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1、绪绪 论论 地球是太阳系族中的一个行星，地球体的表地球是太阳系族中的一个行星，地球体的表层，即地壳，是各种地质作用进行的场所，是人层，即地壳，是各种地质作用进行的场所，是人类赖以生活和活动的场所，一切工程建类赖以生活和活动的场所，一切工程建(构构)筑物筑物都建筑在地壳上都建筑在地壳上,同时，也是建筑材料和矿产资源同时，也是建筑材料和矿产资源的主要来源地。因此，地壳是地球科学研究的主的主要来源地。因此，地壳是地球科学研究的主要对象，构成人类生存和工程建筑的环境和物质要对象，构成人类生存和工程建筑的环境和物质基础。我们这些未来的工程师有必要了解和掌握基础。我们这些未来的工程师有必要了解和掌握这方面
2、的有关知识。这方面的有关知识。1.1地质学与工程地质学地质学与工程地质学1.1.1地质学地质学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：的上层，主要有以下方面内容：（1）研究组成地球的物质：矿物学、岩石学、地球化学等分支）研究组成地球的物质：矿物学、岩石学、地球化学等分支学科；学科；（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）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，如构造地质学、区域地质学、地球物理学等分支学科；间分布，如构造地质学、区域地质学、地球物理学等分支学科；（
3、3）研究地球的历史以及栖居在地质时期的生物及其演变：如）研究地球的历史以及栖居在地质时期的生物及其演变：如古生物学、地史学、岩相古地理学等；古生物学、地史学、岩相古地理学等；（4）地质学的研究方法与手段，如同位素地质学、数学地质学）地质学的研究方法与手段，如同位素地质学、数学地质学及遥感地质学等；及遥感地质学等；（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）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，如矿床学、煤田地质学、石油地质学等；二是运用地种矿
4、产资源，如矿床学、煤田地质学、石油地质学等；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，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。以确保工程建设安全、经济和正常运行。1.1.2工程地质学（工程地质学（Engineeringgeology）工程地质学是地质学的重要分支学科，是把地质学原理应用于工程地质学是地质学的重要分支学科，是把地质学原理应用于工程实际的一门学问，它研究岩土工程中的地质问题，即在工程工程实际的一门学问，它研究岩土工程中的地质问题，即在工程建筑设计、施工和运营的实施过程中合理地处理和正确地使用自建筑设计、
5、施工和运营的实施过程中合理地处理和正确地使用自然地质条件和改造不良地质条件。然地质条件和改造不良地质条件。（1）工程地质学的发展）工程地质学的发展工程地质学在经济建设和国防建设中应用非常广泛，早在工程地质学在经济建设和国防建设中应用非常广泛，早在20世世纪纪30年代就获得迅速发展，并成为一门独立的学科。我国工程地年代就获得迅速发展，并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，经过质学的发展始于建国初期，经过50多年的努力，不仅能适应国内多年的努力，不仅能适应国内建设的需要并开始走向世界，建立了具有我国特色的学科体系。建设的需要并开始走向世界，建立了具有我国特色的学科体系。随着生产的
6、发展和研究的深入，形成一些新的分支学科，如环境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。当今研究的重要方向。（2）工程地质学的主要任务）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：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
7、，地震对工程建设地区稳定性的影响；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；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。环境影响评价，是指人类工程活动对环境造成的影响。工程地质学的具体任务是：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，保证规划、的有利和不利因素，选定建筑场地和适宜的建筑型式，保证规划、设计、施工、使用、维修顺利进行；设计、施工、使用、维修顺利进行；B从地
8、质条件与工程建筑相互作用的角度出发，论证和预测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；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、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；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；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。研究人类工程活动与地质环境之间的相互作用与影响。（3）工程地质学的研究方法）工程地质学的研究方法工程地质学的研
9、究对象是复杂的地质体，所以其工程地质学的研究对象是复杂的地质体，所以其研究方法应是研究方法应是地质分析法与力学分析法、工程类比法与实验法等的密切结合地质分析法与力学分析法、工程类比法与实验法等的密切结合，即，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。通常所说的定性分析与定量分析相结合的综合研究方法。要查明建筑区工程地质条件的形成和发展，以及它在工程建筑要查明建筑区工程地质条件的形成和发展，以及它在工程建筑物作用下的发展变化，首先必须以地质学和自然历史的观点分析研物作用下的发展变化，首先必须以地质学和自然历史的观点分析研究周围其它自然因素和条件，了解在历史过程中对它的影响和制约究周围其
10、它自然因素和条件，了解在历史过程中对它的影响和制约程度，从而才有可能认识它形成的原因和预测其发展趋势和变化，程度，从而才有可能认识它形成的原因和预测其发展趋势和变化，这就是地质分析法。在阐明主要工程地质问题形成机制的基础上，这就是地质分析法。在阐明主要工程地质问题形成机制的基础上，建立模型进行计算和预测，例如地基稳定性分析，地面沉降量计算，建立模型进行计算和预测，例如地基稳定性分析，地面沉降量计算，地震液化可能性计算等，这就属于力学分析法。当地质条件十分复地震液化可能性计算等，这就属于力学分析法。当地质条件十分复杂时，可根据条件类似地区已有资料对研究区的问题进行定量预测，杂时，可根据条件类似地
11、区已有资料对研究区的问题进行定量预测，即采用类比法进行评价。采用定量分析方法论证地质问题时都需要即采用类比法进行评价。采用定量分析方法论证地质问题时都需要采用实验测试方法，即通过室内或野外现场试验，取得所需要的岩采用实验测试方法，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，通过长期观测地质现象土的物理性质、水理性质、力学性质数据，通过长期观测地质现象的发展速度也是常用的试验方法。的发展速度也是常用的试验方法。综合应用上述定性分析和定量分析方法，才能取得可靠的结论，综合应用上述定性分析和定量分析方法，才能取得可靠的结论，并对可能发生的工程地质问题制定出合理的防治
12、对策。并对可能发生的工程地质问题制定出合理的防治对策。1.2工程地质条件与工程地质问题工程地质条件与工程地质问题1.2.1工程地质条件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，这些因素包括：合，这些因素包括：A地层岩性：是最基本的工程地质因素，包括它们的成因、地层岩性：是最基本的工程地质因素，包括它们的成因、时代、岩性、产状、成岩作用特点、变质程度、风化特征、软弱时代、岩性、产状、成岩作用特点、变质程度、风化特征、软弱夹层和接触带以及物理力学性质等；夹层和接触带以及物理力学性质等；B地质构造：工程地质工作研究的基
13、本对象，包括褶皱、断地质构造：工程地质工作研究的基本对象，包括褶皱、断层、节理构造的分布和特征；地质构造，特别是形成时代新、规层、节理构造的分布和特征；地质构造，特别是形成时代新、规模大的优势断裂，对地震等灾害具有控制作用，因而对建筑物的模大的优势断裂，对地震等灾害具有控制作用，因而对建筑物的安全稳定、沉降变形等具有重要意义；安全稳定、沉降变形等具有重要意义；C水文地质条件：重要的工程地质因素，包括地下水的成因、水文地质条件：重要的工程地质因素，包括地下水的成因、埋藏、分布、动态和化学成分等；埋藏、分布、动态和化学成分等；D地表地质作用：是现代地表地质作用的反映，与建筑区地地表地质作用：是现代
14、地表地质作用的反映，与建筑区地形、气候、岩性、构造、地下水和地表水作用密切相关，主要包括形、气候、岩性、构造、地下水和地表水作用密切相关，主要包括滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、风沙移动、河流冲刷与沉积等等，对滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、风沙移动、河流冲刷与沉积等等，对评价建筑物的稳定性和预测工程地质条件的变化意义重大；评价建筑物的稳定性和预测工程地质条件的变化意义重大；E地形地貌：地形是指地表高低起伏状况、山坡陡缓程度与地形地貌：地形是指地表高低起伏状况、山坡陡缓程度与沟谷宽窄及形态特征等，地貌则说明地形形成的原因、过程和时代；沟谷宽窄及形态特征等，地貌则说明地形形成的原因、过程和时代；平原区、丘陵
15、区和山岳地区的地形起伏、土层厚薄和基岩出露情况、平原区、丘陵区和山岳地区的地形起伏、土层厚薄和基岩出露情况、地下水埋藏特征和地表地质作用现象都具有不同的特征，这些因素地下水埋藏特征和地表地质作用现象都具有不同的特征，这些因素都直接影响到建筑场地和线路的选择。都直接影响到建筑场地和线路的选择。1.2.2工程地质问题工程地质问题已有的工程地质条件在工程建筑和运行期间会产生一些新的变已有的工程地质条件在工程建筑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。主要的工程地质问题包括：题。主要的工程地质问题
16、包括：A地基稳定性问题：是工业与民用建筑工程常遇到的主要工地基稳定性问题：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，另外岩溶、土洞等不良程地质问题，它包括强度和变形两个方面，另外岩溶、土洞等不良地质作用和现象都会影响地基稳定，铁路、公路等工程建筑则会遇地质作用和现象都会影响地基稳定，铁路、公路等工程建筑则会遇到路基稳定性问题；到路基稳定性问题；B斜坡稳定性问题：自然界的天然斜坡是经受长期地表地质斜坡稳定性问题：自然界的天然斜坡是经受长期地表地质作用达到相对协调平衡的产物，人类工程活动尤其是道路工程需开作用达到相对协调平衡的产物，人类工程活动尤其是道路工程需开挖和填
17、筑人工边坡挖和填筑人工边坡(路堑、路堤、堤坝、基坑等路堑、路堤、堤坝、基坑等)，斜坡稳定对防止，斜坡稳定对防止地质灾害发生及保证地基稳定十分重要；斜坡地层岩性、地质构造地质灾害发生及保证地基稳定十分重要；斜坡地层岩性、地质构造特征是影响其稳定性的物质基础，风化作用、地应力、地震、地表特征是影响其稳定性的物质基础，风化作用、地应力、地震、地表水和地下水等对斜坡软弱结构面的作用往往破坏斜坡稳定，而地形水和地下水等对斜坡软弱结构面的作用往往破坏斜坡稳定，而地形地貌和气候条件是影响其稳定的重要因素地貌和气候条件是影响其稳定的重要因素；C洞室围岩稳定性问题：地下洞室被包围于岩土体介质洞室围岩稳定性问题：
18、地下洞室被包围于岩土体介质(围岩围岩)中，在洞室开挖和建设过程中破坏了地下岩体原始平衡中，在洞室开挖和建设过程中破坏了地下岩体原始平衡条件，便会出现一系列不稳定现象，常遇到围岩塌方、地下水条件，便会出现一系列不稳定现象，常遇到围岩塌方、地下水涌水等。一般在工程建设规划和选址时要进行区域稳定性评价，涌水等。一般在工程建设规划和选址时要进行区域稳定性评价，研究地质体在地质历史中受力状况和变形过程，做好山体稳定研究地质体在地质历史中受力状况和变形过程，做好山体稳定性评价，研究岩体结构特性，预测岩体变形破坏规律，进行岩性评价，研究岩体结构特性，预测岩体变形破坏规律，进行岩体稳定性评价以及考虑建筑物和岩
19、体结构的相互作用。这些都体稳定性评价以及考虑建筑物和岩体结构的相互作用。这些都是防止工程失误和事故、保证洞室围岩稳定所必要和必需的工是防止工程失误和事故、保证洞室围岩稳定所必要和必需的工作。作。D区域稳定性问题：地震、震陷和液化以及活断层对工区域稳定性问题：地震、震陷和液化以及活断层对工程稳定性的影响，自程稳定性的影响，自1976年唐山地震后越来越引起岩土工程界年唐山地震后越来越引起岩土工程界的注意；对于大型水电工程、地下工程以及建筑群密布的城市的注意；对于大型水电工程、地下工程以及建筑群密布的城市地区，区域稳定性问题应该是需要首先论证的问题。地区，区域稳定性问题应该是需要首先论证的问题。1.
20、3工程地质在岩土工程中的应用工程地质在岩土工程中的应用1.3.1基本概念基本概念（1）建筑物：其含义广泛，可分为房屋建筑和构筑物两大类，）建筑物：其含义广泛，可分为房屋建筑和构筑物两大类，住宅和公用建筑称为建筑物，而为专门生产工艺使用的建筑物，如住宅和公用建筑称为建筑物，而为专门生产工艺使用的建筑物，如发电站、水塔、车间、桥梁、烟囱等称为构筑物。发电站、水塔、车间、桥梁、烟囱等称为构筑物。（2）建筑场地：指工程建设所直接占有并直接使用的有限面积）建筑场地：指工程建设所直接占有并直接使用的有限面积的土地，大体相当于厂区、居民点和自然村的区域范围的建筑物所的土地，大体相当于厂区、居民点和自然村的区
21、域范围的建筑物所在地；从工程勘察角度分析，场地的概念不仅代表着所划定的土地在地；从工程勘察角度分析，场地的概念不仅代表着所划定的土地范围，还应涉及建筑物所处的工程地质环境与岩土体的稳定问题。范围，还应涉及建筑物所处的工程地质环境与岩土体的稳定问题。（3）建筑物地基建筑物地基：指在土和岩层中修建建筑物，承受建筑物全：指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；建筑物的基础是其下部的组成部分，又部重量的那部分土和岩层；建筑物的基础是其下部的组成部分，又称做下部结构；基础承受整个建筑物的重量并将它们传递给地基；称做下部结构；基础承受整个建筑物的重量并将它们传递给地基；地基又分成持力
22、层与下卧层两部分，直接与基础接触的土层叫持力地基又分成持力层与下卧层两部分，直接与基础接触的土层叫持力层，持力层下部的土层叫下卧层。层，持力层下部的土层叫下卧层。（4）天然地基天然地基：指未经加固处理、直接支承基础的地基。：指未经加固处理、直接支承基础的地基。（5）软弱地基软弱地基：指主要由淤泥、淤泥质土、松散的砂土、冲填：指主要由淤泥、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。土、杂填土或其他高压缩性土层所构成的地基。（6）人工地基人工地基：若地基土层较软弱，建筑物的荷重又较大，地：若地基土层较软弱，建筑物的荷重又较大，地基承载力和变形都不能满足设计要求时，需对地基
23、进行人工加固处基承载力和变形都不能满足设计要求时，需对地基进行人工加固处理，这种地基称为人工地基。理，这种地基称为人工地基。（7）地基承载力：地基是否具有支承建筑物的能力，常用地基）地基承载力：地基是否具有支承建筑物的能力，常用地基承载力来表达，地基承载力是指地基所能承受由建筑物基础传递来承载力来表达，地基承载力是指地基所能承受由建筑物基础传递来的荷载的能力；要确保建筑物，地基稳定和满足建筑物使用要求，的荷载的能力；要确保建筑物，地基稳定和满足建筑物使用要求，地基与基础设计必须满足两个基本条件：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要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保
24、证地基具有足够的防止整体破坏的安全不超过地基的承载能力，保证地基具有足够的防止整体破坏的安全储备；储备；控制基础沉降使之不超过地基的变形容许值，保证建筑物控制基础沉降使之不超过地基的变形容许值，保证建筑物不因地基变形而损坏或影响其正常使用；良好的地基一般具有较高不因地基变形而损坏或影响其正常使用；良好的地基一般具有较高的强度和较低的压缩性。的强度和较低的压缩性。基础基础（Foundation）指与地基接触的建筑物下部结构。指与地基接触的建筑物下部结构。一般建筑物由上部结构（一般建筑物由上部结构（Superstructure）和基础两部分组成。和基础两部分组成。1.3.2工程地质在岩土工程中的应
25、用工程地质在岩土工程中的应用任何工程建筑物都是营造在一定的场地与地基之上，所有工程任何工程建筑物都是营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，如青藏公路、三峡工程、南水到各种各样的自然条件和地质问题，如青藏公路、三峡工程、南水北调工程等都是以地质条件复杂著称于世。地基的好坏不仅直接影北调工程等都是以地质条件复杂著称于世。地基的好坏不仅直接影响到建筑物的经济和安危，而且一旦出事故，处理比较难。因此，响到建筑物的经济和安危，而且一旦出事故，处理比较难。因此，
26、在设计每一个建筑物之前，必须进行场地与地基的岩土工程勘察，在设计每一个建筑物之前，必须进行场地与地基的岩土工程勘察，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。工程地质勘察报告中必须提供建筑场地程的技术决策和实施方案。工程地质勘察报告中必须提供建筑场地岩土层的地基承载力值。岩土层的地基承载力值。可见，工程地质工作很重要，是设计之先驱，没有足够考虑工可见，工程地质工作很重要，是设计之先驱
27、，没有足够考虑工程地质条件而进行设计，这是盲目的设计，不仅会导致建筑费用增程地质条件而进行设计，这是盲目的设计，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。况下，建筑物将发生变形或破坏，甚至废弃使用。图图0-1解决办法解决办法:对建筑场地进行工程地质勘察，对可能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。设置挡墙和加强排水等。加拿大某谷仓地基破坏事例加拿大某谷仓地基
28、破坏事例l淤泥质软粘土层厚达十淤泥质软粘土层厚达十余米余米l基底压力大于极限承载基底压力大于极限承载力力l导致地基整体滑动破坏导致地基整体滑动破坏比萨斜塔倾斜原因及治理对策比萨斜塔倾斜原因及治理对策l基础建立在一半是软粘土一半是砂卵基础建立在一半是软粘土一半是砂卵石的地基上。由于次固结作用产生倾石的地基上。由于次固结作用产生倾斜。斜。l塔高塔高56.7m。向南偏离了向南偏离了4.5m。l1990年停止开放。按南侧每年沉降年停止开放。按南侧每年沉降1.4mm推算，推算，2003或或2004年斜塔可能年斜塔可能倒塌。倒塌。l治理措施：治理措施：1、用、用5根根1040cm粗的钢粗的钢缆在下部打箍；
29、缆在下部打箍；2、将、将600吨铝注入塔吨铝注入塔基北侧；基北侧；3、在南侧地基中注水，扶正、在南侧地基中注水，扶正该塔。该塔。虎丘斜塔虎丘斜塔（959-961）7层层8面，面，重重6000吨。吨。残残 高高 47.7m,NE斜斜 2.34m(249,最最 大大349)中国中国2002年的地质灾害年的地质灾害2003年年4月月3日公布的中国国土资源公报说，日公布的中国国土资源公报说，2002年全国发生年全国发生各类突发性地质灾害各类突发性地质灾害40246起，造成起，造成853人死亡，人死亡，109人失踪，直人失踪，直接经济损失接经济损失51亿元。亿元。目前，我国已完成目前，我国已完成168个
30、县市调查，建立了相应的信息系统个县市调查，建立了相应的信息系统和群测群防网络，它们成功预报地质灾害和群测群防网络，它们成功预报地质灾害703次，避免人员伤亡次，避免人员伤亡近两万人，避免直接经济损失近两万人，避免直接经济损失2.36亿元。亿元。三峡库区地质灾害治理和监测工程已全面实施。三峡库区地质灾害治理和监测工程已全面实施。三三峡峡大大坝坝是是一一座座坚坚固固的的混混凝凝土土重重力力坝坝，大大坝坝由由万万吨吨混混凝凝土土外外加加万万吨吨钢钢筋筋和和.万万吨吨钢钢材材组组成成，坝坝高高米米，大大坝坝底底部部宽宽米米，坝坝高高和和坝坝宽宽都都超超过过米米。三三峡峡大大坝坝是是重重力力坝坝，每每一
31、一个个坝坝块块都都可可以以依依靠靠自自身身的的重重力力来来保保证证自自己己的的稳稳定定。另另外外，三三峡峡水水库库是是“一一线线水水”，而而不不是是很很多多人人想想像像中中的的“一一盆盆水水”，水水库库的的长长度度达达多多公公里里，平平均均宽宽度度仅仅公公里里，其其下下游游段段为为三三峡峡河河谷谷，千千回回百百转转，全全长长公公里里，这这是是一一个少见的个少见的“河床型河床型”水库。水库。连接四川省会成都和云南省会昆明的成昆铁路，全长1100km。成昆铁路1958年北段开始施工，以后几上几下，至1964年，仅建成成都至青龙场61.5公里。1964年西南铁路建设大会战，重新开始建设，1970年7
32、月1日建成通车。成昆铁路范围包括四川、云南两省的7个地（州）、市，共13万平方公里。沿线物产、资源丰富。成都至峨眉，穿过素有“川西粮仓”之称的川西平原；铁路通过的西昌、攀枝花地区，矿产、水力资源极为丰富，攀枝花大型钢铁基地，二滩等一批大型水电站的建设急需铁路运输；铁路沿线还埋藏着煤、铁、铜、铝、锌等多种金属矿和石棉、磷、岩盐等多种非金属矿。成昆铁路北接宝成铁路、成渝铁路，南连贵昆铁路，是我国铁路网中的重要干线，对于改善西南地区的交通状况、密切西南边疆与全国各地的联系、加强民族之间的团结、促进西南地区的经济发展和国防建设，都具有十分重要的意义。成成昆昆铁铁路路 成昆铁路由海拔500米左右的川西平
33、原，逆大渡河、牛日河而上，穿越海拔2280米的沙木拉达隧道后，沿孙水河、安宁河、雅砻江，下至海拔1000米左右的金沙江河谷，再溯龙川江上行至海拔1900米左右的滇中高原。全线有700多公里穿过川西南和滇北山地，地形极为复杂，谷深坡陡，河流峡谷两岸分布着数百米高的陡岩峭壁。铁路所经地区，由于历次地质构造运动的影响，断裂发育，线路经过的牛日河、安宁河、雅砻江、金沙江和龙川江，大都是沿着或平行大断裂发育的构造河谷。由于地质新构造运动的影响，全线有500多公里位于地震烈度7至9度地区，其中通过8度和9度地震区长度有200公里。铁路沿线不良地质现象不仅种类繁多，滑坡、危岩落石、崩塌、岩堆、泥石流、山体错
34、落、岩溶、岩爆、有害气体、软土、粉砂等等，而且数量很大，较大的滑坡有183处、危岩落石近500处、泥石流沟249条、崩塌100多处、岩堆200多处。面对如此恶劣的地质条件，有人称为“修路禁区”。成成昆昆铁铁路路 在如此困难的地形、地质条件下，为了选好线路位置，先后进行了1500平方公里的地质测绘，地质钻探21.2万米，挖探1.3万米，经过11000km的比较线勘测（是建成线路的10倍），大小300多个方案的比选，历时13年，最后确定了线路。采用了7处盘山展线，13跨牛日河，8跨安宁河，49次跨过龙川江，以此克服巨大的地形高差和绕避重大不良地质地段。全线除成都和昆明外，共设车站122个。有42个
35、车站设在桥上或隧道内。成昆铁路工程艰巨，全线修建各种桥梁991座，总延长92.7km，占线路长度的8.5%；隧道427座，总延长341km，占线路长度的31.5%；桥梁、隧道总延长达433.7km，占线路长度的40%。在桥隧密集的一些地段，桥隧长度竟占线路长度的80%以上。成昆铁路桥梁、隧道总延长超过了北京至山海关的距离。全线土石方9687万m3；挡土墙和路基加固工程163.4万m3。成成昆昆铁铁路路 成昆铁路是一条高标准、高质量的山区铁路干线。高标准、高质量的取得，依赖的是新技术、新设备、新工艺、新结构、新材料和新的施工方法的广泛采用。经过全国各单位1200多名科研人员和工程技术人员直接参加
36、的新技术战斗组与全体筑路人员的努力奋斗，在牵引动力、通信信号、线路上部建筑、桥隧土石方各项工程快速施工等四个方面取得了突破性进展，使我国的铁路修建水平上了一个新台阶，成昆铁路的修建技术获得了“国家科技进步特别奖”。成成昆昆铁铁路路1.4工程地质学的学习要求工程地质学的学习要求（1）系统地掌握工程地质的基本理论和知识，能正确）系统地掌握工程地质的基本理论和知识，能正确运用勘察数据和资料进行设计与施工。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）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理论和知识，进行一
37、般的工程地质问题分析及对不良地质现象采取处理措施。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，各）了解工程地质勘察的基本内容、方法和过程，各个工程地质数据的来源、作用以及应用条件，对一些中小个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。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）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。知识密切联系起来，去解决工程实际中的工程地质问题。小结小结工程地质学；工程地质学；工程地质条件；工程地质条件；工程地质问题。工
38、程地质问题。第一篇第一篇土的工程地质性质土的工程地质性质第一章第一章土的物质组成及结构土的物质组成及结构一、土的三相组成一、土的三相组成 土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，通常称为土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，通常称为土的三相组成。土的三相组成。随着三相物质的质量和体积的比例不同，随着三相物质的质量和体积的比例不同，土的性质也将不同。土的性质也将不同。1.土的固相土的固相土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗
39、粒的大小和形状来描述。来描述。（1 1）土的粒度成分（颗粒级配）土的粒度成分（颗粒级配）天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为粒度。工天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为粒度。工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况，这种程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况，这种指标称为粒度成分。指标称为粒度成分。1 1）土的粒组划分）土的粒组划分工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。粒组间的分。粒组间的分界线是人为划定的，划分时应使粒组界限与粒组性质的变化相适应，界线是人为划定的，划分时应使粒组界限与粒组性质的变
40、化相适应，并按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。并按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。表表1 1-1 1 粒组划分标准（粒组划分标准（GB 500212001GB 500212001）2 2）粒度成分及其表示方法）粒度成分及其表示方法 土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量（以干土质量的百分比表示），它可用以描述土中不（以干土质量的百分比表示），它可用以描述土中不同粒径土粒的分布特征。同粒径土粒的分布特征。常用的粒度成分的表示方法是常用的粒度成分的表示方法是累计曲线法累计曲线法，它是，它是一种图示的方法，通常用半对数值绘制，如图一种图示的方法，
41、通常用半对数值绘制，如图1-11-1所示。所示。l横坐标采用对数坐标，表示土颗粒直径，单位横坐标采用对数坐标，表示土颗粒直径，单位mmmm；纵坐标为小于某粒纵坐标为小于某粒径土的累积含量，用百分比表示。径土的累积含量，用百分比表示。l土的粗细常用平均粒径（土的粗细常用平均粒径（mmmm）d d5050表示，表示，d d5050指土中大于或小于此粒径的指土中大于或小于此粒径的土粒含量均占土粒含量均占5050。d d1010，d d3030，d d6060分别相当于累计百分含量为分别相当于累计百分含量为1010，3030和和6060的粒径，的粒径，d d1010称为有效粒径，称为有效粒径，d d6
42、060称为限制粒径。称为限制粒径。在累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：在累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：不均匀系数不均匀系数 不均匀系数不均匀系数CuCu反映大小不同粒组的分布情况（反映大小不同粒组的分布情况（土的不均匀程土的不均匀程度度），），Cu10Cu10的土为非管涌土，的土为非管涌土，Cu5Cu5的土称为不均匀土，的土称为不均匀土，CuCu5 5的土称为匀粒土，级配不良；的土称为匀粒土，级配不良；CuCu越大，表示粒组分布范围比较广，越大，表示粒组分布范围比较广，CuCu1010的土级配良好。但如的土级配良好。但如 CuCu过大，表示可能缺失中间粒径，属过大，表示可能
43、缺失中间粒径，属不连续级配，故需同时用曲率系数来评价。曲率系数则是描述累不连续级配，故需同时用曲率系数来评价。曲率系数则是描述累计曲线整体形状的指标。计曲线整体形状的指标。在累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：在累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：曲率系数曲率系数 Cc=1Cc=1 3 3时，为级配连续；时，为级配连续；Cc1Cc3Cc3时，级配时，级配不连续。不连续。土的级配不均匀（土的级配不均匀（），且级配连续），且级配连续(Cc=1(Cc=1 3)3)的土称为级配良好的土。不能同时满足上的土称为级配良好的土。不能同时满足上述两个条件的土称为级配不良的土述两个条件的土称为级配不
44、良的土。例例取烘干土取烘干土200g（全部通过全部通过10mm筛），用筛分法求各粒组含量和筛），用筛分法求各粒组含量和小于某种粒径土量占总土量的百分数，并画出土的粒径级配累积曲线。小于某种粒径土量占总土量的百分数，并画出土的粒径级配累积曲线。筛孔直径（mm）筛上土的质量（g）筛下土的质量（g）小于该筛孔土的质量占总土质量的百分数（%）5.010190952.016174871.018156780.524132660.2522110550.10387236粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线土的累计曲线土的累计曲线 3 3）粒度成分测定方法粒度成分测定方法 对于粗粒土可以采用筛分法，而对于细粒土（粒
45、径对于粗粒土可以采用筛分法，而对于细粒土（粒径小于小于0.075 0.075 mm）则必须用沉降分析法测定其粒度成分。则必须用沉降分析法测定其粒度成分。筛分法是用一套不同孔径的标准筛把各种粒组分离出来筛分法是用一套不同孔径的标准筛把各种粒组分离出来的方法。沉降分析法是根据土粒在悬液中沉降的速度与的方法。沉降分析法是根据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比的司笃克斯公式来确定各粒组相对含粒径的平方成正比的司笃克斯公式来确定各粒组相对含量的方法。量的方法。（2 2）土的矿物成分土的矿物成分 土中的矿物成分可以分为原生矿物和次生矿物两大类。土中的矿物成分可以分为原生矿物和次生矿物两大类。原生矿物
46、是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等。云母等。次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物，如三氧次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物以及碳酸盐等。化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物以及碳酸盐等。2.土的液相土的液相 土的液相是指存在于土孔隙中的水。按照水与土相互土的液相是指存在于土孔隙中的水。按照水与土相互作用程度的强弱，作用程度的强弱，可将土中水分为结合水和自由水两大类可将土中水分为结合水和自由水两大类。结合水是指处于土颗粒表面水膜中的水，它因受到表结
47、合水是指处于土颗粒表面水膜中的水，它因受到表面引力的控制而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。面引力的控制而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。结合水又可分为强结合水和弱结合水。强结合水在最靠近结合水又可分为强结合水和弱结合水。强结合水在最靠近土颗粒表面处，水分子和水化离子排列得非常紧密，以致土颗粒表面处，水分子和水化离子排列得非常紧密，以致其密度大于其密度大于1 1g/cm3 3，并有过冷现象，即温度降到零度以并有过冷现象，即温度降到零度以下不发生冻结的现象。在距离土粒表面较远地方的结合水下不发生冻结的现象。在距离土粒表面较远地方的结合水称为弱结合水，由于引力降低，弱结合水的水分子的排列称为
48、弱结合水，由于引力降低，弱结合水的水分子的排列不如强结合水紧密，弱结合水可能从较厚水膜或浓度较低不如强结合水紧密，弱结合水可能从较厚水膜或浓度较低处缓慢地迁移到较薄的水膜或浓度较高处，亦即可从一个处缓慢地迁移到较薄的水膜或浓度较高处，亦即可从一个土粒迁移到另一个土粒，这种运动与重力无关，这层不能土粒迁移到另一个土粒，这种运动与重力无关，这层不能传递静水压力的水定义为弱结合水。传递静水压力的水定义为弱结合水。自由水包括毛细水和自由水。毛细水不仅受到重自由水包括毛细水和自由水。毛细水不仅受到重力的作用，还受到表面张力的支配，能沿着土的细孔力的作用，还受到表面张力的支配，能沿着土的细孔隙从潜水面上升
49、到一定的高度。这种毛细上升对于公隙从潜水面上升到一定的高度。这种毛细上升对于公路路基土的干湿状态及建筑物的防潮有重要影响。重路路基土的干湿状态及建筑物的防潮有重要影响。重力水在重力或压力差作用下能在土中渗流，对于土颗力水在重力或压力差作用下能在土中渗流，对于土颗粒和结构物都有浮力作用，在土力学计算中应当考虑粒和结构物都有浮力作用，在土力学计算中应当考虑这种渗流及浮力的作用力。这种渗流及浮力的作用力。3.土的气相土的气相 土的气相是指充填在土的孔隙中的气体，包括与大土的气相是指充填在土的孔隙中的气体，包括与大气连通的和不连通的两类。气连通的和不连通的两类。与大气连通的气体对土的工程性质没有多大的
50、影响，与大气连通的气体对土的工程性质没有多大的影响，它的成分与空气相似，当土受到外力作用时，这种气体它的成分与空气相似，当土受到外力作用时，这种气体很快从孔隙中挤出；但是密闭的气体对土的工程性质有很快从孔隙中挤出；但是密闭的气体对土的工程性质有很大的影响，密闭气体的成分可能是空气、水汽或天然很大的影响，密闭气体的成分可能是空气、水汽或天然气。在压力作用下这种气体可被压缩或溶解于水中，而气。在压力作用下这种气体可被压缩或溶解于水中，而当压力减小时，气泡会恢复原状或重新游离出来。当压力减小时，气泡会恢复原状或重新游离出来。二、二、土的结构土的结构 土的结构是指土粒（或团粒）的大小、形状、互相排列及