工程地质学-第一章 绪论-2-研究内容和研究方法
工程地质学1z(绪论)
第一讲
李广杰
绪 论
一、含义 工程地质学是地质科学的一个分 支，是研究与工程规划、设计、施 工和运用有关地质问题的科学。
二、工程地质学的研究内容
岩土体工程地质性质及形成变化规律。 岩土体在外力作用下的变形破坏规律。 各种地质作用的形成变化规律。 工程地质勘察理论和技术方法。 工程条件空间分布规律。
工民建－－地基稳定 道路－－－边坡、路基稳定 水利工程－坝区：稳定（坝基、坝肩）、渗漏（坝基、绕坝） 库区：塌岸、渗漏、浸没、淤积
Байду номын сангаас
三、工程地质学的研究方法
地质分析法 试验法 计算法
四、几个名词
工程地质条件可以理解为各种对工程建筑有影响的地质要 素的总称，包括地形地貌条件、地层岩性、地质构造、水 文地质条件、物理地质现象五个要素。 工程地质问题是指工程建筑与地质环境相互作用、相互矛 盾而引起的，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地质问题。
2019《工程地质》复习要点
重点1、复习指导下册子重点2、《工程地质》复习要点第一章绪论一、工程地质学及其研究内容1、研究工程活动与地质环境相互作用的学科称为工程地质学。
工程地质学探讨工程地质勘察的手段及方法，调查研究岩土体的工程地质性质、地质构造、地貌等工程地质条件及其发展变化规律，分析研究与工程有关的工程地质问题，并提出相应的处理方法及防治措施，为工程的选址、规划、设计、施工提供可靠的依据。
2、工程地质条件：工程地质条件是指与工程建设有关的地质条件总和，它包括土和岩石的工程性质、地质构造、地貌、水文地质、地质作用、自然地质现象和天然建筑材料等几个方面。
第二章岩石及其工程地质性质一、地质作用1、根据地质作用的动力来源，地质作用可分为内力地质作用和外力地质作用两大类。
2、内力地质作用包括：地壳运动、地震作用、岩浆作用和变质作用。
3、外力作用的主要类型有：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用。
二、造岩矿物1、按成因岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
2、矿物是天然形成的元素单质和化合物。
3、硬度：是矿物抵抗刻划、研磨的能力。
4、解理：是矿物受外力打击后，严格按一定方向裂开成光滑平面的性质。
要点（1）找到矿物的新鲜面，矿物的新鲜面能真实地反映矿物化学成分和物理特征；（2）观察鉴别矿物的形态和物理性质；（3）根据观察到的矿物的物理性质，结合常见造岩矿物特征，对矿物进行命名。
三、岩石：岩石是由一种或多种矿物组成的集合体。
1、岩石吸水率：岩石在常压条件下吸入水的重量与干燥岩石重量之比。
2、岩石软化性：岩石在水的作用下强度降低的一种性质。
衡量软化性的指标是软化系数。
它表示岩石在饱水状态下的极限抗压强度与岩石在干燥状态下极限抗压强度的比值。
3、岩石的抗冻性：岩石抵抗冰冻作用的能力。
用强度损失率和重量损失率表示抗冻性能。
4、岩石按坚硬程度分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩五类。
5、岩石抗剪断强度是在剪切面上有一定垂直压应力作用，被剪断时的最大剪应力。
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工程建筑物
地质环境
安全
经济
工程建设 地质环境
工程地质学
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工程地质学概论:第一章 绪论
一、工程地质学的研究对象和任务
•定义 工程地质学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。 工程地质学是研究与工程活动有关的地质环境及其 评价、预测和保护的科学。《岩土工程基本术语标准》（GB/T50279-98） •研究对象 研究地质环境与工程建筑物之间的关系，二者矛盾 的转化和解决方法。
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交 通 工 程
水 利 工 程
城 建 工 程
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工程地质学概论:第一章 绪论
1985年 3000万立方米 堵江 埋没新滩镇
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滑坡前
滑坡后
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• 最大涌浪 高度250m，越过坝顶高度达150m，库 水迅猛泻向下游。该水库也因滑坡填入而报废。
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工程地质学课程要点
工程地质学课程要点《工程地质学》课程要点第一章绪论一、工程地质学1、工程地质学的定义工程地质学是调查、研究、解决与各种工程活动有关的地质问题的科学，属于地质学的分支学科。
2、工程地质学的关键词（1）工程地质条件；（2）工程地质问题；（3）建筑场地与地基的地质环境和稳定；（1）工程地质条件凡是与工程建筑有关的地质要素的综合表现统称为工程地质条件。
1）地形地貌条件；2）地层岩性；3）地质构造；4）水文地质条件；5）物理地质现象；6）天然建筑材料；案例1、加拿大特朗斯康谷仓案例2、三峡坝址断裂带（2）工程地质问题由于人类的工程活动引起环境地质条件的变化，从而形成不利于工程建设的、新的地质作用，统称为工程地质问题。
1）建筑物荷载引起地基岩石土体的沉陷变形和剪切滑动；2）人工开挖造成边坡或地下洞室岩土体的变形和失稳破坏；3）水库诱发地震、渗漏、岸坡坍塌和浸没；4）砂土振动液化、潜蚀、流砂等；（3）建筑场地与地基的地质环境和稳定工程建设直接占用的土地和涉及建筑物稳定的周围一定范围内的地质环境称为建筑场地。
建筑物地面以下扩大的工程部分称为基础，承受建筑物荷载的地下岩土层称为地基。
任何建筑物都建造在地球表层的岩石和土层之上，所以建筑场地和地基是工程建设的根本，其地质环境的优劣与岩土体稳定性的好坏直接影响工程建设的安危、经济和正常使用。
二、工程地质学的任务1、工程地质的基本任务（1）基本任务研究人类工程活动与地质环境（工程地质条件）之间的相互作用，以便正确评价、合理利用、有效改造和完善保护地质环境。
（2）研究内容人类工程活动与地质环境的相互作用。
工程地质条件的好坏与工程活动的地质环境状况。
案例6、城市——人类活动最集中的区域最大的水利工程——三峡工程山区常见地质灾害——滑坡地质灾害——地震地质灾害——泥石流2、工程地质分析（1）工程地质问题的成因分析1）区域地质稳定问题分析；2）地基岩土体稳定问题分析；3）地下洞室围岩稳定问题分析；4）工程边坡稳定问题分析；5）岩石土体的变形、程度、和时间效应分析。
《工程地质》绪论
• 我国幅员辽阔，有不同活动程度和发展趋 势的大地构造单元，有不同性质的自然地 理区域。 • 北方：黄土； • 南方：红土、膨胀性和裂隙发育的粘土。 • 岩溶。
• • • •
工程地质学主要解决两个方面的问题： 一是区域稳定问题； 二是地基稳定问题。 具体概括起来主要解决以下问题:
1. The investigation of foundations for all types of major structures, such as dams, bridges, power plants, airports, large buildings, and towers; 2. The evaluation of geologic conditions along tunnel, pipeline, canal, railway, and highway routes; 3. The exploration and development of sources of rock, soil and sediment for use as construction material; 4. The investigation and development of surface and groundwater resources; groundwater basin management; protection and remediation of groundwater resources;
• • • •
地基包括持力层和下卧层。 持力层—是指直接与基础接触的土层。 下卧层—是指持力层下部的土层。 天然地基—是指未经加固处理、直接支撑 基础的地基。 • 软地基—是指地基主要由淤泥、淤泥质土、 松散的砂土、充填土、杂填土或其他高压 缩性土层所构成。 • 人工地基—当地基土层较软，建筑物的荷 重又较大时，需要对地基进行人工加固处 理，这种地基称为人工地基。
《工程地质学》孔宪立-石振明-第一章
下地幔：地下1000km至古登堡面之间，成分仍为含铁 镁质的超基性岩，但铁质的含量增加。
导言
地核是古登堡面以下地心 的一个球体。半径3470km。其 成分以铁镍物质为主。根据其 状态可分为外核、过渡层及内 核。
案例2:意大利瓦伊昂水库左岸大滑坡
实验性蓄水时岸坡发生大规模裂缝。
1960年的蓄水试验中已经发生 过两次崩岸，箭头所指处即为 崩岸滑坡点。
案例2:意大利瓦伊昂水库左岸大滑坡 滑坡体全貌
案例2:意大利瓦伊昂水库左岸大滑坡
左坝肩碎裂灰岩、碎屑岩体
右坝肩厚层-块状坚硬灰岩岩体
洪水冲袭前后对比
案例3 比萨斜塔的修建
第三节 工程条件与工程地质问题
例如一个地方的地形地貌条件是由该地的大地构造演 化历史构成骨架，又由近代外力地质作用雕塑而成。岩石 风化、成壤作用、冻土的形成等都是在这些自然因素控制 下进行的。
由于各种要素组合的不同，不同地点的工程地质条件 随之不同，表现在工程地质条件各要素性质的差异，主次 关系配合的不同。工程地质条件所包括的各方面因素是相 互联系、相互制约的，这是因为它们共同受地质发展历史 的控制，可以组合成不同的模式。
(2)岩土体的开挖 目的：建基、道路修建、洞室利用、 建材取用等。
第二节 工程建设与地质环境之间的关系
岩土体开挖对地质环境的影响表现在以下几个方面，即
·岩（土）应力状态的卸载和调整
·岩（土）开挖振动和爆破损伤
·岩（土）临空面位置、形态发生改变 ·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
巴陕 高速 公路 八庙 隧道 岩爆
第二节 工程建设与地质环境之间的关系
工程地质学-绪论
工程地质条件 指工程活动的地质环境，它包括岩土类型及性质、地质结构与构造、地形地貌、水文地质、不良地质作用、天然建筑材料等，是一个综合概念。
工程地质条件
岩土类型及性质 地质结构与构造 地形地貌 水文地质条件 不良地质作用（动力地质作用） 天然建筑材料
工程地质问题 指工程地质条件与工程建筑物之间所存在的矛盾或问题。
加拿大特朗斯康谷仓 ——地基整体剪切破坏
比萨斜塔 ——地基不均匀沉降 1173年动工修建，当塔修建至24m高时发生倾斜，一百年后续建该塔至塔顶，建成后塔高54.5m。目前塔北侧沉降一米多，南侧沉降近三米，塔顶偏离中心线约5.54m（倾斜约5.8o）。
圣母教堂 因不均匀下沉使其发生严重倾斜，并成为危房
2001年1月13日，萨尔瓦多发生了7.6级的强震，震中位于Santa Miguel西南60英里。因此在Santa Tecla 造成 山体滑坡，最终导致700多人遇难
Santa Tecla 滑坡
工程跨越活断层时采取应对措施
美国一石油管道工程因在活断层位置安装管道滑移设施，地震造成断层错动而管道安然无恙。
迪拜塔，又称迪拜大厦，位于阿拉伯联合酋长国的迪拜，于2004年9月21日动工，总建筑师是芝加哥SOM公司的亚德里安·史密斯。迪拜塔在2008年9月1日高度达到了688米，160层，成为历史上世界最高的结构建筑。
杭州湾跨海ห้องสมุดไป่ตู้桥
桥墩基础+地基 ？？？
三峡大坝 河谷 基础选址
隧 道 开挖 围岩
数学力学分析法 — 定量分析计算、评价
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）、结构的网络模拟等。
工程地质学的主要研究内容和研究方法
概述工程地质学的主要研究内容和研究方法（1）、工程地质学的主要研究内容工程地质学是地质学的分支学科，它研究与工程建设有关的地质问题、为工程建设服务，属于应用地质学的范畴。
地球上一切工程建筑物都建造于地壳表层一点的地质环境中。
地质环境以一点的作用，影响建筑物的安全、经济和正常使用；而建筑物的兴建又反作用于地质环境，是自然地质条件发生变化，最终又影响到建筑物本身。
二者既处于相互联系，又相互制约的矛盾之中。
工程地质学研究地质环境与工程建筑物之间的关系，促使二者之间的矛盾转化的解决。
这一套研究的核心是工程建筑与地质环境二者之间的相互制约和相互作用，这就是工程地质学的研究对象。
工程地质学为工程建设服务，是通过工程地质勘查来实现的，通过勘察和分析研究，阐明建筑地区的丁程地质条件，指出并解决所存在的工程地质间题，为建筑物的设、施工以至使用提供所需的地质资料。
它的主要任务是：1、阐明建筑地区的工程地质条件，并指出对建筑物有利的和不利的冈京；2、论证建筑物所存在的工程地质问题，进行定性和定计的评价，作出确切的结论，3、选择地质条件优良的建筑场址，并根据场址的地质条件合职配段各个注筑物4、根据建筑场址的具体地质条件，提出有关建筑物类型、规模、纠构和施工力法的合理建议，以及保证建筑物正常使用所应注意的地质要求；5、研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响，预测义发展演化趋势，并提山对地质环境合理利用和保护的建议；6、为拟定改善和防治不良地顶作用的措施方案提供地质依据。
工程建筑的类型很多，如工业民用建筑物、铁路、公路、水运建筑、水利水电建筑、矿山建筑、海港工程和近海石油开采以及国防工程等。
每一类型建筑又有一系列建筑物群体组成，如高楼大厦、工业厂房、道路、桥梁、隧道、地铁、运河、海港、堤坝、电站、矿井、巷道、油库、飞机场等。
这些建筑物有些位于地面上，有的埋于地下，都脱离不开地壳，无不与地质环境息息相关。
他们的形式不同、规模各异，对地质环境的适应性以及对地质环境的相互作用也越来越强烈，越来越复杂。
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工程地质学面临的新课题
人类工程活动的范围和规模在不断地日益扩 大，对工程地质学提出了许多难度很大的新课 题： 如大型高坝地基和高边坡的岩体稳定问题， 高地应力场地区大跨度地下洞室和深矿井的围 岩稳定问题， 高层建筑的软岩（土）地基处理和抗震问题， 以及核电站、核防护所、高放废物地质处置库、 地下油库、国防工程等特殊设施的地质问题。
地质及工程地质专业，随后又相继在各有关高校设立了工 程地质专业。水文地质及工程地质的科学研究机构也在各 个部门相应建立，并不断得到发展。 南华大学于1995年成立岩土工程专业，2000年正式更名为 土木工程（道路与桥梁工程）专业。
工程地质学科的形成与不断完善
近年来，工程地质学得到很大的发展，突出表现在工程地 质学科系统的逐渐形成。 环境工程地质问题的研究，在国际上得到普遍的重视和快速发 展，它的研究目的是保护环境，指导环境的合理开发，重点是 研究人类工程建设对自然地质环境的影响及其变化的预测，论 证环境保护、治理和评价开发方案的可行性，是工程地质学发 展的新方向。 海洋工程地质学，也是近年来随着石油及海底矿产开采以及港 口工程建设而发展起来的。 建筑材料工程地质、地下工程和地震工程地质等新的分支学科， 也得到了迅速的发展。 水利水电工程地质、铁路工程地质和矿山工程地质等传统学科， 更趋于完善和成熟。 在工程地质应用理论方面，如岩土体工程地质特性、工程地质 学、动力工程地质学、建筑材料等，研究水平有很大的提高。
萨尼峰的11km长隧道。
近代工程地质学的发展
1912年瑞士地质学家A Heim提出了地压理论， 1933年在瑞士工作的法国人M Lugeon写了《大坝与地
质》一书，并最早提出测定岩层渗透性的钻孔压水试验； 1939年R F Legget写出《地质学与工程》一书； 奥地利人J Stini和L Muller最早认识到岩体结构面的影响，
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。
五、 其相关的分支学科
我国工程地质学的发展
陶振宇于1976年写出《水工建设中的岩石力学问题》， 同年谷德振出版《岩体工程地质力学基础》一书。 陈宗基对岩土流变学进行了深入研究，并创办武汉岩土力
学研究所； 石根华写的《Theory of Block》（块体理论）推动了岩体
稳定的力学分析。 于1952年首先在北京地质学院和长春地质学院开设了水文
第一章 绪论
三 、研 究 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
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
四、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。
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
并于1951年创办《地质与土木工程》杂志。 在奥地利Saltzberg每年10月举办大型欧洲工程地质学术
会议； 法国人J A Talbore于1957年写出《岩石力学》专著，阐
述了地质学与工程的关系； C Jaeger于1972年写出《岩石力学与工程》专著； 1983年R F Legget又出巨著《土木工程的地质学手册》。
❖ 地质学分支 — 矿物学、岩石学、构造地质学、地 史学、第四系地质与地貌地质学、水文地质学、 动力地质学等。
❖ 专业基础学科 — 土质学、土力学、岩体力学。
❖ 其它基础学科 — 数学、物理学、工程力学、弹塑 性力学、材料力学、工程建筑学、环境科学等。
六、 历史、现状
诞生：
1932年在莫斯科地质勘察学院开始培养 工程地质专业人才，奠定工程地质学的理 论基础。此时，在欧美此项工作也在开展， 但它附属于土木建筑工程，有关岩土工程 地质研究在“岩土工程”学科完成。
工程地质学的发展概况
早期萌芽——人类早期的工程活动
早在15000年以前的石器时代，人类已开始在 地下开矿。
2000年前，埃及人已能应用砖砌沉井穿过砂层。 埃及的金字塔、中国的长城、南北运河、新疆
坎儿井等都是著名的人类早期的工程活动。 美国于1831～1833年开始修建第一条铁路， 法国于1857～1870年打通穿越阿尔卑斯山的
工程地质学的发展方向
这些工程地质学面临的新问题都促使工程地质 学要不断地吸收有关学科的新理论和新方法，要与 工程力学、岩土力学等相关学科密切结合。
工程地质必须由“定性分析”向“定量计算”研究 方向发展，把质定性分析和数学力学定量计算有 机地结合起来。
要加强工程地质学基础理论和边缘课题的研究，广 泛应用先进的勘探技术和新的试验设备，采取有效 措施提高勘察质量。
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、数论统计方法、数 值分析方法。还如，灰色理论、逻辑信息、摸糊数学、分形、神 经网络等。
❖ 模型与模拟实验法 — 仿实体演绎