工程地質讀書報告主題
㈠ 工程地質的內容簡介
本書為高等學校土建類專業應用型本科系列教材之一。全書共分9章:緒論中闡述了工程地質學的任務及研究方法,工程地質學在工程建設中的作用等;第2~5章講述了地質基礎知識和基本理論,包括岩石、礦物、地質構造,第四紀沉積物與地貌,地下水等;第6~9章講述了工程地質問題,包括簡要分析滑坡、崩塌、岩溶、泥石流等主要不良地質現象及其防治.系統介紹了工程地質勘察的目的、任務、方法以及報告的編寫,同時給出了實例,講述了工業與民用建築、道路與橋梁建設、地下與隧道建設、港口工程中的主要岩土工程問題,介紹了環境工程地質問題。每章結束附有小結及學習指導、思考題,旨在培養學生了解、掌握工程地質學的基本理論知識。提高學生分析問題、解決問題及創新的能力。
㈡ 如何閱讀工程地質勘察報告中的各種符號
看建築基礎地基設計規范
㈢ 工程地質勘察報告有哪些重要的內容呢
1、工程地質勘抄察報告是進行規劃、設計、施工必不可少的基本依據,對工程建設的經濟效益有著直接影響。勘察成果要正確反映客觀地形、地質情況,確保原始資料的准確性,結合工程具體特點和要求提出明確的評價、結論和建議。
2、建設單位應在新建工程定點後,委託有資質的地質測繪(勘察)單位,對工程的地質進行勘察,其工程地質勘察報告中一般應包括以下內容:
(1)概述。
(2)場地描述及地下水。
(3)地層分布。
(4)工程地質條件評述。
同時,應附以下圖表:
(1)鑽孔平面布置圖。
(2)地質岩性剖面圖。
(3)地質柱狀圖。
(4)地質柱狀及靜探曲線圖。
(5)土壤試驗成果匯總表。
(6)土壤壓縮曲線圖。
(7)土壤剪力試驗成果。
3、竣工資料中工程地質勘察報告應為原件。
㈣ 工程地質學的發展展望
21世紀可以預計的大型工程建設,如跨流域的調水工程、大型水電工程、深部露天采礦工程、地下工程、海洋工程等,其可能發生的復雜的工程地質問題,從理論到設計、施工實踐,從預測到防治,需要我們作為重要研究方向,在原有認識和經驗的基礎上,進一步去創新發展,與其它多學科聯合攻關。
(1)岩、土體工程地質力學的理論方法體系還應進一步發展
工程地質力學具有我國的特色,並在工程實踐中獲得了廣泛的應用。研究岩、土體穩定性中的關鍵問題,如節理面的各種工程地質特性,區域構造應力場和工程區實測點地應力場的研究,岩體穩定性的時間尺度,根據岩體變形破壞的實例建立「地質模型」等(孫玉科)。此外還應進行工程地質技術的開發研究,包括地質探測技術,岩組物理力學測試技術,岩體變形觀測技術和變形破壞模擬實驗技術等。
(2)環境工程地質將獲得迅速的發展
目前大型工程建設涉及的環境工程地質問題很多。如大型露天開采,地下開挖,深埋長隧道工程,大型水利樞紐,地下硐室,城市垃圾的處置和衛生填埋工程等的建設,就遇到前所未有的更復雜情況。如深埋長隧道工程的開挖,需要查明其所遇到的地質災害問題的形成條件和發生機理,作出科學的評價預測。大型水域水岩相互作用導致水庫誘發地震、庫岸崩滑、大壩潰決、水庫淤積、大面積環境惡化等問題。水庫誘發地震產生的可能性及發震強度的預測難度較大。現中國學者建立了兩種震級預測的神經網路模型,具有較高的預測能力。新的動向是引入突變理論,分析水庫誘震機制,建立誘震的充要條件判據和地震能量的表達式,提出斷層帶弱化和岩體軟化效應誘震的新假說。
當前環境工程地質的研究又進一步延伸向環境地質工程,即主要研究解決和處理地質環境問題的假說和方法。90年代國際環境地質工程的熱點領域是各國城市化和資源開發中固體、液體、氣體廢棄物的排放、填埋處理以及與城市工程建設有關的環境工程問題研究。總體來說,環境工程地質還有些基本問題,如工程環境影響場問題,工程建築的適應度與環境靈敏度之間關系問題,環境容量問題,監測技術、環境綜合分析及反信息技術等問題的研究還有待深入。
(3)區域地殼穩定性的研究
目前應進一步加深對影響和制約穩定性因素的認識。如何分析、確定和量化這些因素,直接關繫到區域地殼穩定性評價由定性到定量方向發展的問題。近來有用分數維理論描述斷裂和地震的分形結構,耗散、渾沌和協同學等用以描述地殼結構及其動態之自組織過程及探討其內部的相關性。但這些探索尚處於初始階段。此外在技術方法方面,應大力開展深部探測、監測、遙感、計算機、制圖技術和深部地應力測試技術等應用研究,提高區域地殼穩定性諸因素的時空變化的量測精度。
工程地質學發展至今日,需要與現代系統科學理論思維相結合,尤其是非線性科學對於工程地質學的提高和發展具有重要意義。黃潤秋根據系統科學原理結合工程地質的應用與實踐,提出了工程地質問題的系統分析原理。應用這些原理可以建立地質過程的機制分析-定量評價,建立過程地質模型和模擬再現,建立過程地質分級、分類系統,認識過程地質體(或環境)和人類活動相互作用,認識災害地質作用發展過程,描述地質體復雜的結構和工程地質問題過程,研究過程預報等。在工程地質學拓展到地質工程的新領域時,做好施工監測與信息反饋,這就是以監控-反饋原理為核心指導思想的「信息化施工」。總之,系統科學的引入,必將把傳統的工程地質學推向新的階段和新的水平。
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㈤ 工程地質的圖書目錄
1緒論
1.1地質學與工程地質學
1.2工程地質學的任務和研究方法
1.3工程地質學的分類
1.3.1工程岩土學
1.3.2工程地質分析學
1.3.3工程地質勘察學
1.3.4區域工程地質學
1.3.5環境工程地質學
1.4工程地質條件與工程地質問題
1.4.1工程地質條件
1.4.2工程地質問題
1.5工程地質學在土木工程建設中的作用
1.6本課程學習要求
本章小結與學習指導
思考題
2地質作用與地質構造
2.1地殼結構
2.2礦物
2.2.1 礦物的物理力學性質
2.2.2主要造岩礦物
2.3地質年代
2.3.1地質年代的表示方法
2.3.2 時間地層單位與地質年代表
2.4地質作用
2.4.1地質作用與分類
2.4.2外力地質作用
2.4.3內力地質作用
2.5地質構造
2.5.1地層與岩層產狀
2.5.2水平構造與傾斜構造
2.5.3褶皺構造
2.5.4斷裂構造
2.5.5新構造運動與活斷層
2.6第四紀地質與地貌
2.6.1第四紀地質
2.6.2地貌
本章小結與學習指導
思考題
3土的工程地質性質
3.1土的成因類型
3.1.1 殘積土
3.1.2坡積土
3.1.3洪積土
3.1.4 沖積土
3.1.5海相沉積物
3.1.6湖泊相沉積物
3.1.7冰磧土
3.1.8風積土
3.2土的物質組成及工程分類
3.2.1 土的物質組成及結構構造
3.2.2土的工程分類
3.3特殊土的主要工程地質性質
3.3.1軟土
3.3.2濕陷性黃土
3.3.3膨脹土
3.3.4 紅粘土
3.3.5 凍土
本章小結與學習指導
思考題
4岩體的工程地質性質
4.1岩體結構與地質特徵
4.1.1岩體結構概念
4.1.2結構面
4.1.3 結構體
4.1.4岩體結構的類型
4.1.5岩體的地質特徵
4.2岩塊的工程地質性質
4.2.1 岩塊的物理性質
4.2.2岩塊的水理性質
4.2.3岩塊的力學性質
4.2.4影響岩塊工程地質性質的因素
4.3結構面特徵及力學性質
……
5 地下水
6 不良地質現象及防治
7 工程地質勘察
8 工程建設中主要工程地質問題
9 環境工程地質
參考文獻
㈥ 環境地質學的研究主題
(一)關於環境地質學研究內容的若干提法
自1964年美國伊利諾伊州地質調查所學者James E.Hackett撰文討論都市土地規劃問題時提出「環境地質學(Environmental Geology)」一詞,至今已過去了40餘年。他的觀點,即「環境地質學是研究和使用地質學達到協調和完善狀態的一個新方法」已逐漸淡出,但「環境地質學」一詞則沿用至今,且成為一門新興學科的名稱一直被地學界所採用。
幾十年來,有關環境地質學的定義和內涵的討論始終沒有間斷。
1968年,W.J.Wayne認為:「在城市中心及靠近城市的地區,人類環境地質已變得更為重要。城市地質學已和環境地質學成為同義詞了。」1969年,P.H.Moser指出:「環境地質學是運用地質學、水文地質學、工程地質學、地球物理學及其有關學科的原理,研究人類周圍環境,更有效地利用天然資源的一門學科。」1970年,P.T.Flawn指出:「環境地質學是研究土地為人類所應用的全部范圍,包括城市、農村和未來開發的原始地區,包括自然資源的位置及開發、廢物處理、塊體運動及構造運動兩者對建築物的影響,以及岩土物質成分的細微變化對人類健康的影響。」進入20世紀80年代,EdwardA.Keller在他所著的《環境地質學》中闡述了關於環境地質的七個基本概念(觀點),並指出「當我們探索環境問題的本質時,環境地質學跨學科實質的重要性顯而易見。大多數項目是復雜的並包括許多不同的方面,可概括為三類:物理的、生物的、人類利用及人類利益的」。此後,他於1998年進一步明確,「環境地質學是一門應用地質學,主要研究人與自然環境之間相互作用的各個方面」。
與此同時,我國學者也就環境地質學的內涵發表了各自的看法。1980年,劉東生和萬國江等指出:「環境地質學是研究人類活動和地質環境相互作用的學科,是地質學的一個分支,也是環境地學的組成部分。」1983年,胡海濤和鍾立勛指出:「環境地質學是應用地質學的基本原理,研究人類工程-經濟活動與地質環境之間的相互作用,預測天然及人為地質作用的發生、發展規律,從而制訂改造、利用和保護地質環境的規劃、措施、方案,達到防止或減輕地質災害,保護及改善地質環境質量的目的的一門綜合性地質學科。」1995年,陳夢熊在《環境地質學理論基礎與研究領域》一文中明確指出:「環境地質學是地質科學中一門新興的屬於應用地質學范疇的一個分支學科,它是一門綜合性很強,以研究人-地關系為主,介於地質科學與環境科學之間的一門邊緣學科或綜合性學科。」1991年張宗祜提出,環境地質學應當是研究人類技術活動與地質環境相互作用影響的學科。此外,李鄂榮、朱大奎、潘懋、段永侯、徐增亮、戴塔根、哈承祐等學者也撰文或在教科書中闡述了一些很有見地的看法,此處不再一一介紹。
持上述觀點的學者來自多個領域,其中既有從事理論研究的,也有從事工程技術或技術管理部門的學者和專家;有環境科學界的人士,也有地學界包括地質學、地理學,尤其是水文地質、工程地質專業的人士。他們的觀點基本反映了目前國內外學術界對環境地質學的理解和主流。不應忽視的是,學術界也有反對的意見,如G.B.Oakeshott(1976)認為,環境地質是一個荒謬名詞,又說「所有地質學都是環境的」。這些聲音雖小,但也從另一個側面反映出環境地質學在吸納其他學科營養的過程中,一些概念、術語的縝密推敲還需進一步完善。即使持贊同意見的學者內部也存在某些分歧。其中一個較突出的問題是:環境地質學究竟是一門應用性的或定位於工程技術層次的學科,還是具有科學與技術一體化的基本特徵。關於這個問題將在緒論的第三部分討論。此處僅圍繞上述各家觀點中取得共識的問題———環境地質學的研究主題展開。
(二)環境地質學的研究主題
環境地質學研究的主題可以用一句話來概括,即研究人與地質環境的關系,簡稱人-地關系,包括:①地質背景、地質作用及其過程對人類的意義和影響;②人類活動引起的地質環境變化的地質學基礎及社會學問題;③如何協調人與地質環境的關系。
1.地質背景、地質作用及其過程對人類的意義和影響
在人-地關系中,地質環境對人類的意義和影響可以從以下兩個方面認識:
(1)地質環境是資源的提供者
地質資源包括土地資源、水資源、礦產資源和景觀資源。它們是人類生存發展所必需的物質基礎。
土地資源 主要構成物是岩石和土壤。土壤是農、林、牧業利用的對象。它是岩石風化形成的母質,經生物化學作用形成的鬆散基質。其形成過程與內、外動力地質作用有著緊密聯系。內動力地質作用可以將地下岩層抬升到地表附近,提供成壤的母質。外動力地質作用則對土壤的最終形成起到關鍵作用,一方面決定了土壤的形成速度、熟化程度;另一方面也通過水力、風力的侵蝕、搬運和堆積,改變著土壤的質地及分布,從而影響作物的產量及植物群落的結構特徵。此外,地表和地下空間是人工建築物的依附對象,土地規劃、城市化發展都是在這個空間上展開的。所以它們也是土地資源的一種,是地質背景的一個重要功能。
水資源 就現在普遍接受的觀點而言,水資源主要指地表水、地下水。長遠來看,土壤中賦存的非重力水以及活躍在近地表大氣中的水分都可能成為被利用對象。無論哪種水都納入水文循環之中,它們的形成和分布除與大氣活動有關外,地形、地貌、地層及地質構造都會影響水資源,特別是地下水的水量、水質和時空分布。
礦產資源 包括金屬礦產、非金屬礦產、礦物燃料等,都可以視為地質作用的直接產物。有的是在內動力地質作用下形成的;有的與外動力地質作用有關;還有的是兩種地質作用綜合作用的結果。
景觀資源 在這里主要是指具有地學研究價值和可供人們參觀游覽的自然地質遺跡、自然地貌景觀,它們同樣是地質作用的產物。
對於這些資源,有人認為可以根據它們的形成速度與人類對它的消耗速度是否平衡,劃分為可再生資源和不可再生資源。事實上,這種劃分不是絕對的,而是反映了人們在人與資源關繫上的一種思考。例如土地資源,當成壤速度大於土地養分消耗及水土流失速度時,土地的適耕性是可持續的。反之,土地向貧瘠化、沙化或石漠化方向發展,失去利用價值。又如水資源,在開發利用量小於流域產流量時,水文循環可以不斷補充消耗的水量,使之用之不竭。若開發利用過量,水資源就會越來越少。正因為如此,有人將上述兩種資源列入可再生資源,有人則認為它們在一定使用限度內是可再生資源,超過限度則屬於不可再生資源。礦產資源是在漫長的地質歷史時期形成的。由於地質循環不斷進行,成礦過程仍在繼續,不過完成其過程需要長達數萬年甚至更長的時間,如煤、天然氣,與人類採掘的速度相比,顯然處於「透支」狀態。另外一種考慮是,地球的演化、地質環境的變遷是不可逆過程,就某一特定地區而言,礦產資源一旦開采殆盡,在此地區不會再生,所以,一般將礦產資源視為不可再生資源。
如果說前面論及的資源再生性考慮的是數量平衡問題,那麼,景觀資源則注重形貌的獨特性。其形成與地質作用關系密切,是特定地質演化過程在特定時空上留下的景觀「片段」,一旦破壞,難以修復,幾乎就再也找不到相似的景象了。所以,一般將其歸入不可再生資源。
(2)地質環境是人類的家園
地球淺表特別是位於陸地表面的地質環境,是人類生存、繁衍、生息和從事各種生產活動的場所,它是人類的家園。
在這個空間中,地質作用十分活躍,從不停息。水流、風力、重力的侵蝕、搬運、堆積作用,驅動岩石、水鹽等物質運動,使地表淺層物質處於不斷重新分布的過程,地表形貌也一再重塑。與此同時,構造運動、岩漿活動、地震等也可以把地球深部物質、能量釋放到地球表層,使滄海化為桑田,高山淪為低地。一些大規模的造山運動,還會引起氣候和生態的變化。
地質作用導致的環境效應,有的對人有益,為人類提供了得天獨厚的生存場所,促進人類從茹毛飲血、擇水草而居的原始文明發展到大工業生產的現代文明;有的也會給人類帶來危害和災難,地震、火山、海平面上升、荒漠化等不僅導致地球上一些光輝燦爛的古老文明消失、湮滅,而且還給人的生命財產造成損失,甚至使富饒的土地變為不適宜人類居住的地方。不論人類是否願意,地質作用及其地質過程始終伴隨著我們。從這個角度上看,人類的歷史不僅僅是一部與自然斗爭的歷史,還是一部學習如何利用、尊重自然的歷史。
2.人類活動引起的地質環境變化及其對人類的影響
人作為生物界中的一個種群(人科)是地球演化到某一特定階段的產物。人類將水、岩石、土壤和其他生物作為自己生存發展的物質基礎,同時又通過勞動改造著周圍的岩土、水、生物條件。人類與自然的這種關系是地質環境概念形成的客觀背景。可以說,地質環境是人類出現後才有的,沒有人類也就無所謂地質環境,地質環境的演化必然與人類活動緊密相聯。
科學與技術的進步,使人類由原始游牧文明走向農耕文明和現代工業文明,在此過程中,人類干預、利用地質環境的能力日趨強大,獲得的利益也十分豐厚。然而,隨著人類活動的范圍和作用強度的急劇擴大,其消極面也逐漸暴露出來。過分強調人的能動性,誇大駕馭自然的能力,忽視人在自然面前的受動性和依賴性,從而導致科技手段的濫用和誤用,這正是近幾十年來人-地關系失調、地質環境問題層出不窮的重要原因之一。
地質體始終處於發展演化之中,在自然力的驅動下有其天然的演化規律。當人類作用達到一定程度,並成為不容忽視的新地質營力時,情況將發生改變,地質體的演化將由自然力和人類的力量共同決定,盡管在活動過程中人類獲得了想要得到的東西,但付出的環境代價也是十分驚人的。
有資料表明,到20世紀末,全球每年人為移動岩土物質的量級已高出自然過程的4~5倍。大量的岩土挖掘和棄置,改變了許多地區的地形、地貌、淺表岩土體的原有受力狀況,甚至誘發崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的頻繁發生。例如我國福建省,截至2001年,全省已查明的滑坡803處、崩塌點329個,其中與人為移動岩土物質有關的分別佔到87%和84%,這足以說明人類活動的巨大影響。其次,挖掘或棄置岩土可使土壤層喪失或掩埋,可耕地數量和質量明顯下降。目前我國每年有數十萬公頃的耕地被城鄉建設佔用,煤礦開采破壞的土地也高達數萬公頃,加上其他原因,我國每年減少耕地約145萬公頃。近40年來,我國耕地減少總量相當於一個法國或兩個英國或四個日本的國土面積。全國有666個縣低於聯合國糧農組織規定的人均0.8畝(約合667m2)耕地的警戒線。這種狀況將嚴重威脅到我國的糧食安全。
過度開發利用水資源也會影響地質環境的質量,還可能間接影響陸地水文和生態過程。2004年我國水資源總量為24130×108m3,不計發電、航運、養殖等用途,年供水量為5548×108m3,占水資源總量的23%,尚屬安全用水范圍。目前國際上的通用標准為水資源利用率不應超過總量的25%~40%,否則就會出現資源短缺和生態環境問題,但在許多地區這個界限早已突破。例如,河北平原目前地表水調蓄工程式控制制的水量已佔河川徑流的70%以上,地下水開采量接近119×108m3/a,佔地下水補給資源的124%,儲存資源累計消耗已達350×108m3。由於天然產水能力與人工取用強度嚴重失調,地下水動力場、水化學場、溫度場和應力場都發生了變化,最終導致河流乾涸、水質惡化、地面沉降開裂、海水入侵、生態退化等日益突顯的地質環境問題。
在短期經濟利益的驅動下,資源的過度、無序開發利用必然引起地質環境的紊亂,甚至導致人們未曾料到的生態失衡和災難的發生。地質環境的宏觀變化是不可逆的,如果人類失去了預見和自製的能力,在享受眼前利益的同時,所造成的環境惡化也正為人類鋪就著一條不歸之路。正如美國海洋生物學家RachelCarson在《寂靜的春天》一書中所指出的,不是敵人的活動使這個受害的世界生命無法復生,而是人們自己使自己受害。這一哲理同樣適用於人-地關系的思考。
3.人與地質環境的協調發展
人類不能完全控制自然,也不可能按自己的意願再造自然。人與自然的區別在於,人類的活動是追求功利和有目的性,而自然活動沒有思想,沒有功利,沒有目的性,只受客觀規律的支配。因此,所謂的人-地關系的協調發展,不應理解為雙方對話、妥協的過程,而是人類對自己提出的行為約束或自律要求,或者說是基於人們對自身當代和長遠利益的深入思考而提出的可持續發展理念,其核心是遵循客觀規律。
尊重客觀規律是人類與自然打交道時必須嚴守的准則,自然資源的開發利用和災害的防範也是如此。人們開發利用自然資源之所以能夠達到預期的目的,首先是因為人們了解資源的成生、分布規律,其次是懂得運用相應的技術手段和策略順應客觀規律。然而,這只是問題的一個方面,隨著開發利用活動的進行,原來的地質條件會因人為的擾動發生改變,某些因素的活動受到抑制,另外一些因素變得更為活躍,於是有可能使地質環境問題加劇或引發新問題。如果透過人為作用這一表面現象,可以看出,地質環境問題的出現仍是客觀規律使然,有其發生、發展的自然基礎。目前,地質環境問題層出不窮的根本原因或許正在於人們忽視了後者。
人口、資源、環境和社會經濟發展之間的多重關系是人-地關系的客觀表現。四者運動方式的失當和比例失調,是加劇人-地關系矛盾的原因所在。理順這些關系,構建良性互動的統一整體,即人-地關系協調發展的地質環境系統,不僅僅是人-地關系理論研究的最終落腳點,也是環境地質學研究的永恆課題。
構建人-地關系協調發展的地質環境系統,必然會涉及觀念的轉變,思維方式的變革和決策科學方法的合理運用。為此,需要注意以下三點。
(1)地質資源開發利用與地質環境保護的協調
地質資源的開發利用是地質環境異常變化的觸發器。為了避免礦產資源、土地資源、水資源開發利用帶來嚴重的地質環境負效應,必須首先調查、闡明地質體在自然條件下固有的規律性,然後分析或預估資源開發利用時地質體的響應及其可能的不利後果,據此提出調控資源開發利用的方案,以達到資源與環境兩者均可接受的滿意結果。鑒於近幾十年來我國經濟高速發展遺留下大量的地質環境問題未能及時解決,現階段更應強調地質環境保護的重要性,把地質環境問題的綜合治理,尤其是地質災害的防治工作放在舉足輕重的地位,而不能單純追求經濟的快速增長。對那些附加值低且地質環境後遺症大的資源開發與利用方式,必須加以嚴格限制,對已在運行的工程活動,應按《中華人民共和國循環經濟促進法》的要求,盡快實現清潔生產、廢物資源化的良性發展。
(2)局部性地質環境與全局性地質環境的協調
地質環境系統中岩、土、水、氣的運動是一個有機聯系、相互制約的統一整體,其中某一要素或某一局部地段受到人為活動的強烈干擾,其響應可波及整個系統。有的學者把地質環境系統的局部與整體的關聯,形象地稱為超距性。意指在地質環境的某一局部施加影響後,其產生的後果在空間、時間乃至應用領域上均有超遠距離傳遞的特徵,且通過因果鏈,產生「多米諾骨牌效應」,最終產生事前未曾預料的後果。因此,地質環境的質量評價不能只注意局部地段現狀條件分析,更要注意其超距性的影響,把眼光放大到全局、長期,盡量包括一切可能的領域。
(3)人際關系中資源分享權力與地質環境保護義務的平衡
由於不同地域、不同行業的人們共享的可能是同一個地質環境系統,一旦其運行格局發生變化,便涉及不同人群利益的再分配過程。如果權利與義務不對等,不僅會加劇矛盾,影響社會的穩定和諧,而且在經濟利益的驅動下,必然會刺激資源開發利用的過度進行,造成混亂和無序的局面。因此,人際利益關系的調整是實現人-地關系協調發展,保護地質環境的重要的途徑之一。正如有些學者所指出的,解決地質環境問題不僅僅是科學技術工作者的任務,也是全社會共同應對的挑戰。從某種意義上來說,社會的改革包括經濟目標、社會結構和民眾意識的轉變,最終是實現人們分享資源的權利與地質環境保護義務兩者的平衡。
㈦ 工程地質學的主要內容(作者:石證明)
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㈧ 工程地質的研究內容
工程地質研究的主內容有:確定岩土組分、組織結構(微觀結構)、物理、化學與力學性質(特別是強度及應變)及其對建築工程穩定性的影響,進行岩土工程地質分類,提出改良岩土的建築性能的方法;研究由於人類工程活動的影響而破壞的自然環境的平衡,以及自然發生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地質作用對工程建築的危害及其預測、評價和防治措施;研究解決各類工程建築中的地基穩定性,如邊坡、路基、壩基、橋墩、硐室,以及黃土的濕陷、岩石的裂隙的破壞等,制定一套科學的勘察程序、方法和手段,直接為各類工程的設計、施工提供地質依據;研究建築場區地下水運動規律及其對工程建築的影響,制定必要的利用和防護方案;研究區域工程地質條件的特徵,預報人類工程活動對其影響而產生的變化,作出區域穩定性評價,進行工程地質分區和編圖。隨著大規模工程建設的發展,其研究領域日益擴大。除了岩土學和工程動力地質學、專門工程地質學和區域工程地質學外,一些新的分支學科正在逐漸形成,如礦山工程地質學、海洋工程地質學、城市工程地質及環境工程地質學、工程地震學。
1工程地質與岩土工程的區別工程地質是研究與工程建設有關地質問題的科學(張咸恭等著《中國工程地質學》)。工程地質學的應用性很強,各種工程的規劃、設計、施工和運行都要做工程地質研究,才能使工程與地質相互協調,既保證工程的安全可靠、經濟合理、正常運行,又保證地質環境不因工程建設而惡化,造成對工程本身或地質環境的危害。工程地質學研究的內容有:土體工程地質研究、岩體工程地質研究、工程動力地質作用與地質災害的研究、工程地質勘察理論與技術方法的研究、區域工程地質研究、環境工程地質研究等。岩土工程是土木工程中涉及岩石和土的利用、處理或改良的科學技術(國家標准《岩土工程基本術語標准》)。岩土工程的理論基礎主要是工程地質學、岩石力學和土力學;研究內容涉及岩土體作為工程的承載體、作為工程荷載、作為工程材料、作為傳導介質或環境介質等諸多方面;包括岩土工程的勘察、設計、施工、檢測和監測等等。由此可見,工程地質是地質學的一個分支,其本質是一門應用科學;岩土工程是土木工程的一個分支,其本質是一種工程技術。從事工程地質工作的是地質專家(地質師),側重於地質現象、地質成因和演化、地質規律、地質與工程相互作用的研究;從事岩土工程的是工程師,關心的是如何根據工程目標和地質條件,建造滿足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分,解決工程建設中的岩土技術問題。
2工程地質與岩土工程的關系雖然工程地質與岩土工程分屬地質學和土木工程,但關系非常密切,這是不言而喻的。有人說:工程地質是岩土工程的基礎,岩土工程是工程地質的延伸,是有一定道理的。工程地質學的產生源於土木工程的需要,作為土木工程分支的岩土工程,是以傳統的力學理論為基礎發展起來的。但單純的力學計算不能解決實際問題,從一開始就和工程地質結下了不解之緣。與結構工程比較,結構工程面臨的是混凝土、鋼材等人工製造的材料,材質相對均勻,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、結構力學基礎上的計算是可信的。而岩土材料,無論性能或結構,都是自然形成,都是經過了漫長的地質歷史時期,在多種復雜地質作用下的產物,對其材質和結構,工程師不能任意選用和控制,只能通過勘察查明,而實際上又不可能完全查清。岩土工程師不敢相信單純的計算結果,單純的計算是不可靠的,原因就在於工程地質條件的不確知性和岩土參數的不確定性,不同程度地存在計算條件的模糊性和信息的不完全性。因而雖然土力學、岩石力學、計算技術取得了長足進步,並在岩土工程設計中發揮了重要作用,但由於計算假定、計算模式、計算方法、計算參數等與實際之間存在很多不一致,計算結果總是與工程實際有相當大的差別,需要進行綜合判斷。
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工程地質學是世紀才建立和發展起來的一門地球科學。工程地質專業在工程建設中具有十分重要的位置。工程地質工作的質量,對工程方案的決策和工程建設的順利進行至關重要。由於地質問題引起的工程事故時有發生,輕則修改設計延誤工期,嚴重時造成工程失事給人民生命財產帶來重大損失。近年來,工程地質勘察質量有下滑現象,工程地質分析不夠深入,有的甚至出現工程地質評價的結論性錯誤。今後十年,將有可能成為水利水電工程建設的又一個事故高發期。工程地質對地球環境的保護要發揮重要作用。工程地質面臨著新的機遇和挑戰。關鍵詞 。
關鍵詞:工程地質 水利水電 勘察 環境 分析 人才 機遇
工程地質對於工程師來說並不陌生。然而,由於人類工程活動引起地質環境的改變,工程地質問題造成工程建設的被動與失敗的若干實例證實,許多人對工程地質又是陌生的。
人類歷史剛剛翻開新千年新世紀的第一頁,一場以高新技術為前導的產業革命卻早已開始了,工程地質學科必將在這場革命中獲得新生。當然,我們更應該看到技術的每一次革命性進步,都伴隨著矛盾與沖突,特別是體制和機制問題,是生產力與生產關系的相互作用,需要協調與適應,改革就成為必然。
當前,工程地質學科正在經歷著前所未有的挑戰,工程地質專業正面臨著新的發展機遇。人類與自然的關系不是斗爭而是相互作用和相互影響;人類工程活動不是改造自然而是如何順應自然。人類賴以生存的地球環境問題,工程地質學家和地質師都要認真關注,並勇敢地承擔起應盡的職責。
1 工程地質學科的起源與發展
工程地質學是研究人類工程建設活動與自然地質環境相互作用和相互影響的一門地球科學。20世紀初,為了適應興建各種工廠、水壩、鐵路、運河等工程建設的需要,地質學家開始介入解決工程建設中與地質有關的工程問題,不斷地進行著艱苦的工程實踐和開拓性的理論探索,首次出版了「工程地質學」專著,工程地質學開始成為地球科學的一個獨立分支學科,工程地質勘察則成為工程建設中不可缺少的一個重要組成部分。二次世界大戰以後,全世界有了一個較為穩定的和平環境,工程建設的發展十分迅速,工程地質學在這個階段迅速成長起來了。經過半個多世紀的工程實踐和理論探索,工程地質學大為長進,內涵和外延都煥然一新,成為了現代科學技術行列中的重要分支學科。
中國的工程地質事業在解放前基本上是空白,建國後才有了長足的進步和發展。50年代初開始引進蘇聯工程地質學理論和方法,走過了我們自己的工程實踐和理論創新的輝煌歷程,形成了有自己特色的工程地質學體系。特別是在水利水電行業,舉世矚目的三峽、小浪底等特大型水利樞紐工程的開工建設,瀾滄江、紅水河、雅礱江、烏江、黃河等大江大河眾多大型梯級水電站的興建,以及若干正在開展前期工作的其它水利水電工程,充分積累了在各類岩性地區和各種復雜地質條件下進行地質工作的豐富經驗,建立了一套比較完整的工程地質勘察規程規范。重大工程建設不斷地將數理學科的新成就和高新技術及時吸收進來,極大地豐富了工程地質學科的內容,有力地促進了工程地質學科的發展,使我國工程地質學達到現代科技水準,逐漸成為國際工程地質界的重要成員之一。
今天,工程地質專業學科的內涵已經遠遠超出了傳統工程地質定性描述和定性評價的范疇,發展成為集多種勘探手段去獲取基礎性地質資料,並對這些資料進行歸類匯總、整理分析、定性評價、定量評價、地質預測、工程措施的建議等等既特殊又復雜的綜合性專業。任何一個成熟的設計師,都會清楚地意識到工程地質專業在工程設計中的重要位置。無數重大工程成敗的實例足以證明工程地質專業在工程建設中的權威性。
在學術界,有國際工程地質學會,國內的中國地質學會、中國水利學會和水力發電工程學會等全國性學術組織都專門設立有工程地質專業委員會,水利水電行業中全國性的學術組織還有「水利水電工程地質信息網」。此外,全國性的勘測技術協會主要還是工程地質專業。這些學術組織為我國各行各業的工程建設作出了重大貢獻,發揮了巨大作用。
2 水利水電工程地質的特點
2.1 特殊性與復雜性
在水利水電、電力、工民建、交通、港航、航天、航空、地礦、市政建設等等凡是存在土建工程,要與地質體(地基)打交道的行業,都有工程地質專業,因此,我們稱工程地質專業是工程建設的基礎性專業,是不必爭議的。由於水利水電工程建設自身的特殊性和復雜性,使得水利水電工程地質又是所有這些不同行業的工程地質專業中涉及面最廣、問題最復雜、任務最艱巨、聲望最高、最具權威性的業界龍頭。
水利水電工程建設的特殊性首先表現在工程建築物的特殊性。工業與民用建築到處可以見到基本相同甚至完全相同的建築物,可以部分或全部套用標准設計圖紙。而水工建築物則不然,世界上有成千上萬座水庫大壩,你就很難找到兩座完全相同的大壩。決定大壩的規模、壩型、結構等工程要素的自然條件很復雜,而工程地質條件則是最主要的自然條件之一。水工建築物的第二個特殊性是與水打交道,所承受的主要荷載是水荷載。水利水電工程不允許失事,一旦失事,損失將十分慘重。
水利水電工程建設的復雜性主要表現在工程規模大,專業多,涉及面廣,投資大,工期長,建築物的形式、結構、功能、荷載組合等等都十分復雜,特別是大型特大型水利水電工程更是如此。例如舉世矚目的三峽水利樞紐工程,涉及到中國的政治、經濟、社會、資源、環境、文化等方方面面,你很難找到其它基建工程可以等同於這樣的水利水電工程。因此,水利水電工程地質專業的特殊性與復雜性是由水利水電工程建設的特殊性和復雜性所決定的,同時,工程區自然地質環境的復雜性也決定了這個專業的技術難度。
2.2 實踐性與經驗性
水利水電工程地質的另一特點是強烈的實踐性與經驗性。在中國水利學會勘測專委會1999年度學術研討會上,工程地質界知名前輩專家天津院的李仲春教授語重心長地警示工程界:工程地質這個專業太難了,工程地質決策不是通過計算和試驗所能左右的,很大程度上取決於我們的工程經驗,即是十分成功的工程,也很難證明它既安全可靠又經濟合理。李仲春教授的肺腑之言充分表達了工程地質專業的實踐性與經驗性的深刻含義。
工程地質理論上的任何一項新進展,新方法,新技術,都必須通過大量試驗研究、分析論證和工程實踐的檢驗。例如,近二十年來隨著數理基礎學科和計算機技術的發展,壩基、洞室和邊坡穩定性分析計算的理論和方法有了長足的進展,但是這些計算成果仍然只能是工程設計和決策的一種參考,因此在工程界有一種通用說法:不可不信也不可全信。許多工程實例足以說明採取慎重態度的必要性。有些工程從分析計算上看是安全的,實際上卻出了問題;而另一些工程通過計算認為不安全,但卻安全運行了數十年。因此我們搞工程建設,工程經驗往往又是起決定作用的。
2.3 工程地質問題的長期性與隱伏性
水利水電工程地質的第三大特點:在地質體中留下的工程隱患具有長期性和隱伏性,甚至具有不可預見性。法國Malpasset拱壩失事和義大利Vajont水庫大滑坡,均為水工史上震驚世界的慘痛教訓,其地質隱患在整個勘測設計施工的全過程中沒有絲毫警覺。葛州壩工程壩基軟弱夾層問題導致工程停工,重新補充勘探並對設計進行重大修改。南盤江天生橋二級水電站廠房建在一個古滑坡上,開工後實在施工不下去了,搬出滑坡體後又位於另一個滑坡體的腳下。該電站的引水隧洞工程地質條件更是復雜得令建設者們防不勝防。由於地質體中留下的工程隱患造成的工程事故,輕則修改設計,重則工程報廢,或造成生命財產的重大損失,這樣的例子實在太多,舉不勝數。
2.4 工程地質測不準原理
著名的量子力學測不準原理:「不能同時測准粒子在某一瞬間的速度和位置」。我們不妨借用這個原理來揭示工程地質的一些本質性問題。事實上,地質體中的某些性質的確是測不準的。例如某一組結構面的產狀,你只能用一個區間值來表述,如果僅用一個確定值來表述則肯定不符合客觀實際。又如工程地基岩體的物理力學參數,它只能是一個區間值或統計值,因為地質體中每一點的性質都可能是變化的。地質參數精確到某一個具體數值的時候,千萬不要把它當成是絕對准確的,否則會誤導精確評價的可信性。據此,我們可以將工程地質測不準原理表述為:「地質體的工程性質不可能用絕對准確的參數來確定,它們只能是通過地質測繪、勘探、試驗、分析、統計和經驗判斷後提出一個建議區間值,供設計師根據建築物的性質在這個區間值中選取設計採用值」。近二十年來,概率統計、模糊數學、灰色理論等數理學科廣泛應用於工程地質分析領域,可以說是對工程地質測不準原理的有力支持。有些設計師不能理解地質師為什麼只能提出區間值,而不提出確定的數值,當他們對測不準原理透徹理解之後,這種疑問將會自然消除。3 工程地質的技術進步
工程地質勘察技術近二十年來有了長足的進展。測量、物探、鑽探、試驗等在儀器、設備、新技術、新方法、新手段方面不斷推陳出新,為工程地質提供了強有力的技術依託。由於有了各種新技術的支持,工程地質分析從定性到定量就成為可能。定量分析的新理論層出不窮,在學術界十分活躍。
計算機技術的發展對工程地質來說是一場真正的技術革命,從外業資料收集和內業資料整理的工作程序、工作方法、產品成果、質量標准等等均與傳統的工程地質有較大的差異,應用前景振奮人心。「工程地質計算機應用技術協作網」業已正式成立,必將對工程地質技術進步起到積極的推動作用。工程地質計算機應用主要包括六大課題:①數值計算;②制圖;③資料庫;④文檔管理;⑤專家系統;⑥網路系統。這六大課題既是多年來本專業計算機應用的實踐,也是我們將繼續探討的主要課題,還需要在今後的實踐中賦予新的內涵。
4 工程地質專業的任務與責任
工程地質專業的主要任務是:①選址,選擇在地質條件上相對最優的工程建築地區或場地;②評價,闡明工程建築區或場地的工程地質條件,進行定性和定量的工程地質評價,准確界定工程地質問題;③預測工程建築物興建和運用過程中地質條件的可能變化,為研究改善和治理工程地質缺陷的措施提供依據;④調查工程建築物所需的天然建築材料等。歸納起來的表述:為工程建設提供基礎性和專門性地質資料,為工程選址、建築物設計以及不良地質條件的工程處理提供技術依據,同時對地質環境的變化作出預測。
為了完成以上任務,需要針對工程建築物區進行工程地質勘察和工程地質分析,界定和研究主要工程地質問題。工程地質勘察需要勘察目的明確,工程概念清晰,勘察手段多樣,勘探精度滿足要求。工程地質分析要求方法正確,計算可靠,參數可信,建議措施符合工程實際。工程設計最關心的是建築物地基的工程地質條件和物理力學性質,因此工程地質工作的最終體現是工程地質定性和定量評價。
工程地質專業只對提交給設計採用的地質資料負責,其物理力學參數也僅僅是建議值,不在建議值范圍之內的設計採用值和不適應地質條件的設計方案,地質師不負責。但是,地質師有責任對不符合或不適應地質條件的設計方案提出質疑,對可能存在的工程隱患要與設計師充分交底,對不良工程地質缺陷有責任提出工程處理措施的建議。
一般說來,正規勘測設計院的勘測隊伍,已經過幾十年工程實踐的檢驗,在正常情況下都可以完成以上任務並盡到地質專業的責任。本文以下章節列出的工程地質工作中存在的若干問題,是歸納了筆者從事工程地質工作十多年來的所見所聞,供地質師們分析問題時參考。
5 工程地質工作存在的問題與對策
5.1 工程地質勘察的質量問題
在工程地質勘察過程中,一般問題較多的是工程概念不清,勘探側重點不明確,針對性不強,方法不當,手段落後;工程地質分析工作中所選擇的理論、方法、計算公式等與實際情況有較大出入,其適應條件的物理意義混淆不清;地質報告中基本地質條件不清楚,主要工程地質問題界定不準確或論證不充分,有問題遺漏甚至結論性錯誤;有些地質報告沒有地質結論,也有些工程沒有做多少地質工作就先下結論,極不嚴肅。此類問題往往造成階段性工程審查不能一次性通過,可能延誤開發時機;或者盡管通過了審查,但卻給工程留下了隱患,這種情況的危險性更大。
5.2 相關專業的理解問題
一種情況是地質師對其它專業不理解,這需要加強跨專業的學習。另一類現象是設計施工等相關專業對工程地質的不理解。有的不懂地質卻偏要提出一些不切實際的勘探要求,有的工程由設計人員來布置地質勘探工作;有的設計人員對地質專業知其然不知其所以然,自以為是包打天下,不結合地質條件設計不當;也有的是不尊重自然地質規律,野蠻施工,嚴重破壞地質體的自然結構,造成重大工程事故。所有這些非地質專業的問題,往往在出了問題之後又向地質專業推卸責任,令地質師們不知所雲。工程地質界知名專家學者孫廣忠教授指出:「實際上,在地質工程實踐中脫離地質實際的實例隨手可拾,可以說,地質工程施工中出現事故的絕大部分是設計和施工脫離地質實際的結果,或者是對工程地質條件沒有搞清楚或認識不清的結果,如果離開了地質基礎,則其理論必將脫離地質實際必將作出錯誤的結論」。
潘家崢院士等前輩專家早已強調過地質學水工,水工學地質。足以可見專業之間的交叉滲透問題,早已被專家們的真知灼見道出了關鍵,就看我們作何行動。
5.3 勘測周期不合理的問題
從工程地質勘察到地質報告的提交需要一定的工作周期,這是再簡單不過的道理。但有些工程沒有基礎性的前期投入,一旦要報項目,立即就要求提交地質報告;還有些工程是今天提交了可研報告,明天就提交初設報告。此類情況多為地方性工程,一般國家投資的大型工程出現這種局面的不多。沒有足夠的勘測周期所造成的後果是嚴重的,地質條件不清楚,投資控制不住,施工後修改設計,或由於地質問題造成承包商巨額索賠等等。更可怕的是留下了工程隱患,可能造成重大工程事故。
5.4 規程規范的問題
規程規范的問題較多,甚至產生了一些混亂。水利系統與水電系統的勘測設計階段不一致,規程規范也有區別。歷經十多年的編寫報批,1999年才頒布的國家標准《水利水電工程地質勘察規范》,在勘測程序和新技術的應用方面都已經明顯地落後於時代的發展,一經頒布實施就難以把握。更為令人難以理解的是另一部國標《岩土工程勘察規范》並不完全適合於水利水電工程地質,而建設部的一些工程勘察監督機構則以此為依據對水利水電勘測設計單位實施質量檢查,使勘測單位不得不準備滿足兩種規范的兩套地質報告分別對付審查和檢查。規程規范的修訂和出台周期太長,完全不能滿足工程建設的需要。水利與水電分家之後,對於工程地質這個專業來說其工作性質是一樣的,但卻存在不同的技術標准和勘測程序,這種情況還要繼續下去,需要尋求解決或協調方案。
5.5 人才問題
文革十年造成的人才斷層已經出現。有豐富工程實踐經驗的前輩地質師相繼離崗,各勘測設計院明顯缺地質總工人才,八十年代期間各院比較整齊的地質副院長和院級地質總工,近年來在一些勘測設計院已經相繼斷檔,或後繼無人,或後備人才尚不成熟。勘測行業不景氣,社會地位和經濟地位與工程地質專業不相適應,工作環境、工作條件的局限,人才資源開發機制的問題,擇業行為中的浮躁動機等等,都不同程度地影響著優秀地質師的成長。
高質量高水平的工程地質分析成果,出自於高水平高素質的地質師。有人說二、三年就可以培養出地質專家,實屬無知。要培養出一個具有工程地質分析能力,能夠解決復雜問題的地質師,沒有十年以上的功夫,大量的工程實踐,自身的敬業精神,理論聯系實際,相關學科專業的學習和滲透,是決不可能的。十年樹木百年樹人,在地質師的培養過程中可以充分體現出來。培養優秀地質師的難度可以說遠遠超過培養博士、研究員和教授的難度。
社會的發展和日趨激烈的競爭市場,對地質師素質的要求也將越來越高,最好是跨專業的復合型人才。競爭的實質是人才的競爭。勘測隊伍要走向市場,必須重視高素質人才的培養,重視人才資源的開發。
5.6 技術管理問題
工程地質勘察質量的控制,技術管理是主要環節之一。近年來一些單位提交的勘測設計報告中的地質章節不是地質師寫的,報告的編制人中沒有地質專業負責人,或地質報告沒有院級地質負責人審查把關,報告和圖紙中的錯誤較多。這種情況給總院增加了審查難度,同時也有損勘測設計單位的質量和水平形象,還會延誤工程報批的時機。當然也有上級單位工程審查把關不嚴,助長了這種技術責任心不強的現象。
5.7 其它問題
前期工作投入不夠,有些地方部門長期拖欠勘測經費;體制問題,市場競爭不規范,非水利水電勘測單位從事水利水電勘測工作存在工作方法、技術要求和工程地質評價等方面的差異;勘測工作經費仍然按落後的實物工作量計算,造成多勘探多爭錢,地質分析多出力多賠本的事實上的不合理現象,長期以來得不到解決。勘測技術的科技含量低,新技術新方法投入少,不能滿足現代工程技術發展的要求。
5.8 今後十年將進入工程事故的高發期
鑒於對以上若干問題的擔憂,今後十年有可能是我國水利水電工程事故的又一個高發期,這一悲觀性預測有些危言聳聽,但願不要成為被不幸言中的事實。
5.9 解決問題的對策
解決問題首先要分清責任。規程規范和部分技術管理方面的問題應該由總院負責;勘測周期不合理,前期工作投入不夠等問題應該是地方部門或者計劃部門負責;質量、人才、相關專業的協調等問題自然應該由勘測設計單位負責;其它問題大家都有責任,但主要還是取決於大環境。
責任分清楚了,落實到要有人來抓,所有問題雖然我們不敢說都能很好地得到全面解決,但至少可以前進一大步。最可怕的是大家都在暢談必要性重要性,結果都是紙上談兵,沒有實際行動。筆者在這里也就是誇誇其談而已,不可能提出可以操作的具體解決方案,這種方案也不該我們提,該誰提?當然應該是誰負責抓,誰就提方案追落實精指揮勤檢查,最終歸結到誰領導的關鍵問題上。到此為此,我們的對策就算出台了。
其實,我們這里列出來的眾多實際問題,本質上和深層次的是體制和機制問題,需要通過改革才能從根本上解決。隨著勘測設計市場化進程的加快,新技術與舊管理的沖突,老觀念與新思想的交鋒,既是矛盾又是改革的動力,這是不難理解的。
6 工程地質要抓住機遇迎接挑戰
汪恕誠部長曾經講話強調:「不能老修改設計,因為搞招投標尤其是國際合同,修改設計就意味著被索賠」。少修改或不修改設計,是對工程地質提出的更高要求。基本地質資料不準,修改設計就是必須的。高標准嚴要求就是挑戰和機遇。
人類社會的進步與發展,實際上又是一部人與自然相互協調和相互影響的壯麗史詩。以前我們把人與自然的關系當成是與天斗與地斗的斗爭關系,實踐證明,人與大自然斗爭的結果,雖然取得了一些局部性的小勝利,而大自然反過來對人類的懲罰卻是災難性的。人類的每一次產業革命,無不與工程建設有直接關系,與地質環境有直接或間接關系。建國以來,我國的基本建設此起彼伏,水利水電工程建設從無到有,新一輪的建設高潮正在興起。在多專業組成的基建隊伍這個龐大樂團中,地質師要起到指揮和首席演奏家的作用,甚至還要擔負起獨奏華彩樂章的作用。
盡管工程地質學科正在經歷著前所未有的挑戰,工程地質工作也存在著這樣那樣的問題和難題,然而這更是機遇。抓住機遇迎接挑戰,順應自然,保護環境,防止災害,造福人類,是工程地質學家和地質師的艱巨任務和不可推卸的責任。主要參考文獻:
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