工程岩土学绪论

道路土质学 适用于各类建筑的土质学 土力学，岩石力学 注重岩土工程地质性质指标的测试
中国
20世纪 50年代初期
土质学被介绍到我国，经过多年发 展，70年代形成了全面研究岩体和 土体工程地质性质的工程岩土学。
二．发展趋向（教材P6）
1. 岩土矿物成分和结构的微观研究 2. 结构面力学性能和力学效应的研究 3. 具有特殊工程地质性质的研究或在岩体中 起特殊作用的岩土的研究 4. 岩土工程地质性质的测试技术和方法的发 展 5. 岩土工程地质性质研究中的数学分析得到 加强
相互制约
例如：在岩土体稳定差的地区修建水库， 造价高，另一方面水库的修建使近坝、 库岸的岸坡的稳定性降低，尤其是水位 骤然升降经常引起岸坡失稳，蓄水引起 水库诱发地震等等。
1. 工程地质学——研究人类工程活动与地质环境
之间的相互制约，以便科学评价、合理利用、有效 改造和妥善保护地质环境的科学；是地质学与工程 学的边缘学科，是地质学的一个分支。 以上是工程地质学的学科性质和基本任务
比萨斜塔
全塔总重约145MN， 基础底面平均压力约 50kPa。地基持力层 为粉砂，下面为粉土 和粘土层。塔向南倾 斜，南北两端沉降差 1.80m，塔顶离中心 线已达5.27m，倾斜 5.5°，成为危险建 筑。1990年1月4日被 封闭。
正在纠偏中的比萨斜塔
（刘福明摄于2000年）
为了防止斜塔继续倾斜， 意大利当局在斜塔北侧的 塔基下码放了数百吨重的 铅块，并使用钢丝绳从斜 塔的腰部向北侧拽住，还 抽走了斜塔北侧的许多淤 泥，并在塔基地下打入10 根50米长的钢柱。今天看 来，政府所采取的种种措 施颇具成效，终于使这座 举世无双、经历了数百年 风雨的罗马式建筑摘掉了 钢绳的束缚，摆脱了倒塌 的危机。
工程地质学的特点是始终与工程实践紧密联系
2.工程地质学的分科及研究内容
a. «工程岩土学» b. «工程地质分析原理» c. «工程地质勘察»
«工程岩土学» 的研究内容
工程岩土学(science
of engineering rock and soil):
是研究岩体和土体的 工程地质性质及其形 成和变化规律以及如 何改善这些性质的学 科。
生 理 研 究
将“地质环境”比作一个“机 体”
«工程地质分析原理» 的研究内容
工程地质分析原理: 研究工程活动与地质 环境相互制约的主要 形式——即工程地质 问题。分析这些问题 产生的地质条件、力 学机制及其发展演化 规律，以便正确评价 和有效防治其不良影 响的学科。
病 理 研 究
«工程地质勘察» 的研究内容
工程岩土学的发展过程和趋向
§1 工程岩土学的研究对象和研究意义
工程岩土学是工程地质学 的分支学科之一，是
工程地质学中最重要的基础理论部分，是一门理 论性（课堂教学）与实践性（实验教学）均较强 的专业核心课。 一 .工程地质学（Engineering Geology）的分科及研究内容
引出： 人类工程活动与地质环境的关系
工程地质勘察: 运用 地质的，工程地质的 理论，技术方法，手 段来查明工程地质条 件，为设计和施工提 供地质资料，以保证 建筑物的安全，经济 和正常使用的学科。
诊 断 研 究
常用术语：
工程地质条件
地形地貌条件 地质结构和地应力 岩土类型及其工程地质性质（工程岩土学内容） 水文地质条件 物理地质现象 天然建筑材料
人类工程活动
相互影响 地质环境
相互制约
相互影响 人类工程活动 相互制约 地质环境
人类生活在地球上，各 种工程活动都是在地表 或地壳浅部进行，处于 一定的地质环境中，二 者之间的相互影响、相 互制约，始终是客观存 在的。
地质环境对人类工程活动的制约：
a)地质环境影响工程活动的安全：如采煤过程
中的瓦斯爆炸、涌水，隧道掘进过程中出现塌顶 、岩爆或涌水等；
2001
②《工程岩土学》 谢尔盖耶夫 主编（孔德坊等译） ③ 《工程地质学》 孔宪立 主编
中国建筑工业出版社
中国地质大学、吉林大学、长安大学等院校相关教材
主要内容及学时安排（一）
绪论 3
第一章
第二章
土的物质组成与结构构造
土的物理性质
6
4
第三章
第四章 第五章
土的力学性质
岩体的物质成分和结构特征 岩体的力学性质
与工程建筑有关的地质要素的综合， 包括以下六个方面
二． «工程岩土学» 的研究对象
岩石、岩体 土、土体
人类工程活动对岩土体的利用可归 纳为下面3个方面
1.将岩土体作为 2.将岩土体作为 “基础” ——山区城市（如重 “环境” ——城市垃圾的卫生
庆）的岩石地基，沿海城市（如上海，天津等）的软土地基；公路，铁 路的路基，水工建筑物大坝的坝基等。 主要考虑岩土体的强度特性和变形特性。 填埋，核废料的处置，都要选择最合理的环境，以免污染地下水，危害 人类身体健康；山区公路，铁路隧洞，水电站地下发电厂房，城市地铁， 地下停车场，地下商场等。 主要考虑岩土体的强度特性，渗透性和稳定性。
6
4 6
主要内容及学时安排（二）
第六章 第七章 第八章 第九章 影响岩体力学性质的主要因素 风化作用对岩体工程地质性质的意义 岩土工程地质性质人工改良的基本原理 岩土的工程地质分类 3 3 自学 1
2学时：课堂测试，评讲作业，学生讲述部分内容 理论（38学时）＋实验（12学时）
课程重点与难点
课程重点—土的物质组成和结构，土的工程地
二滩电站 地下厂房
二滩电站 中央控制室
拉西瓦地下洞室三维地质模型
锦屏地下洞室三维地质模型
三峡船闸高边坡
三．«工程岩土学» 的研究意义
——即研究岩土体的工程地质性质的重要性
成功的工程实例很多（成功修建，顺利
施工，安全运行）。 失败的经验，教训更能说明研究岩土体 工程地质性质的重要性和必要性——轻则 延误工期，增加造价；重则建筑物虽然尚 能稳定存在，但不能发挥预期效益，最严 重的，甚至发生突然破坏，造成生命和财 产的极大损失。
人类工程活动又会以各种方式影响地质环境：
人类工程活动对地表的改造已达到不可忽视的程度， 到目前为止人类活动已涉及到地表 80 ％的地区。如 在上游修建梯级电站，改变河流的地质作用，道路 修建中不合理削坡使坡体稳定性降低，水库蓄水导
致岸坡稳定性降低，水库诱发地震，大规模的砍伐
森林造成荒漠化等等。
人类工程活动与地质环境之间的
教材P4的框图反应了工程岩土学与其他学科间 的主要关系。
§4
工程岩土学的发展过程和趋向
一．发展过程
1. 中国古代建筑与人们对岩土体的认识——春秋时代的鸿
沟，大运河；战国时期的长城，都江堰；隋代河北赵州桥； 清代江西临川文昌桥 2.工程岩土学的形成
前苏联 欧美国家
20世纪20年代 20世纪40年代 20世纪20年代 20世纪40年代
砂岩中的粘土岩夹层泥化后抗剪强度很低，会 直接影响坝基岩体的抗滑稳定性，停工一年 在水库蓄水后，由于库水温度较高，冰脉融化， 发生严重漏水，致使电站无法发挥应有效能 水库蓄水不久因砾岩崩解而导致水坝倾倒，除 大量财产损失外，426人丧生
4.法国马尔帕 坝体位于片麻岩上，但左岸片麻 水坝崩溃，洪水下泄，席卷十公里处的福瑞捷 塞(Malpasset) 岩中夹有绢云母片岩和粘土薄层。 斯城，并使附近铁路，公路，供电和供水线路 水坝 蓄水一年后这些软弱夹层因浸水 全遭破坏。死亡三百余人，百余人失踪，财产 而力学性能降低，致使水坝崩溃。 损失300亿法郎。 勘探深度不够，仅在河床打了2 个钻孔，两岸坝座的岩体质量仅 凭露头判断 5.意大利的瓦 依昂(Vajont) 水坝 当时世界最高 拱坝（258m） 蓄水后，左岸山体中的粘土岩浸 水膨胀而推动山体下滑，数亿立 方米的岩石高速度崩滑至水库中 地质勘探不充分，地质条件评估 失误 水库变“石库”，丧失库容使工程失去效用， 溃坝洪水冲毁河谷内一切设施，死亡2600余人。 坝体经受住了坝顶洪水漫溢和巨大震动的考验， 说明坝工设计技术先进（坝工专家西门扎）
二．研究方法
1. 地质学的自然历史分析法 2. 实验方法（包括取样试验和原位试 验两大类型，各自的优点，缺点）
两种研究方法的关系——自然历史分析方 法是实验方法的基础，实验方法是自然历史 分析方法研究岩土工程地质性质的继续和深 入
§3 工程岩土学与其它学科间的关系
工程岩土学作为工程地质学的分支 学科之一，是工程地质学中最重要的 基础理论部分。
§2 工程岩土学的研究内容和研究方法 一．研究内容（教材P2~3）
1. 岩土的工程地质性质及其与地质特征（物质成分和结构）
之间的关系； 2. 岩土工程地质性质的物理机制； 3. 在与周围的自然条件（尤其是建筑物建成后被改变了的 自然条件）相互作用中，岩土工程地质性质变化的趋向、规 律和速度； 4. 测试岩土工程地质性质的方法和技术； 5. 改善岩土工程地质性质的方法。
3.将岩土体作为
“材料” ——工业与民用建筑
的各种建筑材料（大理岩，花岗岩，砂，卵石，粘土等），水工建筑物 （如土石坝）所需的大量天然材料等。 主要考虑岩土体的强度特性，变形特性，颗粒级配等。
二滩电站大坝（坝高240m）
溪洛渡水电站双曲拱坝（坝高278m）
拉西瓦电站双曲拱坝（坝高252m）
三峡大坝（重力坝）
质性质及其指标；岩石、结构面和岩体的力学性质 及其指标。
课程难点—土、岩石、岩体工程地质性质的
形成、本质和相互关系及影响因素。
总成绩＝平时成绩＋实验课成绩＋闭卷考试成绩 无故缺席 3次及以上取消考试资格！
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 论
工程岩土学的研究对象和研究意义
工程岩土学的研究内容和研究方法
工程岩土学与其它学科间的关系
Science of Engineering Rock and Soil
主讲 韩爱果
2007年3月
教 材
《工程岩土学》
孔德坊 主编 地质出版社 1992
主要 从事
岩土工程地质特征 方面的研究工作 环境地质
主 要 参 考 书
①《工程岩土学》 唐大雄 孙愫文 主编
地质出版社 地质出版社 1987 1990
加固塔身 压重法和取土法进行地基处理
目前已向游人开放。 参与该项工作的工程 师说，斜塔在未来300 年内不会出现倒塌。
5个工程实例（教材P2）
工程名称
1.我国长江葛 洲坝工程 2.前苏联西伯 利亚冻土区一 电站 3.美国圣佛兰 西斯(San Francis)水坝
原
因
后
果
在施工之前，对坝基下的软弱泥 化夹层研究不足 玄武岩节理极为发育，节理中的 水被冻结，被误认为是不透水层 对坝基砾岩浸水后可能发生崩解 认识不足
b)地质环境影响工程建筑物的稳定和正常使 用： 如瓦伊昂事件，水库渗漏、滑坡、泥石流
破坏公路与铁路；
c)地质条件不具备而使工程造价提高：如沿
海三角洲地区城市修建高层建筑，往往由于软 基需要深基坑或桩基或筏式地基而增加造价， 高烈度地区建造巨型电站因考虑高烈度而使造 价大幅度提高。
人类工程活动对地质环境的影响：