工程地质在高速公路建设中的作用

工程地质在高速公路建设中的作用

一、工程地质学与土力学的概念

地质学是研究地球的一门科学，地质学现阶段是以地球的表层（地壳）为主要的研究对象，研究物质的组成，促使地壳运动变化的各种地质作用。随着生产实践的需要和科技发展，地质学已形成许多独立的分支，工程地质学作为地质学的一个分支，主要研究工程设计、施工和正常运用有关地质问题的科学。

土力学是研究土的物理，化学和力学性质及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学。它是利用力学知识和土工试验技术来研究土的渗透及其规律，一般认为，土力学是力学的一个分支，但由于它研究的对象是土，其力学性质与刚体、弹性及流体等都有不同。因此，一般的力学规律，在土力学中应结合土的特征加以应用，并且还必须结合土工试验技术来研究土的特性。

工程地质学与土力学虽然研究的方向不同，但研究的目的是相同的，即都是为保证建筑物地基的岩土体稳定和建筑物的正常使用提供可靠的科学依据。所以这两门学科在工程实践中是互相依存、互相渗透，互相结合的。

1、工程地质在工程建设中的重要性

一般的建筑物，例如隧道、桥梁、电站、厂房等，都是

建筑在地壳表面兴建和使用过程中，必然会遇到各种各样的地质问题，如果对地质条件事先没有仔细查明或对工程地质问题重视不够,将会给工程建设带来严重后果。

这方面的先例在世界各国都有，例如西班牙的蒙特哈水库，建后不能蓄水，库水通过水库周围石灰岩裂缝和溶洞而漏光；72M高的大坝起不到作用，耸立在干枯的河沿上。再如美国的法兰西斯混凝土重力坝，由于坝基含石膏粘土质砾岩，被水浸后软化溶解，引起坝基漏水，后遭失稳破坏；类似的例子还有很多。

在我国虽然解决许多复杂的地质问题，但也有少数工程对于工程地质条件研究的不够，或对工程地质处理的不当，造成水库、坝基漏水、水库淤积、边岸塌滑及隧道塌方等工程事故。如北京十三陵水库坝基和库区存在着深厚的渗透性较强的古河道冲积层，建坝时未做好垂直防渗处理致使水库不能正常蓄水，后来虽做了坝基防渗墙，但对库区古河道未作处理，水库至今不能满库运行。

由上述可见，在工程建设中，工程地质工作是相当重要的。为解决上述问题，工程地质工作的主要任务是：

建筑地区的工程地质条件，指出可能出现的工程地质问题，并提出解决这些问题的建议，为工程设计、施工和正常运用提供可靠的地质资料，以保证建筑物修建更经济合理和安全可靠的依据。

2、土力学在工程建设中的重要性

工程建设中，土被用作各种建筑物的地基，建筑材料和周围介质。承受建筑物荷载而引起应力变化的部分地层，称为地基；与地基接触的建筑物下部结构，称为基础；基础底面下的，称为持力层；持力层以下的地基范围内的土层，称为下卧层。

在工程建筑中，如果不注意研究土的物理力学性质和工程性状，有时将会产生严重后果。例如加拿大修的一座31M高的谷仓，由于设计时不了解地基下部有软弱土层，建成后，因地基失去稳定而发生严重倾斜，谷仓一侧陷入土中8M多倾斜27°，以致完全不能使用。

再如巴西有一大厦，采用了钢筋混凝土桩，建好后还未投入使用即倒塌。在施工中曾发现地基土有明显变形，但误认为是正常情况未加注意，事后查明是沼泽土，邻近的建筑物采用的桩是26M，而该大厦的桩只有21M，桩未打入较好的持力层，任然是浮于软土层中，因承载力不足而产生严重的后果。

还有我国的山西文河峪水库，在修建过程中，坝的下游发生了滑坡土方达几十万立方米，正在坝下游施工的民工全部被埋在土内，伤亡几十人，后来在坝的上游从40多米相交处开始下滑，给国家造成重大损失，严重影响了水库的发挥。

由此可见，在工程建设中，对土的物理。力学性质研究是否深入，直接关系到建筑物的质量和安全问题。

二、常用的工程地质基本知识

（一）、岩石

岩石是有一种或多种矿物组成的天然集合体，简单的说，岩石就是石头。

1、岩石的分类：

① 岩浆岩（火成岩）

岩石分为三大类: ② 沉积岩

③ 变质岩

（1）、岩浆岩

岩浆岩是由岩浆凝结形成的岩石，岩浆岩又称火成岩，是构成地壳最基本的岩石，约占地壳总量的95%。

（2）、沉积岩

沉积岩分为四个形成阶段是沉积而成的岩石。沉积岩是地壳表面分布最广的一种岩石，占陆地面积的75%，所以对沉积岩特征的研究具有重要意义。

① 风化阶段

沉积岩的形成： ② 搬运阶段

③ 沉积阶段

④ 硬结阶段

(3)、变质岩

变质岩是由于构造运动和岩浆活动等造成的物理化学环境的改变，由原来的岩石成分、结构、构造上发生一系列变化而形成的岩石。

2、岩石的结构、构造

（1）岩石的结构

① 岩浆岩的结构：是指岩石中的结晶程度、晶粒大小、晶体形状以及相互组合关系等。

① 隐晶结构

② 显晶质结构

岩浆岩常见的结构： ③ 玻璃质结构

④ 斑状结构

② 沉积岩结构：是指组成岩石矿物的颗粒大小、形状及结晶程度。

① 碎屑结构

② 泥质结构

沉积岩常见的结构： ③ 结晶结构

④ 生物结构

③ 变质岩的结构

①

变余结构

变质岩常见的结构： ② 变晶结构

③ 碎裂结构

（2）岩石的构造

① 岩浆岩的构造：是指岩石中矿物在空间的排列，配臵和充填方式。反映的是岩石的外貌特征。

① 块状构造

岩浆岩的构造： ② 流纹构造

③ 气孔和杏仁构造

② 沉积岩构造：是指沉积岩各个组成部分的空间分布和排列方式。

① 层理构造

沉积岩的构造： ②层面构造

③ 化石构造

④ 结核构造

板状构造

① 片理构造 片麻状构造

③变质岩的构造： 片状构造

干板构造

② 块状构造

块状构造是指岩石中矿物均匀分布，无定向排列的构

造。它是大理岩、石英岩等常见的构造。

3、岩石的描述及识别方法

根据以上的知识对岩石进行描述，描述岩石的颜色、结构、构造、矿物成分等。

比如：玄武岩：是分布较广的基础性喷出岩，呈黑、灰绿及暗紫等色，主要矿物成分为斜长石，角闪石，次为黑云母、灰石等，多为细粒隐晶质结构，气孔及杏仁构造，柱状节理发育。岩石致密坚硬，性脆，是良好的建筑材料。

石灰岩：又称灰岩，常呈浅灰至深灰色，主要矿物成分为方解石，含少量的白云石和粘土矿物等，结构致密、质地坚硬、强度较高、遇冷稀盐酸、剧烈气泡、可溶蚀各种岩溶形态。按成因和结构不同，还有生物碎屑灰岩，鲕状灰岩等结构。

白云岩：多为浅灰、浅黄色，矿物成分主要为白云石，其次会有少量方解石。白云岩的外观与石灰岩相似，但滴上冷稀盐酸基本不起泡。硬度较灰岩略大，岩石风化面上常有刀砍状溶沟纹。

砂岩：是由50%以上2—0.05mm的沙粒组成，按颗粒大小可分为粗砂、中砂岩和细砂岩；按碎屑成分又可分为石英砂岩、长石砂岩。胶结物成分为泥质胶结或钙质胶结和铁质胶结；从颜色上分为灰色、深灰、紫灰色，水平层理或斜层理。

页岩：页岩成因与泥岩相同，但具有明显的薄层理（又称页理），岩性致密均一，不透水。根据混入物的成分或岩石的颜色可分为钙质页岩、硅质页岩、碳质页岩等，除硅质页岩强度较高外，其余的易风化，性质较软，浸水后强度显著降低。

板岩：板岩常为深灰、灰绿、紫红等色，变余结构，具明显的板状构造，易裂开成薄板，矿物颗粒细小，主要成分为泥质和硅质。岩性均匀致密。板岩与页岩相似，但页岩较软，没有板状结构和光彩分为原构造和次结构。

三、地质构造

1、地质作用：①外力地质作用。②内力地质作用。

1）、外力地质作用：主要是地球以外的能源，例如太阳辐射能，日月引力能和陨石碰撞等引起。其中太阳辐射能起到最主要的作用。

外力地质作用的表现形式有：风化作用，剥蚀作用，搬运作用和沉积作用等。外力地质作用往往带来地壳物质成分，内部结构，地表形态的缓慢变化。经过漫长的地质年代，可导致地球面貌的巨大变化。比如喀斯特地貌就是经外力地质作用而形成的地貌。

2）、内力地质作用：是由地球内部的能源，列如旋转能、重力能、放射性元素衰变产生的热能以及化学能结晶能引起，根据其动力来源和作用方式可分为构造运动，岩浆运动，

变质作用和地震等。内力地质作用所引起的地壳岩石发生变形、变位（如弯曲、断裂等）的运动。残留在岩石中的这些变形、变位现象称为地质构造。构造运动在内力地质作用中常起主导作用。

总之，在内力和外力作用下，地壳不断向前发展和变化。

2、岩层产状：是指岩层在空间的位臵。

岩层产状三要素：

1)、走向：岩层面与水平面的交线；

2）、倾向：岩层面与走向线垂直并沿倾斜面向下所引起的直线称为倾斜线，所指的方向叫岩层的倾向；

3）、倾角：是岩层面和水平面所夹的最大夹角叫倾角。

3、褶皱构造

岩层受构造应力作用的连续弯曲变形称褶皱构造。

绝大多数褶皱构造是岩层在水平面挤压力作用力下形成的。它在层状岩层中最为明显，在块状岩体中则很难见到。

1）、褶皱构造的基本特征和基本形态

(1)、背斜：背斜通常岩层向上弯曲，两翼岩层向背倾斜，核部岩层时代较老，两翼岩层依次变新，并呈对称分布。

（2）、向斜：向斜通常岩层向下弯曲，两翼岩层相向倾斜，核部岩层时代较新，两翼岩层依次变老。并呈对称分布。

（3）、褶皱构造的野外识别

首先判断褶皱是否存在并区别背斜和向斜，然后再确

定其形态特征。

在少数情况下，沿河谷和公路两侧，岩层的弯曲常直接暴露，背斜和向斜易于识别，而多数情况下，由于岩层遭受风华剥蚀，出露情况不好，无法看到它的完整形态。

首先，要垂直岩层的走向观察，若岩层对称重复出现，便可肯定有褶皱构造，相反就没有褶皱构造。其次，分析岩层的新老组合关系，若中间是老岩层，则为背斜；若中间是新岩层，两侧是老岩层，则为向斜。

最后，根据两翼的岩层产状和轴面产状，对褶皱进行分类命名。

4）、褶皱构造对工程的影响

（1）、褶皱核部的影响：褶皱核部岩层由于受水平挤压作用。节理发育，岩石破碎，易于风化，岩石强度低，渗透性强，在石灰岩地区，还往往是岩溶较发育，所以在核部布臵各种建筑工程时，必须注意岩层的塌落，漏水即涌水问题。