绪论

一、工程地质学的研究目的、意义及任务

工程地质学是地质科学的一个分支，是研究人类工程活动与自然地质环境相互作用、相互影响的一门应用地质科学。它是以地质学科的理论为基础，通过调查研究，用数学、力学的知识与成就，以及工程学科的技术与方法，来解决与工程建设各阶段（规划、设计、施工、运营）有关地质问题的科学。它的基本任务是：研究、评价人类工程建设场地的工程地质条件，并选定最佳方案；预测在施工、运营中可能出现的工程地质问题，以及对不良工程地质条件采取的处理措施；为保证工程的合理设计、顺利施工和正常使用提供可靠的科学依据，以便有效地开发利用并妥善地保护地质环境。因此，被广泛地用于水利电力、工业民用、铁路交通、矿山开采、国防建设等工程。而水利电力工程地质学，则主要是研究与水利电力工程建设各阶段有关地质问题的科学。

任何工程建设活动，都是处在一定的地质环境之中。工程建筑物与地质环境之间，也必然存在着一定性质、规模、程度的相互制约与相互作用，其具体的表现形式就是工程地质问题。它既可以表现为地质环境对人类工程活动的制约和影响，也可表现为由于工程建设活动而导致地质环境中各种不利条件的演化，并由此关系到工程的安全使用和经济效益。所以搞工程建设，必须根据具体的地质环境和工程建设的方式、规模、类型，并预见到二者相互制约的基本形式和规律，才能合理有效的开发利用，并妥善保护地质环境。

实践证明，地质环境对人类工程活动的制约是普遍存在的，地质环境对工程建设场地的选择、工程的结构类型、施工方法等都起着决定的影响。因此，在工程修建前，必须对地质环境进行周密的调查研究，充分认识在工程影响范围内及比邻地区的地质条件，以利分析、预测其作用的方式和程度。例如，在现代地壳强烈活动区修建工程，必须认真考虑避开活动性断层，选择地震活动相对轻微地段，并采用抗震结构，才能减轻或消除震害的影响。特别是对安全度要求极高的核电站和巨型水利工程，其可行性问题首先要取决于区域稳定性。在可溶岩地区兴建工程，成功与否要首先受到岩溶发育规律的制约。在岩体中开挖洞室，围岩的各种地质因素（诸如岩性、构造、地下水、地应力等）对其稳定性、施工和正常使用都具有控制作用。同样，不论坝址、坝型、建筑物类型的选择；铁路、桥梁、隧道工程的选线与施工；软基修建高层建筑物基础方案的确定等等，都与工程区的地质环境有着密切的关系。总之，地质环境的不良，不仅会提高工程造价，更重要的是会影响工程的稳定、安全和使用。据统计，在世界上大坝破坏失事的事例中，至少有一半是由地质条件不良而引起的；国际工程地质学会在苏联举行的讨论会所发表的论文资料表明，在大坝的破坏事例中，有58%与地质条件有关；美国收集的资料表明，有60%的事故，在某些方面与地质条件有关。

对“地质环境”一词，当前有着不同的理解。应该说，地质环境是人类生存、活动的目然环境的组成部分，与岩石圈、水圈、生物圈、大气圈都有关系，即地质环境与人类的生存、活动有关。它是指人类从事生产、生活，以及发展生产活动为中心的，周围一定范围内的客观地质实体。因此，其广泛的含义可以理解为，是人类生存与活动进程中的地壳表部，特别是与岩石圈的上部和水圈有密切关系。而在工程地质学中，对人类工程活动的地质环境，通常用工程地质条件来表达。

工程地质条件是一个综合性的概念，是与工程建筑有关的地质条件的总称。它通常包括工程建设区的地形地貌、岩土工程地质性质、地质构造、水文地质、物理地质现象、地质物理环境（地应力、地热等）、天然建筑材料等7个方面的因素与工程建筑的关系。它是自然历史产物，经过复杂的演化过程，并受区域性规律的制约，其内容、性质、组合特征多种多样，因而具有因地而异的特点。确切地讲，就是在不同地区、不同工程类型、不同设计阶段，上述各因素的重要性并不是等同的，而是有主有从。其中岩土工程地质性质、地质构造二者往往起主导作用，在某些情况下，其地形地貌、水文地质条件也可能成为首要因素。因为工程地质条件所包括诸方面的因素是相互联系、相互制约的，所以在解决工程建设中的地质问题时，应该对诸因素进行综合的分析、论证，而不是某一个方面的因素。

另一方面，人类的工程活动也会影响（改变）或作用于地质环境，促成自然环境的各种不利演化，这种作用通常称为工程地质作用。如水库的浸没、塌岸、诱发地震等。而由于内外动力地质作用在地壳表层所引起的一系列地质现象，如滑坡、崩塌、喀斯特、冲沟、泥石流、地震、岩体风化等，则称为物理地质作用。二者总称为工程动力地质作用。这些作用对工程的稳定安全、正常使用影响很大，通常作为工程地质问题来对待、分析和研究。

所谓工程地质问题，是指工程建筑与地质环境（以工程地质条件表达）之间相互作用、相互矛盾而引起的，对工程稳定安全、正常使用，或对周围环境可能产生影响的（不适应、不协调）地质问题。概括讲，就是工程地质条件与工程建筑之间存在着的矛盾，称为工程地质问题。因为这种矛盾，在工程修建后，就必然和地质环境发生关系，相互制约，引起工程地质条件变化；这种变化又会反过来影响工程的安全与稳定。另外，工程地质问题又与工程的类型、规模等有着密切的关系。各类建筑物的结构类型、工作方式不同，将会存在不同性质、不同程度的工程地质问题。诸如工业民用建筑常遇到地基变形、强度与稳定问题；铁路交通工程常遇到路基边坡、隧洞围岩，以及桥墩、桥台的稳定问题，道路的冻胀问题，泥石流问题；地下洞室常遇到围岩稳定、涌水以及影响施工的高地应力、高地热和有害气体问题；矿山工程常遇到露天高边及巷道的稳定、涌水和采空引起的地面塌陷问题；由于水的参与，水利水电工程的工程地质问题更加复杂多样，除与其他工程相类似的区域稳定及坝基、边坡和洞室的围岩稳定问题外，还有库坝区的渗漏、库岸稳定及水库的浸没、淤积、诱发地震等问题，以及在特种土地区（红土、黄土、淤泥、膨胀土等）的特殊工程地质问题等。至于因大量抽取地下水、石油、天然气而导致大面积的地面沉降；随着放射性能源的应用，核废料储存、处理问题，以及其他矿渣的处理问题等虽属环境工程地质问题，但已经不只限于工程本身范围内，而且已波及到广大地区，并危及人类自身的生活与安危，特别是一些巨型工程的作用，对地质环境将促成各种形式的强烈反应。

综上所述，由于地质环境对工程活动的作用而危及建筑物，及其对工程活动的不适应性，将导致工程的复杂程度增大。因此，人类的工程活动，不能只限于合理的开发利用地质环境，还要妥善的保护地质环境。实践证明，凡重视工程地质工作的工程，既能达到合理开发利用，也能达到妥善保护地质环境的目的；相反，忽视地质工作，或孤立、静止的对待工程地质问题，不仅给工程带来不同程度的恶果，而且恶化了地质环境。所以，为了达到合理开发利用、妥善保护地质环境的目的，在解决工程各阶段可能存在的工程地质问题时，则务必深入细致的查明其工程地质条件，结合不同的工程特点，来预测可能产生的工程地质问题的性质和程度，提出改善和处理措施，这就是工程地质学的基本任务。具体讲有以下几个方面。

1）研究、评价工程区的工程地质条件，选择最优方案，以求充分利用有利地质条件，避开或改善不利的地质因素。

2）预测、并分析论证有关工程地质问题发生的可能性，以及发展的程度和趋势。

3）为拟定改善与防治不利地质条件的措施方案，提供地质依据（包括制定保护地质环境措施）。

4）提供工程在不同阶段所需的工程地质资料。