【正文】 第一章　緒論一、工程地質(zhì)學(xué)的研究對(duì)象、任務(wù)與分科　　定義　　工程地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)的分支學(xué)科，它是一門研究與工程建設(shè)有關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題、為工程建設(shè)服務(wù)的地質(zhì)科學(xué)，屬應(yīng)用地質(zhì)學(xué)的范疇。 　　研究?jī)?nèi)容　　地球上現(xiàn)有的一切工程建筑物都建造于地殼表層一定的地質(zhì)環(huán)境中。地質(zhì)環(huán)境包括地殼表層和深部的地質(zhì)條件以一定的作用，影響建筑物的安全、經(jīng)濟(jì)和正常使用；而建筑物的興建又反饋?zhàn)饔糜诘刭|(zhì)環(huán)境，使自然地質(zhì)條件發(fā)生變化，最終又影響到建筑物本身。二者就處于相互聯(lián)系，又相互制約的矛盾之中。工程地質(zhì)學(xué)就是研究地質(zhì)環(huán)境與工程建筑物之間的關(guān)系，促使二者之間的矛盾轉(zhuǎn)化、解決?！　⊙芯咳蝿?wù)　　工程地質(zhì)學(xué)為工程建設(shè)服務(wù):是通過(guò)工程地質(zhì)勘察來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)勘察和分析研究，闡明建筑地區(qū)的工程地質(zhì)條件，指出并解決歷存在的工程地質(zhì)問(wèn)題，為建筑物的設(shè)計(jì)、施工以至使用提供所需的地質(zhì)資料。它的主要任務(wù)是：　?、訇U明建筑地區(qū)的工程地質(zhì)條件，并指出對(duì)建筑物有利的和不利的因素；②論證建筑物所存在的工程地質(zhì)問(wèn)題，進(jìn)行定性和定量的評(píng)價(jià)，作出確切的結(jié)論；③選擇地質(zhì)條件優(yōu)良的建筑場(chǎng)址，并根據(jù)場(chǎng)址的地質(zhì)條件合理配置各個(gè)建筑物；④研究工程建筑物興建后對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響，預(yù)測(cè)其發(fā)展演化趨勢(shì)，并提出對(duì)地質(zhì)環(huán)境合理利用和保護(hù)的建議；⑤根據(jù)建筑場(chǎng)址的具體地質(zhì)條件，提出有關(guān)建筑物類型、規(guī)模、結(jié)構(gòu)和施工方法的合理建議，以及保證建筑物正常使用所應(yīng)注意的地質(zhì)要求；⑥為擬定改善和防治不良地質(zhì)作用的措施方案提供地質(zhì)依據(jù)?！　】梢?，工程地質(zhì)工作是工程建設(shè)的基礎(chǔ)工作。工程地質(zhì)工程師務(wù)必要與工程設(shè)計(jì)與施工工程師密切協(xié)作，以完成上述各項(xiàng)任務(wù)?！　蓚€(gè)重要概念　　實(shí)踐表明：工程地質(zhì)條件的闡明，是工程地質(zhì)工作的基礎(chǔ)；而工程地質(zhì)問(wèn)題的論證和解決，則是工程地質(zhì)工作的核心。因而，在這里明確工程地質(zhì)條件和工程地質(zhì)問(wèn)題的含義是很有必要的。　　工程地質(zhì)條件(Engineering geological condition)指的是工程建筑有關(guān)的地質(zhì)因素的綜合。地質(zhì)因素包括巖土類型及其工程性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地貌、水文地質(zhì)、工程動(dòng)力地質(zhì)作用和天然建筑材料等方面，它是一個(gè)綜合概念。其中的某一因素不能概括為工程地質(zhì)條件，而只是工程地質(zhì)條件的某一方面。興建任何一類建筑物，首要的任務(wù)就是要查明和認(rèn)識(shí)建筑場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)條件。由于不同地域的地質(zhì)環(huán)境不同，因此工程地質(zhì)條件不同，對(duì)工程建筑物有影響的地質(zhì)因素主次也是不相同的。工程地質(zhì)條件是在自然地質(zhì)歷史發(fā)展演化過(guò)程中形成的，是客觀存在的?！　」こ痰刭|(zhì)問(wèn)題(Engineering geological Problem)指的是工程地質(zhì)條件與建筑物之間所存在的矛盾或問(wèn)題。優(yōu)良的工程地質(zhì)條件能適應(yīng)建筑物的安全、經(jīng)濟(jì)和正常使用的要求，其矛盾不會(huì)激化到對(duì)建筑物造成危害；但是工程地質(zhì)條件往往有一定的缺陷，而對(duì)建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重的甚至是災(zāi)難性的危害。所以，一定要將矛盾著的兩個(gè)方面聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行分析。由于工程建筑的類型、結(jié)構(gòu)形式和規(guī)模不同，對(duì)地質(zhì)環(huán)境的要求不同，所以工程地質(zhì)問(wèn)題也是復(fù)雜多樣的。例如，工業(yè)與民用建筑的主要工程地質(zhì)問(wèn)題是地基承載力和沉降問(wèn)題，地下洞室的主要工程地質(zhì)問(wèn)題是圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題；露天采礦場(chǎng)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題是采坑邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題；水利水電工程中，土石壩最需注意的是壩基滲透變形和滲漏問(wèn)題，混凝重力壩是壩基抗滑穩(wěn)定問(wèn)題，拱壩是壩肩抗滑穩(wěn)定問(wèn)題。工程地質(zhì)問(wèn)題的分析、評(píng)價(jià)，是工程地質(zhì)工程師的中心任務(wù)?！　∠嚓P(guān)工程實(shí)例　　在國(guó)外，由于工程地質(zhì)問(wèn)題而導(dǎo)致的建筑事故是不乏其例的。在壩建工程中，此類事故更是慘重。例如，1928年美國(guó)圣?弗蘭西斯(St?Frantis)重力壩的失事，是由于壩基軟弱巖層崩解沖刷和滑動(dòng)引起的。l959年法國(guó)馬爾帕塞(Malpasst)薄拱壩的潰決，則是由于壩的左翼片麻巖體沿著一個(gè)傾斜的軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)所致。1963年10月9日所發(fā)生的意大利瓦依昂(Vaiont)水庫(kù)左岸大滑坡，更是舉世震驚。，是當(dāng)時(shí)世界最高的大壩之一。，左岸山體突然下滑，—108m3，滑速達(dá)28m／s，水庫(kù)中有5107m3的水體被擠出，激起250m高的巨大涌浪，高150m的洪波溢過(guò)壩頂沖向下游，約有3000人喪生。該水庫(kù)開始蓄水時(shí)，就發(fā)現(xiàn)左岸山體蠕滑變形，但未引起水工人員的注意，隨著庫(kù)水位抬高，滑動(dòng)面上空隙水壓力加大，從而導(dǎo)致整個(gè)山體下滑。在工業(yè)與民用建筑中，也有許多典型的地質(zhì)事故。如加拿大特朗斯康(TransCona)谷倉(cāng)的傾倒，是由于對(duì)該區(qū)大建筑物地基中深埋軟土層的不均勻沉陷估計(jì)不足。巴西1958年初剛建成的一座十一層高層建筑，尚未使用即傾倒平躺在地上。其原因是支承該建筑物的鋼筋混凝土樁長(zhǎng)度不夠，未能深入到沼澤土以下的硬土層中，致使地基承載力不足而不均勻沉降過(guò)大。 　　我國(guó)也有一些建筑工程因工程地質(zhì)問(wèn)題而造成嚴(yán)重事故的。例如1961年3月湖南資水柘溪水電站的近壩庫(kù)岸滑坡，發(fā)生于震旦系板溪群砂質(zhì)板巖中。由于水庫(kù)蓄水，使同向坡的庫(kù)岸邊坡受空隙水壓力作用而失穩(wěn)?；麦w傾入水庫(kù)中產(chǎn)生的涌浪溢過(guò)壩頂沖向下游，造成了生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。1980年6月湖北遠(yuǎn)安鹽池河磷礦的巖崩發(fā)生于震旦系燈影組厚層灰?guī)r中。由于灰?guī)r下部較軟弱的陡山沱組薄層白云質(zhì)灰?guī)r和頁(yè)巖中開拓采掘巷道，引起巖體變形，使上部厚層灰?guī)r中順坡向陡傾節(jié)理被拉開，約100萬(wàn)m3的巖體急速崩落，摧毀了礦務(wù)局和坑口全部建筑物，死亡281人。此外，我國(guó)近年來(lái)因物理地質(zhì)作用造成的地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，它們都造成了嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。例如，1978年唐山大地震，1981年成昆線利子依達(dá)溝和遼東老帽山地區(qū)的泥石流，1983年甘肅東鄉(xiāng)灑勒山大滑披，1987年四川巫溪巖崩等?！　∮纱丝梢姡瑸楸ＷC工程的正常施工、運(yùn)行和生命財(cái)產(chǎn)的安全，工程地質(zhì)學(xué)的任務(wù)是非常重要的?！　⊙芯?jī)?nèi)容　　工程地質(zhì)學(xué)的任務(wù)決定了它的研究?jī)?nèi)容，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面。　　(1)巖土工程性質(zhì)的研究地球上任何類型的建筑物均離不開巖土體，無(wú)論是分析工程地質(zhì)條件，或是評(píng)價(jià)工程地質(zhì)問(wèn)題，首先要對(duì)巖土的工程性質(zhì)進(jìn)行研究。研究巖土的工程地質(zhì)性質(zhì)及其形成變化規(guī)律，各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試技術(shù)和方法，巖土體的類型和分布規(guī)律，以及對(duì)其不良性質(zhì)進(jìn)行改善等內(nèi)容。有關(guān)這方面的研究，是由工程地質(zhì)學(xué)的分支學(xué)科工程巖土學(xué)(Science of ergineering rock and soil)來(lái)進(jìn)行的?！　?2)工程動(dòng)力地質(zhì)作用的研究地殼表層由于受到各種自然營(yíng)力包括地球的內(nèi)力和外力作用，還有人類的工程——經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，影響建筑物的穩(wěn)定和正常使用。這種對(duì)工程建筑有影響的地質(zhì)作用，即為工程動(dòng)力地質(zhì)作用。習(xí)慣上將由于自然營(yíng)力引起的各種地質(zhì)現(xiàn)象叫做物理地質(zhì)現(xiàn)象，由于人類工程——經(jīng)濟(jì)活動(dòng)引起的地質(zhì)現(xiàn)象叫做工程地質(zhì)現(xiàn)象。研究工程動(dòng)力地質(zhì)作用(現(xiàn)象)的形成機(jī)制、規(guī)模、分布、發(fā)展演化的規(guī)律，所產(chǎn)生的有關(guān)工程地質(zhì)問(wèn)題，對(duì)它們進(jìn)行定性的和定量的評(píng)價(jià)，以及有效地進(jìn)行防治、改造，就成為工程地質(zhì)學(xué)的另一分支學(xué)科工程動(dòng)力地質(zhì)學(xué)(Engineering dynamic geology)的研究?jī)?nèi)容。　　(3)工程地質(zhì)勘察理論和技術(shù)方法的研究為了查明建筑場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)條件，論證工程地質(zhì)問(wèn)題，正確地作出工程地質(zhì)評(píng)價(jià)，以提供建筑物設(shè)計(jì)、施工和使用所需的地質(zhì)資料，就需進(jìn)行工程地質(zhì)勘察。不同類型、結(jié)構(gòu)和規(guī)模的建筑物，對(duì)工程地質(zhì)條件的要求以及所產(chǎn)生的工程地質(zhì)問(wèn)題各不相同，因而勘察方法的選擇、工作的布置原則以及工作量的使用也是不相同的。為了保證各類建筑物的安全和正常使用，首先必須詳細(xì)而深入地研究所能產(chǎn)生的工程地質(zhì)問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上安排勘察工作。應(yīng)制訂適用于不同類型工程建筑的各種勘察規(guī)范或工作手冊(cè)，作為勘察工作的指南，以保證工程地質(zhì)勘察的質(zhì)量和精度。在當(dāng)前工程地質(zhì)勘察中，尤其要研究新穎的勘察理論和新技術(shù)方法的應(yīng)用，使勘察工作更為快速、輕便、有效。有關(guān)這方面的研究，是由專門工程地質(zhì)學(xué)(Special engineering geology)這一分支學(xué)科來(lái)進(jìn)行的?！　?4)區(qū)域工程地質(zhì)的研究 區(qū)域工程地質(zhì)是為工程規(guī)劃設(shè)計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)的。不同地域由于自然地質(zhì)條件不同，因而工程地質(zhì)條件也不相同。認(rèn)識(shí)并掌握廣大地域工程地質(zhì)條件的形成和分布規(guī)律，預(yù)測(cè)這些條件在人類工程——經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響下的變化規(guī)律，并按工程地質(zhì)條件進(jìn)行區(qū)劃，作出工程地質(zhì)區(qū)劃圖，就是區(qū)域工程地質(zhì)研究的內(nèi)容。區(qū)域工程地質(zhì)學(xué)(Regional engineering geology)即為這方面研究的分支學(xué)科。　　由此我們可以知道，工程地質(zhì)學(xué)是一門應(yīng)用性非常強(qiáng)的地質(zhì)科學(xué)。它在工程建設(shè)中的地位相當(dāng)重要，服務(wù)對(duì)象非常廣泛，所研究的內(nèi)容也是十分豐富的。質(zhì)學(xué)的研究方法及其與其它學(xué)科的關(guān)系 二、工程地質(zhì)學(xué)的研究方法及其與其它學(xué)科的關(guān)系　　研究方法　　工程地質(zhì)學(xué)的研究方法與它的研究?jī)?nèi)容相適應(yīng)的，主要有自然歷史分析法、數(shù)學(xué)力學(xué)分析法、模型模擬試驗(yàn)法和工程地質(zhì)類比法?！　?1)自然歷史分析法　　自然歷史分析法即為地質(zhì)學(xué)的方法，它是工程地質(zhì)學(xué)最基本的一種研究方法。工程地質(zhì)學(xué)所研究的對(duì)象——地質(zhì)體和各種地質(zhì)現(xiàn)象，是自然地質(zhì)歷史過(guò)程中形成的，而且隨著所處條件的變化，還在不斷地發(fā)展演化著。所以對(duì)一個(gè)動(dòng)力地質(zhì)作用或建筑場(chǎng)地進(jìn)行工程地質(zhì)研究時(shí)，首先就要作好基礎(chǔ)地質(zhì)工作，查明各項(xiàng)自然地質(zhì)條件和各種地質(zhì)現(xiàn)象，以及它們之間的關(guān)系，預(yù)測(cè)其發(fā)展演化的趨勢(shì)及結(jié)果。只有這樣，才能真正查明研究地區(qū)的工程地質(zhì)條件，并作為進(jìn)一步研究工程地質(zhì)問(wèn)題的基礎(chǔ)。例如，對(duì)斜坡變形與破壞問(wèn)題進(jìn)行研究時(shí)，要從研究形態(tài)入手，確定斜坡變形與破壞的類型、規(guī)模及邊界條件，分析斜坡變形、破壞的機(jī)制及各項(xiàng)影響、控制因素，以展現(xiàn)其空間分布格局，進(jìn)而分析其形成、發(fā)展演化過(guò)程和發(fā)育階段。從空間分布和時(shí)間序列上揭示其內(nèi)在的規(guī)律；并且還要預(yù)測(cè)在人類工程——經(jīng)濟(jì)活動(dòng)下的變化情況，為深入進(jìn)行斜坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。　　又如研究壩基抗滑穩(wěn)定性問(wèn)題時(shí)，首先必須查明壩基巖體的地層巖性特點(diǎn)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)及地下水活動(dòng)條件，尤其要注意研究軟弱泥化夾層的存在和巖體中其它各種破裂結(jié)構(gòu)面的分布，及其組合關(guān)系，找出可能的滑移面和切割面以及它們與工程作用力的關(guān)系，研究滑移面的工程地質(zhì)習(xí)性，以作為進(jìn)一步研究壩基抗滑穩(wěn)定的基礎(chǔ)?！　〉牵瑑H有地質(zhì)學(xué)的方法是不能完全滿足工程地質(zhì)評(píng)價(jià)的要求的，因?yàn)樗K究屬于定性研究的范疇，并沒(méi)有數(shù)量的概念。所以要深入研究某一工程地質(zhì)問(wèn)題時(shí)，還必須采用定量研究的方法。數(shù)學(xué)力學(xué)分析法、模型模擬試驗(yàn)法即屬定量研究的范疇?！　?2)數(shù)學(xué)力學(xué)分析法　　數(shù)學(xué)力學(xué)分析法是在自然歷史分析的基礎(chǔ)上開展的。對(duì)某一工程地質(zhì)問(wèn)題或工程動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象，在進(jìn)行自然歷史分析之后，根據(jù)所確定的邊界條件和計(jì)算參數(shù)，運(yùn)用理論公式或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行定量計(jì)算。例如在斜坡穩(wěn)定性計(jì)算中通常采用的剛體極限平衡理論法，就是假定斜坡巖土體為剛體的前提下，將各種作用力以滑動(dòng)力和抗滑力的形式集中作用予可能的滑移破壞面上，求出該面上的邊坡穩(wěn)定系數(shù)，作為定量評(píng)價(jià)的依據(jù)。為了搞清邊界條件和合理地選用各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)，就需要進(jìn)行工程地質(zhì)勘探、試驗(yàn)，有時(shí)則要耗費(fèi)巨大的資金和人力。所以除大型或重要的建筑物外，一般建筑物往往采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)類比進(jìn)行計(jì)算。　　由于自然地質(zhì)條件比較復(fù)雜，在計(jì)算時(shí)時(shí)常需要把條件適當(dāng)簡(jiǎn)化，并將空間問(wèn)題簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題來(lái)處理。一般的情況是，先建立一地質(zhì)模型(物理模型)，隨后抽象為數(shù)學(xué)模型，代入各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)前由于現(xiàn)代電子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，各種數(shù)學(xué)、力學(xué)計(jì)算模型愈來(lái)愈多地運(yùn)用于工程地質(zhì)領(lǐng)域中。彈性力學(xué)和彈塑性力學(xué)理論的有限單元法也日益廣泛地應(yīng)用于斜坡穩(wěn)定性、壩基抗滑穩(wěn)定性、地面沉降及水庫(kù)誘發(fā)地震危險(xiǎn)性等的分析計(jì)算。這種方法在計(jì)算空間問(wèn)題、非均一，非線性的復(fù)雜課題時(shí)更顯示它的優(yōu)越性。此外，模糊數(shù)學(xué)、數(shù)量化方法、灰色理論、邏輯信息法等的引入，為工程地質(zhì)定量評(píng)價(jià)開辟了新的途徑?！　?3)模型模擬試驗(yàn)法　　模型模擬試驗(yàn)法在工程地質(zhì)研究中也常被采用，它可以幫助我們探索自然地質(zhì)作用的規(guī)律，揭示某一工程動(dòng)力地質(zhì)作用或工程地質(zhì)問(wèn)題產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)制，發(fā)生，發(fā)展演化的全過(guò)程，以便我們作出正確的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)。因?yàn)橛行┳匀灰?guī)律或建筑物與地質(zhì)環(huán)境相互作用的關(guān)系可以用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表示；而有些數(shù)學(xué)表達(dá)式則十分復(fù)雜而難解，甚至因不易發(fā)現(xiàn)其作用的規(guī)律而無(wú)法用數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表示，在這種情況下，采用模型模擬試驗(yàn)則更為有益。　　進(jìn)行模型模擬試驗(yàn)必須要有理論作指導(dǎo)，除了工程力學(xué)、巖體力學(xué)、土力學(xué)、水力學(xué)、地下水動(dòng)力學(xué)等理論指導(dǎo)外，還必須有量綱原理和相似原理作指導(dǎo)?！　∧Ｐ驮囼?yàn)與模擬試驗(yàn)的區(qū)別，在于試驗(yàn)所依據(jù)的基礎(chǔ)規(guī)律是否與實(shí)際作用的基礎(chǔ)規(guī)律一致。例如用滲流槽進(jìn)行壩基滲漏試驗(yàn)，是屬于模型試驗(yàn)的方法，因?yàn)樵囼?yàn)所依據(jù)的是達(dá)西定律，與實(shí)際控制壩基滲漏的基礎(chǔ)規(guī)律相同。但若用電網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行這種試驗(yàn)，則屬于模擬試驗(yàn)的方法，因?yàn)樵囼?yàn)是以電學(xué)中的歐姆定律為依據(jù)的；歐姆定律與達(dá)西定律形式上雖然相似，而本質(zhì)上則根本不同?！　≡诠こ痰刭|(zhì)中常見的模型試驗(yàn)有:地表流水和地下水滲流作用，斜坡穩(wěn)定、地基穩(wěn)定、水工建筑物抗滑穩(wěn)定以及地下洞室圍巖穩(wěn)定等工程巖土體穩(wěn)定性的試驗(yàn)。常用的模擬試驗(yàn)有:光測(cè)彈性和光測(cè)塑性模擬試驗(yàn)，以及模擬地下水滲流的電網(wǎng)絡(luò)模擬試驗(yàn)等?！　?4)工程地質(zhì)類比法　　工程地質(zhì)類比法在工程地質(zhì)研究中也是常用的一種方法，可以用于定性評(píng)價(jià)，也可作半定量評(píng)價(jià)。它是將已建建筑物工程地質(zhì)問(wèn)題的評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到自然地質(zhì)條件與之大致相同的擬建的同類建筑物中去。很顯然，這種方法的基礎(chǔ)是相似性，即自然地質(zhì)條件、建筑物的工作方式、所預(yù)測(cè)的工程地質(zhì)問(wèn)題性質(zhì)都應(yīng)大致相同或近似。它往往受研究者的經(jīng)驗(yàn)所限制。由于自然地質(zhì)條件等不可能完全相同，類比時(shí)又往往把條件加以簡(jiǎn)化，所以這種方法是較為粗略的；一般適用于小型工程或初步評(píng)價(jià)。目前在評(píng)價(jià)斜坡穩(wěn)定性中常用的“標(biāo)準(zhǔn)邊坡數(shù)據(jù)法”“標(biāo)準(zhǔn)邊坡數(shù)據(jù)法”即屬此法。　　上述四種研究方法各有特點(diǎn)，應(yīng)互為補(bǔ)充，綜合應(yīng)用。其中自然歷史分析法是最重要和最根本的研究方法，是其它研究方法的基礎(chǔ)。作為工程地質(zhì)工程師是必須明確的。　　與其它學(xué)科的關(guān)系　　由上述可知，工程地質(zhì)學(xué)所涉及的知識(shí)范圍是很廣泛的，它必須有許多學(xué)科的知識(shí)作為自己的理論基礎(chǔ)。除了與地質(zhì)學(xué)的各分支學(xué)科有密切關(guān)系外，還與其它許多學(xué)科相聯(lián)系。　　地質(zhì)學(xué)的分支學(xué)科:動(dòng)力地質(zhì)