土木工程地质学_1_绪论.ppt

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1、土木工程地质学Geology in Civil Engineering,1.1 地质学与工程地质学 1.1.1 地质学 1.1.2 工程地质学1.2 工程地质学的任务和研究方法 1.2.1地质环境影响人类工程活动 1.2.2人类工程活动对地质环境的作用1.3 工程地质学的分类 1.4 工程地质条件与工程地质问题 1.4.1工程地质条件 1.4.2工程地质问题 1.5 工程地质在土木工程建设中的作用 1.5.1地基与基础 1.5.2地基承载力 1.5.3工程地质在土木工程中的作用 1.6 本章小结,绪论,1.1 地质学与工程地质学 1.1.1 地质学 地质学是一门关于地球的科学。它的主要研究对象

2、是地球的固体表层地壳，研究内容主要有以下方面： 研究地壳的物质组成，由矿物学、岩石学、地球化学等分支学科承担； 研究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，研究这方面的分支学科有构造地质学、区域地质学、地球物理学等； 研究地球的历史以及栖居在地质时期的生物及其演变，研究这方面问题的有古生物学、地史学、岩相古地理学等； 地质学的研究方法与手段的研究，如同位素地质学、数学地质及遥感地质学等； 研究应用地质学的理论和方法解决资源探寻、环境地质分析和工程灾害防治等问题。,从应用方面来说，地质学对人类社会担负着重大使命，主要有两方面：一、以地质学的理论和方法为指导，寻找各种矿产资源，这是矿

3、床学、煤田地质学、石油地质学等研究的主要内容；二、运用地质学的理论和方法研究工程地质环境，查明地质灾害的发生、发展及其分布规律，提出科学、合理的防治对策，以确保工程建设安全、经济和正常运行，这是工程地质学研究的主要内容。,1.1.2 工程地质学 工程地质学是研究与工程建设有关的地质问题的科学，是为工程建设服务的，属地质学的一个分支学科。工程地质学的研究对象就是工程建筑与地质环境之间的相互制约和相互作用，研究的目的是促使二者之间矛盾的转化和解决。 工程地质学为工程建设服务是通过工程地质勘察来实现的。通过勘察和分析研究，阐明建筑地区的工程地质条件，指出并评价存在的问题，为建筑物的设计、施工和使用提

4、供所需的地质资料。 工程地质学的基本任务可概括为三方面： 一、区域稳定性研究与评价； 二、地基稳定性研究与评价； 三、环境影响评价。,工程地质学的具体任务包括： 研究建筑地区工程地质条件，指出有利因素和不利因素，阐明工程地质条件的特征及其变化规律； 分析存在的工程地质问题，进行定性和定量评价，预测发生的可能性、发生的规模和发展趋势，作出确切结论； 选择地质条件较为优越的建筑场地，并根据场址的工程地质条件合理配置各个建筑物； 研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响，预测其发展演化趋势，并提出对地质环境合理利用和保护的建议； 提出改善、防治或利用有关工程地质条件，加固岩土体和防治地下水的建议方案。,

5、工程地质学把地质学的理论、方法应用于工程实际，通过工程地质调查、勘察和研究建筑场地的地形地貌、地层岩性及其工程地质性质、地质构造、水文地质和物理地质作用等工程地质条件，预测和论证有关工程地质问题发生的可能性，并采取必要防治措施加以防治。工程勘察和减灾防灾是工程地质学的主要任务。,(土木)工程地质学：地质学的分支学科，研究人类在(土木)工程建设活动中产生的地质问题，特别是不良地质问题的应用学科。,地质学：研究地球性质的科学。,它研究人类工程活动与地质环境相互关系，是地质学与工程紧密结合的学科。,简单的说：,大地表面的岩石和土，和人类密切相关。,作为工程建设的地基，软还是硬? 完整还是破碎？透水与

6、否？ 等等工程性质；作为人类生产生活的环境，其性质和演变规律。受人类活动的影响？对人类环境的影响？是否产生危害？,岩土的工程地质性质过去我们对大地的认识可能是这样的：硬的：岩石软的：土,实际上远没这么简单,a. 矿物及岩石的强度，差异大滑石，高岭石，比指甲的硬度还小；长石，石英，比玻璃的硬度还大。,石英岩，花岗岩，玄武岩：300MPa；滑石片岩，泥质岩： 30MPa。,b. 土的软硬差异也很大：不同的成因，不同的年代，不同的成分。,河流上游冲积物砾石或石英砂为主，河流下游及河口冲积物粘土矿物为主。,c. 岩土的水理性质,透水性：岩石的透水性在水库选址中是比较重要的一个因素；软化性：含粘土矿物的

7、岩石，饱水或遇水时发生软化，强度降低(可达一半)左右，变形大大增加。可溶性：可溶性矿物：方解石，石膏，岩盐等。最广布的易溶蚀岩石：石灰岩。,1.2 工程地质学的任务与研究方法 1.2.1 工程地质学的研究内容 任何工程地质问题均是从下面三个角度考虑： （1）区域稳定性研究与评价，是指内力地质作用引起的断裂活动，以及地震队工程建设地区稳定性的影响。即大环境，地区性因素对工程的影响。 （2）地基稳定性研究与评价，是指地基的牢固、坚实性。即小环境，工程覆盖范围内及工程本身因素对工程的影响。 （3）环境影响评价，是指人类工程活动对环境造成的影响。即工程对环境的影响。,具体地来说，是以下五点：1.评价工

8、程地质条件，阐明地上和底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形式，保证规划、设计、施工、使用、维修顺利进行；2.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、规模和发展趋势；3.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；4.研究岩体、土体分类和分区及区域性特点；5.研究人类工程活动与地质环境之间的相互作用与影响。,1.2.2 工程地质学的研究方法 工程地质学的研究对象是复杂的地质体，所以其研究方法是包括地质分析法、力学分析法、实验法和工程类比法等方法的密切结合，即通常所说的定性分析与定量分析相结合

9、的综合研究方法。 (1)地质分析法：即自然历史分析法。是运用地质学的理论，查明工程地质条件和地质现象的空间分布以及它在工程建筑物作用下的发展变化，用自然历史的观点分析研究其产生过程和发展趋势，进行定性的判断。它是工程地质研究的基本方法，也是其他研究方法的基础。 (2)力学分析法：可分为物理模拟和数值模拟，故其也称模拟方法。它们是在通过地质研究，深入认识地质原型，查明各种边界条件，并通过实验研究获得有关参数的基础上，结合建筑物的实际作用，正确地抽象出工程地质模型，利用相似材料或各种数学方法，再现和预测地质作用的发生和发展过程。,(3)实验和测试方法：包括测定岩、土体特性参数的实验，对地应力的量级

10、和方向的测试，对地质作用随时间延续而发展的监测。即通过室内或野外现场试验，取得所需要的岩土的物理性质、水理性质、力学性质数据。长期观测地质现象的发展速度也是常用的试验方法之一。 (4)工程类比法：根据实践经验和工程地质条件对围岩进行分类，然后按不同围岩分类确定所需的支护系统以定量地评价工程地质问题。类似于借鉴母型工程对类似的工程进行设计。,是工程地质学了基本研究方法，也是进一步定量分析的基础。,地质(自然历史)分析法力学分析法工程类比法实验法,研究方法,进一步预测和评价,试验验证与模拟,工程地质工作中，必须综合运用上述定性分析和定量分析方法，才能取得可靠的结论，对可能发生的工程地质问题制订出合

11、理的防治对策。,工程地质学的研究方法,1.3 工程地质学的分类,1.4 工程地质条件与工程地质问题,1.4.1工程地质条件 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：1.地形地貌2.地层岩性3.地质构造4.水文地质条件5.不良地质现象,工程地质条件是客观存在的地质因素，只有其中的稳定因素或工程建设产生的不稳定因素对工程建设运行构成或可能构成有害影响时才成为工程地质问题,1.4.2工程地质问题 工程地质问题是指工程建筑物与岩土体之间相互作用所产生的对建筑本身的顺利施工和正常运行或对周围环境可能产生影响的矛盾或问题。在岩土工程施工以及工程建筑物建成使用过程中，工程部位的岩土体

12、和地下水与建筑物发生作用，导致工程地质问题的出现。由于建筑物的类型、结构和规模不同，其工作条件和工程作用力的大小方向各异，与地质环境相互作用的特点也不同，因此，所产生的工程地质问题也不同，这就造成工程地质问题的复杂性和多样性。 工程地质问题的分析、评价是岩土工程勘察的核心任务和中心环节，每一项工程进行岩土工程勘察时，对主要的工程地质问题必须做出确切的评价结论。工程地质问题分析还能够起到指导勘察的作用，为合理选用勘察手段，布置勘察工作量提供依据。,1.5工程地质在土木工程中的作用 在进行工程建设时，无论是总体布局阶段，还是个体建筑物设计、施工阶段，都应进行相应的工程地质勘察工作。总体规划布局阶段

13、应进行区域性工程地质条件和地质环境的评价；场地选择阶段应进行不同建筑场地工程地质条件的对比，选择最佳的工程地质条件场址方案；在选定场地进行个体工程设计和施工阶段，应进行工程地质条件的定量分析和评价，从而提出适合地质条件和环境协调的建筑物类型、结构和施工方法等方面的建议，拟定改善和防治不良地质作用和环境保护的工程措施等。 为了做好上述各阶段岩土工程勘察工作，必须通过工程地质测绘与调查、勘探与取样、室内实验与原位测试、观测与监测、理论分析等手段获得必要的工程地质资料，并结合具体工程的要求进行研究、分析和判断，以查明工程地质条件，分析论证工程地质问题，提出相关建议。,对于每一项工程建设来说，在工程勘

14、察中所掌握的工程地质条件，都是在工程兴建前的初始地质条件。很多情况下，在建筑物的施工和使用过程中，即在人类土木工程建设活动的影响下，初始条件将会发生很大的变化，如地基土的压密、土的结构和性质的改变、地下水位的上升或下降、新的地质作用的产生等。由人类工程活动所引起的工程地质和水文地质条件的变化，在工程地质学中用工程地质作用这一专门的术语来表示。反过来讲，工程地质作用也势必对建筑物施加影响，而有些影响则是很不利的。因此，预测工程地质作用的发展趋势及可能危害的程度，提出控制和克服其不良影响的有效措施，也是工程地质学的主要任务之一。,不良的工程地质条件会影响工程建筑稳定和正常使用。,不良的地质条件会影

15、响施工安全。,不良的地质条件会影响工程造价。,举例,苏州虎丘塔,七层47.5m，一千多年，不均匀沉降，引起塔顶偏离中心线达2.31m（1978年）,结构物倾斜,当建造至24m高时发现倾斜，限于当时技术水平，找不出原因而被迫停工，一百年后续建至塔顶(高约55m)。,比萨斜塔,结构物倾斜,墙体开裂,上海工业展览馆大厅两侧系条形基础 , 用沉降缝隔开。地基为厚约14 m 的淤泥质软粘土。墙面因不均匀沉降而产生较大裂缝；进厅台阶也有错开现象。,加拿大特朗斯康谷仓，初次贮存谷物时发生地基滑动。,基础和上部结构刚度均很强，所以筒仓完好无损。,地基滑动,加拿大特朗斯康谷仓,地基产生液化失去承载力，毁坏建筑物

16、。地震时， 发生震沉 ，使建筑物一层楼全部沉入地面以下等。,地基液化失效,1985年6月12日凌晨，长江西陵峡上段新滩镇一带发生了总体积约2 千万 立方米的巨型堆积层滑坡，新滩镇全部被毁，滑坡历时35分，碎石入江爬坡高度49米，浪峰宽310米。由于预报较好，未伤及人员（1371人）。,上海地铁四号线事故,滑坡和崩塌在水等外动力的侵蚀下，地表的形态不停地在变化。大部分是缓慢的、一点一点的物质迁移和变化。也有剧烈的变化滑坡和崩塌。,人的建设对自然的改造活动，也会改变自然的缓慢的平衡过程，引发剧烈的反应。,浙江甬台温高速路山体滑坡， 2004年12月11日,A landslide in Califo

17、rnia, USA,1995,意大利Vajont水库滑坡位于意大利北阿尔卑斯褶皱带的深切峡谷中。中生代地层，发育古滑坡.First slide, Nov.4, 1960; second slide, Oct. 9, 1963.Five villages in the valley below were leveled and 2000 people killed,湖北盐池河磷矿崩塌1980年6月3日，从200米之上的鹰嘴崖崩塌，560米400米30米，死亡307人。,原因1979年7月大规模采挖磷矿，在山体中形成十多条裂缝，都分布在采空区和非采空区相对应的边缘地带。曾经设测量点对裂缝的发展做简

18、易监测。,过度抽取地下水引起的环境地质问题地面沉降，地裂缝，岩溶地面塌陷，地下水质恶化。,地面沉降导致井口抬升,地面沉降导致河水面向对上升,西安城南地裂缝，沿线建筑物开裂破坏。,西安城南地地裂缝，两盘沉降差3060cm。使居民楼开裂(1986年),1988年拆除中间单元，保留两侧单元，仍报废。,岩溶地面塌陷,岩溶地面塌陷,1.6 本章小结 （1）地质学是一门关于地球的科学，它的研究对象主要是地球的固体表层地壳。工程地质学是研究与工程建设有关的地质问题的科学，是地质学的重要分支学科，包括工程岩土学、工程地质分析原理、岩土工程勘察三个基本部分。 （2）工程地质研究的主要任务是评价工程地质条件、论证

19、和预测有关工程地质问题、提出及建议改善、防治或利用有关工程地质条件的措施、研究岩土体分类和分区及区域性特点及)研究人类工程活动与地质环境之间的相互作用与影响。工程地质学为工程建设服务是通过岩土工程勘察来实现的。 （3）工程地质学的其研究方法是包括地质分析法、实验和测试方法、计算方法和模拟方法等方法的密切结合,即通常所说的定性分析与定量分析相结合的综合研究方法。,（4）工程地质条件是指与工程建筑有关的地质要素的综合，包括地形地貌、岩土类型及其工程地质性质、地质结构与地应力、水文地质条件、物理地质作用以及天然建筑材料等六个要素。工程地质问题是指工程建筑物与岩土体之间相互作用所产生的对建筑本身的顺利

20、施工和正常运行或对周围环境可能产生影响的矛盾或问题。 （5）工程地质问题的分析、评价是岩土工程勘察的核心任务和中心环节，每一项工程进行岩土工程勘察时，对主要的工程地质问题必须做出确切的评价结论。对工程地质问题的分析、研究和论证，其关键是对工程地质条件的深入了解和认识，同时又要密切结合工程建筑的自身特点予以论证。 （6）基础是建筑物的地下部分，又称下部结构。地基是承受建筑物全部重量的那部分岩土层。地基一般包括持力层和下卧层，直接与基础接触的岩土层叫持力层，持力层下部的岩土层叫下卧层。地基是否具有支承建筑物的能力，常用地基承载力来表达，包括强度和变形两个方面。,（7）人类工程活动与地质环境之间存在着相互作用、相互制约的关系。一方面表现为地质环境以一定的作用影响工程建筑物的稳定和正常使用，影响工程活动的安全，或造成工程造价提高；另一方面，人类工程活动又会以各种方式反馈作用于地质环境，引起自然地质环境发生变化，影响到建筑物本身的安全、稳定和正常使用，或造成地质环境的恶化。,学分和成绩组成,平时分数占：,考试分数占：,课程占X学分,XX野外实习占X学分,