工程地质学原理

1. 工程地质学原理 西安建筑科技大学土木工程学院

2. 绪论 地质学是研究地球的科学，是研究地球的形成、结构和发展规律并利用这些规律为人类社会服务的科学。地质学的重点研究对象是地壳。 工程地质学是研究与土木工程设计、施工和正常使用等有关的地质学问题的科学，是地质学的一部分或一个分支。 本章主要内容包括 • 一、岩土工程与地质环境之间的关系 • 二、工程地质学的任务 • 三、水文地质学 • 四、岩土工程及其特点 • 五、本课程讲述的主要内容

3. 一、岩土工程与地质环境之间的关系 截止目前，人类社会的一切建筑工程活动都是在地壳上一定的地质环境中进行的，这样一来，建筑工程与地质环境之间也就产生了某种必然的联系并相互制约。这种制约首先表现为地质环境可以影响建筑工程的稳定性和正常使用，危及人类工程活动的安全，使建筑工程造价大大提高等。其制约程度则视地质环境的具体特点和建筑工程活动的方式、规模而不同。 例如位于活动断层带和地裂缝上的建筑工程会因地裂缝的扩展或断层的活动而遭受破坏；因建筑结构类型、结构方案、地基处理方案和地质环境不匹配而造成的建筑物破坏或毁坏；位于不稳定土坡体上或土坡体附近的公路、铁道及建筑物因土坡体的失稳而遭受破坏等等。具体工程实例举例如下： 位于地裂缝上的西安建筑科技大学旧图书馆和铁一局幼儿园教学楼以及西安化工六院某家属楼等的破坏； 陕西澄合矿务局王村矿招待所门厅的破坏（结构设计不合理），长江某坝体的破坏（设计的钢筋混凝土坝体内没有钢筋—造成结构方案不合理）；

4. 陕西韩城矿务局桑树坪煤矿某斜井的报废（水文地质条件的影响）； 1911年帕米尔高原巴尔坦格河谷的一次巨大山崩，崩落岩土体体积达36～48亿立方米，堵塞河流形成长75公里，深262m的大湖； 1983年3月7日发生在我国甘肃省东乡自治县洒勒山的大滑坡，滑动土石体近6000万立方米，滑坡宽近1200m，滑动距离约1600余米，在约3分钟的时间内冲毁村庄4个、死亡247人； 1981年11月29日陇海铁路宝天段葡萄园附近的滑坡，滑动土石体600万立方米，200多米的铁路被掩埋、渭河被阻断，造成铁路多日停运，给国家造成极大的经济损失； 1964年6月16日发生在日本新泻的地震，震级7.5级，约2890余幢房屋因地基液化失效而破坏（地基处理方案不合理）； 1976年7月28日3时42分，发生于我国唐山的大地震，震级7.8级，倒塌房屋656138间，死亡242769人，由于动荷载作用下的地基液化造成的房屋倒塌不在少数，其中原唐山矿冶学院的图书楼因地基土液化下陷了一层半（地基处理方案不合理）。

5. 另一方面，建筑工程活动反过来又会以各种方式影响地质环境，并因此而引发工程事故。例如高坝水库的兴建引起的诱发地震，因大型水库的修建引起的库区上游水文地质条件的改变（大区域内的地下回水）而引发的区域性坍岸，人类开采活动造成的地面沉陷及陷落地震，人类对水资源无节制的开采引起的地面下沉，严重的环境污染及厄尔尼诺现象，人工改变土坡形状造成的泥石流及土坡失稳。具体工程实例举例如下： 1963年10月9日意大利Vaiont（瓦昂特）高拱坎(265.5m)水库上游水文地质条件的改变（大区域内的地下回水），引起库岸巨型滑坡，约2.38亿立方米的土石体以95km/h的速度从大坝上游峡谷区的左岸滑入水库，激起巨大波浪，巨浪高出水库蓄水位260余米，超越坝顶100余米，过坝水流冲毁了位于其下游的5个村镇，致使3000余人丧生； 因水库的修建诱发地震在世界范围内多次发生，震级大于6级的就有四起：1962年3月19日发生于我国广东省新丰江库区的地震（库区主要岩石为花岗岩），震级6.1级；1963年9月23日发生于赞比亚和津巴布韦交界处的卡里巴水库库区的地震（库区主要岩石为片麻岩），震级6.1级；1966年2月5日发生于希腊克里马斯塔库区的地震（库区主要岩石为石灰岩），震级6.3级；1967年12月10日发生于印度柯依纳库区的地震，震级6.5级；

6. 我国四川自贡在1954年和1965年两次发生陷落地震； 我国山西大范围煤矿开采给公路的安全营运和新线路的建设均造成极大的问题； 墨西哥的墨西哥城（1910～1981年的70年间最大下沉量达890cm）、我国的上海（1921～1965年的41年间市区平均下沉量300cm）、西安、大同等城市均因地下水的大量开采而造成了地面的大面积下沉，日本全国地面沉降区域达8450km2，80年代以来还在继续扩大； 根据世界环境卫生组织报告，目前已知的天然和人工合成的化学物质有400万种以上，其中有商业价值的6万余种化学物质在生产、运输、使用、废弃等过程中进入大气、水、土壤，最后进入食物链； 在美国，城市每天平均排放的废弃物达640万吨，足足可以覆盖1.6km2的土地达3m厚； 1981年，我国排放的废弃物达4.3亿吨，给人们的生活环境造成了极大的污染，遭受酸雨影响的农田面积达960万亩； 1988年黄浦江全年黑臭期达到历史的最高纪录229天； 我国台湾基隆河畔某地因修筑高速公路，在河岸旁的山腰处进行开挖，切断了层状岩体，导致该地于1974年9月发生滑坡，破坏了周围的村庄、道路，阻断了河流。 上述种种都将使工程建筑活动变得复杂而多变，因而在工程建设项目的规划、设计和施工中都必须考虑与之有关的一切工程地质问题。

7. 二、工程地质学的任务 工程地质学的主要任务是评价建筑工程场地的工程地质条件；预测工程建设项目的修筑对地质环境的影响以及地质环境对即将修建的工程项目的影响；提出防止不良地质现象的措施，为工程项目的设计提供所需的工程地质参数。

8. 三、水文地质学 水文地质学又称地下水水文学，是研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相关联的地下水的形成、分布、运动规律及其物理化学性质的学科，是工程地质学的重要组成部分。

9. 四、岩土工程及其特点 人们以地壳的岩土体为对象而进行的一切利用、整治和改造活动等都称为岩土工程。如建筑工程、水利工程、道路与交通工程、采矿工程、场道工程、军事与人防工程、能源工程等都属于岩土工程的范畴。工程地质学、水文地质学、地质力学、土力学、岩体力学等构成了岩土工程的理论基础。综上所述，岩土工程主要具有涉及范围广、综合性强、实践性强等特点。

10. 五、本课程讲述的主要内容 • 1．造岩矿物、岩石、岩体的概念及工 程性质； • 2．地质作用、地质构造、地形地貌和第四纪沉积物； • 3．土的物理性质及其工程分类； • 4．水文地质学的基本原理； • 5．不良地质现象及其工程评价； • 6．工程地质勘察。