地質學和工程地質在土木工程中作用

  工程地質學是20世紀才建立和發展起來的一門地球科學。工程地質專業在土木工程建設中具有十分重要的位置。工程地質工作的質量，對工程方案的決策和工程建設的順利進行至關重要。由于地質問題引起的工程事故時有發生，輕則修改設計延誤工期，嚴重時造成工程失事給人民生命財產帶來重大損失。近年來，工程地質勘察質量有下滑現象，工程地質分析不夠深入，有的甚至出現工程地質評價的結論性錯誤。工程地質對地球環境的保護要發揮重要作用。工程地質面臨著新的機遇和挑戰。

 

  工程地質學的產生源于土木工程的需要，地質工程是以傳統的力學理論為基礎發展起來的。但單純的力學計算不能解決實際問題，從一開始就和工程地質結下了不解之緣。試與結構工程比較，結構工程面臨的是混凝土、鋼材等人工制造的材料，材質相對均勻，材料和結構都是工程師自己選定或設計的，可控的。計算條件十分明確，因而建立在材料力學、結構力學基礎上的計算是可信的。

 

  工程地質是研究與工程建設有關地質問題的科學。工程地質的應用性很強，各種工程的規劃、設計、施工和運行都要做工程地質研究，才能使工程與地質相互協調，既保證工程的安全可靠、經濟合理、正常運行，又保證地質環境不因工程建設而惡化，造成對工程本身或地質環境的危害。工程地質學研究的內容有：土體工程地質研究、巖體工程地質研究、工程動力地質作用與地質災害的研究、工程地質勘察理論與技術方法的研究、區域工程地質研究、環境工程地質研究等。

 

  （一） 對一些基本概念的認識

 

  建筑場地：指工程建設所直接占有并直接使用的有限面積的土地,大體上相當于廠區,居民點和自然村的區域范圍的建筑物所在地。從工程勘察角度分析,場地的概念不僅代表著所劃定的土地范圍,還應涉及建筑物所處的工程地質環境與巖土體的穩定問題。    建筑物地基：任何建筑物都建造在土層或巖石上.由于承受由基礎傳來的建筑物荷載而是土層或巖層一定范圍內原有應力狀態發生改變的土層或巖層稱為地基。地基在靜動荷載作用下要發生變形,變形過大會影響建筑物的安全,致使建筑物不能正常使用.因此,地基與工程建筑物的關系更為直接,更為具體。

 

  地基分類：天然地基 軟弱地基 人工地基

 

  天然地基定義：未經加工處理直接支撐基礎的地基

 

  軟弱地基定義：由軟土構成的地基

 

  人工地基定義：經人工加固處理的地基

 

  說明:要確保建筑物地基穩定和滿足建筑物的使用要求,地基與基礎設計必須滿足兩個基本條件：

 

  1、作用于地基的荷載不超過地基的承載能力；

 

  2、保證建筑物不因地基形變而損壞或影響其正常使用。

 

  任何工程建筑物都是營造在一定的場地與地基上的，所有工程建設方式，規模和類型都受建筑場地的工程地質條件所制約。地基的好壞不僅直接影響建筑物的經濟與安危，而且一旦出現事故，處理比較難。因此，在設計每一個建筑物之前，必須進行場地與地基的巖土工程勘察，充分了解建筑場地與地基的工程地質條件，論證和評價場地,地基的穩定性和適宜性，不良地質現象，軟弱地基處理與加固等。

 

  工程地質的主要研究內容是確定巖土組分、組織結構（微觀結構）、物理、化學與力學性質（特別是強度及應變）及其對建筑工程穩定性的影響，進行巖土工程地質分類，提出改良巖土的建筑性能的方法；研究由于人類工程活動的影響而破壞的自然環境的平衡，以及自然發生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地質作用對工程建筑的危害及其預測、評價和防治措施；研究解決各類工程建筑中的地基穩定性，如邊坡、路基、壩基、橋墩、硐室，以及黃土的濕陷、巖石的裂隙的破壞等，制定一套科學的勘察程序、方法和手段，直接為各類工程的設計、施工提供地質依據；研究建筑場區地下水運動規律及其對工程建筑的影響，制定必要的利用和防護方案；研究區域工程地質條件的特征，預報人類工程活動對其影響而產生的變化，作出區域穩定性評價，進行工程地質分區和編圖。隨著大規模工程建設的發展，其研究領域日益擴大。除了巖土學和工程動力地質學、專門工程地質學和區域工程地質學外，一些新的分支學科正在逐漸形成，如礦山工程地質學、海洋工程地質學、城市工程地質及環境工程地質學、工程地震學。一般來說,工程地質是調查、研究、解決與人類活動及各類工程建筑有關的地質問題的科學。

 

  （二）巖土工程的技術決策和實施方案

 

  實踐證明,巖土工程勘察工作做的好，設計、施工就順利，工程建筑的安全運營就有保證。相反，忽視建筑場地與地基勘察工作，都會給工程帶來不同程度的影響，輕則修改方案，增加投資，延誤誤工期，重則釀成災害。例如某市房地產開發公司商住樓，于1993年12月竣工交付使用，在交付使用半年后，出現了較大的基礎不均勻沉降現象，最大沉降量達成200mm，致使從基礎到屋面產生多處裂縫，造成重大質量事故。所以，任何類型的工程和工程建設的任何階段，都必須把建筑地區工程地質條件調查研究并對其進行深入細致的論證和闡明，作為工程地質工作的首要任務，這是工程地質工作的基礎。據此才可能較有成效地完成以下有關工程地質工作的一些實際任務。

 

  基礎建設程序：勘察、設計、施工。建筑設計分為可行性研究、初步設計、技術施工設計等階段，工程地質勘察也隨之分階段進行，對工程地質條件的了解愈來愈深入，這是完全符合認識規律的。建筑位址的選擇具有戰略意義，起著充分利用有利的地質條件、避開不利條件的作用。建筑位址選得好，不但能保證工程的安全，而且工程處理也較簡單，經濟上合理。位址的地質選擇只是一個方面，還要看政治、經濟等方面的因素，最后綜合考慮選定。

 

  1、從工程地質觀點出發選擇地質條件較好的建筑場地和適宜的建筑形式；

 

  2、在已選定的建筑場地及其周圍，根據建筑類型，規模和特點，從分析工程地質條件入手，預測并論證有關工程地質問題發生的可能性；

 

  3、提供工程規劃，設計，施工所需要的工程地質資料。

 

  工程地質是調查、研究、解決與人類活動及各類工程建筑有關的地質問題的科學。是查明建設地區或建筑場地的工程地質條件，分析、預測和評價可能存在和發生的工程地質問題及其對建筑物和地質環境的影響和危害，提出防治不良地質現象的措施，為保證工程建設的合理規劃以及建筑物的正確設計、順利施工和正常使用，提供可靠的地質科學依據。

 

  以上可以總結出:任何學課都不會孤立的發展起來,是與其他學科發生一定聯系而獨立存在著,這種聯系所涉及的范圍與一門學科的研究對象和內容有關。工程地質研究的目的在于保障工程建筑的安全和正常運用。而作為土木工程專業的學生，對于學習工程地質要求我們了解不同的地質條件對建筑的影響以及如何選折合理的建筑地基，保證建筑物的安全性和耐久性。

 

  總之，人類社會的進步與發展，實際上又是一部人與自然相互協調和相互影響的壯麗史詩。以前我們把人與自然的關系當成是與天斗與地斗的斗爭關系，實踐證明，人與大自然斗爭的結果，雖然取得了一些局部性的小勝利，而大自然反過來對人類的懲罰卻是災難性的。盡管工程地質學科正在經歷著前所未有的挑戰，工程地質工作也存在著這樣那樣的問題和難題，然而這更是機遇。抓住機遇迎接挑戰，順應自然，保護環境，防止災害，造福人類，是工程地質學家和地質師的艱巨任務和不可推卸的責任。人類的每一次產業革命，無不與工程建設有直接關系，與地質環境有直接或間接關系。