)象歸納概化，必須養(yǎng)成觀察的習(xí)慣，仔細(xì)分析各種因素，完整全面掌握學(xué)習(xí)對(duì)象，理解把握工程與環(huán)境的關(guān)系，才會(huì)收獲更多的真知灼見，科學(xué)素養(yǎng)才會(huì)不斷積累，分析和處理問(wèn)題才會(huì)游刃有余。第三十二頁(yè)，共42頁(yè)。1.3工程地質(zhì)概述1.3.1什么是概念由所知的豐富多彩的地表自然現(xiàn)象，再縮小或?qū)Ｗ⒌剿姷母鞣N路橋工程，帶給我們的只是一系列的模糊概念，對(duì)于這些開始接觸的不甚明了的概念，沒(méi)有通透的定義，更多的是停留在現(xiàn)象的層面，也就是形象的層面。概念是指反映對(duì)象的本質(zhì)屬性的思維形式。人類在認(rèn)識(shí)過(guò)程中，把所感受到的事物的共同特點(diǎn)，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，抽出本質(zhì)屬性而成。表達(dá)概念的語(yǔ)言形式是詞或詞組。概念都有內(nèi)涵和外延，即其含義和適用范圍。概念隨著社會(huì)歷史和人類認(rèn)識(shí)的發(fā)展而變化。第三十三頁(yè)，共42頁(yè)。為什么強(qiáng)調(diào)概念？改變我們的學(xué)風(fēng)以及思考問(wèn)題的成見！對(duì)司空見慣的各種概念回顧分析。鑒定我們自己掌握的概念。工程地質(zhì)或者地質(zhì)學(xué)是概念之海，因?yàn)榫薮蟮奈粗匀话司蘖康男畔?，知識(shí)、信息表達(dá)記錄都是概念的使用運(yùn)用。重視概念，善于學(xué)習(xí)分析概念，是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。第三十四頁(yè)，共42頁(yè)。1.3.2什么是工程什么是工程？熟悉的名詞你能夠解釋嗎？我們不能解釋熟知的概念是因?yàn)槭裁?？從?jiǎn)單的工程到復(fù)雜的工程，抽象容易嗎？第三十五頁(yè)，共42頁(yè)。三峽工程長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程，簡(jiǎn)稱三峽工程，是中國(guó)長(zhǎng)江上游段建設(shè)的大型水利工程項(xiàng)目。分布在重慶市到湖北省宜昌市的長(zhǎng)江干流上，大壩位于三峽西陵峽內(nèi)的宜昌市夷陵區(qū)三斗坪，并和其下游不遠(yuǎn)的葛洲壩水電站形成梯級(jí)調(diào)度電站。它是世界上規(guī)模最大的水電站，是中國(guó)也是世界上有史以來(lái)建設(shè)的最大的水壩。三峽水電站的機(jī)組布置在大壩的后側(cè)，共安裝32臺(tái)70萬(wàn)千瓦水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量2250萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量約1000億度。而由它所引發(fā)的移民、環(huán)境等諸多問(wèn)題，使它從開始籌建的那一刻起，便與巨大的爭(zhēng)議相伴。三峽工程的總體建設(shè)方案是“一級(jí)開發(fā)，一次建成，分期蓄水，連續(xù)移民”。工程共分三期進(jìn)行，總計(jì)約需17年，目前一期、二期和三期工程已經(jīng)全部建成。三峽工程預(yù)測(cè)的靜態(tài)總投資大約為900億元人民幣（1993年5月末價(jià)格），預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)總投資將可能達(dá)到2039億元，估計(jì)實(shí)際總投資約1800億元左右。從三峽工程籌建的那一刻起，它就與各種爭(zhēng)議相伴。早期的不同意見多偏重于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素，普遍認(rèn)為經(jīng)濟(jì)上無(wú)法支撐，技術(shù)上也難以實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)，并且移民的難度極大。到了20世紀(jì)80年代后，隨著改革開放的持續(xù)，中國(guó)國(guó)內(nèi)關(guān)于三峽工程的爭(zhēng)論更加廣泛，涵蓋了政治、經(jīng)濟(jì)、移民、環(huán)境、文物、旅游等各個(gè)方面。三峽工程是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的大工程，通過(guò)對(duì)一些資料的了解學(xué)習(xí)，我們可以窺見工程的系統(tǒng)框架，包括設(shè)想、計(jì)劃、勘測(cè)、論證、決策、執(zhí)行、管理、運(yùn)行、發(fā)展、維護(hù)……羅列的許多細(xì)節(jié)可以增強(qiáng)工程工作者的認(rèn)識(shí)深度、廣度和看問(wèn)題的多角度，對(duì)于思考各種工程具有很強(qiáng)的啟示意義和指導(dǎo)作用。如地質(zhì)以及生態(tài)問(wèn)題是困擾三峽工程自始至終的話題，如此巨大的工程活動(dòng)，充分地彰顯了自然的力度，同樣的從事路橋土建工程的專業(yè)人員從中也會(huì)得到很大的啟發(fā)。第三十六頁(yè)，共42頁(yè)。工程簡(jiǎn)單說(shuō)就是工作過(guò)程。工程具體講是指從念頭到設(shè)想到藍(lán)圖，從調(diào)查到勘測(cè)到論證，從初步勘測(cè)到詳細(xì)勘測(cè)，從多種設(shè)計(jì)方案到優(yōu)選比較，科學(xué)論證決策、執(zhí)行、施工、運(yùn)行、管理、反饋，相互調(diào)適、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、預(yù)測(cè)問(wèn)題，處理工程與社會(huì)、工程與自然、工程與科技、工程與經(jīng)濟(jì)、工程與安全等一系列相互關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。第三十七頁(yè)，共42頁(yè)。1.3.3什么是地質(zhì)學(xué)分析地質(zhì)學(xué)概念。第三十八頁(yè)，共42頁(yè)。地質(zhì)就是指地球物質(zhì)。地球物質(zhì)存在于時(shí)空之中，并且在永遠(yuǎn)（地球沒(méi)有毀滅前）運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)就是變化。人們探尋地球物質(zhì)組成及其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，就成為地質(zhì)學(xué)科的根本目的。由于目前人類認(rèn)識(shí)對(duì)象的范圍所限，大多只在地球地殼層次里實(shí)際探尋和研究論證，而且地殼系統(tǒng)更為緊密地影響地表人類社會(huì)的生活和生產(chǎn)過(guò)程，故而，業(yè)界也有狹義的地質(zhì)學(xué)定義：地質(zhì)學(xué)是主要研究地殼物質(zhì)在地質(zhì)時(shí)空的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的學(xué)科。第三十九頁(yè)，共42頁(yè)。1.3.4什么是工程地質(zhì)、路橋工程地質(zhì)工程與地質(zhì)分屬兩個(gè)不同的系統(tǒng)，但是它們發(fā)生了交集，因?yàn)橐磺泄こ袒倦x不開大地。例如三峽工程出現(xiàn)了很