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1、0,土木工程地质Geology in Civil Engineering,华中科技大学土木工程学院陈洪江 副教授Tel：02787541306E-mail:,1,一、课程性质与目的课程性质:本课程是土木工程专业必修的一门专业基础课。32学时（含实验6学时）。教学目的：使学生了解工程建设中经常遇到的工程地质现象和问题，以及对工程建筑设计、施工和运行过程的影响，并能正确处理和利用自然地质条件，了解各种工程地质勘察方法和要求，能够正确布置勘察任务、合理利用勘察成果解决设计和施工问题。,2,二、课程的教学基本内容 绪 论 第一章 地质作用 第二章 矿物与岩石 第三章 土的成因类型及特殊土 第四章 地质
2、构造 第五章 地貌 第六章 地下水 第七章 岩石和岩体的工程性质 第八章 不良地质作用和地质灾害 第九章 工程地质勘察方法 第十章 城市规划和建设工程地质 第十一章 公路和桥梁工程地质 第十二章 隧道和地下硐室工程地质,3,三、学时安排（建工方向）,4,三、学时安排（路桥方向）,5,三、学时安排（隧道方向）,6,四、实践教学环节 实验课内容主要是观察岩石和矿物标本，以及观看电视教学录像火山、风化作用、河流地质作用、崩塌、滑坡、岩溶、地震、原位测试、工程地质勘察。道桥专业的学生有一周野外地质实习。建工专业的学生参观勘察工地。有条件时参观中国地质大学博物馆。,7,五、主要参考文献1 高金川编.岩土
3、工程勘察与评价.武汉：中国地质大学出版社,20032 李智毅等编.岩土工程勘察.武汉：中国地质大学出版社,20003 张咸恭等编.专门工程地质学.北京：中国地质出版社,19884 匡有为编.高层建筑工程地质.武汉：中国地质大学出版社,19935 史如平主编.土木工程地质学.南昌：江西高校出版社,19946 刘世凯等编.公路工程地质与勘察.北京：人民交通出版社,1999 7 李治平编.工程地质学.北京：人民交通出版社,20028 窦明健主编.公路工程地质学.北京：人民交通出版社,2003,8,绪论,一、工程地质学的研究内容和任务,三、工程地质学与岩土工程的关系,四、学习方法和要求,主要内容,二、
4、工程地质在土木工程建设中的作用,9,一、工程地质学的研究内容和任务,地质学（geology）：研究地球性质的科学,工程地质学（Engineering geology）：研究人类在工程建设活动中产生的地质问题，特别是不良地质问题的应用学科。,它研究人类工程活动与地质环境相互关系，是地质学与工程紧密结合的学科。,10,地质环境 制约 工程建设 例：地震烈度限制城市发展 滑坡迫使工程改线 软土地基需处理,工程建设 破坏 地质环境 例：抽取地下水引起地面沉降、地面塌陷 开挖路堑引起山体滑坡 桥梁的修建使局部河段发生冲淤变形,11,12,长江新滩滑坡（1986年）,13,地面塌陷,14,河道冲淤,15,
5、工程地质学任务:,研究工程建设与地质环境两者之间的相互制约关系，促使矛盾转化和解决。既保证工程安全、经济、正常使用，又合理开发和利用地质环境。,16,深基坑开挖支护、施工降水、对环境影响问题,高层建筑,17,工程地质工作是通过工程勘察来实现的,查明条件,拟定措施,论证问题,选择场地,预测影响,提出建议,18,工程地质条件(engineering geological conditions),与工程有关的地质因素的综合。包括：,岩土类型及性质地质结构与构造地形地貌水文地质不良地质作用天然建筑材料,19,工程地质问题(engineering geological problems),工程地质条件与
6、工程建筑物之间的矛盾。,不同结构类型的工程建筑物由于工作方式和对地质体的要求不同，工程地质问题是复杂多样的。,20,土木工程包括：,工民建、道桥、水利、港口、铁路等。,21,各类工程问题：,场地稳定性、地基承载力及变形问题,工民建,22,道路工程,山区滑坡、崩塌、泥石流问题。平原区软基处理问题。,23,硐室围岩稳定、承压水的危害问题,地下工程,24,渗透问题、水平抗滑问题,水利工程,25,工程地质学的研究内容：,1、岩土工程性质的研究工程岩土学2、工程地质问题的分析工程地质分析原理3、勘察技术的研究工程地质勘察,26,图 0-5 工程地质学主要分支学科及其作用,27,二、工程地质在土木工程建设
7、中的作用,建筑场地工程地质条件的优劣直接影响到工程的设计方案类型、施工工期的长短和工程投资的大小。重视工程地质工作就能使设计、施工顺利进行，忽视工程地质工作，则会给工程带来不同程度的影响。,28,工程实例：,原因：补做勘察后发现板基断裂一侧地基中存在软弱淤泥层。经考古查明曾有一条铁路从此通过，路基坚实，但路基两侧排水沟因常年积水，沟底形成淤泥。板基横跨路基与排水沟，因土质软硬悬殊而断裂。,南京东南大学6层教工住宅，施工前未做地质勘察，结果在建成钢筋混凝土筏板基础后，发生整块板基断裂。,29,原因：也是未经勘察，不了解下面有一条人防通道斜向贯穿。人防通道土体挖除形成临空，地基局部超量沉降，墙体开
8、裂不可避免。,清华大学第三教室楼配电站是单层平房，因墙体裂缝严重，长期不敢使用。,工程实例：,30,清华大学供应科办公库房楼因钻孔深度太浅，未发现地基中部厚层高压缩性泥炭层，导致墙体开裂，大裂缝达33条，成为危房。,工程实例：,31,云南民族学院10号教工住宅，地基中存在局部淤泥与泥炭土未被发现,导致墙体严重开裂,多次加固无效，最后被迫拆除。,工程实例：,32,宝(鸡)天(水)铁路，由于忽视了前期的工程地质 工作，施工中即发生大量崩塌、滑坡、河岸冲刷 和泥石流等地质灾害问题，被称为铁路的“盲肠”，国家历年都拨出大量资金进行维修、整治。成(都)昆(明)铁路，地形、地质条件异常复杂，曾被称为“世界
9、地质博物馆”。由于高度重视工程 地质工作，顺利建成通车。,工程实例：,33,三、工程地质与岩土工程的关系,岩土工程(Geotechnical engineering)是在工程地质学基础上与土木建筑工程学结合发展起来的一门新兴边缘学科，在国际上已有40多年的发展历史，在我国则只有20年的历史。,34,岩土地基工程 岩土边坡工程 岩土支护工程 岩土硐室工程 岩土环境工程,岩土工程类型：,35,岩土工程的工作内容：,岩土工程勘察 岩土工程设计 岩土工程治理 岩土工程监测 岩土工程监理,36,岩土工程工作方法：,调查勘察 试验测定 分析计算 方案论证 监测控制 反演分析 修改定案,37,基础设计,建筑
10、工程岩土工程工作的一般程序,地质模型（平、剖面图）,地基岩土体的地质特征、地层、岩性、地下水等,条件,岩土物理力学性质,自重应力渗流应力,地基岩土体的强度（承载力）,地基岩土体变形量,地基的稳定性评价与计算,处理措施,基底压力,岩土体中的附加应力,岩土体中的应力,强度变形,稳定性评价处理,设计的荷载（P）、基础形式,38,岩土工程的重要性：,1岩土工程部分的费用在建设总投资的比例 很高,约占2540 2岩土工程部分的工期在建设总工期中占 1/3,39,与岩土相关的工程问题:,抗剪强度问题（稳定）地基破坏、液化 边坡(天然与人工)失稳 挡土墙破坏 基坑倒塌 变形问题 地基的沉降与不均匀沉降 渗透
11、破坏问题 流砂、管涌 冻胀 溶蚀,40,事故：建成后初次存放谷物时：1小时竖向沉降达30.5cm24小时倾斜27西端下沉7.32m 东端上抬1.52m上部钢混筒仓完好无损,概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。1911年动工，1913年完工，自重20000t。,加拿大特朗斯康谷仓,41,1940年在软黏土地基上的某水泥仓库的倾覆,42,1995年日本阪神地震中的房屋倾斜,储油罐倾斜,43,阪神地震液化引起的河道破裂,44,阪神地震液化引起道路塌陷,45,湖北省巴东县滑坡,46,香港1972 Po Shan 滑坡(2万m3)(死
12、67人、伤20人),Po Shan Road,Conduit Road,Notewell Road,47,Early 1972 滑坡前,48,码头挡土墙后侧的地面由于液化而下沉,49,广州京光广场基坑支护结构的破坏,工程基本情况：长300m,宽34m,深15m。悬臂式护坡桩。事故情况：先发生0.51.0m水平位移,凌晨1时,临时工棚倾入坑内,3人死亡,17人受伤。,50,广东环市东路土钉墙塌方,天河北土钉事故,51,比萨斜塔,目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差达1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.51360：再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m1272：复工，经6年，至
13、7层，高48m，再停工1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工1173：动工,原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和黏土层，强度较低，变形较大。,1590:伽利略在此塔做落体实验,52,1838-1839：挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固1990年1月:封闭1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理目 前:已向游人开放。,处理措施,比萨斜塔,53,苏州虎丘塔,不均匀沉降造成的严重倾斜,地基严重下沉-上海工业展览馆,54,墨西哥某宫殿左部分建于1709年右部分建于1622年沉降达2.2米存在明显的沉降差,55,由相邻建筑物引起的沉降破坏,56,kis
14、s,57,关西机场（世界最大人工岛）,1986年：开工1990年：人工岛完成1994年：机场运营面积：4370m1250m填筑量：180106m3平均厚度：33m,58,设计时预测沉降：5.77.5 m完成时实际沉降：8.1 m，5cm/月(1990年)预测主固结完成：20年后比设计超填：3m,问题：沉降大且有不均匀沉降,关西机场,59,1998年长江大堤,60,武汉丹水池堤防抢险,61,1998长江洪水,1998年洪水中各种险情6000余处,62,隐患与险情,63,管涌与流土,64,治理管涌,65,1998年九江溃堤,66,九江大堤决口,溃口原因：堤基管涌,1998年8月7日13:10发生管
15、涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口,又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。,67,1998年石首崩岸,68,崩 岸,69,溃堤湖北，牌洲湾，1998年8月2日,70,关于工程地质与岩土工程的关系，有四种见解：岩土工程是工程地质的分支。是岩土力学在工程上的应用。是基础工程和地下结构工程。按岩土工程勘察规范定义。,71,岩土工程（Geotechnical engineering）是以土力学、岩石力学、工程地质学和地基基础工程学为理论基础，以解决和处理在工程建设中出现的所有与岩土体有关的工程技术问题的一门地质和工程紧密结合
16、的新专业学科。引自岩土工程勘察规范（GB 5002194）,72,概括为三个层次的含义：岩土工程是以岩土力学、工程地质学、地基基础工程学为基础，并与工程密切结合的综合性学科 岩土工程以岩土的利用、整治或改造作为研究内容 岩土工程贯穿于各类土木工程的勘察、设计与施工的全过程，是土木工程的组成部分,73,强调了工程地质、岩土力学、结构工程之间的关系是既有区别又相互紧密结合的关系，而不是从属的关系 明确指出岩土工程的学科范畴是包括多种学科、技术和方法的土木建筑工程，它不从属于某单一学科,74,工程地质是岩土工程分析的条件 岩土力学是定量评价的理论基础 地基基础工程设计与施工是土木工程专业的工 作内容
17、,75,岩土工程 在理论和方法上，需要工程地质学、岩土力学、工程力学、工程结构、建筑施工等多学科的相互渗透 在工程实践中，需要勘察、设计、施工、监测、监理、科研等各方面的密切配合,76,77,78,四、学习方法和要求,课程内容：基础地质知识工程地质勘察方法各种类型工程的地质问题,79,课程特点：内容广、概念多、实践性强学习要求：学习工程地质学基本知识 掌握分析和运用地质资料的方法 解决实际工程问题,80,复习思考题1.土木工程地质学的研究内容和任务是什么？2.说明人类工程活动和地质环境之间的关系。3.什么是工程地质条件和工程地质问题？4.说明工程地质在土木工程建设中的作用。5.何谓不良地质条件？为什么不良地质条件会导致建筑 工程事故？6.说明工程地质和岩土工程的关系。,
