緒論

一、工程地質學的研究目的、意義及任務

工程地質學是地質科學的一個分支，是研究人類工程活動與自然地質環境相互作用、相互影響的一門應用地質科學。它是以地質學科的理論為基礎，通過調查研究，用數學、力學的知識與成就，以及工程學科的技術與方法，來解決與工程建設各階段（規劃、設計、施工、運營）有關地質問題的科學。它的基本任務是：研究、評價人類工程建設場地的工程地質條件，并選定最佳方案；預測在施工、運營中可能出現的工程地質問題，以及對不良工程地質條件采取的處理措施；為保證工程的合理設計、順利施工和正常使用提供可靠的科學依據，以便有效地開發利用并妥善地保護地質環境。因此，被廣泛地用于水利電力、工業民用、鐵路交通、礦山開采、國防建設等工程。而水利電力工程地質學，則主要是研究與水利電力工程建設各階段有關地質問題的科學。

任何工程建設活動，都是處在一定的地質環境之中。工程建筑物與地質環境之間，也必然存在著一定性質、規模、程度的相互制約與相互作用，其具體的表現形式就是工程地質問題。它既可以表現為地質環境對人類工程活動的制約和影響，也可表現為由于工程建設活動而導致地質環境中各種不利條件的演化，并由此關系到工程的安全使用和經濟效益。所以搞工程建設，必須根據具體的地質環境和工程建設的方式、規模、類型，并預見到二者相互制約的基本形式和規律，才能合理有效的開發利用，并妥善保護地質環境。

實踐證明，地質環境對人類工程活動的制約是普遍存在的，地質環境對工程建設場地的選擇、工程的結構類型、施工方法等都起著決定的影響。因此，在工程修建前，必須對地質環境進行周密的調查研究，充分認識在工程影響范圍內及比鄰地區的地質條件，以利分析、預測其作用的方式和程度。例如，在現代地殼強烈活動區修建工程，必須認真考慮避開活動性斷層，選擇地震活動相對輕微地段，并采用抗震結構，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域穩定性。在可溶巖地區興建工程，成功與否要首先受到巖溶發育規律的制約。在巖體中開挖洞室，圍巖的各種地質因素（諸如巖性、構造、地下水、地應力等）對其穩定性、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方案的確定等等，都與工程區的地質環境有著密切的關系。總之，地質環境的不良，不僅會提高工程造價，更重要的是會影響工程的穩定、安全和使用。據統計，在世界上大壩破壞失事的事例中，至少有一半是由地質條件不良而引起的；國際工程地質學會在蘇聯舉行的討論會所發表的論文資料表明，在大壩的破壞事例中，有58%與地質條件有關；美國收集的資料表明，有60%的事故，在某些方面與地質條件有關。

對“地質環境”一詞，當前有著不同的理解。應該說，地質環境是人類生存、活動的目然環境的組成部分，與巖石圈、水圈、生物圈、大氣圈都有關系，即地質環境與人類的生存、活動有關。它是指人類從事生產、生活，以及發展生產活動為中心的，周圍一定范圍內的客觀地質實體。因此，其廣泛的含義可以理解為，是人類生存與活動進程中的地殼表部，特別是與巖石圈的上部和水圈有密切關系。而在工程地質學中，對人類工程活動的地質環境，通常用工程地質條件來表達。

工程地質條件是一個綜合性的概念，是與工程建筑有關的地質條件的總稱。它通常包括工程建設區的地形地貌、巖土工程地質性質、地質構造、水文地質、物理地質現象、地質物理環境（地應力、地熱等）、天然建筑材料等7個方面的因素與工程建筑的關系。它是自然歷史產物，經過復雜的演化過程，并受區域性規律的制約，其內容、性質、組合特征多種多樣，因而具有因地而異的特點。確切地講，就是在不同地區、不同工程類型、不同設計階段，上述各因素的重要性并不是等同的，而是有主有從。其中巖土工程地質性質、地質構造二者往往起主導作用，在某些情況下，其地形地貌、水文地質條件也可能成為首要因素。因為工程地質條件所包括諸方面的因素是相互聯系、相互制約的，所以在解決工程建設中的地質問題時，應該對諸因素進行綜合的分析、論證，而不是某一個方面的因素。

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

所謂工程地質問題，是指工程建筑與地質環境（以工程地質條件表達）之間相互作用、相互矛盾而引起的，對工程穩定安全、正常使用，或對周圍環境可能產生影響的（不適應、不協調）地質問題。概括講，就是工程地質條件與工程建筑之間存在著的矛盾，稱為工程地質問題。因為這種矛盾，在工程修建后，就必然和地質環境發生關系，相互制約，引起工程地質條件變化；這種變化又會反過來影響工程的安全與穩定。另外，工程地質問題又與工程的類型、規模等有著密切的關系。各類建筑物的結構類型、工作方式不同，將會存在不同性質、不同程度的工程地質問題。諸如工業民用建筑常遇到地基變形、強度與穩定問題；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定、涌水以及影響施工的高地應力、高地熱和有害氣體問題；礦山工程常遇到露天高邊及巷道的穩定、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問題更加復雜多樣，除與其他工程相類似的區域穩定及壩基、邊坡和洞室的圍巖穩定問題外，還有庫壩區的滲漏、庫岸穩定及水庫的浸沒、淤積、誘發地震等問題，以及在特種土地區（紅土、黃土、淤泥、膨脹土等）的特殊工程地質問題等。至于因大量抽取地下水、石油、天然氣而導致大面積的地面沉降；隨著放射性能源的應用，核廢料儲存、處理問題，以及其他礦渣的處理問題等雖屬環境工程地質問題，但已經不只限于工程本身范圍內，而且已波及到廣大地區，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，對地質環境將促成各種形式的強烈反應。

綜上所述，由于地質環境對工程活動的作用而危及建筑物，及其對工程活動的不適應性，將導致工程的復雜程度增大。因此，人類的工程活動，不能只限于合理的開發利用地質環境，還要妥善的保護地質環境。實踐證明，凡重視工程地質工作的工程，既能達到合理開發利用，也能達到妥善保護地質環境的目的；相反，忽視地質工作，或孤立、靜止的對待工程地質問題，不僅給工程帶來不同程度的惡果，而且惡化了地質環境。所以，為了達到合理開發利用、妥善保護地質環境的目的，在解決工程各階段可能存在的工程地質問題時，則務必深入細致的查明其工程地質條件，結合不同的工程特點，來預測可能產生的工程地質問題的性質和程度，提出改善和處理措施，這就是工程地質學的基本任務。具體講有以下幾個方面。

1）研究、評價工程區的工程地質條件，選擇最優方案，以求充分利用有利地質條件，避開或改善不利的地質因素。

2）預測、并分析論證有關工程地質問題發生的可能性，以及發展的程度和趨勢。

3）為擬定改善與防治不利地質條件的措施方案，提供地質依據（包括制定保護地質環境措施）。

4）提供工程在不同階段所需的工程地質資料。