巖土工程

巖土工程以工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、巖體力學(xué)和基礎(chǔ)工程學(xué)為理論基礎(chǔ)，以解決在建設(shè)過程中出現(xiàn)的與巖體和土體有關(guān)的工程技術(shù)問題，是一門地質(zhì)與工程緊密結(jié)合的學(xué)科?？梢哉J(rèn)為，它是由土木工程、地質(zhì)、力學(xué)和材料科學(xué)等多學(xué)科相互滲透、融合而形成的邊緣學(xué)科。就學(xué)科的內(nèi)涵和屬性來說，巖土工程是一門服務(wù)于工程建設(shè)的綜合性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的技術(shù)學(xué)科，屬土木工程范疇。

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工程建筑與巖土體之間處于相互依存，又相互制約的矛盾中。研究?jī)烧咧g的關(guān)系，促使矛盾的轉(zhuǎn)化和解決，是巖土工程的基本任務(wù)。在土木工程中，各種建筑物以巖土體作為建筑材料、工程結(jié)構(gòu)或建筑環(huán)境，巖土工程的地位相當(dāng)重要。而且，隨著工程規(guī)模愈來愈大，巖土工程問題愈益突出和復(fù)雜，給巖土工程師提出了各種新的、前所未有的研究課題。就房屋建筑和構(gòu)筑物而言，目前世界上高層建筑物有120層、高達(dá)400多米，更有560余米高的電視塔；我國也已建成了81層、高380多米的高層建筑物。顯然，一般天然土體材料是難以滿足其荷載要求的，為此需采用樁基礎(chǔ)或?qū)Φ鼗吝M(jìn)行處理，這就要研究樁身的尺寸、材料強(qiáng)度以及樁基持力層的選擇和承載力等問題。此外，施工時(shí)深基坑開挖支護(hù)和降水問題也很重要。巖土工程在此類工程的總造價(jià)和總工期中占1/3左右。

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當(dāng)今世界上邊坡工程規(guī)模也很大，土質(zhì)邊坡最高的有120m，而巖質(zhì)露天礦坑邊坡則高達(dá)1000余米。在邊坡工程中，巖土體既是建筑材料，又是工程結(jié)構(gòu)。高邊坡工程的穩(wěn)定性問題十分突出，尤其是巖質(zhì)邊坡，分析它的穩(wěn)定性時(shí)必須要弄清楚巖體結(jié)構(gòu)，并采用工程地質(zhì)和巖體力學(xué)理論分析其變形、破壞的機(jī)制，對(duì)穩(wěn)定性的現(xiàn)狀和演化趨勢(shì)作出科學(xué)的評(píng)價(jià)。對(duì)地下工程而言，巖土體既是建筑材料，又是工程結(jié)構(gòu)和建筑環(huán)境。它的巖土工程問題更為復(fù)雜和多樣，諸如圍巖穩(wěn)定、施工開挖、涌水、瓦斯爆炸等，尤其是在復(fù)雜地質(zhì)條件下的大埋深、大跨度、高邊墻的地下工程，上述問題更具特殊性。第3頁/共34頁第三頁，共35頁。

工程巖土體是地質(zhì)體的一部分，其工程性質(zhì)的形成和演化以及對(duì)建筑的適應(yīng)性，與它的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和賦存環(huán)境息息相關(guān)。因此，巖土工程師在著手解決任何一項(xiàng)巖土工程問題時(shí)、首先要查明巖土體的地質(zhì)特征和場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，尤其是地質(zhì)條件比較復(fù)雜的重大巖體工程，場(chǎng)地工程地質(zhì)條件的研究更顯得重要，甚至?xí)蔀橛绊懝こ绦б?、投資抑或成敗的關(guān)鍵?？梢姡瑤r土工程師必須具備地質(zhì)和工程地質(zhì)的基本理論知識(shí)，要有較好的地質(zhì)素養(yǎng)?？梢哉J(rèn)為，工程地質(zhì)學(xué)是巖土工程的重要基礎(chǔ)和支柱。第4頁/共34頁第四頁，共35頁。二、巖土工程勘察的任務(wù)和特點(diǎn)基本任務(wù)：按照建筑物或構(gòu)筑物不同勘察階段的要求，為工程的設(shè)計(jì)、施工以及巖土體治理加固、開挖支護(hù)和降水等工程提供地質(zhì)資料和必要的技術(shù)參數(shù)，對(duì)有關(guān)的巖土工程問題作出論證、評(píng)價(jià)。第5頁/共34頁第五頁，共35頁。具體任務(wù)：（1）闡述建筑場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，指出場(chǎng)地內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育情況及其對(duì)工程建設(shè)的影響，對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)。（2）查明工程范圍內(nèi)巖土體的分布、性狀和地下水活動(dòng)條件，提供設(shè)計(jì)、施工和整治所需的地質(zhì)資料和巖土技術(shù)參數(shù)。（3）分析、研究有關(guān)的巖土工程問題，并作出評(píng)價(jià)結(jié)論。（4）對(duì)場(chǎng)地內(nèi)建筑總平面布置、各類巖土工程設(shè)計(jì)、巖土體加固處理、不良地質(zhì)現(xiàn)象整治等具體方案作出論證和建議。第6頁/共34頁第六頁，共35頁。（5）預(yù)測(cè)工程施工和運(yùn)行過程中對(duì)地質(zhì)環(huán)境和周圍建筑物的影響，并提出保護(hù)措施的建議。第7頁/共34頁第七頁，共35頁。三、我國巖土工程勘察的現(xiàn)狀

新中國建立后，由于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，在地質(zhì)、城建、水利、電力、冶金、機(jī)械、鐵道、國防等部門，按原蘇聯(lián)的模式，相繼設(shè)立勘察、設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，開展了大規(guī)模的工程地質(zhì)勘察研究工作，為工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工提供了大量的地質(zhì)資料，使得一大批重要工程得以順利施工和正常運(yùn)行。但是，由于工程地質(zhì)勘察體制的局限，其明顯的弊病和缺陷，一是側(cè)重于定性分析，定量評(píng)價(jià)不夠；二是側(cè)重于“宏觀”研究，結(jié)合工程具體較差，在建筑結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)方案和地基處理措施等方面，往往缺乏權(quán)威性意見和建議。這反映了勘察與設(shè)計(jì)、施工在一定程度上是脫節(jié)的，影響了勘察工作社會(huì)地位和經(jīng)濟(jì)效益的提高；它尤其不能適應(yīng)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要。

第8頁/共34頁第八頁，共35頁。

針對(duì)工程地質(zhì)勘察的缺陷，中國城建、冶金部門的一些工程勘察單位自80年代初期，引進(jìn)了巖土工程體制。這一技術(shù)體制是為工程建設(shè)全過程服務(wù)的，因此很快就顯示了它突出的優(yōu)越性。之后，各部門相繼推廣。此時(shí)，由于國內(nèi)地質(zhì)找礦市場(chǎng)逐漸萎縮，不少原從事找礦地質(zhì)勘查的地質(zhì)隊(duì)也紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)，從事巖土工程勘察。因而形成了一支龐大的巖土工程勘察隊(duì)伍，它們遍布全國各大、中城市，主要從事工業(yè)與民用建筑和市政設(shè)施的勘察。由于高層建筑，尤其是超高層建筑的涌現(xiàn)，對(duì)天然地基穩(wěn)定性計(jì)算和評(píng)價(jià)、樁基計(jì)算與評(píng)價(jià)、基坑開挖與支護(hù)、巖土加固與改良等方面，都提出了新的研究課題，要求對(duì)勘探、取樣、原位測(cè)試和監(jiān)測(cè)的儀器設(shè)備、操作技術(shù)和工藝流程等不斷創(chuàng)新。由于勘察工作與設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)結(jié)合緊密，勘察真正成為工程咨詢性的工作，為保證工程安全和提高經(jīng)濟(jì)效益作出了很大的貢獻(xiàn)，并積累了許多勘察經(jīng)驗(yàn)和資料?？梢哉J(rèn)為：勘察與設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)的緊密結(jié)合，是巖土工程技術(shù)體制的最大優(yōu)越性。第9頁/共34頁第九頁，共35頁。

為了在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下，使巖土工程勘察能貫徹執(zhí)行國家有關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保工程質(zhì)量和提高經(jīng)濟(jì)效益，由國家建設(shè)部會(huì)同有關(guān)部門，共同制訂了中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-94，作為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)于1995年3月1日正式頒布施行。該規(guī)范是對(duì)原《工業(yè)與民用建筑工程地質(zhì)勘察規(guī)范》TJ21-77的修訂，它既總結(jié)了中國40多年來工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和科研成果，又注意盡量與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。

第10頁/共34頁第十頁，共35頁。

從目前國內(nèi)大量的實(shí)踐可看出，巖土工程勘察側(cè)重于解決土體工程的場(chǎng)地評(píng)價(jià)和地基穩(wěn)定性問題，而對(duì)地質(zhì)條件較復(fù)雜的巖體工程，尤其是重大工程（如水電站、核電站、鐵路干線等）的區(qū)域地殼穩(wěn)定性，邊坡和地下洞室圍巖穩(wěn)定性的分析、評(píng)價(jià)，僅由巖土工程師是無法勝任的，必須有工程地質(zhì)人員的參與才能解決。這就要求巖土工程與工程地質(zhì)在發(fā)揮各自學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢(shì)的前提下，互相滲透、交叉，二者互為補(bǔ)充而相得益彰。第11頁/共34頁第十一頁，共35頁。四、工程地質(zhì)學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)地質(zhì)學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科相互滲透、交叉形成的邊緣科學(xué)

人類工程活動(dòng)地質(zhì)環(huán)境第12頁/共34頁第十二頁，共35頁。地質(zhì)環(huán)境的概念：指自然環(huán)境的一個(gè)重要組成部分，與人類生存和發(fā)展有緊密聯(lián)系的巖石圈的一部分，這部分積極地與水、氣和生物圈相互作用著。上限為巖石圈表面，下限為人類技術(shù)——經(jīng)濟(jì)活動(dòng)引起的物理場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)因素變遷消失的深度。第13頁/共34頁第十三頁，共35頁。地質(zhì)環(huán)境是多因子系統(tǒng)：大氣、

水、生物、巖石

四個(gè)圈環(huán)境自然環(huán)境

人類環(huán)境大氣、水、社會(huì)環(huán)境

人為環(huán)境

生物、巖石

地質(zhì)環(huán)境第14頁/共34頁第十四頁，共35頁。人類能到達(dá)的地下深度：5000m，鉆探深度10000m。地球上現(xiàn)有工程建筑都建于地殼表層一定的地質(zhì)環(huán)境中，地質(zhì)環(huán)境以一定的作用方式影響建筑物。人類工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境有一定作用，使其變化，又影響著工程建筑的穩(wěn)定和正常使用。人類工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境之間，處于相互聯(lián)系又相互制約的矛盾之中。第15頁/共34頁第十五頁，共35頁。工程地質(zhì)學(xué)的基本任務(wù)：研究地質(zhì)環(huán)境與人類工程活動(dòng)之間的關(guān)系，使二者矛盾轉(zhuǎn)化和解決。地質(zhì)環(huán)境對(duì)工程建筑的影響地震——影響區(qū)域工程建筑軟土地基——需進(jìn)行專門地基處理巖溶——水庫滲漏崩滑泥石流——工程改線第16頁/共34頁第十六頁，共35頁。人類工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響

抽汲地下水——地面沉降海水入侵地下水質(zhì)惡化大型水庫修建——庫岸再造庫周浸沒庫區(qū)淤積誘發(fā)地震

第17頁/共34頁第十七頁，共35頁。工程地質(zhì)勘察的目的：為工程建筑對(duì)象選擇適宜的地質(zhì)環(huán)境，從而為該工程在技術(shù)上的可能性和經(jīng)濟(jì)上的合理性提供保證。并不致對(duì)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生不應(yīng)有的破壞，以致影響工程本身和人類的生活環(huán)境。第18頁/共34頁第十八頁，共35頁。技術(shù)可能性:指在地質(zhì)環(huán)境中興建某建筑物的安全保障如何。換言之，建筑物地基對(duì)基礎(chǔ)的適應(yīng)性如何，當(dāng)二者不相適應(yīng)時(shí)，能否通過改變基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或改良地基性質(zhì)使其達(dá)到相互適應(yīng)。經(jīng)濟(jì)合理性：指通過對(duì)建筑地區(qū)地質(zhì)條件的深入研究后，在保證工程穩(wěn)定性的前提下，選出經(jīng)濟(jì)成本最低的建設(shè)方案，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)上合理，即可行性研究。第19頁/共34頁第十九頁，共35頁。五、工程地質(zhì)學(xué)研究?jī)?nèi)容、分科及其與其他學(xué)科的關(guān)系（一）研究?jī)?nèi)容1.巖土工程地質(zhì)性質(zhì)研究建造于地殼表層的任何建筑物，都離不開巖土體，巖土體作為建筑物地基或環(huán)境。巖土體成因類型和性質(zhì)對(duì)建筑物的意義重大。研究地質(zhì)環(huán)境首先研究巖土體

分布規(guī)律成因類型工程性質(zhì)參數(shù)測(cè)試不良性質(zhì)的改良形成分支學(xué)科——工程巖土學(xué)第20頁/共34頁第二十頁，共35頁。2.工程動(dòng)力地質(zhì)作用研究地球內(nèi)外動(dòng)力作用——地質(zhì)現(xiàn)象人類工程——經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的各種作用這些作用制約著建筑物的穩(wěn)定造價(jià)和正常使用研究工程動(dòng)力地質(zhì)作用地質(zhì)現(xiàn)象

分布

規(guī)模

形成機(jī)制

發(fā)展演化規(guī)律

產(chǎn)生的工程地質(zhì)問題工程地質(zhì)問題的分析評(píng)價(jià)

防治對(duì)策

措施形成分支學(xué)科——工程動(dòng)力地質(zhì)學(xué)第21頁/共34頁第二十一頁，共35頁。3.工程地質(zhì)勘察理論和技術(shù)方法研究工程地質(zhì)學(xué)服務(wù)于工程建筑，具體實(shí)現(xiàn)就是工程地質(zhì)勘察。工程地質(zhì)勘察的目的就是查明工程地質(zhì)條件，分析存在的工程地質(zhì)問題對(duì)工程建筑區(qū)作出工程地質(zhì)論證和評(píng)價(jià)，提出建筑設(shè)計(jì)所遵循的最佳方案和可能采取的工程措施，這涉及到廣泛的理論?；A(chǔ)地質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)工程建筑地基基礎(chǔ)等第22頁/共34頁第二十二頁，共35頁。工程地質(zhì)條件：工程地質(zhì)條件是指客觀存在的地質(zhì)環(huán)境中與工程建筑有關(guān)的地質(zhì)要素之綜合。它包括地形地貌、巖土類型及其工程地質(zhì)性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件、物理地質(zhì)現(xiàn)象（動(dòng)力地質(zhì)作用）、天然建筑材料。綜合概念，一、二種因素不稱為工程地質(zhì)條件。針對(duì)工程建筑對(duì)象而言。在自然地質(zhì)歷史過程中形成的客觀條件，不是人為的。第23頁/共34頁第二十三頁，共35頁。工程地質(zhì)問題：工程地質(zhì)問題是指工程建筑物與地質(zhì)環(huán)境（場(chǎng)地工程地質(zhì)條件）之間，存在著某些不適應(yīng)性所引起的影響建筑物施工、正常運(yùn)行和周圍環(huán)境的地質(zhì)問題。它反映了工程要求與場(chǎng)地地質(zhì)條件之間的矛盾。問題的產(chǎn)生是由于工程技術(shù)——經(jīng)濟(jì)要求與場(chǎng)地地質(zhì)背景之間的矛盾或差異引起。第24頁/共34頁第二十四頁，共35頁。巖土工程問題：

指的是工程建筑物與巖土體之間所存在的矛盾或問題。在巖土工程施工以及工程建筑物建成使用過程中，工程部位的巖土體和地下水與建筑物發(fā)生作用，導(dǎo)致巖土工程問題的出現(xiàn)。第25頁/共34頁第二十五頁，共35頁。工程地質(zhì)勘察的核心問題如何運(yùn)用有效的勘察方法和手段，取得反映確切的工程地質(zhì)因素，資料分析理論，以及表現(xiàn)形式。為保證勘察的精度和質(zhì)量，需不斷改進(jìn)技術(shù)方法、勘探機(jī)械和測(cè)試儀器。為使工程地質(zhì)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)定量化，需不斷完善地質(zhì)——數(shù)學(xué)模型和發(fā)展數(shù)學(xué)分析方法，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)。制訂適用于不同類型建筑的勘察規(guī)范或手冊(cè)。形成分支學(xué)科——專門工程地質(zhì)學(xué)第26頁/共34頁第二十六頁，共35頁。4.區(qū)域工程地質(zhì)的研究工程地質(zhì)條件工程地質(zhì)問題具有明顯的區(qū)域性分布規(guī)律和特點(diǎn)為國土資源開發(fā)利用和建設(shè)布局優(yōu)化,需要研究不同區(qū)域地質(zhì)條件的形成和分布規(guī)律不同區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力不同,區(qū)域穩(wěn)定性不同形成分支學(xué)科——區(qū)域工程地質(zhì)學(xué)第27頁/共34頁第二十七頁，共35頁。5.環(huán)境工程地質(zhì)的研究隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類工程—經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的反饋?zhàn)饔萌找鎻V泛而深刻

地質(zhì)環(huán)境惡化

地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)為了合理利用保護(hù)地質(zhì)環(huán)境，科學(xué)地預(yù)測(cè)人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的負(fù)影響

工程地質(zhì)學(xué)——環(huán)境科學(xué)交叉滲透形成分支學(xué)科——環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)第28頁/共34頁第二十八頁，共35頁。（二）與其他學(xué)科的關(guān)系工程地質(zhì)學(xué)涉及知識(shí)范圍廣，多學(xué)科的交叉

工程巖土學(xué)

巖土力學(xué)

工程動(dòng)力地質(zhì)學(xué)

專門工程地質(zhì)學(xué)

數(shù)理化力環(huán)境-工程地質(zhì)學(xué)

-鉆探

物探

計(jì)算機(jī)

地質(zhì)學(xué)

工程建筑學(xué)第29頁/共34頁第二十九頁，共35頁。

出現(xiàn)新的生長點(diǎn)

城市地質(zhì)

巖土工程

海洋工程地質(zhì)

高層建筑工程地質(zhì)巖土工程

是以工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、巖石力學(xué)及地基基礎(chǔ)工程學(xué)為理論基礎(chǔ)，以解決和處理在建筑過程中出現(xiàn)的所有與巖土體有關(guān)的工程技術(shù)問題，是一門地質(zhì)與工程建筑全方位結(jié)合的專業(yè)學(xué)科，屬土木工程范疇。地質(zhì)工程第30頁/共34頁第三十頁，共35頁。六、工程地質(zhì)學(xué)的發(fā)展歷