緒論

一、工程地質(zhì)學(xué)的研究目的、意義及任務(wù)

工程地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)科學(xué)的一個(gè)分支，是研究人類工程活動(dòng)與自然地質(zhì)環(huán)境相互作用、相互影響的一門應(yīng)用地質(zhì)科學(xué)。它是以地質(zhì)學(xué)科的理論為基礎(chǔ)，通過調(diào)查研究，用數(shù)學(xué)、力學(xué)的知識與成就，以及工程學(xué)科的技術(shù)與方法，來解決與工程建設(shè)各階段（規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營）有關(guān)地質(zhì)問題的科學(xué)。它的基本任務(wù)是：研究、評價(jià)人類工程建設(shè)場地的工程地質(zhì)條件，并選定最佳方案；預(yù)測在施工、運(yùn)營中可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題，以及對不良工程地質(zhì)條件采取的處理措施；為保證工程的合理設(shè)計(jì)、順利施工和正常使用提供可靠的科學(xué)依據(jù)，以便有效地開發(fā)利用并妥善地保護(hù)地質(zhì)環(huán)境。因此，被廣泛地用于水利電力、工業(yè)民用、鐵路交通、礦山開采、國防建設(shè)等工程。而水利電力工程地質(zhì)學(xué)，則主要是研究與水利電力工程建設(shè)各階段有關(guān)地質(zhì)問題的科學(xué)。

任何工程建設(shè)活動(dòng)，都是處在一定的地質(zhì)環(huán)境之中。工程建筑物與地質(zhì)環(huán)境之間，也必然存在著一定性質(zhì)、規(guī)模、程度的相互制約與相互作用，其具體的表現(xiàn)形式就是工程地質(zhì)問題。它既可以表現(xiàn)為地質(zhì)環(huán)境對人類工程活動(dòng)的制約和影響，也可表現(xiàn)為由于工程建設(shè)活動(dòng)而導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境中各種不利條件的演化，并由此關(guān)系到工程的安全使用和經(jīng)濟(jì)效益。所以搞工程建設(shè)，必須根據(jù)具體的地質(zhì)環(huán)境和工程建設(shè)的方式、規(guī)模、類型，并預(yù)見到二者相互制約的基本形式和規(guī)律，才能合理有效的開發(fā)利用，并妥善保護(hù)地質(zhì)環(huán)境。

實(shí)踐證明，地質(zhì)環(huán)境對人類工程活動(dòng)的制約是普遍存在的，地質(zhì)環(huán)境對工程建設(shè)場地的選擇、工程的結(jié)構(gòu)類型、施工方法等都起著決定的影響。因此，在工程修建前，必須對地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行周密的調(diào)查研究，充分認(rèn)識在工程影響范圍內(nèi)及比鄰地區(qū)的地質(zhì)條件，以利分析、預(yù)測其作用的方式和程度。例如，在現(xiàn)代地殼強(qiáng)烈活動(dòng)區(qū)修建工程，必須認(rèn)真考慮避開活動(dòng)性斷層，選擇地震活動(dòng)相對輕微地段，并采用抗震結(jié)構(gòu)，才能減輕或消除震害的影響。特別是對安全度要求極高的核電站和巨型水利工程，其可行性問題首先要取決于區(qū)域穩(wěn)定性。在可溶巖地區(qū)興建工程，成功與否要首先受到巖溶發(fā)育規(guī)律的制約。在巖體中開挖洞室，圍巖的各種地質(zhì)因素（諸如巖性、構(gòu)造、地下水、地應(yīng)力等）對其穩(wěn)定性、施工和正常使用都具有控制作用。同樣，不論壩址、壩型、建筑物類型的選擇；鐵路、橋梁、隧道工程的選線與施工；軟基修建高層建筑物基礎(chǔ)方案的確定等等，都與工程區(qū)的地質(zhì)環(huán)境有著密切的關(guān)系。總之，地質(zhì)環(huán)境的不良，不僅會(huì)提高工程造價(jià)，更重要的是會(huì)影響工程的穩(wěn)定、安全和使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在世界上大壩破壞失事的事例中，至少有一半是由地質(zhì)條件不良而引起的；國際工程地質(zhì)學(xué)會(huì)在蘇聯(lián)舉行的討論會(huì)所發(fā)表的論文資料表明，在大壩的破壞事例中，有58%與地質(zhì)條件有關(guān)；美國收集的資料表明，有60%的事故，在某些方面與地質(zhì)條件有關(guān)。

對“地質(zhì)環(huán)境”一詞，當(dāng)前有著不同的理解。應(yīng)該說，地質(zhì)環(huán)境是人類生存、活動(dòng)的目然環(huán)境的組成部分，與巖石圈、水圈、生物圈、大氣圈都有關(guān)系，即地質(zhì)環(huán)境與人類的生存、活動(dòng)有關(guān)。它是指人類從事生產(chǎn)、生活，以及發(fā)展生產(chǎn)活動(dòng)為中心的，周圍一定范圍內(nèi)的客觀地質(zhì)實(shí)體。因此，其廣泛的含義可以理解為，是人類生存與活動(dòng)進(jìn)程中的地殼表部，特別是與巖石圈的上部和水圈有密切關(guān)系。而在工程地質(zhì)學(xué)中，對人類工程活動(dòng)的地質(zhì)環(huán)境，通常用工程地質(zhì)條件來表達(dá)。

工程地質(zhì)條件是一個(gè)綜合性的概念，是與工程建筑有關(guān)的地質(zhì)條件的總稱。它通常包括工程建設(shè)區(qū)的地形地貌、巖土工程地質(zhì)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、物理地質(zhì)現(xiàn)象、地質(zhì)物理環(huán)境（地應(yīng)力、地?zé)岬龋⑻烊唤ㄖ牧系?個(gè)方面的因素與工程建筑的關(guān)系。它是自然歷史產(chǎn)物，經(jīng)過復(fù)雜的演化過程，并受區(qū)域性規(guī)律的制約，其內(nèi)容、性質(zhì)、組合特征多種多樣，因而具有因地而異的特點(diǎn)。確切地講，就是在不同地區(qū)、不同工程類型、不同設(shè)計(jì)階段，上述各因素的重要性并不是等同的，而是有主有從。其中巖土工程地質(zhì)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造二者往往起主導(dǎo)作用，在某些情況下，其地形地貌、水文地質(zhì)條件也可能成為首要因素。因?yàn)楣こ痰刭|(zhì)條件所包括諸方面的因素是相互聯(lián)系、相互制約的，所以在解決工程建設(shè)中的地質(zhì)問題時(shí)，應(yīng)該對諸因素進(jìn)行綜合的分析、論證，而不是某一個(gè)方面的因素。

另一方面，人類的工程活動(dòng)也會(huì)影響（改變）或作用于地質(zhì)環(huán)境，促成自然環(huán)境的各種不利演化，這種作用通常稱為工程地質(zhì)作用。如水庫的浸沒、塌岸、誘發(fā)地震等。而由于內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用在地殼表層所引起的一系列地質(zhì)現(xiàn)象，如滑坡、崩塌、喀斯特、沖溝、泥石流、地震、巖體風(fēng)化等，則稱為物理地質(zhì)作用。二者總稱為工程動(dòng)力地質(zhì)作用。這些作用對工程的穩(wěn)定安全、正常使用影響很大，通常作為工程地質(zhì)問題來對待、分析和研究。

所謂工程地質(zhì)問題，是指工程建筑與地質(zhì)環(huán)境（以工程地質(zhì)條件表達(dá)）之間相互作用、相互矛盾而引起的，對工程穩(wěn)定安全、正常使用，或?qū)χ車h(huán)境可能產(chǎn)生影響的（不適應(yīng)、不協(xié)調(diào)）地質(zhì)問題。概括講，就是工程地質(zhì)條件與工程建筑之間存在著的矛盾，稱為工程地質(zhì)問題。因?yàn)檫@種矛盾，在工程修建后，就必然和地質(zhì)環(huán)境發(fā)生關(guān)系，相互制約，引起工程地質(zhì)條件變化；這種變化又會(huì)反過來影響工程的安全與穩(wěn)定。另外，工程地質(zhì)問題又與工程的類型、規(guī)模等有著密切的關(guān)系。各類建筑物的結(jié)構(gòu)類型、工作方式不同，將會(huì)存在不同性質(zhì)、不同程度的工程地質(zhì)問題。諸如工業(yè)民用建筑常遇到地基變形、強(qiáng)度與穩(wěn)定問題；鐵路交通工程常遇到路基邊坡、隧洞圍巖，以及橋墩、橋臺的穩(wěn)定問題，道路的凍脹問題，泥石流問題；地下洞室常遇到圍巖穩(wěn)定、涌水以及影響施工的高地應(yīng)力、高地?zé)岷陀泻怏w問題；礦山工程常遇到露天高邊及巷道的穩(wěn)定、涌水和采空引起的地面塌陷問題；由于水的參與，水利水電工程的工程地質(zhì)問題更加復(fù)雜多樣，除與其他工程相類似的區(qū)域穩(wěn)定及壩基、邊坡和洞室的圍巖穩(wěn)定問題外，還有庫壩區(qū)的滲漏、庫岸穩(wěn)定及水庫的浸沒、淤積、誘發(fā)地震等問題，以及在特種土地區(qū)（紅土、黃土、淤泥、膨脹土等）的特殊工程地質(zhì)問題等。至于因大量抽取地下水、石油、天然氣而導(dǎo)致大面積的地面沉降；隨著放射性能源的應(yīng)用，核廢料儲存、處理問題，以及其他礦渣的處理問題等雖屬環(huán)境工程地質(zhì)問題，但已經(jīng)不只限于工程本身范圍內(nèi)，而且已波及到廣大地區(qū)，并危及人類自身的生活與安危，特別是一些巨型工程的作用，對地質(zhì)環(huán)境將促成各種形式的強(qiáng)烈反應(yīng)。

綜上所述，由于地質(zhì)環(huán)境對工程活動(dòng)的作用而危及建筑物，及其對工程活動(dòng)的不適應(yīng)性，將導(dǎo)致工程的復(fù)雜程度增大。因此，人類的工程活動(dòng)，不能只限于合理的開發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境，還要妥善的保護(hù)地質(zhì)環(huán)境。實(shí)踐證明，凡重視工程地質(zhì)工作的工程，既能達(dá)到合理開發(fā)利用，也能達(dá)到妥善保護(hù)地質(zhì)環(huán)境的目的；相反，忽視地質(zhì)工作，或孤立、靜止的對待工程地質(zhì)問題，不僅給工程帶來不同程度的惡果，而且惡化了地質(zhì)環(huán)境。所以，為了達(dá)到合理開發(fā)利用、妥善保護(hù)地質(zhì)環(huán)境的目的，在解決工程各階段可能存在的工程地質(zhì)問題時(shí)，則務(wù)必深入細(xì)致的查明其工程地質(zhì)條件，結(jié)合不同的工程特點(diǎn)，來預(yù)測可能產(chǎn)生的工程地質(zhì)問題的性質(zhì)和程度，提出改善和處理措施，這就是工程地質(zhì)學(xué)的基本任務(wù)。具體講有以下幾個(gè)方面。

1）研究、評價(jià)工程區(qū)的工程地質(zhì)條件，選擇最優(yōu)方案，以求充分利用有利地質(zhì)條件，避開或改善不利的地質(zhì)因素。

2）預(yù)測、并分析論證有關(guān)工程地質(zhì)問題發(fā)生的可能性，以及發(fā)展的程度和趨勢。

3）為擬定改善與防治不利地質(zhì)條件的措施方案，提供地質(zhì)依據(jù)（包括制定保護(hù)地質(zhì)環(huán)境措施）。

4）提供工程在不同階段所需的工程地質(zhì)資料。