第一章 绪论

5.研究人类工程活动与地质环境之间的相互作 用与影响。
2. 水文地质学及其任务
水文地质学是研究地下水的科学。所谓地下水 系指埋藏和运动于地表以下不同深度的土层和岩石 空隙中的水。 水文地质学的主要任务： 1.地下水的形成、埋藏、分布、运动以及循环转 化的规律； 2.地下水的物理性质、化学成分，以及水质的变 化规律； 3.地下水对工程建筑的影响。
与津巴布韦界河上的卡里巴水库、希腊的克里马斯塔水
库和印度的柯依那水库等都先后诱发了6级以上的地震， 2
造成了较严重的破坏和人员伤亡。其中坝高105米的新
的泉河、颍河穿越沉降区的河堤坝，高度已降低，市中心的颍河
节制闸整体下沉1m左右，严重影响了泄洪和防洪能力，城市输排
水管道时常断裂，多座公路桥梁建筑物开裂。
版社，1997 6.李智毅等编. 工程地质学概论. 武汉：中国地质大学出版
社，1994.
课程教学的基本内容及学时安排
内
第一章 绪论 第二章 岩石成因类型及其工程地质特征 第三章 地质构造及其对工程的影响 第四章 土的工程性质与分类 第五章 地下水
容
学时
2 6 6 4 4
第六章 不良地质现象的工程地质问题
3.能正确处理各种工程地质问题，并能合理利
用自然地质条件；
4.了解工程地质资料的获取方法，能根据具体 的工程情况正确提出工程地质勘察任务和要求； 5.合理利用勘查资料进行工程设计及指导施工。 【课程特点】
内容广、概念多、实践性强。
【学习方法】 认真听讲，作好笔记，及时复习、总结，学习 中要理解和掌握基本概念、基本原理。
水库诱发地震
库岸崩塌
地下水的大量开采而造成了地面的大面积下沉，我国的上海
二十世纪六十年代以来，我国新丰江水库、赞比亚
(1921～1965年的41年间市区平均下沉量3m)。我省的阜阳市、淮
南市、宿州市、界首市等城市都出现地面沉降。根据统计1998年 阜阳市累计沉降量已达1.4m，沉降范围大于410km 以上。阜阳市
• 地壳 是莫霍面以上的地球表层。其厚度变化在570 km之间。其中大陆地区厚度较大，平均约为 33km；大洋地区厚度较小，平均约7 km；总体的 平均厚度约16km。地壳物质的密度一般为2.62.9g/cm3。大陆地壳（上地壳）主要为富硅铝的 硅酸盐矿物所组成，常称为硅铝层；大洋地壳 （下地壳）主要为富硅镁的硅酸盐矿物所组成， 常称为硅镁层，因其比重较大，主要分布洋底地 莫霍面 壳或大陆地壳的下部。 地幔 莫霍面与古登堡面之间的一个巨厚圈层。其 厚度约2850km。平均密度为4.5g/cm3。根据次级 界面可分为上地幔和下地幔。上地幔：从莫霍面 至地下1000km，平均密度为3.5g/cm3，成分主要 为含铁镁质较多的超基性岩。在上地幔的上部 100-350km存在一个由柔性物质组成的圈层称为软 流圈（地震波的低速带）。此软流圈之上的固态 岩石圈层称为岩石圈。下地幔：地下1000km至古 登堡面之间，平均密度增大为5.1g/cm3，成分仍为 含铁镁质的超基性岩，但铁质的含量增加。 地核 古登堡面以下地心的一个球体。半径为 3480km。地核的密度达9.98～12.5g/cm3。其成分 古登堡面 以铁镍物质为主．根据其状态可分为外核和内核。 外核：物态为液态，其成分除铁镍外，可能还有 碳、硅和硫；内核：物态为固态，其成分为铁镍 物质。
（3）地形地貌 地形是指地表高低起伏状况、山坡陡缓程度与
沟谷宽窄及形态特征等。
地貌则说明地形形成的原因、过程与时代。
平原区、丘陵区和山岳地区的地形起伏、土层
薄厚和基岩出露情况、地下水埋藏特征和地表地质
作用现象都具有不同的特征，这些因素都直接影响
到建筑场地和线路的选择。
地貌的形态分类
太平洋板块、印度洋板块及欧亚板块联合作用形成 ——中国台阶状地貌
是研究在工程建筑设计、施工和运营的实施过程中
合理和正确地使用自然地质条件和改造不良地质条
件等地质问题。
工程地质学的主要任务： 1.评价工程地质条件，选定地质条件较好的建 筑场地和适宜的建筑形式； 2.论证和预测有关工程地质问题发生的可能性、 发生规模和发展趋势； 3.提出改善、防治或利用有关工程地质条件的 措施、加固岩土体和防治地下水的方案； 4.为工程规划、设计和施工提供所需的工程地 质资料；
§1.2 工程建筑与地质环境之间的关系
工程建设是在各种地质环境中进行的，人类工程
活动与地质环境间的相互关系表现在以下两个方面：
1.地质环境对工程建筑具有制约作用 地质环境 是指以岩石圈为主，在和大气圈、生 物圈、水圈的相互作用中形成和演化的人类生活、 生存和工程设施受其影响的周围的岩土介质。
开放的
工程活动也会以各种方式影响地质环境,每类工程活动 对地质环境的作用方式强度是不同的，对地质环境的影响 也不尽相同，概括起来有: 是指工程建筑物的自重及其运行时与其他自然和人 为作用力的叠加所造成的在工程和地质介质边界面 的荷载。 类别：静载荷、动载荷、周期重复载荷 地基及周围变形 作用结果 地基及周围应力集中区内的岩土屈 服拉张变形
是一项具有控制意义的要素。
地质构造包括褶皱、断层、节理构造的分布和 特征，它确定了一个地区的构造格架、地貌特征和
岩土分布。断层，尤其是活断层，工程人员最为担
心，确实给建筑带来过很大危害。在选择建筑物场 地时必须注意断层的规模、产状及其活动情况。
土体结构主要是指土层的组合关系，即由层面 所分隔的各层土的类型、厚度及其空间变化，特别
乃托展线，铁路以不同的高度三次经过白石岩车站
案例2 意大利瓦依昂水库滑坡事件
1961年建成，坝高267m，是当时世界上最高的双拱坝。
坝基为断裂十分发育的灰岩。修建过程中，不理会工程地 质人员的多次建议。 库区蓄水后，1963年10 月9日，山体突然以高达25 ～30m/s的速度下滑，近2亿 方土石迅速淤满水库，掀起 高过坝顶100余米的涌浪， 冲毁下游3km处的村镇，造 成3000人死亡，水库变为石 库。
工程地质与水文地质
Engineering geology & Hydrogeology
蔡
劲
松
安徽理工大学地球与环境学院
课程介绍
【课程性质】
本课程是土木工程专业必修的一门专业基础课， 总学时32学时。 【教学目的】 1.掌握工程地质与水文地质的基本概念和理论； 2.了解工程建设中经常遇到的工程地质现象和问 题及其对工程设计、施工和使用各阶段的影响；
等六个要素，是一个综合概念。
（1）岩土类型及性质 岩土的类型及性质是最基本的工程地质因素，
在工程中针对岩土的研究包括：岩土的成因类型、
形成时代、埋藏深度、厚度变化、延伸范围、风化 特征及产状要素，进行岩土的物理力学试验，定量 地确定有关指标，为工程设计的合理性提供准确的 岩土参数。
（2）地质结构和构造 该因素包括地质构造、岩体结构、土体结构等，
⒈ 工程 荷载
目的：建基、洞室利用 ·岩（土）应力状态的卸载和调整 2. 岩（土） ·岩（土）开挖爆破损伤和振动 开 挖 对地质环境 ·岩（土）临空面位置、形态的改变 的 影 响 ·引发地下水的排泄、地表水的聚集 ·开挖后岩（土）弃渣的堆积和处理
相关工程：大坝、输水隧洞、水井、钻孔等
3. 水流、水体 调 节 结 果 导致地面沉降
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土 层，模量较低，变形较大。
比萨斜塔
处理措施
1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理 目 前: 已向游人开放。
2. 工程活动对地质环境的影响
在 太 空 中 所 见 的 地 球
地球的内部圈层
大洋地壳 大陆地壳
地震波在地球内部传播 时，有两个明显的波速 突界面，这两个地球内 部界面分别称为：莫霍 面和古登堡面 根据莫霍面和古登堡面， 可将地球内部分为三个 Ⅰ级圈层：地壳、地 幔、地核 根据次级界面，还可将 进一步分为六个Ⅱ级圈 层。
地球的内部圈层
地质环境是从安全、经济和正常使用三个方 面影响工程建筑的。
作为一名工程师必须要认真研究建筑场址的地 质环境，尤其是对工程建筑物有严重制约的地质作
用和现象，必须进行ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ细、深入地研究。
生产实践证明，工程地质工作质量的好坏，直
接或间接地关系着工程建筑的安全可靠性，技术可
能性及经济合理性。 在国内外工程建设实践中，重视工程地质工作 使工程建设获得成功的经验和忽视工程地质工作引 起工程建设失败的教训不胜枚举。
的工程地质勘察十分重视，提出地质选线的原 则。
根据Google Earth得到的大渡河大峡谷皇木站附近三维图
大渡河大峡谷，关村坝车站
用多层钢网防护落石
温泉隧道出口的山体铆固工程
黑区沟隧道及其上部数百米的高边坡防治工程
泥石流导槽
地下万米排水隧洞
沙马拉达隧道，修建时每日涌水就达1万2千吨有“水帘洞”之
其特点是
演化的
是一个动态的系统
工程建设不能脱离地质环境，必定在某种程 度上受到地质环境的制约，因此，人类的工程活 动和工程建筑物必须具备一定的地质环境的适宜 性。
地质环境对人 类工程活动的 制约体现在 影响工程建筑物的稳定和正常使用
以一定作用影响工程活动的安全
由于某些地质条件不具备而提高了工程的造价
•
•
地壳是人类赖以生活和活动的场所，一切 工程建筑物都建筑在地壳上，也是建筑材料和 矿产资源的主要来源地，所以地壳是地质学研 究的主要对象，它构成了人类生存和工程建筑 的环境及物质基础。
§1.1 工程地质学和水文地质学
1. 工程地质学及其任务
工程地质学是介于地学与工程学之间的一门边
缘交叉学科，它研究土木工程中的地质问题，也就
案例3 比萨斜塔的修建
目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5° 1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m 1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工 1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工 1590: 伽利 略在此塔做 落体实验
案例1: 成昆铁路(全长1090.9km)
成昆铁路由海拔500米左右的川西平原 ，逆大渡河、牛日河而上，穿越海拔2280 米的沙木拉达隧道后，沿孙水河、安宁河 、雅砻江，下至海拔1000米左右的金沙江 河谷，再溯龙川江上行至海拔1900米左右 的滇中高原。 沿线地质构造极为复杂．大断裂纵横 分布，新构造运动十分强烈，有约200 公 里的地段位于八、九度地震烈度区，岩层 十分破碎。加上沿线雨量充沛，山体不稳 。各种不良地质现象充分发育，被誉为“ 世界地质博物馆”。中央和铁道部对成昆线
要注意地基中强度低的软弱土层，它对地基承载力
的建筑物的沉降起着决定性的作用。 岩体结构是指结构面形态及其组合关系，尤其是 层面、泥化夹层、不整合面、断层带、层间错动、节 理面等结构面的性质、产状、规模和组合关系。不同 结构类型的岩体其力学性质和变形破坏的力学机制是 不同的。结构面愈发育，特别是含有软弱结构面的岩 体，其性质愈差。
教材及主要参考文献
1.孔宪立, 石振明主编. 工程地质学. 北京: 中国建筑工业出 版社, 2001 2.张咸恭等编. 中国工程地质学. 北京：科学出版社，2000 3.李相然编. 工程地质学. 北京：中国电力出版社，2006 4.李治平编.工程地质学.北京：人民交通出版社, 2002
5.戚筱俊编. 工程地质与水文地质. 北京：中国水利水电出
丰江水库6.1级地震和坝高103米的柯依那水库6.4级地
震都是在少震区诱发6级以上地震的例子。
§1.3
工程地质条件与工程地质问题
1. 工程地质条件 工程地质条件是指工程建筑物所在地区对工程
建筑的利用和改造有影响的各项地质因素的综合。
它包括岩土类型及性质、地质结构与构造、地形地
貌、水文地质条件、不良地质作用和天然建筑材料
第七章 工程地质原位测试 第八章 工程地质勘察
6
2 2
第一章 绪 论
主要内容
§1.1 工程地质学和水文地质学
§1.2 工程建筑与地质环境之间的关系
§1.3 工程地质条件与工程地质问题
§1.4 工程地质学研究的内容
§1.5 工程地质的发展
地质学是研究地球的科学，是研究地 球的成因、结构和发展规律并利用这些规 律为人类社会服务的科学。