地質(zhì)學(xué)和工程地質(zhì)在土木工程中作用

  工程地質(zhì)學(xué)是20世紀才建立和發(fā)展起來(lái)的一門(mén)地球科學(xué)。工程地質(zhì)專(zhuān)業(yè)在土木工程建設中具有十分重要的位置。工程地質(zhì)工作的質(zhì)量，對工程方案的決策和工程建設的順利進(jìn)行至關(guān)重要。由于地質(zhì)問(wèn)題引起的工程事故時(shí)有發(fā)生，輕則修改設計延誤工期，嚴重時(shí)造成工程失事給人民生命財產(chǎn)帶來(lái)重大損失。近年來(lái)，工程地質(zhì)勘察質(zhì)量有下滑現象，工程地質(zhì)分析不夠深入，有的甚至出現工程地質(zhì)評價(jià)的結論性錯誤。工程地質(zhì)對地球環(huán)境的保護要發(fā)揮重要作用。工程地質(zhì)面臨著(zhù)新的機遇和挑戰。

 

  工程地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生源于土木工程的需要，地質(zhì)工程是以傳統的力學(xué)理論為基礎發(fā)展起來(lái)的。但單純的力學(xué)計算不能解決實(shí)際問(wèn)題，從一開(kāi)始就和工程地質(zhì)結下了不解之緣。試與結構工程比較，結構工程面臨的是混凝土、鋼材等人工制造的材料，材質(zhì)相對均勻，材料和結構都是工程師自己選定或設計的，可控的。計算條件十分明確，因而建立在材料力學(xué)、結構力學(xué)基礎上的計算是可信的。

 

  工程地質(zhì)是研究與工程建設有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的科學(xué)。工程地質(zhì)的應用性很強，各種工程的規劃、設計、施工和運行都要做工程地質(zhì)研究，才能使工程與地質(zhì)相互協(xié)調，既保證工程的安全可靠、經(jīng)濟合理、正常運行，又保證地質(zhì)環(huán)境不因工程建設而惡化，造成對工程本身或地質(zhì)環(huán)境的危害。工程地質(zhì)學(xué)研究的內容有：土體工程地質(zhì)研究、巖體工程地質(zhì)研究、工程動(dòng)力地質(zhì)作用與地質(zhì)災害的研究、工程地質(zhì)勘察理論與技術(shù)方法的研究、區域工程地質(zhì)研究、環(huán)境工程地質(zhì)研究等。

 

  （一） 對一些基本概念的認識

 

  建筑場(chǎng)地：指工程建設所直接占有并直接使用的有限面積的土地,大體上相當于廠(chǎng)區,居民點(diǎn)和自然村的區域范圍的建筑物所在地。從工程勘察角度分析,場(chǎng)地的概念不僅代表著(zhù)所劃定的土地范圍,還應涉及建筑物所處的工程地質(zhì)環(huán)境與巖土體的穩定問(wèn)題。    建筑物地基：任何建筑物都建造在土層或巖石上.由于承受由基礎傳來(lái)的建筑物荷載而是土層或巖層一定范圍內原有應力狀態(tài)發(fā)生改變的土層或巖層稱(chēng)為地基。地基在靜動(dòng)荷載作用下要發(fā)生變形,變形過(guò)大會(huì )影響建筑物的安全,致使建筑物不能正常使用.因此,地基與工程建筑物的關(guān)系更為直接,更為具體。

 

  地基分類(lèi)：天然地基 軟弱地基 人工地基

 

  天然地基定義：未經(jīng)加工處理直接支撐基礎的地基

 

  軟弱地基定義：由軟土構成的地基

 

  人工地基定義：經(jīng)人工加固處理的地基

 

  說(shuō)明:要確保建筑物地基穩定和滿(mǎn)足建筑物的使用要求,地基與基礎設計必須滿(mǎn)足兩個(gè)基本條件：

 

  1、作用于地基的荷載不超過(guò)地基的承載能力；

 

  2、保證建筑物不因地基形變而損壞或影響其正常使用。

 

  任何工程建筑物都是營(yíng)造在一定的場(chǎng)地與地基上的，所有工程建設方式，規模和類(lèi)型都受建筑場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件所制約。地基的好壞不僅直接影響建筑物的經(jīng)濟與安危，而且一旦出現事故，處理比較難。因此，在設計每一個(gè)建筑物之前，必須進(jìn)行場(chǎng)地與地基的巖土工程勘察，充分了解建筑場(chǎng)地與地基的工程地質(zhì)條件，論證和評價(jià)場(chǎng)地,地基的穩定性和適宜性，不良地質(zhì)現象，軟弱地基處理與加固等。

 

  工程地質(zhì)的主要研究?jì)热菔谴_定巖土組分、組織結構（微觀(guān)結構）、物理、化學(xué)與力學(xué)性質(zhì)（特別是強度及應變）及其對建筑工程穩定性的影響，進(jìn)行巖土工程地質(zhì)分類(lèi)，提出改良巖土的建筑性能的方法；研究由于人類(lèi)工程活動(dòng)的影響而破壞的自然環(huán)境的平衡，以及自然發(fā)生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地質(zhì)作用對工程建筑的危害及其預測、評價(jià)和防治措施；研究解決各類(lèi)工程建筑中的地基穩定性，如邊坡、路基、壩基、橋墩、硐室，以及黃土的濕陷、巖石的裂隙的破壞等，制定一套科學(xué)的勘察程序、方法和手段，直接為各類(lèi)工程的設計、施工提供地質(zhì)依據；研究建筑場(chǎng)區地下水運動(dòng)規律及其對工程建筑的影響，制定必要的利用和防護方案；研究區域工程地質(zhì)條件的特征，預報人類(lèi)工程活動(dòng)對其影響而產(chǎn)生的變化，作出區域穩定性評價(jià)，進(jìn)行工程地質(zhì)分區和編圖。隨著(zhù)大規模工程建設的發(fā)展，其研究領(lǐng)域日益擴大。除了巖土學(xué)和工程動(dòng)力地質(zhì)學(xué)、專(zhuān)門(mén)工程地質(zhì)學(xué)和區域工程地質(zhì)學(xué)外，一些新的分支學(xué)科正在逐漸形成，如礦山工程地質(zhì)學(xué)、海洋工程地質(zhì)學(xué)、城市工程地質(zhì)及環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)、工程地震學(xué)。一般來(lái)說(shuō),工程地質(zhì)是調查、研究、解決與人類(lèi)活動(dòng)及各類(lèi)工程建筑有關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題的科學(xué)。

 

  （二）巖土工程的技術(shù)決策和實(shí)施方案

 

  實(shí)踐證明,巖土工程勘察工作做的好，設計、施工就順利，工程建筑的安全運營(yíng)就有保證。相反，忽視建筑場(chǎng)地與地基勘察工作，都會(huì )給工程帶來(lái)不同程度的影響，輕則修改方案，增加投資，延誤誤工期，重則釀成災害。例如某市房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)公司商住樓，于1993年12月竣工交付使用，在交付使用半年后，出現了較大的基礎不均勻沉降現象，最大沉降量達成200mm，致使從基礎到屋面產(chǎn)生多處裂縫，造成重大質(zhì)量事故。所以，任何類(lèi)型的工程和工程建設的任何階段，都必須把建筑地區工程地質(zhì)條件調查研究并對其進(jìn)行深入細致的論證和闡明，作為工程地質(zhì)工作的首要任務(wù)，這是工程地質(zhì)工作的基礎。據此才可能較有成效地完成以下有關(guān)工程地質(zhì)工作的一些實(shí)際任務(wù)。

 

  基礎建設程序：勘察、設計、施工。建筑設計分為可行性研究、初步設計、技術(shù)施工設計等階段，工程地質(zhì)勘察也隨之分階段進(jìn)行，對工程地質(zhì)條件的了解愈來(lái)愈深入，這是完全符合認識規律的。建筑位址的選擇具有戰略意義，起著(zhù)充分利用有利的地質(zhì)條件、避開(kāi)不利條件的作用。建筑位址選得好，不但能保證工程的安全，而且工程處理也較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟上合理。位址的地質(zhì)選擇只是一個(gè)方面，還要看政治、經(jīng)濟等方面的因素，最后綜合考慮選定。

 

  1、從工程地質(zhì)觀(guān)點(diǎn)出發(fā)選擇地質(zhì)條件較好的建筑場(chǎng)地和適宜的建筑形式；

 

  2、在已選定的建筑場(chǎng)地及其周?chē)?，根據建筑?lèi)型，規模和特點(diǎn)，從分析工程地質(zhì)條件入手，預測并論證有關(guān)工程地質(zhì)問(wèn)題發(fā)生的可能性；

 

  3、提供工程規劃，設計，施工所需要的工程地質(zhì)資料。

 

  工程地質(zhì)是調查、研究、解決與人類(lèi)活動(dòng)及各類(lèi)工程建筑有關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題的科學(xué)。是查明建設地區或建筑場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，分析、預測和評價(jià)可能存在和發(fā)生的工程地質(zhì)問(wèn)題及其對建筑物和地質(zhì)環(huán)境的影響和危害，提出防治不良地質(zhì)現象的措施，為保證工程建設的合理規劃以及建筑物的正確設計、順利施工和正常使用，提供可靠的地質(zhì)科學(xué)依據。

 

  以上可以總結出:任何學(xué)課都不會(huì )孤立的發(fā)展起來(lái),是與其他學(xué)科發(fā)生一定聯(lián)系而獨立存在著(zhù),這種聯(lián)系所涉及的范圍與一門(mén)學(xué)科的研究對象和內容有關(guān)。工程地質(zhì)研究的目的在于保障工程建筑的安全和正常運用。而作為土木工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，對于學(xué)習工程地質(zhì)要求我們了解不同的地質(zhì)條件對建筑的影響以及如何選折合理的建筑地基，保證建筑物的安全性和耐久性。

 

  總之，人類(lèi)社會(huì )的進(jìn)步與發(fā)展，實(shí)際上又是一部人與自然相互協(xié)調和相互影響的壯麗史詩(shī)。以前我們把人與自然的關(guān)系當成是與天斗與地斗的斗爭關(guān)系，實(shí)踐證明，人與大自然斗爭的結果，雖然取得了一些局部性的小勝利，而大自然反過(guò)來(lái)對人類(lèi)的懲罰卻是災難性的。盡管工程地質(zhì)學(xué)科正在經(jīng)歷著(zhù)前所未有的挑戰，工程地質(zhì)工作也存在著(zhù)這樣那樣的問(wèn)題和難題，然而這更是機遇。抓住機遇迎接挑戰，順應自然，保護環(huán)境，防止災害，造福人類(lèi)，是工程地質(zhì)學(xué)家和地質(zhì)師的艱巨任務(wù)和不可推卸的責任。人類(lèi)的每一次產(chǎn)業(yè)革命，無(wú)不與工程建設有直接關(guān)系，與地質(zhì)環(huán)境有直接或間接關(guān)系。