工程地质形成性
⑴ 如何描述岩体的工程地质性质
岩体是指某一地点一种或多种岩石中的各种结构面、结构体的总称。包括各种地质界面：层理、层面、节理、断层等
影响岩体稳定性的主要因素有：区域稳定性、岩体结构特征、岩体变形特性与承载能力、地质构造、岩体风化程度等
1
结构面
破裂面、物质分异面、软弱夹层、软弱带、构造岩、泥化夹层、充填夹层
按地质成因，可分为原生的、构造的、次生的三大类
原生结构面：沉积的、火成的和变质的三类
沉积结构面
层面、层理、沉积间断面、沉积软夹层等
层面和层理的结合时良好的，层面的抗剪强度不低，但是顺层错动或风化作用会降低其抗剪能力
软弱夹层：硬层之间，强度低，遇水易软化，厚度不大。风化后为泥化夹层（泥岩、页岩、泥灰岩）
火成结构面
原声节理、流纹面、围岩接触面、凝灰岩夹层等
围岩破碎带或饰变带、凝灰岩夹层，为火成岩的软弱夹层
变质结构面
麻理、片理、板理
构造结构面：构造应力作用下，岩体中形成的断裂面、错动面、破碎带
破裂结构面：劈理、节理、断层面、层间错动面
构造软弱带：断层破碎带、层间错动破碎带
次生结构面
风化、卸荷、地下水等作用下形成的风华裂隙、破碎带、卸荷裂隙、泥化夹层、夹泥层等
结构面的特征
结构面的规模、形态、连通性、充填物的性质
规模：
形态：平整度、光滑度，对抗剪强度有影响
密集程度：通常以线密度（条/m）或结构面的间距表示
连通性：
地下岩体连通性的勘探方法有：勘探平硐、岩芯、地面开挖
张开度和充填：张开度，两壁面的离开距离，分4级
闭合的0.2mm，微张的0.2-1.0mm，张开的：1.0-5.0mm，宽张的：5.0-mm
张开和宽张的结构面，抗剪强度取决于充填物的成分和厚度，粘土一般少于砂土
⑵ 我国工程地质的研究现状
我国的工程地质学经过近50年的发展，今天已成为一门研究内涵丰富、理论体系严谨，具有中国特色的综合性学科，并且是国际工程地质界的重要一员。
纵览中国工程地质学的研究领域，是相当广阔的。主要的有以下几方面：
一、岩体工程特性研究和岩体工程地质力学的创立
大量的岩体工程实践遇到的是地基、边坡和地下工程围岩的变形破坏问题，促使工程地质学家与岩石力学家、土木工程师们关注对岩体介质特性的研究，认识到岩体与岩石是既有着本质区别又相互联系的介质。著名工程地质学家谷德振和他的同事们在一系列岩体工程勘察中，发现岩体的力学性质和行为主要受控于软弱结构面的展布，包括层面、断裂面、节理、片理等，使岩体成为非连续、非均质、各向异性的介质。他们首先从地质建造着手，划分工程地质岩组，运用地质力学理论方法，研究结构面的形成机制和空间分布规律，进而研究岩体结构特性，划分岩体结构类型。再按不同结构类型和工程建筑要求进行岩体力学试验及测试，最后再根据岩体结构特征和力学属性，建立力学模型作数学模拟和稳定性分析。将工程地质学与地质力学、岩石力学有机地结合起来，创立了岩体工程地质力学。它的理论体系、研究思路和方法，在国际上独树一帜。
20世纪80年代中期以来，在中国科学院地质研究所设立了工程地质力学开放研究实验室，吸收国内学者共同协作，开展工程地质前沿课题和生产上需要解决的问题的研究工作，每次学术委员会上都要讨论工程地质学发展的趋势和应制定的科研方向。无形中成为我国工程地质学的研究中心，推动着我国工程地质学的不断发展。
二、区域工程地质和区域地壳稳定性研究
我国地域辽阔，受地质和自然地理条件制约，区域工程地质条件复杂。因此，区域工程地质研究对国土资源开发利用，工程规划布置以及地质环境保护等意义重大。早在20世纪50年代末，老一辈工程地质学家刘国昌、张咸恭、姜达权等就开展了此项研究工作，出版专著和编制全国工程地质分区图。几十年来，各大河流域、部分省区和西南、西北山区都开展了较系统的区域工程地质和环境地质研究，积累了丰富的资料。经过数年的努力，于1990年首次出版了由任国林主编的1∶400万《中国工程地质图及说明书》，并附有全国工程地质分区图；1992年出版了由段永侯主编1∶600万《中国环境地质图系》，图系以工程地质内容为主。标志着我国区域工程地质环境研究取得了丰硕的成果。
“区域地壳稳定性”的术语是由原苏联工程地质学家最早提出的，但未作说明和专门研究。在20世纪50年代末，我国学者谷德振和刘国昌倡导此项研究工作。它的涵意是指岩石圈内正在进行的地质、地球物理作用对地壳表层及工程建筑安全的影响，即地壳现代活动对工程安全的影响程度。其研究思路是以地质力学理论为指导，强调以地质构造研究为基础，以断裂活动性、现代地应力场和地震活动性为主要研究内容，最终进行区域稳定性分级，分区和评价。在该研究领域，胡海涛等依据李四光的“安全岛”思想，指导重大工程场址的选择，取得了重要成果。例如，二滩水电站和大亚湾核电站的成功选址即是。区域地壳稳定性研究对我国工程地质勘察来说，具有特殊的意义，这也是具有中国特色，且在国际上处于领先地位的研究领域。
三、环境工程地质和地质灾害的研究
环境工程地质是现代工程地质学的一个分支，是研究由于人类工程—经济活动所引起的区域性和危害人类及工程安全的工程地质作用。这些有害的工程地质作用是诱发地震、地面沉降、地面塌陷、土地荒漠化、滑坡、泥石流等，它们常导致地质灾害。环境工程地质就是研究这些作用（或问题）产生的机制和条件，进行预测和防治，其目的为了合理利用和保护地质环境。我国正式研究环境工程地质始自20世纪60年代的新丰江水库诱发地震和上海的地面沉降。80年代初以来，共召开了四次全国性的环境工程地质学术讨论会，涉及的内容丰富多采。有些研究成果在国际上处于先进地位。例如，上海地面沉降的防治，区域性滑坡预测模型。1995年出版了第一本由刘传正著的《环境工程地质学导论》，全面论述了环境工程地质理论体系，基本研究内容以及各类环境工程地质作用研究的内容和方法，展示了环境工程地质的前景。
与环境工程地质相关的地质灾害的研究，也主要由工程地质界承担的。近十多年来，对危及人类和工程安全的各种地质灾害，都进行了广泛而深入的研究。在1989年1月召开的全国地质灾害防治工作会议期间，成立了主要由工程地质学家参加的全国地质灾害研究会，次年又创办了《中国地质灾害及防治学报》，对地质灾害的研究起了促进作用，对地质灾害的分类，形成机制、分布规律，预测方法及防治对策与措施等研究成果，及时在学报上开展交流。90年代还编制了中国地质灾害类型图，出版了段永侯等的专著《中国地质灾害》。众多的研究成果及著作，还有具体防治工程的成功，确立了我国在这一领域的国际地位。
四、特殊土结构和工程特性的研究
藉助于测试技术的现代化，我国在特殊土的微观结构及其工程特性的研究方面也有了长足的发展。所谓特殊土，指的是成分和结构特殊，其工程（地质）性质也特殊的土类。我国几乎所有的特殊土皆有分布，诸如淤泥土、黄土类土、膨胀土、盐渍土、红粘土，多年冻土等，它们的分布都具地域性，因此也可称之为区域性土。由于特殊的不良工程性质，对当地工程建设以及生命财产的安全意义重大，因而促使学者们开展了这方面的研究。这里需要特别指出的是，张宗祜、高国瑞、黄熙龄、孔德坊、李生林等学者长期以来对黄土类土、膨胀土和淤泥类土所进行的卓有成效的研究成果，有关它们的微结构特征和分类、物质成分、工程特性及指标，建筑稳定性评价以及处理措施等，都进行了深入的研究。
五、工程地质勘察的理论和技术方法
工程地质学为工程建设服务是通过勘察工作来实现的。工程建筑与其所在的地质环境之间存在着相互作用和相互制约的矛盾关系，要通过工程地质勘察才能搞清楚。50年来，难以计数的大大小小各类工程建筑通过勘察，积累了十分丰富的经验和教训。总地说，我国的工程地质勘察经历了三个历史阶段：第一阶段是1966年以前，勘察工作体制由全盘学习苏联到自主独立发展，勘察工作严格按规范要求进行，为国家基本建设的一批重大工程项目提供了地质依据。当时在工程选址和场地评价中，着重于工程地质条件的阐明和定性评价为主。第二阶段是1966年到1978年，“文革”期间工程地质勘察受到严重干扰而很不正常，破坏了基本建设程序，一些大工程搞了边勘察、边设计、边施工的“三边”方针，盲目简化勘察程序，有的重大工程实际上搞了一次性勘察，造成严重损失。如葛洲坝水利枢纽、焦枝铁路、第二汽车制造厂等工程即是。第三阶段1978年以来，以经济建设为中心的改革开放年代，形成了较完整的工程地质勘察体制，制定新的勘察规范，与国际接轨，勘察质量大大提高。在土木工程中又引进欧美国家的岩土工程技术体制，两种技术体制并存。一些重大工程采取国际招标方式，以引进国外先进的勘察技术和资金。工程地质勘察工作进入了一个新的历史阶段。
经过数十年实践和理论研究，逐渐形成和完善了我国工程地质勘察的理论体系，即“以工程地质条件的研究为基础，以工程地质问题的分析为核心，以工程地质勘察技术方法为手段，以工程地质评价决策为目的。”这一理论体系在由张咸恭、王思敬和张倬元主编的《中国工程地质学》中得到了充分体现。可以无愧地说，我国的工程地质勘察事业在上述勘察理论体系的指引下取得了巨大成就，令世人嘱目。例如，三峡、小浪底、二滩、刘家峡、龙羊峡等一批巨型水利枢纽和水电站工程；大亚湾、秦山核电站；宝成、兰新、成昆、南昆、大秦、京九等铁路干线；还有许多新兴的城市、矿山等等。所取得的优质勘察成果，保证了工程的顺利设计、施工和运行，也得到了国际同行们的赞许。在勘察基础上，形成了“水利水电工程地质”、“铁路工程地质”、“矿山工程地质”和“城市及房屋建筑工程地质”等专门工程地质系列。
当前，新技术方法在工程地质勘探中被推广应用，已取得了较好效果。例如，遥感图像（航卫片）在工程地质测绘填图中的应用；大口径钻进和小口径金刚石钻进在水电工程地质勘探中的采用，砂卵石层钻探与取样新技术，套钻和岩芯定向钻进技术；声波探测、地质雷达、地球物理层析成像技术（CT）、钻孔彩色电视录像及图像处理系统等物探技术的使用；计算机技术在工程地质勘察中普遍采用，各种专用软件的开发等。
50年来我国的工程地质教育一直兴旺不衰。至今全国有十余所高等学校设置有培养工程地质专业人才的院系，为国家培养输送了大批研究生和本科生。此外，在中国科学院地质研究所等多所科研机构专门培养工程地质专业研究生。形成了一支宏大的工程地质专业队伍。在教学实践中，编写出了各具特色的系列工程地质专业教材。高校和科研院所还承担了一些重大的生产和科研课题，既完成了生产、科研任务，又培养了优秀专业人才。
中国工程地质界与国际工程地质协会的联系密切，在20世纪80年代初不少同行加入了国际工程地质协会，建立中国国家小组，随工程地质专业委员会一起活动。中国工程地质界积极参加国际工程地质协会组织的学术活动。自1983年起我国组团参加了历届国际工程地质大会，所提交的论文数都位居前列。现任国际工程地质与环境协会主席，是我国工程院院士王思敬教授，他是1998年在荷兰阿姆斯特丹举行的第8届国际工程地质大会上被推选担任此职的，这是中国工程地质界的骄傲！
⑶ 工程地质稳定性评价方法——以丽江-香格里拉段为例
一、概述
随着滇藏铁路工程的分段实施，丽江-香格里拉段的规划设计已纳入日程。但是，由于该段地形地貌和地质条件非常复杂，虽然经过多轮论证，线路仍难最后确定。按照初期规划（图13-1），滇藏铁路丽江-香格里拉段共有3个走向方案可以比选：①丽江-长松坪-虎跳峡上峡口-香格里拉方案（西线方案）；②丽江-大具-白水台-小中甸-香格里拉方案（组合方案）；③丽江-大具-白水台-天生桥-香格里拉方案（东线方案）。初步分析认为，西线方案工程地质条件相对较好，可以作为推荐方案，该方案需要新建铁路隧道34座，总长87130 m，占该段线路总长的54.4%，最长的隧道是位于丽江西北的玉峰寺隧道，全长10970 m；需要新建铁路大桥39座（10253 m），涵洞182座（4547 m），桥涵占线路总长的9.2%。复杂的工程地质条件使得该方案仍存在许多问题，且工程建设难度大。
为了更好地指导该段铁路选线，我们在区域地壳稳定性评价的基础上，将基于GIS技术的层次分析法引入到丽江-香格里拉段铁路规划区的工程地质稳定性评价（工程地质条件评价）。在评价过程中，综合考虑地形坡度、工程地质岩组、斜坡结构、地质灾害发育现状、地壳稳定性、微地貌类型（地形与铁路设计高程高差）、人类工程活动、降水量、距离沟谷距离等因素，充分利用GIS技术处理海量数据信息的优势，采用层次分析法模型，进行丽江-香格里拉段铁路规划区的工程地质稳定性评价。基于评价结果，可以很好的指导该段线路比选和优化。
二、基于GIS的层次分析法原理
层次分析法（Analytical Hierarchy Process，简称AHP）是美国数学家SattyT.L.在20世纪70年代提出的一种将定性分析和定量分析相结合的系统分析方法。它适用于多准则、多目标的复杂问题的决策分析，可以将决策者对复杂系统的决策思维过程实行数量化，为选出最优决策提供依据（图13-2）。经过多年的应用实践，不少研究者开始将GIS技术与AHP方法相结合，大大提高了传统的AHP方法在地学研究中的应用效果（Harris et al.，2000；刘振军，2001；彭省临等，2005）。基于GIS的层次分析法充分利用GIS技术的空间分类和空间分析功能，在评价指标数据采集、处理和自动成图方面具有明显的优势，不仅可以对工程地质稳定性的相关影响因素进行更细致的逐次分析，而且在计算过程中不受计算单元数量的限制，因而评价结果更直观、更便于应用。
图13-1 滇藏铁路丽江-香格里拉段线路方案示意图
图13-2 基于GIS的层次分析法技术路线图
基于GIS层次分析法的工程地质稳定性分区评价过程大致可分为以下步骤：
（1）确定研究区、研究对象及研究目标，并进行数据分析，确定进行工程地质稳定性分区所需要的数据，包括数据来源、数据质量指标等。
（2）将收集的各种资料进行数据处理，包括在MapGIS 6.7软件平台上进行数字化、格式转换、投影转换、分层及属性编码等，建立研究区、研究对象的空间数据库。
（3）根据研究目标的特征，分析影响目标的因素，建立目标的层次指标模型和层次结构，构造判断矩阵，由专家对影响因素进行综合评分，并进行层次单排序、求解权向量和一致性检验，从而获得各指标因素值，并运用GIS空间分析功能提取分析因子。
（4）采用ArcGIS 9.2软件平台，对评价区域进行栅格化，每一个栅格作为模型评价的一个运算单元，并将数据库中的数据按照规则进行栅格化处理。再采用图形叠加的模型评价方式，将参与评价的各个因素权值分配到不同的栅格上。将各个因素进行图形叠加，对属性值进行代数运算，再将叠加后的栅格数据化，生成新的图形，并形成最终评价结果。
（5）工程地质稳定性分区评价的数学模型：
滇藏铁路沿线地壳稳定性及重大工程地质问题
式中：B——工程地质稳定性指数，aj——权重，Nj——指数。
（6）通过分析计算获得的工程地质稳定性指数值的分布范围，结合野外实际调查结果验证，对不同区域的铁路工程建设适宜性进行综合分区评价。
⑷ 试简述沉积岩代表性岩石的特征及其工程地质性质
沉积岩（Sedimentary Rock) ：沉积岩，又称为水成岩，是三种组成地球岩石圈的主要岩石之一（另外两种是岩浆岩和变质岩）。是在地表不太深的地方，将其他岩石的风化产物和一些火山喷发物，经过水流或冰川的搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。在地球地表，有70%的岩石是沉积岩，但如果从地球表面到16公里深的整个岩石圈算，沉积岩只占5%。沉积岩主要包括有石灰岩、砂岩、页岩等。沉积岩中所含有的矿产，占全部世界矿产蕴藏量的80%。相较于火成岩及变质岩，沉积岩中的化石所受破坏较少，也较易完整保存，因此对考古学来说是十分重要的研究目标。
沉积岩来自于岩石和有机物的碎片，叫做沉积物，在百万年期间积聚成堆。这些紧密的岩石比火成岩更易弯曲。像沙，盐，粘土，砂岩，炭和石灰石都是例子。
沉积岩是在地壳表层的条件下，由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩的原始物质成分，经搬运、沉积及其沉积后作用而形成的一类岩石。
沉积岩种类很多，其中最常见的是页岩、砂岩和石灰岩，它们占沉积岩总数的95%。这三种岩石的分配比例随沉积区的地质构造和古地理位置不同而异。总的说，页岩最多，其次是砂岩，石灰岩数量最少。沉积岩地层中蕴藏着绝大部分矿产，如能源、非金属、金属和稀有元素矿产，其次还有化石群。
⑸ 从物质成分分析，影响岩体工程地质性质的主要因素有哪些
从物质成分分析，复影响岩体工程地质制性质的主要因素有哪些
岩体是指某一地点一种或多种岩石中的各种结构面、结构体的总称.包括各种地质界面：层理、层面、节理、断层等
影响岩体稳定性的主要因素有：区域稳定性、岩体结构特征、岩体变形特性与承载能力、地质构造、岩体风化程度等
⑹ 从物质成分分析，影响岩体工程地质性质的主要因素有哪些
岩体是指某一地点一种或多种岩石中的各种结构面、结构体的总称。包括各种地质界面：层理、层面、节理、断层等
影响岩体稳定性的主要因素有：区域稳定性、岩体结构特征、岩体变形特性与承载能力、地质构造、岩体风化程度等
1 结构面 破裂面、物质分异面、软弱夹层、软弱带、构造岩、泥化夹层、充填夹层
按地质成因，可分为原生的、构造的、次生的三大类
原生结构面：沉积的、火成的和变质的三类
沉积结构面 层面、层理、沉积间断面、沉积软夹层等
层面和层理的结合时良好的，层面的抗剪强度不低，但是顺层错动或风化作用会降低其抗剪能力
软弱夹层：硬层之间，强度低，遇水易软化，厚度不大。风化后为泥化夹层（泥岩、页岩、泥灰岩）
火成结构面 原声节理、流纹面、围岩接触面、凝灰岩夹层等
围岩破碎带或饰变带、凝灰岩夹层，为火成岩的软弱夹层
变质结构面 麻理、片理、板理
构造结构面：构造应力作用下，岩体中形成的断裂面、错动面、破碎带
破裂结构面：劈理、节理、断层面、层间错动面
构造软弱带：断层破碎带、层间错动破碎带
次生结构面 风化、卸荷、地下水等作用下形成的风华裂隙、破碎带、卸荷裂隙、泥化夹层、夹泥层等
结构面的特征 结构面的规模、形态、连通性、充填物的性质
规模：
形态：平整度、光滑度，对抗剪强度有影响
密集程度：通常以线密度（条/m）或结构面的间距表示
连通性： 地下岩体连通性的勘探方法有：勘探平硐、岩芯、地面开挖
张开度和充填：张开度，两壁面的离开距离，分4级
闭合的0.2mm，微张的0.2-1.0mm，张开的：1.0-5.0mm，宽张的：5.0-mm
张开和宽张的结构面，抗剪强度取决于充填物的成分和厚度，粘土一般少于砂土
⑺ 工程地质条件的因素分类
工程地质条件是指工程建筑物所在地区与工程建筑有关的地质环境各项因素的综合。
工程地质条件的因素分类：
(1) 地层的岩性:是最基本的工程地质因素，包括它们的成因、时代、岩性相关书籍、产状、成岩作用特点、变质程度、风化特征、软弱夹层和接触带以及物理力学性质等。
(2) 地质构造:也是工程地质工作研究的基本对象，包括褶皱、断层、节理构造的分布和特征、地质构造，特别是形成时代新、规模大的优势断裂，对地震等灾害具有控制作用，因而对建筑物的安全稳定、沉降变形等具有重要意义。
(3) 水文地质条件:是重要的工程地质因素，包括地下水的成因、埋藏、分布、动态和化学成分等。
(4) 地表地质作用:是现代地表地质作用的反映，与建筑区地形、气候、岩性、构造、地下水和地表水作用密切相关，主要包括滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、风沙移动、河流冲刷与沉积等，对评价建筑物的稳定性和预测工程地质条件的变化意义重大。
(5) 地形地貌:地形是指地表高低起伏状况、山坡陡缓程度与沟谷宽窄及形态特征等;地貌则说明地形形成的原因、过程和时代。平原区、丘陵区和山岳地区的地形起伏、土层厚薄和基岩出露情况、地下水埋藏特征和地表地质作用现象都具有不同的特征，这些因素都直接影响到建筑场地和路线的选择。
(6)地下水:包括地下水位，地下水类型，地下水补给类型，地下水位随季节的变化情况。
(7)建筑材料:结合当地具体情况，选择适当的材料作为建筑材料，因地制宜，合理利用，降低成本。
需要说明的是：工程地质条件是客观存在的地质因素，只有其中的稳定因素或工程建设产生的不稳定因素对工程建设运行构成或可能构成有害影响时才成为工程地质问题