工程地质读书报告主题
㈠ 工程地质的内容简介
本书为高等学校土建类专业应用型本科系列教材之一。全书共分9章:绪论中阐述了工程地质学的任务及研究方法,工程地质学在工程建设中的作用等;第2~5章讲述了地质基础知识和基本理论,包括岩石、矿物、地质构造,第四纪沉积物与地貌,地下水等;第6~9章讲述了工程地质问题,包括简要分析滑坡、崩塌、岩溶、泥石流等主要不良地质现象及其防治.系统介绍了工程地质勘察的目的、任务、方法以及报告的编写,同时给出了实例,讲述了工业与民用建筑、道路与桥梁建设、地下与隧道建设、港口工程中的主要岩土工程问题,介绍了环境工程地质问题。每章结束附有小结及学习指导、思考题,旨在培养学生了解、掌握工程地质学的基本理论知识。提高学生分析问题、解决问题及创新的能力。
㈡ 如何阅读工程地质勘察报告中的各种符号
看建筑基础地基设计规范
㈢ 工程地质勘察报告有哪些重要的内容呢
1、工程地质勘抄察报告是进行规划、设计、施工必不可少的基本依据,对工程建设的经济效益有着直接影响。勘察成果要正确反映客观地形、地质情况,确保原始资料的准确性,结合工程具体特点和要求提出明确的评价、结论和建议。
2、建设单位应在新建工程定点后,委托有资质的地质测绘(勘察)单位,对工程的地质进行勘察,其工程地质勘察报告中一般应包括以下内容:
(1)概述。
(2)场地描述及地下水。
(3)地层分布。
(4)工程地质条件评述。
同时,应附以下图表:
(1)钻孔平面布置图。
(2)地质岩性剖面图。
(3)地质柱状图。
(4)地质柱状及静探曲线图。
(5)土壤试验成果汇总表。
(6)土壤压缩曲线图。
(7)土壤剪力试验成果。
3、竣工资料中工程地质勘察报告应为原件。
㈣ 工程地质学的发展展望
21世纪可以预计的大型工程建设,如跨流域的调水工程、大型水电工程、深部露天采矿工程、地下工程、海洋工程等,其可能发生的复杂的工程地质问题,从理论到设计、施工实践,从预测到防治,需要我们作为重要研究方向,在原有认识和经验的基础上,进一步去创新发展,与其它多学科联合攻关。
(1)岩、土体工程地质力学的理论方法体系还应进一步发展
工程地质力学具有我国的特色,并在工程实践中获得了广泛的应用。研究岩、土体稳定性中的关键问题,如节理面的各种工程地质特性,区域构造应力场和工程区实测点地应力场的研究,岩体稳定性的时间尺度,根据岩体变形破坏的实例建立“地质模型”等(孙玉科)。此外还应进行工程地质技术的开发研究,包括地质探测技术,岩组物理力学测试技术,岩体变形观测技术和变形破坏模拟实验技术等。
(2)环境工程地质将获得迅速的发展
目前大型工程建设涉及的环境工程地质问题很多。如大型露天开采,地下开挖,深埋长隧道工程,大型水利枢纽,地下硐室,城市垃圾的处置和卫生填埋工程等的建设,就遇到前所未有的更复杂情况。如深埋长隧道工程的开挖,需要查明其所遇到的地质灾害问题的形成条件和发生机理,作出科学的评价预测。大型水域水岩相互作用导致水库诱发地震、库岸崩滑、大坝溃决、水库淤积、大面积环境恶化等问题。水库诱发地震产生的可能性及发震强度的预测难度较大。现中国学者建立了两种震级预测的神经网络模型,具有较高的预测能力。新的动向是引入突变理论,分析水库诱震机制,建立诱震的充要条件判据和地震能量的表达式,提出断层带弱化和岩体软化效应诱震的新假说。
当前环境工程地质的研究又进一步延伸向环境地质工程,即主要研究解决和处理地质环境问题的假说和方法。90年代国际环境地质工程的热点领域是各国城市化和资源开发中固体、液体、气体废弃物的排放、填埋处理以及与城市工程建设有关的环境工程问题研究。总体来说,环境工程地质还有些基本问题,如工程环境影响场问题,工程建筑的适应度与环境灵敏度之间关系问题,环境容量问题,监测技术、环境综合分析及反信息技术等问题的研究还有待深入。
(3)区域地壳稳定性的研究
目前应进一步加深对影响和制约稳定性因素的认识。如何分析、确定和量化这些因素,直接关系到区域地壳稳定性评价由定性到定量方向发展的问题。近来有用分数维理论描述断裂和地震的分形结构,耗散、浑沌和协同学等用以描述地壳结构及其动态之自组织过程及探讨其内部的相关性。但这些探索尚处于初始阶段。此外在技术方法方面,应大力开展深部探测、监测、遥感、计算机、制图技术和深部地应力测试技术等应用研究,提高区域地壳稳定性诸因素的时空变化的量测精度。
工程地质学发展至今日,需要与现代系统科学理论思维相结合,尤其是非线性科学对于工程地质学的提高和发展具有重要意义。黄润秋根据系统科学原理结合工程地质的应用与实践,提出了工程地质问题的系统分析原理。应用这些原理可以建立地质过程的机制分析-定量评价,建立过程地质模型和模拟再现,建立过程地质分级、分类系统,认识过程地质体(或环境)和人类活动相互作用,认识灾害地质作用发展过程,描述地质体复杂的结构和工程地质问题过程,研究过程预报等。在工程地质学拓展到地质工程的新领域时,做好施工监测与信息反馈,这就是以监控-反馈原理为核心指导思想的“信息化施工”。总之,系统科学的引入,必将把传统的工程地质学推向新的阶段和新的水平。
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㈤ 工程地质的图书目录
1绪论
1.1地质学与工程地质学
1.2工程地质学的任务和研究方法
1.3工程地质学的分类
1.3.1工程岩土学
1.3.2工程地质分析学
1.3.3工程地质勘察学
1.3.4区域工程地质学
1.3.5环境工程地质学
1.4工程地质条件与工程地质问题
1.4.1工程地质条件
1.4.2工程地质问题
1.5工程地质学在土木工程建设中的作用
1.6本课程学习要求
本章小结与学习指导
思考题
2地质作用与地质构造
2.1地壳结构
2.2矿物
2.2.1 矿物的物理力学性质
2.2.2主要造岩矿物
2.3地质年代
2.3.1地质年代的表示方法
2.3.2 时间地层单位与地质年代表
2.4地质作用
2.4.1地质作用与分类
2.4.2外力地质作用
2.4.3内力地质作用
2.5地质构造
2.5.1地层与岩层产状
2.5.2水平构造与倾斜构造
2.5.3褶皱构造
2.5.4断裂构造
2.5.5新构造运动与活断层
2.6第四纪地质与地貌
2.6.1第四纪地质
2.6.2地貌
本章小结与学习指导
思考题
3土的工程地质性质
3.1土的成因类型
3.1.1 残积土
3.1.2坡积土
3.1.3洪积土
3.1.4 冲积土
3.1.5海相沉积物
3.1.6湖泊相沉积物
3.1.7冰碛土
3.1.8风积土
3.2土的物质组成及工程分类
3.2.1 土的物质组成及结构构造
3.2.2土的工程分类
3.3特殊土的主要工程地质性质
3.3.1软土
3.3.2湿陷性黄土
3.3.3膨胀土
3.3.4 红粘土
3.3.5 冻土
本章小结与学习指导
思考题
4岩体的工程地质性质
4.1岩体结构与地质特征
4.1.1岩体结构概念
4.1.2结构面
4.1.3 结构体
4.1.4岩体结构的类型
4.1.5岩体的地质特征
4.2岩块的工程地质性质
4.2.1 岩块的物理性质
4.2.2岩块的水理性质
4.2.3岩块的力学性质
4.2.4影响岩块工程地质性质的因素
4.3结构面特征及力学性质
……
5 地下水
6 不良地质现象及防治
7 工程地质勘察
8 工程建设中主要工程地质问题
9 环境工程地质
参考文献
㈥ 环境地质学的研究主题
(一)关于环境地质学研究内容的若干提法
自1964年美国伊利诺伊州地质调查所学者James E.Hackett撰文讨论都市土地规划问题时提出“环境地质学(Environmental Geology)”一词,至今已过去了40余年。他的观点,即“环境地质学是研究和使用地质学达到协调和完善状态的一个新方法”已逐渐淡出,但“环境地质学”一词则沿用至今,且成为一门新兴学科的名称一直被地学界所采用。
几十年来,有关环境地质学的定义和内涵的讨论始终没有间断。
1968年,W.J.Wayne认为:“在城市中心及靠近城市的地区,人类环境地质已变得更为重要。城市地质学已和环境地质学成为同义词了。”1969年,P.H.Moser指出:“环境地质学是运用地质学、水文地质学、工程地质学、地球物理学及其有关学科的原理,研究人类周围环境,更有效地利用天然资源的一门学科。”1970年,P.T.Flawn指出:“环境地质学是研究土地为人类所应用的全部范围,包括城市、农村和未来开发的原始地区,包括自然资源的位置及开发、废物处理、块体运动及构造运动两者对建筑物的影响,以及岩土物质成分的细微变化对人类健康的影响。”进入20世纪80年代,EdwardA.Keller在他所著的《环境地质学》中阐述了关于环境地质的七个基本概念(观点),并指出“当我们探索环境问题的本质时,环境地质学跨学科实质的重要性显而易见。大多数项目是复杂的并包括许多不同的方面,可概括为三类:物理的、生物的、人类利用及人类利益的”。此后,他于1998年进一步明确,“环境地质学是一门应用地质学,主要研究人与自然环境之间相互作用的各个方面”。
与此同时,我国学者也就环境地质学的内涵发表了各自的看法。1980年,刘东生和万国江等指出:“环境地质学是研究人类活动和地质环境相互作用的学科,是地质学的一个分支,也是环境地学的组成部分。”1983年,胡海涛和钟立勋指出:“环境地质学是应用地质学的基本原理,研究人类工程-经济活动与地质环境之间的相互作用,预测天然及人为地质作用的发生、发展规律,从而制订改造、利用和保护地质环境的规划、措施、方案,达到防止或减轻地质灾害,保护及改善地质环境质量的目的的一门综合性地质学科。”1995年,陈梦熊在《环境地质学理论基础与研究领域》一文中明确指出:“环境地质学是地质科学中一门新兴的属于应用地质学范畴的一个分支学科,它是一门综合性很强,以研究人-地关系为主,介于地质科学与环境科学之间的一门边缘学科或综合性学科。”1991年张宗祜提出,环境地质学应当是研究人类技术活动与地质环境相互作用影响的学科。此外,李鄂荣、朱大奎、潘懋、段永侯、徐增亮、戴塔根、哈承祐等学者也撰文或在教科书中阐述了一些很有见地的看法,此处不再一一介绍。
持上述观点的学者来自多个领域,其中既有从事理论研究的,也有从事工程技术或技术管理部门的学者和专家;有环境科学界的人士,也有地学界包括地质学、地理学,尤其是水文地质、工程地质专业的人士。他们的观点基本反映了目前国内外学术界对环境地质学的理解和主流。不应忽视的是,学术界也有反对的意见,如G.B.Oakeshott(1976)认为,环境地质是一个荒谬名词,又说“所有地质学都是环境的”。这些声音虽小,但也从另一个侧面反映出环境地质学在吸纳其他学科营养的过程中,一些概念、术语的缜密推敲还需进一步完善。即使持赞同意见的学者内部也存在某些分歧。其中一个较突出的问题是:环境地质学究竟是一门应用性的或定位于工程技术层次的学科,还是具有科学与技术一体化的基本特征。关于这个问题将在绪论的第三部分讨论。此处仅围绕上述各家观点中取得共识的问题———环境地质学的研究主题展开。
(二)环境地质学的研究主题
环境地质学研究的主题可以用一句话来概括,即研究人与地质环境的关系,简称人-地关系,包括:①地质背景、地质作用及其过程对人类的意义和影响;②人类活动引起的地质环境变化的地质学基础及社会学问题;③如何协调人与地质环境的关系。
1.地质背景、地质作用及其过程对人类的意义和影响
在人-地关系中,地质环境对人类的意义和影响可以从以下两个方面认识:
(1)地质环境是资源的提供者
地质资源包括土地资源、水资源、矿产资源和景观资源。它们是人类生存发展所必需的物质基础。
土地资源 主要构成物是岩石和土壤。土壤是农、林、牧业利用的对象。它是岩石风化形成的母质,经生物化学作用形成的松散基质。其形成过程与内、外动力地质作用有着紧密联系。内动力地质作用可以将地下岩层抬升到地表附近,提供成壤的母质。外动力地质作用则对土壤的最终形成起到关键作用,一方面决定了土壤的形成速度、熟化程度;另一方面也通过水力、风力的侵蚀、搬运和堆积,改变着土壤的质地及分布,从而影响作物的产量及植物群落的结构特征。此外,地表和地下空间是人工建筑物的依附对象,土地规划、城市化发展都是在这个空间上展开的。所以它们也是土地资源的一种,是地质背景的一个重要功能。
水资源 就现在普遍接受的观点而言,水资源主要指地表水、地下水。长远来看,土壤中赋存的非重力水以及活跃在近地表大气中的水分都可能成为被利用对象。无论哪种水都纳入水文循环之中,它们的形成和分布除与大气活动有关外,地形、地貌、地层及地质构造都会影响水资源,特别是地下水的水量、水质和时空分布。
矿产资源 包括金属矿产、非金属矿产、矿物燃料等,都可以视为地质作用的直接产物。有的是在内动力地质作用下形成的;有的与外动力地质作用有关;还有的是两种地质作用综合作用的结果。
景观资源 在这里主要是指具有地学研究价值和可供人们参观游览的自然地质遗迹、自然地貌景观,它们同样是地质作用的产物。
对于这些资源,有人认为可以根据它们的形成速度与人类对它的消耗速度是否平衡,划分为可再生资源和不可再生资源。事实上,这种划分不是绝对的,而是反映了人们在人与资源关系上的一种思考。例如土地资源,当成壤速度大于土地养分消耗及水土流失速度时,土地的适耕性是可持续的。反之,土地向贫瘠化、沙化或石漠化方向发展,失去利用价值。又如水资源,在开发利用量小于流域产流量时,水文循环可以不断补充消耗的水量,使之用之不竭。若开发利用过量,水资源就会越来越少。正因为如此,有人将上述两种资源列入可再生资源,有人则认为它们在一定使用限度内是可再生资源,超过限度则属于不可再生资源。矿产资源是在漫长的地质历史时期形成的。由于地质循环不断进行,成矿过程仍在继续,不过完成其过程需要长达数万年甚至更长的时间,如煤、天然气,与人类采掘的速度相比,显然处于“透支”状态。另外一种考虑是,地球的演化、地质环境的变迁是不可逆过程,就某一特定地区而言,矿产资源一旦开采殆尽,在此地区不会再生,所以,一般将矿产资源视为不可再生资源。
如果说前面论及的资源再生性考虑的是数量平衡问题,那么,景观资源则注重形貌的独特性。其形成与地质作用关系密切,是特定地质演化过程在特定时空上留下的景观“片段”,一旦破坏,难以修复,几乎就再也找不到相似的景象了。所以,一般将其归入不可再生资源。
(2)地质环境是人类的家园
地球浅表特别是位于陆地表面的地质环境,是人类生存、繁衍、生息和从事各种生产活动的场所,它是人类的家园。
在这个空间中,地质作用十分活跃,从不停息。水流、风力、重力的侵蚀、搬运、堆积作用,驱动岩石、水盐等物质运动,使地表浅层物质处于不断重新分布的过程,地表形貌也一再重塑。与此同时,构造运动、岩浆活动、地震等也可以把地球深部物质、能量释放到地球表层,使沧海化为桑田,高山沦为低地。一些大规模的造山运动,还会引起气候和生态的变化。
地质作用导致的环境效应,有的对人有益,为人类提供了得天独厚的生存场所,促进人类从茹毛饮血、择水草而居的原始文明发展到大工业生产的现代文明;有的也会给人类带来危害和灾难,地震、火山、海平面上升、荒漠化等不仅导致地球上一些光辉灿烂的古老文明消失、湮灭,而且还给人的生命财产造成损失,甚至使富饶的土地变为不适宜人类居住的地方。不论人类是否愿意,地质作用及其地质过程始终伴随着我们。从这个角度上看,人类的历史不仅仅是一部与自然斗争的历史,还是一部学习如何利用、尊重自然的历史。
2.人类活动引起的地质环境变化及其对人类的影响
人作为生物界中的一个种群(人科)是地球演化到某一特定阶段的产物。人类将水、岩石、土壤和其他生物作为自己生存发展的物质基础,同时又通过劳动改造着周围的岩土、水、生物条件。人类与自然的这种关系是地质环境概念形成的客观背景。可以说,地质环境是人类出现后才有的,没有人类也就无所谓地质环境,地质环境的演化必然与人类活动紧密相联。
科学与技术的进步,使人类由原始游牧文明走向农耕文明和现代工业文明,在此过程中,人类干预、利用地质环境的能力日趋强大,获得的利益也十分丰厚。然而,随着人类活动的范围和作用强度的急剧扩大,其消极面也逐渐暴露出来。过分强调人的能动性,夸大驾驭自然的能力,忽视人在自然面前的受动性和依赖性,从而导致科技手段的滥用和误用,这正是近几十年来人-地关系失调、地质环境问题层出不穷的重要原因之一。
地质体始终处于发展演化之中,在自然力的驱动下有其天然的演化规律。当人类作用达到一定程度,并成为不容忽视的新地质营力时,情况将发生改变,地质体的演化将由自然力和人类的力量共同决定,尽管在活动过程中人类获得了想要得到的东西,但付出的环境代价也是十分惊人的。
有资料表明,到20世纪末,全球每年人为移动岩土物质的量级已高出自然过程的4~5倍。大量的岩土挖掘和弃置,改变了许多地区的地形、地貌、浅表岩土体的原有受力状况,甚至诱发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的频繁发生。例如我国福建省,截至2001年,全省已查明的滑坡803处、崩塌点329个,其中与人为移动岩土物质有关的分别占到87%和84%,这足以说明人类活动的巨大影响。其次,挖掘或弃置岩土可使土壤层丧失或掩埋,可耕地数量和质量明显下降。目前我国每年有数十万公顷的耕地被城乡建设占用,煤矿开采破坏的土地也高达数万公顷,加上其他原因,我国每年减少耕地约145万公顷。近40年来,我国耕地减少总量相当于一个法国或两个英国或四个日本的国土面积。全国有666个县低于联合国粮农组织规定的人均0.8亩(约合667m2)耕地的警戒线。这种状况将严重威胁到我国的粮食安全。
过度开发利用水资源也会影响地质环境的质量,还可能间接影响陆地水文和生态过程。2004年我国水资源总量为24130×108m3,不计发电、航运、养殖等用途,年供水量为5548×108m3,占水资源总量的23%,尚属安全用水范围。目前国际上的通用标准为水资源利用率不应超过总量的25%~40%,否则就会出现资源短缺和生态环境问题,但在许多地区这个界限早已突破。例如,河北平原目前地表水调蓄工程控制的水量已占河川径流的70%以上,地下水开采量接近119×108m3/a,占地下水补给资源的124%,储存资源累计消耗已达350×108m3。由于天然产水能力与人工取用强度严重失调,地下水动力场、水化学场、温度场和应力场都发生了变化,最终导致河流干涸、水质恶化、地面沉降开裂、海水入侵、生态退化等日益突显的地质环境问题。
在短期经济利益的驱动下,资源的过度、无序开发利用必然引起地质环境的紊乱,甚至导致人们未曾料到的生态失衡和灾难的发生。地质环境的宏观变化是不可逆的,如果人类失去了预见和自制的能力,在享受眼前利益的同时,所造成的环境恶化也正为人类铺就着一条不归之路。正如美国海洋生物学家RachelCarson在《寂静的春天》一书中所指出的,不是敌人的活动使这个受害的世界生命无法复生,而是人们自己使自己受害。这一哲理同样适用于人-地关系的思考。
3.人与地质环境的协调发展
人类不能完全控制自然,也不可能按自己的意愿再造自然。人与自然的区别在于,人类的活动是追求功利和有目的性,而自然活动没有思想,没有功利,没有目的性,只受客观规律的支配。因此,所谓的人-地关系的协调发展,不应理解为双方对话、妥协的过程,而是人类对自己提出的行为约束或自律要求,或者说是基于人们对自身当代和长远利益的深入思考而提出的可持续发展理念,其核心是遵循客观规律。
尊重客观规律是人类与自然打交道时必须严守的准则,自然资源的开发利用和灾害的防范也是如此。人们开发利用自然资源之所以能够达到预期的目的,首先是因为人们了解资源的成生、分布规律,其次是懂得运用相应的技术手段和策略顺应客观规律。然而,这只是问题的一个方面,随着开发利用活动的进行,原来的地质条件会因人为的扰动发生改变,某些因素的活动受到抑制,另外一些因素变得更为活跃,于是有可能使地质环境问题加剧或引发新问题。如果透过人为作用这一表面现象,可以看出,地质环境问题的出现仍是客观规律使然,有其发生、发展的自然基础。目前,地质环境问题层出不穷的根本原因或许正在于人们忽视了后者。
人口、资源、环境和社会经济发展之间的多重关系是人-地关系的客观表现。四者运动方式的失当和比例失调,是加剧人-地关系矛盾的原因所在。理顺这些关系,构建良性互动的统一整体,即人-地关系协调发展的地质环境系统,不仅仅是人-地关系理论研究的最终落脚点,也是环境地质学研究的永恒课题。
构建人-地关系协调发展的地质环境系统,必然会涉及观念的转变,思维方式的变革和决策科学方法的合理运用。为此,需要注意以下三点。
(1)地质资源开发利用与地质环境保护的协调
地质资源的开发利用是地质环境异常变化的触发器。为了避免矿产资源、土地资源、水资源开发利用带来严重的地质环境负效应,必须首先调查、阐明地质体在自然条件下固有的规律性,然后分析或预估资源开发利用时地质体的响应及其可能的不利后果,据此提出调控资源开发利用的方案,以达到资源与环境两者均可接受的满意结果。鉴于近几十年来我国经济高速发展遗留下大量的地质环境问题未能及时解决,现阶段更应强调地质环境保护的重要性,把地质环境问题的综合治理,尤其是地质灾害的防治工作放在举足轻重的地位,而不能单纯追求经济的快速增长。对那些附加值低且地质环境后遗症大的资源开发与利用方式,必须加以严格限制,对已在运行的工程活动,应按《中华人民共和国循环经济促进法》的要求,尽快实现清洁生产、废物资源化的良性发展。
(2)局部性地质环境与全局性地质环境的协调
地质环境系统中岩、土、水、气的运动是一个有机联系、相互制约的统一整体,其中某一要素或某一局部地段受到人为活动的强烈干扰,其响应可波及整个系统。有的学者把地质环境系统的局部与整体的关联,形象地称为超距性。意指在地质环境的某一局部施加影响后,其产生的后果在空间、时间乃至应用领域上均有超远距离传递的特征,且通过因果链,产生“多米诺骨牌效应”,最终产生事前未曾预料的后果。因此,地质环境的质量评价不能只注意局部地段现状条件分析,更要注意其超距性的影响,把眼光放大到全局、长期,尽量包括一切可能的领域。
(3)人际关系中资源分享权力与地质环境保护义务的平衡
由于不同地域、不同行业的人们共享的可能是同一个地质环境系统,一旦其运行格局发生变化,便涉及不同人群利益的再分配过程。如果权利与义务不对等,不仅会加剧矛盾,影响社会的稳定和谐,而且在经济利益的驱动下,必然会刺激资源开发利用的过度进行,造成混乱和无序的局面。因此,人际利益关系的调整是实现人-地关系协调发展,保护地质环境的重要的途径之一。正如有些学者所指出的,解决地质环境问题不仅仅是科学技术工作者的任务,也是全社会共同应对的挑战。从某种意义上来说,社会的改革包括经济目标、社会结构和民众意识的转变,最终是实现人们分享资源的权利与地质环境保护义务两者的平衡。
㈦ 工程地质学的主要内容(作者:石证明)
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㈧ 工程地质的研究内容
工程地质研究的主内容有: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。随着大规模工程建设的发展,其研究领域日益扩大。除了岩土学和工程动力地质学、专门工程地质学和区域工程地质学外,一些新的分支学科正在逐渐形成,如矿山工程地质学、海洋工程地质学、城市工程地质及环境工程地质学、工程地震学。
1工程地质与岩土工程的区别工程地质是研究与工程建设有关地质问题的科学(张咸恭等著《中国工程地质学》)。工程地质学的应用性很强,各种工程的规划、设计、施工和运行都要做工程地质研究,才能使工程与地质相互协调,既保证工程的安全可靠、经济合理、正常运行,又保证地质环境不因工程建设而恶化,造成对工程本身或地质环境的危害。工程地质学研究的内容有:土体工程地质研究、岩体工程地质研究、工程动力地质作用与地质灾害的研究、工程地质勘察理论与技术方法的研究、区域工程地质研究、环境工程地质研究等。岩土工程是土木工程中涉及岩石和土的利用、处理或改良的科学技术(国家标准《岩土工程基本术语标准》)。岩土工程的理论基础主要是工程地质学、岩石力学和土力学;研究内容涉及岩土体作为工程的承载体、作为工程荷载、作为工程材料、作为传导介质或环境介质等诸多方面;包括岩土工程的勘察、设计、施工、检测和监测等等。由此可见,工程地质是地质学的一个分支,其本质是一门应用科学;岩土工程是土木工程的一个分支,其本质是一种工程技术。从事工程地质工作的是地质专家(地质师),侧重于地质现象、地质成因和演化、地质规律、地质与工程相互作用的研究;从事岩土工程的是工程师,关心的是如何根据工程目标和地质条件,建造满足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分,解决工程建设中的岩土技术问题。
2工程地质与岩土工程的关系虽然工程地质与岩土工程分属地质学和土木工程,但关系非常密切,这是不言而喻的。有人说:工程地质是岩土工程的基础,岩土工程是工程地质的延伸,是有一定道理的。工程地质学的产生源于土木工程的需要,作为土木工程分支的岩土工程,是以传统的力学理论为基础发展起来的。但单纯的力学计算不能解决实际问题,从一开始就和工程地质结下了不解之缘。与结构工程比较,结构工程面临的是混凝土、钢材等人工制造的材料,材质相对均匀,材料和结构都是工程师自己选定或设计的,可控的。计算条件十分明确,因而建立在材料力学、结构力学基础上的计算是可信的。而岩土材料,无论性能或结构,都是自然形成,都是经过了漫长的地质历史时期,在多种复杂地质作用下的产物,对其材质和结构,工程师不能任意选用和控制,只能通过勘察查明,而实际上又不可能完全查清。岩土工程师不敢相信单纯的计算结果,单纯的计算是不可靠的,原因就在于工程地质条件的不确知性和岩土参数的不确定性,不同程度地存在计算条件的模糊性和信息的不完全性。因而虽然土力学、岩石力学、计算技术取得了长足进步,并在岩土工程设计中发挥了重要作用,但由于计算假定、计算模式、计算方法、计算参数等与实际之间存在很多不一致,计算结果总是与工程实际有相当大的差别,需要进行综合判断。
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工程地质学是世纪才建立和发展起来的一门地球科学。工程地质专业在工程建设中具有十分重要的位置。工程地质工作的质量,对工程方案的决策和工程建设的顺利进行至关重要。由于地质问题引起的工程事故时有发生,轻则修改设计延误工期,严重时造成工程失事给人民生命财产带来重大损失。近年来,工程地质勘察质量有下滑现象,工程地质分析不够深入,有的甚至出现工程地质评价的结论性错误。今后十年,将有可能成为水利水电工程建设的又一个事故高发期。工程地质对地球环境的保护要发挥重要作用。工程地质面临着新的机遇和挑战。关键词 。
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工程地质对于工程师来说并不陌生。然而,由于人类工程活动引起地质环境的改变,工程地质问题造成工程建设的被动与失败的若干实例证实,许多人对工程地质又是陌生的。
人类历史刚刚翻开新千年新世纪的第一页,一场以高新技术为前导的产业革命却早已开始了,工程地质学科必将在这场革命中获得新生。当然,我们更应该看到技术的每一次革命性进步,都伴随着矛盾与冲突,特别是体制和机制问题,是生产力与生产关系的相互作用,需要协调与适应,改革就成为必然。
当前,工程地质学科正在经历着前所未有的挑战,工程地质专业正面临着新的发展机遇。人类与自然的关系不是斗争而是相互作用和相互影响;人类工程活动不是改造自然而是如何顺应自然。人类赖以生存的地球环境问题,工程地质学家和地质师都要认真关注,并勇敢地承担起应尽的职责。
1 工程地质学科的起源与发展
工程地质学是研究人类工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门地球科学。20世纪初,为了适应兴建各种工厂、水坝、铁路、运河等工程建设的需要,地质学家开始介入解决工程建设中与地质有关的工程问题,不断地进行着艰苦的工程实践和开拓性的理论探索,首次出版了“工程地质学”专著,工程地质学开始成为地球科学的一个独立分支学科,工程地质勘察则成为工程建设中不可缺少的一个重要组成部分。二次世界大战以后,全世界有了一个较为稳定的和平环境,工程建设的发展十分迅速,工程地质学在这个阶段迅速成长起来了。经过半个多世纪的工程实践和理论探索,工程地质学大为长进,内涵和外延都焕然一新,成为了现代科学技术行列中的重要分支学科。
中国的工程地质事业在解放前基本上是空白,建国后才有了长足的进步和发展。50年代初开始引进苏联工程地质学理论和方法,走过了我们自己的工程实践和理论创新的辉煌历程,形成了有自己特色的工程地质学体系。特别是在水利水电行业,举世瞩目的三峡、小浪底等特大型水利枢纽工程的开工建设,澜沧江、红水河、雅砻江、乌江、黄河等大江大河众多大型梯级水电站的兴建,以及若干正在开展前期工作的其它水利水电工程,充分积累了在各类岩性地区和各种复杂地质条件下进行地质工作的丰富经验,建立了一套比较完整的工程地质勘察规程规范。重大工程建设不断地将数理学科的新成就和高新技术及时吸收进来,极大地丰富了工程地质学科的内容,有力地促进了工程地质学科的发展,使我国工程地质学达到现代科技水准,逐渐成为国际工程地质界的重要成员之一。
今天,工程地质专业学科的内涵已经远远超出了传统工程地质定性描述和定性评价的范畴,发展成为集多种勘探手段去获取基础性地质资料,并对这些资料进行归类汇总、整理分析、定性评价、定量评价、地质预测、工程措施的建议等等既特殊又复杂的综合性专业。任何一个成熟的设计师,都会清楚地意识到工程地质专业在工程设计中的重要位置。无数重大工程成败的实例足以证明工程地质专业在工程建设中的权威性。
在学术界,有国际工程地质学会,国内的中国地质学会、中国水利学会和水力发电工程学会等全国性学术组织都专门设立有工程地质专业委员会,水利水电行业中全国性的学术组织还有“水利水电工程地质信息网”。此外,全国性的勘测技术协会主要还是工程地质专业。这些学术组织为我国各行各业的工程建设作出了重大贡献,发挥了巨大作用。
2 水利水电工程地质的特点
2.1 特殊性与复杂性
在水利水电、电力、工民建、交通、港航、航天、航空、地矿、市政建设等等凡是存在土建工程,要与地质体(地基)打交道的行业,都有工程地质专业,因此,我们称工程地质专业是工程建设的基础性专业,是不必争议的。由于水利水电工程建设自身的特殊性和复杂性,使得水利水电工程地质又是所有这些不同行业的工程地质专业中涉及面最广、问题最复杂、任务最艰巨、声望最高、最具权威性的业界龙头。
水利水电工程建设的特殊性首先表现在工程建筑物的特殊性。工业与民用建筑到处可以见到基本相同甚至完全相同的建筑物,可以部分或全部套用标准设计图纸。而水工建筑物则不然,世界上有成千上万座水库大坝,你就很难找到两座完全相同的大坝。决定大坝的规模、坝型、结构等工程要素的自然条件很复杂,而工程地质条件则是最主要的自然条件之一。水工建筑物的第二个特殊性是与水打交道,所承受的主要荷载是水荷载。水利水电工程不允许失事,一旦失事,损失将十分惨重。
水利水电工程建设的复杂性主要表现在工程规模大,专业多,涉及面广,投资大,工期长,建筑物的形式、结构、功能、荷载组合等等都十分复杂,特别是大型特大型水利水电工程更是如此。例如举世瞩目的三峡水利枢纽工程,涉及到中国的政治、经济、社会、资源、环境、文化等方方面面,你很难找到其它基建工程可以等同于这样的水利水电工程。因此,水利水电工程地质专业的特殊性与复杂性是由水利水电工程建设的特殊性和复杂性所决定的,同时,工程区自然地质环境的复杂性也决定了这个专业的技术难度。
2.2 实践性与经验性
水利水电工程地质的另一特点是强烈的实践性与经验性。在中国水利学会勘测专委会1999年度学术研讨会上,工程地质界知名前辈专家天津院的李仲春教授语重心长地警示工程界:工程地质这个专业太难了,工程地质决策不是通过计算和试验所能左右的,很大程度上取决于我们的工程经验,即是十分成功的工程,也很难证明它既安全可靠又经济合理。李仲春教授的肺腑之言充分表达了工程地质专业的实践性与经验性的深刻含义。
工程地质理论上的任何一项新进展,新方法,新技术,都必须通过大量试验研究、分析论证和工程实践的检验。例如,近二十年来随着数理基础学科和计算机技术的发展,坝基、洞室和边坡稳定性分析计算的理论和方法有了长足的进展,但是这些计算成果仍然只能是工程设计和决策的一种参考,因此在工程界有一种通用说法:不可不信也不可全信。许多工程实例足以说明采取慎重态度的必要性。有些工程从分析计算上看是安全的,实际上却出了问题;而另一些工程通过计算认为不安全,但却安全运行了数十年。因此我们搞工程建设,工程经验往往又是起决定作用的。
2.3 工程地质问题的长期性与隐伏性
水利水电工程地质的第三大特点:在地质体中留下的工程隐患具有长期性和隐伏性,甚至具有不可预见性。法国Malpasset拱坝失事和意大利Vajont水库大滑坡,均为水工史上震惊世界的惨痛教训,其地质隐患在整个勘测设计施工的全过程中没有丝毫警觉。葛州坝工程坝基软弱夹层问题导致工程停工,重新补充勘探并对设计进行重大修改。南盘江天生桥二级水电站厂房建在一个古滑坡上,开工后实在施工不下去了,搬出滑坡体后又位于另一个滑坡体的脚下。该电站的引水隧洞工程地质条件更是复杂得令建设者们防不胜防。由于地质体中留下的工程隐患造成的工程事故,轻则修改设计,重则工程报废,或造成生命财产的重大损失,这样的例子实在太多,举不胜数。
2.4 工程地质测不准原理
著名的量子力学测不准原理:“不能同时测准粒子在某一瞬间的速度和位置”。我们不妨借用这个原理来揭示工程地质的一些本质性问题。事实上,地质体中的某些性质的确是测不准的。例如某一组结构面的产状,你只能用一个区间值来表述,如果仅用一个确定值来表述则肯定不符合客观实际。又如工程地基岩体的物理力学参数,它只能是一个区间值或统计值,因为地质体中每一点的性质都可能是变化的。地质参数精确到某一个具体数值的时候,千万不要把它当成是绝对准确的,否则会误导精确评价的可信性。据此,我们可以将工程地质测不准原理表述为:“地质体的工程性质不可能用绝对准确的参数来确定,它们只能是通过地质测绘、勘探、试验、分析、统计和经验判断后提出一个建议区间值,供设计师根据建筑物的性质在这个区间值中选取设计采用值”。近二十年来,概率统计、模糊数学、灰色理论等数理学科广泛应用于工程地质分析领域,可以说是对工程地质测不准原理的有力支持。有些设计师不能理解地质师为什么只能提出区间值,而不提出确定的数值,当他们对测不准原理透彻理解之后,这种疑问将会自然消除。3 工程地质的技术进步
工程地质勘察技术近二十年来有了长足的进展。测量、物探、钻探、试验等在仪器、设备、新技术、新方法、新手段方面不断推陈出新,为工程地质提供了强有力的技术依托。由于有了各种新技术的支持,工程地质分析从定性到定量就成为可能。定量分析的新理论层出不穷,在学术界十分活跃。
计算机技术的发展对工程地质来说是一场真正的技术革命,从外业资料收集和内业资料整理的工作程序、工作方法、产品成果、质量标准等等均与传统的工程地质有较大的差异,应用前景振奋人心。“工程地质计算机应用技术协作网”业已正式成立,必将对工程地质技术进步起到积极的推动作用。工程地质计算机应用主要包括六大课题:①数值计算;②制图;③数据库;④文档管理;⑤专家系统;⑥网络系统。这六大课题既是多年来本专业计算机应用的实践,也是我们将继续探讨的主要课题,还需要在今后的实践中赋予新的内涵。
4 工程地质专业的任务与责任
工程地质专业的主要任务是:①选址,选择在地质条件上相对最优的工程建筑地区或场地;②评价,阐明工程建筑区或场地的工程地质条件,进行定性和定量的工程地质评价,准确界定工程地质问题;③预测工程建筑物兴建和运用过程中地质条件的可能变化,为研究改善和治理工程地质缺陷的措施提供依据;④调查工程建筑物所需的天然建筑材料等。归纳起来的表述:为工程建设提供基础性和专门性地质资料,为工程选址、建筑物设计以及不良地质条件的工程处理提供技术依据,同时对地质环境的变化作出预测。
为了完成以上任务,需要针对工程建筑物区进行工程地质勘察和工程地质分析,界定和研究主要工程地质问题。工程地质勘察需要勘察目的明确,工程概念清晰,勘察手段多样,勘探精度满足要求。工程地质分析要求方法正确,计算可靠,参数可信,建议措施符合工程实际。工程设计最关心的是建筑物地基的工程地质条件和物理力学性质,因此工程地质工作的最终体现是工程地质定性和定量评价。
工程地质专业只对提交给设计采用的地质资料负责,其物理力学参数也仅仅是建议值,不在建议值范围之内的设计采用值和不适应地质条件的设计方案,地质师不负责。但是,地质师有责任对不符合或不适应地质条件的设计方案提出质疑,对可能存在的工程隐患要与设计师充分交底,对不良工程地质缺陷有责任提出工程处理措施的建议。
一般说来,正规勘测设计院的勘测队伍,已经过几十年工程实践的检验,在正常情况下都可以完成以上任务并尽到地质专业的责任。本文以下章节列出的工程地质工作中存在的若干问题,是归纳了笔者从事工程地质工作十多年来的所见所闻,供地质师们分析问题时参考。
5 工程地质工作存在的问题与对策
5.1 工程地质勘察的质量问题
在工程地质勘察过程中,一般问题较多的是工程概念不清,勘探侧重点不明确,针对性不强,方法不当,手段落后;工程地质分析工作中所选择的理论、方法、计算公式等与实际情况有较大出入,其适应条件的物理意义混淆不清;地质报告中基本地质条件不清楚,主要工程地质问题界定不准确或论证不充分,有问题遗漏甚至结论性错误;有些地质报告没有地质结论,也有些工程没有做多少地质工作就先下结论,极不严肃。此类问题往往造成阶段性工程审查不能一次性通过,可能延误开发时机;或者尽管通过了审查,但却给工程留下了隐患,这种情况的危险性更大。
5.2 相关专业的理解问题
一种情况是地质师对其它专业不理解,这需要加强跨专业的学习。另一类现象是设计施工等相关专业对工程地质的不理解。有的不懂地质却偏要提出一些不切实际的勘探要求,有的工程由设计人员来布置地质勘探工作;有的设计人员对地质专业知其然不知其所以然,自以为是包打天下,不结合地质条件设计不当;也有的是不尊重自然地质规律,野蛮施工,严重破坏地质体的自然结构,造成重大工程事故。所有这些非地质专业的问题,往往在出了问题之后又向地质专业推卸责任,令地质师们不知所云。工程地质界知名专家学者孙广忠教授指出:“实际上,在地质工程实践中脱离地质实际的实例随手可拾,可以说,地质工程施工中出现事故的绝大部分是设计和施工脱离地质实际的结果,或者是对工程地质条件没有搞清楚或认识不清的结果,如果离开了地质基础,则其理论必将脱离地质实际必将作出错误的结论”。
潘家峥院士等前辈专家早已强调过地质学水工,水工学地质。足以可见专业之间的交叉渗透问题,早已被专家们的真知灼见道出了关键,就看我们作何行动。
5.3 勘测周期不合理的问题
从工程地质勘察到地质报告的提交需要一定的工作周期,这是再简单不过的道理。但有些工程没有基础性的前期投入,一旦要报项目,立即就要求提交地质报告;还有些工程是今天提交了可研报告,明天就提交初设报告。此类情况多为地方性工程,一般国家投资的大型工程出现这种局面的不多。没有足够的勘测周期所造成的后果是严重的,地质条件不清楚,投资控制不住,施工后修改设计,或由于地质问题造成承包商巨额索赔等等。更可怕的是留下了工程隐患,可能造成重大工程事故。
5.4 规程规范的问题
规程规范的问题较多,甚至产生了一些混乱。水利系统与水电系统的勘测设计阶段不一致,规程规范也有区别。历经十多年的编写报批,1999年才颁布的国家标准《水利水电工程地质勘察规范》,在勘测程序和新技术的应用方面都已经明显地落后于时代的发展,一经颁布实施就难以把握。更为令人难以理解的是另一部国标《岩土工程勘察规范》并不完全适合于水利水电工程地质,而建设部的一些工程勘察监督机构则以此为依据对水利水电勘测设计单位实施质量检查,使勘测单位不得不准备满足两种规范的两套地质报告分别对付审查和检查。规程规范的修订和出台周期太长,完全不能满足工程建设的需要。水利与水电分家之后,对于工程地质这个专业来说其工作性质是一样的,但却存在不同的技术标准和勘测程序,这种情况还要继续下去,需要寻求解决或协调方案。
5.5 人才问题
文革十年造成的人才断层已经出现。有丰富工程实践经验的前辈地质师相继离岗,各勘测设计院明显缺地质总工人才,八十年代期间各院比较整齐的地质副院长和院级地质总工,近年来在一些勘测设计院已经相继断档,或后继无人,或后备人才尚不成熟。勘测行业不景气,社会地位和经济地位与工程地质专业不相适应,工作环境、工作条件的局限,人才资源开发机制的问题,择业行为中的浮躁动机等等,都不同程度地影响着优秀地质师的成长。
高质量高水平的工程地质分析成果,出自于高水平高素质的地质师。有人说二、三年就可以培养出地质专家,实属无知。要培养出一个具有工程地质分析能力,能够解决复杂问题的地质师,没有十年以上的功夫,大量的工程实践,自身的敬业精神,理论联系实际,相关学科专业的学习和渗透,是决不可能的。十年树木百年树人,在地质师的培养过程中可以充分体现出来。培养优秀地质师的难度可以说远远超过培养博士、研究员和教授的难度。
社会的发展和日趋激烈的竞争市场,对地质师素质的要求也将越来越高,最好是跨专业的复合型人才。竞争的实质是人才的竞争。勘测队伍要走向市场,必须重视高素质人才的培养,重视人才资源的开发。
5.6 技术管理问题
工程地质勘察质量的控制,技术管理是主要环节之一。近年来一些单位提交的勘测设计报告中的地质章节不是地质师写的,报告的编制人中没有地质专业负责人,或地质报告没有院级地质负责人审查把关,报告和图纸中的错误较多。这种情况给总院增加了审查难度,同时也有损勘测设计单位的质量和水平形象,还会延误工程报批的时机。当然也有上级单位工程审查把关不严,助长了这种技术责任心不强的现象。
5.7 其它问题
前期工作投入不够,有些地方部门长期拖欠勘测经费;体制问题,市场竞争不规范,非水利水电勘测单位从事水利水电勘测工作存在工作方法、技术要求和工程地质评价等方面的差异;勘测工作经费仍然按落后的实物工作量计算,造成多勘探多争钱,地质分析多出力多赔本的事实上的不合理现象,长期以来得不到解决。勘测技术的科技含量低,新技术新方法投入少,不能满足现代工程技术发展的要求。
5.8 今后十年将进入工程事故的高发期
鉴于对以上若干问题的担忧,今后十年有可能是我国水利水电工程事故的又一个高发期,这一悲观性预测有些危言耸听,但愿不要成为被不幸言中的事实。
5.9 解决问题的对策
解决问题首先要分清责任。规程规范和部分技术管理方面的问题应该由总院负责;勘测周期不合理,前期工作投入不够等问题应该是地方部门或者计划部门负责;质量、人才、相关专业的协调等问题自然应该由勘测设计单位负责;其它问题大家都有责任,但主要还是取决于大环境。
责任分清楚了,落实到要有人来抓,所有问题虽然我们不敢说都能很好地得到全面解决,但至少可以前进一大步。最可怕的是大家都在畅谈必要性重要性,结果都是纸上谈兵,没有实际行动。笔者在这里也就是夸夸其谈而已,不可能提出可以操作的具体解决方案,这种方案也不该我们提,该谁提?当然应该是谁负责抓,谁就提方案追落实精指挥勤检查,最终归结到谁领导的关键问题上。到此为此,我们的对策就算出台了。
其实,我们这里列出来的众多实际问题,本质上和深层次的是体制和机制问题,需要通过改革才能从根本上解决。随着勘测设计市场化进程的加快,新技术与旧管理的冲突,老观念与新思想的交锋,既是矛盾又是改革的动力,这是不难理解的。
6 工程地质要抓住机遇迎接挑战
汪恕诚部长曾经讲话强调:“不能老修改设计,因为搞招投标尤其是国际合同,修改设计就意味着被索赔”。少修改或不修改设计,是对工程地质提出的更高要求。基本地质资料不准,修改设计就是必须的。高标准严要求就是挑战和机遇。
人类社会的进步与发展,实际上又是一部人与自然相互协调和相互影响的壮丽史诗。以前我们把人与自然的关系当成是与天斗与地斗的斗争关系,实践证明,人与大自然斗争的结果,虽然取得了一些局部性的小胜利,而大自然反过来对人类的惩罚却是灾难性的。人类的每一次产业革命,无不与工程建设有直接关系,与地质环境有直接或间接关系。建国以来,我国的基本建设此起彼伏,水利水电工程建设从无到有,新一轮的建设高潮正在兴起。在多专业组成的基建队伍这个庞大乐团中,地质师要起到指挥和首席演奏家的作用,甚至还要担负起独奏华彩乐章的作用。
尽管工程地质学科正在经历着前所未有的挑战,工程地质工作也存在着这样那样的问题和难题,然而这更是机遇。抓住机遇迎接挑战,顺应自然,保护环境,防止灾害,造福人类,是工程地质学家和地质师的艰巨任务和不可推卸的责任。主要参考文献:
1 王思敬,工程地质学的任务与未来,《工程地质学报》1999年第3期
2 崔政权,《系统工程地质学导论》水利电力出版社,1992.5
3 孙广忠,论地质工程的基础理论,《工程地质学报》1996.第4期
4 黄鼎成等,《走向21世纪的中国地球科学》河南科技出版社,1995年10月
5 张明定等,《水文地质与工程地质的系统思维》西北工业大学出版社,1993年12月
6 陈祖安,工程地质学,《中国电力网络全书水力发电卷》中国电力出版社,1995年5月
7 韦港,水利水电工程地质实例剖析,《工程地质-面向21世纪》中国地质大学出版社,1997年11月
8 陈祖安等,水利水电工程地质计算机应用概述及设想规划,《水利水电工程地质》1995年第1期
9 韦港、冀建疆,关于堤防工程地质勘察规程中若干问题的探讨,《水利水电技术》1999年第10期
10 瑞德尼克[苏],《量子力学史》科学出版社,1979年9月转贴于 中国论文下载中心 http://www.studa.net[首页]