论工程地质学的主要内容及它在土木工程中的作用.docx

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论工程地质学的主要内容及它在土木工程中的作用

土木工程地质结课论文

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论工程地质学的主要内容及它在土木工程中的作用

1.工程地质学的主要研究内容。

工程地质学是一门介于地质学和工程学之间的边缘交叉性学科，它是通过地质知识正确合理的处理和解决土木工程选址、设计、施工和运营中遇到的自然地质条件和改造不良地质条件等地质问题。

即工程地质学是为了解决地质条件与人类工程活动之间矛盾的一门实用性很强的学科。

_______________________________________________________________________________________________________________________________一般来说,工程地质是调查、研究、解决与人类活动及各类工程建筑有关的地质问题的科学。

工程地质研究的主要内容有：

确定岩土组分、组织结构（微观结构）、物理、化学与力学性质（特别是强度及应变）及其对建筑工程稳定性的影响，进行岩土工程地质分类，提出改良岩土的建筑性能的方法；研究由于人类工程活动的影响而破坏的自然环境的平衡，以及自然发生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地质作用对工程建筑的危害及其预测、评价和防治措施；研究解决各类工程建筑中的地基稳定性，如边坡、路基、坝基、桥墩、硐室，以及黄土的湿陷、岩石的裂隙的破坏等，制定一套科学的勘察程序、方法和手段，直接为各类工程的设计、施工提供地质依据；研究建筑场区地下水运动规律及其对工程建筑的影响，制定必要的利用和防护方案；研究区域工程地质条件的特征，预报人类工程活动对其影响而产生的变化，作出区域稳定性评价，进行工程地质分区和编图。

2.工程地质在土木工程中的作用。

2.1基本概念的认识

　　建筑场地---指工程建设所直接占有并直接使用的有限面积的土地,大体上相当于厂区,居民点和自然村的区域范围的建筑物所在地。

从工程勘察角度分析,场地的概念不仅代表着所划定的土地范围,还应涉及建筑物所处的工程地质环境与岩土体的稳定问题。

　　建筑物地基----任何建筑物都建造在土层或岩石上.由于承受由基础传来的建筑物荷载而是土层或岩层一定范围内原有应力状态发生改变的土层或岩层称为地基。

地基在静动荷载作用下要发生变形,变形过大会影响建筑物的安全,致使建筑物不能正常使用.因此,地基与工程建筑物的关系更为直接,更为具体。

　　地基分类：

天然地基软弱地基人工地基

天然地基：

未经加工处理直接支撑基础的地基

软弱地基：

由软土构成的地基

人工地基：

经人工加固处理的地基

说明:

要确保建筑物地基稳定和满足建筑物的使用要求,地基与基础设计必须满足两个基本条件：

　　A、作用于地基的荷载不超过地基的承载能力；

　　B、保证建筑物不因地基形变而损坏或影响其正常使用。

地质对建筑物的影响最主要的体现在场地和地基上，任何工程建筑物都是营造在一定的场地与地基之上，所有工程建设方式、规模和类型都受建筑场地的工程地质条件所制约。

地基的好坏不仅直接影响到建筑物的经济和安危，而且一旦出事故，处理比较难。

在设计每一个建筑物之前,必须进行场地与地基的岩土工程勘察,充分了解建筑场地与地基的工程地质条件,论证和评价场地、地基的稳定性和适宜性、不良地质现象、软弱地基处理与加固等岩土工程的技术决策和实施方案。

实践经验证明,岩土工程勘察工作做得好,设计、施工就能顺利进行,工程建筑的安全运营就有保证。

相反,忽视建筑场地与地基的岩土工程勘察,都会给工程带来不同程度的影响,轻则修改设计方案、增加投资、延误工期,重则使建筑物完全不能使用,甚至突然破坏,酿成灾害。

人类的工程活动都是在一定的地质环境中进行的,两者之间有密切的关系,并且是相互影响、相互制约的。

工程活动的地质环境,亦称为工程地质条件。

地质环境对工程活动的制约是多方面的,它可以影响工程建筑的工程造价与施工安全,也可以影响工程建筑的稳定和正常使用。

如在开挖高边坡时,忽视地质条件,可能引起大规模的崩塌或滑坡,不仅增加工程量,延长工期和提高造价,甚至危及施工安全。

又如:

在岩溶地区修建水库,如不查明岩溶情况并采取适当措施,轻则蓄水大量漏失,重则完全不能蓄水,使建筑物不能正常使用。

工程活动也会以各种方式影响地质环境。

如房屋引起地基土的压密沉降,桥梁使局部河段冲刷淤积发生变化。

在城市过量抽吸地下水,可能导致大规模的地面沉降。

下面我着重论述地下水对土木工程的影响。

地下水是地壳中一个极其重要的天然资源，也是岩土三相组成部分中的一个重要组成部分。

岩土的渗透性对沿途的强度和变形会发生作用，使地质条件更为复杂，甚至引发地质灾害。

地下水与土木工程密切相关，相互影响。

一方面，地下水对土木工程存在着各种不良作用（如流砂、管涌等）和影响；另一方面，各种土木工程活动又会诱发和加剧地下水的活动。

可见，地下水是工程地质分析、评价和地质灾害防治中的一个极其重要的影响因素。

地下水对岩层的破坏和建造作用称为地下水的地质作用。

地下水在流动过程中对流经的岩石可产生破坏作用，并把破坏的产物从一地搬运到另一地，在适宜的条件下再沉积下来。

因此地下水的地质作用包括潜蚀作用、搬运作用、沉积作用和石化作用。

化学溶蚀作用是地下水潜蚀作用的主要形式，通常地下水的溶蚀作用主要是富含CO2的水对碳酸类等溶水性的岩石产生溶蚀，长期作用的结果可形成各种地下岩溶地貌。

由于在土孔隙或岩石裂隙中的地下水流动速度非常缓慢，其机械作用一般较弱，只能对细小颗粒的粉砂、粘土等松散碎屑物进行机械潜蚀。

地下水流动速度非常缓慢，所以地下水的搬用能力不强，其搬运能力的大小与潜蚀能力的大小成正比，而地下河搬运能力很强。

通过地下水所搬运的物质成分，可以了解地下水所通过的岩石的物质组成。

地下水在运动过程中，由于温度、压力的变化，可使地下水的溶解物产生过饱和，使搬运物沉积下来。

地下水中溶解的矿物质与掩埋在沉积物中的生物体之间进行的物质交换，称作石化作用。

在石化过程中，生物体内能够被地下水溶解的物质被地下水溶解带走，留下的空间则被地下水所携带的矿物质所填充。

生物体的物质成分虽然发生了变化，但其生物结构却被保留了下来，，这就是化石形成的基本原理。

地下水对土木工程的影响主要表现在两个方面：

①地下水与岩土体相互作用，使岩土的强度和稳定性降低、性能变差，从而产生各种不良的现象，如滑坡、岩溶、流砂、管涌、土沸、地基沉陷、隧道涌水、道路翻浆、水坝渗漏等，给各种土木工程的施工和建筑物的正常使用造成困难与危害，甚至酿成灾难性事故，如美国加利福尼亚圣洁新托隧道施工中遇到断层破碎带大量涌水，墨西哥市地面发生严重不均匀沉陷，意大利瓦依昂水库的大滑坡等等，都与地下水活动有关。

②地下水中的有害化学成分CO2、SO4~、CL~等，对水位下的混凝土结构和钢结构产生侵蚀、破坏作用，缩短建筑物的使用寿命。

在地下水的影响下，地基承载力会有明显的下降，特别是当地下水位埋藏较浅，地基压缩层范围内的土体呈饱和状态时，地下水充满土的孔隙，土颗粒间的作用力减小，导致土质软化，压缩性增大，承载力降低。

在湿陷性黄土地区，当地下水位上升时，土体中的可溶盐类被溶解，黄土特有的粒状架空结构遭到破坏，导致土体强度降低，在自重或附加应力作用下，会发生湿陷变形，基础产生不均匀沉降。

在膨胀土地区，地下水多为上层滞水或裂隙水，随着季节水位的变化，可使膨胀土产生不均匀的胀缩变形，而当地下水位变化频繁或变化幅度较大时，不仅土的膨胀收缩变形往复，而且胀缩幅度也大，常常引起基础不均匀沉降，建筑物开裂、变形而破坏。

在寒冷地区，地下水位升高，由于冻结作用，土中的水分往往向冻结区迁移和集聚，冰冻形成冰夹层或冰锥等，使地基土产生冻胀，地面隆起，使建筑物开裂破坏。

此外，土体在冻结状态时虽具有较高的强度和较低的压缩性，但当温度升高土解冻后，其抗压和抗剪强度就会大大降低，对于含水率很大的土体，融化后的黏聚力约为冻土时的十分之一。

此外，地下水位的下降同样会给工程造成危害，如由于过量开采地下水引起水位下降，造成土中孔隙水压力减小、有效应力增大，土层压缩量增大，造成地面沉降或塌陷，导致房屋开裂、井管上拔，地下铁路轨道错开等问题。

由此可见，地下水对地基承载力、变形和地基稳定等均会产生不利影响，对此必须予以高度重视，工程地质勘察不仅要重视水文地质参数的测定，还应注意收集与整理区域性水位动态变化资料，建立区域性水文地质资料数据库，对建筑物范围内的地下水位变化规律进行定量分析，做好地下水位的预测、预报工作。

一.地下水对基础工程施工的影响

1渗流

渗流对坝基、边坡、地下工程等均有直接或潜在的破坏作用，揉产生流砂、管等，往往对工程造成严重危害。

2边坡工程

地下水是影响边坡稳定性的重要因素。

许多滑坡都与地下水的作用有关，如著名的长江鸡爪子滑坡、甘肃的洒勒山滑坡等都与地下水的活动有关。

对于天然山坡，在下列情形中地下水的影响作用较大：

①堆积于缓坡、凹形山坡上的松散土层，具有多层不连续的含水层和隔水层相间的地层结构，土层滞水往往造成土体沿某层滑动面或基岩顶面滑动。

②具有地下补给构造（如断层破碎带）或蓄水构造（如向斜轴部）的山坡，破体内汇集的大量地下水常直接导致山坡滑动。

③若地表水或基岩裂隙水渗入风化破碎带内，在下伏隔水层顶面聚集，则会产生顺曾滑坡和沿构造面破碎岩体滑坡。

④山坡上积水、灌水改变其水文地质条件，是许多滑坡产生的重要原因。

⑤在山坡前缘、破交处开挖等认为因素影响，改变地下水运动条件，是造成新滑坡或老滑坡复活的重要因素。

3基坑工程

基坑工程一般位于地下水位以下，地下水问题比较突出，地下水对基坑工程的主要影响有：

①恶化基坑开挖施工的条件。

地下水流入基坑，淹没工作面，将严重影响开挖施工的质量和效率，同时坑内排水会造成基坑周围地面沉降、变形，导致周围建筑物下降、变形、开裂、倾斜等破坏。

②造成流砂、管涌等不良现象。

在颗粒细小的非粘性土中开挖基坑，由于坑内外产生水头差，导致地下水向坑内渗流，甚至产生流砂、管涌等破坏作用，严重威胁基坑工程及其周围建筑物的安全。

③软化基坑周围的土质，降低坑壁、坑底岩土体的强度，产生侧壁变形、底鼓等。

对于放坡开挖的基坑，由于谁对边坡土体的软化及渗流的作用，还会造成边坡塌陷、滑坡等事故。

④造成基坑突涌。

当基坑下部有承压水时，开挖基坑减小了含水层的上覆隔水层厚度。

当隔水层厚度减小到一定限值时，则承压水将冲溃基坑底板，造成基地开裂和发生流砂、土沸等突涌现象，严重破坏地基强度，给施工造成很大困难。

⑤增大支护结构上的压力。

由于地下水的存在，设计挡土止水结构上的水土压力增大，相应的增加基坑支护的费用和施工难度。

4地下工程

地下工程多位于地下水位以下。

地下水对地下工程的影响尤为突出，无论是设计还是施工或是正常运行，都必须考虑和控制地下水对地下工程产生的不良影响。

地下水对地下工程的影响主要表现为：

①产生静水压力作用于洞室衬砌，增加支护结构上的压力，造成洞室围岩沿软弱结构面滑动，造成洞室变形、失稳、地下水还会产生渗漏、泉涌，影响地下工程正常使用。

②地下水使岩土软化，强度降低；使围岩中软弱夹层泥化，减小层间阻力；还会使某些岩土（如石膏、岩盐、高岭土等）产生溶解、膨胀，造成洞室变形。

③造成地下工程施工中产生涌水、流砂、涌泥等现象，引起洞室变形、塌方和冲溃，甚至淹没和堵塞洞室。

砂、水混合物涌入洞室，常常造成严重事故，影响地下工程的施工和地下建筑物的使用。

在土木工程的设计与施工中，都必须研究地下水问题，只有掌握了建设场地带的地下水埋藏条件、地下水的类型及其活动的规律性，才能有针对性地采取相应措施，保证建筑物的安全施工和正常使用。

我国地域辽阔,自然条件复杂,在工程建设中常常遇到各种各样的自然条件和地质问题,如康藏公路、青藏公路、天山公路等长大干线,三峡工程都是以地质条件复杂著称于世。

为各类工程（公路、矿山、水利水电、工业与民用建筑等）服务的工程地质,均有其自己的特点。

作为土木专业人员,务必重视场地和地基的勘察工作,对勘察内容和方法有所了解,以便正确地向勘察部门提出勘察任务和要求。

为此,必须具备一定的工程地质的科学知识,并学会分析和使用工程地质勘察报告,只有这样才能正确处理土木工程建设与自然地质条件的相互关系,才能正确运用勘察数据和资料进行设计和施工。

本课程是土木工程专业的一门技术基础课,它结合我国自然地质条件和公路、桥梁与隧道、房屋建筑工程的特点,为学习专业和开展有关问题的科学研究,提供必要的工程地质学的基础知识；同时,通过一些基本技能的训练,懂得搜集、分析和运用有关的地质资料,并正确运用勘察数据和资料进行设计和施工,对一般的土木工程地质问题能进行初步评价和采取处理措施。

我们在学习这门课的同时要联系自己专业的一些内容融会贯通，土木工程的涉及范围比较广，因此我们要学好每一课为自己以后的工作打好基础。