第一章-工程地质勘察的几个基本问题

第一篇工程地质勘察通论第一章工程地质勘察学的几个基本问题第一节工程地质勘察的任务一、工程地质勘察的基本任务为工程建筑的规划、设计和施工提供地质资料，运用地质和力学知识回答工程上的地质问题，以便使建筑物与地质环境相适应，从地质方面保证建筑物的稳定安全、经济合理、运行正常。尽可能避免工程的兴建而恶化地质环境，引起地质灾害，达到合理利用和保护环境的目的。二、工程地质勘察的具体任务1.查明建筑地区的工程地质条件，指出有利和不利条件。阐明工程地质条件的特征及其形成过程和控制因素。2.分析研究与建筑有关的工程地质问题，作出定性评价和定量评价，为建筑物的设计和施工提供可靠的地质依据。第一节工程地质勘察的任务3.选出工程地质条件优越的建筑场地，4.配合建筑物的设计与施工，提出关于建筑物类型、结构、规模和施工方法的建议。5.为拟定改善和防治不良地质条件的措施提供地质依据。6.预测工程兴建后对地质环境造成的影响，至此那个保护地质环境的措施。这六项任务中，最基本的是查明工程地质条件，是完成其他各项任务的基础。工程地质问题的分析和研究是工程地质勘察的中心任务。只有把工程地质勘察提高到研究问题的高度，才能预测工程兴建后可能引起的地质环境变化，定性定量地作出工程地质评价。建筑场地的选择是工程规划和可行性研究阶段的一项基本工作。许多工程实践证明，忽视工程地质勘察工作，冒然选定建筑场地，往往带来难以弥补的损失，增加大量的投资，遗留下不胜其烦的隐患。贵州黔南州500米口径球面射电天文望远镜（FAST）选址500米口径球面射电望远镜（FAST）是国家九大科技基础设施之一，利用贵州南部的喀斯特洼地的独特地形条件，建设一个约30个足球场大的高灵敏度的世界最大的单口径望远镜巨型射电望远镜。在近50公里的范围内,强烈的构造运动骤然使海拔高度提升了4000多米。龙门山断裂河谷切割出世界上最陡峭的山坡。在这样的复杂工程地质条件下，建筑布局和灾害设防都很困难。汶川县国道213线都汶路44km＋200处，因山体滑坡造成彻底关大桥桥墩被垮塌的巨石砸断，造成100余米的桥面坍塌在河道中2009年8月10日，“莫拉克”台风重创台湾,建在泥石流流通区的台东知本温泉区六层金帅饭店地基被水石流掏空后轰然倒塌金帅饭店第二节工程地质条件一、工程地质条件的定义工程地质条件是指客观存在的地质环境中与工程建筑有关的地质要素的综合。它包括地形地貌、岩土类型及其工程地质性质、地质结构、水文地质条件、物理地质现象（动力地质作用）、天然建筑材料。构成工程地质条件的要素都属于地质范畴，是地质演化过程及其后生变化而逐渐形成的，是内、外动力地质作用的产物，还受气候、水文、植被等自然因素的控制。第二节工程地质条件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。由此可见，工程地质条件是一个综合概念，是上述六个要素的总体，而不是指任何单一要素。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几个要素之间又是相互联系、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。不同地貌单元代表的不同工程地质条件模式基岩为主→构造地质条件复杂→基岩裂隙水为主→物理地质现象发育→斜坡地质灾害频繁→石料丰富2.平原区模式冲积土层巨厚→砂土、粘性土交互发育→物理地质现象不发育→孔隙水为主→土料丰富、石料缺乏→同一区域工程地质条件近似地形平坦，建筑布局及平整场地简单3.山前平原区模式冲洪积地貌，沉积物有分带性，近山处为冲积和部分洪积成因的碎屑物组成，向平原低地逐渐变为砾砂、砂以至粘性土，水文地质条件变化较大。因此山前平原区的工程地质条件随分带岩性的不同而变化，越往平原低处，工程地质条件越差基岩为主→构造地质条件复杂→基岩裂隙水为主→物理地质现象发育→斜坡地质灾害频繁→石料丰富基岩为主→构造地质条件复杂→基岩裂隙水为主→物理地质现象发育→斜坡地质灾害频繁→石料丰富1.山区模式2.平原区模式不同地貌单元代表的不同工程地质条件模式4.峡谷区模式往往与新构造运动相关，构造形迹发育，斜坡稳定问题突出，场地综合地质环境复杂，石料丰富土料缺乏（构造因素→场地布置→地震设防→斜坡地质灾害......）岩溶地貌、岩溶塌陷、场地布置复杂、岩溶水体系复杂，施工困难。5.岩溶地区模式人类工程活动会引起工程地质条件的变化，但毕竟是次要的、局部的，而且与原有工程地质条件融合为一个整体，对后来的建筑成为新的因素。例如水库蓄水，会引起周围地下水位升高，新的建筑就应按照变化后的地下水位考虑。第二节工程地质条件二、工程地质条件各要素分析（一）岩土类型及其工程地质性质岩土是工程地质条件是最基本的因素，很大程度上决定场地工程地质条件优劣，是地形特征，构造发育、物理地质作用、地表水及地下水赋存的客观条件，也是工程建筑的天然地基、环境和建筑材料。岩土的类型不同，其性质有很大差别，工程意义也大不一样。软土、软岩、软弱夹层及破碎岩体不利于地基的稳定性，边坡发滑移、洞室的塌落往往由软弱夹层引起。在工程地质勘察中必须进行仔细的勘探、试验工作，以查清它们的分布情况、厚度变化，取得较为准确的物理力学性质指标。第二节工程地质条件二、工程地质条件各要素分析（二）地形地貌条件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择等意义最为重大。如能合理利用地形地貌条件，不但能节约大量投资，而且对建筑群中各种建筑物的布局和建筑物的型式、规模及施工条件等也有直接的影响。地形地貌还能反映出地区的地质结构，对水文地质条件及物理地质现象的发育情况起着控制作用。第二节工程地质条件二、工程地质条件各要素分析（三）地质结构褶皱、断层、节理构造的分布和特征，它确定了一个地区的构造格架、地貌特征和岩土分布。断层，尤其是活断层，工程人员最为担心，确实给建筑带来过很大危害。在选择建筑物场地时必须注意断层的规模、产状及其活动情况。1.地质构造2.土体结构土层的组合关系，即由层面所分隔的各层土的类型、厚度及其空间变化。特别要注意地基中强度高低、透水性大小的土层上、下关系及其相对厚度。这对地基承载力和建筑物的沉降起着决定性的作用。第二节工程地质条件二、工程地质条件各要素分析（三）地质结构结构面形态及其组合关系，尤其是层面、泥化夹层、不整合面、断层带、层间错动、节理面等结构面的性质、产状、规模和组合关系。不同结构类型的岩体力学性质和变形破坏的力学机制是不同的。结构面愈发育，特别是含有软弱结构面的岩体，其性质愈差。3.岩体结构4.岩体天然应力状态地应力对岩体稳定性的影响很大。在开挖洞室、边坡或地基时如果不考虑地应力，或估计不足，就会对工程带来很大的危害。例如美国大古力坝，在1933～1942年修建期间，开挖基坑时，花岗岩体坝基因地应力减压释放，发生回弹，基坑底岩体产生水平层状开裂，随挖随裂，达到很大深度。雅西高速公路泥巴山隧道出口处发生大型重度岩爆巴陕高速公路八庙隧道岩爆第二节工程地质条件二、工程地质条件各要素分析（四）水文地质条件水文地质条件是影响岩土工程地质性质，致使工程地质问题复杂化的重要因素：1.水文地质结构──补给、泾流和排泄条件；2.地下水类型、水质；地下水位、水头、水量及变化；3.含水层、隔水层的分布及组合关系、厚度；4.岩土层的渗透性、富水性、承压性、渗透压力；5.地下水的侵蚀性。第二节工程地质条件二、工程地质条件各要素分析（五）物理地质现象由内外动力地质作用产生的可影响或危及工程活动的物理（自然）地质现象。主要包括岩溶、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、地裂缝、地震等，它影响到建筑物的整体布局、设计和施工方法。在工程地质勘察中必须把它作为重点之一，进行全面系统、深入细致的研究。研究它们的发生发展规律、产生的原因、影响其发生发展的因素，形成的条件和机制，发展的过程和阶段等，以便对它作出正确的评价，制定合理的防治措施。第二节工程地质条件二、工程地质条件各要素分析（六）天然建筑材料土坝、路堤需用大量土料，海堤、石桥、堆石坝等需用大量石料，拌合混凝土需用砂、砾石作为骨料。对于大型工程来讲，应该遵循“就地取材”的原则，天然建材的质量，数量、开采条件和运输条件的优劣对工程的建筑类型、建筑规模、工程造价、工期长短是一个重要的制约因素，必须在勘察中放到应有的地位来专门解决。例如在峡谷地区，一般石料较多，中小型水库坝型就应当选择堆石坝或砌石坝。第三节工程地质问题工程地质问题是指工程建筑与地质环境（可由工程地质条件具体表征）相互作用、相互矛盾而引起的，对建筑物本身的顺利施工和安全运行或对周围地质环境可能产生影响的地质问题。工程地质问题的类型一般性工程地质问题1.区域稳定性问题2.地基稳定性问题3.边坡稳定性问题4.围岩稳定性问题专门工程地质问题1.城市及工业房屋建筑2.道桥建筑3.水工建筑4.海河湖港工程第三节工程地质问题工程地质问题的类型一般性工程地质问题专门工程地质问题1.城市及工业房屋建筑A.地基变形、沉陷、不均匀沉降B.地基承载力问题A.路堤地基稳定性问题B.路堑边坡稳定性问题C.道路冻胀问题D.桥基、地基稳定性问题E.隧道围岩稳定性问题F.隧道涌水问题、有害气体问题2.道桥建筑3.水工建筑4.海河湖港工程第三节工程地质问题工程地质问题的类型一般性工程地质问题专门工程地质问题1.城市及工业房屋建筑A.建筑物地基稳定性问题B.岸坡稳定性问题C.海岸、湖岸、河岸稳定性问题D.回淤问题A.水库渗漏问题B.水库坍岸问题C.水库浸没问题D.水库淤积问题E.水库诱发地震问题F.坝基抗滑稳定、渗透、稳定性问题G.坝肩稳定性问题H.坝基、绕坝、渠道渗漏问题I.边坡稳定性问题2.道桥建筑3.水工建筑4.海河湖港工程第四节工程地质勘察方法及其相互关系一、工程地质勘察的基本技术要求1.工程建筑类型建筑物千变万化。按目的、用途和使用要求等特点分类如下：（1）工业与民用建筑工程：主要是指工农业生产性建筑、非生产性建筑和构筑物，其特点是数量大，种类繁多，千姿百态；（2）线路工程：主要指线性展布的工程。如铁路、公路的路基、路面、隧道、桥梁、各种管道以及输电线路工程等；（3）水利工程：主要指水利枢纽工程。如大坝、溢洪道、输水隧道、引水工程、分洪工程等；（4）港口工程：主要包括码头、防波坝、船台、滑道、船坞工程等；此外，如海洋工程、核电站工程等。第四节工程地质勘察方法及其相互关系2.岩土工程勘察分级岩土工程勘察的等级，是由工程安全等级、场地和地基的复杂程度三项因素决定的。首先应分别对三项因素进行分级，在此基础上进行综合分析，以确定岩土工程勘察的等级划分。下面先分别论述三项因素等级划分的依据及具体规定，随后综合划分岩土工程勘察的等级。（1）工程安全等级工程的安全等级，是根据由于工程岩土体或结构失稳破坏，导致建筑物破坏而造成生命财产损失、社会影响及修复可能性等后果的严重性来划分的。根据国家标准《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84的规定，将工程结构划分为三个安全等级，《规范》与之相应，也将工程安全等级划分为三级。第四节工程地质勘察方法及其相互关系工程安全等级安全等级工程类型破坏后果一级重要工程很严重二级一般工程严重三级次要工程不严重对于不同类型的工程来说，应根据工程的规模和重要性具体划分。目前房屋建筑与构筑物的安全等级，已在国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ7-89中明确规定。此外，各产业部门和地方根据本部门(地方)建筑物的特殊要求和经验，在颁布的有关技术规范中也划分了适用于本部门(地方)的工程安全等级，一般均划分为三级。第四节工程地质勘察方法及其相互关系建筑安全等级安全等级破坏后果建筑类型一级很严重①重要的工业与民用建筑物；②20层以上的高层建筑物；③体型复杂的14层以上的高层建筑；④对地基变形有特殊要求的建筑物；⑤单桩荷载在4000kN以上的建筑物二级严重一般工业与民用建筑物三级不严重次要建筑物第四节工