工程地质论文

工程地质论文（通用12篇）

工程地质论文 篇1

摘要：通过采用地质勘察方法对隧道区域的地质环境予以全面系统的分析研究, 探讨了监测隧道结构收敛变形情况, 并对隧道工程进行了稳定性分析, 为复杂地质条件的铁路隧道工程地质勘察提供一些参考依据。

关键词：铁路隧道工程,勘察,地质环境

铁路隧道工程在铁路勘察设计中是影响铁路方案选择的关键不利地质因素, 该工程岩土介质、地质结构、水文地质等因素不但影响工程地质灾害规模与灾害发生频率, 还会影响隧址地区的地面稳定性、山体稳定性、深部稳定性以及围岩稳定性。因此, 为了隧道工程稳定性与施工安全的保障, 必须凭借地质环境因素进行全面且深入的探讨, 通过对隧道工程进行地质勘察, 分析其勘察结果, 加强铁路工程的稳定性, 提高铁路修建的质量。

1 关于隧道工程地质的勘察方式

为了准确掌握隧道区工程地质特点、水文地质环境、不良地质情况, 对围岩状况进行级别分段, 为隧道工程的建设与设计提供科学的工程地质资料与合理有效的处理方案, 地质勘察基于遥感判释运用了隧道工程地质调绘、地质钻探、高密度电物探法、地震勘探与钻孔超声波检测、抽水与压水试验、瓦斯检测等多种方式予以综合勘察。

1.1 隧道工程地质调绘

地质调绘的方法主要包括追索法与路线穿越法, 对工程整个地质单元与隧道区两部分控制地质体与不良地质。与以往的方法进行比较, 打破了调绘范围的限制, 让调绘内容更细致、更准确。通过调绘方式, 能够查明岩堆、危岩、软土、瓦斯、地下水等不良地质的分布情况, 尤其是在隧道中部发育的岩溶管道水水流方向。隧道工程的地质调绘为下一步工作的实施奠定了坚实的基础。

1.2 地质钻探

由于隧道区域地层与岩性变化的多样性, 进行地质钻探时需要布置多个钻孔, 加大钻孔分布范围。钻探方式主要是采用金刚石或合金钻进, 一部分煤系地层地带的岩石粉碎, 采用的是无水反循环钻进工艺。钻孔的深度除有特殊要求的钻孔外, 都应当深入隧道设计标高2 m~3 m以下。钻进岩芯采取率要求破碎岩层与强风化层不小于50%;完整基岩不小于80%;覆盖层不小于50%。钻探钻进过程中, 仔细测定地下水位, 并及时记录, 记录内容包括岩土分层、地下水位、钻进速率、水的颜色等。利用详细与具有代表性的钻探方式, 隧道洞室围岩的岩性与整体情况能够直观显示;利用钻孔实施抽水、钻孔声波测试、压水测试、煤层瓦斯检测等一系列工作, 以定性与定量两方面为隧道围岩的分段与分级带来有效的地质依据。

1.3 高密度电物探法

若存在钻探方式难以查证的地质, 则能采用高密度电物探法, 物探仪器为拥有我国先进水平的重庆奔腾数控技术研究所研究的WGMD-1型高度探测系统, 方法是用α排列方式予以高密度数据采集, 采用国际水平的Surfer软件与RES2DINV软件进行二维电阻率成像反演。能够准确判断地质情况, 改善隧道工程施工的危险性, 降低严重社会问题的发生率, 有时还能避免路线更改, 从而节约建设项目的投资资本。

1.4 地震勘探与钻孔超声波测井以及探测岩石波速

因其隧道区域地层岩性多样化, 地表风化程度严重, 钻探取芯能力弱, 岩芯大多为碎块、砂状以及块状。地质人员大都是通过人为因素来判断岩石风化程度, 很少客观判断岩体基本质量, 未能科学划分隧道围岩类型。因而, 地震勘探与钻孔超声波测井以及探测岩石波速技术逐渐被应用。地震勘探仪器采用的主要方式为折射波法, 通过定性划分结合定量指标的整体分析, 确定了岩石风化情况与隧道围岩类型, 该方式更为合理, 更具创新特色。

1.5 抽水与压水检验方式

若隧道区域属于条带状岩层组成的山岭, 其水文地质单元更加复杂, 含有较多含水单元与隔水层, 其透水性与含水单元具有较大差异。为了能检验出准确的洞身段各岩石的裂隙性与透水性, 准确预判隧道涌水量, 于钻孔施工结束后分别实施抽水与压水试验。

抽水及压水试验使用的是自制提桶与专业高扬程空气压缩机抽水与压水设施, 其中提桶抽水试验应用于地下水位浅的地段, 空气压缩机抽水和压水设施应用于地下水位深或不存在地下水的岩层内。并且还对一些钻孔实行了将抽水与压水相整合的试验, 以便同单一试验进行对比。

1.6 瓦斯检验

对专门施工的ZK11钻孔, 采用一套煤管、一套瓦斯解吸仪、两个取样瓦斯灌予以瓦斯检验, 其具体方法为:在钻孔钻遇煤层后, 下采煤管采煤同时迅速装灌后封闭, 5 min内进行解吸, 获得现场瓦斯解吸量, 最后采用图解法算出瓦斯耗损量, 二者相加即为煤层瓦斯逸出量。该方式简易可行, 结果接近实际情况, 具有相对开拓性。

2 关于工程地质环境对隧道工程的影响

在建设长隧道、深埋隧道以及大隧道过程中, 会遇到各种各样的地质环境问题, 不仅会对工程工期与造价造成影响, 还会给隧道的施工与运行带来安全隐患。下述对影响隧道工程的几种地质环境作了探讨。

2.1 软土地基

在湖相与滨海相等古地质环境中, 软土大都沉积在相对停滞与相对运动迟缓的水环境内, 此类沉积软土颗粒细软、土质软弱、孔隙度大、含水量高、容易形成蠕变、凝聚力小几乎可以被忽略。在这种地质条件上建设隧道, 必须考虑工程的地质问题。1) 该地质土性较软, 受到隧道重负荷时容易发生沉陷, 从而厚度发生改变, 形成不均匀沉陷, 导致隧道内衬砌等结构发生形变;2) 隧道结构会受软土蠕变的影响, 及时进行支护与衬砌有重要作用;3) 软土一般存在于地下还原环境中, 微生物作用容易形成甲烷气体, 聚积在软土层孔隙内, 隧道挖进时工作人员可能会受甲烷气体的危害, 若遇到火源还可能引起爆炸。

建设隧道时, 对于软土地基, 长度不长的隧道应采用盾构穿越更为简易;然而长度过长的隧道, 因其软土的蠕变特点, 会形成超量切削, 导致在隧道盾构掘进的前端会出现蠕变凹槽, 如果软土层厚度不够, 容易使得上方活河水与海水大量潜入隧道。因此, 在海域上存在众多沉积软土地带时, 借助盾构穿越软土层, 必须充分重视所存在的安全隐患。

2.2 砂卵石层地基

在多样化地质条件如平原、河流、滨海、盆地中, 会存在不同成因的砂卵石沉积层。各地砂卵石层的结构由于沉积时受到古地质地理环境的影响, 各结构间存在差异。砂卵石层的沉积韵律和颗粒级配受到沉积时水动力条件的影响。砂卵石层危害隧道工程的几个方面主要是:1) 因为隧道施工排水, 使得周边砂层的机械塌陷与管涌;2) 砂层涌入会引发丰富地下水;3) 砂层地质结构的不同, 形成不规则沉陷, 为隧道带来安全隐患;4) 砂层内夹杂的大块卵石, 影响盾构施工, 严重时会卡住刀片。采用沉管法在湍急河流的砂卵石层中建设隧道, 容易使沉管下砂层形成冲刷, 损害沉管隧道。

在厚砂层上建设隧道时, 要注重下述几点:1) 抽水起始水位降低引发地面沉降、冲刷、潜蚀;2) 进行大量抽水后, 水位降低迟缓, 产生压力水头, 极易使得下方的大量砂层溃入;3) 下方存在相对隔水层时, 因为上方隧道抽水降低水压, 下方高压水汇合;4) 透水层凸起, 形成众多越流向上补给, 影响隧道运行。

2.3 碳酸盐岩地层

在分布有可溶碳酸盐地层地区, 受到不同程度的喀斯特化作用, 作用结果为在地表上形成奇特山峰, 地下形成多个洞穴与通道。活跃在洞穴和通道中的喀斯特水包括孔隙水与裂隙水等, 存在不同的特点。喀斯特水有五个对立统一的特点, 具体包括:1) 独存与半独存的管道水流和拥有统一水力相关的地下水力面与扩散流同时存在;2) 不含水岩体与含水岩体同时存在;3) 非承压水流同承压水流之间互相变换;4) 层流运动和紊流运动同时存在;5) 非均质含水性和均质含水性复杂变化。

在喀斯特化地层中, 具有相当明显的三相流, 即是气体、固体、液体三相物质混合形成的三相流。三相流具备一个重要特性, 泥砂等固体流与水等液体流是不能被压缩的, 而气体能被压缩, 受压气体还会发生多种变化。

3 结语

区域地质断裂与大型滑坡体等区域地质条件严重影响铁路线路的安全。本文通过采用地质勘察方法对隧道区域的地质环境予以全面系统的深入分析研究, 监测隧道结构收敛变形情况, 对隧道工程进行稳定性分析。通过研究隧道区域地质构造环境、围岩介质环境, 得出了隧道山体开裂原因与围岩稳定性研究结论, 希望能为复杂地质条件的铁路隧道工程地质勘察提供一些参考依据。

参考文献

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[3]李继昌, 邵圣福.武汉至十堰高速公路西段隧道围岩稳定性研究[J].地球科学—中国地质大学学报, 2001, 26 (4) :106-107.

[4]多雄学.柳林铁路煤矿采空区工程地质勘察与稳定性评价[J].中国科技纵横, 2013, 19 (2) :45-46.

[5]刘长平.山岭隧道工程地质勘察评价方法[J].工程与建设, 2010, 24 (2) :19-20.

工程地质论文 篇2

学生姓名： 班

级：

学

号：

授课教师：

二 〇 一 二 年 六 月

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1.前言

2.自然地理情况

3.区域地质构造

4.区域水文地质条件5.野外实习路线

6.个人感悟与心得

目录

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2

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前言

工程地质学是研究工程活动与地质环境相作用的一门学科，它把地质科学应用于工程实践，通过工程地质调查与理论性综合研究，对工程所在地区的工程地质条件进行评价。由此可见工程地质学首先是建立在地质学基础之上的。

人类生活在地球上，从事各种生产劳动，一切生活资料和生产资料均取自地球。大凡工业需要的矿产资源，农业所必须的矿物原料，国民经济先行官的交通运输大动脉——路、桥、隧道等建筑物的基础均需地质工作者去调查研究。因此，除了必须具备一定理论知识外，通过野外实习去了解大自然，认识大自然，将基础理论与实践结合在一起，是至关重要的一环。工程地质实习的目的正在于此。

2012年6月11-12日，在冀光宏老师的带领下，我们在呼和浩特市土默特左旗万家沟地区进行了为期两天的地质外业观测。我们的实习基地——土默特左旗万家沟地区，位于察素齐镇西北7.5公里处，沟内有一段山区公路与呼包公路想通。该路段对于山区公路颇具代表性，诸如路线之勘测，过岭高度之选择，桥、涵、隧道之定位，路堑及边坡的开挖等工程进行工程地质评价均较适宜，而呼包公路可做为 3

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平原区公路的典型代表。万家沟地区的基本地质情况如下：

一、自然地理情况

万家沟位于土左旗西北，距旗政府所在地察素齐约7.5公里 的沙尔沁村与古城村之间，行政区划属呼和浩特市土默特左旗把什乡所辖。自然地理位置为东经111°01′30″-111°02′30″，北纬40°10′00″-40°13′00″。万家沟系发育于大青山南麓的基岩冲沟沟的横断面呈U字型，为大青山前五大山沟之一，由万家沟与水家沟汇合而成。汇合以后约2公里，即出沟口，经过山前冲积扇，穿过呼—包公路和京—包铁路进入哈素海，沟口以上流域面积857平方公里，主沟（水家沟）全长67.9公里，平均纵坡11.9%。流域上游（武川境内）为丘陵山区，植被不良，水土流失严重；中游为大青山石质山区，植被稍好，亦有水土流失。沟内有常流清水0.2～0.5立方米每秒，主要来自水家沟武川境内玉树点一带的伏流出露。洪水集中在7～9月份，变幅很大，从几十个流量到几百个流量，1958年出现过1450个流量。泥沙主要来自汛期7、8月份，多年平均含沙量19.85公斤/立方米，推移质占10%左右。

万家沟地区交通尚属便利。东距京包线之察素齐车站约7.5公里，并有京包公路与铁路几乎承平行延伸。距西柜车站为4公里，上述车站有简易公路预测区联通。

二、区域地质构造

（一）区域地层与岩性 地层由老到新如下：

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太古界—魏家窑子群石英片岩组

Ar1Wj4灰白色厚层石英岩，黑云母变粒与石英黑云母片岩，黑云母二长片岩，部分地区由于岩浆岩侵入发生了混合岩化现象，与上覆岩层元古界马家店群大理岩组Pt1mj2呈角度不整合接触。元古界—马家店群大理岩组

Pt1mj2 灰白色蛇纹石化大理岩，硅质大理岩及白云岩化大理岩，与上覆岩层中生界侏罗纪大青山组J3d1呈角度不整合接触。中生界—侏罗纪大青山组

J3d1紫红色砾岩，含砾砂岩，长石石英砂岩与长石砂岩的互层，紫色砾岩、砂岩互层夹绿色砂岩粉砂岩。新生界—第四季全新统

Q4al-pl为一套河流相与山前洪积裙相构成的冲—洪积沉积层。

（二）区域地质构造

万家沟系发育与大青山南麓的近南北向冲沟。位于阴山纬向构造带的中部南缘。按大地构造单元划分位于中国地台区华北台块的内蒙古台背斜中段偏西。

内蒙古背斜是一个长期隆起的单元。在地理上呈东西走向的带状分布，故万家沟测区内广泛出露的为一整套前震旦纪的变质岩系。其中构造极为复杂，断裂十分发育。由于强烈构造应力的作用的结果，岩石变质程度深，节理发育，岩层陡立，多数近于直立。

强烈构造应力作用的另一结果使断层的普遍存在，主要为冲断层(高角度逆断层)，水家沟口处沿一巨大断层有辉绿岩的侵入，并有外

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型地堑似断层，颇为典型。其中有一巨大断层，构造岩厚度最宽处可达2米。

（三）区域地质简介

区内广泛出露的为太古界魏家窑子群Ar1Wj4是一套深变质的结晶片岩系。由于五台运动的影响，区内未见太古界二道凹子群的出露。乃由魏家窑子群与中生界侏罗纪大青山组（J3d1）呈角度不整合接触。上述接触关系表明：该地区长期处于上升状态，自太古代接受魏家窑子群沉淀后，地壳曾有上升而使沉积间断并伴有构造运动，造成Ar1Wj4与Pt1mj2之角度不整合接触；元古代由于地壳继续沉降继而接受沉积形成了马家店群，此后越过漫长的古生代直接到中生侏罗纪晚期地壳沉降接受沉积才形成的大青山组。新生代时期，万家沟河谷出现了三级阶地，四级在第四季地质历史时期中处于持续间歇性的上升，由此形成了多级阶地。

（四）区域地貌形态

地貌形态与地质构造基本吻合。万家沟系—深切于古老结晶系—石英片岩中河谷，两岸形成了陡峭的山峰，峡谷直立。由于所处地理位置气候干燥，温差变化大，形成了强烈的物理风化。地貌单元大致可划分如下：

1、剥蚀构造低山区

分布与河流两岸的较高部位。相对高差250～300米，海拔为1080～1350米为石英片岩组成的剥蚀构造低山区。

2、构造侵蚀峡谷地形

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河谷地带，由于地壳的上升，河流下切作用强烈，形成了河谷地行为U形河谷。

3、河流侵蚀堆积阶地

零星分布于河流两侧。一级阶地高出河床11～15米，阶地被切。割成几乎直立的陡坎，其上多有鹅卵石的堆积。而集结地大约高出河面40～50米，下为石英质基底，上多覆以河流相之冲积层。三级阶地高出地面约60～70米，亦为河流相之冲积层。左岸距河底60～70米之斜坡的试坑揭露了三级阶地的存在。由于强烈的切割作用，阶地与河流两岸时断时续，呈不对称性分布。

4、河漫滩

主要为河流相之冲积层。在河道中由上游到下游具有明显的分选性，卵石分为石英岩、花岗岩、片岩、蛇纹岩以及片麻岩等。

由于强烈的物理风化作用，形成了一些物理风化地质现象，如倒石堆、崩塌。每逢暴雨，亦可形成泥石流，巨大垮落体在一些沟内常可见到。

三、区域水文地质条件

由于分布了太古界之深变质岩系，又经受了长期构造变动的影响，加上强烈的物理风化作用，形成了以裂隙为主的储水构造，故意构造裂隙水为主；其次为风化裂隙水，均以下降泉形式向河流下泄，个别地段由于岩层透水性的改变，也有上升泉的形式出现，在河流两岸的低级阶地上也有裂隙孔隙水的出现。

地下水的主要补给源为大气降水，二期排泄则以地表水的形式通

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过河流排出。该地区地下水质良好。

四、野外实习路线

路线一：基地（旧水委会）—庙沟—返回 实习内容：

1岩性点（Pt1mj2元古代马家店群大理岩组）○灰白色，变晶结构，块状构造，中等风化。产状：走向251°，倾向162°，倾角87°。2构造点（J3d1紫红色砾岩）○紫红色沉积岩，主要做成成分：砾岩，砂岩。硅质胶结，单斜构造。产状：走向267°，倾向180°，倾角59°。3构造点 ○向斜褶曲，边坡（测岩体稳定性），边坡倾角小 4构造点（褶皱构造）○形成原因：

1、构造应力不同。

2、段时间内，发生多次构造运动。

3、地质稳定性差，风化严重，有完整的褶皱 5构造点（断层的发育）○正断层，根据擦痕的强弱判断断层上下盘运动方向。6岩性点（含卵细砂岩）○红褐色，铁质胶结。单斜构造，水流量差异大，含有铁质胶结物。

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中等分化，有裂隙，破坏严重。7地貌点 ○按土层成因类型分为：残积层（无级配）、坡积层（砾的磨圆度为棱角状）、洪积层（层理杂乱，砾的磨圆度为次圆状）路线二：基地—沿左岸—万家沟水库坝址—沿右岸—返回 实习内容： 1构造点 ○太古界万家窑子石英板岩组—元古界马家店大理岩组—中生界侏罗纪沉积砂岩--Q4al-pl

缺失中生界岩层，可能原因：地壳发生构造运动，导致岩层不整合接触。2岩性点 ○石英板岩（燕山侵入体）、变质花岗岩片麻岩（变余结构）、石英岩（先期侵入）褐色、花岗岩（二期侵入）。3岩性点 ○花岗岩岩脉：1.石英板岩 2.花岗岩 侵入体断层。4地貌点 ○发育完整的断层，花岗岩侵入岩脉（红色），结晶颗粒较大（花岗聚 9

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晶岩），地下水由裂隙水的方式储存。冲积层（洪积层）。5地貌点 ○左岸山顶三阶阶地，有断层岩墙。右岸河床侵蚀堆积层河谷地貌。山岭地貌，剥蚀构造低山区，分化严重，断层组合。6构造点 ○滑坡，堆积层，有大量破碎带（未发育完整），凹形体。7地貌点 ○崩塌，破碎（上层滞水裂隙带）雨季水流充沛会溢出。

五、个人感悟与心得

水文地质与工程地质的关系 篇3

关键词：水文地质；工程地质；关系；水理性质

众所周知，在工程地质勘察过程中要考虑的因素包括很多方面，其中水文地质和工程地质对工程勘察发挥着重要影响作用。水文地质主要研究地下水的水位变化和水压情况对岩土层以及建筑物的重要影响，而工程地质是工程勘察中对岩土层进行的考察和研究，看周围的岩土层是否具有工程施工的可能性。而水文地质有影响着工程地质中的岩土层结构和变化，岩土层又决定着工程的质量，因此水文地质又隶属与工程地质而存在。可见两者关系密切，相互作用和影响，本文主要从两者的内容说起，论述了两者之间的区别和联系，并说明了水文地质对工程勘察的影响和岩土水理性质。

一、内容简单概述

水文地质是主要研究地下水的一门科学。从字面上来看，是研究地下水规则或不规则运动和变化现象的一种学问。对地下水的形成规律、分布状态、物理性质、化学成分以及地下水资源的开发和利用等方面进行研究和分析，通过对地下水各方面的分析和研究，为工程项目的勘察和经济活动提供理论指导。水文地质学随着生产和发展的需要，水文地质不断取得了新发展，逐渐的发展成为一门独立的水文地质学，同时也为各种工程项目施工提供了理论可行性分析。目前，水文地质学已经拥有多个分支学科，特别是在地震研究、环境地质勘探以及地热应用等方面相互渗透，形成了新的发展领域。

工程地质从字面上理解自然与工程有关，主要是通过调查分析和研究，来帮助人们解决各种有关工程建筑的地质问题的学科。其中研究的主要内容包括，岩土层的成分和组织结构，岩土层的物理、化学变化，岩土层所受力学性质和特点以及对工程建筑稳定性质量的影响等。工程地质与建筑类、采矿类以及水利工程类关系密切，是一门工程地质勘察中技术性学科。

二、区别和联系

水文地质与工程地质关系密切，水文地质是工程勘察中需要考虑的重要因素，同时又隶属与工程地质。两者之间相互联系，相互作用，共同影响工程项目的质量。

（一）区别

盡管水文地质与工程地质之间联系紧密，但两者还是有一定的区别。水文地质主要是调查特定区域内的水环境，通过调查研究水环境，对地下水的主要补给方式和情况、地下径流和地下水排泄方式等进行深入的了解，为以后的工程项目勘察需要提供理论指导和更好的开发利用地下水资源。对水文地质勘察的主要工作方式是，抽水试验、示踪法以及长期观察等。而工程地质则主要是通过调查和分析工程项目的岩土层结构、性质、受力情况等，来确定地质结构地承载力的稳定性和地下水的水压问题，从而为建筑工程地基的勘察做良好的准备。

（二）联系

地下水是岩土层的重要组成部分，影响着岩土层的特性，同时地下水又构成基础工程的基本环境，对建筑的耐久性和稳定性产生重要的影响。但是令我们担忧的是，在实际的工程勘探往往忽略水文地质的因素。这主要是因为在勘察过程中很少牵涉到水文的参数，因此在工程勘察工作中，人们往往也只是象征性的，对自然条件下的水文地质做出简单的评估，而对复杂的水文特征没有进行深入的研究，在设计中往往也忽略了水文地质的影响，因此容易导致地下水对工程岩土体造成危害，使工程项目中的勘察和设计问题处于难以解决的境地。因此，为了保证工程勘察的质量和建筑物的稳定性，在工程勘探中要加强研究水文地质问题，同时还要评价和分析地下水对岩土层和建筑物的影响，对未来工程做出合理的预测，并制定相关的预防和治理方案和措施，最大限度的减少地下水对岩土层的破坏影响，切实保证工程项目的质量和安全。

三、岩土水理性质分析

一般来讲，岩土水理性质主要是指岩土层与地下水两者相互作用下，呈现出来的各种性质特征。岩土水理性质是工程地质性质的重要方面，其中岩土的水理性质对岩土的强度和结构形态具有重要影响，并且还对建筑的耐久性和稳定性造成直接或间接的影响。在以往的工程勘察过程中，人们往往重视岩土的物理性质研究，而忽视了岩土的水理性质，这就导致评价岩土工程地质的内容不够科学和全面，进而影响到工程勘察的质量和工程建筑的地基安全。另外，结合水也是地下水的一种形式，含量比较少，一般来讲对岩土层的水里性质影响相对较小。地下水能够通过改变岩土层的结构，进而影响建筑物的稳定性，我们要对地下水做全面详细的研究和分析，在地下水的流向和流量等方面合理评价对岩土层的影响，并对未来将要发生的岩土层危害做出科学的预测和准备工作，进行科学的评价，从而有目的的采取措施进行预防。

结语：

综上所述，水文地质与工程地质关系密切，两者相互作用和影响，共同影响工程项目的质量。作为工程勘察的重要指标和重要因素，要认真分析两者之间的关系，在工程勘察中认真研究地下水对岩土层性能和结构的影响，从而制定科学的设计方案，合理的预防，努力提高工程的质量和安全。

参考文献：

[1]隋旺华，孙亚军，刘树才，杨滨滨.“煤矿水文地质与工程地质”课程教学模式和方法改革实践[J].中国地质教育，2013（03）

[2]于世君.如何理解工程地质与水文地质的关系[J].黑龙江科技信息，2013（06）

[3]祁生文，刘春玲，常中华，翟文龙.玉树Ms7.1地震灾区灾后重建工程地质与水文地质条件分区评价[J].中国科学院地质与地球物理研究所第十届（2010年度）学术年会论文集（下），2010（11）

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工程地质论文 篇4

1 工程地质概念及发展历程

工程地质学是工程科学与地质科学相互渗透、交叉而形成的一门服务于工程建设的应用性学科。

《建筑岩土工程勘察基本术语标准》 (JGJ 84-92) 中将工程地质学定义为:调查、研究、解决与工程建筑有关的地质问题的学科。《岩土工程基本术语标准》 (GB/T50279-98) 中这样定义工程地质学:研究与工程活动有关的地质环境及其评价、预测和保护的科学。

工程地质是一门认知工程与地质相互作用规律和过程的科学, 它的使命是保障人类工程活动的安全, 核心内容是解决与工程相关的地质体变形与稳定性问题[1], 从地质构造、地质作用和地质现象等方面作出分析评价。其研究发展主要经历了以下三个阶段。

第一阶段, 第二次世界大战后至上世纪60年代, 以工程地质条件研究和质量评价为主, 主要内容为地质体质量评价和工程建筑环境的质量评价;第二阶段, 大体上开始于上世纪60年代末至80年代初, 以开展地质体稳定性分析为特征的工程地质灾害预测研究阶段, 研究内容主要是稳定性评价;第三阶段, 20世纪80年代以来出现的许多新技术, 推动着工程地质发展进入以地质改造为主要课题的工程地质灾害及地质灾害防治和施工、地质超前预报为特征的地质工程研究阶段[2]。

2 岩土工程概念及发展历程

岩土工程是在工程地质基础上和土木建筑工程结合发展起来的一门技术性学科, 它广泛应用于城市建设的各项工程实践中。

《建筑岩土工程勘察基本术语标准》 (JGJ 84-92) 中将岩土工程定义为:以土力学、岩体力学及工程地质学为理论基础, 运用各种勘探测试技术对岩土体进行综合整治改造和利用而进行的系统性工作。《岩土工程基本术语标准》GB/T 50279-98中定义如下:土木工程中涉及岩石、土的利用、处理或改良的科学技术。

在谢定义教授等出版的我国首部岩土工程学专著[3]中指出, 岩土工程学应是以岩体、土体和水体为对象, 以工程地质学、岩体力学、土力学及基础工程学的基本理论和方法的综合作为指导, 研究岩土体的工程利用、整治和改造的一门综合性技术科学。

虽然岩土工程学科的建立距今只有短短几十年, 但岩土工程这门技术的存在却有悠久的历史。岩土工程的发展可归纳为四个历史时期。

第一历史时期:在18世纪工业革命以前, 岩土技术仅是在实践中积累了一些零星的工程经验。第二历史时期:从工业革命开始, 岩土工程进入了理性发展的时期, 先后建立了一系列经典的土力学理论, 如摩尔-库伦强度理论, 土压力理论等。第三历史时期:20世纪初, 铁路、大坝和高层建筑的兴建为岩土工程的发展提供了客观条件, 以太沙基提出的有效应力原理为代表, 在试验技术和计算方法方面形成了完整的土力学体系, 岩土工程取得辉煌的成就。第四历史时期:20世纪末开始, 随着工程规模和范围的扩大, 由于岩土条件的复杂性、不确定性、工程类型的多样性等, 岩土工程新的技术问题不断出现, 岩土工程将在充满矛盾和挑战中得到新的发展。

3 地质工程概念及发展历程

地质工程是工程地质与土木工程相互交叉、相互渗透的一个重要生长点, 是工程地质继岩土工程之后的一个新拓展[4]。

孙广忠教授1984年在第二届全国工程地质大会上首次提出地质工程这个命题, 提出工程地质、岩体力学和地质工程三位一体, 以期解决地质与设计和施工相互脱节问题。90年代初, 中国开始出现地质工程公司、地质工程勘察设计院等机构, 实际上已经出现了地质工程行业[5]。1993年孙广忠教授出版了《工程地质与地质工程》[2]专著, 对地质工程的定义、特性、工作内容、工作方法进行了述论;1996年出版了《地质工程理论与实践》[6]专著, 系统地论述了地质工程的概念、定义、理论和方法, 明确提出地质工程的基本原理是地质控制论, 阐述了地质工程的理论体系。1997年6月国务院学位委员会和国家教育委员会在联合颁布的“授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录”里正式提出了地质工程学, 现在地质工程已经不仅是一个行业, 而且已经形成为一个学科[7]。2004年孙教授出版《地质工程学原理》[6]专著, 完整地提出地质工程的定义:以地质体做建筑材料、以地质体做工程结构或以地质体赋存环境做建筑环境建筑起来的一种特殊工程, 如地基、边坡、地下工程、钻井、地质灾害防治、地质环境整治等统称为地质工程。

地质工程自提出以来, 不同学者对其定义从不同角度进行了阐述, 但共同点都是强调其研究对象为地质体。简而言之, 地质工程就是以地质体建造起来的工程[8]。

4 三者相互关系

(1) 工程地质与岩土工程。前者是后者的基础, 而后者是前者的一个延伸。从事工程地质工作的是地质专家, 侧重于地质现象、地质成因和演化、地质规律、地质与工程相互作用的研究;从事岩土工程的是工程师, 关心的是如何根据工程目标和地质条件, 建造满足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分, 解决工程建设中的岩土技术问题[7]。岩土工程学并不能包括工程地质学所研究的领域, 如地质体的结构、活断层、地震地质、区域地质稳定、工程地质力学等, 这些问题与地质紧密相关, 岩土工程学科是难以解决的, 它不得不依靠工程地质学的理论和方法来解决[8]。

(2) 工程地质与地质工程。前者研究地质体与工程体适应性, 而后者则上升为用工程措施对地质体进行改造和利用。孙广忠教授认为[6], 从工程实践来说, 工程地质工作是认识世界, 地质工程工作是在认识世界基础上改造及保护世界, 工程地质工作是地质工程工作的一个重要组成部分。工程地质工作需查明工程地质条件, 并依据工程地质条件对岩土体稳定性进行分析评价;地质工程工作不仅要查明地质条件, 更需要针对地质体的特点采取合理的工程措施, 控制地质体的变形和破坏。

(3) 岩土工程与地质工程。二者都以工程地质为基础, 都是工程地质的拓展。岩土工程以工程为中心, 侧重于工程设计与施工;地质工程以地质为中心, 侧重于地质体的认识、控制与改造。地质工程的研究对象是地质体, 包括地质体赋存环境;而岩土工程研究对象是岩土体, 以及与岩土不可分割的水体。地质体与岩土体是有很大区别的, 岩石加结构面构成岩体的主体, 岩体加地质环境是地质体的主体, 地质体要比岩土体复杂得多。岩土工程规模一般并不是很大, 而地质工程的处理对象已经上升为山体稳定性和区域地壳稳定性的改造与控制 (地质灾害防治、地质环境整治) [9], 弥补了岩土工程对这些方面评价、控制和改造的不足[10]。

尽管三者的研究对象、范围和侧重点等有差异, 但三者最首要的都需以地质条件为基础。地质条件的获取是否充分、准确合理, 是工程地质、岩土工程和地质工程三者解决问题成败与否的关键因素与先决条件。

5 结语

三者既有各自的特性, 又有它们之间的共性。文章从概念、发展历程等方面总结了三者各自的知识体系以及它们的联系与区别, 认清了三者的关系, 这样对三者的学习、工作和研究才更具有方向性或目的性同时三者互相渗透、结合、嫁接, 相互依存取长补短, 并借鉴吸收其它学科的成就, 不断促进它们自身的发展。

参考文献

[1]伍法权.谈工程地质的学科价值与学科发展[J].工程地质学报, 2009, 17 (2) :1 7 5-1 7 9.

[2]孙广忠.工程地质与地质工程[M].北京:地震出版社, 1993.

[3]谢定义.岩土工程学[M].北京:高等教育出版社, 2008.

[4]孙广忠.地质工程学原理[M].北京:地质出版社, 2004.

[5]孙广忠.地质工程[C]//任燕.孙广忠地质工程文选.北京:兵器工业出版社, 1 9 9 7:1-2.

[6]孙广忠.地质工程理论与实践[M].北京:地震出版社, 1996.

[7]顾宝和.工程地质与岩土工程[J].工程地质学报, 2004, 12 (4) :343-345.

[8]孔宪立.工程地质专业发展及其岩土工程方向[J].工程地质学报, 2000 (8) :623-6 2 7.

[9]靳德武.现代工程地质学的演变与发展[J].华北水利水电学院学报, 2003, 24 (3) :3 8-4 1.

工程地质论文 篇5

工程术语

1.项目............................2

2.建设项目...........................2

2.1概述.......................2

2.2基本特征......................2

2.3应满足的要求.....................3

3.建设工程项目..........................3

3.1、建设工程项目的分类....................3

3.2、建设工程项目的组成....................4

4.单项工程...........................4

5.单位工程...........................4

6.分部工程...........................5

7.分项工程...........................5工 程 术 语

1.项目

项目是一件事情、一项独一无二的任务，也可以理解为是在一定的时间和一定的预算内所要达到的预期目的。项目侧重于过程，它是一个动态的概念，例如我们可以把一条高速公路的建设过程视为项目，但不可以把高速公路本身称为项目。那么到底什么活动可以称为项目呢？安排一个演出活动；开发和介绍一种新产品；策划一场婚礼；涉及和实施一个计算机系统；进行工厂的现代化改造；主持一次会议等等这些在我们日常生活中经常可以遇到的一些事情都可以称为项目。

2.建设项目

2.1概述

基本建设工程项目，亦称建设项目（construction project），是指在一个总体设计或初步设计范围内，由一个或几个单项工程所组成，经济上实行统一核算，行政上实行统一管理的建设单位。一般以一个企业(或联合企业)、事业单位或独立工程作为一个建设项目。

凡属于一个总体设计中的主体工程和相应的附属配套工程、综合利用工程、环境保护工程、供水供电工程以及水库的干渠配套工程等，都统作为一个建设项目；凡是不属于一个总体设计，经济上分别核算，工艺流程上没有直接联系的几个独立工程，应分别列为几个建设项目。

建设项目是一个建设单位在一个或几个建设区域内，根据上级下达的计划任务书和批准的总体设计和总概算书，经济上实行独立核算，行政上具有独立的组织形式，严格按基建程序实施的基本建设工程。一般指符合国家总体建设规划，能独立发挥生产功能或满足生活需要，其项目建议书经准立项和可行性研究报告经批准的建设任务。如工业建设中的一座工厂、一个矿山，民用建设中的一个居民区、一幢住宅、一所学校等均为一个建设项目。包括基本建设项目(新建、扩建等扩大生产能力的建设项目)和技术改造项目。

2.2基本特征

建设项目的基本特征如下：

(1)在一个总体设计或初步设计范围内，由一个或若干个互相有内在联系的单项工程所组成，建设中实行统一核算、统一管理。

(2)在一定的约束条件下，以形成固定资产为特定目标。约束条件有时间约束即有建设工期目标，资源约束即有投资总量目标，质量约束即一个建设项目都有预期的生产能力(如公路的通行能力)、技术水平(如使用功能的强度、平整度、抗滑能力等)或使用效益目标。

(3)需要遵循必要的建设程序和特定的建设过程。即一个建设项目从提出建设的设想、建议、方案选择、评估、决策、勘察、设计、施工一直到竣工、投入使用，均有一个有序的全过程。

(4)按照特定的任务，具有一次性特点的组织形式。其表现是投资的一次性投入，建设地点的一次性固定，设计单一，施工单件。

(5)具有投资限额标准。即只有达到一定限额投资的才作为建设项目，不满限额标准的称为零星固定资产购置。

2.3应满足的要求

建设工程项目应满足的要求：

（1）技术上：满足一个总体设计或初步设计范围内；

（2）构成上：由一个或几个相互关联的单位工程所组成的。

（3）在建设过程中：在经济上实行统一核算的,在行政上统一管理。

3.建设工程项目

建设工程项目（construction project）

为完成依法立项的新建、改建、扩建的各类工程（土木工程、建筑工程及安装工程等）而进行的、有起止日期的、达到规定要求的一组相互关联的受控活动组成的特定过程，包括策划、勘察、设计、采购、施工、试运行、竣工验收和移交等。

3.1、建设工程项目的分类

（一）按建设性质划分

分为新建、扩建、改建、迁建、恢复。

新建项目：有两种情况

（1）从无到有。

（2）如果在扩建的过程中，新增的固定资产价值超过原有固定资产价值的三倍以上。

（二）按建设规模划分

可分为大型、中型和小型三类；更新改造项目按照投资额分为限额以上和限额以下项目两类。

1.按总投资划分的项目，能源、交通、原材料工业项目5000万元以上，其他项目3000万元以上的作为大中型（或限额上）项目。

2.否则为小型（或限额以下）项目。

注：更新改造的项目应该按照限额以上和限额以下来划分。

3.2、建设工程项目的组成建设工程项目可分为单项工程、单位（子单位）工程、分部（子分部）工程和分项工程。

4.单项工程

单项工程(single construction)是建设项目的组成部分，具有独立的设计文件，竣工后能单独发挥设计所规定的生产能力或效益。

单项工程是指具有单独设计文件的，建成后可以独立发挥生产能力或效益的一组配套齐全的工程项目。单项工程从施工的角度看是一个独立的系统，在工程项目总体施工部署和管理目标的指导下，形成自身的项目管理方案和目标，依照其投资和质量要求，如期建成并交付使用。

如良种繁育基地建设项目中的实验室、种子加工车间、晒场，良种种植田间工程等；畜牧养殖项目中的饲料加工车间、畜禽养殖场、屠宰加工车间等。

单项工程是指具有独立的设计文件，竣工后可以独立发挥生产能力或效益的工程。也有称作为工程项目。如工厂中的生产车间、办公楼、住宅；学校中的教学楼、食堂、宿舍等，它是基建项目的组成部分。

单位工程是指具有单独设计和独立施工条件，不能独立发挥生产能力或效益的工程，它是单项工程的组成部分。如生产车间这个单项工程是由厂房建筑工程和机械设备安装工程等单位工程所组成。建筑工程还可以细分为一般土建工程、水暖卫工程、电器照明工程和工业管道工程等单位工程。两者的区别主要是看它竣工后能否独立地发挥整体效益或生产能力。

5.单位工程

单位工程(unit construction)具有独立的设计文件，竣工后不能独立发挥生产能力或工程效益的工程，并构成单项工程的组成部分。

完整的道路，桥梁通常是一个设施，即称为单项工程。

如道路或桥梁划分标段的话，每个标段就是单位工程。

与单项工程不同的是,单位工程竣工后不能独立发挥其生产能力或价值

分项工程：是指按主要工种、材料、施工工艺、设备类别等进行划分的建筑单位。

分部工程：是指按专业性质、建筑部位确定的建筑单位。

单位工程：只要具备独立施工条件并能形成独立使用功能的建筑物及构筑物我们可以划归为一个单位工程。

基本建设项目：一个基本建设项目可以由一个单项工程或几个单项工程组成；

6.分部工程

分部工程(parts of construction)是单位工程的组成部分,分部工程一般是按单位工程的结构形式、工程部位、构件性质、使用材料、设备种类等的不同而划分的工程项目。例如一般土建工程可以划分为地基与基础工程、主体结构工程、建筑装饰装修工程、屋面工程、建筑电气工程、……。按建筑工程的主要部位或工种工程及安装工程的种类划分，如土方工程、地基与基础工程、砌体工程、地面工程、装饰工程，管道工程、通风工程，通用设备安装工程、容器工程、自动化仪表安装工程、工业炉砌筑工程等。当分部工程较大时，可将其分为若干子分部工程。如装饰工程可分为：地面、门窗、吊顶工程；建筑电气工程可划分为：室外电气、电气照明安装、电气动力等子分部工程。

7.分项工程

分项工程(kinds of construction)是指分部工程的组成部分，是施工图预算中最基本的计算单位。它是按照不同的施工方法、不同材料的不同规格等，将分部工程进一步划分的。例如，钢筋混凝土分部工程，可分为捣制和预制两种分项工程；预制楼板工程，可分为平板、空心板、槽型板等分项工程；砖墙分部工程，可分为眠墙（实心墙）、空心墙、内墙、外墙、一砖厚墙，一砖半厚墙等分项工程。

工程地质论文 篇6

【关键词】工程地质勘察；水文地质勘察；试验；测绘

１．工程地质与水文地质勘察的目的

1.1工程地质勘察目的

工程地质勘察的目的是查明工程建筑物地区的工程地质条件，分析预测可能出现的工程地质问题，并充分利用有利的地质条件，避开或改造不利的地质因素，为工程的规划、设计、施工、运用和管理提供可靠的地质资料。工程地质勘察工作一般分为规划、可行性研究、初步设计和技施设计4个阶段。

①规划勘察。规划勘察的目的是为工程选点提供初步的工程地质资料和地质依据。该阶段的主要任务为：搜集、整编区域地质、地形地貌和地震资料；了解工程建设地点的基本地质条件和主要工程地质问题；分析工程建设的可能性；了解各规划方案所需天然建筑材料的概况，进行建筑材料的普查。

②可行性研究勘察。可行性研究勘察是在河流或河段规划方案选定的基础上进行的勘察。其目的是为选定坝址、基本坝型、引水线路和枢纽布置方案进行地质论证，并提供工程地质资料。

③初步设计勘察。初步设计勘察是在可行性研究阶段选定的坝址和建筑场地上进行的勘察。其目的是查明水库区及建筑物地区的工程地质条件，为选定坝型、枢纽布置进行地质论证，并为建筑物设计提供地质资料。

④技施设计勘察。技施设计勘察是在初步设计阶段选定的枢纽建筑物场地上进行的勘察。其目的是检验前期勘察的地质资料与结论，为优化建筑物设计提供地质资料。

1.2水文地质勘察目的

水文地质勘察是研究水文地质条件的主要手段。水文地质勘察的目的是为了查明地下水的形成、分布规律，并在此基础上对地下水资源做出水量与水质评价，从而为国民经济建设提供水文地质依据。水文地质勘察工作的任务是运用各种不同的测绘、勘探、试验、观测方法，经过一定的勘察程序，查明基本的水文地质条件和解决专门性的水文地质问题。

2.工程地质与水文地质测绘

2.1工程地质测绘

工程地质测绘的比例尺主要取决于不同的设计阶段。在同一设计阶段内，比例尺的選择又取决于建筑物的类型、规模和工程地质条件的复杂程度。工程地质测绘的比例尺分为：小比例尺（1∶10万～1∶5万）测绘、中比例尺（1∶2.5万～1∶1万）测绘和大比例尺（1∶5 000～1∶1 000）测绘。

2.2水文地质测绘

水文地质测绘是水文地质勘察工作的基础与先行工作，是认识和掌握区域地质构造、地貌、水文地质条件的重要调查研究方法。水文地质测绘基本任务是查明：①与地下水形成有关的区域水文、气象因素；②区域地质、地貌及第四纪地质特征；③地下水的补给、径流、排泄条件；④含水层的埋藏条件及其分布。

最后，结合其他工作对地下水资源及其开采条件进行初步评价，为工农业生产建设部门合理开发利用地下水资源提供完整的水文地质资料。

3.工程地质与水文地质勘探

勘探工作是工程地质勘察的重要工作方法之一。对任何工程地质条件及工程地质问题，从地表到地下的研究，从定性到定量的评价，都离不开勘探工作。

3.1物探工作

岩层有不同的物理性质，如导电性、弹性、磁性、放射性和密度等。利用专门仪器测定岩层物理参数，通过分析地球物理场的异常特征，再结合地质资料，便可了解地下深处地质体的情况。工程地质勘察中常用的是电法勘探和弹性波勘探。

电法勘探是利用仪器测定人工或天然电场中岩土导电性的差异来识别地下地质情况的一组物探方法。电法勘探以岩石的电学性质为基础，不同岩石电性差异的大小、相同岩石的孔隙大小以及富水程度的强弱等，对电法勘探结果都会产生影响。这就要求配合一定数量的试坑或钻孔进行校验，才能较准确地判别资料的可靠性。电法勘探受地形条件限制较大，要求工作范围内地形起伏差小，所以在平原和河谷区使用较普遍。

3.2钻探工作

钻探是利用一定的设备和工具，在人力或动力的带动下旋转切割或冲击凿碎岩石，形成一个直径较小而深度较大的圆形钻孔。通过取出岩芯可直观地确定地层岩性、地质构造、岩体风华特征等。从钻孔中取出岩样、水样可进行室内试验，利用钻孔可进行工程地质、水文地质及灌浆试验、长期观测工作及地应力测量等。与物探相比，钻探的优点是可以在各种环境下进行，能直接观察岩芯和取样，勘探精度高。

4.工程地质与水文地质野外试验

野外试验是在工程地质和水文地质勘察中经常进行的一种重要的勘察方法，是获得工程地质与水文地质问题定量评价、工程设计、施工和认识区域水文地质条件评价地下水资源所需参数的主要手段。

4.1钻孔压水试验

钻孔压水试验是用专门的止水设备。把一定长度的钻孔段隔离开，然后用固定的水头向该段钻孔压水，使水从孔壁裂隙向周围渗透，最终渗透水量会趋向一稳定值。根据压水水头、试段长度和渗入水量，便可确定裂隙岩石的渗透性能。

4.2抽水试验

抽水试验是利用一定的抽水设备在钻孔、各类井以及某些流量较大的上升泉、深潭式地下暗河、截潜流工程和方塘等上进行，用以测定含水层的水文地质参数，从而判断地下水运动性质，了解地下水与地表水以及不同含水层之间的水力联系。

5.长期观测

在工程地质与水文地质勘察中，长期观测是一项很重要的工作。例如，有些动力地质现象及地质应力随时间推移将不断地变化，尤其在工程活动影响下的某些因素和现象将发生显著变化，严重影响工程的安全、稳定和正常使用。在这种情况下，仅靠工程地质测绘、勘探、试验等工作，很难准确预测和判断各种动力地质作用的规律性及其对工程使用年限的影响。

6.结语

通过上述主要手段和方法的实施及在实际中的灵活运用，能准确地抓住工程地质与水文地质勘察工作中的主要问题，通过周密的经济、技术评价分析，为工程设计、施工提供合理的和优化的地质依据。

【参考文献】

［１］乐安祺.工程勘察中的水文地质问题不容忽视[J].科技咨询导报，2007，(19).

［２］李宁新.工程地质勘察学若干理论问题探讨[J].人民珠江，2005，(1).

［３］孔德坊.工程岩土学[M].地质出版社，1994.

工程地质论文 篇7

工程地质测绘与编录是地质勘察中最先进行的综合性基础工作, 主要方法有:路线测绘法、地质点测法、实测剖面图法等。一般来说, 对一个工程区, 首先应研究并弄清楚区域地壳稳定性和地震活动状况, 然后充分利用已有的区测成果进行专门的工程地质测绘并开展其它专项工程地质问题的研究等工作。全球定位系统 (GPS) 、遥感 (RS) 、地理信息系统 (GIS) 等3S技术的应用, 体现了工程地质测绘与编录的发展情况。

2 工程地质勘探

工程地质勘探是在工程地质测绘的基础上, 为进一步查明地表以下工程问题和取得深部地质资料而进行的, 主要有山地勘探、钻探、物探等三种方法, 以下分别加以说明。

2.1 山地勘探

山地勘探是指采用人工或机械进行剥土, 或开挖探坑、探槽、探井或平硐等揭示地表浅层地质情况的勘探手段, 可直接进行试验、取样和观察地质现象, 使用的工具和技术要求相对简单, 故在进行地表浅层地质勘察时运用较多。这亦是山地勘探的缺点, 即它的勘探深度有限。

2.2 钻探

近年来, 钻探方法、工艺及其施工水平的提高, 加快了水利水电工程地质勘测水平的发展, 其主要表现在以下几方面:

2.2.1 钻头、钻机等钻探设备的发展。

例如:从20世纪80年代开始, 研制出各种转速快、扭矩大、性能稳定的新型钻机。另外, 对较完整的硬岩进行钻探时, 金刚石钻头基本取代了钢粒或硬质合金钻头, 大大提高了钻进速度和岩心采取率。

2.2.2 砂卵石层、软弱夹层、破碎带等特殊层位的钻进取样技术的发展。

砂卵石层卡钻、难以钻进, 以及同软弱夹层等特殊层位中钻进一样, 岩芯采取率低、取样困难等一直是水利水电工程钻探的技术难题。近年来, SM植物胶和MY-1A植物胶冲洗液金刚石钻进砂卵石层取样新技术得到了广泛应用, 较好地解决了砂卵石层中钻进和取样的难题。在软弱夹层、破碎带中钻进时, 由于岩芯对磨, 岩芯采取率一直很低并且很难取到原状土样。近年来发展起来的套钻技术, 或采用专用的取芯钻具, 及其它确保岩芯免受冲刷和挤压的保护系统等, 较好地解决了这一技术难题。

2.2.3 其它一些钻进工艺的发展。

例如, 绳索取芯钻探新工艺实现了在不提钻的情况下采取岩芯的目的, 其在水利水电工程中的应用实践证明, 该工艺大大减少了取芯过程中来回提钻的工作量, 较好地解决了在软弱层等特殊地层钻进过程中经常出现的难题, 如塌孔、取芯质量低等问题。

2.3 工程物探

地球物理勘探 (Geophysical Prospecting) 简称物探, 它是应用观测仪器测量被勘探区的地球物理场, 通过对测量场数据的处理和地质解释来推断和发现地下可能存在的局部地质体、地质构造的位置、埋深、大小及其属性的科学。工程物探方法主要有以位场理论为基础的重力场勘探、磁场勘探、直流电场勘探等, 以及以波动理论为基础的地震波勘探、电滋波勘探等。

2.3.1 重、磁位场勘探。

重、磁位场勘探是最古老的一种物探, 相对于地震勘探而言, 其精度和可靠度较差。目前, 由于一些高精度的重力仪、磁力仪的研制和应用, 使得重、磁位场勘探的精度有了很大程度的提高。同时, 神经网络技术等在重、磁位场勘探中的应用, 以及磁性矢量层析成像理论的研究和应用, 使重、磁位场勘探在上个世纪获得了广泛的发展应用。微伽级重力仪的使用, 使微重力测量被用来勘探洞室和边坡地质体的变动形态并监测其稳定性。磁法勘探主要用于区域和深部地质构造研究、矿产勘探、考古等领域, 在工程地质勘测中应用较少。

2.3.2 地震勘探。

在工程地质勘探中应用较多的为人工激发震源地震波勘探, 其人工激发震源有多种。目前, 地震勘探在水利水电工程领域发展较快。例如, 利用弹性波纵波对三峡等大型水利水电工程的岩体质量做定性评价, 取得了显著的工程和经济效益;由中铁西南科学研究院开发研制的负视速度法和水平地震剖面法、由瑞士Amberg测量技术公司开发的TSP长距离超前预报法、由美国NSA工程公司开发研制的真正反射层析成像 (TRT) 超前预报技术等, 较好地解决了利用反射波地震勘探进行隧道超前预报的难题。

近年来, 地震CT已经发展成为一个方法系列, 其成像方式发展到可利用直达波、反射波、折射波、面波等多种波组合, 可利用钻孔、隧道、边坡、山体等多种观测条件进行二维、三维地质成像, 促进了地质勘测由定性向定量化的方向发展。

2.3.3 电磁勘探。

包括天然场源的电磁测探 (MT法) 和人工场源的连续的电磁波勘探 (EM法) 等多种方法。近年来, 电磁勘探在水利水电工程中应用越来越广泛。例如, 可控源音频大地电磁法、人工与天然两种场源、多场源、二维和三维电阻率成像等技术, 在水利水电工程中用来推测深埋长隧洞围岩介质的结构特征、隐伏断层、破碎带及异常区等可能影响工程的各种因素, 取得了显著的经济效益。地质雷达 (频率范围1~100MHz) 是目前分辩率最高的物探方法。地质雷达对断裂带, 特别是含水带、破碎带地层有较高的识别能力。

2.3.4 电法勘探。

主要包括电阻率法、充电法和自然电场法、激发极化法、电磁感应法。可分为稳定电流场理论、交变流法理论两个分支。在水利水电工程地质勘察中应用较多的是电阻率法。近年来发展起来的高密度电法勘探, 属于电阻率法的范畴, 但它引进了地震勘探的数据采集办法, 可实现数据的快速、自动采集, 其测量结果可实时处理并显示地电断面或剖面图, 从传统的一维勘探发展到二维勘探。目前, 在单源与单点测量的基础上, 发展为多源、多点、多线测量, 从而发展了三维观测技术。

参考文献

[l]张悼元, 等.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社, l981.

[2]谭周地.城市工程地质环境评价与区划[A].水文地质工程地质论丛 (4) .北京:地质出版社, l987.

浅析工程地质勘查中水文地质问题 篇8

在很长一段时期内, 在工程地质勘查报告中都没有地下水对工程的影响进行评价, 从而导致工程在建造或是使用过程中由地下水对岩土的侵蚀等引起基础下沉或是建筑物开裂等事故的发生, 所以在地质勘查过程中, 应充分的认识到水文地质问题对工程的影响, 从而对水文地质问题进行有效的评价, 为工程设计和施工提供准确的地质勘查水文地质情况资料。目前水文地质评价内容主要包括以下几种:

1.1 应着重评价地下水对岩土结构、建筑物的影响和作用, 提前预测地下水可能产生的危害, 以便于提前采取预防措施。

1.2 地下水与建筑地基是息息相关的, 所以在地质勘查过程中

应该将地下水与地基设计相结合, 从而提供准确的水文地质资料来为地基的设计和选择奠定科学的基础。

1.3 地下水的自然状态、对建筑物的影响、人为活动下地下水

的变化和对建筑物的影响等都是水文地质勘查中应该着重勘查的内容。

1.4 不同地下水情况对工程的影响和作用也是不同的, 所以可以从工程的角度出发对其重点内容进行评价。

比如, 工程有部分基础是处于地下水以下的, 那么就应该把评价内容重点放在地下水对砼和钢筋的腐蚀性上面;如果基础是以岩土层来进行施工的, 则需要对地下水对岩土层的软化、崩解和胀缩作用进行重点的评价;某此建筑基础层中存着松散、粉细砂和粉土等, 这就需要对流砂及管涌等情况进行重点评价;目前在地下水位许多时候会进行基坑作业, 。这就需要对渗透性和富水性进行试验, 并对土体沉降和边坡失稳等情况进行重点评价。

2 岩土体的水理性质

岩土体的地理性质分为岩土物理和水理两种, 其水理性质即是岩土体与地下水相互作用而产生的各种性质。当地下水作用于岩土体时, 其岩土的强度和形状则会发生一定的改变, 从而影响到建筑物的稳定性。所以可以针对岩土体的水理性质进行测试, 通常情况下测试方法有以下几种:

2.1 透水性。

透水性是利用自然重力的原理, 对水穿过岩土的性能进行的分析的方法。岩土越松散、颗粒越大, 则其透水性则越好。在工程地质勘查中, 通常利用渗透系数来对岩土的透水性来进行表示的, 渗透系数则通过抽水试验来获得, 岩水的透水性对建筑的影响较大, 二者之间呈正比关系。

2.2 崩解性。

岩土体的崩解即是指土体的崩散解体, 通常是在静水情况下, 当有粘性土浸入后, 使土粒间的结构和强度发生变化, 从而使土体崩解。导致岩土体崩解的因素较多, 如颗粒、结构、矿物成分等都与崩解性有直接的关系。同时岩土体在崩解时崩解的方式也是不同的, 如残积土是以散开的方式, 而石英石则是以裂开的方式进行崩解的, 岩土体的崩解性与对建筑物所产生的影响也是呈正比的关系。

2.3 软化性。

当岩土处于地下水的浸泡下时, 其岩土强度则会明显降低, 软化性通常通过软化系数来进行体现, 这是判断岩土体耐水和耐压能力的主要参数, 通常情况下粘性土层、页岩和泥岩等岩土结构容易发生软化性, 另外, 岩土的软化性与建筑物的稳定性呈反比的关系。

2.4 给水性。

给水性指的是在水的作用下, 饱水岩土体从裂缝和孔隙中流出水的能力。通常利用给水度来进行形容。给水度是水文地质中较为重要的参数, 它对施工现场的疏干时间有着重要的影响作用。与前面的方法相同, 给水性越强的岩土体对建筑物的影响越强。

2.5 胀缩性。

所谓岩土的胀缩性是指岩土在受到地下水的作用后, 其体积会逐渐增大, 而当岩土的水分流失时, 其体积又会变小的能力。这种现象产生的原因主要是因为岩土表面的膜会在吸水后变厚, 而失水时膜的厚度又会变小。岩土的胀缩性常常会导致基坑出现突起或裂缝, 直接导致土层表面及地基出现变形现象, 从而对建筑物的稳定性产生较大的影响。

3 地质勘查中水文地质问题应注意的事项

3.1 把水文地质问题放在重要的位置

地质勘查工作具有非常重要的意义, 高质量的地质勘查工作, 不仅能为工程提供设计和施工的科学依据, 同时对工程质量的提高也能起到积极的作用, 因此地质勘查工作不仅要对水文地质问题进行深入研究, 同时还水文地质问题放在重要的位置上, 从而保证地质勘查质量的提升。

首先, 自然地理条件。这主要包括工程所在区域的季风、气候湿润程度、所处水系、平原和高原、地形、地貌特点及堆积物等;

其次, 地质环境。工程区域的地质环境应该包括该地区的地质构造、基底构造、底层岩性以及新构造运动等等内容;

再次, 地下水位情况。水文地质勘查中的地下水位情况应该主要对近些年地下水位的最高值以及其变化趋势、地下水的补给排泄条件、地下水与地表水之间的补给关系等内容进行科学有效的分析;

最后, 含隔水层的情况。这一部分内容应该对这两个水层的埋藏条件、地下水类型、流向、水位等内容进行勘查。另外对含水层的实际分布情况以及其厚度和深度等进行研究。对该区域的地层渗透系数、地下水赋存以及渗透的影响以及地下水对建筑材料的腐蚀情况等等。

3.2 确保水文地质参数测定的准确性

首先, 在地质勘察工作中, 会涉及到对地下水水位进行测定, 为了保证测量的准确性, 应该先确定是静止的水位还是多层含水层, 根据不同的情况选择不同的测量方法。如果是静止的水位, 则需要在稳定的时间内进行, 如果是多层含水层, 在测量时就需要采取隔离措施。

其次, 在对地下水的流向进行测定时, 可以采用几何法, 与此同时, 对孔内的水位进行测定, 最终测出地下水的流向。

最后, 压水试验也是水文地质勘查中的一个重要试验。压水试验与工程地质测绘和钻探资料结合起来, 根据工程实际要求, 将试验孔位确定下来, 试验段按照岩层的渗透特性来进行划分, 按照实际需要对试验的起始压力、最大压力和压力基数进行确定, 并将压力与压力入水量的关系曲线及时绘制出来, 将试段的透水率计算出来, 进而确定P-Q曲线类型。

结束语

工程地质中水文地质勘察情况研究 篇9

1 水文地质勘察的必要性分析

在实际的工程地质勘察工作中, 水文地质勘察是至关重要的组成部分, 也是最容易被忽视的一个环节。通常情况下, 施工单位在对工程现场进行地质勘察时, 为了确保勘察结果的精确性, 不仅要对相关岩土工程中的水文地质情况进行全面的勘察, 还要对地下水分布状况, 以及周围建筑物结构进行详细具体的掌握, 真正意识到水位地质灾害的危害性, 同时根据得到的勘察数据, 采取可行性的措施。就我国当前工程地质工作现状来看, 很多施工单位对于水文地质勘察工作不重视, 再加之对水文地质问题的研究不够深入, 极度缺乏水文地质的勘察资料, 这也给很多施工单位的工程地质勘察工作造成了很多的不便。其次, 还有部分施工单位在对水文地质进行勘察的过程中, 并没有对其进行规范性的管理, 在毫无目的性的情况下, 就盲目的开展勘察工作, 致使最后提供的勘察资料与实际施工情况不符, 严重影响了工程施工的顺利开展, 往往都是在发生水文地质危害以后, 才会采取补救措施, 不仅造成了大量资源的浪费, 还大大增加了工程建设成本, 耗时又耗力。因此, 我们不难看出, 加强做好水文地质勘察工作能够对工程设计与施工提供更多宝贵的参考资料, 避免安全隐患的发生, 确保工程施工的安全性。

2 工程地质水文地质勘察的内容

笔者通过多年来的实践工作观察发现, 在大部分的工程勘察工作中, 引发水文地质灾害的因素有很多。其中, 岩石层的含水量、水位的变化幅度、水位的变化幅度、水位的变化幅度等因素都是比较常见的水文地质问题。因此, 施工单位在进行工程地质勘察工作时, 应该重点对这些环节进行认真仔细的勘察, 尤其是要对水文地质的主要内容进行重点勘察, 从而确保工水文地质勘察质量。在我国早期的工程水文地质勘察工作中, 由于受到技术水平的限制, 再加之基础设施的之后, 无法准确的计算出地下水对岩土工程产生的影响, 这就导建筑物在使用一段时间后, 频繁出现地基下沉、开裂等质量问题, 大大降低了建筑物结构的稳定性, 也对人们的生命安全构成了极大的威胁。但是, 随着现代科学技术的飞速发展, 相关的勘察技术也取得了进一步的强化与完善, 目前很多施工单位都已经开始利用水文地质对工程地质数据进行勘察评估, 这样就能够及时发现地质水文中存在的问题, 同时采取相应的解决对策, 从施工前期将安全危害控制在源头, 确保后续施工的顺利开展。

从工程施工的角度来看, 地下水对工程的影响非常大, 施工部门针对不同的部位必须采用不同的勘察和分析方式。比如说那些埋在地下水位之下的地下建筑物, 建筑就必须要考虑其地下水对钢筋的腐蚀性;在强风化岩和软质岩石或者膨胀土环境中, 勘察的重点就是在对地下水活动对建筑物持力层场、软化以及胀缩的作用等方面中;当遇到建筑物地基压缩层存在粉细砂、粉土等情况时, 首先要通过对流砂以及管涌的可能性进行分析, 然后对建筑物基础下的承压水冲毁底板的可能性进行计算和预测, 防止边坡失去稳定性, 保证建筑稳固。

3 水文地质危害和勘察策略分析

3.1 水文地质危害

笔者认为, 水文地质对工程建设的危害性主要在两个方面, 一种是由于地下水位的升降变化造成的, 另一种则是由地下水的动水压力造成。地下水水位的上升、下降和频繁变化都会对岩土层造成很大的伤害, 容易引起土壤的盐碱化和沼泽化, 对岩土工程的腐蚀性也非常大, 这就会导致一些建筑周围会出现滑坡、崩塌等地质性的灾害。这种情况还容易导致工程场地的沙土出现液化、管涌等现象, 甚至有可能造成地基上浮下降, 或者出现地裂开缝等现象, 造成建筑体变形破坏, 同时还会伴随着水质恶化和水源枯竭等问题, 不仅无法保证工程的质量, 还会严重影响到居民的生活。

然后就是动水压力所造成的水文地质灾害, 这种情况多数是由人工造成的, 人为影响造成了天然平衡的动水压力被破坏, 在不稳定的动水压力条件下, 地基凹陷、流砂、管涌等现象, 都严重威胁着工程的安全。

3.2 如何做好水文地质的勘测工作

要想做好水文地质的勘测工作, 笔者认为应该从以下三个方面入手:

首先就是要认真对工程地质中的水文地质进行勘察, 包括其水质状况、地下水分布的位置和特点、地下水水压等, 针对一些重点要加强调查, 结合现代化的先进技术和设备, 克服调查中遇到的困难, 保证勘测的准确性和全面性, 确保得到的数据是准确无误、十分精确的。

其次, 在地质工程的勘察结果上, 勘察的结果必须要能为建筑施工提供一定的数据支持, 这个结果必须是全面客观的。其中应该包括以下内容:首先是含水层的深度、地下水的类型、岩土的类型和厚度、地下水的流向、地下涌水量、软化系数、渗透系数这些基本的数据。

除此之外, 还应该有各个含水层之间的对比分析, 比如说含水层和低地表水体间的水力联系、地下水的流动和补给状况、水位的变化情况和趋势等等这类数据, 才能够直接为工程建筑起到指导性的作用。

结束语

综上所述, 可以得知, 加强做好工程地质中水文地质勘查工作是非常重要的, 更是工程建设质量的有利保障, 应当引起施工单位的高度重视。因此, 在实际的施工过程中, 施工单位首先要对水文地质情况进行全面的勘察掌握, 做到及时发现问题, 及时处理。

参考文献

[1]陆清生.工程地质勘察中水文地质的探讨[J].中华民居 (下旬刊) , 2013 (4) .

[2]杨松林.工程地质勘察中水文地质若干问题的探讨[J].低碳世界, 2013 (9) .

综合工程地质法 篇10

工程地质学家只有知道如何为工程增加附加值, 其贡献才会被项目经理青睐, 工程也会最终受益。因此, 重要的是找出一些能确保工程地质学家为工程建设作出行之有效贡献的策略。然而, 对行之有效的工程地质学有内在帮助的策略还刚刚问世, 例如:Fookes (1997年) 。有些人还担心这一学科 (Knill, 2003年) 。

“综合工程地质法”基于一种理念, 那就是:现场条件应被视为是整个地质、地貌历史变迁的结果, 任何工程若要取得成功, 必须尽早充分了解这段历史。多年来, 凭借经验, 这一方法已经在实践中得到应用, 但将其正式化还只是近年来的事 (Fookes 等人, 2000年、2001年) 。

综合工程地质法的前提是:只有在对项目区域的整个地质、地貌历史变迁及其所属的工程意义全面了解之后才能得出合理的项目实施所需的重要决策。在最近的岩土工程风险管理的权威指南中 (Clayton, 2001年) 体现了这一观点。由此可见, 采用这一方法是工程地质学家为所有地上工程项目的实施贡献最行之有效的途径。

本文通过描述“综合工程地质法”在澳大利亚西部皮尔巴拉地区一些主要铁矿石运输铁路的勘测、设计、施工及营运中的应用, 由此指明该方法中所包含的实际策略。

本文总结了作者在亲身参与这一系列铁路工程建设期间所取得的工程地质信息及经验教训, 并以这些经验为契机阐明“综合工程地质法”的应用。本文分三部分阐述该方法。第一部分回顾皮尔巴拉地区的发展, 总结该地区的地质、地貌历史变迁。因为, 这是所有工程地质学研究的起点。第二部分探讨工程地质学与铁路工程项目之间的关系。因为, 这是工程地质学在实际工程项目中的应用, 后者与前者息息相关;第三部分描述在与地上工程相关的一系列问题的决策过程中工程地质学家所扮演的角色, 以此说明“综合工程地质法”在项目设计中所起的作用是行之有效的。

1概述、地质与地貌 (皮尔巴拉地区的发展状况)

工程地质学家在到达工程现场的第一项任务就是对该地区的发展状况作出一个大概的评估, 并了解该地区的整个地质、地貌历史变迁。皮尔巴拉地区位于澳大利亚西北部。早在19世纪晚期, 进入皮尔巴拉地区的欧洲定居者首先发现了这里的铁矿石蕴藏, 但直到1960年澳大利亚联邦政府解除了对铁矿石出口的禁令后其系统性开采才得以开始。

(1) 铁矿石开采。

铁矿石的可采矿床可被分为三类 (Kneeshaw, 2000年) 。

1) 层状矿 (又名“基岩矿”或“富集矿”) 。

由假象赤铁矿、赤铁矿及针铁矿构成, 从元古代哈默斯利 (Hamersley) 群富集条带状含铁建造中开采 (口头上称为“BIF”) 。

2) 槽矿 (或槽铁矿) 。

由第三纪中期冲击形成的古河道中的粘质针铁矿及赤铁矿豆岩组成。

3) 碎屑矿。

存在于源自相邻层状矿的晚第三纪塌积扇中。

自1966年开始从皮尔巴拉开采铁矿石以来, 至2003年止, 已开采约40亿t。2003年的年产量为1亿8千万t, 占全球产量的9%左右 (包括低品位和高品位矿石) , 约占整个海运贸易的35% (只限于高品位矿石开采) 。

(2) 铁路系统。

从皮尔巴拉开采出的铁矿石用于出口, 通过世界上负载最重、线路最长的铁路运往装运港。运铁矿石的火车通常有240节, 长达2.6 km。每节车厢承载约130 t铁矿石, 通常在矿场附近的火车折返的环线上装车。每个火车头的功率达6 000马力, 一列重载火车通常由4节车头拉动。各节车厢每个车轴承重35 t, 并将其传递至轨距为1 435 mm的铁轨上, 铁轨铺在间距为650mm的预制混凝土枕木上, 枕木下垫有200～300 mm厚, 直径40 mm的道碴。运矿石火车通过的限制坡度通常最大约为0.5%左右。自60年代起铁路就随着铁矿石出口的增长而不断发展。估计目前铁路系统长约1 400 km, 而且, 新的铁路正在规划中。作者自90年代起就开始参与皮尔巴拉的铁路开发了。

(3) 皮尔巴拉地区的地质及地貌。

对某区域地质、地貌历史变迁细致了解对项目设计的影响是综合工程地质法的基本策略。了解范围必须非常广泛, 有时甚至会触及地质方面的问题, 如:区域变质或老粘土, 这些问题对于工程经理来说显得神秘莫测。这与传统方法形成对比, 后者通常限于对探孔、探井进行记录, 以及在实验室进行强度及指标特性方面的测定。

1) 基岩地层情况。

皮尔巴拉地区是一片古陆区, 下伏块状太古代花岗岩及片麻岩, 岩龄3Ga (即30亿年) 。在该地区南部, 在晚太古代及早元古代时期, 层状火山岩及沉积物覆盖在侵蚀后的古陆表面, 距今约25亿年 (Trendall, 1990年) 。

在元古代早期阶段地球大气中的含氧量很低, 这使风化产生的二价铁得以溶解、保留在海水中。据推断, 在元古代时期, 海水中进化出的靠光合作用生存的生物, 它们释放出氧气从而使溶解在海水中的铁以三价铁的形式沉淀下来, 如赤铁矿, 这样就形成了BIF中的富铁层 (Trendall, 2000年) 。所修筑的铁路主要是为矿床周边发展起来的矿场服务, 矿床位于皮尔巴拉中部, 主要为哈默斯利岩群。估计该岩群总厚度约2 500 m, 由8个岩层组成, 包括BIF、“页岩” (用于皮尔巴拉地区的术语, 指夹层细砂岩、分层粉砂岩及泥岩) 、白云石、及厚层序碱性和酸性火山岩。某些岩层特征明显, 具有较厚的碱性侵入岩岩床, 如辉绿岩。

哈默斯利群有一个与众不同的特征为BIF单位的地层横向连续性, 可绵延数百公里 (Trendall 1990年) 。在进行区域地质测绘时, 可从连续地层中找出与具体岩床相关的标准层及明显的地貌特征。略微褶皱的交替岩层左右着景观的演变, 它与更加坚韧的BIF岩层一起形成了特殊的具有单斜脊或台地形状的山脉。许多宽阔的深谷都与Wittenoom岩层和Bee Gorge页岩有关, 前者属岩溶发育地层, 后者则更易被侵蚀。晚太古代及早元古代火山岩及沉积物在20亿年至16亿年前的Capricorn造山运动中发生变形, 并被厚辉绿岩岩床侵入产生中等区域变质。变质的一个重要结果就是在部分岩体中生成石棉状矿物 (Trendall 及Blockley 1970年) 。这种矿物的存在造成了一种地质灾害, 给现场的健康和安全带来问题。

BIF由交替纹层构成, 或由不同比例的燧石层、粉砂岩、泥岩及赤铁矿构成。在BIF层序中, 通常有块状硅质岩床, 这种岩床具有很高的强度和耐磨性。这种耐磨硅质岩会降低金刚石取心及炮眼钻凿的生产率, 引起钻头过度磨损, 同时还会严重磨损运土及加工机械。

该地区大多数基岩类型具有较高的单轴抗压强度。但是, 基岩的工程特性反应石料特性及所有类型存在穿透间断性。例如, BIF可含有单轴抗压强度为150MPa (甚至达到450MPa) 的硅质岩床, 但也可能含有“页岩”岩床, 这种岩床在褶皱过程中受到剪切, 强度较弱, 更易风化, 以及含有残余抗剪强度低至ϕ'r=15°, c'r=0的垫层面。地质构造的影响使工程特性变得更加广泛。比如断层、节理、尤其是深层风化断面发育的影响。基岩地质基本左右着许多材料的分布及工程性能, 铁路路堑将在其中开挖, 构筑的较厚填方将从中取料。

2) 基岩构造。

基岩中地质构造的走向及发育程度, 尤其是垫层面, 是路堑边坡设计中最关心的问题。在区域规模及冲断层构造背景下, 在Capricorn造山运动期间, 中皮尔巴拉的基岩受到折叠 (Tyler and Thorne 1990年) 。在皮尔巴拉地区工作的结构地质学家已确定5个不同的褶皱期 (Tyler 1991年) 。中皮尔巴拉层状岩中有两种具有工程意义的褶皱型式:①露天的大规模区域褶皱导致10°～30°的倾斜。这些褶皱可使坚固、均质的垫层面产生比摩擦角更大的倾斜, 地层倾斜可导致不稳定岩石边坡的发育。在皮尔巴拉这种不稳定的天然岩石陡坡随处可见;②更致密的局部褶皱, 受限于可能与断层或侵入有关的构造走廊中。这些构造使整个垫层面产生联锁, 降低了大规模及中等规模不稳定性的可能。但由于垫层面反向倾斜, 可能导致岩石露头处或路堑边坡中产生小规模局部失稳。

断层形式主要为与区域压缩有关的缓角冲断层, 在铁路开挖施工中很少遇到。节理大量反映出相邻褶皱及断层系统的构造形态。在大多数BIF单元中至少有三条清晰的近垂直节理组, 但在其他基岩类型中这些节理组发育不佳。在坡度平缓的BIF褶皱翼部上发育良好的主节理通常延伸数百米 陡峭稳固的主节理对保持悬崖线的稳定性起着基本的控制作用, 尤其是在岩体易于崩塌之处, 这使悬崖线形成了特有的“锯齿”形状。

3) 地貌演变。

地貌演变决定表层堆积物、风化剖面的分布以及坡地地貌过程, 因此对近地表物质的工程特性具有深远影响, 铁路的土方工程就是在近地表物质中施工的。欲了解地貌演变, 首先必须了解该地区的区域构造演变, 因为后者控制着古纬线、抬升率以及过去的气候、风化过程及侵蚀周期。在二叠纪时期, 当皮尔巴拉地区还属于极地冈瓦纳古陆的一部分时, 也许其上覆盖着冰川, 因为在西澳大利亚古陆地表的盆地中发现有冰川沉积物留存 (Anand和Paine, 2002年) 。在侏罗纪时期, 超级大陆开始漂移, 形成了今天的澳洲大陆。中生代时期, 渐进的侵蚀在稳定地块上切割出了宽广的、相对平坦的地表。在中生代晚期, 由于海洋环流受限, 据信那时的气候与现在相比更加温暖, 在全球更加均衡 (Summerfield, 1991年) 。因此, 尽管现在远在南方, 该地块经历了几轮深层化学风化及硬壳层形成的过程, 最终形成了明显的“哈默斯利地表”, 其遗留痕迹现在在整个皮尔巴拉都可见到 (Campana等人, 1964年;Twidale, 1994年) 。新生代时期, 渐进式抬升及微量隆起, 风化、硬壳层形成、以及重新切入期的侵蚀, 造就了一系列复杂的坡地、崩积和冲积沉积物及硬壳层。

4) 新生代气候变化。

自冈瓦纳古陆解体后, 澳大利亚大陆板块向北移动超过纬度30°, 同时全球的气候系统已经历了巨大的波动 (Bowler, 1982年) 。根据澳大利亚周围的层序地层对新生代气候变化及风化层演进所作的研究表明, 在第三纪时期, 至少有4个明显的更加强烈的风化期 (McGowran和Li, 1998年) 。一种更简单的观点认为大多数在皮尔巴拉留存的深层风化断面在白垩纪晚期至中新世中期之间接连发育 (Killick等人, 2001年) 。

尽管皮尔巴拉已从南纬55°移至南纬25°, 但看来在第三纪时期, 其气候属于“热带”或“亚热带”, 即, 温暖多雨。可能该区域多数时候都覆盖着浓密的森林, 侵蚀面曾有深层风化, 铁在地貌中具有很高的活动性。渐新世晚期至中新世中期, 由于硬壳层侵蚀、河成沉积及铁的富集, 形成了CIDS岩层 (Ramanaidou等人, 2003年) 。

在上新世时期, 曾有过切割、侵蚀冲积沉积/塌积扇。这可能源于区域性构造抬升及越来越严重的干旱, 同时伴随着植被覆盖减少及周期性极端风暴。上新世冲积/塌积扇缓坡末端, 可为目前的铁路施工提供绝佳路线及优良建材。一般认为第四纪属半干燥气候, 由于季风影响, 夏季炎热多雨。在第四纪期间, 由于与冰川期及间冰期有关的全球气候波动, 该地区的降雨在雨量及强度方面可能经历了巨大的变化。在邻近的Kimberley地区也可能有类似经历, 该地区在第四纪时期的明显气候波动已有文献记录 (Wende等人, 1997年) 。然而, 还有待于在皮尔巴拉地区进行研究, 以了解过去干旱的增加或与季风性活动有关的极端洪水事件的重现期。

5) 表层堆积物。

在不同气候条件时期形成的表层堆积物在龄期上有差异, 从第三纪至现代不等, 并在基岩表层或接近基岩表层的地方形成堆积物。表层堆积物的形成有4个主要过程:①崩积。塌积砂、砾石及坡地上漂砾的沉积;②冲积。崩积砾石、砂子、淤泥的沉积及冲击扇中或泛滥平原上的粘土、沟渠。较细的沉积物多沉积在冲积扇远端, 粘土则易沉积在低洼的漫滩中;③同时存在于基岩及松散沉积物上的风化剖面的演进, 包括溶解及矿物种分解;④在表层堆积物中或风化剖面顶部生成的矿物种在基岩上适当的位置将疏松物质粘接在一起, 形成岩石或砾石物质, 并成为硬壳层 (Thomas, 1994年) 。

占主导的硬壳发育 (Hocking和Cockbain, 1990年;Killick等人, 2001年) 及深层风化导致地貌中形成一系列胶结地表。从工程角度看, 所有能将土壤转变为岩石的表面过程无疑都很重要。根据胶结料的不同, 岩石可分为:①铁砾岩由氧化铁胶结而成, 通常呈褐色或红色, 外观为瘤状, 有时形成细砾或不规则岩石材料;②钙结岩由碳酸钙胶结而成, 通常为红粉色或白色砾石, 有时形成板状石料;③硅结砾岩由二氧化硅胶结而成, 通常为白色燧石、砾石, 有时形成板状石料。

活性粘土 (潮湿、敏感粘土) 在更加平坦, 更远的崩积坡及洪积平原上沉积或发育, 形成称作“gilgai (粘土小洼地) ”的区域 (Beckman 等人, 1970年;Cooke和Warren, 1973年;Maxwell, 1994年) 。粘土小洼地 (gilgai) 外观呈圆丘状, 带有裂纹及“蟹孔”。由于土壤中占比很大的活性粘土的干湿变化, 造成其明显的季节性体积变化, 从而形成粘土小洼地 (gilai) 地貌, 它有很大的地质危害。

6) 现在的地形、气候及植被。

目前, 中皮尔巴拉是一片基础高程为海拔700 m的半干燥高地, 有延伸至1 000 m高的山脉。地形起伏导致坡地地貌过程活跃, 影响铁路, 如:泥石流和塌方。

夏季日间温差高达40 ℃, 冬季有霜, 年蒸发量大大高于年降雨量, 年平均降雨量180～350 mm。但由于周期性飓风和给当地带来强降雨的雷暴单体的影响降雨量无规律可循。有时可能在某一特定区域数月, 甚至数年无降雨, 但有时短时间内雨量会达到全年雨量, 导致河洪水泛滥, 沙石沿坡而下, 沿主河道移动。在雨季, 24 h内雨量达到200 mm的情况也可能遇到。这种无规律的强降雨对坡地地貌过程速率及灾害性洪水的发生起着主要控制作用。

由于半干旱环境, 沿主河道生长的灌木、鬣刺属草、以及独株生长的桉树是该地区的主要植被。欧洲人在此定居以来, 他们就在该地区放牧, 但未对植被造成重要影响。然而, 由于植被稀疏, 径流速度加快, 下坡沉积运动不受阻碍, 造就了活跃的坡地地貌过程及洪水。

在皮尔巴拉, 山脉起伏, 峡谷纵横, 绿色植被与红色或褐色的岩石相得益彰, 由于风景壮美, 皮尔巴拉多处现已被设为国家风景保护区。

7) 现在的自然坡地。

皮尔巴拉地区的坡地反映出下伏岩石及构造的情况, 以及不同阶段风化、硬壳形成、侵蚀和沉积的印记 (Joyce和Ollier, 2003年) 。坡地上部通常为以前侵蚀面的残余, 包括磨圆的硬壳部分或与基床基本平行的平面。上部坡地之下为陡峭的悬崖线, 它受坚固的近垂直的节理控制, 这些节理经常由于抬升和切割作用造成的地貌更新而发育。悬崖线通常较活跃, 常随塌方碎屑裙一同解体, 形成中间搬运坡地。悬崖和塌方之下, 在冲沟和溪谷的退出点上, 遍布从冲积/塌积扇沉积物, 覆盖在坡地上。冲积沉积和泥石流形成了朝向坡地基层的小角度扇。宽谷之内, 有冲积滩何间歇性泛洪水系。

8) 综合工程地质学历史。

上述皮尔巴拉地区的整个地质、地貌历史变迁, 将作为综合工程地质法的一部分被解读。表1概括了这段历史及其对铁路工程的影响。

2综合工程地质的项目策略

即使对地质地貌的了解比较全面, 也不会对各个铁路项目的实施提供足够、有效的支持。因此, 必需制定各种策略, 有效地获取并传达这些知识。地质资料必须在适当的时间交给项目组中适当的人, 其内容应该容易理解, 并且附带说明这些资料的重要性。

2.1项目阶段

为在皮尔巴拉的铁路工程中行之有效的采用综合工程地质法, 在每个典型的工程项目阶段都收集并传达不同类型的信息。预可行性研究、可行性研究或初始设计阶段, 资金是有限的。并且收集能支持非常广泛决策的低成本信息无疑是主要目的。因此, 上述阶段的勘测调研通常包括案头研究、航空照片研究、场地踏勘、通过现场考察对航空照片判读进行地面验证、总体测绘和检查。详细测绘、坑探、钻探孔以获取深挖资料、实验室试验等都非常昂贵, 只有在路线变得更加确定、需要更多详图进行设计和成本估算时才可实施这些勘测。

2.2 勘测报告的目的

(1) 为铁路设计提供所需的足够资料, 估算项目成本, 以便为项目筹集资金。

工程师的估算通常要求精确至±20%, 并可行。

(2) 以现场勘测报告的形式为合同工程预期投标人提供地上工程信息。

由于此报告最终将具备合同意义, 控制其格式和内容很重要。

由于这两个功能, 在编制铁路勘测报告时应注意以下目的。

1) 勘测的总目标是对地面情况进行详细描述, 使不会遇到工程规模的未预见地况。必须在勘测支出与所得到的有用信息之间取得平衡 (Stap-ledon, 1982年) 。对于这些铁路项目, 当下列问题得到肯定回答时, 证明在支出及利益间已取得合理平衡:①是否已绘制比例约为1∶5000的地质图, 合理存档并对其充分了解, 以便为所有路堑建立可靠的地质模型 (草图和断面) ;②是否已描述所有路堤基础条件;③是否已找到建筑材料的所有来源, 并已描述其性能;④是否已确定所有的地质灾害;⑤完成的用于招标进行建设的线形设计是否合理。

2) 所有观测结果采用标准化叙述体系呈现, 以最大程度降低在设计或施工之间产生对材料的地质和岩土工程描述含混不清的情况。在皮尔巴拉, 《澳大利亚现场勘测标准-AS1726》构成该描述体系的依据。

3) 强调非书面交流, 即, 彩色照片、地图、图纸等, 那些对工程地质描述项不清楚或不了解的人可通过查看这些照片了解地况, 尤其是与机械性能有关的信息, 如撕裂试验和反铲挖掘。

4) 将所有与项目有关的资料整合后或编成报告提供给预期投标人, 或将预期投标人召集起来共同查看 (参见1987年建筑业委员会指南) 。

5) 在报告中描述观测、解释及建议之间的明显区别, 以最大程度降低所提供信息属性的含混不清。所有现场勘察资料将编成“实况报告”, 它只包含勘测信息而无解释, 解释和建议将记录在一本单独的“解释/评估报告”中。这两份报告都会提供给预期投标人。

从业主角度来说, 提供给预期投标人的资料越多, 业主在简报期制定招标文件时遇到的不确定性就会越少。由于只允许通过增加估价在投标价格中存在不确定性, 这些策略在获得工程竞争性招标时将受到特别指导。

(3) 地质测绘的重要性。

测绘在早期的 (即, 20世纪90年代之前) 皮尔巴拉铁路施工中的勘测中并不是一个十分重要的组成部分, 当时的精力主要放在成本更高的地下勘测上。这种方法被证明效率低下, 是全球大型土木工程项目所采用的典型传统方法) 。这种方法曾被人讥讽为“先打洞, 后提问”, 与综合工程地质法正相反。传统方法在对长的线型构筑物 (如, 铁路) 进行勘测时尤其低效。由于设计时会要求对线路作出更改, 过早在此类工程中实施地下勘探几乎不可避免地会导致额外的代价不菲的地下勘探。相反, 对线路通道进行早期工程地质和地形测绘代价低而富有成效, 因为它不需用昂贵的设备, 而且更有可能提供与最终所选线路相关的一些信息。

更重要的是对线路通道的测绘要求仔细观测地质地貌, 解释近地表地况, 报告并生成一个将所有信息整合在一起的“模型”供将来分析。因此, 地质测绘可被认为是综合工程地质法必要的、起决定作用的策略。

在采用该方法的地方, 将按各种比例对线路进行详细的工程地质与地形测绘。将测绘作为主要的勘测手段, 同时也允许对随后进行的地下勘探 (如, 钻孔及撕裂试验) 制定计划、订立目标, 以便于更加有组织的对工程地质岩层进行勘察。而传统方法在定位地下勘探点时通常不考虑地质情况。比如, 在最深路堑的最高点上进行钻探, 而现有便道就在那里越过中心线, 或最糟的情况, 沿中心线每隔5 km就有一个探孔!

通过利用特征工程特性以甄别地质单元为目的绘制出工程地质图 (Fookes, 1969年;Dearman, 1991年) 。在实际情况下人们发现综合工程地质法要求设别的测绘单元有4种规模, 分别采用如下四种术语。

1) 地形单元。

由明显的基岩集合物、表层堆积物和带有可识别工程特性的地形组成, 按照1∶50 000至1∶250 000比例绘制。地形系统测绘最近由Phipps审查 (2001年) 。

2) 工程地质组。

由一系列具有特殊工程特性的、在根源上有联系的土壤、岩石、地形群构成, 按照1∶5 000和1∶50 000的比例绘图。这些单元被Dearman命名为“工程组”。

3) 工程地质段。

由单一岩石类型构成, 但可能有一系列工程特性。段内的工程特性变化通常源自地质构造以及地表过程对岩性的影响, 因此能反应整个地质、地貌历史变迁。这些地质段通常按1∶5 000至1∶1 000的比例绘制, 用于具体工程单元的详细设计。这些单元被Dearman称为“岩性类型”。

4) 工程地质型。

指有显著的同源工程特性, 并用标准描述体系描述的地质单元, 通常在钻孔日志、探井记录和露头记录中出现。

不同的测绘单元采用Varnes (1974年) 描述的划分过程在野外、图例上或日志中进行合理的区分。测绘单元为系统性地观测、收集信息提供了一个框架。

(4) 参考条件的定义。

定义参考条件是综合工程地质法的另一个基本策略。参考条件 (CIRIA的报告, 1978年) 由具有相似工程特性的地质物质群组成, 并描述可合理预期或预见的地质条件范围 (Essex, 1997年;Knill, 2003年) 。

利用参考条件可向项目工程师描述并传达地质条件。与用于建立测绘单元的划分过程相反, “参考条件”由分组过程建立。定义参考条件也是建立模型的一部分, 这些模型是了解与传达过程的核心。在大多数工程中, 地质模型建立在对一小部分土地观测或取样的基础上, 有可能出现不同的解释。若一项工程将根据合同施工并且对特殊的土地特性了解程度不确定, 这可能对承包商在方法或成本选择上产生重要影响。参考条件的使用则表示出那些为合同依据而作的假设 (Muir Wood, 2000年) 。

在中皮尔巴拉, 所有岩石-地层单元本质上是不同的BIF和页岩演替, 带有不同程度辉绿岩侵入。这些地层经历了折叠、冲断、深层风化和硬壳层形成的过程。因此, 可将大量不同地质组 (具有明目繁多的地层命名, 且已在各种场合进行过修订) 减少为少量的参考条件, 并以最少的地质术语来传达。参考条件的重要作用归纳如下。

1) 正式定义并描述工程地质组及地质模型的组成部分。

2) 通过将具有相似工程特性的地质单元进行分组简化地质情况, 减少与技术人员的交流困难。

3) 最主要的是将可为合同目的合理预见的地质条件存档。

4) 减少实验室试验, 只测试各参考条件中具有代表性的样品, 而不是测试所有遇到的地质单元。

5) 可融合存在于项目区以外、并且可能与参考条件有关的类似地质单元的知识。

6) 对施工产生实际帮助, 如预计设备性能和生产率。

表2中是用于中皮尔巴拉的一些典型参考条件的示例, 表3中是典型参考条件的地质和工程特性。

(5) 模型的使用。

Fookes (1997年) 已对地质模型在项目设计中的运用作过详细描述, Newman等人 (2003年) 已对地质模型在具体工程中的战略运用作过描述, Harding (2004年) 已论述过模型在土地勘测中的更多一般用途。倚重于工程地质模型的使用, 综合工程地质法可以:①组合、对照不相干的信息基础;②解释、介绍和传达观测到的或推断出的条件;③表明合理预期的、可能会要求作进一步勘测的条件。

为使模型有效, 每个模型都必须满足三个标准 (Moores和Twiss, 1995年) :①模型必须功能强大, 也就是说能解释大量根本不同的观测结果;②模型必须精简, 并且与它要解释的观测结果范围相比, 假设条件的数量必须尽可能少;③模型必须可测试, 意思就是模型必须能预计 (至少在原理上) 可通过观测证实的条件。

皮尔巴拉铁路工程中开发出的模型, 采取的形式为:简单的地质地貌图和断面、在工程地质图中结合地质、地形和岩土工程信息、演化图和3D地块模型。这些模型代表三种不同的信息:①概念模型, 它表明测绘单元、及其可能的几何形状以及预计分布之间的关系。这类模型用来方便地呈现不同地形单元和工程地质组的性质;②观测模型, 用来以2D的形式 (如, 地图及断面图) 或3D模型 (如, 方框图) 呈现已观测到的、已解释过的参考条件分布, 并且受地下数据或来自地面的推断的约束;③演化模型, 它利用一系列草图、断面图或地块模型说明地形单元、工程地质组或参考条件及时发育的方式, 带时间的、描述地质地形演进的地块模型称为4D地块模型 (即:3D加上时间维度) 。

用这些模型可以帮助理解综合工程地质, 为地下勘探或详细测绘勘测 (尤其为可能的取土源或地质灾害, 如:滑坡、不稳定土体、洪水) 指定目标区域, 为铁路线路通道内的工地与本地区域性地质地层情况和构造情况建立联系, 评估路堑可开挖性、路堤基础情况和建筑材料位置, 为已选定地质灾害设计控制方案。非常重要的是这些模型也是一种用于将已解释的、已预计的条件传达给项目工程师的图形工具。这些相对简单的模型帮助项目工程师领会地质情况的工程含义, 并理解收集地质证据的重要性以及地质观测、解释和预见的作用。

(6) 有效的地下勘探。

地下勘探是铁路调研的一个基本部份, 为了尽量降低开支, 其范围受到限制。地下勘探的目的是为通过地质测绘还无法确定地质情况的地区提供补充资料, 并为参考条件的存档提供代表性数据。用橡胶轮胎反铲挖掘机挖出的探井通常用来表现铁路通道内已测绘单元的特性。探孔用于一些更深的路堑处, 以证实地表测绘的情况。

在皮尔巴拉植被稀疏的丘陵区, 利用大型推土机 (通常为Caterpillar D10s型推土机) 开挖深的宽沟 (当地称为“槽探”) 将土地情况暴露出来是一种特别有效的、成本低廉的地下勘探技术。从这样的槽探中收集到的资料用于评估可开挖性, 以Pettifer和Fookes的书中描述的技术为基础。

已试图采用地震横波折射法的形式用地球物理技术评估可撕裂性, 但却无法轻松可靠的解释其信息, 这种技术被认为在皮尔巴拉的铁路勘测中不太实用。

同时需要钻探出数量有限的探孔, 以支持施工合同的签订。这些重要的探孔将为预期投标人提供“传统”类型的信息 (即, 在招标准备期间供投标人查看的岩心样本) , 以应对投标人声称所得到的资料不同寻常的情况。所选探孔也将各参考条件完整存档 (作为项目基础资料的一部分) , 构成了解土地情况的一个基本部份。

(7) 所制定的设计目标。

铁路项目中与地面工程相关的设计主要包括:①横向与竖向定线的优化、相关的开挖量及土方量, 因为这些代表主要的成本变化;②来自路堑与取土场的建筑材料的定义;③为达到某一性能而进行的边坡挖填设计、桥基与排水设计。

工程地质学家在地面工程设计阶段可帮助选择路堑倾角、进行可开挖性评估、以及对所有已发现的地质危害进行评估。在项目设计阶段 (在皮尔巴拉, 有时称为“最终工程研究”) , 业主与监理工程师希望将估价精确到±10%。对于地面工程部分来说这很难做到, 因为还存在很大的不确定性。但是, 由于与项目其他非地质部分有关的费用不确定性通常小于±10% (如:钢材、水泥、枕木以及许多固定费用) , 因此在地面工程费用估算中不准确性超过±10%的部分将通过其他部分来平衡。这通常使净成本估算的准确性达到±10%的目标。主要勘探工作阶段结束后就开始着手详细设计, 这时承包商应完成所有文档的编制。在这一阶段, 工程地质信息通常被纳入以下列两种类型的报告:①“解释性报告”, 它包括设计的细节, 并将提供给预期投标人;②内部“设计依据报告”, 与设计过程有关的详细信息及前提条件将记录在此报告中。由于这些信息与承包商的工作无关, 因此不会下发给预计投标人。

详细设计阶段并不总是一个独立的、定义明确的阶段, 它与项目资金筹措的最后阶段联系紧密, 并且经常受业主与监理工程师之间存在的契约关系影响。

(8) 观测法。

由于后勤与资金原因, 在工程施工前不可能对每条铁路路线的详细地质地貌进行详细、彻底的勘测, 因此, 设计与工程师的造价估算总是必须以有限的信息为基础。在铁路建设中通常采用“观测法”来克服地面工程中一直存在的内在不确定性。

观察法不只是在施工中观测地质条件并找出解决问题的方法, 尽管在许多工程中, 对观测法人们是这么认为的。要合理运用“观测法”, 在施工开始前就必须考虑可从地质模型中合理预期的一系列情况的工程含意, 并将这些含意运用到项目管理中。 (Peck, 1969年;Fookes 等人, 2000年) 。不确定性最好通过假定一系列设计来处理, 并允许将其作为紧急情况来估算成本。在施工期间, 若观测到所遇到的地面条件发生改变, 设计可作出相应更改。只要合同包含足够的灵活性, 变更将不会对承包商或设计方造成较大的影响。该方法对皮尔巴拉的铁路建设尤其有效, 主要有以下几个原因:①“短工期模式”, 许多工程都必须在短时内完成。一些项目计划施工数百公里的重载铁路, 而从开始可行性研究到建成, 工期只有3年;②在项目批准前进行勘测作业的“成本效益”。在崎岖不平的地区利用探孔勘测许多深路堑将需要很长时间并花费数百万澳元, 而不一定有那么多时间和资金;③当与采用全面开挖来进行地质勘测的方法相比较后得到的对所有地质勘探技术相对无效性的认识。虽然一根取自某地的直径83.1 mm的20 m长优质定向PQ3岩心可能非常有用, 但要得到它却代价不菲, 并且它所提供的详细地质信息永远不会与一条在同一地点, 深20 m、长100 m的路堑所提供的信息一样多。

(9) 施工及营运中的责任。

在施工中采用观测法要求工程地质学家进驻现场并构成施工队的一部分, 工程地质学家的职责如下:①应用观测法;②如果需要的话, 重新设计路堑边坡;③土方材料管理, 包括回填材料的分类、指定足够的取土场;④如果需要的话, 定位与标识更多的取土场;⑤找出地质危害, 尤其是石棉状矿物;⑥为合同管理提供所遇情况的记录文档;⑦确认所指定的参考条件。

竣工后, 要编制一份竣工报告与一本维护手册, 有:①将竣工条件存档, 尤其是开挖稳定性、填充斜坡、工程的修整与详图、地面排水;②指明业主在接收工程时应知道的风险, 如:可能发生塌方的区域, 或涵洞可能被洪水冲毁的地方;③概述在铁路整个营运期可能要求的维护与监测措施。

(10) 需要的资源。

执行本论文所述的研究类型究竟要花多长时间, 这将估计难以。表4以许多不同项目为依据, 列出在相对平坦的土地上施工50～100 km铁路在不同阶段需要的有经验的工程地质学家人数及所需时间。长度10～30 km、穿越更深切割山地的铁路也需要相似的资源。

每一位相关工程地质学家都至少有10年的工作经验, 并且曾在皮尔巴拉地区多个地方工作过, 即, 他们相当于获得了“特许地质学家”身份, 并且已在边远地区的多种工程项目中有超过10年的工作经验。除这些资源外, 还安排其他专家周期性的参与到项目中, 以确保应用到项目中的技术知识的广度。不同时期的地质小组包括:

①一名进行工程地质研究技术审查的经验丰富的工程地质学家;②一名专业爆破顾问;③一名专业土方工程顾问;④一名专业石棉状矿物顾问;⑤一名专业区域地质顾问。

把所有这些资源整合在一起可以生成高质量的地质知识, 向参与铁路设计、施工及营运的工程师们介绍并传达。这些工程使用表4中所示的资源级别, 并采用综合工程地质法。

(11) 独立审查。

由经验丰富的从业者进行独立正式审查被公认为是一种能保证与地面工程有关研究质量的最有效方法之一 (Fookes, 1997年) 。人们发现使用正式审查对这些铁路工程极有裨益, 该审查有两种级别, 一是地区级;另一个是国际级。通过将两种级别的审查相结合, 工程地质研究的质量得到了保证。国际审查人员通常绕过监理工程师直接向业主汇报。这能鼓励坦诚、客观地进行问题讨论, 避免任何商业利益影响审查结果。

3工程地质问题

综合工程地质法需要工程地质学家参与有关地基工程的勘察、风险管理、设计和施工监督等诸多不同领域的工作。土木工程师普遍认为涉及常规数据收集的施工任务 (包括录井试验坑和钻孔) 是项目管理所必需的。然而, 对于某些恰好是工程管理经验中尚未遇到的工程地质问题, 则需进行专门研究, 譬如对距铁路线相当远的地区进行的详细航空照片判读或尤其与地理特征相关的观察。在上述情况下, 一旦成本效益和风险降低潜力经工程管理得以证实, 便可获得批准进行必要研究。工程设计经理师们因综合工程地质法而受益颇多, 于是他们逐渐开始认可工程地质学家们对各项目所做的贡献。

3.1 岩土工程灾害

岩土工程灾害的确定和评估可能会对任何施工和作业造成影响, 因此这是一项重要的勘察活动。皮尔巴拉 (Pilbara) 地区已确定的岩土工程灾害包括大面积岩崩、喀斯特、石棉状矿物、崩陷土、活性粘土、地震活动、洪水、混凝土骨料安定性和因地下水位降低而出现的沉陷。

(1) 岩崩。

由于存在沿岩层的陡坡、曲折地形、带软岩层的轻微褶皱基岩, 预测皮尔巴拉地区会出现大量岩崩。据记载, 该地区曾发生过一次大面积岩崩 (Wyrwoll, 1986年) 。与MacCrae页岩特殊地层单元相关的航拍照片也显示出若干大面积岩崩 (估计方量约为5千万m3) 。在岩层开裂带低至9°倾角的间隙处, 部分岩崩已进一步扩大。铁路可行性阶段勘察期间已确定了因在含页岩地层层序某些位置进行深路堑开挖而造成的大面积不稳定性。平行于地层走向的路堑存在的极高风险、以及横穿倾向坡的开挖均会破坏倾斜地层。由于制定工程解决方案需要时间, 可能产生费用, 而且残余风险等级的不确定性可能仍与拟采用的稳定措施效果有关;故在考虑上述极高岩崩风险的基础上采取了一项预防策略。

(2) 喀斯特。

在皮尔巴拉地区, 喀斯特地形 (Waltham和Fookes, 2003年) 发育不良且极为少见。但根据该地区特殊的地质情况和已记录在册的喀斯特特征 (Waterhouse和Howe, 1994年) , 预测该地区会出现落水洞。危险区域通常出现在位于Wittenoom地层 (由变质白云岩、含白云石泥质岩、燧石和火山碎屑砂岩构成) 之上且含有较厚第三纪碎屑填充物 (包括湖泊石灰石和相关钙质结砾岩) 的许多宽阔山谷中。在1∶40 000航拍照片上可看到上述区域中的一些单独落水洞。这些落水洞在1∶5 000低空航拍照片上以及直升机检查过程中同样可以看到。近几十年内, 喀斯特灾害区喀斯特含水层中地下水被抽出的地方已形成了直径为几十米的若干落水洞。

早期路线选择研究过程中, 铁路设计已绕开勘察过程中发现单独落水洞的地段。虽然目前上述落水洞发育的几率极小, 但落水洞会在喀斯特灾害区范围内发育并对穿越该区域的铁路产生影响的风险依旧存在。风险控制采用了原本为滑坡风险评估 (Anon, 2000年) 开发的风险管理技术。根据危害计算结果对上述风险进行定量评估, 其后果以年度人员伤亡概率、财产损失和收益减少来表示。按照风险出现年概率计算上述危害, 计算结果与各要素受风险影响的一系列条件概率有关, 由此得出:

R (D/P) =P (H) ×P (S∶H) ×P (T∶S) ×V×E

式中 R (D/P) —系指风险, 即年度死亡概率、年度财产价值损失、年度人员伤亡损失 (以美元计) 、或因停工造成的年度收入损失;

P (H) — 系指风险出现年概率 (以单位区域中形成一定规模落水洞的比率表示) ;

P (S∶H) — 系指风险环境中各要素受空间影响的概率, 即落水洞发育的风险影响区与受影响要素占地面积或范围一致的概率;

P (T∶S) — 系指时间影响范围内出现受风险影响元素的时间概率, 例如该范围内出现列车 (可能载有乘客) 的概率;

V — 系指易损性, 即风险影响伤亡损失概率、财产损失比或时间损失比;

E — 系指受风险影响元素, 例如财产价值、可能涉及的人数或持续生产收入。

上述数据用来计算各种情况下的风险, 以便做出有关工程设计方法成本效益的明智决定。上述方案将受影响元素移除风险区域, 便于管理引发喀斯特塌陷的活动 (如地下水抽取或集中渗透) 。为了检测沉降发育先兆, 所选工程设计方案包括监测。

(3) 纤维材料。

由于区域变质作用, BIF和辉绿岩中出现了通常看起来与阳起石一样的纤维状闪石。在一些地层层位中, 区域褶皱与火山碎屑主序的特殊化学反应以及层间剪切的存在有关时, 会出现纤维状闪石 (如钠闪石, 即青石棉) 。在西澳大利亚, 采矿和加工过程中因吸入青石棉纤维曾造成许多工人死亡。世界上最臭名昭著的青石棉矿之一就是从位于皮尔巴拉中部Wittenoom峡谷的BIF层序中开采的 (Trendall和Blockley, 1970年;Fetherston和Brown, 1990年;未注明日期的《西澳大利亚采矿作业分区宣传册》) 。

由于存在影响工人的潜在风险, 制定了严格的方案以便管理上述风险。该类方案包括风险识别、不同等级防护服的选用、以及相关施工程序 (如洒水降尘、遮盖被毁坏部位和在密封车中工作等) , 用以降低与有害纤维状矿物接触的风险等级。通常情况下, 在对工人有危害的地点与大自然之间采用开放式连接是特别有效的风险管理方式。

(4) 崩陷土。

从气旋半干旱环境和有限的植被中可预测近期将出现松散细粒冲积层沉积物、山洪暴发带来的风积淤泥和风蚀移动突起。承载后, 一旦发生洪水, 这些材料将会崩塌 (Cooke, 1986年;Waltham, 1994年) , 并可能造成路堤沉降。上述材料还具有难以浸湿和压实的特点, 均已通过地质绘图和试验挖坑加以辨认, 其深度通常不超过300 mm左右。上述细粉状表层材料已在施工过程中移至路堤范围以下。松散淤泥、砂像镜透体一样出现在深层土剖面范围内时, 从经济上来说, 将其移除是行不通的。在这种情况下, 可以预测出不会出现灾难性或过度沉降, 即可能会出现最大深度为几十厘米的沉降。在设计中, 可根据轨道重新铺道砟规划考虑上述沉降出现的概率。

(5) 活性粘土。

从基岩 (如变玄武岩和辉绿岩) 上组成或衍生自深度风化剖面的土壤可以预测该部位将出现活性粘土 (即水敏性粘土) (Anon, 1997年) 。同时, 从干旱和半干旱环境中发育的土层剖面也可与预测该地区会出现活性粘土 (Cooke和Warren, 1973年) 。在极端湿润或干旱的年度, 土层剖面中的活性粘土引发了大量变化, 并最终形成了特点鲜明的地形。这类区域被称为“粘土小洼地”。在航空照片判读和地表绘图过程中, 可通过其特有的表面形状 (几十厘米高的小土堆、较深的多边形干裂缝和“蟹穴”) 加以辨认。由于相关的穿越问题十分棘手, 因此, 铁路定线一般会避开较深的粘土小洼地。既有铁路线在该地区的穿越段需重新摊铺被松软材料掩盖的地层道砟, 摊铺道砟的厚度必须大于1 m。

(6) 洪水。

皮尔巴拉中部宽阔山谷范围内的铁路通道通常位于大面积塌积/冲积扇形群系。该扇形群系在穿过基岩走向山脊排水线位置发育而成;远侧部经常长合在一起, 形成相对统一的表层, 略微倾向冲积平原。穿越这些倾斜表面而修建的铁路可最大限度地减少土方工程, 并避免受到主要洪水灾害以及冲积平原沉积物中的活性粘土的影响。但是, 处于半干旱环境外加气旋雨情况下的倾斜, 会使倾向扇形群系的沟渠具有爆发大规模山洪的潜力。在此期间, 虽然皮尔巴拉已修建了铁路, 但洪水却冲毁了许多路段的路堤。因此, 修建了防洪堤以保护受扇形系中不稳定航道影响的某些铁路段。在既有铁路的设计使用年限内, 许多涵洞都会因砾石移动和大水淹没而堵塞;因此, 可能会出现大规模毁灭性的事件和河槽改道 (河道突然改道) 。水文资料的缺乏表明洪水重现周期难以估计。在设计中可以利用对地貌背景以及各排水系统的排放宽度的总体认识。但铁路施工的经济性就是这样, 涵洞设计通常被简化为采用25年的洪水重现周期、较大事件的潜在影响和设计中的一般不确定性往往被业主认为是可以接受的风险。

(7) 因排水而出现的沉陷。

半干旱环境中的施工用水不得不通过抽取地下水获得。大部分适合进行地下水抽取的预测区均位于带厚冲积层 (含洞穴状钙质结砾岩) 的山谷中, 其下方通常是洞穴状白云岩基岩。上述区域的脱水会形成前文中已介绍的落水洞群系;而表层堆积物厚层序的脱水则会造成大面积沉降。已估算出的最大沉降约为几百厘米。根据轨道重新铺砟规划, 设计中考虑了铁路线上上述沉降的潜在影响。

(8) 混凝土骨料安定性。

硅结砾岩硬壳和BIF基岩中存在隐晶硅说明其具有潜在的碱、硅反应活性。深度风化剖面上地下颇深位置的健岩表面会出现粘土矿物和细微裂纹。因此, 为了避免掺杂其他材料, 所用混凝土骨料均是精挑细选的。该类骨料通常是从新生辉绿岩中开采的, 多用于混凝土中。

(9) 地震灾害。

稳定的皮尔巴拉古陆区受级别相对较低的地震灾害的影响, 该类地震灾害的500年重现期加速度为0.16 g。虽然震级对铁路地层没有威胁, 但却关系着险峻溪流铁路穿越段高架桥的设计。

(10) 路堑和填方设计。

线性走廊范围内的铁路涉及许多路堑和填方, 设计中的地面工程部分很大程度上与上述路堑和填方所起的作用有关。

(11) 开挖稳定性。

除上述区域以外, 在已确定具有大面积岩石边坡稳定性的地方, 铁路路堑坡度设计均以采用开挖地质模型得出相关地质条件数据的前期设计为基础。针对不同质量的土体/岩体的前期设计。前期设计基于皮尔巴拉既有铁路路堑工程以及全世界其他工程中类似路堑施工经验。岩石质量描述符号并不是用岩石质量分类系统 (如Ben-niawaski, 1989年) 推断出来的, 而是完全依据参考条件得出的。例如, 新生块状辉绿岩通常是优质岩体, 而含页岩的风化BIF则通常是劣质岩体。由于施工前遇到了尚未确定的负面影响, 因此采用观测法对前期边坡设计做了局部修改。开挖过程中需特别注意通过地质绘图确定的特殊地质环境。但由于稳定性通常由是否存在特殊地质结构决定的, 还需参考相关的不连续统计资料与不同参考条件相关的部分概念破坏机理。

(12) 爆破。

爆破设计是由爆破专家和工程地质学家共同提出的。设计目标是为了最大程度地提高本工程的安全性并降低本工程的总成本。设计中特别注意了稳定路堑施工和开挖材料粉碎 (必要时用作填料) 。由石料强度和岩体特性不一, 很难预测并详细介绍实际现场条件。然而, 勘察期间就各开挖开发的地质模型均带有地质绘图功能, 并可用以预测单次爆破条件。这直接影响着在大量块状辉绿岩、CID、和块状BIF岩石中采用预裂爆破的爆破设计和在含页岩的BIF中采用后爆破修边的生产爆破。精确放线、钻孔、加载和引爆是任何爆破成功的关键;因此, 优先使用的钻机为安装在轨道上的高性能钻机, 具有倾斜钻孔能力。理论上来说, 火药装填前需测量爆破孔的孔口位置, 以确保孔口位置准确、各孔装填火药量是经过仔细监测的。有经验的钻孔和爆破队是必需的。此外, 在爆破队熟悉当地现场条件之前, 各项目的前期爆破可能会导致大量破坏;因此, 需对各项目前期爆破进行审查, 以确保爆破采用了良好的施工方法。部分临近敏感基础设施的爆破位置采用了防爆毯等爆破设备。

(13) 路堤。

部分规模较大的铁路路堤高达45 m, 采用填石建造。铺填过程中, 所用填石应符合土石坝 (Fell等人, 1992年) 用填石的典型级配规范要求;填石各层的压实厚度为750～1 000 mm, 铺填时加入占重量约10%的水。经过洒水和重型货车来回碾压后的稳定施工面表明, 轮重可由自由排水的岩岩接触构架承载。根据前期设计, 高填石路堤的设计坡度在水平方向上为1.5, 在垂直方向上为1或倾角为34°。适当考虑了路堤高度1%的沉降值 (同前) 。大规模路堤可通过堤顶宽度翘曲和加宽允许上述沉降, 以便加厚铺砟层 (要求平衡任何长期沉降时) 。

(14) 环境问题。

虽然工程地质学家通常不负责环境事宜, 但他们却经常为环保经理提供相关资料和建议 (尤其是取土管理) 。

3.2 施工材料

施工材料确定和系统管理是工程地质学家们在各铁路项目中进行的主要活动之一。

(1) 取土料勘察。

取土勘察的主要目的是为了确保取土足以允许承包商完成其工程, 不受任何取土料适用性的阻碍。施工前, 工程地质学家与土方主管人共同确定大量取土料所处位置, 并在施工期间确定额外取土料所处位置。仔细选用报告中对取土量进行说明 (Berkman, 1989年) :①在面积为几百平方米的取土场中开挖一个或两个试验坑后, 确定了该取土场的可用取土量。取土量是承包商投标必不可少的信息。施工前根据经验确定可用取土量为所需填方估量的两倍;②施工开始之时, 通常采用一组中心距为50-100m的试验坑对取土场进行进一步勘察, 并确定探明取土量。

尽管采用了上述谨慎方法, 在利用取土坑时, 通常会发现取土量依然不足。这是由覆盖层深度变化、不适合材料混入和环境限制 (如保持取土坑位于浅层以允许排水和防止积水的要求) 等造成的。由于采用了许多大型的典型设备, 如Caterpillar推土机 (D10～D11) 、Caterpillar开敞式挖斗 (631) 和升降式铲土机, 取土坑很有可能会面临取土困难, 需要经济地进行取土。因此, 在施工期间, 工程地质学家们花费了大量时间来确定额外取土量。这是尽量加快工程进度和最大程度降低合同索赔几率所必需的。

(2) 施工材料的质量。

皮尔巴拉铁路项目主要采用了四种施工材料。显示了这四种材料的级配范围, 并说明了选用这些材料的典型参考条件。

(3) 砟底覆盖层。

路堤上覆盖着一层薄薄的细粒粒状材料, 即“砟底覆盖层”。该覆盖层碾压平整后可对路堤进行防水;同时, 铺砟前可将混凝土枕布设在其表面上以避免损坏。砟底覆盖层通常可碾压密实, 改性干密度为95%。覆盖层中需含有少量细粒料, 以便满足碾压要求并形成不会被侵蚀的粘性表面。砟底覆盖层用料需精挑细选, 通常取自冲积/塌积扇形群系远侧部。

(4) 2类填料。

“2类填料”是取自取土坑的大量施工填料, 用于路堤施工;其碾压通常需满足性能规范要求 (使用规定用量的水并提供足够数量的碾压设备通道) , 改性干密度为95%。“2类填料”是从指定取土坑的塌积/冲积砾石中获得的。一般情况下, 这种填料是含些许粘土的砂砾石, 取自冲积/塌积扇形群系中部。

(5) 3类填料。

“3类填料”通常是取自路堑开挖的填石。按照相关方法/规范要求, 最大允许粒径为750 mm的填料可用于摊铺。在施工过程中加入预测用量的水, 并不是为了冲洗岩石或细粒料, 而是为了对软化岩岩接触面进行一定程度的软化, 从而将其碾压密实。对填石进行碾压试验, 以评估不同地层单元的特殊性能。极少填石存在材料耐久性和适用性问题, 因此, 该类材料通过目测予以评估。“3类填料”的些许差异如下:①“细粒3类填料”通常取自含页岩的密实分层BIF, 其摊铺需满足性能规范要求 (即改性干密度为95%, 最佳含水量为±2%) ;②“级配良好的3类填料”是一种混杂填石, 其摊铺需满足相关方法/规范要求。

(6) 4类填料。

“4类填料”取自严重风化页岩或辉绿岩基岩中的路堑开挖, 是一种易受到侵蚀或易膨胀的材料。这种材料带有包覆层, 因此不在任何路堤表面2 m范围内使用。摊铺需满足性能规范要求。

(7) 道碴。

既有铁路施工过程中, 道砟采用花岗岩和片麻岩。然而, 由于过度磨损和碎屑分解, 这些岩石已不再具有良好性能了。这种较差的性能似乎与许多地质因素有关。这些因素包括轻微剥理、石料中含大量云母、极粗粒径耐久合成长石解理面, 尤为重要的是, 伴随粘土矿物发育、细微裂纹形成和岩石强度降低的渗透性风化作用。相反, 采用变玄武岩和变粗玄岩的道砟则发挥着良好性能。这些岩石具有极高强度和等径碎片, 非常耐用。

3.3 合同制定

笔者参与的大多数项目施工均采用传统的工程承包合同, 即涉及业主、监理工程师和承包商的合同。报价表合同公平分摊与大规模地面工程部分相关的相对高风险, 是铁路建设的最佳合同方式。由于采用了观测法, 报价表合同还具有较大灵活性, 以便在施工期间进行必要设计变更。

合同制定旨在确保取土位置由监理工程师确定。通过规定监理工程师负责确定铁路施工用料位置, 降低了承包商就不可预见情况向业主索赔的几率。

岩石与普通开挖的付款是另一个传统索赔的潜在来源, 与标准重型开挖机械的生产标准有关。虽然标准条款的详情各异, 但基本上普通开挖适用于采用指定机械 (速度大于某开挖速度的) 开挖的材料, 而岩石开挖则适用于普通材料以外的任何材料。这种方法被认为是付款的有效依据;能将可开挖性预测导致的争端降至最低。

4讨论和结论

本文介绍的综合工程地质法以一系列切实可行的策略为依据。这些策略均是在实际重大土建工程项目基础上制定的, 满足高质量资料要求, 支持提供相关资料和考虑周全的工程决策。同时, 这些策略是根据发人深思的观测结果制定的。许多项目遭遇无法实施、并以诉讼告终。其原因就在于对地质调查的投入不足。综合工程地质法基于对项目早期勘察到的项目区域地质和地貌情况的全面掌握, 十分重视以下策略:①阶段性勘察;②勘察目标的定义;③通过勘察回答问题;④地质绘图;⑤制定基准条件; ⑥制作不同类型的地质模型;⑦使用观测法。

该方法的应用要求在整个工程寿命期都有工程地质学家参与其中, 进行决策。所提供的范例说明了那些决策的重要性。通过观测、解释和预先考虑可生成与各种各样项目执行的基本元素有关的信息, 这些元素包括:可行性评估、设计功能性、造价估算、合同文档、施工生产力以及营运性能等。工程设计元素的有效性完全可能与地质信息是否充足有关, 因此, 对于工程的成败, 这种有效性至关重要。要让工程地质学家参与到整个项目中, 成为工程团队的一部分, 这需要在项目中雇佣足够对的经验丰富的雇员。这种将资金投资在人员以及策划时间的上的做法是值得提倡的。要使此方法最大程度的发挥作用, 在工程开始阶段就应采用。比如, 若应用观察法只是为了应付一些灾害, 其他一些必要的管理结构就没有必要存在 (如, 灵活的合同) , 情况也无法改善。最重要的是, 良好的交流是该方法的重要基础。这就要求工程地质学家具备工程方面的知识, 而工程管理者则需要能领会地质学家的建议和忠告。

某库区工程地质条件分析 篇11

关键词:库区工程地质条件工程地质问题

中图分类号:P622文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)05(c)-0103-01

1 区域地质情况

流域位于云贵高原边缘地带的桂北九万大山向北西延展与黔南苗岭山脉东南接壤地带。区域地势大体为南东略低。流域及外围分布的地层较全,主要有元古界板溪群、震旦系、寒武系、石炭系、二迭系、下第三系及第四系地层,缺失奥陶系～泥盆系、三迭系～白垩系地层。其中板溪群由浅变质的浅海相砂页岩组成;震旦系上部由浅海相碳酸盐组成,下部由冰川——滨海相的冰碛砂砾岩组成;寒武系由浅海相页岩及灰岩组成;石炭系由浅海相、滨海相及海陆交替的灰岩、泥灰岩及砂页岩组成;二迭系由浅海相灰岩组成;下第三系由紫红色砂砾岩组成。侵入岩主要有雪峰期侵入闪长岩、燕山期侵入花岗岩及辉绿岩,主要分布在吉羊穹状背斜核部。

褶皱主要形成于梵净期、加里东期和燕山期,工程区附近的褶皱主要有吉羊穹状背斜、雷公岭脊状向斜、增盈盆状向斜及双江复式背斜。断层按走向大体可分为北东组、北西组、北西西组及南北组等,其中以北东组断层最发育。

根据《广西区域地震志》、1∶20万三江幅区域地质图及报告、1∶20万榕江幅区域地质图及报告等资料,区域大断裂主要为北东向断裂,根据《中国地震动峰值加速度区划图》,库坝区地震动峰值加速度为<0.05g,相应的地震基本烈度<Ⅵ度,地震动反应谱特征周期为0.35s。

2 库区工程地质

库区江河段流向弯曲多变,整体流向为南西～北东向,长约17.5km。地势南西高、北东低,属中低山地貌,基本为斜向河谷。河谷呈对称“U”型谷,河谷地形开阔,河床宽度一般为200～250m,高程194～209m。两岸山顶高程550～700m,坡度一般为35°～45°,左岸局部地段呈陡壁状,坡度达60°～70°,两岸山体植被茂密,冲沟呈树枝状分布。321国道沿都柳江左岸穿过库区,路面高程206～225m,除左岸因公路开挖局部形成小型崩塌外,未发现有其他大型崩塌、滑坡、泥石流等不良物理地质作用。

水库库区及两岸分布的地层为上板溪群清水江组、番招组地层及第四系覆盖层。第四系覆盖层主要为粉土、黏土、粉质黏土、砂卵砾石及粉质黏土混碎石等;上板溪群清水江组及番招组地层为变质岩,岩性为粉砂质板岩、变质砂岩、绢云母板岩及轻變质粉砂质泥岩等,为相对隔水岩体。

库坝区位于双江复式背斜南东翼,由一系列北东向的褶皱组成,岩层整体产状为走向北东,倾向北西或南东,倾角8°～45°。断层不发育,库区穿过都柳江的主要褶皱有大溶洞向斜、弄歹背斜、小榕洞向斜、恰里背斜,其中大溶洞向斜轴部在下坝址附近穿过都柳江。按地下水赋存条件可分为孔隙水和裂隙水两种类型。孔隙水主要赋存于第四系堆积层的孔隙中,其中分布于两岸山坡的孔隙水多属于上层滞水,水量较小,靠大气降雨补给;分布于阶地及河漫滩中的孔隙水水量大,由河水补给。裂隙水主要赋存于基岩裂隙中,为降雨补给,水量较小,水位变幅较大,向沟谷及河床排泄。

3 库区主要工程地质问题

3.1 水库渗漏

库区两岸分水岭高程在500m以上,两岸冲沟旱季时水流源头高程在350m以上,向都柳江排泄,两岸地下水分水岭高于水库正常蓄水位;库坝区分布的地层为相对隔水的粉砂质板岩、轻变质粉砂质泥岩及少量变质砂岩;断层不发育,不形成构造性渗漏通道。水库地形、地层岩性、构造条件封闭较好,不存在水库渗漏问题。

3.2 库岸稳定

库区属槽蓄型,河谷宽阔,两岸坡度一般15°～55°,局部为基岩陡坎,库周地层为元古界上板溪群清水江组(Ptbnbq)及番招组(Ptbnbf),岩性为粉砂质板岩、轻变质粉砂质泥岩及变质砂岩等。按岸坡组成物质岸坡可分为岩质岸坡和土质岸坡。

(1)岩质岸坡:基岩岸坡长度约3.5km,坡度达35°～55°,构造以褶皱为主,岩层整体走向北东,倾向北西或南东,倾角8°～45°。岸坡主要以岩层走向与岸坡走向呈角度相交的切向坡为主,坡面上未发现有构成滑床的缓倾角断层或软弱夹层,岸坡稳定条件好。(2)土质岸坡:土质岸坡长度约13.5km,其中左岸321国道正常蓄水位附近岸坡坡度较陡,达35°～55°,覆盖层主要为公路开挖的碎石土,厚0.5～5m。水库蓄水后,局部地段可能发生岸坡再造问题,但出现大范围塌岸的可能性不大;右岸正常蓄水位附近岸坡坡度一般为15°～25°,覆盖层主要为洪冲积黏土、粉质黏土及粉土,厚3～5m,预计出现大面积塌岸的可能性不大。

3.3 固体径流

水库两岸岸坡较陡,覆盖层厚度较薄,未发现有大规模的崩塌体,仅在水库左岸321国道外侧分布有公路开挖的碎石土,厚度0.5m～5m,为新近堆积土,雨季时会产生一定的固体径流,但规模较小,而其上游已建的水库能拦蓄大量泥沙,水库固体径流对水库运行影响不大。

4 坝区工程地质条件

坝段区位于大融村至上游约1km河段,属低山丘陵地貌,坝段区内河段舒缓顺直,整体流向呈SW～NE,河谷呈“U”型,下坝址右岸分布有一、二级阶地,321国道在坝址区左岸通过,路面高程206.1～220.7m。河床宽度229～237m,枯水期水面高程191.4～191.64m,水深一般0.5～2.5m,上坝址左岸发育深河槽,水深约10m,下坝址发育有一急滩。上坝址发育河心岛,地面高程199.2～203.7m,长度大于1.5km,河心岛左侧形成深河槽,旱季时水流汇集到深河槽中。两岸山脊与河底高差80～350m,坝区左岸坡度30°～40°;坝区岩层整体倾向左岸偏上游,为斜向谷。

坝区发育较大的冲沟为右岸的归井沟,下坝址上游约255m处公路内侧分布有崩塌堆积体,方量约24000m3,成分主要为碎石、块石夹粉质黏土,已经做好挡墙支护,目前整体稳定性较好。其余地段未发现有大规模滑坡、崩塌等不良地质作用。

5 结论及建议

坝址位于斜向谷,左岸以逆向坡为主,边坡稳定条件较好,右岸边坡为顺向坡,但岩层倾角大于坡角,对边坡稳定有利。但右岸覆盖层及强风化岩体较厚,施工开挖过程中存在边坡失稳的可能性。坝址区上部岩体裂隙发育,岩土透水性强,需进行坝基防渗处理;右岸归井沟与都柳江之间山体较单薄,右岸坝肩可能存在绕坝渗漏问题。

参考文献

[1]赵宝连,曹晨华,李儒民.坝基灌浆影响因素分析[J].黑龙江水利科技,1999.

浅谈工程地质 篇12

1工程地质学科的起源与发展

中国的工程地质事业在解放前基本上是空白,建国后才有了长足的进步和发展。20世纪50年代初开始引进苏联工程地质学理论和方法,走过了我们自己的工程实践和理论创新的辉煌历程,形成了具有有自己特色的工程地质学体系。重大工程建设不断地将数理学科的新成就和高新技术及时吸收进来,丰富了工程地质学科的内容,有力地促进了工程地质学科的发展,使我国工程地质学达到现代科技水准,逐渐成为国际工程地质界的重要成员之一。

今天,工程地质专业学科的内涵已经远远超出了传统工程地质定性描述和定性评价的范畴,发展成为集多种勘探手段去获取基础性地质资料,并对这些资料进行归类汇总、整理分析、定性评价、定量评价、地质预测、工程措施的建议等等既特殊又复杂的综合性专业。无数重大工程成败的实例足以证明工程地质专业在工程建设中的权威性。

2工程地质测不准原理

著名的量子力学测不准原理:“不能同时测准粒子在某一瞬间的速度和位置”。我们不妨借用这个原理来揭示工程地质的一些本质性问题。事实上,地质体中的某些性质的确是测不准的。例如某一组结构面的产状,你只能用一个区间值来表述,如果仅用一个确定值来表述则肯定不符合客观实际。地质参数精确到某一个具体数值的时候,千万不要把它当成是绝对准确的,否则会误导精确评价的可信性。据此,我们可以将工程地质测不准原理表述为:“地质体的工程性质不可能用绝对准确的参数来确定,它们只能是通过地质测绘、勘探、试验、分析、统计和经验判断后提出一个建议区间值,供设计师根据建筑物的性质在这个区间值中选取设计采用值”。近20年来,概率统计、模糊数学、灰色理论等数理学科广泛应用于工程地质分析领域,可以说是对工程地质测不准原理的有力支持。有些设计师不能理解地质师为什么只能提出区间值,而不提出确定的数值,当他们对测不准原理透彻理解之后,这种疑问将会自然消除。

3工程地质的技术进步

工程地质勘察技术近20年来有了长足的进展。采取工程地质测绘、钻探、取样、标准贯入试验、静力触探测试、抽水试验、室内试验等方法,查明了场地内各土层的类型和分布规律、土的物理力学性质指标、地下水特征、包气带和含水层的渗透系数。为填埋场主体工程施工图设计提供可靠的岩土工程资料和所需设计参数,对拟建工程场地作出系统岩土工程分析评价,对渗沥液防渗方法、不稳定边坡治理具体方案进行科学论证和选择。

计算机技术的发展对工程地质来说是一场真正的技术革命,从外业资料收集和内业资料整理的工作程序、工作方法、产品成果、质量标准等均与传统的工程地质有较大的差异,应用前景振奋人心。

4工程地质地层

对每一层岩土,要叙述如下的内容:1)分布:通常有“普遍”“较普遍”“广泛”“较广泛”“局限”“仅见于”等用语。对于分布较普遍和较广泛的层位,要说明缺失的孔段;对于分布局限的层位,则要说明其分布的孔段。2)埋藏条件:包括层顶埋藏深度、标高、厚度。如场地较大,分层埋深和厚度变化较大,则应指出埋深和厚度最大、最小的孔段。3)岩性和状态:土层,要叙述颜色、成分、饱和度、稠度、密实度、分选性等;岩层,要叙述颜色、矿物成分、Abstract:结构、构造、节理裂隙发育情况、风化程度、岩芯完整程度;裂隙的发育情况,要描述裂隙的产状、密度、张闭性质、充填情况;关于岩芯的完整程度,除区分完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎,还应描述岩芯的形状,即区分出长柱状、短柱状、饼状、碎块状等。4)取样和实验数据:应叙述取样个数、主要物理力学性质指标。尽量列表表示土工实验结果,文中可只叙述决定土层力学强度的主要指标,例如填土的压缩模量、淤泥和淤泥质土的天然含水量、粘性土的孔隙比和液性指数、粉土的孔隙比和含水量、红粘土的含水比和液塑比。对叙述的每一物理力学指标,应有区间值、一般值、平均值,最好还有最小平均值、最大平均值,以便设计部门选用。5)原位测试情况:包括试验类别、次数和主要数据。也应叙述其区间值、一般值、平均值和经数理统计后的修正值。6)承载力:据土工试验资料和原位测试资料分别查算承载力标准值,然后综合判定,提供承载力标准值的建议值。

5工程地质勘察的一些问题

为了完成以上任务,需要针对工程建筑物区进行工程地质勘察和工程地质分析,界定和研究主要工程地质问题。工程地质勘察需要勘察目的明确,工程概念清晰,勘察手段多样,勘探精度满足要求。工程地质分析要求方法正确,计算可靠,参数可信,建议措施符合工程实际。工程设计最关心的是建筑物地基的工程地质条件和物理力学性质,因此工程地质工作的最终体现是工程地质定性和定量评价。

5.1 工程地质勘察的质量问题

在工程地质勘察过程中,一般问题较多的是工程概念不清,勘探侧重点不明确,针对性不强,方法不当,手段落后;工程地质分析工作中所选择的理论、方法、计算公式等与实际情况有较大出入,其适应条件的物理意义混淆不清;地质报告中基本地质条件不清楚,主要工程地质问题界定不准确或论证不充分,有问题遗漏甚至结论性错误;有些地质报告没有地质结论,也有些工程没有做多少地质工作就先下结论,极不严肃。此类问题往往造成阶段性工程审查不能一次性通过,可能延误开发时机;或者尽管通过了审查,但却给工程留下了隐患,这种情况的危险性更大。

5.2 相关专业的理解问题

近年来工程勘察技术手段发展迅速,研究领域不断拓展,向着岩土工程勘察设计一体化方向发展;在发展的过程中还存在不少问题,特别是工程勘察与设计施工的配合及工程勘察内部各工序间衔接都有很多值得商榷和优化之处。地质师需要加强跨专业的学习。可以说,地质工程施工中出现事故的绝大部分是设计和施工脱离地质实际的结果,或者是对工程地质条件没有搞清楚及认识不清的结果,如果离开了地质基础,则其理论必将脱离地质实际作出错误的结论。 在工程地质学中,由于地质因素对工程建筑的利用和改造有影响,因而把这些地质因素综合称为工程地质条件,以明确地质条件与工程有关。建筑场地及其邻近地区的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、自然地质作用与现象等都是工程地质条件所包含的因素。

5.3 勘测周期不合理的问题

从工程地质勘察到地质报告的提交需要一定的工作周期,这是再简单不过的道理。但有些工程没有基础性的前期投入,一旦要报项目,就要求立即提交地质报告;还有些工程是今天提交了可研报告,明天就提交初设报告。此类情况多为地方性工程,一般国家投资的大型工程出现这种局面的不多。没有足够的勘测周期所造成的后果是严重的,地质条件不清楚,投资控制不住,施工后修改设计,或由于地质问题造成承包商巨额索赔等等。更可怕的是留下了工程隐患,可能造成重大工程事故。

5.4 人才问题

高质量高水平的工程地质分析成果,出自于高水平高素质的地质师。岩土工程勘察工作必须全面掌握和满足规范要求,但在实际工作中,由于岩土工程勘察工作所接触的对象分布广、变化较大,同时也有一定的区域性。这就要求岩土工程勘察工作者在实践中不断总结提高。 社会的发展和日趋激烈的竞争市场,对地质师素质的要求也将越来越高,最好是跨专业的复合型人才。竞争的实质是人才的竞争。勘测队伍要走向市场,必须重视高素质人才的培养,重视人才资源的开发。

6工程地质要抓住机遇迎接挑战

理论工程地质展示出了工程地质学科的一道亮丽风景。然而,实践工程地质就有点惨不忍睹。工程地质勘察中的新技术新方法的应用很不尽如意。定向取芯、特殊岩样取芯等钻探技术,钻孔电视、CT和地质雷达等物探技术,航测、遥测技术等等,在理论上、技术上、应用上都已经是很成熟的技术,但是在常规性的甚至于一些特殊性的工程地质勘察中却并没有更多地被实际采用。工程地质勘察中被遗漏掉关键地质信息的现象仍然时有发生。实际工程中的工程地质分析仍然粗糙无力,结论含糊轻率,目标欠明确,该深的深入不下去,该省略的却做了许多无用功。

地质灾害作为一种自然现象,从地球诞生时起就一刻也没有间断停止过,只是随着人类文明的发展,它给人类生存发展带来的灾害越来越不可忽视,人类才将其看成是一种不可不防、不可不治的灾害。尽管工程地质学科正在经历着前所未有的挑战,工程地质工作也存在着这样那样的问题和难题,然而这更是机遇。抓住机遇迎接挑战,顺应自然,保护环境,防止灾害,造福人类,是工程地质学家和地质师的艰巨任务和不可推卸的责任。

摘要：简要叙述了工程地质学科的起源和发展,较为详细地归纳了工程地质测不准原理、技术发展、工程地质勘察所包含的内容及一些注意事项,为工程地质学的进一步发展奠定了基础。

关键词：工程地质,勘察,环境,人才,机遇

参考文献

[1]李生林.工程地质学基础[M].南京:南京大学出版社,1990.

[2]张剑锋.岩土工程设计手册[M].北京:水利电力出版社,1992.

[3]孙广忠.论地质工程的基础理论[J].工程地质学报,1996(4):83-84.

[4]史如平.土木工程地质学[M].南昌:江西高校出版社,1994.

[5]张明定.水文地质与工程地质的系统思维[M].西安:西北工业大学出版社,1993.