工程地質形成性
⑴ 如何描述岩體的工程地質性質
岩體是指某一地點一種或多種岩石中的各種結構面、結構體的總稱。包括各種地質界面：層理、層面、節理、斷層等
影響岩體穩定性的主要因素有：區域穩定性、岩體結構特徵、岩體變形特性與承載能力、地質構造、岩體風化程度等
1
結構面
破裂面、物質分異面、軟弱夾層、軟弱帶、構造岩、泥化夾層、充填夾層
按地質成因，可分為原生的、構造的、次生的三大類
原生結構面：沉積的、火成的和變質的三類
沉積結構面
層面、層理、沉積間斷面、沉積軟夾層等
層面和層理的結合時良好的，層面的抗剪強度不低，但是順層錯動或風化作用會降低其抗剪能力
軟弱夾層：硬層之間，強度低，遇水易軟化，厚度不大。風化後為泥化夾層（泥岩、頁岩、泥灰岩）
火成結構面
原聲節理、流紋面、圍岩接觸面、凝灰岩夾層等
圍岩破碎帶或飾變帶、凝灰岩夾層，為火成岩的軟弱夾層
變質結構面
麻理、片理、板理
構造結構面：構造應力作用下，岩體中形成的斷裂面、錯動面、破碎帶
破裂結構面：劈理、節理、斷層面、層間錯動面
構造軟弱帶：斷層破碎帶、層間錯動破碎帶
次生結構面
風化、卸荷、地下水等作用下形成的風華裂隙、破碎帶、卸荷裂隙、泥化夾層、夾泥層等
結構面的特徵
結構面的規模、形態、連通性、充填物的性質
規模：
形態：平整度、光滑度，對抗剪強度有影響
密集程度：通常以線密度（條/m）或結構面的間距表示
連通性：
地下岩體連通性的勘探方法有：勘探平硐、岩芯、地面開挖
張開度和充填：張開度，兩壁面的離開距離，分4級
閉合的0.2mm，微張的0.2-1.0mm，張開的：1.0-5.0mm，寬張的：5.0-mm
張開和寬張的結構面，抗剪強度取決於充填物的成分和厚度，粘土一般少於砂土
⑵ 我國工程地質的研究現狀
我國的工程地質學經過近50年的發展，今天已成為一門研究內涵豐富、理論體系嚴謹，具有中國特色的綜合性學科，並且是國際工程地質界的重要一員。
縱覽中國工程地質學的研究領域，是相當廣闊的。主要的有以下幾方面：
一、岩體工程特性研究和岩體工程地質力學的創立
大量的岩體工程實踐遇到的是地基、邊坡和地下工程圍岩的變形破壞問題，促使工程地質學家與岩石力學家、土木工程師們關注對岩體介質特性的研究，認識到岩體與岩石是既有著本質區別又相互聯系的介質。著名工程地質學家谷德振和他的同事們在一系列岩體工程勘察中，發現岩體的力學性質和行為主要受控於軟弱結構面的展布，包括層面、斷裂面、節理、片理等，使岩體成為非連續、非均質、各向異性的介質。他們首先從地質建造著手，劃分工程地質岩組，運用地質力學理論方法，研究結構面的形成機制和空間分布規律，進而研究岩體結構特性，劃分岩體結構類型。再按不同結構類型和工程建築要求進行岩體力學試驗及測試，最後再根據岩體結構特徵和力學屬性，建立力學模型作數學模擬和穩定性分析。將工程地質學與地質力學、岩石力學有機地結合起來，創立了岩體工程地質力學。它的理論體系、研究思路和方法，在國際上獨樹一幟。
20世紀80年代中期以來，在中國科學院地質研究所設立了工程地質力學開放研究實驗室，吸收國內學者共同協作，開展工程地質前沿課題和生產上需要解決的問題的研究工作，每次學術委員會上都要討論工程地質學發展的趨勢和應制定的科研方向。無形中成為我國工程地質學的研究中心，推動著我國工程地質學的不斷發展。
二、區域工程地質和區域地殼穩定性研究
我國地域遼闊，受地質和自然地理條件制約，區域工程地質條件復雜。因此，區域工程地質研究對國土資源開發利用，工程規劃布置以及地質環境保護等意義重大。早在20世紀50年代末，老一輩工程地質學家劉國昌、張咸恭、姜達權等就開展了此項研究工作，出版專著和編制全國工程地質分區圖。幾十年來，各大河流域、部分省區和西南、西北山區都開展了較系統的區域工程地質和環境地質研究，積累了豐富的資料。經過數年的努力，於1990年首次出版了由任國林主編的1∶400萬《中國工程地質圖及說明書》，並附有全國工程地質分區圖；1992年出版了由段永侯主編1∶600萬《中國環境地質圖系》，圖系以工程地質內容為主。標志著我國區域工程地質環境研究取得了豐碩的成果。
「區域地殼穩定性」的術語是由原蘇聯工程地質學家最早提出的，但未作說明和專門研究。在20世紀50年代末，我國學者谷德振和劉國昌倡導此項研究工作。它的涵意是指岩石圈內正在進行的地質、地球物理作用對地殼表層及工程建築安全的影響，即地殼現代活動對工程安全的影響程度。其研究思路是以地質力學理論為指導，強調以地質構造研究為基礎，以斷裂活動性、現代地應力場和地震活動性為主要研究內容，最終進行區域穩定性分級，分區和評價。在該研究領域，胡海濤等依據李四光的「安全島」思想，指導重大工程場址的選擇，取得了重要成果。例如，二灘水電站和大亞灣核電站的成功選址即是。區域地殼穩定性研究對我國工程地質勘察來說，具有特殊的意義，這也是具有中國特色，且在國際上處於領先地位的研究領域。
三、環境工程地質和地質災害的研究
環境工程地質是現代工程地質學的一個分支，是研究由於人類工程—經濟活動所引起的區域性和危害人類及工程安全的工程地質作用。這些有害的工程地質作用是誘發地震、地面沉降、地面塌陷、土地荒漠化、滑坡、泥石流等，它們常導致地質災害。環境工程地質就是研究這些作用（或問題）產生的機制和條件，進行預測和防治，其目的為了合理利用和保護地質環境。我國正式研究環境工程地質始自20世紀60年代的新豐江水庫誘發地震和上海的地面沉降。80年代初以來，共召開了四次全國性的環境工程地質學術討論會，涉及的內容豐富多采。有些研究成果在國際上處於先進地位。例如，上海地面沉降的防治，區域性滑坡預測模型。1995年出版了第一本由劉傳正著的《環境工程地質學導論》，全面論述了環境工程地質理論體系，基本研究內容以及各類環境工程地質作用研究的內容和方法，展示了環境工程地質的前景。
與環境工程地質相關的地質災害的研究，也主要由工程地質界承擔的。近十多年來，對危及人類和工程安全的各種地質災害，都進行了廣泛而深入的研究。在1989年1月召開的全國地質災害防治工作會議期間，成立了主要由工程地質學家參加的全國地質災害研究會，次年又創辦了《中國地質災害及防治學報》，對地質災害的研究起了促進作用，對地質災害的分類，形成機制、分布規律，預測方法及防治對策與措施等研究成果，及時在學報上開展交流。90年代還編制了中國地質災害類型圖，出版了段永侯等的專著《中國地質災害》。眾多的研究成果及著作，還有具體防治工程的成功，確立了我國在這一領域的國際地位。
四、特殊土結構和工程特性的研究
藉助於測試技術的現代化，我國在特殊土的微觀結構及其工程特性的研究方面也有了長足的發展。所謂特殊土，指的是成分和結構特殊，其工程（地質）性質也特殊的土類。我國幾乎所有的特殊土皆有分布，諸如淤泥土、黃土類土、膨脹土、鹽漬土、紅粘土，多年凍土等，它們的分布都具地域性，因此也可稱之為區域性土。由於特殊的不良工程性質，對當地工程建設以及生命財產的安全意義重大，因而促使學者們開展了這方面的研究。這里需要特別指出的是，張宗祜、高國瑞、黃熙齡、孔德坊、李生林等學者長期以來對黃土類土、膨脹土和淤泥類土所進行的卓有成效的研究成果，有關它們的微結構特徵和分類、物質成分、工程特性及指標，建築穩定性評價以及處理措施等，都進行了深入的研究。
五、工程地質勘察的理論和技術方法
工程地質學為工程建設服務是通過勘察工作來實現的。工程建築與其所在的地質環境之間存在著相互作用和相互制約的矛盾關系，要通過工程地質勘察才能搞清楚。50年來，難以計數的大大小小各類工程建築通過勘察，積累了十分豐富的經驗和教訓。總地說，我國的工程地質勘察經歷了三個歷史階段：第一階段是1966年以前，勘察工作體制由全盤學習蘇聯到自主獨立發展，勘察工作嚴格按規范要求進行，為國家基本建設的一批重大工程項目提供了地質依據。當時在工程選址和場地評價中，著重於工程地質條件的闡明和定性評價為主。第二階段是1966年到1978年，「文革」期間工程地質勘察受到嚴重干擾而很不正常，破壞了基本建設程序，一些大工程搞了邊勘察、邊設計、邊施工的「三邊」方針，盲目簡化勘察程序，有的重大工程實際上搞了一次性勘察，造成嚴重損失。如葛洲壩水利樞紐、焦枝鐵路、第二汽車製造廠等工程即是。第三階段1978年以來，以經濟建設為中心的改革開放年代，形成了較完整的工程地質勘察體制，制定新的勘察規范，與國際接軌，勘察質量大大提高。在土木工程中又引進歐美國家的岩土工程技術體制，兩種技術體制並存。一些重大工程採取國際招標方式，以引進國外先進的勘察技術和資金。工程地質勘察工作進入了一個新的歷史階段。
經過數十年實踐和理論研究，逐漸形成和完善了我國工程地質勘察的理論體系，即「以工程地質條件的研究為基礎，以工程地質問題的分析為核心，以工程地質勘察技術方法為手段，以工程地質評價決策為目的。」這一理論體系在由張咸恭、王思敬和張倬元主編的《中國工程地質學》中得到了充分體現。可以無愧地說，我國的工程地質勘察事業在上述勘察理論體系的指引下取得了巨大成就，令世人囑目。例如，三峽、小浪底、二灘、劉家峽、龍羊峽等一批巨型水利樞紐和水電站工程；大亞灣、秦山核電站；寶成、蘭新、成昆、南昆、大秦、京九等鐵路干線；還有許多新興的城市、礦山等等。所取得的優質勘察成果，保證了工程的順利設計、施工和運行，也得到了國際同行們的贊許。在勘察基礎上，形成了「水利水電工程地質」、「鐵路工程地質」、「礦山工程地質」和「城市及房屋建築工程地質」等專門工程地質系列。
當前，新技術方法在工程地質勘探中被推廣應用，已取得了較好效果。例如，遙感圖像（航衛片）在工程地質測繪填圖中的應用；大口徑鑽進和小口徑金剛石鑽進在水電工程地質勘探中的採用，砂卵石層鑽探與取樣新技術，套鑽和岩芯定向鑽進技術；聲波探測、地質雷達、地球物理層析成像技術（CT）、鑽孔彩色電視錄像及圖像處理系統等物探技術的使用；計算機技術在工程地質勘察中普遍採用，各種專用軟體的開發等。
50年來我國的工程地質教育一直興旺不衰。至今全國有十餘所高等學校設置有培養工程地質專業人才的院系，為國家培養輸送了大批研究生和本科生。此外，在中國科學院地質研究所等多所科研機構專門培養工程地質專業研究生。形成了一支宏大的工程地質專業隊伍。在教學實踐中，編寫出了各具特色的系列工程地質專業教材。高校和科研院所還承擔了一些重大的生產和科研課題，既完成了生產、科研任務，又培養了優秀專業人才。
中國工程地質界與國際工程地質協會的聯系密切，在20世紀80年代初不少同行加入了國際工程地質協會，建立中國國家小組，隨工程地質專業委員會一起活動。中國工程地質界積極參加國際工程地質協會組織的學術活動。自1983年起我國組團參加了歷屆國際工程地質大會，所提交的論文數都位居前列。現任國際工程地質與環境協會主席，是我國工程院院士王思敬教授，他是1998年在荷蘭阿姆斯特丹舉行的第8屆國際工程地質大會上被推選擔任此職的，這是中國工程地質界的驕傲！
⑶ 工程地質穩定性評價方法——以麗江-香格里拉段為例
一、概述
隨著滇藏鐵路工程的分段實施，麗江-香格里拉段的規劃設計已納入日程。但是，由於該段地形地貌和地質條件非常復雜，雖然經過多輪論證，線路仍難最後確定。按照初期規劃（圖13-1），滇藏鐵路麗江-香格里拉段共有3個走向方案可以比選：①麗江-長松坪-虎跳峽上峽口-香格里拉方案（西線方案）；②麗江-大具-白水台-小中甸-香格里拉方案（組合方案）；③麗江-大具-白水台-天生橋-香格里拉方案（東線方案）。初步分析認為，西線方案工程地質條件相對較好，可以作為推薦方案，該方案需要新建鐵路隧道34座，總長87130 m，占該段線路總長的54.4%，最長的隧道是位於麗江西北的玉峰寺隧道，全長10970 m；需要新建鐵路大橋39座（10253 m），涵洞182座（4547 m），橋涵占線路總長的9.2%。復雜的工程地質條件使得該方案仍存在許多問題，且工程建設難度大。
為了更好地指導該段鐵路選線，我們在區域地殼穩定性評價的基礎上，將基於GIS技術的層次分析法引入到麗江-香格里拉段鐵路規劃區的工程地質穩定性評價（工程地質條件評價）。在評價過程中，綜合考慮地形坡度、工程地質岩組、斜坡結構、地質災害發育現狀、地殼穩定性、微地貌類型（地形與鐵路設計高程高差）、人類工程活動、降水量、距離溝谷距離等因素，充分利用GIS技術處理海量數據信息的優勢，採用層次分析法模型，進行麗江-香格里拉段鐵路規劃區的工程地質穩定性評價。基於評價結果，可以很好的指導該段線路比選和優化。
二、基於GIS的層次分析法原理
層次分析法（Analytical Hierarchy Process，簡稱AHP）是美國數學家SattyT.L.在20世紀70年代提出的一種將定性分析和定量分析相結合的系統分析方法。它適用於多准則、多目標的復雜問題的決策分析，可以將決策者對復雜系統的決策思維過程實行數量化，為選出最優決策提供依據（圖13-2）。經過多年的應用實踐，不少研究者開始將GIS技術與AHP方法相結合，大大提高了傳統的AHP方法在地學研究中的應用效果（Harris et al.，2000；劉振軍，2001；彭省臨等，2005）。基於GIS的層次分析法充分利用GIS技術的空間分類和空間分析功能，在評價指標數據採集、處理和自動成圖方面具有明顯的優勢，不僅可以對工程地質穩定性的相關影響因素進行更細致的逐次分析，而且在計算過程中不受計算單元數量的限制，因而評價結果更直觀、更便於應用。
圖13-1 滇藏鐵路麗江-香格里拉段線路方案示意圖
圖13-2 基於GIS的層次分析法技術路線圖
基於GIS層次分析法的工程地質穩定性分區評價過程大致可分為以下步驟：
（1）確定研究區、研究對象及研究目標，並進行數據分析，確定進行工程地質穩定性分區所需要的數據，包括數據來源、數據質量指標等。
（2）將收集的各種資料進行數據處理，包括在MapGIS 6.7軟體平台上進行數字化、格式轉換、投影轉換、分層及屬性編碼等，建立研究區、研究對象的空間資料庫。
（3）根據研究目標的特徵，分析影響目標的因素，建立目標的層次指標模型和層次結構，構造判斷矩陣，由專家對影響因素進行綜合評分，並進行層次單排序、求解權向量和一致性檢驗，從而獲得各指標因素值，並運用GIS空間分析功能提取分析因子。
（4）採用ArcGIS 9.2軟體平台，對評價區域進行柵格化，每一個柵格作為模型評價的一個運算單元，並將資料庫中的數據按照規則進行柵格化處理。再採用圖形疊加的模型評價方式，將參與評價的各個因素權值分配到不同的柵格上。將各個因素進行圖形疊加，對屬性值進行代數運算，再將疊加後的柵格數據化，生成新的圖形，並形成最終評價結果。
（5）工程地質穩定性分區評價的數學模型：
滇藏鐵路沿線地殼穩定性及重大工程地質問題
式中：B——工程地質穩定性指數，aj——權重，Nj——指數。
（6）通過分析計算獲得的工程地質穩定性指數值的分布范圍，結合野外實際調查結果驗證，對不同區域的鐵路工程建設適宜性進行綜合分區評價。
⑷ 試簡述沉積岩代表性岩石的特徵及其工程地質性質
沉積岩（Sedimentary Rock) ：沉積岩，又稱為水成岩，是三種組成地球岩石圈的主要岩石之一（另外兩種是岩漿岩和變質岩）。是在地表不太深的地方，將其他岩石的風化產物和一些火山噴發物，經過水流或冰川的搬運、沉積、成岩作用形成的岩石。在地球地表，有70%的岩石是沉積岩，但如果從地球表面到16公里深的整個岩石圈算，沉積岩只佔5%。沉積岩主要包括有石灰岩、砂岩、頁岩等。沉積岩中所含有的礦產，佔全部世界礦產蘊藏量的80%。相較於火成岩及變質岩，沉積岩中的化石所受破壞較少，也較易完整保存，因此對考古學來說是十分重要的研究目標。
沉積岩來自於岩石和有機物的碎片，叫做沉積物，在百萬年期間積聚成堆。這些緊密的岩石比火成岩更易彎曲。像沙，鹽，粘土，砂岩，炭和石灰石都是例子。
沉積岩是在地殼表層的條件下，由母岩的風化產物、火山物質、有機物質等沉積岩的原始物質成分，經搬運、沉積及其沉積後作用而形成的一類岩石。
沉積岩種類很多，其中最常見的是頁岩、砂岩和石灰岩，它們占沉積岩總數的95%。這三種岩石的分配比例隨沉積區的地質構造和古地理位置不同而異。總的說，頁岩最多，其次是砂岩，石灰岩數量最少。沉積岩地層中蘊藏著絕大部分礦產，如能源、非金屬、金屬和稀有元素礦產，其次還有化石群。
⑸ 從物質成分分析，影響岩體工程地質性質的主要因素有哪些
從物質成分分析，復影響岩體工程地質制性質的主要因素有哪些
岩體是指某一地點一種或多種岩石中的各種結構面、結構體的總稱.包括各種地質界面：層理、層面、節理、斷層等
影響岩體穩定性的主要因素有：區域穩定性、岩體結構特徵、岩體變形特性與承載能力、地質構造、岩體風化程度等
⑹ 從物質成分分析，影響岩體工程地質性質的主要因素有哪些
岩體是指某一地點一種或多種岩石中的各種結構面、結構體的總稱。包括各種地質界面：層理、層面、節理、斷層等
影響岩體穩定性的主要因素有：區域穩定性、岩體結構特徵、岩體變形特性與承載能力、地質構造、岩體風化程度等
1 結構面 破裂面、物質分異面、軟弱夾層、軟弱帶、構造岩、泥化夾層、充填夾層
按地質成因，可分為原生的、構造的、次生的三大類
原生結構面：沉積的、火成的和變質的三類
沉積結構面 層面、層理、沉積間斷面、沉積軟夾層等
層面和層理的結合時良好的，層面的抗剪強度不低，但是順層錯動或風化作用會降低其抗剪能力
軟弱夾層：硬層之間，強度低，遇水易軟化，厚度不大。風化後為泥化夾層（泥岩、頁岩、泥灰岩）
火成結構面 原聲節理、流紋面、圍岩接觸面、凝灰岩夾層等
圍岩破碎帶或飾變帶、凝灰岩夾層，為火成岩的軟弱夾層
變質結構面 麻理、片理、板理
構造結構面：構造應力作用下，岩體中形成的斷裂面、錯動面、破碎帶
破裂結構面：劈理、節理、斷層面、層間錯動面
構造軟弱帶：斷層破碎帶、層間錯動破碎帶
次生結構面 風化、卸荷、地下水等作用下形成的風華裂隙、破碎帶、卸荷裂隙、泥化夾層、夾泥層等
結構面的特徵 結構面的規模、形態、連通性、充填物的性質
規模：
形態：平整度、光滑度，對抗剪強度有影響
密集程度：通常以線密度（條/m）或結構面的間距表示
連通性： 地下岩體連通性的勘探方法有：勘探平硐、岩芯、地面開挖
張開度和充填：張開度，兩壁面的離開距離，分4級
閉合的0.2mm，微張的0.2-1.0mm，張開的：1.0-5.0mm，寬張的：5.0-mm
張開和寬張的結構面，抗剪強度取決於充填物的成分和厚度，粘土一般少於砂土
⑺ 工程地質條件的因素分類
工程地質條件是指工程建築物所在地區與工程建築有關的地質環境各項因素的綜合。
工程地質條件的因素分類：
(1) 地層的岩性:是最基本的工程地質因素，包括它們的成因、時代、岩性相關書籍、產狀、成岩作用特點、變質程度、風化特徵、軟弱夾層和接觸帶以及物理力學性質等。
(2) 地質構造:也是工程地質工作研究的基本對象，包括褶皺、斷層、節理構造的分布和特徵、地質構造，特別是形成時代新、規模大的優勢斷裂，對地震等災害具有控製作用，因而對建築物的安全穩定、沉降變形等具有重要意義。
(3) 水文地質條件:是重要的工程地質因素，包括地下水的成因、埋藏、分布、動態和化學成分等。
(4) 地表地質作用:是現代地表地質作用的反映，與建築區地形、氣候、岩性、構造、地下水和地表水作用密切相關，主要包括滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、風沙移動、河流沖刷與沉積等，對評價建築物的穩定性和預測工程地質條件的變化意義重大。
(5) 地形地貌:地形是指地表高低起伏狀況、山坡陡緩程度與溝谷寬窄及形態特徵等;地貌則說明地形形成的原因、過程和時代。平原區、丘陵區和山嶽地區的地形起伏、土層厚薄和基岩出露情況、地下水埋藏特徵和地表地質作用現象都具有不同的特徵，這些因素都直接影響到建築場地和路線的選擇。
(6)地下水:包括地下水位，地下水類型，地下水補給類型，地下水位隨季節的變化情況。
(7)建築材料:結合當地具體情況，選擇適當的材料作為建築材料，因地制宜，合理利用，降低成本。
需要說明的是：工程地質條件是客觀存在的地質因素，只有其中的穩定因素或工程建設產生的不穩定因素對工程建設運行構成或可能構成有害影響時才成為工程地質問題