《工程地质学教学资料》ch.ppt

工程地质学,ENGINEERING GEOLOGY 主讲人：刘岁海lecturer：Liu Suihai环资学院Environment and Resource College,主要内容(Main Topics)1、人类工程活动与地质环境（human engineering activity and geological environment）2、地质学与工程地质学（geology and engineering geology）3、工程地质条件与工程地质问题（engineering geological condition and engineering geological problem）4、工程地质在工程建设中的应用（application of engineering geology in construction）5、工程地质学的学习要求（study requirement of engineering geology）,绪论(INTRODUCTION),一、人类工程活动与地质环境（human engineering activity and geological environment）1、地质环境对人类工程活动的制约(1)、影响工程建筑物的稳定和正常使用如：山体滑坡、泥石流对建筑危害,(2)、人类在从事工程活动中影响工程活动的安全如：采煤中瓦斯爆炸、涌水；隧道掘进过程中出现塌顶、岩爆或涌水等,(3)、地质条件不具备而使工程造价提高,沿海三角洲地区,桩基,筏式地基,深基坑,软基,高层建筑,增加造价,高烈度地区,建造巨型电站,高设防烈度,大幅度提高,2、人类工程活动又会以各种方式影响地质环境，即人类工程活动对地质环境的制约人类工程活动对地表的改造已达到不可忽视的程度，到目前为止人类活动已涉及到地表80的地区。如：地下水开发引起的地面沉降河流上游水库的修建改变河流的地质作用滥伐森林引起土地荒漠化兴建水库诱发地震等,大规模的砍伐森林造成荒漠化,不合理削坡使坡体稳定性降低,梯级电站改变河流的地质作用,水库蓄水导致水库诱发地震,岩（土）开 挖,岩（土）应力状态的卸载和调整,岩（土）开挖爆破损伤和振动,岩（土）临空面位置、形态的改变,引发地下水的排泄、地表水的聚集,开挖后岩（土）弃渣的堆积和处理,3、人类活动与地质环境之间的相互制约如：不良地基上修建房屋，提高了造价，另一方面房屋修建后会引起地基土的压实如：在岩土体稳定性差的地区修建水库，造价高，另一方面水库的修建使近坝、库岸的岸坡的稳定性降低，尤其是水位骤然升降经常引起岸坡失稳，蓄水引起水库诱发地震等,相互 影响制约,地 球,二、地质学与工程地质学(Geology and Engineering geology）1、地质学（Geology）地质学是一门关于地球的科学，它研究的对象主要是固体地球的上层。主要有以下方面内容：（1）研究组成地球的物质；（2）阐明地壳及地球的构造特征,即研究岩石或岩石组合的空间分布；（3）研究地球的历史以及栖居在地质时期的生物及其演变；（4）地质学的研究方法与手段；（5）研究应用地质学以解决资源探寻、环境地质分析和工程防灾问题。主要有两方面：一是以地质学理论和方法指导人们寻找各种矿产资源；二是运用地质学理论和方法研究地质环境，查明地质灾害的规律和防治对策，以确保工程建设安全、经济和正常运行。,2、工程地质学（Engineering geology）Engineering geology is about applying all branches of the geosciences to assure the safety,efficiency,and economy of engineering and environmental projects.Engineering geology is devoted to the investigation,study and solution of the engineering and environmental problems which may arise as the result of the interaction between geology and the works and activities of man as well as to the prediction and the development of measures for prevention or mediation of geological hazards.Which are mainly concerned with the geological problems encountered in engineering.Its main tasks is to investigate and evaluate the geological engineering problems,provide the basic information for the plan,design and construction of the engineering.,工程地质学(Engineering Geology):是一门研究与工程建设有关的地质问题，为工程建设服务的地质学科，它是地质学的分支学科，属于应用地质学的范畴。,（1）工程地质学的发展 在20世纪30年代已发展成为一门独立的学科。我国工程地质学的发展始于建国初期，经过50多年的努力，建立了具有我国特色的学科体系。随着生产的发展和研究的深入，形成一些新的分支学科，如环境工程地质、海洋工程地质与地震工程地质等。人类工程活动作为环境演化的积极而活动的因素及工程和环境的密切关联性已成为当今研究的重要方向。,（2）工程地质学研究对象,浅表层地质环境 工程建筑物两者关系、适应性、矛盾转化、解决。保证建筑物的安全、经济和正常使用勘察、分析评价阐明条件、解决问题满足建筑物的设计、施工、使用,三峡工程规划图,地面沉降使桥墩错位,（3）工程地质学的主要任务 工程地质研究的基本任务，可归结为三方面：A区域稳定性研究与评价，是指由内力地质作用引起的断裂活动，地震对工程建设地区稳定性的影响；B地基稳定性研究与评价，是指地基的牢固、坚实性；C环境影响评价，是指人类工程活动对环境造成的影响。,（3）工程地质学的主要任务工程地质学的具体任务是：A评价工程地质条件，阐明地上和地下建筑工程兴建和运行的有利和不利因素，选定建筑场地和适宜的建筑型式；B从地质条件与工程建筑相互作用的角度出发，论证和预测有关工程地质问题发生的可能性、发生的规模和发展趋势；C提出及建议改善、防治或利用有关工程地质条件的措施、加固岩土体和防治地下水的方案；D研究岩体、土体分类和分区及区域性特点；E研究人类工程活动与地质环境之间的相互作用与影响。,（4）工程地质学的主要内容,岩土工程性质的研究 研究与工程建筑物有关的岩土体的工程地质性质及其变化规律，即分布规律、成因类型、力学性质等 分支学科：工程岩土学工程动力地质作用的研究 研究工程动力地质作用的形成机制、规模、空间分布及发展趋势，对由此引起的工程地质问题进行评价、防治和改造 分支学科：工程动力地质学工程地质勘察理论和技术方法的研究 研究勘察方法的选择、工作的布置原则、工作量的分配，勘察技术、方法理论的改进。规范、手册为指南。分支学科：工程地质勘察、岩土工程勘察。,区域工程地质研究 为工程规划设计提供地质依据，进行工程地质区划 分支学科：区域工程地质学环境工程地质研究 研究人类工程活动和地质环境之间的联结模式，科学预测人类活动对地质环境的影响 分支学科：环境工程地质学,（5）工程地质学研究方法,自然历史分析法数学力学分析法模型模拟试验法工程地质类比法,自然历史分析法 地质学分析 研究地质体、地质现象、自然地质历史形成演化。地质基础工作。基本的研究方法。例如：斜体变形破坏研究。,数学力学分析法 定量分析计算、评价针对某一具体问题。地质分析为基础 地质模型 数学模型（理论经验公式等）代入有关参数进行计算。例如：刚体极限平衡法、弹塑性理论方法、数理统计方法、数值分析方法。还如，灰色理论、逻辑信息、模糊数学、分形、神经网络等。,模型与模拟实验法 仿实体演绎模型实验：如渗流、斜坡、地基渗透变形、洞室稳定等方面都可以进行。模拟实验：如光弹实验、电网络模拟（欧姆定律渗流达西定律）、结构的网络模拟、数值模拟等。,工程地质类比法 经验借鉴、对比基础是相似性（地质条件与建筑工作方法）如：专家判断、经验参数使用。上述方法各有特点，相互补充，综合应用。,三、工程地质条件与工程地质问题1、工程地质条件（engineering geological condition）工程地质条件是指工程建筑物所在地区地质环境各项因素的综合。包括：岩土类型及其工程性质地质构造地形地貌水文地质工程动力地质作用天然建筑材料不同地区的地质环境不同，工程地质条件不同，对工程建筑物有影响的地质因素的主次关系不同。,2、工程地质问题（engineering geological problem）已有的工程地质条件在工程建设和运行期间会产生一些新的变化和发展，构成威胁影响工程建筑安全的地质问题称为工程地质问题。对工程建设而言，主要的工程地质问题包括：A地基稳定性问题（Ground stability）：是工业与民用建筑工程常遇到的主要工程地质问题，它包括强度和变形两个方面；B斜坡稳定性问题（slope stability）；C洞室围岩稳定性问题（wall rock stability）；D区域稳定性问题（areal stability）。,矛 盾,.工程地质问题是复杂多样的，工程类型不同的其所存在的工程地质问题也不相同,注意两个问题,.工程地质条件的自然界客观存在性,相同工程地质条件,不同的问题,四、工程地质在工程建设中的应用1、几个概念（1）建筑物（building）：“建筑物”含义很广，含房屋建筑和构筑物两大类。（2）建筑场地（architecture field）：工程建设所直接占有的有限面积的土地，大体相当于厂区、居民点和自然村的区域范围的建筑物所在地。（3）地基（ground）：在土和岩层中修建建筑物，承受建筑物全部重量的那部分土和岩层，地基分持力层（bearing stratum）与下卧层（substratum）两部分。,（4）天然地基（natural ground）：未经加固处理、直接支承基础的地基。（5）软弱地基（soft clay ground）：由淤泥、淤泥质土、松散的砂土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层所构成的地基。（6）人工地基（artificial foundation）：经过人工加固处理过的地基。（7）地基承载力（bearing capacity of foundation soil）：指地基所能承受由建筑物基础传递来的荷载的能力，地基与基础设计必须满足两个基本条件：要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力；控制基础沉降使之不超过地基的变形容许值。,上部结构、基础和地基三者之间的关系,地基（Ground）：基础下面的承受荷载的土层。基础（Foundation）：建筑物最下面一个组成部分，承受建筑物全部荷载，并传给地基。上部结构（Superstructure）：一般建筑物由上部结构和基础两部分组成。,2、工程地质在工程建设中的应用 任何工程建筑物都是建造在一定的场地与地基之上，所有工程建设方式、规模和类型都受建筑场地的工程地质条件所制约，会遇到各种各样的自然条件和地质问题，如青藏铁路、三峡工程、南水北调工程等都是以地质条件复杂著称于世。因此，在设计之前，必须进行场地与地基的工程地质勘察，充分了解建筑场地与地基的工程地质条件，论证和评价场地、地基的稳定性和适宜性、不良地质现象、软弱地基处理与加固等岩土工程的技术决策和实施方案。,Example 1-1 简单地质条件的地基 Example 1-2 斜坡上的建筑地基 Example 1-3 美国内华达州 Las Vegas城地面沉降灾害 Example 1-4 中国2006年的地质灾害 可见，工程地质工作很重要，是设计之先驱，没有足够考虑工程地质条件而进行设计，是盲目的设计，不仅会导致建筑费用增高、工程量增大、施工期限拖长，而且产生安全隐患，在个别的情况下，建筑物将发生变形或破坏，甚至废弃使用。,五、工程地质学的学习要求在我国的技术分工中，工程地质勘察由工程地质技术人员进行，工程地质技术人员应当对工程地质勘察的任务、内容和方法有足够的基础知识。工程地质学是地质工程专业的学科基础课，其内容相当广泛，本课将讲述在工程建设中所涉及到的最基本的工程地质问题的理论和知识，包括岩土的成因类型及其工程地质特征、工程动力地质作用及工程地质勘察等。,学习本课程的要求如下：（1）系统地掌握工程地质学的基本理论和知识，能正确运用勘察数据和资料进行设计与施工。（2）能根据工程地质的勘察成果，运用已学过的工程地质理论和知识，进行一般的工程地质问题分析及对不良地质现象采取处理措施。（3）了解工程地质勘察的基本内容、方法和过程，工程地质数据的来源、作用以及应用条件，对一些中小型工程能够进行一般的工程地质勘察。（4）把学到的工程地质学知识与专业知识和其他课程知识密切联系起来，去解决工程实际中的工程地质问题。,思考题1、什么是工程地质学?2、什么是工程地质条件和工程地质问题？它们具体包括哪些因素和内容？3、工程地质学的研究方法有哪些？,END,Example 1-1 简单地质条件的地基,1-建筑物2-粘土层,h-基坑深度s-建筑物沉降,思考的问题：建筑物是否安全？思考角度：（1）强度问题（2）变形问题,解决方法：对建筑场地进行工程地质勘察，即查明土层的分布、厚度、均匀性和其物理力学性质以及地下水等的工程地质条件，并评估地基承载能力和建筑物沉降量以及土体被挤出的可能性。,RETURN,1-砂页岩 2-坡残积粘土 3-建筑物 4-挡土墙,解决方法：对建筑场地进行工程地质勘察，对可能出现的问题进行分析，从而采取相应的措施，如设置挡墙和加强排水等。,Example 1-2 斜坡上建筑的稳定问题,思考的问题：（1）建筑物基础的不均匀沉降问题；（2）粘土层在基岩面上的稳定问题；（3）基岩的稳定问题。,RETURN,评语：人类工程活动显著地影响环境，既可恶化环境，亦能改善环境-环境工程地质学。,Example 1-3 美国内华达州 Las Vegas城地面沉降灾害,美国内华达州 Las Vegas城早在1905年开始抽取地下水供给，从1935年开始进行了达60多年的地面沉降观测研究，结果表明该城地面沉降影响范围已达1030km2。抽取地下水量超过地下水的补给量，导致地面逐年下沉，地面沉降及伴生的地裂缝和断层活动一起构成Las Vegas城市地区严重的环境工程地质问题，且形成灾害，如各类地面建筑物损坏、井管折断，部分排水管道和煤气管道切断。,RETURN,Example 1-4 中国2006年的地质灾害,2006 年，全国共发生各类地质灾害102804 起。共造成人员伤亡1227人，其中死亡663人，失踪111人，受伤453人，造成直接经济损失43.2 亿元。2006 年，地质灾害以突发性地质灾害为主，除北京、上海和宁夏外，其他28个省(自治区、直辖市)都有突发性地质灾害发生，主要类型包括滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等，其中滑坡发生数量最多，占全国地质灾害发生总数的86.1%。缓变性地质灾害类型主要有地面沉降、地裂缝、海水入侵等。2006 年，全国地质灾害主要分布在受台风影响严重的中南和华东地区，其中湖南、广东、福建、江西和广西五省（自治区）共发生地质灾害100576 起，占全国地质灾害总数的97.8%。,RETURN,