工程地质分析与实践
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前言

人类社会的发展就是“踏着前人的脚步走,为后人留下足迹”的世代相续之系统工程。笔者正是在前人地学理论指导下,通过多方请教学习和深入研究,努力认识客观地质条件,经过工作中的实践与挫折,探索提出自己的认识论。其目的是与工程地质工作者相互交流、取长补短、提高发现和解决工程地质问题的能力,希望能够通过工程地质条件分析,抓住关键的工程地质问题,更好地利用和改造相关地质体,使工程建筑物安全稳定,充分发挥其功能。

笔者多年来一直从事水利、岩土及风电场工程地质工作,既有漏判工程地质问题的惭愧,又有成功预测高边坡大型塌方、挽救数十人生命的欣慰。本书力求理论与实践相结合,紧紧围绕工程地质条件的各地质要素,有针对性地编录了工程地质分析评价的基本原理,列举了大量典型实例,并融入了笔者的思考及分析。

目前,工程地质工作中存在着重实物勘探忽视地表地质工作的问题,强调地貌与地表地质工作、强调加强工程地质分析是本书的一个侧重点。地貌是地球内、外营力共同作用的产物,大部分不良地质作用在地貌上都有所表现,笔者结合工程地质勘察和工程施工中遇到的不良地质作用在地貌上的表现形式,引用了比较成熟的基本概念——清晰的地学理论,对地貌与不良地质作用的关系进行了比较系统的研究,得出了“风电场工程地质问题研究”的研究成果。对风电场建筑物的微观选址、工程地质勘察关键部位的把握有重要意义,对施工中出现的不良地质作用处理有一定指导作用,对其他工程的选址、勘察、设计、施工以及对地质灾害的预测预报亦有借鉴作用。

需要强调指出的是:地质勘察不是只要通过对地貌与不良地质作用的研究就能够把所有的工程地质问题进行揭露,而是期盼工程地质工作者能够加强对地貌与不良地质作用关系的认识,以地学理论为指导,通过地表地质工作进行综合分析,透过现象看本质,抓住影响工程建设的关键问题,使得勘察工作减少一些盲目性,增加一些主动性。

编写本书的目的有三方面:第一,将作者在工程地质工作实践中的一些心得体会拿出来,与工程地质工作者相互交流,取长补短,提高发现和解决工程地质问题的能力,通过分析工程地质条件,抓关键的工程地质问题,更好地利用和改造相关地质体,使工程建筑物安全稳定,充分发挥其功能;第二,针对目前工程地质工作中存在的重实物勘探轻地表地质工作及综合分析的现象,希望能够通过交流,提高对地貌及地表地质工作的重视程度。而且通过大量的工程地质调查,可获取丰富的工程地质信息,经综合的工程地质分析,进一步深刻认识工程建筑场区的工程地质条件和工程地质特性,结合工程建筑布置的特点,对场区进行工程地质评价,可起到事半功倍的效果,不仅可节省工程地质勘察工作量和费用,而且在场地适宜性评价、工程总体布置和工程决策具有重要指导意义,避免或少走弯路;第三,风电属新型能源,风电场的勘察有其自身的特点,风电场工程地质是本书的侧重点之一,书中的许多章节均融入了风电场工程地质工作的内容,希望对风电场工程地质工作者有所裨益。

本书既有对其他资料的引用归纳,也有自身工作经历的研究总结。主要研究构成工程地质条件的各地质环境因素对工程的影响及如何对工程构成影响;研究地应力方向与构造形迹发生的时空关系,分析地质构造对地形地貌的控制作用和引发的不良地质作用对各类建筑物包括风机地基稳定的影响;侧重于研究如何通过地貌研究及地表地质工作,分析评价存在的不良地质作用及工程地质问题,属应用研究范畴,第8章即是本书的研究成果之一。

全书共分7篇20章。为力求理论与实际相结合,书中列举了许多作者亲身参与或收集的工程案例,并附有大量直观照片及插图。

第1章为绪言,简述了工程地质的发展,根据作者的体会,指出了当前工程地质工作中存在的问题及本书的编著目的与内容。

第1篇包括第2章至第7章,共6章,分别介绍了工程地质条件的六个地质要素,即地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、物理地质现象及天然建筑材料。不同勘察对象和不同勘察目的的勘察会有不同的侧重点和内容。风电场建筑物勘察的主要目是为保证建筑稳定提供可靠的地质资料,满足地基承载力、变形和抗滑稳定的要求。在风电场勘察的第一阶段,通过野外地质测绘,在对地表了解的基础上,可以对地下地质变化情况作出较准确的判断,比如断层、滑坡、泥石流、岩溶,甚至风化强度大的位置、崩塌的位置、卸荷宽度等都可以通过地表调查,初步确定不良地质作用的位置。

通过本篇学习,可以了解工程地质条件的组成要素及各要素的主要内容。为避免通篇文字说明的枯燥,插入了一些图片,便于读者理解。该篇为工程地质基础部分,可供刚入门的地质工作者学习参考。

第2篇至第7篇共12章,主要介绍工程地质条件中各地质要素(未包括天然建筑材料)的工程地质分析与实践。在行文中既总结了前人成果,又融入了作者的独立思考与研究。所选工程案例多是出现了工程地质问题的案例,许多案例的介绍较为详细,以便于总结经验与教训,在今后的工作中少走弯路。该部分内容可供同行交流借鉴、学习提高。对工程规划选址、设计、工程施工管理人员提高地质专业素质、加强对不良地质问题的认识、提高工程地质问题的处理水平有一定作用。

其中第8章是关于地形地貌在风电场勘察选址中的研究成果部分,论述了风电场常见的孤立的山包、植物突变的条带、陡峭山崖边缘、马鞍形地形及垭口部位、山前堆积体、山脊狭窄地段、斜坡地段、坡脚地段、山脊侧向冲沟地段、山脊末端和沟谷平行连接的岩桥地貌形式都有可能对应有不良地质作用。掌握这些一般地质规律和地貌特征,无疑对风电场的地质勘察、风电场场址的选定、微观选址、减少设计变更、提高工程进度、降低工程成本、保障风机运行安全都有重要的意义。地形地貌是地质构造、水、风化、地震等诸多内外营力综合作用的结果,这是我们能通过地貌及地表地质工作研究不良地质作用及工程地质问题的理论基础所在。

第7篇第20章主要论述风电场岩土工程勘察及应用。对于风电场的岩土工程勘察,主要考虑的是稳定,包括区域稳定、场地稳定及地基稳定。定量的岩土参数一般为承载力、压缩模量、压缩系数、内摩擦角、边坡坡度、地下水位和地震烈度等,勘察的主要目的就是通过分析验算稳定性,合理利用和改造地基,达到建筑物安全稳定的目的。该章内容可供风电场工程地质人员学习及使用,也可供建设及设计单位工程技术人员,对岩土工程勘察单位提供的承载力、变形指标、岩土的物理力学性质指标的物理意义和应用条件整体掌握,对主要设计数据正确性和合理性做出判断,充分利用和正确使用地质勘察资料,了解用不同方法和手段确定承载力的差异,在工程基础设计及现场验槽时,能够根据不同岩性、不同沉积特点、不同风化程度、不同密实程度等初步判断地基承载力、变形和抗滑稳定能否满足设计要求。

需要说明的是,工程地质条件的各地质要素间是相互联系的,工程地质条件是各地质要素的综合反映,工程地质评价中要全面分析组成工程地质条件的各地质要素。本书章节的编排方式并不是要割裂工程地质条件中的各地质要素,只是为了体现各地质要素在工程地质分析研究中的不同侧重点。

本书在编写过程中,得到了武警水电部队教授级高级工程师许复礼,中国科学院地质研究所研究员、博士生导师尚彦军等工程地质专家的悉心指导,得到了山西省水利水电勘测设计研究院、龙源(北京)风电工程设计咨询有限公司等领导和同事的大力支持,在此特致以诚挚的谢意!

由于笔者时间和积累有限,在引用附图和相关作者论述时未能全部标注,也有一些资料引自因特网,因无作者等信息,也未一一列出,谨向他们致以真诚的歉意及谢意!

研究过程中的缺点和不妥之处,热忱欢迎读者提出批评指正。

作者

2015年3月