土木工程地质学 Geology in Civil Engineering

工程建设中主要工程地质问题 8.1概述 8.2工业与民用建筑工程中的主要工程 地质问题 8.3道路与桥梁工程中的工程地质问题 8.2工业与民用建筑工程中的主要工程 地质问题 8.3道路与桥梁工程中的工程地质问题 8.4隧道与地下工程中的工程地质问题 8.5港口工程中的工程地质问题 8.6水利工程中的工程地质问题

8.1 概述 工程建设是根据设计要求和建设场地的工程地质条件进行的，而不同类型的工程对工程地质条件的要求也不相同，因此在建设的过程中不可避免地会遇到各种各样的地质情况和问题。充分认识这些工程地质问题，以及针对这些问题做好相应的工程地质勘查工作队于工程建设是非常重要的。本章对工业与民用建筑、道路与桥梁工程、隧道与地下工程、港口工程、水利工程等五个方面的主要工程地质问题进行了分析，同时针对这五个工程方向指出了其他地质勘察工作的要点。

区域稳定性问题 基础埋深和结构类型问题 地基稳定性问题 地基的施工条件问题 边坡稳定性问题 地下水的侵蚀性问题 8.2工业与民用建筑工程中的主要工程地质问题 区域稳定性问题 基础埋深和结构类型问题 地基稳定性问题 地基的施工条件问题 边坡稳定性问题 地下水的侵蚀性问题

地基稳定性问题 地基强度 地基变形

地基的强度 确定方法：理论计算、原位测试、规范表格。 以地基承载力表示。 影响因素有两方面：地基性质，基础特点。 一级建筑物用原位测试结合理论计算。 二级建筑物用理论计算结合原位测试。 三级建筑物用规范查表或根据邻近建筑物经验确定。

2、地基的变形 地基变形特征量： 沉降量 沉降差 倾斜 局部倾斜 均应<规范容许变形值. 对于大型重要的建筑物，必须同时进行地基强度和变形验算。

基础的施工条件问题 基坑开挖和支护方式 降排水方式 影响基础施工条件的主要因素： 地基土性质 地下水类型和埋深 建筑周边荷载

边坡稳定性问题 在山区的斜坡上修建建筑物，边坡稳定性是个需要重视的工程地质问题。斜坡上建筑物的健在给边坡增加了外载荷，破坏了其原有的平衡，往往导致边坡失稳而滑动。

3、工民建工程地质勘察要点 了解整个建筑区域内的总体稳定性：初步查清几个可能作为建筑场地的工程地质条件，以便选址。 查明建筑区域内的地层分布和岩土的物理力学性质：对地基土体进行室内试验以及一定数量的现场原位测试；确定合理的地基承载力，并对地基的均匀性和稳定性作出评价，为工程设计和施工提供所需的计算指标及资料。 查明地下水的埋藏、补给和排泄条件、水位变化幅度与规律及化学成分，测定并评价地基土体的渗透性：对基坑工程，当存在高承压水层时，应评价基坑底隆起以及发生涌水的影响，为基坑支护和工程降水提出可靠建议。 在斜坡地区应评价边坡的稳定性。

8.3道路与桥梁工程中的主要工程地质问题 一、道路工程地质特点 道路是线型工程，线路往往要穿越地形、地质条件复杂的不同地区或构造单元，如道路沿线往往会遇到山高谷深，地质复杂、不良地质现象发育或道路需要穿越大的溶洞和暗河等问题。 因此，工程地质论证或工程地质条件分析在公路建设中非常重要。 路线的选择，要根据工程地质条件及施工条件等综合考虑，其中工程地质条件是决定性因素。

二、道路工程的主要工程地质问题 路基边坡稳定性 路基基底稳定性 道路冻害 建筑材料

1、 路基边坡稳定性 当剪应力>岩土体强度时,发生失稳. 路基边坡包括: 天然边坡 破坏形式: 半挖半填路基边坡 滑坡 路堑边坡 崩塌 1、 路基边坡稳定性 当剪应力>岩土体强度时,发生失稳. 路基边坡包括: 天然边坡 半挖半填路基边坡 路堑边坡 破坏形式: 滑坡 崩塌 错落

任何边坡都具有一定坡度和高度，在重力作用下，边坡岩土体均处于一定的应力状态，如果应力发生变化就会导致边坡变形失稳。一般情况下，影响边坡稳定的主要因素有岩层产状、岩石性质、岩体结构、水的作用、地形地貌及人为因素等。

1) 岩层产状。 当岩层倾角较大时，在背斜山的两坡，单斜山、单斜谷的顺坡开挖路基时，都存在发生顺层崩塌、滑坡等潜在地质灾害的危险，不宜选线修路。 2) 岩石性质和岩体结构。 由坚硬致密的岩石构成的边坡稳定性较好，由泥岩、页岩和风化强烈、裂隙发育、破碎硬岩构成的边坡稳定性较差。层理层面、软弱夹层、不整合面、片理面、裂隙面、断层面、断层破碎带等岩体结构面都会影响边坡的稳定。

岩层产状对公路选线的影响 岩层产状对公路选线的影响

土质边坡稳定性取决于亲水性粘土矿物含量. 影响因素: 土层结构和成因类型 水文地质条件 自然条件 施工方法

岩质边坡稳定性取决于岩体中结构面. 须同时具备临空面、滑动面和切割面。 影响因素： 岩石性质 地质构造 岩体结构类型 水文地质条件 施工条件

2、路基基底稳定性 破坏形式: 整体滑移 挤出变形 路堤塌陷 影响因素: 基底土的力学性质 基底面的倾斜程度 软弱结构面 水文地质条件 处理措施: 放缓边坡,设反压护道 采用换填、预压等地基处理方法

如果路基基底下分布有软弱的泥质夹层且岩层倾向与坡向一致时，若在其下方开挖取土或在上方填土加重都会引起路堤整体滑移；当高填路堤通过河漫滩或阶地时，若基底下分布有饱水厚层淤泥，在高填路堤的压力下，往往会使基底产生挤出变形；由于基底下岩溶洞穴的塌陷也会引起路堤严重变形。路基基底若为软土、湿陷性黄土、冻土、膨胀土、岩溶空洞和采空区等，常使路基出现沉陷变形和不均匀膨胀变形。

3、道路冻害 破坏形式: 路面冻胀 影响因素: 路基翻浆 气温 路基土的性质 水文地质条件 地形特征和植被情况 防治措施: 铺设毛细割断层; 换土; 设排水沟; 提高路基标高; 修筑隔热层.

三、道路工程地质勘察的工作内容: 分为以下三个阶段 道路选线方案阶段 顶线勘查阶段 确定道路线路后的勘查阶段

四、桥梁工程地质问题 桥梁是公路工程建筑的重要组成部分。路线跨越河流、沟谷或道路，需要架设桥梁，桥梁也是路线通过地质灾害频繁发生地区的主要工程。 桥梁工程中的主要工程地质问题包括两方面： 1）桥墩台地基稳定性问题； 2）桥墩台冲刷问题。

桥墩台地基稳定性与冲刷问题分析 1) 桥墩台地基稳定性。 主要取决于墩台地基中岩土体承载力的大小，它对选择桥梁的基础和确定桥梁的结构形式起决定作用。当桥梁为静定结构时，由于各孔是独立的且相互之间没有联系，对工程地质的适应范围较广。但超静定结构的桥梁，对各桥墩台之间的不均匀沉降特别敏感，故在取用其地基容许承载力时应予慎重考虑。

2) 桥墩台的冲刷问题。 桥墩和桥台的修建，使原来的河槽过水断面面积减小，从而局部增大了河水流速并改变了流态，会对桥基产生强烈冲刷，有时可把河床中的松散沉积物局部或全部冲走，使桥墩台基础直接受到流水冲刷，威胁桥墩台的安全。因此，桥墩台基础的埋深，除决定于持力层部位的条件外，还应满足下列四点要求：

①桥位应尽可能选在河道顺直、水流集中、河床稳定的地段，以确保桥梁在使用期间不因河流改道而失去作用或受到河流的强烈冲刷而破坏。 ②桥位要避开顺河向及平行桥梁轴线方向上的大的断层破碎带和活动断裂带。 ③桥位要选在岸坡稳定、基底岩石坚硬完整、无严重地质灾害的地段。 ④在有冲刷作用处，基础应埋置在墩台附近最大冲刷线以下。

隧道工程地质条件分析 隧道是道路工程中与地质条件关系最密切的工程建筑物。隧道的优点是线路短、裁弯取直、减少开挖和填方工程量、抗震性高等。 隧道位于地下，四周被各种围岩包围，处于各种不同的地质构造部位，可能遇到各种地质问题。主要包括围岩稳定性、地下水、地温和有害气体几个方面。 在进行道路规划设计时，隧道位置的确定是先决问题之一。隧道位置的选择，除取决于工程目的要求外，还需考虑地形、岩性、地质构造、地下水等地质条件。

1) 地形条件。 隧道进、出口地段最好是基岩出露比较完整或坡积层较薄，地形边坡应下陡上缓，洞口岩层最好倾向山里，在地形陡的高边坡开挖洞口时，应不削坡或少削坡即进洞，以保证边坡的稳定性。洞口要避开滑坡、崩塌、冲沟、泥石流等地质灾害易发地段，还要避开山麓残积、坡积、洪积物等第四纪松散沉积物。隧道进出、口不宜选在排水困难的低洼处，也不应选在傍河山嘴及谷口等易受流水冲刷的地段。

2) 岩性条件。 均质厚层坚硬完整的硬质岩（岩石饱和抗压强度Rg＞30MPa），围岩的稳定性较好，能适应各种断面形状的地下洞室；而软质岩（Rg＜30MPa）围岩不稳定。洞室位置应尽量选在坚硬完整的岩浆岩、厚层坚硬的沉积层及变质岩中，而应避开软弱岩石（如凝灰岩、粘土岩、页岩、胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩等）和软、硬互层或含软弱夹层的岩体。

地质构造是控制岩体完整性、稳定性的重要因素，裂隙和断层亦是地下水渗透的直接通道，隧道选址时应尽量避开地质构造复杂的地区。 3) 地质构造条件。 地质构造是控制岩体完整性、稳定性的重要因素，裂隙和断层亦是地下水渗透的直接通道，隧道选址时应尽量避开地质构造复杂的地区。 ① 岩层产状对隧道选址的影响。当隧道轴线与岩层走向平行时，在水平或近水平的岩层中修建隧道，地质条件较好，但应将隧道位置选在厚层状均质岩层中。

在倾斜岩层中修建隧道，一般是不利的，因为开挖隧道切断倾斜岩层后，容易造成隧道两侧边墙所受的侧压力不一致，导致局部变形；在直立或近直立岩层中修建隧道，也是不利的，特别是将隧道位置选在其厚度与隧道跨度相等或小于隧道跨度的直立软弱岩层中时，更是十分不利的；一定不能把隧道位置选在软硬岩层的分界线上，因为隧道顶部的地层岩性不同，容易产生不均匀变形，或在地下水作用下向下滑动，破坏隧道。

岩层产状对隧道选址的影响

② 褶皱对隧道选址的影响。 横穿向斜和背斜修建隧道时，隧道轴线上承受着不同的压力，在向斜的轴部由于存在较强的挤压力，岩层受挤压破碎呈下坠态势，开挖隧道时容易坍落，而且向斜轴部的裂隙中存在承压地下水，开挖时有涌水的威胁；在背斜轴部由于岩层上拱，能很好地将上覆岩层的荷重传递到附近两侧岩体中去，而使背斜轴部拱曲最大部位的压力变小，开挖隧道时岩块坍落以及涌水的可能性较小。

平行褶皱轴线方向修建隧道，地质条件都不理想。首先，在背斜轴部选址，虽然岩层上拱使顶部压力有所减弱，但背斜轴部的岩层处于张力作用下，遭受过强烈的破坏，不宜沿背斜轴线长距离开挖、修建隧道；其次，沿向斜轴线开挖、修建隧道，对工程的稳定性极为不利；第三，若必须在褶曲岩层地段平行轴线方向修建隧道，可以将隧道轴线选在背斜或向斜的两翼，条件相对好些。

向斜与背斜下坠力的差别

地质构造对隧道选址的影响

③ 断裂对隧道选址的影响。 断层、断裂破碎带对隧道工程极为不利，隧道选址应远离断层，决不能沿断层面走向修建隧道；在断裂破碎带地段修建隧道，应特别慎重，尤其在破碎带较宽、且断层角砾、泥砂、碎石等尚未固结成岩地段，一般不允许平行破碎带修建隧道。如果隧道选址必须穿越断层或断裂破碎带，则应将隧道轴线方向布置在与断层或断裂破碎带走向垂直的方向，以使隧道中断裂破碎带占地最少或出露面积最小。

五、桥梁工程地质勘察的工作内容: 分为以下两个阶段 初步勘察阶段 详细勘察阶段

所谓围岩稳定性，是指在一定时间内，在一定的地质力和工程力作用下岩体不产生破坏和失稳的性质。 8.4隧道与地下工程中的主要工程地质问题 8.4.1围岩稳定性 8.4.1.1围岩稳定性的含义 所谓围岩稳定性，是指在一定时间内，在一定的地质力和工程力作用下岩体不产生破坏和失稳的性质。

8.4.1.2围岩变形破坏的特点 围岩变形破坏的特点、方式以及岩体结构条件之间的关系见课本P221表8.1 （1）坚硬完整岩体的脆性破裂 （2）块体滑移 （3）层状弯折和拱曲 （4）碎裂岩体的松动解脱 （5）松散围岩的塑性变形

8.4.1.3围岩稳定性的影响因素 （1）岩性 （2）岩体结构 （3）地质构造 （4）构造应力影响 （5）地下水影响 （6）工程因素

8.4.1.4底下洞室围岩稳定性的分析方法 （1）围岩稳定性分类法 （2）工程地质类比法 （3）岩体结构分析法 （4）数学力学计算分析法

8.4.2地下水、地温以及有害气体 8.4.2.1地下水 （1）涌水问题 （2）浸水问题 8.4.2.2地温 在常温层以下，底下洞室的温度一般随着深度增加，当温度超过25℃时，劳动效率就会降低，温度达到35℃时，劳动效率几乎下降为0，必须降温改善工作环境。一般将地温增加1℃所需下降的深度成为地温梯度。 8.4.2.3有害气体 在开挖地下洞室时，经常会遇到对人体有害的有毒、易燃、易爆气体。

8.4.3 隧道与地下工程地质勘察要点 也是分为初步勘察与详细勘察两个阶段，阶段不同要点不同。 初步勘察以工程地质测绘与物探工作为主。 详细勘察时，工程地质测绘、勘探以及试验工作同时展开。

8.5港口工程中的工程地质问题 8.5.1港口工程中的主要工程地质问题 8.5.1.1港口工程区域稳定问题 （1）地质构造运动队我国海岸发育及港口稳定性的影响 （2）海平面升降变化对港口建设的影响 8.5.1.2防波提和码头的地基稳定性问题 8.5.1.3港口位置选择的工程地质问题 8.5.2港口工程地质勘查要点

8.6水利工程中的工程地质问题 8.6.1水利工程中的主要工程地质问题 8.6.1.1水利工程坝区工程地质问题 （1）坝区渗漏问题 ①.松散岩层坝区的渗漏 ②.裂隙岩体坝区的渗漏 ③.岩溶坝区的渗漏 （2）坝区稳定问题 ①.坝基变形稳定问题 ②.坝基华东稳定问题

8.6.1.2水利工程库区工程地质问题 (1)水库渗漏问题 (2)库岸滑坡 (3)水库淤积 (4)水库浸没 (5)水库诱发地震问题

8.6.2水利工程地质勘察要点 8.6.2.1坝址工程地质勘察要点 (1)选择坝址阶段 (2)选定坝址后的勘查要点 8.6.2.2水库区勘察要点 (1)一般性勘察阶段 (2)专门性勘察阶段 8.6.2.3饮水建筑系统工程地质勘察要点 (1)选择引水道类型及线路方案的工程地质勘察阶段 (2)选定引水线路的工程地质勘察