緒論工程地質010203地質學和工程地質學概述工程地質的內容工程地質在工程建設中的作用PART

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THREE04工程地質的發(fā)展與工程地質學展望PART

FOUR目錄CONTENTS01地質學和工程地質學概述地質學是關于地球的物質組成、內部構造、外部特征、各層圈之間的相互作用和演變歷史的知識體系，是研究地球及其演變的一門學科。工程地質與水文地質地質學與人類的生活和生產聯(lián)系密切，地球是人類生活的舞臺，是生產和科學研究的基地，了解和掌握地球，特別是地殼的特點及其活動規(guī)律是極其重要的。0.1.1地質學概述為了開發(fā)利用地下資源及改善和利用地球環(huán)境，解決人類社會發(fā)展中的實際問題，隨著科學技術的發(fā)展，地質學的研究領域也在不斷擴大，形成了既有理論意義又有生產應用價值的各分支學科。地質學的應用分支學科可分為兩大類：一類是與資源相關的應用分支學科，如礦床學、煤田地質學、石油地質學等；另一類是與人類生活環(huán)境和災害防護相關的分支學科，如工程地質學、水文地質學、環(huán)境地質學、災害地質學等。0.1.1地質學概述1.工程地質學的發(fā)展歷程工程地質學產生于地質學的發(fā)展和人類工程活動經驗積累的過程中。17世紀以前，許多國家成功地建成了至今仍享有盛名的偉大建筑物，但那時人們在建筑實踐中對地質環(huán)境的考慮，完全依賴于建筑者個人的感性認識。工程地質學是研究與人類工程建設等活動有關的地質問題的學科。其研究目的是查明建設地區(qū)或建筑場地的工程地質條件，預測和評價可能發(fā)生的工程地質問題及對建筑物或地質環(huán)境的影響，提出防治措施，以保證工程建設的正常進行。0.1.2工程地質學概述17世紀以后，由于產業(yè)革命和建設事業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)并逐漸積累了關于地質環(huán)境對建筑物影響的文獻資料。第一次世界大戰(zhàn)結束后，整個世界開始進入大規(guī)模建設時期。1929年，奧地利的太沙基出版了世界上第一部《工程地質學》；1937年，蘇聯(lián)的薩瓦連斯基出版了《工程地質學》。20世紀50年代以來，工程地質學逐漸吸收了土力學、巖石力學和計算數(shù)學中的某些理論與方法，完善和發(fā)展了本身的內容和體系。在我國，工程地質學的發(fā)展基本上始于20世紀50年代。我國工程地質學家谷德振在巖體穩(wěn)定性問題中提出的結構控制論及我國學者劉國昌在區(qū)域工程地質方面的研究，都對工程地質學的發(fā)展做出了重要的貢獻。0.1.2工程地質學概述2.工程地質學的研究內容工程地質學為工程建設服務，其研究內容主要包括以下三個方面：（2）工程地質分析。工程地質分析主要研究工程活動與地質環(huán)境相互制約的主要形式，即工程地質問題。通過分析這些問題產生的地質條件、力學機制及其發(fā)展演化規(guī)律來正確評價和有效預防、消除其不良影響。（1）工程巖土學。工程巖土學主要研究巖土體的工程性質及其在自然或人類活動影響下的變化規(guī)律。（3）工程地質勘察。工程地質勘察主要是查明工程地質條件，并研究查明工程地質條件的方法和手段。0.1.2工程地質學概述3.工程地質學的分類由于各類工程建筑物的結構和作用及其所在空間范圍內的環(huán)境不同，因此可能發(fā)生和必須研究的地質作用和工程地質問題往往各有側重。據(jù)此，工程地質學又常分為水利水電工程地質學、道路工程地質學、采礦工程地質學、海港和海洋工程地質學、城市工程地質學等。0.1.2工程地質學概述02工程地質的內容工程地質學的任務決定了它的研究內容，歸納起來主要有以下幾部分：（2）工程地質分析。工程地質分析主要研究工程活動與地質環(huán)境相互制約的主要形式，即工程地質問題。通過分析這些問題產生的地質條件、力學機制及其發(fā)展演化規(guī)律，以便正確評價和有效預防及消除其不良影響。（1）工程巖土學。工程巖土學主要研究巖土體的工程性質及其在自然或人類活動影響下的變化規(guī)律。（3）工程地質勘察。工程地質勘察主要是查明工程地質條件，并研究查明工程地質條件的方法和手段。0.2工程地質的內容03工程地質在工程建設中的作用大量的國內外工程建設實踐證明，工程地質工作做得好，設計、施工就能順利進行，建筑物的安全運營就有保證。相反，對工程地質工作忽視或重視不夠，使一些嚴重的地質問題未被發(fā)現(xiàn)或發(fā)現(xiàn)了而未進行可靠的處理，都會給工程帶來不同程度的影響，輕則修改設計方案、增加投資、延誤工期，重則使建筑物完全不能使用或埋下隱患。0.3工程地質在工程建設中的作用1.加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉南北長為59.44m，東西寬為23.47m，高為31.00m，容積為36500m3，基礎為鋼筋混凝土筏板基礎，厚為0.61m，埋深為3.66m。谷倉于1913年秋建成，自重20000t，相當于裝滿谷物后總重的42.5％。1913年9月裝谷物，裝至31822m3時，發(fā)現(xiàn)谷倉1h內豎向下沉30.5cm，并向西傾斜，24h后谷倉傾倒。0.3.1國外案例此時谷倉西側下陷7.32m，東側抬高1.52m，整體傾斜27°，如圖所示。造成此傾倒事故的原因是前期未對谷倉建筑場地進行工程地質勘察，設計時采用鄰近建筑地基的承載力（352kPa）作為該谷倉地基的承載力。0.3.1國外案例事后經工程地質勘察發(fā)現(xiàn)，該谷倉基礎之下埋藏有厚達16m的高塑性淤泥質黏土層，其承載力為193.8～276.6kPa，而谷倉加載后基礎底面上的平均荷載達到329.4kPa?；讐毫h遠超過了地基的極限承載力（276.6kPa），致使地基因強度遭到破壞而發(fā)生滑動。0.3.1國外案例馬爾帕塞壩是當時的拱壩建筑史上唯一在瞬時幾乎全部被破壞的拱壩，它引起了各國壩工界的極大重視。法國政府曾三次組織調查委員會進行失事后的調查、鑒定，并由法院進行審理。2.馬爾帕塞雙曲薄拱壩馬爾帕塞雙曲薄拱壩于1952年開工，1954年建成，最大壩高66m。初期蓄水緩慢，1959年7月檢測出壩和壩基位移偏大，同年12月初，庫水位因連降大雨而上升近壩頂，12月2日21時10分，大壩突然潰決，造成500余人死亡和失蹤，財產損失達300億法郎。0.3.1國外案例單純地從地質情況來看，該壩在施工之前，只在河床內打了兩個勘探鉆孔（孔深分別為10.4m和25.0m），而對兩岸壩座的巖體質量沒有加以重視，僅憑有限的幾個天然巖石露頭就做出判斷，足見沒有對這座拱壩的地質條件進行認真查勘和研究。從失事后的出露巖層可以看出，壩的基礎底面并沒有開挖到良好巖層，而是在強風化層下的弱風化層上限附近（施工開挖記錄表明進入弱風化層約1m）?？傊搲螇沃返牡刭|，尤其是左岸壩基巖體質量很差。0.3.1國外案例馬爾帕塞壩失事后，全世界正在施工的幾十座拱壩受到重大沖擊，一時紛紛停工，重新勘察和研究，重新進行壩座安全性的評估，之后有的補強加固，有的修改設計，有的甚至改變壩型或終止施工。0.3.1國外案例3.瓦依昂高拱壩意大利的瓦依昂高拱壩（見圖），是當時世界上最高的一座拱壩（262m），由著名壩工專家西門扎設計，1956年10月開始壩基開挖，1959年底完成混凝土澆筑，同年12月，法國馬爾帕塞壩失事后，為應對壩肩上部兩岸巖體內裂隙發(fā)育，在奧地利巖土專家繆勒和巴契爾（F.Pacher）的指導下，工程采用預應力鋼索錨固巖體。0.3.1國外案例1963年10月9日，水庫左岸山體突然發(fā)生大范圍坍滑，滑坡體將水庫填塞，淤積體高出庫水面150m，致使水庫報廢。當時涌浪高達250m，漫過壩頂，破壞了河谷內的一切設施，共計死亡1925人。這次事故對地質人員來說是一次沉痛的教訓，其中地質勘探不充分和對地質條件的評估失誤是失事的主要原因。0.3.1國外案例中央和鐵道部對成昆線的工程地質勘察十分重視，提出了地質選線的原則，動員和組織全國的工程地質專家與技術人員進行大會戰(zhàn)，并多次組織相關的專家學者及技術人員進行現(xiàn)場考察和研究，解決了許多工程地質難題，保證了成昆鐵路順利建成通車。成（都）昆（明）鐵路沿線的新構造運動十分強烈，其中約200km的地段位于八九度地震烈度區(qū)，因此地質構造極為復雜。沿線區(qū)域內地形險峻，大斷裂縱橫分布，巖層破碎嚴重，加之雨量充沛，山體不穩(wěn)，各種不良地質現(xiàn)象十分發(fā)育。0.3.2國內案例相反，新中國成立初期修建的寶（雞）成（都）鐵路，受限于20世紀50年代初期的設計水平，對工程地質條件認識不足，致使線路的某些地段質量不高，給施工和運營帶來了很大的困難。寶成鐵路上存在的路基沖刷、滑坡和泥石流問題給人們留下了深刻教訓。又如新中國成立前修建的寶（雞）天（水）鐵路，由于當時根本不重視工程地質工作，開挖了許多高陡路塹，導致了大量崩塌、滑坡、泥石流現(xiàn)象的發(fā)生，使線路無法正常運營，該線路也因此被稱為西北鐵路線上的“盲腸”。0.3.2國內案例由此可見，為保證工程的正常施工、運行和生命財產的安全，工程地質學的任務是非常重要的，它已成為工程建設中不可缺少的一個重要組成部分。隨著我國經濟建設的日益發(fā)展和科學技術的進步，工程建設的規(guī)模越來越大，數(shù)量也越來越多，如數(shù)十千米長的隧道、數(shù)百米高的高樓大廈、數(shù)百米高的露天采礦場邊坡、復雜如二灘和三峽水利樞紐工程等所謂“長隧道、深基坑、高邊坡”巨型重大工程，它們的建設與工程地質的關系更趨密切。鑒于工程地質對工程建設的重要作用，我國規(guī)定任何工程建設必須在進行相應的地質工作、提出必要的地質資料的基礎上，才能進行工程設計和施工作業(yè)。0.3.2國內案例04工程地質的發(fā)展與工程地質學展望20世紀30年代初，蘇聯(lián)開展了大規(guī)模的國民經濟建設，這促使了地質學與建筑工程科學的相互滲透，工程地質學由此作為一門獨立學科而誕生了。1932年在莫斯科地質勘探學院成立了由薩瓦連斯基領導的工程地質教研室，培養(yǎng)工程地質專業(yè)人才，并由此奠定了工程地質學的理論基礎。與此同時，歐美國家中的工程地質工作也有所開展，但它是附屬于土木建筑工程的，并未成為獨立完整的科學體系，主要是對一般地質構造和地質作用與工程建設關系進行研究。0.4.1工程地質的發(fā)展我國于1952年成立地質礦產部，設立水文地質工程地質局。同時，水利、鐵道、運輸?shù)炔块T相繼設立工程地質處或勘測隊。同年成立北京地質學院、長春地質學院并設立水文地質工程地質專業(yè)。1956年地質礦產部、中國科學院設立水文地質工程地質研究所。0.4.1工程地質的發(fā)展1979年，全國工程地質大會在蘇州召開，成立中國工程地質專業(yè)委員會。1989年，全國地質災害研究會成立，并辦有專門的學報。這個全國性學術組織以工程地質學家為主體，專門從事地質災害的形成機制、時空分布規(guī)律、預測預報、預防對策和治理措施等方面的研究。經過了50多年的發(fā)展，工程地質學已作為一門獨立的科學體系逐漸完善，成為具有多個分支學科的綜合性學科。從當今的發(fā)展趨勢看，現(xiàn)代工程地質學的重點發(fā)展分支是環(huán)境工程地質、礦山工程地質、地震工程地質、海洋工程地質等。工程地質學的發(fā)展前景廣闊，它將不斷地充實和成熟，為人類做出更大的貢獻。0.4.1工程地質的發(fā)展由于巖石圈、大氣圈、生物圈各層圈之間相互作用影響著，它們又具有全球觀念，所以勢必促使工程地質學家們從全球演化的角度來研究工程地質特征的多樣性以及各層圈對工程地質條件的影響，進行全球性的工程地質研究和對比。1.國際工程地質學的展望從世界范圍看，工程地質研究繼續(xù)由發(fā)達國家向發(fā)展中國家擴展。發(fā)展中國家的各類工程建設將以前所未有的規(guī)模和速度發(fā)展著,各種不同復雜程度的地質環(huán)境將向工程地質學家提出許多研究課題,也要求工程地質勘查技術手段不斷創(chuàng)新和改進。0.4.2工程地質學的展望作為地學分支的工程地質學與工程科學、環(huán)境科學以及地球科學的其他分支學科關系密切，所以工程地質學與各相關學科更好的交叉和結合能夠促進基本理論、分析方法和研究手段等各方面不斷更新和前進，進而使工程地質學的內涵不斷變化，外延不斷擴展。此外,工程地質學必將融入現(xiàn)代數(shù)理化、計算機科學、空間科學及材料科學等更多的新鮮知識，以保證在未來的信息世界里工程地質學的適應性。0.4.1工程地質的發(fā)展2.我國工程地質學的展望在21世紀上半葉，根據(jù)我國的發(fā)展戰(zhàn)略,將大大提高綜合國力，加速現(xiàn)代化建設。為保持較快的穩(wěn)步發(fā)展速度,在能源、交通、現(xiàn)代城市化建設和礦產資源開發(fā)方面將要有更大、更快發(fā)展。同時，為了實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,要重視環(huán)境保護，加強自然災害的防治。我國的工程地質學應重點解決好環(huán)境工程地質、災害防治等方面的問題以及復雜地質體建模理論技術、崩滑地質災害發(fā)生機理等工程地質方面的理論與技術的發(fā)展。0.4.2工程地質學的展望今后工程地質學的主要任務是研究并解決以下問題:（1）環(huán)青藏高原淺表層動力學條件及其環(huán)境效益。（2）深埋長大隧道災害地質問題評價及預測。（3）地下開挖的地面地質效應研究。（4）流域開發(fā)及重大工程建設（前期、后期）的環(huán)境地質效應評價。0.4.2工程地質學的展望（5）城市及重大工程建設區(qū)環(huán)境地質信息系統(tǒng)及防災減災決策支持系統(tǒng)。（6）沿海地區(qū)海面上升對地質環(huán)境的影響研究。（7）城市垃圾衛(wèi)生填埋處置的環(huán)境地址效應分析。（8）核電站選址及中-低放射性核廢料處置的環(huán)境地質效應研究。今后工程地質學應重點發(fā)展的理論與技術有:（1）復雜地質體的建模理論與技術研究，深化開挖卸荷條件下節(jié)理巖體的力學響應及其地質-力學模型、深埋條件下巖溶介質的地質-(水動)力學模型和強震條件下水-巖力學作用模型及工程巖體穩(wěn)定性的研究工作。（2）崩滑地質災害發(fā)生機理及其非線性評價預測理論，加強災害性地質過程的非線性及全息預報系統(tǒng)理論研究。即以系統(tǒng)工程和信息工程理論為基礎，針對地質體結構和信息源的復雜性，充分考慮地質體可能發(fā)出的各種信息，采用信息工程理論對多源復雜信息進行加工處理，再將傳統(tǒng)的確定性預測方法和處理復雜系統(tǒng)與探索復雜性的非線性理論有機結合，建立災害性地質過程的全息預報系統(tǒng)理論。0.