緒論

一、地質(zhì)工程的概念與研究?jī)?nèi)容

地質(zhì)工程的概念隨著工程建設(shè)的需要、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、工程技術(shù)與工程地質(zhì)學(xué)的發(fā)展以及系統(tǒng)理論應(yīng)用而逐步形成，其基本特征是把地質(zhì)體作為工程結(jié)構(gòu)的一部分，將地質(zhì)工程作為一個(gè)系統(tǒng)來考慮，充分認(rèn)識(shí)地質(zhì)體、環(huán)境因素、工程措施三者間的相互作用，把科學(xué)、技術(shù)、管理三者結(jié)合起來。地質(zhì)工程是由地質(zhì)學(xué)科和工程學(xué)科大跨度交叉與綜合所形成的新的獨(dú)立學(xué)科，強(qiáng)調(diào)地質(zhì)條件對(duì)工程安全的控制性作用，注重以工程措施對(duì)地質(zhì)環(huán)境的改造和加固技術(shù)的應(yīng)用，謀求工程建設(shè)投資與地質(zhì)環(huán)境協(xié)調(diào)的最佳效益。

地質(zhì)工程這一術(shù)語，20世紀(jì)70年代在國外首先形成。80年代以來，在我國工程地質(zhì)界展開過一場(chǎng)討論，并明確定義為用工程措施控制工程地質(zhì)體，使之具有服務(wù)功能的工程稱為地質(zhì)工程。地質(zhì)工程的內(nèi)容就是以地質(zhì)體的改造和合理利用問題為研究對(duì)象，強(qiáng)調(diào)工程地質(zhì)條件對(duì)工程安全的控制性作用，注重以工程措施對(duì)地質(zhì)環(huán)境的改造和加固技術(shù)的應(yīng)用。在研究方法上以地質(zhì)學(xué)理論為基礎(chǔ)、以力學(xué)分析理論為手段和以工程設(shè)計(jì)理論為方法的一門系統(tǒng)且前沿的學(xué)科。地質(zhì)工程也可以作為工程地質(zhì)學(xué)發(fā)展的一門前沿應(yīng)用性學(xué)科，是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的必然產(chǎn)物。

梁炯鋆先生首次將“地質(zhì)工程”專門作為一個(gè)研究項(xiàng)目進(jìn)行探討。要求把地質(zhì)研究、力學(xué)分析、環(huán)境影響評(píng)價(jià)以及工程技術(shù)緊密地結(jié)合起來，以期能優(yōu)質(zhì)高效地實(shí)現(xiàn)工程目的。

胡海濤院士將地質(zhì)工程分為三類：采掘地質(zhì)資源工程、防治地質(zhì)災(zāi)害工程和保護(hù)地質(zhì)環(huán)境工程。它的基本技術(shù)方法可概括為“挖、填、排、堵、噴、錨、墩、樁、墻、幕、鍵” 11個(gè)字。例如，巖體改造包括巖石改造、巖體結(jié)構(gòu)改造和巖體環(huán)境改造，沒有地質(zhì)體改造技術(shù)就沒有地質(zhì)工程學(xué)。地質(zhì)工程學(xué)從加強(qiáng)工程結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)出發(fā)，將勘察、設(shè)計(jì)、施工和地質(zhì)體改造融為一體，并且把工程地質(zhì)與工程建筑進(jìn)一步聯(lián)系起來，填補(bǔ)了兩者之間的一個(gè)空白工程技術(shù)領(lǐng)域，是工程地質(zhì)學(xué)的一個(gè)新發(fā)展。

孫廣忠教授認(rèn)為，狹義的地質(zhì)工程的定義是:以地質(zhì)體做建筑材料，以地質(zhì)體作為建筑結(jié)構(gòu)的一部分，以地質(zhì)環(huán)境做建筑環(huán)境建筑起來的一種特殊工程謂地質(zhì)工程；廣義的地質(zhì)工程定義是大地改造工程或者地質(zhì)環(huán)境改造工程。

殷躍平教授認(rèn)為，地質(zhì)工程是工程地質(zhì)的新拓展，它是與巖土工程密不可分的一種技術(shù)。但是，巖土工程主要解決建立于工程巖體之上的地基穩(wěn)定，以及一般邊坡和洞室穩(wěn)定的評(píng)價(jià)、改造和控制問題，巖（土）體結(jié)構(gòu)是巖土工程的核心。地質(zhì)工程面對(duì)的是復(fù)雜地質(zhì)體，并且這種地質(zhì)體正在不斷的變形破壞過程中，它解決的是建立于復(fù)雜地質(zhì)體之上的山體穩(wěn)定性和區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、改造與控制問題。

人類各種工程活動(dòng)是在地質(zhì)環(huán)境中進(jìn)行的，人類工程活動(dòng)對(duì)地表的改造是不可忽視的，現(xiàn)代工程活動(dòng)是改變地質(zhì)環(huán)境的積極因素，工程活動(dòng)影響了地質(zhì)環(huán)境的初始狀態(tài)，從而影響或危害工程及其外圍的人類生活環(huán)境或工程建筑物。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，人類活動(dòng)已涉及地表80%的地區(qū)。而這種工程活動(dòng)是觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的一大原因。如在巖土體穩(wěn)定性差的地區(qū)修建水庫，不僅工程投資額巨大，而且由于水庫的修建，輕則使近壩、庫岸的岸坡的穩(wěn)定性降低，水位驟然升降經(jīng)常引起岸坡失穩(wěn)，蓄水引起水庫誘發(fā)地震等，重則將有可能導(dǎo)致災(zāi)難性的工程危害。

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，大型超大型水利水電工程、高等級(jí)公路、城市地下空間開發(fā)及大型礦產(chǎn)資源的開采等相繼進(jìn)入建設(shè)高潮，出現(xiàn)了諸如采煤過程中的瓦斯爆炸、涌水，隧道掘進(jìn)過程中出現(xiàn)的塌方、巖爆、涌水，大型水電工程中的滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。西部重大工程的建設(shè)中，受復(fù)雜地質(zhì)條件如復(fù)雜的地殼結(jié)構(gòu)、高山峽谷的特殊環(huán)境、強(qiáng)烈的內(nèi)外動(dòng)力相互作用、極為活躍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地質(zhì)災(zāi)害頻繁、地質(zhì)環(huán)境十分脆弱等影響，或多或少存在著諸如滑坡、深開挖邊坡、洞室圍巖穩(wěn)定及壩基抗滑穩(wěn)定等工程地質(zhì)問題。新世紀(jì)的工程地質(zhì)技術(shù)人員面臨新的挑戰(zhàn)，要求他們具備運(yùn)用科學(xué)的方法去解決復(fù)雜地質(zhì)問題的能力。

總而言之，人類工程活動(dòng)破壞或改變了原有的地質(zhì)環(huán)境，而地質(zhì)環(huán)境又制約工程建設(shè)，影響工程建筑物的穩(wěn)定和正常使用，如意大利瓦伊昂水庫蓄水后的潰壩、人類工程活動(dòng)誘發(fā)的滑坡、泥石流等。運(yùn)用科學(xué)的技術(shù)方法，用最少量的投資保證工程的安全運(yùn)行是地學(xué)工作者責(zé)無旁貸的責(zé)任。

地質(zhì)工程設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容如下。

1.開挖邊坡的穩(wěn)定性及工程加固設(shè)計(jì)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求量增長(zhǎng)很快，電力開發(fā)特別是水電工程的建設(shè)，已成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重點(diǎn)。目前水電建設(shè)的投資處于新中國成立以來投資比例最大的時(shí)期，水電工程數(shù)量和規(guī)模前所未有，但隨之帶來的各種技術(shù)問題也日益突出。重點(diǎn)水電工程如小灣、黃登、苗尾、瀑布溝、拉西瓦、紫坪鋪等均存在嚴(yán)峻的高邊坡穩(wěn)定問題。如紫坪鋪工程，不穩(wěn)定邊坡的數(shù)量達(dá)30多個(gè)，料場(chǎng)邊坡高度約210m，預(yù)期加固投資3000余萬元。小灣水電站左岸堆積體南北方向最長(zhǎng)200m，東西方向830m，最大高差460m，體積達(dá)400萬m³，高邊坡穩(wěn)定問題十分突出。隨著工程建設(shè)規(guī)模的增大和地質(zhì)條件的復(fù)雜性，我國邊坡加固工程的投資所占工程總投資的比例也逐步增大。三峽工程永久船閘開挖邊坡采用了2000余束錨索用于加固不穩(wěn)定體，因此高邊坡工程的失穩(wěn)判別、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與加固優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為影響工程建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)課題。

對(duì)邊坡失穩(wěn)機(jī)理、穩(wěn)定分析方法的研究，一直是邊坡學(xué)科中十分活躍的領(lǐng)域，目前已形成了一個(gè)覆蓋面十分廣泛的專門學(xué)科。各種邊坡穩(wěn)定分析的理論方法，如極限平衡法、極限分析法、有限元法、離散元法、非連續(xù)變形分析等均已在邊坡工程中獲得了實(shí)際應(yīng)用。但應(yīng)當(dāng)看到，雖然我國在這一領(lǐng)域已做了大量工作，獲得了具有一定理論水平的成果，但與國外相比仍有很大差距。在基礎(chǔ)理論研究、建模、求解方法、分析參數(shù)的確定原則、計(jì)算程序的開發(fā)特別是軟件前后處理技術(shù)等方面均明顯落后于發(fā)達(dá)國家的研究水平。

采用控制爆破開挖、減載、排水、抗滑樁、抗剪洞、預(yù)應(yīng)力錨索等措施加固高邊坡，在國內(nèi)外水電工程中得到了廣泛應(yīng)用。在“八五”期間，結(jié)合我國李家峽水電工程的建設(shè)，開展了高邊坡開挖和加固措施的研究，取得了一些研究成果。但由于巖體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對(duì)巖質(zhì)高邊坡開挖和加固技術(shù)的機(jī)理研究還很不完善，一些關(guān)鍵技術(shù)問題尚未得到很好的解決。如目前預(yù)應(yīng)力錨索的應(yīng)用日益普遍，但錨索結(jié)構(gòu)、張拉工藝、施工機(jī)具還不盡完善，特別是錨索的長(zhǎng)期分布監(jiān)測(cè)技術(shù)手段及自動(dòng)化水平尚比較落后。

長(zhǎng)期以來，具有明確物理概念的安全系數(shù)一直是工程設(shè)計(jì)的依據(jù)，安全系數(shù)的計(jì)算方法主要依據(jù)極限平衡分析方法的計(jì)算成果。雖然普遍認(rèn)為該方法在理論上不夠嚴(yán)密，但因在工程設(shè)計(jì)中積累了豐富的資料和經(jīng)驗(yàn)，因此仍為目前設(shè)計(jì)規(guī)范所采用的主要標(biāo)準(zhǔn)。新型先進(jìn)的計(jì)算方法如極限分析、非連續(xù)變形分析，理論嚴(yán)格，可以綜合考慮各種工況及加固措施，模擬邊坡施工過程，但對(duì)其分析成果在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，如安全系數(shù)取值準(zhǔn)則和確定方法要以實(shí)際工程實(shí)例為分析依據(jù)，以便建立相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。

2.滑坡地質(zhì)災(zāi)害的治理設(shè)計(jì)

自然災(zāi)害對(duì)人類的威脅已經(jīng)引起了全世界的極大關(guān)注。隨著人口的急劇增長(zhǎng)和土地資源的過度開發(fā)，滑坡及泥石流已變成同地震和火山相并列的全球性三大自然災(zāi)害之一。

我國也是滑坡、泥石流多發(fā)國家，滑坡、泥石流損失十分驚人。中國科學(xué)院編目的具有一定規(guī)模的滑坡30萬個(gè)，其中災(zāi)害性滑坡1.5萬個(gè)，近10年來全國由于泥石流、滑坡造成的人員傷亡近萬人，平均每年高達(dá)九百二十八人。僅香港在過去的50年間，死亡人數(shù)超過470人。我國長(zhǎng)江流域的金沙江中下游干流區(qū)、雅礱江中下游干流區(qū)、岷江上游及大渡河中下游干流區(qū)、嘉陵江上游區(qū)、三峽庫區(qū)、烏江上游區(qū)和漢江上游區(qū)分布有大量滑坡。滑坡地質(zhì)災(zāi)害不僅危及人民生命財(cái)產(chǎn)安全，而且破壞房屋、道路、供水供電管網(wǎng)、橋涵、碼頭等各類建筑物，毀壞耕地和植被，影響各項(xiàng)工程建設(shè)。有的滑坡快速入江造成涌浪，危及附近的船只和村鎮(zhèn)，堵塞航道。三峽庫區(qū)兩岸崩滑體2490多處、大小泥石流溝90余條，1982年以來地質(zhì)災(zāi)害已造成400余人死亡。特別是2008年5月12日，四川汶川8.0級(jí)地震造成大量滑坡，給抗震救災(zāi)帶來了巨大困難。

在滑坡治理工程中，應(yīng)用抗滑樁、抗剪洞、錨固洞等混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，取得了較好的效果。1989年漫灣水電站左岸發(fā)生滑坡，采用了組合洞樁的結(jié)構(gòu)，由于錨固洞具有一定的傾斜度，防止了混凝土與洞壁間充填不密的可能性，同時(shí)這種組合結(jié)構(gòu)受力條件遠(yuǎn)較傳統(tǒng)懸臂結(jié)構(gòu)提供的抗力大。十三陵抽水蓄能電站蓄水池西坡采用了預(yù)應(yīng)力錨索和抗滑樁組合結(jié)構(gòu)，即在抗滑樁的頂部設(shè)置錨索，使抗滑樁成為兩端都具有固定端的結(jié)構(gòu)，以提高其承載能力。滑坡治理、設(shè)計(jì)要科研先行，滑坡類型的研究、滑坡機(jī)理的揭示對(duì)當(dāng)前滑坡治理是至關(guān)重要的。

3.地下工程圍巖穩(wěn)定分析與加固設(shè)計(jì)

地下工程是指地面以下所建造的地下土木工程。在我國，隧道建設(shè)主要涉及水利電力、國防、交通、鐵路等行業(yè)，以水力發(fā)電地下廠房、水工隧道、交通隧道（鐵路隧道與公路隧道）、市政隧道，礦山隧道為典型。據(jù)中國鐵路總公司工程設(shè)計(jì)鑒定中心統(tǒng)計(jì)，截至2016年年底，中國鐵路運(yùn)營的鐵路隧道共14100座，長(zhǎng)度14120km、在建4240座，長(zhǎng)度9300km、正在設(shè)計(jì)和規(guī)劃的鐵路隧道4400座、長(zhǎng)度10400km。預(yù)計(jì)到2020年年底，中國投入運(yùn)營的鐵路隧道總量將達(dá)到17000座，總長(zhǎng)度將突破20000km。水電工程建設(shè)中的地下工程除引水隧洞外的，還包括導(dǎo)流或引水隧洞、閘門井、調(diào)壓井、地下廠房及變壓器房、尾水隧洞等，特別是地下廠房在施工與運(yùn)行階段的圍巖穩(wěn)定性是關(guān)系工程投資的重要因素。隨著我國水利水電建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，地下建筑物的數(shù)量越來越多，規(guī)模也越來越大。如有些引水隧洞的長(zhǎng)度已超過10km，直徑超過20m。大跨度、高邊墻的地下廠房及長(zhǎng)隧洞的興建，必然會(huì)遇到復(fù)雜的地質(zhì)條件和大量的工程地質(zhì)問題。其中最受關(guān)注的是圍巖穩(wěn)定問題，它涉及地下工程能否成洞，用何種辦法進(jìn)行支護(hù)和襯砌，影響到造價(jià)和工期。表0-1是我國近年來已建設(shè)的重大地下隧洞。

我國已建及在建的水工隧洞長(zhǎng)超過4010km，地下廠房近50座。每一廠區(qū)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括樞紐布置和主廠房選擇，地下廠房輪廓尺寸和體積形狀設(shè)計(jì)，地下廠房圍巖穩(wěn)定和支護(hù)型式、噴錨支護(hù)設(shè)計(jì)、地下洞室襯砌計(jì)算等。為了合理選擇地下洞室的間距、分步開挖順序及提出支護(hù)參數(shù)，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性分析需要開展彈塑性理論計(jì)算、線性與非線性有限元數(shù)值分析、地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，并應(yīng)用塊體理論矢量運(yùn)算法進(jìn)行不穩(wěn)定塊體分析，最終利用噴錨支護(hù)進(jìn)行開挖面的系統(tǒng)加固，而對(duì)局部軟弱構(gòu)造帶，則采用錨桿加襯砌，對(duì)于塑性區(qū)較大的部位和特大楔形體，加預(yù)應(yīng)力錨索等方法。

地下廠房支護(hù)設(shè)計(jì)主要采用噴錨支護(hù)網(wǎng)作為永久支護(hù)形式并按照新奧法原理進(jìn)行噴錨支護(hù)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的方法主要為以工程類比為主，擬定初步支護(hù)參數(shù)，用塊體平衡法校核局部穩(wěn)定，采用有限元和地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)驗(yàn)證整體加固效果。

4.水利水電壩基加固設(shè)計(jì)

我國是世界上水力資源最豐富的國家，水力資源量達(dá)到3.78億kW，其中中西部占90%。而西南部又占中西部的68%。特別是西電東送工程，已成立了三峽、烏江、黃河上游、二灘、紅水河龍灘、瀾滄江及大渡河等水電開發(fā)公司從事水電開發(fā)的投資。在我國已建的水電工程中，壩高100m以上的已有69座。舉世矚目的三峽工程是世界上最大的水電站，裝機(jī)1820萬kW；已建成的二灘水電站，雙曲拱壩壩高240m；小浪底水利樞紐為壩高154m的斜心墻堆石壩；廣州抽水蓄能電站裝機(jī)240萬kW。另外還有云南小灣雙曲拱壩（壩高292m）、湖北水布埡面板堆石壩（壩高233m）、廣西龍灘碾壓混凝土重力壩（壩高216.5m），及糯扎渡、向家壩等超高壩工程（表0-2），這些大型水利工程對(duì)壩基地質(zhì)條件都有較高的要求，但又不同程度地存在河床壩基深厚覆蓋層、壩基軟弱層（帶）等工程地質(zhì)問題，都需要進(jìn)行一定的地質(zhì)工程處理。

5.城市地下空間開發(fā)與深基坑開挖邊坡加固設(shè)計(jì)

從1863年倫敦建成世界上第一條地鐵開始，地下空間的開發(fā)利用從大型建筑物向地下的自然延伸發(fā)展到復(fù)雜的地下綜合體（地下街）再到地下城（與地下快速軌道交通系統(tǒng)相結(jié)合的地下街系統(tǒng)）。美國紐約市地鐵在世界上運(yùn)營線路最長(zhǎng)（443km），車站數(shù)量最多（504個(gè)），每年接待20億人次。加拿大的多倫多地下步行道系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代已在地下連接了20座停車庫和1000家左右各類商店，此外，還連接著5個(gè)地鐵車站和30座高層建筑的地下室。芬蘭赫爾辛基的大型供水系統(tǒng)，隧道長(zhǎng)120km。瑞典排水系統(tǒng)的污水處理廠全在地下，僅斯德哥爾摩市就有大型排水隧道200km，擁有大型污水處理廠6座。巴黎的地下建設(shè)了83座地下車庫，可容納43000多輛車。目前，我國許多大中城市正在進(jìn)行新一輪的城市更新與改造，城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)（如城市地下管廊）、城市交通設(shè)施的建設(shè)、城市開發(fā)建設(shè)都呈現(xiàn)快速的增長(zhǎng)，然而，由于城市空間的局限性，城市需求與有限空間的矛盾日益突出。因此，向地下要空間已成為現(xiàn)代化城市建設(shè)的主要內(nèi)容。

20世紀(jì)80年代以來，伴隨城市化進(jìn)程，我國城市人口的高速增長(zhǎng)，對(duì)城市空間的需求越來越迫切。進(jìn)入21世紀(jì)，伴隨高層建筑由大城市向中小城市擴(kuò)展的同時(shí)，地下交通發(fā)展迅速，繼北京、上海、廣州、南京的地鐵運(yùn)行，杭州、武漢、哈爾濱、青島等城市的地鐵建設(shè)相繼建設(shè)或建成。作為地下空間開發(fā)的重要組成部分，深基坑工程隨著城市地下空間的開發(fā)不斷向深、大的方向發(fā)展。由于深基坑的地質(zhì)條件限制，發(fā)生基坑破壞的事故不斷出現(xiàn)，如杭州凱旋門大廈、長(zhǎng)沙華聯(lián)大廈、珠海拱北祖國廣場(chǎng)、北京銀都中心、廣州海珠城廣場(chǎng)等基坑先后發(fā)生圍護(hù)事故，因而，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及開挖邊坡的加固設(shè)計(jì)越來越被工程界所重視。

二、地質(zhì)工程設(shè)計(jì)課程內(nèi)容體系

1999年6月，黨中央提出西部開發(fā)戰(zhàn)略。西部開發(fā)是21世紀(jì)中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略，是實(shí)現(xiàn)第三戰(zhàn)略目標(biāo)的重大舉措。由于西部地區(qū)特殊的地質(zhì)環(huán)境條件，工程建設(shè)極大地推動(dòng)了地質(zhì)工程學(xué)科的發(fā)展。針對(duì)西部開發(fā)的標(biāo)志性工程，每一項(xiàng)工程均有與之相應(yīng)的地質(zhì)工程問題，都將涉及地質(zhì)工程設(shè)計(jì)的課題。如南水北調(diào)西線工程，擬建244km的深埋長(zhǎng)隧洞，將涉及深埋長(zhǎng)隧洞的穩(wěn)定問題、活動(dòng)斷裂對(duì)工程的影響及凍土凍害的有效防治問題；西電東送工程建10~20個(gè)世界級(jí)大型水電工程，均涉及高壩、高陡邊坡、深埋洞室、強(qiáng)地震等相應(yīng)的地質(zhì)工程問題，更需要采用地質(zhì)工程設(shè)計(jì)方法解決巖土體的穩(wěn)定問題；交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，到2020年，重點(diǎn)建設(shè)約3.5萬km高等級(jí)公路，還準(zhǔn)備興建川藏鐵路、滇藏鐵路。已建成的青藏鐵路工程涉及凍融災(zāi)害、崩滑流災(zāi)害、地震災(zāi)害等；而西氣東輸工程涉及崩滑流災(zāi)害、黃土濕陷性、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，如何對(duì)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)理進(jìn)行分析、采用有效的地質(zhì)工程方法去治理成為地質(zhì)工程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容體系。

地質(zhì)工程設(shè)計(jì)課程的目的是為地質(zhì)工程及相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生、研究生提供一個(gè)系統(tǒng)介紹針對(duì)地質(zhì)工程問題而采用的加固或改良方法的平臺(tái)。同時(shí)，為地質(zhì)工程師或巖土工程師進(jìn)行地質(zhì)工程設(shè)計(jì)提供借鑒依據(jù)與應(yīng)用指南。基于以上思想，地質(zhì)工程設(shè)計(jì)涵蓋的內(nèi)容主要包括常用的地質(zhì)工程設(shè)計(jì)方法與不同地質(zhì)工程類型的處理設(shè)計(jì)技術(shù)等。本教材從內(nèi)容體系的安排上，主要考慮了方法與實(shí)踐的統(tǒng)一。

地質(zhì)工程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容依托地質(zhì)體改良的技術(shù)與方法，在充分了解當(dāng)今地質(zhì)工程中用于地質(zhì)體加固的方法與特性的基礎(chǔ)上，對(duì)常見的地質(zhì)工程問題進(jìn)行改良性設(shè)計(jì)。地質(zhì)工程設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容包含兩大模塊：模塊一（上篇）主要是現(xiàn)代地質(zhì)體加固的主要理論與方法，如錨固技術(shù)、灌漿技術(shù)等；模塊二（下篇）則側(cè)重于工程設(shè)計(jì)，主要包括邊坡與滑坡、地下工程圍巖、壩基處理等應(yīng)用性工程領(lǐng)域。

（一）模塊一（上篇）的主要內(nèi)容

1.巖石錨桿設(shè)計(jì)

主要介紹錨桿的分類、錨桿材料的選擇、錨桿體的設(shè)計(jì)等。

2.預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力錨索是水利水電、采礦及鐵路工程中常用的地質(zhì)體加固方法，在本教材中主要介紹預(yù)應(yīng)力錨索的分類、工作機(jī)理、錨索參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。

3.抗滑樁設(shè)計(jì)

主要介紹抗滑樁的類型、功能、抗滑樁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方法、抗滑樁設(shè)計(jì)等。

4.注漿設(shè)計(jì)

介紹注漿的分類、注漿適用場(chǎng)地條件、注漿的作用、注漿壓力的確定、注漿孔的布置及注漿試驗(yàn)等。

5.地質(zhì)工程聯(lián)合加固設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代地質(zhì)體加固處理中，往往采用多種加固技術(shù)，如錨索與抗滑樁的聯(lián)合、削坡與生態(tài)支護(hù)的聯(lián)合、排水與抗滑結(jié)構(gòu)的聯(lián)合等，以提高地質(zhì)體的整體穩(wěn)定性。

（二）模塊二（下篇）的主要內(nèi)容

1.壩基加固設(shè)計(jì)

壩基可分為巖石壩基與土體壩基，對(duì)于重力壩、拱壩等混凝土大壩，要求壩基穩(wěn)定性好、巖體完整，一旦壩基存在斷層、軟弱結(jié)構(gòu)面等不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)，就需要進(jìn)行壩基處理，根據(jù)壩體的結(jié)構(gòu)與規(guī)模，選擇合理的建基面。而對(duì)土石壩，則需要注意引起壩體破壞的滲透破壞，采用灌漿進(jìn)行處理。

2.開挖邊坡工程設(shè)計(jì)

邊坡工程設(shè)計(jì)，首先把自然地質(zhì)體概化為具有確定邊界、結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)參數(shù)、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)荷載作用的力學(xué)模型。然后，根據(jù)其破壞機(jī)制、破壞模式，選擇合理的計(jì)算分析方法。根據(jù)邊坡與工程的關(guān)系，確定其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，選擇經(jīng)濟(jì)而有效的增穩(wěn)和加固處理措施。

3.崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計(jì)

崩塌、滑坡是典型的斜坡地質(zhì)災(zāi)害，針對(duì)近年來國內(nèi)發(fā)生的崩塌、滑坡重大地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模大、數(shù)量多的特點(diǎn)，通過工程實(shí)踐，介紹常用的治理措施與設(shè)計(jì)方法。

4.地下工程圍巖加固設(shè)計(jì)

地下工程的開挖會(huì)導(dǎo)致原有地應(yīng)力場(chǎng)的變化，使巖體向臨空方向發(fā)生位移，促使原來閉合的結(jié)構(gòu)面松弛張裂形成松動(dòng)區(qū)，同時(shí)，由大尺度結(jié)構(gòu)面相互切割形成的塊體也可能向臨空方向發(fā)生墜落、滑動(dòng)等。采用一定的工程處理手段，改善圍巖的穩(wěn)定性，是地質(zhì)工程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。

三、課程學(xué)習(xí)方法

地質(zhì)工程設(shè)計(jì)課程與傳統(tǒng)的地質(zhì)類課程有一顯著的區(qū)別，即十分重視工程概念、強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)分析。在地質(zhì)工程設(shè)計(jì)課程中，要求學(xué)習(xí)者具備地質(zhì)學(xué)、數(shù)學(xué)、力學(xué)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的綜合知識(shí)，具備土木工程的基本知識(shí)，能運(yùn)用計(jì)算機(jī)CAD技術(shù)繪制工程設(shè)計(jì)圖與工程施工圖。本門課程的學(xué)習(xí)方法如下。

1.重視理論學(xué)習(xí)與課程實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合

地質(zhì)工程設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容體系決定了這門課程的學(xué)習(xí)方法，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的相互作用，領(lǐng)會(huì)實(shí)踐是學(xué)習(xí)與掌握地質(zhì)工程設(shè)計(jì)知識(shí)的真諦。地質(zhì)工程設(shè)計(jì)方法隨工程實(shí)踐進(jìn)一步完善，而理論對(duì)實(shí)踐又有一定的指導(dǎo)作用，從實(shí)踐中去探索新的方法。如在運(yùn)用錨桿加固邊坡與加固洞室圍巖時(shí)，應(yīng)該從不同的加固機(jī)理出發(fā)，綜合考慮施工的可行性設(shè)計(jì)相關(guān)的錨桿參數(shù)，而不能任意確定出錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.注重地質(zhì)學(xué)知識(shí)與工程學(xué)知識(shí)的相互交叉

地質(zhì)工程設(shè)計(jì)屬于地質(zhì)工程學(xué)的范疇，但不能脫離工程學(xué)的知識(shí)，也不能簡(jiǎn)單地理解為地質(zhì)與工程的簡(jiǎn)稱。在學(xué)習(xí)地質(zhì)工程設(shè)計(jì)課程時(shí)，應(yīng)該把地質(zhì)學(xué)的知識(shí)，尤其是地質(zhì)工程學(xué)的知識(shí)與工程相結(jié)合，從工程的角度去解決有關(guān)問題。如在設(shè)計(jì)抗滑樁加固滑坡體時(shí)，需要從工程的角度確定抗滑樁的位置，而不能僅僅考慮提供的抗力的大小。

3.注重創(chuàng)新思維的培養(yǎng)與訓(xùn)練

現(xiàn)有地質(zhì)工程設(shè)計(jì)的理論與方法來自于工程實(shí)踐，也來自于人們的創(chuàng)新思維。任何一種地質(zhì)體加固技術(shù)，都是在創(chuàng)新思維中提出、在實(shí)踐中驗(yàn)證而得到應(yīng)用與發(fā)展的。如近年來采用的錨索與抗滑樁的聯(lián)合使用，就是在抗滑樁與錨索的創(chuàng)新中誕生的。沒有創(chuàng)新的思維，就沒有科學(xué)的發(fā)展，在課程學(xué)習(xí)中，一定要運(yùn)用我們的智慧，去開拓新的地質(zhì)體加固技術(shù)與工程設(shè)計(jì)方法，為祖國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)貢獻(xiàn)我們的力量。

習(xí)題與思考題

0-1 地質(zhì)工程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有哪些?

0-2 地質(zhì)工程與工程地質(zhì)在研究?jī)?nèi)涵上有何不同?

0-3 闡述地質(zhì)工程設(shè)計(jì)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要性。