第一章工程地質勘察的幾個基本問題

第一篇工程地質勘察通論第一章工程地質勘察學的幾個基本問題第一節(jié)工程地質勘察的任務

一、工程地質勘察的基本任務為工程建筑的規(guī)劃、設計和施工提供地質資料，運用地質和力學知識回答工程上的地質問題，以便使建筑物與地質環(huán)境相適應，從地質方面保證建筑物的穩(wěn)定安全、經濟合理、運行正常。盡可能避免工程的興建而惡化地質環(huán)境，引起地質災害，達到合理利用和保護環(huán)境的目的。

二、工程地質勘察的具體任務

1.查明建筑地區(qū)的工程地質條件，指出有利和不利條件。闡明工程地質條件的特征及其形成過程和控制因素。

2.分析研究與建筑有關的工程地質問題，作出定性評價和定量評價，為建筑物的設計和施工提供可靠的地質依據。第一節(jié)工程地質勘察的任務

3.選出工程地質條件優(yōu)越的建筑場地，

4.配合建筑物的設計與施工，提出關于建筑物類型、結構、規(guī)模和施工方法的建議。

5.為擬定改善和防治不良地質條件的措施提供地質依據。

6.預測工程興建后對地質環(huán)境造成的影響，至此那個保護地質環(huán)境的措施。這六項任務中，最基本的是查明工程地質條件，是完成其他各項任務的基礎。工程地質問題的分析和研究是工程地質勘察的中心任務。只有把工程地質勘察提高到研究問題的高度，才能預測工程興建后可能引起的地質環(huán)境變化，定性定量地作出工程地質評價。建筑場地的選擇是工程規(guī)劃和可行性研究階段的一項基本工作。許多工程實踐證明，忽視工程地質勘察工作，冒然選定建筑場地，往往帶來難以彌補的損失，增加大量的投資，遺留下不勝其煩的隱患。貴州黔南州500米口徑球面射電天文望遠鏡（FAST）選址

500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）是國家九大科技基礎設施之一，利用貴州南部的喀斯特洼地的獨特地形條件，建設一個約30個足球場大的高靈敏度的世界最大的單口徑望遠鏡巨型射電望遠鏡。

在近50公里的范圍內,強烈的構造運動驟然使海拔高度提升了4000多米。龍門山斷裂河谷切割出世界上最陡峭的山坡。在這樣的復雜工程地質條件下，建筑布局和災害設防都很困難。

汶川縣國道213線都汶路44km＋200處，因山體滑坡造成徹底關大橋橋墩被垮塌的巨石砸斷，造成100余米的橋面坍塌在河道中

2009年8月10日，“莫拉克”臺風重創(chuàng)臺灣,建在泥石流流通區(qū)的臺東知本溫泉區(qū)六層金帥飯店地基被水石流掏空后轟然倒塌金帥飯店第二節(jié)工程地質條件

一、工程地質條件的定義

工程地質條件是指客觀存在的地質環(huán)境中與工程建筑有關的地質要素的綜合。它包括地形地貌、巖土類型及其工程地質性質、地質結構、水文地質條件、物理地質現象（動力地質作用）、天然建筑材料。構成工程地質條件的要素都屬于地質范疇，是地質演化過程及其后生變化而逐漸形成的，是內、外動力地質作用的產物，還受氣候、水文、植被等自然因素的控制。

第二節(jié)工程地質條件

例如一個地方的地形地貌條件是由該地的大地構造演化歷史構成骨架，又由近代外力地質作用雕塑而成。巖石風化、成壤作用、凍土的形成等都是在這些自然因素控制下進行的。

由此可見，工程地質條件是一個綜合概念，是上述六個要素的總體，而不是指任何單一要素。由于各種要素組合的不同，不同地點的工程地質條件隨之不同，表現在工程地質條件各要素性質的差異，主次關系配合的不同。工程地質條件所包括的幾個要素之間又是相互聯系、相互制約的，這是因為它們共同受地質發(fā)展歷史的控制，可以組合成不同的模式。不同地貌單元代表的不同工程地質條件模式基巖為主→構造地質條件復雜→基巖裂隙水為主→物理地質現象發(fā)育→斜坡地質災害頻繁→石料豐富

2.平原區(qū)模式沖積土層巨厚→砂土、粘性土交互發(fā)育→物理地質現象不發(fā)育→孔隙水為主→土料豐富、石料缺乏→同一區(qū)域工程地質條件近似地形平坦，建筑布局及平整場地簡單

3.山前平原區(qū)模式沖洪積地貌，沉積物有分帶性，近山處為沖積和部分洪積成因的碎屑物組成，向平原低地逐漸變?yōu)榈[砂、砂以至粘性土，水文地質條件變化較大。因此山前平原區(qū)的工程地質條件隨分帶巖性的不同而變化，越往平原低處，工程地質條件越差基巖為主→構造地質條件復雜→基巖裂隙水為主→物理地質現象發(fā)育→斜坡地質災害頻繁→石料豐富基巖為主→構造地質條件復雜→基巖裂隙水為主→物理地質現象發(fā)育→斜坡地質災害頻繁→石料豐富1.山區(qū)模式

2.平原區(qū)模式不同地貌單元代表的不同工程地質條件模式4.峽谷區(qū)模式往往與新構造運動相關，構造形跡發(fā)育，斜坡穩(wěn)定問題突出，場地綜合地質環(huán)境復雜，石料豐富土料缺乏（構造因素→場地布置→地震設防→斜坡地質災害......）巖溶地貌、巖溶塌陷、場地布置復雜、巖溶水體系復雜，施工困難。5.巖溶地區(qū)模式

人類工程活動會引起工程地質條件的變化，但畢竟是次要的、局部的，而且與原有工程地質條件融合為一個整體，對后來的建筑成為新的因素。例如水庫蓄水，會引起周圍地下水位升高，新的建筑就應按照變化后的地下水位考慮。第二節(jié)工程地質條件

二、工程地質條件各要素分析

（一）巖土類型及其工程地質性質巖土是工程地質條件是最基本的因素，很大程度上決定場地工程地質條件優(yōu)劣，是地形特征，構造發(fā)育、物理地質作用、地表水及地下水賦存的客觀條件，也是工程建筑的天然地基、環(huán)境和建筑材料。巖土的類型不同，其性質有很大差別，工程意義也大不一樣。軟土、軟巖、軟弱夾層及破碎巖體不利于地基的穩(wěn)定性，邊坡發(fā)滑移、洞室的塌落往往由軟弱夾層引起。在工程地質勘察中必須進行仔細的勘探、試驗工作，以查清它們的分布情況、厚度變化，取得較為準確的物理力學性質指標。第二節(jié)工程地質條件

二、工程地質條件各要素分析

（二）地形地貌條件地形地貌條件對建筑場地的選擇，特別是對線性建筑如鐵路公路、運河渠道等的線路方案的選擇等意義最為重大。如能合理利用地形地貌條件，不但能節(jié)約大量投資，而且對建筑群中各種建筑物的布局和建筑物的型式、規(guī)模及施工條件等也有直接的影響。地形地貌還能反映出地區(qū)的地質結構，對水文地質條件及物理地質現象的發(fā)育情況起著控制作用。第二節(jié)工程地質條件

二、工程地質條件各要素分析

（三）地質結構

褶皺、斷層、節(jié)理構造的分布和特征，它確定了一個地區(qū)的構造格架、地貌特征和巖土分布。斷層，尤其是活斷層，工程人員最為擔心，確實給建筑帶來過很大危害。在選擇建筑物場地時必須注意斷層的規(guī)模、產狀及其活動情況。

1.地質構造

2.土體結構土層的組合關系，即由層面所分隔的各層土的類型、厚度及其空間變化。特別要注意地基中強度高低、透水性大小的土層上、下關系及其相對厚度。這對地基承載力和建筑物的沉降起著決定性的作用。第二節(jié)工程地質條件

二、工程地質條件各要素分析

（三）地質結構

結構面形態(tài)及其組合關系，尤其是層面、泥化夾層、不整合面、斷層帶、層間錯動、節(jié)理面等結構面的性質、產狀、規(guī)模和組合關系。不同結構類型的巖體力學性質和變形破壞的力學機制是不同的。結構面愈發(fā)育，特別是含有軟弱結構面的巖體，其性質愈差。

3.巖體結構

4.巖體天然應力狀態(tài)地應力對巖體穩(wěn)定性的影響很大。在開挖洞室、邊坡或地基時如果不考慮地應力，或估計不足，就會對工程帶來很大的危害。例如美國大古力壩，在1933～1942年修建期間，開挖基坑時，花崗巖體壩基因地應力減壓釋放，發(fā)生回彈，基坑底巖體產生水平層狀開裂，隨挖隨裂，達到很大深度。雅西高速公路泥巴山隧道出口處發(fā)生大型重度巖爆巴陜高速公路八廟隧道巖爆第二節(jié)工程地質條件

二、工程地質條件各要素分析

（四）水文地質條件

水文地質條件是影響巖土工程地質性質，致使工程地質問題復雜化的重要因素：

1.水文地質結構──補給、涇流和排泄條件；

2.地下水類型、水質；地下水位、水頭、水量及變化；

3.含水層、隔水層的分布及組合關系、厚度；

4.巖土層的滲透性、富水性、承壓性、滲透壓力；

5.地下水的侵蝕性。第二節(jié)工程地質條件

二、工程地質條件各要素分析

（五）物理地質現象

由內外動力地質作用產生的可影響或危及工程活動的物理（自然）地質現象。主要包括巖溶、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、地裂縫、地震等，它影響到建筑物的整體布局、設計和施工方法。在工程地質勘察中必須把它作為重點之一，進行全面系統、深入細致的研究。研究它們的發(fā)生發(fā)展規(guī)律、產生的原因、影響其發(fā)生發(fā)展的因素，形成的條件和機制，發(fā)展的過程和階段等，以便對它作出正確的評價，制定合理的防治措施。第二節(jié)工程地質條件

二、工程地質條件各要素分析

（六）天然建筑材料土壩、路堤需用大量土料，海堤、石橋、堆石壩等需用大量石料，拌合混凝土需用砂、礫石作為骨料。對于大型工程來講，應該遵循“就地取材”的原則，天然建材的質量，數量、開采條件和運輸條件的優(yōu)劣對工程的建筑類型、建筑規(guī)模、工程造價、工期長短是一個重要的制約因素，必須在勘察中放到應有的地位來專門解決。例如在峽谷地區(qū)，一般石料較多，中小型水庫壩型就應當選擇堆石壩或砌石壩。第三節(jié)工程地質問題工程地質問題是指工程建筑與地質環(huán)境（可由工程地質條件具體表征）相互作用、相互矛盾而引起的，對建筑物本身的順利施工和安全運行或對周圍地質環(huán)境可能產生影響的地質問題。工程地質問題的類型一般性工程地質問題1.區(qū)域穩(wěn)定性問題2.地基穩(wěn)定性問題3.邊坡穩(wěn)定性問題4.圍巖穩(wěn)定性問題專門工程地質問題1.城市及工業(yè)房屋建筑2.道橋建筑3.水工建筑4.海河湖港工程第三節(jié)工程地質問題工程地質問題的類型一般性工程地質問題專門工程地質問題

1.城市及工業(yè)房屋建筑A.地基變形、沉陷、不均勻沉降B.地基承載力問題A.

路堤地基穩(wěn)定性問題B.

路塹邊坡穩(wěn)定性問題C.

道路凍脹問題D.

橋基、地基穩(wěn)定性問題E.

隧道圍巖穩(wěn)定性問題F.隧道涌水問題、有害氣體問題

2.道橋建筑

3.水工建筑

4.海河湖港工程第三節(jié)工程地質問題工程地質問題的類型一般性工程地質問題專門工程地質問題

1.城市及工業(yè)房屋建筑A.建筑物地基穩(wěn)定性問題B.岸坡穩(wěn)定性問題C.海岸、湖岸、河岸穩(wěn)定性問題D.回淤問題A.

水庫滲漏問題B.

水庫坍岸問題C.

水庫浸沒問題D.

水庫淤積問題E.

水庫誘發(fā)地震問題F.

壩基抗滑穩(wěn)定、滲透、穩(wěn)定性問題G.壩肩穩(wěn)定性問題H.

壩基、繞壩、渠道滲漏問題

I.

邊坡穩(wěn)定性問題

2.道橋建筑

3.水工建筑

4.海河湖港工程第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

一、工程地質勘察的基本技術要求

1.工程建筑類型建筑物千變萬化。按目的、用途和使用要求等特點分類如下：

（1）工業(yè)與民用建筑工程：主要是指工農業(yè)生產性建筑、非生產性建筑和構筑物，其特點是數量大，種類繁多，千姿百態(tài)；

（2）線路工程：主要指線性展布的工程。如鐵路、公路的路基、路面、隧道、橋梁、各種管道以及輸電線路工程等；

（3）水利工程：主要指水利樞紐工程。如大壩、溢洪道、輸水隧道、引水工程、分洪工程等；

（4）港口工程：主要包括碼頭、防波壩、船臺、滑道、船塢工程等；此外，如海洋工程、核電站工程等。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

2.巖土工程勘察分級巖土工程勘察的等級，是由工程安全等級、場地和地基的復雜程度三項因素決定的。首先應分別對三項因素進行分級，在此基礎上進行綜合分析，以確定巖土工程勘察的等級劃分。下面先分別論述三項因素等級劃分的依據及具體規(guī)定，隨后綜合劃分巖土工程勘察的等級。

（1）工程安全等級工程的安全等級，是根據由于工程巖土體或結構失穩(wěn)破壞，導致建筑物破壞而造成生命財產損失、社會影響及修復可能性等后果的嚴重性來劃分的。根據國家標準《建筑結構設計統一標準》GBJ68-84的規(guī)定，將工程結構劃分為三個安全等級，《規(guī)范》與之相應，也將工程安全等級劃分為三級。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系工程安全等級安全等級工程類型破壞后果一級重要工程很嚴重二級一般工程嚴重三級次要工程不嚴重對于不同類型的工程來說，應根據工程的規(guī)模和重要性具體劃分。目前房屋建筑與構筑物的安全等級，已在國家標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》GBJ7-89中明確規(guī)定。此外，各產業(yè)部門和地方根據本部門(地方)建筑物的特殊要求和經驗，在頒布的有關技術規(guī)范中也劃分了適用于本部門(地方)的工程安全等級，一般均劃分為三級。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系建筑安全等級安全等級破壞后果建筑類型一級很嚴重①重要的工業(yè)與民用建筑物；②20層以上的高層建筑物；③體型復雜的14層以上的高層建筑；④對地基變形有特殊要求的建筑物；⑤單樁荷載在4000kN以上的建筑物二級嚴重一般工業(yè)與民用建筑物三級不嚴重次要建筑物第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

（２）場地復雜程度等級場地復雜程度是由建筑抗震穩(wěn)定性、不良地質現象發(fā)育情況、地質環(huán)境破壞程度和地形地貌條件四個條件衡量的，也劃分為三個等級。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

Ａ.建筑抗震穩(wěn)定性按國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》GBJ11-89規(guī)定，選擇建筑場地時，對建筑抗震穩(wěn)定性地段的劃分規(guī)定為：

危險地段：地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表位錯的部位。

不利地段：軟弱土和液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質的陡坡、河岸和斜坡邊緣，平面分布上成因、巖性和性狀明顯不均勻的土層(如古河道、斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷及半填半挖地基)等。

有利地段：巖石和堅硬土或開闊平坦、密實均勻的中硬土等。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

B.不良地質現象發(fā)育情況不良地質現象泛指由地球外動力作用引起的，對工程建設不利的各種地質現象。它們分布于場地內及其附近地段，主要影響場地穩(wěn)定性，也對地基基礎、邊坡和地下洞室等具體的巖土工程有不利影響。

強烈發(fā)育是指由于不良地質現象發(fā)育招致建筑場地極不穩(wěn)定，直接威脅工程設施的安全。例如，山區(qū)崩塌、滑坡和泥石流的發(fā)生，會釀成地質災害，破壞甚至整個摧毀工程建筑物。巖溶地區(qū)溶洞和土洞的存在，所造成的地面變形甚至塌陷，對工程設施的安全也會構成直接威脅。

一般發(fā)育是指雖有不良地質現象分布，但并不十分強烈，對工程設施安全的影響不嚴重；或者說對工程安全可能有潛在的威脅。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

C.地質環(huán)境破壞程度由于人類工程經濟活動導致地質環(huán)境的干擾破壞，是多種多樣的。例如，采掘固體礦產資源引起的地下采空；抽汲地下液體(地下水、石油)引起的地面沉降、地面塌陷和地裂縫；修建水庫引起的邊岸再造、浸沒、土壤沼澤化；排除廢液引起巖土的化學污染等等。地質環(huán)境破壞對巖土工程實踐的負影響是不容忽視的，往往對場地穩(wěn)定性構成威脅。

地質環(huán)境的“強烈破壞”，是指由于地質環(huán)境的破壞，已對工程安全構成直接威脅；如礦山淺層采空導致明顯的地面變形、橫跨地裂縫等。

“一般破壞”是指已有或將有地質環(huán)境的干擾破壞，但并不強烈，對工程安全的影響不嚴重。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

D.地形地貌條件主要指的是地形起伏和地貌單元(尤其是微地貌單元)的變化情況。一般地說，山區(qū)和丘陵區(qū)場地地形起伏大，工程布局較困難，挖填土石方量較大，土層分布較薄且下伏基巖面高低不平。地貌單元分布較復雜，一個建筑場地可能跨越多個地貌單元，因此地形地貌條件復雜或較復雜。平原場地地形平坦，地貌單元均一，土層厚度大且結構簡單，因此地形地貌條件簡單。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系（3）地基復雜程度等級

A.一級地基符合下列條件之一的為一級地基(復雜地基)：①巖土種類多、很不均勻，性質變化大，需特殊處理；②嚴重濕陷、膨脹、鹽漬、污染的特殊性巖土，以及其他情況復雜、需做專門處理的巖土。

B.二級地基符合下列條件之一的為二級地基(中等復雜地基)：①巖土種類多，不均勻，性質變化較大；②除一級地基所列以外的特殊性巖土。

C.三級地基符合下列條件者為三級地基(簡單地基)：①巖土種類單一，均勻，性質變化不大；②無特殊性巖土。場地等級、地基等級具體劃分時，應從一級開始，向二級、三級推定，以最先滿足為準。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

二、工程地質勘察方法在工程地質勘察中使用的技術方法或技術手段，可分為下列幾類：

1.工程地質測繪；

2.工程地質物探及勘探；

3.工程地質室內試驗；

4.工程地質野外（現場或原位）試驗；

5.工程地質長期觀測；

6.勘察資料的室內整理；第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

1.工程地質測繪最根本主要的方法，各勘察工作中走在前面的一項勘察工作。運用地質、工程地質理論對與工程建設有關的各種地質現象進行詳細觀察和描述，以查明擬定建筑區(qū)內工程地質條件的空間分布和各要素之間的內在聯系。成果為各類工程地質圖，按內容可分為工程地質條件圖、工程地質分區(qū)圖和綜合工程地質圖等。工程地質測繪分為綜合性測繪和專門性測繪，綜合性工程地質測繪是對工作區(qū)內工程地質條件的各要素全面研究并進行綜合評價，為編制綜合工程地質圖提供資料；專門性工程地質測繪是為某一特定建筑物服務的，或者是對工程地質條件的某一要素進行專門研究以掌握其變化規(guī)律，為編制專用工程地質圖或工程地質分析圖提供依據。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

2.工程地質勘探和物探直接或間接觀測現象和獲取數據，是巖土體質量劃分的依據。

3.工程地質室內試驗獲取巖土體物理性質、水理性質、力學性質參數，是提供參數、土體分層、巖體質量評價的檢驗標準。

（1）巖土物理性質試驗礦物成分、粒度成分和化學成分，了解巖土的物質組成；顯微組織與構造；密度、孔隙度、含水量、吸水率、稠度、相對密度；巖土的可溶性、親水性、毛管性、滲透性、膨脹、崩解和黃土類土的濕陷性等。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

（2）土的力學性質試驗壓縮試驗、無側限壓縮試驗、直剪試驗、三軸試驗、土的動力強度試驗、擊實試驗；

（3）巖石力學性質試驗

抗壓強度試驗（單軸或三軸承）、抗拉試驗、抗剪試驗、流變試驗；

（4）模型試驗

為研究巖土體地基在外部荷載作用下應力分布的具體部位和研究巖體在開挖時巖體應力重分布與失穩(wěn)狀態(tài)，以及超載后的巖土體承受極限，利用與實際巖土力學性質相似的材料，制成具有砌塊及結構面的模型，模擬不連續(xù)的巖土體，再對模型施加工程荷載或開挖，觀測模型中應力分布、變形和破壞過程。其結果可與有限元分析和計算成果相互驗證，用以改進設計方案，采取工程處理措施。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

4.工程地質野外原位試驗模擬場地對實際工程構筑物工作時的力學響應，具有先期驗證效果，測定難于取得不擾動土樣的有關工程力學性質；避免取樣過程中應力釋放的影響；是工程設計最可依賴的力學檢驗標準（靜力觸探、動力觸探、標準貫入試驗、十字板剪切、旁壓試驗、靜載試驗、扁板側脹試驗、應力鏟試驗、現場直剪試驗、巖體應力試驗、巖土波速測試等）。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

5.

工程地質長期觀測是工程地質勘察的持續(xù)性工作，了解觀測因子隨時間變化的規(guī)律及發(fā)展趨勢，驗證、預測和評價對工程建筑和地質環(huán)境間的影響但。不是所有項目都需要工程地質長期觀測（觀測內容有地下水動態(tài)（水位、水質），各種物理地質現象。如滑坡動態(tài)、斜坡巖土體變形、水庫坍岸、巖石風化速度，以及建筑物變形和沉降等。第四節(jié)工程地質勘察方法及其相互關系

6.勘察資料室內整理與報告編寫最終提交的成果，工程地質勘察工作的總結。主要是巖土物理力學性質指標的整理與數理統計、工程地質圖的編繪與工程地質報告的編寫。這一工作是將各項勘察方法所獲得的資料進行系統整理、分析和總結，根據勘察設計書的要求，考慮工程特點及勘察階段，綜合反映和論證勘察地區(qū)的工程地質條件和工程地質問題，做出工程地質評價,是提供設計、施工部門直接使用的重要