工程地质学课件:1 第一章 绪论.ppt
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- 工程地质学课件:1 第一章 绪论 工程 地质学 课件
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1、工程地质学主讲:主讲:吴基文吴基文 博士博士 教授教授 安徽理工大学地球与环境学院安徽理工大学地球与环境学院2015.03手机:手机:13003077661 Email:地质工程专业主干课程地质工程专业主干课程第一章第一章绪绪 论论 工程地质学(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科程建设服务的地质科学学,它是地质学的分支学科,它是地质学的分支学科,属于应用地质学的范畴。属于应用地质学的范畴。狭义狭义工程地质勘察学工程地质勘察学工程地质学基础工程地质学基础区域工程地质区域工程地质广义
2、广义土力学土力学岩石力学岩石力学土质学土质学一、研一、研 究究 对对 象象浅表层地质环境浅表层地质环境 工程建筑物工程建筑物 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、使用工程建筑对地质环境的作用工程建筑对地质环境的作用n工程建筑类型多工程建筑类型多工业与民用建筑、铁路、公路、矿山建工业与民用建筑、铁路、公路、矿山建筑、水利建筑等筑、水利建筑等n每一类型建筑又有一系列建筑物群体每一类型建筑又有一系列建筑物群体高楼大厦、工业厂高楼大厦、工业厂房、矿井、巷道、地铁等房、矿井、巷道、地铁等n有的在地上,地的在地下有的在
3、地上,地的在地下地壳中地壳中无不与地质环境息无不与地质环境息息相关。息相关。n高、大、深、精高、大、深、精n工程建筑对地质环境的作用工程建筑对地质环境的作用地应力和地下水、地温。地应力和地下水、地温。n应力应力建筑物自重加载、开挖卸荷效应、地下洞室开挖对建筑物自重加载、开挖卸荷效应、地下洞室开挖对围岩应力的影响,引起岩土体应力状况发生变化,使岩土体围岩应力的影响,引起岩土体应力状况发生变化,使岩土体产生变形至破坏。产生变形至破坏。n地下水地下水岩土的软化和泥化、地基砂土液化、道路冻害、岩土的软化和泥化、地基砂土液化、道路冻害、水库浸没、坝基渗透变形、隧道涌水、矿区地面塌陷水库浸没、坝基渗透变形
4、、隧道涌水、矿区地面塌陷三峡工程规划图地面沉降使桥墩错位研研 究究 任任 务务阐明建筑地区的工程地质条件,并指出对建筑物有利和不利阐明建筑地区的工程地质条件,并指出对建筑物有利和不利的因素;的因素;论证建筑物所存在的工程地质问题,进行定性和定量的评价,论证建筑物所存在的工程地质问题,进行定性和定量的评价,作出确切的结论;作出确切的结论;选择地质条件优良的建筑场址,并根据场址的地质条件合理选择地质条件优良的建筑场址,并根据场址的地质条件合理配置各个建筑物;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,预测其发展趋势,研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响,预测其发展趋势,并提出对地质环境合
5、理利用和保护的建议;并提出对地质环境合理利用和保护的建议;提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议,提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议,以及保证建筑物正常使用所应注意的地质要求;以及保证建筑物正常使用所应注意的地质要求;为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。工程地质是工程建设的基础工作。工程地质是工程建设的基础工作。基本任务基本任务:查明工程地质条件工程地质条件;中心任务中心任务:工程地质问题工程地质问题的分析、评价n两个重要概念两个重要概念nn实践表明:实践表明:工程地质条件工程地质条件的阐明,是工程
6、的阐明,是工程地质工作的基础;地质工作的基础;n而而工程地质问题工程地质问题的论证和解决,则是工程的论证和解决,则是工程地质工作的核心。地质工作的核心。n明确明确工程地质条件工程地质条件和和工程地质问题工程地质问题的含义的含义是很有必要的是很有必要的。工程地质条件(工程地质条件(Engineering geological condition):与工程建筑物有关的地质因素与工程建筑物有关的地质因素的综合。的综合。v岩土类型及其工程性质岩土类型及其工程性质v地质结构地质结构v地形地貌地形地貌v水文地质水文地质v工程动力地质作用工程动力地质作用v天然建筑材料天然建筑材料 由于不同地区的地质环境不同
7、,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。工程地质条件是在自然地质历史发展演化过程中形成的工程地质条件是在自然地质历史发展演化过程中形成的工程地质条件的优劣取决于其各个要素是否对工程有利。工程地质条件的优劣取决于其各个要素是否对工程有利。(一)一般理解(一)一般理解n工程地质条件可以理解为与工程建筑有关的地工程地质条件可以理解为与工程建筑有关的地质要素之综合,包括地形地貌条件、岩土类型质要素之综合,包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质结构、水文地质条件、及其工程地质性质、地质结构、水文地质条件、物理地质现象、以及天然建筑材料等六个要素。物理地质现象、以及天然建
8、筑材料等六个要素。n工程地质条件是一个综合概念,是指上述六个工程地质条件是一个综合概念,是指上述六个要素的总体,而不是指任何单一要素。要素的总体,而不是指任何单一要素。n构成工程地质条件的要素都属于地质范畴,构成工程地质条件的要素都属于地质范畴,n工程地质条件是客观自然存在的,是自然地质工程地质条件是客观自然存在的,是自然地质历史塑造而成的,而不是人为造成的。历史塑造而成的,而不是人为造成的。工程地质条件所包括的几个要素之间是相互联系,工程地质条件所包括的几个要素之间是相互联系,相互制约的,这是因为它们共同受地质发展历史的相互制约的,这是因为它们共同受地质发展历史的控制,可以组合成不同的模式。
9、举几个例子:控制,可以组合成不同的模式。举几个例子:n山区山区基岩为主基岩为主断裂发育断裂发育基岩裂隙水为基岩裂隙水为主主物理地质现象发育物理地质现象发育石料丰富模式;石料丰富模式; n平原区平原区冲积土层巨厚冲积土层巨厚砂土、粘性土层频砂土、粘性土层频繁交互繁交互物理地质现象不发育物理地质现象不发育孔隙水为主孔隙水为主土土料丰富石料缺乏模式;料丰富石料缺乏模式; n深切峡谷区深切峡谷区碳酸盐岩发育巨厚碳酸盐岩发育巨厚地质结构地质结构中等复杂程度中等复杂程度岩溶水为主岩溶水为主岩溶强烈岩溶强烈石料丰石料丰富土料缺乏模式。富土料缺乏模式。(二)工程地质条件各要素的分析(二)工程地质条件各要素的分
10、析n1、岩土类型及其工程地质性质、岩土类型及其工程地质性质 n这是工程地质条件最基本的要素,任何建这是工程地质条件最基本的要素,任何建筑物都是脱离不开土体或岩体的。岩土的筑物都是脱离不开土体或岩体的。岩土的类型不同,其性质有很大差别,工程意义类型不同,其性质有很大差别,工程意义大不一样。大不一样。n2、地形地貌条件、地形地貌条件 n地形地貌条件对建筑场地的选择,特别是对线性地形地貌条件对建筑场地的选择,特别是对线性建筑如铁路、公路、运河渠道等的线路方案的选建筑如铁路、公路、运河渠道等的线路方案的选择等意义最为重大。如能合理利用地形地貌条件,择等意义最为重大。如能合理利用地形地貌条件,不但能够大
11、量节约投资,而且对建筑群中各种建不但能够大量节约投资,而且对建筑群中各种建筑物的布局和建筑物的型式、规模以及施工条件筑物的布局和建筑物的型式、规模以及施工条件等也有直接影响。施工条件包括施工场地是否足等也有直接影响。施工条件包括施工场地是否足够宽阔,施工运输道路是否方便等。地形地貌条够宽阔,施工运输道路是否方便等。地形地貌条件还能反映出地区的地质结构和水文地质结构特件还能反映出地区的地质结构和水文地质结构特征。征。 n3、地质结构、地质结构 n地质结构除了包含地质构造之外,它还包括地质结构除了包含地质构造之外,它还包括岩土单元的组合关系及各类结构面的性质和岩土单元的组合关系及各类结构面的性质和
12、空间分布。土体和岩体的地质结构有所不同。空间分布。土体和岩体的地质结构有所不同。n土体结构主要是指土层的组合关系,亦即由土体结构主要是指土层的组合关系,亦即由层面所分隔的各层土的类型、厚度及其空间层面所分隔的各层土的类型、厚度及其空间变化。变化。 n岩体结构也主要指岩层的构造变化及其组合岩体结构也主要指岩层的构造变化及其组合关系,同时还包括各种结构面的组合。关系,同时还包括各种结构面的组合。n4、水文地质条件、水文地质条件 n对工程有影响的因素是:地下水的类型,地对工程有影响的因素是:地下水的类型,地下水位及其变动幅度,含水层和隔水层的分下水位及其变动幅度,含水层和隔水层的分布及组合关系,各自
13、的厚度,土层或岩层渗布及组合关系,各自的厚度,土层或岩层渗透性的强弱及其渗透系数,富水性,承压含透性的强弱及其渗透系数,富水性,承压含水层的特征及水头。岩石裂隙水的特性,水水层的特征及水头。岩石裂隙水的特性,水动力条件,分布的不均一性,含水层和隔水动力条件,分布的不均一性,含水层和隔水层的特点,裂隙水渗透压力。地下水的补给、层的特点,裂隙水渗透压力。地下水的补给、径流和排泄条件,地下水的水质及侵蚀性,径流和排泄条件,地下水的水质及侵蚀性,等等。等等。n5、物理地质现象、物理地质现象 n这是指对工程建设有影响的自然地质作这是指对工程建设有影响的自然地质作用和现象。地壳表层经常处于内动力地用和现象
14、。地壳表层经常处于内动力地质作用和外动力地质作用的强烈影响之质作用和外动力地质作用的强烈影响之下,对建筑物造成威胁与破坏,其规模下,对建筑物造成威胁与破坏,其规模常甚巨大,甚至是区域性的。常甚巨大,甚至是区域性的。 n地震、滑坡、泥石流、岩溶、崩塌、海地震、滑坡、泥石流、岩溶、崩塌、海岸冲刷岸冲刷n6、天然建筑材料、天然建筑材料 n许多建筑物的建筑材料是取之于土和岩石许多建筑物的建筑材料是取之于土和岩石的,这称为天然建筑材料。例如土石坝、的,这称为天然建筑材料。例如土石坝、路堤、路基、挡墙、护坡、码头等都需要路堤、路基、挡墙、护坡、码头等都需要大量天然建筑材料。又如用作混凝土骨料大量天然建筑材
15、料。又如用作混凝土骨料的砂土和砾石,用作为土石坝防渗设施的的砂土和砾石,用作为土石坝防渗设施的粘性土,用作为反滤设施的粗细砂土和砾粘性土,用作为反滤设施的粗细砂土和砾石等,数量也是很大的。各种用途的天然石等,数量也是很大的。各种用途的天然建筑材料都应符合一定的质量要求,满足建筑材料都应符合一定的质量要求,满足数量的需要数量的需要。工程地质问题(工程地质问题(Engineering geological Problem):工程建筑物与工程地质条件工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。之间所存在的矛盾或问题。v场地工程地质条件不同、建筑物内容不同,所出现的工程地质问题也各不相同。v房屋工
16、程:地基承载力、沉降、基坑边坡问题v地下洞室:围岩稳定性、突水、涌水v矿山开采:边坡稳定性、基坑突水、矿坑稳定性v水利水电工程:渗透变形、水库渗漏 、斜坡稳定性、坝体抗滑稳定性工程地质问题的分析、评价,是工程地质问题的分析、评价,是工程地质工工程地质工程师的重点任务。程师的重点任务。三峡工程三峡工程 三峡工程全称为长江三峡水利枢纽工程。三峡工程是中国,三峡工程全称为长江三峡水利枢纽工程。三峡工程是中国,也是也是世界上最大世界上最大的水利枢纽工程,是治理和开发长江的关键性的水利枢纽工程,是治理和开发长江的关键性骨干工程。它具有防洪、发电、航运等综合效益。三峡工程正骨干工程。它具有防洪、发电、航运
17、等综合效益。三峡工程正常蓄水至常蓄水至175米时,三峡大坝前会形成一个世界上最大的水库米时,三峡大坝前会形成一个世界上最大的水库淹没区淹没区三峡库区。三峡水库将淹没陆地面积三峡库区。三峡水库将淹没陆地面积632平方公里,平方公里,淹没城市淹没城市2座、县城座、县城11座、集镇座、集镇116个,涉及到湖北省夷陵区、个,涉及到湖北省夷陵区、秭归县、兴山县、巴东县和重庆市主城区及所辖的巫山县、巫秭归县、兴山县、巴东县和重庆市主城区及所辖的巫山县、巫溪县、奉节县、云阳县、万州区、石柱县、忠县、开县、丰都溪县、奉节县、云阳县、万州区、石柱县、忠县、开县、丰都区、涪陵区、武隆县、长寿县、渝北区、巴南区、江
18、津市等。区、涪陵区、武隆县、长寿县、渝北区、巴南区、江津市等。其中秭归、兴山、巴东、巫山、奉节等其中秭归、兴山、巴东、巫山、奉节等9座县城和座县城和55个集镇全个集镇全部淹没或基本淹没。部淹没或基本淹没。三峡工程规划图 三峡工地鸟瞰图三峡工程地质原貌图n三峡库区自然地质条件复杂,生态环境三峡库区自然地质条件复杂,生态环境脆弱,暴雨洪水频繁,地质灾害严重。脆弱,暴雨洪水频繁,地质灾害严重。据调查,三峡库区地质灾害的类型主要据调查,三峡库区地质灾害的类型主要是是滑坡和崩塌滑坡和崩塌,已查出库区两岸规模较,已查出库区两岸规模较大的崩滑体大的崩滑体21002100余处。按稳定状态估计余处。按稳定状态估
19、计水库蓄水到水库蓄水到175175米后,不稳定和潜在不米后,不稳定和潜在不稳定的崩滑体稳定的崩滑体11301130余处。此外还有泥石余处。此外还有泥石流沟流沟9090余条。蓄水后水库塌岸也将引发余条。蓄水后水库塌岸也将引发新的地质灾害。新的地质灾害。 n在三峡库区范围内存在着众多工在三峡库区范围内存在着众多工程地质问题:程地质问题:n库岸稳定性问题库岸稳定性问题 n水库诱发地震问题水库诱发地震问题 n水库渗漏问题水库渗漏问题 n水库浸没问题水库浸没问题 n水库淤积问题水库淤积问题 n Vajont 滑坡滑坡(意大利瓦依昂水库)(意大利瓦依昂水库) 19631963年年1010月夜间发生在意大利
20、北部山区的月夜间发生在意大利北部山区的VajontVajont水库,被公认为是世界上最严重的滑水库,被公认为是世界上最严重的滑坡灾害。该水库库容坡灾害。该水库库容1010亿立方米,坝高亿立方米,坝高267267米,是当时世界上最高的双曲拱坝。水库蓄米,是当时世界上最高的双曲拱坝。水库蓄水造成水库岸坡地下水位的相应抬高,地质水造成水库岸坡地下水位的相应抬高,地质环境发生了急剧变化,环境发生了急剧变化,2.62.6亿立方米的石灰亿立方米的石灰岩山体以岩山体以20M/S20M/S以上的速度滑入水库。最大以上的速度滑入水库。最大涌浪高度涌浪高度250M250M,越过坝顶高度达,越过坝顶高度达150M1
21、50M,库水,库水迅猛泻向下游。洪水摧毁了下游数公里以内迅猛泻向下游。洪水摧毁了下游数公里以内的的5 5个村庄,个村庄,26002600人在梦中死亡。该水库也人在梦中死亡。该水库也因滑坡填入而报废。因滑坡填入而报废。 地质剖面图 Vajont水库左岸滑坡水库左岸滑坡 滑坡前滑坡前 滑坡后滑坡后 滑坡后滑坡后 滑坡前滑坡前 n武汉三眼桥十八层大楼武汉三眼桥十八层大楼倾斜倾斜 19951995年年1212月,武汉市三眼桥的一栋十月,武汉市三眼桥的一栋十八层住宅楼由于发生倾斜,建设部命令定八层住宅楼由于发生倾斜,建设部命令定向爆破炸毁。向爆破炸毁。总投资三千万元,最大倾斜量达到总投资三千万元,最大倾
22、斜量达到4.84.8米。米。n原因:原因: (1 1)桩型选择不很合理夯扩桩)桩型选择不很合理夯扩桩 (2 2)施工质量没有保证)施工质量没有保证 n湖北远安盐池河磷矿湖北远安盐池河磷矿岩崩岩崩 19801980年年6 6月湖北省远安县盐池河磷矿突月湖北省远安县盐池河磷矿突然发生了一场巨大的岩石崩塌(岩崩、又称然发生了一场巨大的岩石崩塌(岩崩、又称山崩)山崩), ,山崩时,标高山崩时,标高839839米的鹰嘴崖部分山米的鹰嘴崖部分山体从体从700700米标高处俯冲到米标高处俯冲到500500米标高的谷地。米标高的谷地。在山谷中乱石块覆盖面积南北长在山谷中乱石块覆盖面积南北长560560米,东米
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