工程巖土學(xué)緒論

主講韓愛果

2007年3月Scienceof

EngineeringRockandSoil《工程巖土學(xué)》孔德坊主編

地質(zhì)出版社1992教材巖土工程地質(zhì)特征環(huán)境地質(zhì)主要從事方面的研究工作①《工程巖土學(xué)》唐大雄孫愫文主編地質(zhì)出版社1987②《工程巖土學(xué)》謝爾蓋耶夫主編（孔德坊等譯）地質(zhì)出版社1990③《工程地質(zhì)學(xué)》孔憲立主編中國(guó)建筑工業(yè)出版社2001主要參考書中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、吉林大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)等院校相關(guān)教材主要內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排（一）

緒論第一章土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)構(gòu)造第二章土的物理性質(zhì)第三章土的力學(xué)性質(zhì)第四章巖體的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)特征第五章巖體的力學(xué)性質(zhì)364646

第六章影響巖體力學(xué)性質(zhì)的主要因素第七章風(fēng)化作用對(duì)巖體工程地質(zhì)性質(zhì)的意義第八章巖土工程地質(zhì)性質(zhì)人工改良的基本原理第九章巖土的工程地質(zhì)分類33自學(xué)12學(xué)時(shí)：課堂測(cè)試，評(píng)講作業(yè)，學(xué)生講述部分內(nèi)容理論（38學(xué)時(shí)）＋實(shí)驗(yàn)（12學(xué)時(shí)）主要內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排（二）課程重點(diǎn)與難點(diǎn)課程重點(diǎn)—土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，土的工程地質(zhì)性質(zhì)及其指標(biāo)；巖石、結(jié)構(gòu)面和巖體的力學(xué)性質(zhì)及其指標(biāo)?？偝煽?jī)＝平時(shí)成績(jī)＋實(shí)驗(yàn)課成績(jī)＋閉卷考試成績(jī)

無(wú)故缺席

3次及以上取消考試資格！課程難點(diǎn)—土、巖石、巖體工程地質(zhì)性質(zhì)的形成、本質(zhì)和相互關(guān)系及影響因素。緒論工程巖土學(xué)的研究對(duì)象和研究意義工程巖土學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究方法工程巖土學(xué)與其它學(xué)科間的關(guān)系工程巖土學(xué)的發(fā)展過(guò)程和趨向工程巖土學(xué)的研究對(duì)象和研究意義一.工程地質(zhì)學(xué)（EngineeringGeology）的分科及研究?jī)?nèi)容

引出：

人類工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系工程巖土學(xué)是工程地質(zhì)學(xué)的分支學(xué)科之一，是工程地質(zhì)學(xué)中最重要的基礎(chǔ)理論部分，是一門理論性（課堂教學(xué)）與實(shí)踐性（實(shí)驗(yàn)教學(xué)）均較強(qiáng)的專業(yè)核心課。相互影響§1人類工程活動(dòng)地質(zhì)環(huán)境相互制約人類生活在地球上，各種工程活動(dòng)都是在地表或地殼淺部進(jìn)行，處于一定的地質(zhì)環(huán)境中，二者之間的相互影響、相互制約，始終是客觀存在的。

人類工程活動(dòng)

地質(zhì)環(huán)境相互制約相互影響地質(zhì)環(huán)境影響工程活動(dòng)的安全：如采煤過(guò)程中的瓦斯爆炸、涌水，隧道掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)塌頂、巖爆或涌水等；地質(zhì)環(huán)境對(duì)人類工程活動(dòng)的制約：地質(zhì)條件不具備而使工程造價(jià)提高：如沿海三角洲地區(qū)城市修建高層建筑，往往由于軟基需要深基坑或樁基或筏式地基而增加造價(jià)，高烈度地區(qū)建造巨型電站因考慮高烈度而使造價(jià)大幅度提高。地質(zhì)環(huán)境影響工程建筑物的穩(wěn)定和正常使用：如瓦伊昂事件，水庫(kù)滲漏、滑坡、泥石流破壞公路與鐵路；人類工程活動(dòng)又會(huì)以各種方式影響地質(zhì)環(huán)境：人類工程活動(dòng)對(duì)地表的改造已達(dá)到不可忽視的程度，到目前為止人類活動(dòng)已涉及到地表80％的地區(qū)。如在上游修建梯級(jí)電站，改變河流的地質(zhì)作用，道路修建中不合理削坡使坡體穩(wěn)定性降低，水庫(kù)蓄水導(dǎo)致岸坡穩(wěn)定性降低，水庫(kù)誘發(fā)地震，大規(guī)模的砍伐森林造成荒漠化等等。

人類工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響：例如：在巖土體穩(wěn)定差的地區(qū)修建水庫(kù)，造價(jià)高，另一方面水庫(kù)的修建使近壩、庫(kù)岸的岸坡的穩(wěn)定性降低，尤其是水位驟然升降經(jīng)常引起岸坡失穩(wěn)，蓄水引起水庫(kù)誘發(fā)地震等等。人類工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境之間的相互制約工程地質(zhì)學(xué)的特點(diǎn)是始終與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系工程地質(zhì)學(xué)——研究人類工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境之間的相互制約，以便科學(xué)評(píng)價(jià)、合理利用、有效改造和妥善保護(hù)地質(zhì)環(huán)境的科學(xué)；是地質(zhì)學(xué)與工程學(xué)的邊緣學(xué)科，是地質(zhì)學(xué)的一個(gè)分支。以上是工程地質(zhì)學(xué)的學(xué)科性質(zhì)和基本任務(wù)2.工程地質(zhì)學(xué)的分科及研究?jī)?nèi)容

a.?工程巖土學(xué)?b.?工程地質(zhì)分析原理?c.?工程地質(zhì)勘察??工程巖土學(xué)?的研究?jī)?nèi)容工程巖土學(xué)(scienceof

engineeringrockandsoil):是研究巖體和土體的工程地質(zhì)性質(zhì)及其形成和變化規(guī)律以及如何改善這些性質(zhì)的學(xué)科。將“地質(zhì)環(huán)境”比作一個(gè)“機(jī)體”生理研究?工程地質(zhì)分析原理?的研究?jī)?nèi)容工程地質(zhì)分析原理:

研究工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境相互制約的主要形式——即工程地質(zhì)問(wèn)題。分析這些問(wèn)題產(chǎn)生的地質(zhì)條件、力學(xué)機(jī)制及其發(fā)展演化規(guī)律，以便正確評(píng)價(jià)和有效防治其不良影響的學(xué)科。病理研究?工程地質(zhì)勘察?的研究?jī)?nèi)容工程地質(zhì)勘察:

運(yùn)用地質(zhì)的，工程地質(zhì)的理論，技術(shù)方法，手段來(lái)查明工程地質(zhì)條件，為設(shè)計(jì)和施工提供地質(zhì)資料，以保證建筑物的安全，經(jīng)濟(jì)和正常使用的學(xué)科。診斷研究常用術(shù)語(yǔ)：

工程地質(zhì)條件與工程建筑有關(guān)的地質(zhì)要素的綜合，包括以下六個(gè)方面地形地貌條件地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地應(yīng)力巖土類型及其工程地質(zhì)性質(zhì)（工程巖土學(xué)內(nèi)容）水文地質(zhì)條件物理地質(zhì)現(xiàn)象天然建筑材料

巖石、巖體土、土體二．?工程巖土學(xué)?的研究對(duì)象1.將巖土體作為“基礎(chǔ)”——山區(qū)城市（如重慶）的巖石地基，沿海城市（如上海，天津等）的軟土地基；公路，鐵路的路基，水工建筑物大壩的壩基等。

主要考慮巖土體的強(qiáng)度特性和變形特性。2.將巖土體作為“環(huán)境”——城市垃圾的衛(wèi)生填埋，核廢料的處置，都要選擇最合理的環(huán)境，以免污染地下水，危害人類身體健康；山區(qū)公路，鐵路隧洞，水電站地下發(fā)電廠房，城市地鐵，地下停車場(chǎng)，地下商場(chǎng)等。

主要考慮巖土體的強(qiáng)度特性，滲透性和穩(wěn)定性。3.將巖土體作為“材料”——工業(yè)與民用建筑的各種建筑材料（大理巖，花崗巖，砂，卵石，粘土等），水工建筑物（如土石壩）所需的大量天然材料等。

主要考慮巖土體的強(qiáng)度特性，變形特性，顆粒級(jí)配等。人類工程活動(dòng)對(duì)巖土體的利用可歸納為下面3個(gè)方面二灘電站大壩（壩高240m）溪洛渡水電站雙曲拱壩（壩高278m）拉西瓦電站雙曲拱壩（壩高252m）三峽大壩（重力壩）二灘電站地下廠房二灘電站

中央控制室拉西瓦地下洞室三維地質(zhì)模型錦屏地下洞室三維地質(zhì)模型三峽船閘高邊坡三．?工程巖土學(xué)?的研究意義

——即研究巖土體的工程地質(zhì)性質(zhì)的重要性成功的工程實(shí)例很多（成功修建，順利施工，安全運(yùn)行）。失敗的經(jīng)驗(yàn)，教訓(xùn)更能說(shuō)明研究巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)的重要性和必要性——輕則延誤工期，增加造價(jià)；重則建筑物雖然尚能穩(wěn)定存在，但不能發(fā)揮預(yù)期效益，最嚴(yán)重的，甚至發(fā)生突然破壞，造成生命和財(cái)產(chǎn)的極大損失。全塔總重約145MN，基礎(chǔ)底面平均壓力約50kPa。地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層。塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.5°，成為危險(xiǎn)建筑。1990年1月4日被封閉。比薩斜塔

為了防止斜塔繼續(xù)傾斜，意大利當(dāng)局在斜塔北側(cè)的塔基下碼放了數(shù)百噸重的鉛塊，并使用鋼絲繩從斜塔的腰部向北側(cè)拽住，還抽走了斜塔北側(cè)的許多淤泥，并在塔基地下打入10根50米長(zhǎng)的鋼柱。今天看來(lái)，政府所采取的種種措施頗具成效，終于使這座舉世無(wú)雙、經(jīng)歷了數(shù)百年風(fēng)雨的羅馬式建筑摘掉了鋼繩的束縛，擺脫了倒塌的危機(jī)。

目前已向游人開放。參與該項(xiàng)工作的工程師說(shuō)，斜塔在未來(lái)300年內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)倒塌。正在糾偏中的比薩斜塔（劉福明攝于2000年）

加固塔身壓重法和取土法進(jìn)行地基處理5個(gè)工程實(shí)例（教材P2）工程名稱原因后果1.我國(guó)長(zhǎng)江葛洲壩工程在施工之前，對(duì)壩基下的軟弱泥化夾層研究不足砂巖中的粘土巖夾層泥化后抗剪強(qiáng)度很低，會(huì)直接影響壩基巖體的抗滑穩(wěn)定性，停工一年2.前蘇聯(lián)西伯利亞凍土區(qū)一電站玄武巖節(jié)理極為發(fā)育，節(jié)理中的水被凍結(jié)，被誤認(rèn)為是不透水層在水庫(kù)蓄水后，由于庫(kù)水溫度較高，冰脈融化，發(fā)生嚴(yán)重漏水，致使電站無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有效能3.美國(guó)圣佛蘭西斯(SanFrancis)水壩對(duì)壩基礫巖浸水后可能發(fā)生崩解認(rèn)識(shí)不足水庫(kù)蓄水不久因礫巖崩解而導(dǎo)致水壩傾倒，除大量財(cái)產(chǎn)損失外，426人喪生4.法國(guó)馬爾帕塞(Malpasset)水壩壩體位于片麻巖上，但左岸片麻巖中夾有絹云母片巖和粘土薄層。蓄水一年后這些軟弱夾層因浸水而力學(xué)性能降低，致使水壩崩潰?？碧缴疃炔粔颍瑑H在河床打了2個(gè)鉆孔，兩岸壩座的巖體質(zhì)量?jī)H憑露頭判斷水壩崩潰，洪水下泄，席卷十公里處的福瑞捷斯城，并使附近鐵路，公路，供電和供水線路全遭破壞。死亡三百余人，百余人失蹤，財(cái)產(chǎn)損失300億法郎。5.意大利的瓦依昂(Vajont)水壩當(dāng)時(shí)世界最高拱壩（258m）蓄水后，左岸山體中的粘土巖浸水膨脹而推動(dòng)山體下滑，數(shù)億立方米的巖石高速度崩滑至水庫(kù)中地質(zhì)勘探不充分，地質(zhì)條件評(píng)估失誤水庫(kù)變“石庫(kù)”，喪失庫(kù)容使工程失去效用，潰壩洪水沖毀河谷內(nèi)一切設(shè)施，死亡2600余人。壩體經(jīng)受住了壩頂洪水漫溢和巨大震動(dòng)的考驗(yàn)，說(shuō)明壩工設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)（壩工專家西門扎）工程巖土學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究方法1.

巖土的工程地質(zhì)性質(zhì)及其與地質(zhì)特征（物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)）之間的關(guān)系；2.

巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的物理機(jī)制；3.

在與周圍的自然條件（尤其是建筑物建成后被改變了的自然條件）相互作用中，巖土工程地質(zhì)性質(zhì)變化的趨向、規(guī)律和速度；4.

測(cè)試巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的方法和技術(shù)；5.

改善巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的方法。一．研究?jī)?nèi)容（教材P2~3）§21.地質(zhì)學(xué)的自然歷史分析法2.實(shí)驗(yàn)方法（包括取樣試驗(yàn)和原位試驗(yàn)兩大類型，各自的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)）二．研究方法

兩種研究方法的關(guān)系——自然歷史分析方法是實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)方法是自然歷史分析方法研究巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的繼續(xù)和深入工程巖土學(xué)與其它學(xué)科間的關(guān)系工程巖土學(xué)作為工程地質(zhì)學(xué)的分支學(xué)科之一，是工程地質(zhì)學(xué)中最重要的基礎(chǔ)理論部分。

教材P4的框圖反應(yīng)了工程巖土學(xué)與其他學(xué)科間的主要關(guān)系。§3

§4一．發(fā)展過(guò)程1.中國(guó)古代建筑與人們對(duì)巖土體的認(rèn)識(shí)——春秋時(shí)代的鴻溝，大運(yùn)河；戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的長(zhǎng)城，都江堰；隋代河北趙州橋；清代江西臨川文昌橋2.工程巖土學(xué)的形成前蘇聯(lián)20世紀(jì)20年代20世紀(jì)40年代道路土質(zhì)學(xué)適用于各類建筑的土質(zhì)學(xué)歐美國(guó)家20世紀(jì)20年代20世紀(jì)40年代土力學(xué)，巖石力學(xué)注重巖土工程地質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)的測(cè)試中國(guó)20世紀(jì)