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地质工程与地质学的区别十篇

发布时间:2024-04-25 18:56:20

地质工程与地质学的区别篇1

高原高地热隧道施工地质工作的任务应当包括长距离与短距离超前地质预报、施工期间岩温量测、含氧量量测、围岩稳定性评价、地质灾害监测与警报和施工方法与施工技术建议等六项任务。

拉日铁路达嘎山隧道内围岩类型由现场地质工作者根据现场地质情况进行实地评价,同时提出施工建议,通过进行地质素描,岩温及含氧量监测,绘制地质素描展示图反映实地工作区地质情况,并上报监理、业主与设计院,最后由设计院进行签证反馈施工单位,以求达到合理地施工方案,属于施工期间的围岩稳定性评价。

现就该隧道工程在施工中的围岩稳定性评价方法进行简单阐述。

该方法旨在根据开挖的洞身与掌子面的地质特征进行围岩类型的判定,提出实施性开挖方案与合理的支护参数。

2地质素描的方法

隧道工程地质工作先进行实地观测,后进行现场地质素描,了解工程地质条件与隧道的关系;然后根据实地观测资料进行围岩类型评价;最后进行室内资料整理并绘图成稿。实际工作中具体做法如下:

1)阅读图纸与掌握地貌特征

阅读隧道施工设计图纸,了解隧道整体概述,熟悉区域基本的自然地理概况、地层岩性、地质构造、水文地质条件、不良地质现象、工程地质条件、环境工程地质、工程措施意见等,掌握地貌特征。

2)收集地质信息

从施工设计图纸上初步掌握隧道施工区域的地层岩性、地质构造、地质条件,收集地层岩性及其分布、各种地质构造,主要包括断层、岩脉、节理、节理密集带,把各种地质信息逐条整理编码备用。

3)编制及详录地下施工勘察现场记录卡片

该卡片为施工现场勘察记录表,该记录表中应记录围岩主要工程地质特征、围岩结构完整程度,具体反映工程概况、各岩性特征、各节理特征、水文地质特点、断层特征、岩脉特点及其它。详细内容如下:

(1)工程概况:包括工程名称、工程代号、工作日期、施工位置及隧道(导洞)几何要素,几何要素主要为边墙高、跨度及形状。现场工作描述点编号、距离、部位;(2)岩性特征:包括岩石名称、完整性、风化程度、岩体结构特征、坚硬程度。该项工作主要是对工作区的岩石进行定名,初步确定是硬岩还是软岩,如有必要,可采取岩石样品进行饱和单轴极限抗压强度测试,对岩石的物理力学性质进行准确分级;(3)节理特征:分组描述,主要包括节理产状、力学性质、节理面特点、延伸长度、每组条数、间距。详实观测工作区的节理组数、密度、闭合度和充填物特征。目的是确定工作区段和节理情况及其级别;(4)水文地质特点:描述出水位置,出水特征主要分渗水、滴水、淋雨状、流水状、涌水状,特殊区域还应描述水的各项化学性质;(5)断层特征:描述断层产状、宽度、影响宽度、力学性质、风化程度、断层特点、岩体结构特点、水文地质特点、与洞轴线夹角等;(6)岩脉特点:岩脉名称、产状、宽度、风化程度、和围岩关系、结构类型、水文地质特点、坚硬程度;(7)岩温量测:监测每个掌子面的岩温及掌子面的含氧量;(8)除以上内容外,在工作区内,还需详实观测岩性及其岩层组合特征,岩层的产状,有无褶皱、断层及其发育情况,或观测工作区段距离较大断层的破碎带或褶皱核部的相对位置及其特征。在上述观测的基础上,确定工作区段受地质构造的影响程度级别和岩性及其岩层组合状态的级别。

进行实地勘察时,根据以上各项统计详录各种工程地质条件。各记录表需编号保存,为勘察原始资料,地质工作结束之前编制成册。

4)研究工程地质条件与洞身稳定,进行围岩稳定性评价

实地勘察后,根据实地勘察资料编写围岩稳定性评价。由于设计的精度所限或其它的原因,在设计图纸中提交的围岩级别是很粗略的,所以在施工期间对围岩级别的精确鉴定是很必要的。

在隧道施工过程中的围岩稳定性评价,即围岩级别鉴定,是根据施工现场勘察记录表,依据隧道围岩级别分级表,采用类比法,并充分考虑围岩地下水和地应力特征的条件下进行的。首先通过围岩的工程地质特征、围岩结构完整状态的分析,依据隧道的围岩分级表初步确定围岩级别,再依据地下水的情况(涌水量)和地应力的特征,以及导洞开挖以后围岩的稳定程度三项指标最终确定团支围岩级别。这里指的三项指标为主要工程地质特征、围岩结构完整性程度和毛洞开挖后的围岩稳定状态三大指标。这三大指标在施工现场勘察记录表中都要反映。

施工期间围岩稳定性评价和围岩级别鉴定工作,是在设计图的基础上进行的,一般分为初期鉴定和最终鉴定两个工作步骤。

(1)初步鉴定。在实地观测和施工现场勘察记录表的基础上,对照中国铁路隧道或水电隧洞围岩分级表确定工作区的围岩结构完整程度及对应的围岩结构级别;

(2)最终鉴定。第一步,依据地下水对围岩级别影响的一般原则和具体原则,对工作区的围岩级别进行第一次最终鉴定。第二步,考虑隧道所在地区的原始构造应力状态,隧道轴线与地应力中最大水平主压力轴方位的关系,对第一次最终鉴定进行必要的修正,得出第二次最终围岩级别鉴定的结论。这个步骤在大多数情况下不会出现。第三步,在细致调查了毛洞开挖后的围岩稳定状态之后,得出第三次最终鉴定,也是最后一次结论。

5)施工方法与施工技术建议并绘图

进行最终鉴定后,开始室内资料整理并研究施工方法与施工技术建议。依据围岩的地质条件和围岩级别,提出准确的施工建议也是施工地质技术工作的重要的部分。施工建议与隧道围岩地质条件和围岩级别密切相关,主要有:开挖方法、爆破技术、预支护方案、衬砌类型、以及各种地质灾害防治措施等等。根据实地观测与地质素描,绘出工作区段的地质素描展示图(绘图格式见附图),附地质说明,编写成册,上报监理、业主和设计院,完成一个工作区段的地质工作。

3结论

隧道施工中的地质工作,是在设计提交之后、在隧道施工阶段、伴随建设的全过程而进行的工作项目。在实际施工设计中,相当一部分的隧道设计中围岩类型的划分与实际地质围岩类型有一定的差距,有时甚至严重不符。究其根本,主要是设计阶段的地质勘察只能按工程地质技术规范来进行,其精度不可能达到施工阶段所需要达到的精度。为缩短施工与设计之间的差距,进行现场隧道地质工作是势在必行。

在隧道施工中提出准确的、能保障安全快速掘进、又不浪费资金的施工建议,在整个施工中对围岩进一步评价,对原设计的围岩级别进行及时的矫正和修改,制定了更加稳妥的、与隧道围岩级别相适应的施工支护方案,保障了隧道快速安全地施工,达到了很好的施工效果和经济效益。

地质工程与地质学的区别篇2

关键词:朝阳市市区;地质灾害;防治规划

中图分类号:F407.1文献标识码:a文章编号:

1前言

朝阳市市区位于辽宁省朝阳市中部,除东北与北票市接壤外,其它方向被朝阳县包围。地处东经120°03′16″~120°40′07″,北纬41°22′14″~41°46′48″。面积1173.356Km2。

据本次对朝阳市市区10个乡镇,16个街道,108个行政村的调查走访:共调查地质灾害点23处,其中隐患地质灾害点15处,基本稳定点8处。其中崩塌5处,潜在崩塌6处,地面塌陷3处,地裂缝1处。依据《县(市)地质灾害调查与区划基本要求》实施细则,地质灾害规模级别划分标准,区内各类地质灾害均以小型为主,其中巨型地质灾害隐患点1处,小型地质灾害隐患占14处。为了有效防治朝阳市市区内的地质灾害,避免和减轻地质灾害造成的损失,维护人民的生命财产安全,促进朝阳市社会经济全面、协调、可持续发展。有必要对朝阳市市区进行地质灾害防治。

2地质灾害防治方案。

根据朝阳市市区地质灾害类型、成因以及本区社会、经济发展状况,建议采用以下几种方案:

1.群测群防网络建设方案

地质灾害的防治管理实行各级行政领导负责制,全市的地质灾害防治,由市政府地矿行政主管部门统一管理。组建“市地质灾害防灾减灾领导小组”,领导成员单位应有国土(地矿)、农林、交通、水电水利、气象、民政、财政、供电、公安、通讯等相关部门及各乡镇(街道)主管乡镇长(主任)。领导小组组长由分管负责地矿行政主管部门领导担任。各乡镇(街道)或村组应组建相应机构,由主管乡镇(街道)长(主任)或村组长负责,以保证地质灾害防治措施层层落实,万无一失。与此同时,应建立市、乡镇(街道)、村三级地质灾害群测群防网络,使地质灾害防治落到实处。

2.监测预报方案

此方案适用于孕育中并有致灾迹象或经工程整治需观察其效果的地质灾害。该系统建设是在各级地质灾害防治领导小组和有关专业人员指导下,建立市、乡镇(街道)、村三级地质灾害预警预报监测系统,对不同的地质灾害类型及其发展的不同阶段,采用不同的监测方法和监测内容。雨季为地质灾害的活跃期,因此,汛期的地质灾害监测预报显得特别重要。

对崩塌、不稳定斜坡主要监测其水平、垂直位移变形情况,除此之外还应观测滚石、掉块、建筑物开裂变形异常。及时整理监测记录资料,逐级上报相关职能部门。各级职能部门根据监测资料编制崩塌等地质灾害变形变化矢量图或表,科学地掌握和预测灾害体的不同发展阶段,预报崩塌的形成。通过这种群众监测、职能部门参与、各级政府组织和管理的地质灾害预防措施,形成村(组)、乡镇(街道)和市三级监测网络,全面科学地掌握区内地质灾害发展变化规律,是目前朝阳市市区应采取的主要防治措施之一。

3.避让、限制方案

避让方案适用于规模大,危害大,近期无力进行地质工程治理或防治效益低的地质灾害。

由人为工程活动诱发的正在发展的地质灾害应采取限制的方案。限制包含一是限量、二是禁止的含义,对因人为活动强度大而可能导致诱发的地段采用限量,对已成灾害或因人为不合理工程活动明显会造成地质灾害的地段,应禁止一切形式的开挖等活动。该方案是目前应采取的最为有效方案之一,但在搬迁避让过程中一定要科学分析,选址避免重复、多次无效搬迁造成经济浪费。

4.生物工程方案

生物工程方案是一种具有战略意义的防治方案,从长期看能起到标本兼治的作用。境内许多地方地质灾害均因人工乱挖造成水土流失导致斜坡失稳,采用此方案能从根本上防治水土流失,减少崩塌等灾害的发生和发展。

生物工程包括:1、保护现有植被;2、退耕还林还草,实施生态恢复和重建,增加林草覆盖率。

在进行生态恢复和重建过程中,应用科学的观点、方法,通过分析研究、选择适应当地生长条件,即保护水土,又有较高经济效益的林、草类,实现开发式防治。

5.工程治理方案

此方案适用于规模较大,正在发展中,避让难度较大以及重点城镇人口密集区,危害特别严重,投入少量工程可以挽救大量经济损失,治理工程用于在技术和经济上可行的地质灾害。

不同的地质灾害类型,施用不同的地质工程措施。如对崩塌的防治有锚固、削坡与清除等。

(1)崩塌的防治措施

修筑拦挡建筑物对中、小型崩塌可修筑遮挡建筑物或拦截建筑物

支撑与坡面防护支撑是指对悬于上方、以拉断坠落的急臂状或拱桥状等危岩采用墩、柱、墙或共组合形式支撑加固,以达到治理危岩的目的;对危险块体连片分布,并存在软弱夹层或软弱结构面的危岩区,首先清除部分松动块体,修建条石护壁支撑墙保护斜坡坡面。

锚固这种措施可使岩体裂缝宽度减小,提高岩体的完整性。锚杆或锚索是一种重要的斜坡加固措施。

灌浆加固固结灌浆可增强岩石完整性和岩体强度。

疏干岸坡与排水防渗通过修建地表排水系统,将降雨产生的径流拦截汇集,利用排水沟排出坡外。

削坡与清除削坡减载是指对危岩体上部削坡,减轻上部荷载,增加危岩体的稳定性。

软基加固对陡崖、悬崖和危岩下的泥岩基座,在一定范围内喷浆护壁可防止进一步风化,同时增加软基的强度。

加固山坡和路堑边坡在临近道路路基的上方,如有悬空的危岩或体积巨大的危石威胁行车安全,则应采用修筑与地形相适应的支护、支顶等支撑建筑,或是用锚固方法予以加固:对深凹的坡面须进行嵌补,对危险裂缝应进行灌浆处理。

(2)区内产生塌陷主要是地下采矿,少量为自然作用形成;地裂隙则都是在地下采矿活动诱发和地下水开采活动诱发下产生的。

填堵就在塌坑或裂缝内先填碎块石,然后覆土夯实填平。填堵时为提高填堵体的强度,可视具体情况,给回填碎料中分别注水泥浆以起到强化堵体作用。

强夯有塌陷或地裂缝产生地段,可能地下还有隐伏土洞和软弱带,施用强夯实法,一方面夯实塌陷、地裂缝区松软土层,一方面消除隐伏的土洞和软弱带,是一种治理与预防相结合的有效措施。特别是在塌陷、地裂缝区段兴修建筑物前,施用此法处理过的基础,建筑物受其影响程度大大减小。

3预期效果

朝阳市市区的地质灾害防治工作,在“以人为本,防治结合,统筹规划,突出重点,分期实施,逐步到位”的原则基础上,按照各灾种类型的特点,分别采取工程、避让和监测预警等不同措施和方法、手段,经过近期和远期不同阶段的防治工作,使全市消除地质灾害隐患,使所有的乡镇(街道)逐渐地彻底摆脱地质灾害的困扰,特别是人口高度集中的地区,不可有丝毫的灾害侵袭,使朝阳市市区的每一个人都有一个良好的生存环境。

参考文献

〔1〕张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理〔m〕.北京:地质出版社,1994.

〔2〕金支弼,崔贤淑,杨春璞,马金波.满拉水利枢纽左岸塌滑体稳定性研究〔J〕.工程地质学报,2003,11(2):197~201.

〔3〕《工程地质手册》(第四版):168.

地质工程与地质学的区别篇3

关键词总体规划阶段工程地质测绘与调查遥感影像判释

中图分类号:tU984文献标识码:a文章编号:

1规划区概况

该经济技术开发区为部级经济技术开发区,规划区面积约30km2,目前规划区内人口主要以行政村的形式分布于区内,人口密度较低。规划区以住工程地质资料相对较少,工程地质环境特征研究程度低。

2总体规划阶段工程地质测绘调查的任务

工程地质测绘的任务是调查规划区的工程地质条件,包括地形地貌、岩土体工程地质特征、地质构造及新构造运动、水文地质条件、外动力地质作用现象和地质灾害、主要工程地质问题和环境工程地质问题,以及天然建筑材料等。

3准备工作

(1)搜集规划区内的人文、地理、气候、交通、地质及水文资料,分析调查区需要解决的主要地质问题。

(2)搜集规划区及其邻近地区的地形图、地质图及航天航空遥感影像资料,参考已有资料,初步拟定规划区岩性和构造地质解译标志。结合地形图和卫星图像,确定规划区的范围和卫星图的成像比例等,编制遥感地质解译草图,划分遥感影像单元和形态单元。

(3)制定工作计划。根据工程地质调查所涉及的专业内容、技术要求和工作量等,合理进行人员组织,仪器设备和材料准备。

4野外踏勘

踏勘的目的是从整体上对规划区地质情况进行概略了解,并对室内收集的有关资料进行必要的验证,收集相应的实际资料。了解测区自然地理、地形地貌、植被覆盖、社会经济、道路交通等工作条件概况,为编制设计以及经费预算提供充分的依据。

(1)野外踏勘应进行全面踏勘,观察标准剖面、关键性地段。选择不同类型的地质体和自然景观区以穿越路线进行踏勘,应以穿越地质体最多、地质构造最复杂的路线为重点路线。

(2)详细了解调查区野外工作条件,为野外工作开展提供必要的资料。

(3)通过以上工作所取得的资料,初步建立遥感图像解译标志和地层序列。初步建立各类地质体的填图单位,并编制测区的遥感地质解译图和地质草图以及工作程度图。

5工程地质测绘与调查技术要求

(1)工程地质测绘范围:应包括规划区,及对了解规划区的地层、地质构造、地貌特征和场地稳定性有重要意义的邻近地段。

(2)实测地质界线、地貌界线的测绘精度在相应比例尺图上的误差不应超过3mm。对工程建设有特殊意义的地质单元体均应测绘。

(3)工程地质测绘与调查所用地形图的图纸比例尺,宜比编制成果图图纸比例尺大一级。

(4)观测点的布置要目的明确,并具有较好的控制性和代表性。数量以能控制重要的地质、地貌界线,并能掌握规划区内各场地的工程地质环境现状特征的基本情况为原则。

(5)在地质构造线、地层接触线、岩性分界线、标准层面和每个单元体均应有观测点。

(6)观测点应充分利用天然和人工露头,当露头少,必要时,可根据具体情况布置一定数量的钻探、槽探工作,可配合进行物理勘探工作。

6工程地质测绘与调查内容

(1)地形地貌调查:研究地形、地貌特征,划分地貌单元,分析各地貌单元的形成过程、相互关系及其与地层、构造及不良地质现象的联系;测绘中要以各种成因的微地貌调查为主,调查其形态特征、规模、组成物质和分布规律。

(2)土体工程地质调查:岩石和土的性质、成因类型、时代、厚度及分布范围,对土层应着重区分新近堆积土、特殊性土的类别、分布范围及其工程地质特征。确定土的工程地质特征:通过野外观察和简易试验,鉴别土的颗粒组成、矿物成分、结构构造、密实程度和含水状态,并进行初步定名。注意观测土层的厚度、空间分布、裂隙、空洞和层理发育情况,搜集已有的勘探和试验资料,选择典型地段和土层,进行物理力学性质试验。

(3)水文地质调查:河流、小溪、湖沼等地表水体的分布、动态及其与水文地质条件的关系。洪水淹没范围,河流水位与大气降水的聚积、迳流、排泄情况,以及内涝的分布范围;主要井、泉的分布位置,水位、深度,补给来源、排泄条件、所属含水层类型、埋藏深度、水位变化幅度和污染情况及其与地表水体的关系等,并调查研究由于地下水位的升降对崩解性岩土、膨胀性岩土、盐渍岩土等特殊性岩土对工程建设的影响,以及过量汲取地下水而导致岩土体的塌陷和地面沉降等问题;了解地下水的流向。

(4)岩溶、土洞、滑坡、崩塌、错落、冲沟、泥石流;断裂、地震液化、地裂缝、岸边冲刷、岸边滑移;冻胀、融陷、热融滑塌等分布、形态、规模、

(5)调查研究已有建筑物的变形情况和建筑经验,以及人类工程活动而引起的场地稳定性问题和不良地质作用(滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、蠕动变形,特别是移动砂丘)的形成条件、规模、性质及发展状况及防治措施经验。

(6)地质构造调查:分析已有资料基础,查明测区构造轮廓、构造运动的性质和时代,各种构造形迹的特点、主要构造线的展布方向等。测绘中要着重研究测区的新构造运动性。对断层的调查内容,主要包括:断层的位置、产状、性质和规模(长度、宽度和断距),破碎带中构造岩的特点,断层两盘的地层岩性、破碎情况及错动方向,主断裂和伴生与次生构造形迹的组合关系,断层形成的时代、应力状态及活动性。

(7)天然建筑材料和矿产资源调查:对建筑所需的块石料、装饰石料、水泥原料和粗细骨料、粘性土料等,在调查中应查明上述材料的产状、岩性、层位厚度、空间分布、开采条件及开采对环境的影响,对其质量和储量做概略评价。搜集、调查区内大型或有重要价值的矿产资源的储量、质量和分布情况。

(8)地质景观资源调查:调查区内各类岩性、地貌景观的发育特征和分布范围,其形成条件与演化过程,阐明其观赏价值与科学意义;调查景观地段的环境地质条件,结合人文景观及地区的经济、交通条件,评价其开发利用条件并提出保护措施。

7工程地质调查的原始成果及资料汇总

总体规划工程地质测绘过程中须经常校对原始资料,并进行阶段性总结,及时发现和解决问题,指导下一步工作。野外测绘结束后,在进行全面系统的资料整理和初步综合研究的基础上,提交以下主要原始成果:a.野外调查实际材料图;b.野外工程地质草图;c.实测地层剖面图、工程地质柱状图及第四系综合剖面图;d.各类观测点的记录卡片;e.轻型山地工程(坑、槽探)记录表及素描图;f.井、泉调查统计表及动态观测记录表;g.外动力地质现象、地质灾害和主要工程地质现象等专题内容一览表;h.岩、土、水样采样统计表及试验成果一览表;古生物化石采集登记表;孢粉、古地磁采样登记表;i.地质照片图册;j.文字总结。

8结语

本次规划区总体规划阶段的工程地质调查,为编写总体规划阶段工程地质勘察报告及各项专业总体规划提供了工程地质资料依据。

参考文献:

[1]GB50021—20011岩土工程勘察规范[S].

[2]CJJ57-94城市规划工程地质勘察规范[S].

[3]吴增利等主编国家郑州经济技术开发区工程地质勘察报告(总体规划阶段)2009年.

地质工程与地质学的区别篇4

基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划项目(nCet-11-0406)

作者简介:荣冠(1971-),男,武汉大学水利水电学院副教授,博士,主要从事岩体稳定性研究及工程地质教学工作,(e-mail)。

摘要:工程地质是水利类本科生的一门重要专业基础课,课程教学内容和环节丰富,难点较多,实践性强。如何在课堂教学和野外实践教学中有效提高教学质量是一个值得探讨的问题。文章详细分析了水利工程课程中的难点及教学中存在的问题,从课堂教学、实践教学、英文教学及课程考核等方面全面介绍了课程教学经验及改革探索。提出课堂教学应注重理论紧密联系工程实际,实践教学应注重培养学生动手技能和发现、分析、解决工程地质问题的能力,开展英文教学是培养国际人才的必然趋势,考核机制应全面反映学生的综合能力等观点。

关键词:工程地质;水利专业;教学研究;理论教学;实践教学

中图分类号:tV135;G642421文献标志码:a文章编号:10052909(2013)05011007工程地质是研究工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门地质科学,是以地学学科的理论为基础,应用数学与力学理论和工程技术及方法解决与工程规划、设计、施工和运营有关的地质问题[1]。工程地质课程是水利类本科专业的一门重要专业基础课程。水利水电工程建设是人类在认识自然的基础上改造自然并为经济建设服务的活动,进行水利水电工程建设首先必须了解自然环境和工程条件,而环境地质条件是与水利水电工程关系最密切、最重要的自然条件。

当前,中国工科高等教育人才培养主要目标是:培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才[2]。工程地质课程作为水利类专业中一门实践性强的课程在凸显人才培养目标方面,更加突出工程地质理论和实践教学的必要性与重要意义[3-4]。

工程地质课程的教学分为课堂理论教学部分与野外地质实习部分。课堂理论部分主要讲授矿物岩石、地质构造、地质作用、地下水、岩体工程特性,边坡、坝基、洞室围压稳定性评价,工程地质勘察等知识。野外地质实习部分主要进行岩石及地质构造认识,风化、卸荷及河流地质作用研究,地下水及其作用研究,水利枢纽工程地质条件与问题分析评价等。

由于工程地质课程涉及的相关课程较多(矿物学、岩石学、构造地质学、地史学、地貌学、水文地质学、材料力学、岩石力学、土力学等),且这些课程多为地质专业课程。同时,工程地质课程实践性很强,但学生又缺乏实践经验和实践机会。因此,在有限的理论教学和实践教学时间内,如何合理安排教学环节,使学生扎实掌握工程地质相关概念及基本原理,并使学生初步具备分析工程地质条件及解决工程地质问题的能力,是一个很值得探讨的问题。根据笔者多年从事工程地质教学的经验,针对水利类本科专业工程地质教学,首先介绍学校工程地质课程的设置,然后分析课程教学的重点及难点,再从课堂教学、实践教学、英文教学、考核方式4个部分探讨理论与实践教学的改革思路,以期在提高教学效果、培养学生分析工程地质条件和解决工程地质问题能力方面有所收获。

一、水利类工程地质课程介绍

(一)水利工程地质课程设置

武汉大学水利水电学院最早可追溯至1928年创建的国立武汉大学工学院土木系水利组,学院现已成为国内水利水电高级人才培养的摇篮和科学研究的重要基地。一直以来,工程地质课程为水利各专业(农田水利、水电工程、河流泥沙、水文水资源)的重要专业基础课程。工程地质课一般在第五学期或第六学期开设,包括48学时课堂教学和1周的野外实习。课堂教材主要使用天津大学主编的《水利工程地质》(第四版)[1],实验及野外实习采用武汉大学编写出版的实习教材[5]。

(二)水利工程地质课程内容

水利工程地质主要是研究水利水电工程建设中的工程地质问题。主要内容包括岩石及其工程性质,地质构造及区域稳定性,地表水流的地质作用及河谷地貌,地下水、岩溶及库坝区渗漏地质条件分析,岩体工程特性,坝基、边坡及洞室围岩稳定性分析,水利水电工程地质勘察等。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

荣冠,等水利类专业工程地质课程教学研究与改革探索

课程的教学分为课堂教学与实践教学两部分。课堂教学主要讲授地质学基础知识和水利三大类岩体(边坡、坝基及洞室围岩)稳定性分析基本理论。通过课堂教学力求使学生掌握工程地质学基本概念、工程地质分析基本原理和岩体稳定性评价基本方法。实践教学通过野外现场典型岩体、地质构造、地质作用等的直接观察和分析来增强感性认识、理解并深化工程地质理论知识,使学生初步具备分析工程地质条件和解决工程地质问题的能力。水利类工程地质课程教学基本内容可总结为地质学基础知识和岩体稳定性分析两方面,核心主线则是工程地质条件及工程地质问题的分析研究。课程室内外教学均是围绕该主线开展的。

二、水利工程地质课程中的难点及问题

(一)工程地质相关概念不易理解和掌握

对于水利专业的学生来说,工程地质课是他们第一次接触地质学知识。多数学生,尤其是来自平原地区的学生,缺少对地质现象的感性认识,这使他们更不易理解相关地质现象和地质作用。水利工程地质课程的开始部分主要讲述地质学基本概念,包括矿物和岩石的成因、成分及分类,内外力地质作用概念,产状、节理、断层、褶皱等地质构造,地层地史,地质图分析,区域稳定等。这些内容涉及矿物学、岩石学、地层古生物学、构造地质学等知识。这些概念和相关课程知识对于初学者来说完全是陌生的。例如:在分析沉积岩的石英砂岩与变质岩的石英岩区别时,一般学生很难从沉积作用和变质作用的成因角度深刻理解其矿物结晶程度、颗粒大小、矿物纯度、孔隙率等方面的差异。在现场分析褶皱构造时,不少学生容易把现代地形与褶皱形态混为一谈。实际上起伏的山脊为背斜,剥蚀的山谷为向斜往往是不对的,反过来,背斜核部易形成河谷低地,向斜核部则可能形成山脊。准确定位褶皱应根据现场垂直岩层走向观察结果,若有岩层按新老次序有规律地对称出现时,则可肯定有褶皱。然后根据岩层新老组合关系的分析确定褶皱的基本类型(背斜或向斜),进一步依据两翼岩层产状、轴面产状以及地层层序判断褶皱的剖面类型和平面类型。但现场地层及其年代的划分,对于水利专业初学者而言是难以掌握的,况且岩层的产状及地层的划分往往又具有隐蔽性,因此,地质学基础概念往往是水利工程地质课程开始阶段学习的难点。

(二)工程地质条件难以全面和深刻理解

工程地质条件指的是与工程建设有关的地质因素的综合,是自然历史发展演变的产物。对大型水利工程而言主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、物理地质现象(滑坡、崩塌、泥石流、风化、卸荷、侵蚀、岩溶、地震等)及天然建筑材料等6个方面。工程地质条件直接影响工程建筑物的安全、经济和运营管理。兴建大型水利水电工程,首先都要查明枢纽及库区的工程地质条件。不同地区的地质环境差异及水工建筑物类型的不同,对水利工程的影响也不同。教学中发现,学生对工程地质条件的复杂性认识不足,难以全面理解工程地质条件的内涵,这样自然导致对工程地质问题的把握不准。例如:西南水电工程主要集中在川、藏、滇、青等省区河流的深切河谷地区。该区域的自然地质环境十分复杂,相应地在此建高坝大库的工程地质条件也十分复杂。深切河谷往往首选高拱坝方案,此时地形地貌就是关键的地质条件,将直接影响工程高边坡的稳定与安全,同时影响并制约水工建筑物的布置、施工安排等。在西南深切河谷且为深覆盖层坝区,从坝基防渗及挡水建筑物安全的角度考虑多采用当地材料坝型,坝体防渗多为混凝土面板而非粘土心墙方案,这主要就是从天然建筑材料经济合理的角度考虑。

(三)对工程地质问题缺乏认识和实践经验

工程地质问题指的是工程地质条件与工程建筑物之间存在的矛盾或问题。对大型水利工程而言主要包括坝基和坝肩抗滑稳定问题,坝基渗漏和渗透稳定问题,边坡稳定性问题,地下洞室围岩稳定性问题,水库渗漏、水库淤积、库周浸没、库岸再造,水库诱发地震等问题。工程地质学简单说就是分析工程地质条件,解决工程地质问题。因此,工程地质问题是课程的最终落脚点。不同水工建筑物由于对场地条件要求存在差别,其相应的工程地质问题也存在差异。实际工程中,全面揭示工程地质问题是有难度的,尤其是深层隐伏的地质问题,更是从浅表很难观察确认。目前对水利专业,工程地质课程一般在水工建筑物等专业课之前开设,许多学生对水工建筑物知之甚少,对水工建筑及枢纽区可能会出现哪些地质问题更是难知一二。

例如:对水利工程三大坝型工程地质问题的分析。土石坝主要由粘土、碎石、块石等散体堆积而成,坝体允许产生较大的变形,它对坝基工程地质的要求较低,可以在软基和工程地质条件复杂的坝基上兴建。由于坝基河床地质条件多变,易出现过大沉降引起坝体裂缝、坝基渗漏和渗透变形问题,以及粉细沙层震动液化等问题。重力坝主要依靠坝身自重与地基间摩阻力来保持稳定。重力坝对坝基要求高,一般要求修在弱风化下部的岩基上。该类坝型最主要的问题就是过大变形或不均匀变形导致坝体裂开,软弱结构面组合形成深层滑移块体。拱坝主要通过拱作用传递荷载到坝肩,所以拱坝对两岸岩体的要求较高,而对河床坝基岩体要求相对要低。两岸拱座岩体应新鲜完整、无大断层,狭窄对称的“V”字形河谷是首选地形条件。此时应特别关注顺河向软弱结构面切割形成的滑移块体。由于学生在这一阶段对水工建筑物不熟悉,同时缺乏对三大坝型的现场感性认识,导致他们较难在合理评价相应工程地质条件的基础上深入分析潜在的工程地质问题。

(四)工程地质分析方法不易理解和熟练运用

由于工程岩体结构特征及力学特性的复杂性和不确定性,针对岩体变形与稳定性的工程地质分析方法主要是定性与定量结合,总体上是半经验半理论性的。针对实际工程,在较大程度上是以现场经验为前提,然后通过工程地质定性分析结合定量计算综合确定。工程地质的分析方法主要有工程地质类比法、图表法、室内外实验方法、力学模型定量计算法等。各方法都有一定条件和适用范围,即存在各自的优缺点。实际应用中宜将几种方法结合,互相补充。针对不同的工程地质问题,刚学习课程的学生对怎样合理选择分析方法缺乏经验,熟练掌握困难更大。

现以岩质高边坡稳定性评价为例,简要讨论工程边坡稳定性评价的基本思路。总体上边坡稳定性的影响因素包括地形地貌、岩体结构、地质构造、风化卸荷、水的作用、地震及构造运动和人类工程活动等。首先从经验上判断其稳定性主要从坡形坡高、岩体强度、坡体结构等直观判断,此时工程地质定性方法(如赤平投影)就是较好的方法。对于边坡浅表的变形及破坏情况,则主要考虑岩体的风化和卸荷程度,及其卸荷裂隙等的组合情况。对于边坡的整体及长期稳定性,则需通过详细的地质勘探,确定潜在的破坏模式和滑移边界,采用如三维极限平衡方法、有限元应力应变方法等计算其变形和稳定性。边坡变形模式及边界、结构面和岩体力学参数的确定是关键,同时还应合理考虑地下水及地震等因素的影响。所以对岩石边坡采用工程地质方法合理评价其稳定性是一项较复杂的工作,对于初学者来说是不易全面和熟练掌握的。

(五)工程地质实习和工程实践时间不足

工程地质教学来源于实践并回归于实践,其最鲜明的特点就是实践性强。教学实习和工程实践是巩固和加深地质理论知识的有效途径,是理论联系实际培养学生掌握科学方法和独立能力的重要渠道。地质实践教学的任务主要是让学生亲自接触各种真实的地质现象及工程问题,用已学到的理论知识观察分析现象,提出解决问题的方法与措施。例如:断层是工程地质学中的基本概念,但学生要理解断层的规模与工程特性、现场鉴别方法及其对工程的影响是较困难的。通过现场露头可以较直观地了解断层的三种形态类型及其基本特征,对较大规模的断层可引导学生从地形地貌不协调、地层的重复或缺失、伴生构造及构造岩、地表地下水的异常分布等方面来认识。在此基础上分析断层的级别、特征及其对工程的影响学生就容易理解和熟悉,然而由于教学时间及经费的限制,学生在实习和实践方面的机会相对较少。在有限的实习和实践时间内,如何合理安排教学实习路线及教学内容,让学生能够较好地掌握基本概念和原理,并初步具备分析和解决问题的能力,是目前水利工程地质实践教学中的一大难题。

三、水利工程地质课程改革探索

(一)课堂教学改革

1.突出重点分解难点

由于水利工程地质课程涉及较多概念和方法,同时关联较多课程,是一门综合性很强的课程。由于教学课时有限,要将所有内容都面面俱到地深入讲解,显然是不可取的。这就要求在讲授时有的放矢,合理安排教学内容,做到突出重点、解剖难点,始终把握地质学基本概念和岩体稳定评价两个主要内容,抓住工程地质条件和工程地质问题两条主线。这样可以使学生从较多的概念和方法中理清思路,把握课程主体框架。例如:在地质构造部分,阅读和分析平面地质图是重点,同时也是难点。平面地质图的阅读要求熟悉地层年代、产状、褶皱、断裂、地史等理论知识,同时需要结合具体工程分析不利条件及可能存在的问题。为此需要结合教学图件,详细分析褶皱、断裂等存在的依据,并讨论作为坝基或洞室的地质条件可能存在的不良地质问题。这样学生才能较快掌握地质图的分析方法及工程应用。

2.理论联系实际

工程地质学的理论性较强,各种概念及分析方法较多。这些内容均源于地质作用和工程实践,在讲授课程时如只照本宣科,学生很难对一些抽象的概念及方法感兴趣,这样教与学的效果均较差。在教学过程中注重理论联系实际将是提高教学效果、提高学生学习兴趣的最好手段。例如:在讲授岩石和地质构造内容之后,学生对三大类岩石的特性及现场鉴别、具体的断层和褶皱构造的理解和分析仍是模糊的。笔者则以珞珈山为例,该地质体即为学生大学生活的环境,引导学生探寻珞珈山的岩石类型,以及是否存在断裂和褶皱。几乎所有学生都对此感兴趣,并乐于了解校园的地质情况。由此对珞珈山地层岩性进行介绍,在此基础上分析褶皱、逆断层及平移断层分布等。学生惊叹常在身边出露的岩石就是典型的石英砂岩,而校园内的樱花大道竟是一条逆断层。通过这个实例很好地将基本地质概念与周边的实际环境联系起来。

3.传统与现代教学结合

水利工程地质课程内容较多、实践性强,而且课时有限,因此要求将传统教学与现代教学相结合,这样可以很好地发挥各自的优势。重要的概念及分析方法以黑板演绎并详细讲解,使学生的注意力集中,有利于学生对重点难点内容的深入理解和掌握。例如:在介绍层状岩层产状时,宜采用教学图件分步讲解,使学生切实理解走向、倾向、倾角的真实含义及实际意义。在讲解赤平投影原理时,则需按投影方法介绍点、线、面等的投影过程,使学生理解空间点、线、面与赤道平面投影的关系,这样结构面的空间产状与赤平投影图间的关系也就清楚了,后续运用其分析边坡稳定性也就简单易懂。水利工程地质课程涉及许多地质作用、地质现象及工程实例。此时多媒体演示则显示其优势,多媒体课件可提供大量信息,形象生动地展现自然现象及复杂事物,其效果是口头表达难以达到的,同时也可提高学生学习兴趣,节省讲解时间。课余时间鼓励学生通过国内外各种网络资源(特别是高校工程地质课教学资源)了解和学习相关工程地质知识,也可以用即时通讯方式解答学生的不同问题,利用现代网络资源最大限度地开展教学互动,让学生扎扎实实学好工程地质课程。

(二)实践教学改革

实践教学环节是保证和检验水利工程地质课程教学效果和质量的关键。要真正熟悉和掌握水利工程地质的知识及方法,各种不同类型的实习实践教学是必不可少的。以下从室内实验、校内现场教学及水利枢纽地质实习3个环节来介绍实践教学。

1.强化室内实验教学

武汉大学水利水电学院较早建成工程地质实验室。实验室主要有各种矿物、三大类岩石、古生物化石、构造模型、典型水利枢纽岩石、各种地质图件及影像资料。同时还配有偏光显微镜、GpS、电子罗盘、GiS等设备和工具软件。目前实验室可以满足水利类专业本科教学要求。室内实验教学主要安排造岩矿物、岩浆岩、沉积岩及变质岩的认识。同时还讲授地质图阅读、罗盘及GpS使用等教学内容。

以三大岩石的认识为例,这对于学生来说是难点,仅通过课堂讲解学生很难掌握岩石的特征和鉴别方法。在课堂讲授造岩矿物及三大岩类后,需要进行三大岩类认识的室内实验教学:学生按5人一组进行分组,每组学生提供三大类岩石标本各一盒。教师先复习岩石的成因、矿物组成、结构构造及分类等,然后以3种典型岩石为例分析矿物及结构特征,再分析其成因和类别。在此基础上让学生仔细观察各种岩石标本,由各组学生相互讨论以寻找鉴定矿物和岩石的规律和技巧。对学生的具体问题教师现场答疑,对相似矿物的鉴别、结构的理解等共性问题由教师总结分析。通过室内实验课教学环节基本可以使学生掌握常见岩石特征和鉴别方法,对后续现场实习具有重要意义。

2.重视校内现场教学

武汉大学地处东湖之滨,校园内有珞珈山和狮子山,存在不少良好的地质露头、各类地质构造较丰富。为配合基本地质理论知识讲授,笔者充分利用武汉大学校园内的珞珈山地区进行现场教学。该地区发育有志留系、泥盆系、石炭系、二叠系及第四系等沉积岩,地层呈有规律的东西向条带状分布,呈现节理、断层、褶皱等地质构造。武汉大学水利水电学院从20世纪50年代开始,在珞珈山地区安排校内地质现场教学,实习路线从北向南横跨珞珈山,要求学生现场观察珞珈山地区岩石岩性、产状、风化、卸荷、隐伏岩溶、地下水露头、节理、断层、褶皱等现象。通过现场地质调查,学生可以理解地层划分及年代概念,熟悉产状的概念及测量方法,节理、断层及褶皱的鉴别和分析方法,最后独立完成简要的珞珈山地质调查报告。通过该单元的校内现场地质教学,可以进一步深化学生对基础地质概念和理论理解,培养学生独立分析和解决问题的能力。

3.完善野外地质实习

(1)水利枢纽地质实习目的与安排。工程地质野外教学实习是课程教学实践的最重要环节,目的在于巩固课堂所学的理论知识,使理论与实践紧密结合。通过对水利枢纽区地层、岩性、地质构造、地下水及外动力地质作用等的调查研究,使学生初步掌握野外地质工作的一般方法,了解水利枢纽工程地质条件及主要工程地质问题,熟悉地质报告编写及地质图件绘制的方法。实习教学包括路线教学、专题调研、现场讨论、内业整理等环节。通过现场调查、专题问题讨论、面试考查、实习报告编写等过程,培养学生野外地质工作能力和分析解决工程地质问题的能力。

(2)野外实习区域及路线的选择。良好的实习区域与路线是满足工程地质野外实践教学要求的基础。实习区域应选择岩石类型及地层较丰富,河流地貌及水文地质现象发育良好,具备地质构造发育和风化、卸荷及边坡变形等外动力地质作用发育的地带。同时应具备典型的水利枢纽工程以便进行水利水电专业工程问题的分析讨论。在此基础上根据地层岩性及地质构造、河流地貌与地下水、边坡变形及稳定性分析、水利枢纽地质条件及工程问题等选择4~5条典型路线作为教学单元。路线选择注意地质现象的典型性及易识别性等特点,同时注意地质现象与工程实践的密切联系。

以武汉大学为例,从20世纪50年代开始,陆续建立了陆水实习基地、丹江口实习基地、韶山灌区实习基地等。2010年三峡工程建成后,又建立了湖北秭归三峡库区实习基地,选择茅坪至链子崖(郭家坝)、高家溪、泗溪、副坝大坝及永船等线路进行教学。三峡库区具有大量典型意义的地质露头,同时能够结合具体的水利工程建筑物(如大坝、副坝、高边坡等)进行工程地质条件与问题的分析。主要路线地层出露及地质构造较为齐全,风化、卸荷等动力地质作用和河流地质作用,以及地下水、岩溶等地质现象均有出露,能够满足水利类专业野外工程地质实习的要求。

(3)野外实习环节及质量控制。整个实习期间每个教学单元要求有明确的教学内容。总体上要求完成:①典型剖面地层野外观察和描述,包括岩性、接触关系、产状及测量、岩浆岩和沉积岩及变质岩小构造观察、风化作用、地形图的使用等。②河流地貌及水文地质调查,包括河流侵蚀、堆积,河床、河漫滩及阶地观察,河谷边坡卸荷及变形,潜水露头,岩溶水,岩溶地貌等。③边坡变形及稳定性分析,包括典型卸荷拉裂体、崩塌体、滑坡体的现场调查,变形及破坏特征,边界条件,稳定性影响因素及评价,变形破坏成因,工程防护及治理方案等。④水利枢纽教学单元,主要侧重水利枢纽主要建筑物的组成及功能,大坝、副坝、高边坡、水工隧洞等主要工程地质问题分析。⑤资料整理及报告编写,主要是对现场观察的内容进行分析整理,按要求编写实习报告。

野外地质实习以小组为单位进行,实习过程要求分工明确、团结合作,现场特别强调纪律和安全。实习成绩评定综合考虑思想表现、组织纪律、操作技能、野外纪录、面试讨论及实习报告等。

(三)英文教学探索

1.工程地质英文教学意义

英语教学或中英文双语教学是目前本科教学改革的重要内容。基于高等学校培养具有国际视野和国际竞争力、面向未来的新型高素质人才的要求,高校对主要课程实行英文教学十分必要[6]。随着中国基础建设及能源等领域大规模工程的开展,在相应学科进行学术和业务交流已是基本要求。水利行业早已走出国门,承接或合作国际科研和工程项目。这就要求学生不仅有较高专业造诣,而且需要具备较好的英文文献阅读能力、语言表达和交流能力。

2.工程地质课程英文教学实施

(1)选定英文教材。工程地质英语教学,首先应选择合适的英文原版教材。国外出版的工程地质书籍较多,但适合国内水利专业使用的工程地质英文教材较少。这主要是国外很少有专门针对水利类的工程地质教材,多数教材是针对工程地质专业编写的。考虑到初学及课时情况,笔者建议采用tonywaltham编著的《FoundationsofengineeringGeology》(thirdedition)[7],这本教材包括岩石、地质构造、物理地质作用、地下水、岩土力学特性、边坡、隧洞及采空区等,内容简洁,通俗易懂。其次,推荐F.G.Bell编著的《engineeringGeology》(Secondedition)[8]作为主要参考书。这本教材内容较全面,包括岩石、地质构造、物理地质作用、地下水、岩土工程特性、地质勘查及洞室、边坡、坝基等内容。在工程地质英文教学过程,建议学生使用网络资源,国外知名大学有不少工程地质课程资料[9]可供参考,同时从《engineeringGeology》和《RockmechanicsandRockengineering》等国际学术刊物学习有关论文及知识。由于专业需要,学生还需使用中文版的水利工程地质教材作为对照读物。

(2)英文课件及教学。英语课堂教学主要采用多媒体方式,可提高讲授速度和效率。在制作英文教学ppt时,应尽量简洁明了、图文结合,英文一定要规范。对一些专业性强的知识(如专业术语)可适当加中文注释。授课语言主要为英语,对不易理解的内容可用中文解释。为了保证教学效率,要求学生课前进行适当预习。课堂上采取师生互动形式,提高学生英语表达能力。平时作业、小测验及期末考核均要求采用英文进行。授课教师自身英文必须熟练,首先是专业概念及术语的准确表达,其次是发音的准确。

(四)课程考核方式

为更好开展工程地质教学工作,其中一个重要环节是课程考核。课程考核目的是考察学生掌握知识的情况及分析问题的能力,科学有效的考核方式可以充分发挥学生的主动性和能动性,从而提高教学效果和质量。目前水利工程地质课程包括室内教学和野外实习两个部分,一般是独立考核。其中室内教学部分主要考察地质基本知识及水利工程相关岩体稳定性评价方法的掌握情况,成绩主要由平时作业、课堂小测验、专题讨论及期末闭卷考试组成,要求学生以掌握地质知识和工程问题分析方法为主,鼓励平时交流讨论,避免考试突击的学习方式。野外实习考核主要考察学生基本技能的掌握情况,侧重考核问题的分析理解能力,从现场主动性、操作技能、综合分析、面试讨论、实习报告及组织纪律等方面综合评定。

文章总结笔者多年教学实践经验及课程改革探索供高校同行参考,以期在提高水利工程地质教学质量,提高学生学习积极性和培养学生创新能力方面发挥积极作用。

参考文献:

[1]崔冠英,朱济祥.水利工程地质[m].4版.北京:中国水利水电出版社,2008.

[2]中华人民共和国教育部.关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见(教高[2011]1号)[eB/oL].(2011-01-08).

[3]王哲,陈东瑞,张勇.土木工程专业工程地质课程实践教学方法探讨[J].高等建筑教育,2010,19(4):125-127.

[4]程建军,王海娟.水利类本科专业工程地质课程教学探索[J].高等建筑教育,2012,21(3):98-100.

[5]杨连生,王涛,李宏明.水利水电工程地质实习指导书[m].北京:中国水利水电出版社,2008.

[6]黄雨,卞国强,叶为民.土木工程专业工程地质学双语教学改革探讨[J].高等建筑教育,2009,18(2):97-101.

[7]tonywaltham.FoundationsofengineeringGeology[m].thirdedition,Sponpress,2009.

[8]FGBell.engineeringGeology[m].Secondedition,Butterworth-Heinemannpress,2007.

[9]missouriUniversityofScienceandtechnologyCourses[eB/oL].http://web.mst.edu/~rogersda/

Researchandreformexplorationonteachingmethodsofengineering

geologyforwaterconservancyspecialty

RonGGuan,ZHoUChuangbing,CHenYifeng

(SchoolofwaterResourcesandHydropower,wuhanUniversity,wuhan430072,p.R.China)

地质工程与地质学的区别篇5

【关键词】高地应力;判别;研究现状

analysisofthepresentSituationofHighearthStressinterpretationtechnology

wangRui1,Liming-liang1,DengXiang-hui1,ZhangJin-zeng2

(1.SchoolofCivilandarchitectureengineering,Xi'antechnologicalUniversityXi'anShanxi710021;

2.ChinaRailwayeighteenBureauFifthengineeringCo.,Ltdtianjin300222)

【abstract】Howtoevaluatethehighstressstateinengineeringrockmasshasalwaysbeenaproblemthatshouldbetakenintoaccountbyengineeringdesigners.accurategraspingofin-situstressstateisanimportantfoundationforthestabilityevaluationofundergroundengineering,andtheselectionoffeasiblehighgroundstresscriterioniscarriedoutprerequisitefortheevaluationofin-situstressstate.Basedontheresearchresultsofthepredecessors,thispapersummarizestheevaluationmethodsandcriteriaoforiginalhighlandstressevaluationindetailbasedontheanalysisofexistingin-situstressevaluationcriteria,soastofacilitatethereferenceofotherprojects.

【Keywords】Highearthstress;Distinguish;Currentresearchsituation

1.引言

近年来,随着我国资源开发和基础设施建设的不断发展,隧道和地下工程建设进入了大发展时代。我国山脉众多,地形地质条件复杂,重大工程中需要建设的深埋长大隧道越来越多,目前长度超过10Km,埋深超过1000m的隧道已司空见惯。尤其在西部地区,隧道工程穿越的地质体多经历强烈的地质构造改造和浅表生改造,其地质结构复杂,地应力高,例如西康线秦岭铁路隧道最大埋深1600m,花岗岩强度为325mpa,初始地应力最大值达86.16mpa;成昆线关坝村隧道埋深1650m,硅质灰岩强度120mpa,地应力高达35mpa;重庆渝长线铁坪山公路隧道隧道埋深480~550m,石英砂岩强度80~110mpa,最大地应力为28.4mpa。对于这种深埋隧道,由于围岩处于较高的初始地应力状态(简称高地应力区),且洞室周围的岩体一般是高强度的脆性硬岩,在三维高地应力条件下表现为延性,但当开采扰动发生卸荷时又表现为脆性(转化为平面应力或单轴受力状态),致使岩体经常发生弹射、膨胀突出、崩塌、甚至岩爆等猛烈的破坏,这种现象将极大地威胁隧道施工的安全。快速、准确的判释围岩的初始应力场是否属于高地应力,将对隧道工程设计施工提供有力的技术支持。

2.高地应力判别标准

2.1我国陶振宇教授(1983)[1]对高地应力给出了一个定性的规定:高地应力是指岩体的初始应力场中水平初始应力分量,大大地超过其上覆岩层的岩体重量。

2.2孙广忠教授(1993)[2]认为高地应力还与岩石所受的应力历史和岩石弹性模量等诸多因素有关。同时提出了高应力地区和低地应力的一些地质标志(表1),可大致区别地应力的高低水平。

2.3目前定量判别高地应力的方法主要有三种:

(1)以地应力的绝对大小划分,认为最大主应力达到20~30mpa时,就可以认为岩体处在高应力状态。

(2)天津大学薛玺成(1987)[3~4]提出高地应力区的划分应以构造应力在应力场中的贡献大小为根据。以此为基本出发点,用多元回归分析可分别求出自重应力场与构造应力场,分析两者在地应力场中的贡献大小与配比。建议用下式划分地应力区:

n=i1/i10

式中:i1――实测地应力的主应力之和;i10――相应测点的自重应力主应力之和;n――比值.。

n>2,为高地应力区,即50%以上的地应力值是由构造应力产生的;

n=1.5-2,为较高地应力区,在应力场中有30~50%是构造应力产生的,其余为重力场应力;

n=1-1.5,属一般地应力区,n=1时是纯自重应力场。

(3)利用岩石单轴抗压强度(σci)和最大地应力(σ1)的比值,即:

Gn=σciσ1

式中:σci――围岩单轴抗压强度;σ1――围岩最大地应力值。

不同国家对于地应力的高低界定值却有很大的差别,部分国内外分级方案(见表3)。虽然其分级标准各有不同,但国内大都以《工程岩体分级标准》(GB/t50218-2014)为准(见表2)。

3.高地应力判别方法

3.1基于以上三种判别标准,在实际工程中主要采用现场测试法和理论分析法来分析围岩的初始应力状态。

3.1.1现场测试法。

(1)由于岩石单轴抗压强度较易获得,故测试围岩最大地应力成为该方法的难点。蔡美峰教授依据测量基本原理将现场测量方法分为直接法和间接法两大类[5]。直接测量地应力大小和方向的方法主要有应力解除法、应力恢复法、水压致裂法、钻孔崩落分析法等。间接推断地应力大小和方向的方法有测量岩芯波速各向异性法、岩芯微裂隙取向统计法、震源机制推断法、横波分裂法等。相对而言,直接测量法比间接推断法更为可靠、准确。

(2)近年来,研究人员又提出了一种相对简便的室内测试方法Kaiser效应测试法[6]。这种方法在现场采得定向岩芯,在室内取定向岩样放在压力机上加载检测岩石试样声发射。根据岩石声发射的Kaiser效应,判定试样的先存应力,由此确定现场采岩心地点的地应力。该方法简便经济,可测得岩石历史最大应力,对于地质力学及工程应用都有重要意义。

3.1.2理论分析法。

近年来国内外很多的学者对地应力值的大小开展了大量理论推导研究,总结起来地应力的计算分析主要经历了定性研究和定量研究两个阶段。

(1)定性研究。

这种分析方法主要在地应力研究的早期,海姆[7]提出的“静水应力式”分布认为地应力以水平应力为主;前苏联学者金尼克[8]根据平面应变弹性理论提出了垂直应力为主的观点,水平应力为垂直应力与侧压系数的乘积。这些工作揭示了地应力的分布规律,认识到了地应力对工程影响的重要性,但是却无法给出具体的量值来指导工程设计与施工。

(2)定量研究。

地应力的现场观测可以得到测点“真实”的地应力资料,特别是随着科学技术的发展,观测设备和观测方法也越来越先进和准确,但是现场观测的最大缺点就是费用太高。因而,根据有限的观测资料进行初始地应力场分析计算,以得到整个工程区的初始应力值及分布规律就显得具有极其重要的意义。现阶段主要有粘弹性理论为基础的解析法计算、基于有限元软件的数值计算法和位移(应力)反分析法都有着广泛的应用。

3.2以粘弹塑性理论为基础的解析法,根据现场得到的位移观测资料,按照地应力形成理论来计算工程区的地应力。这种方法的最大优点是计算简单方便,理论严谨,可以节约大量的地应力测点费用,在地质条件不是特别复杂的地区应用这种方法会取得比较满意的结果。这种方法的缺点就是不能充分考虑地质条件的复杂性,况且每一种解析方法的假定与实际条件都有较大的差距。人们普遍认为这种将按复杂规律分布的初始地应力进行正演计算的研究实用价值不大,但可以作为初期对工程区地应力场的一种估算方法。

3.3近二、三十年来,随着计算机技术和数值分析计算方法的进步,使得进行大型的数值模拟和计算成为可能,各种数值计算方法不断涌现。位移图谱反分析法、初始地应力的反推原理、初始地应力位移反分析计算的有限单元法等,通过位移反分析推求初始应力场。边界荷载调整法、岩体初始地应力场的分析方法、地应力场趋势分析等,通过应力反分析推求初始应力场。

3.4在国外,这方面的理论研究主要集中在位移反分析上。其中,比较著名的是

日本神户大学的樱井春辅[16]等人提出的位移-应变反馈确定初始地应力与地层参数值的有限单元法。美国学者古德曼(R.e.Goodman)[17]在岩石力学专著中已提到可依据位移量反算初始地应力,意大利学者焦德(Q.Gioda)[18]己从事位移反演理论研究多年,并已取得系列成果,包括可同时确定初始地应力场和地层特性参数的优化反演分析理论。

4.结论

综上所述,高地应力的判别方法很好地体现了多角度多指标分析的思路,对其他工程有较大的借鉴意义。初始地应力场的分析依旧是工程界的难题,现场测试操作复杂且成本过高,而仅靠理论分析结论的准确性难以保证,在实际工程中有可能出现判定略有差别的情况,故结合围岩稳定性分析对初始地应力状态进一步深入研究,是高地应力判释技术亟待解决的问题和发展的方向。

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地质工程与地质学的区别篇6

关键词:水工环;图件类别;编制方法?

cartographyofhydrological-engineering-environmentalgeologymaps?

donghua,zhangfa-wang,chengyan-pei,gaoyun?

(theinstituteofhydrogeologyandenvironmentalgeology,cags,shijiazhuang050061,china)?

abstract:it′sagoodmeanstotraceglobalenvironmentalchange,addresscross-borderregionalhydrological-engineering-environmentalgeologyissuesandfindrulesandcharacteristicsoflargesystemsbyintercontinentalandcross-bordermappingwithsmallscales.thestudyofgroundwaterresource,geologicalenvironmentandtheharmoniousdevelopmentofhumanactivitiesforonenationormajoreconomicareas(zones)isalsothetruth.inordertoprovidethestraightforwardhydrological-engineering-environmentalgeologyinformationwith4-dtothereaders,theclassification,maincontentsofhydrological-engineering-environmentalgeologymapshavebeenelaboratedinthispaperbasedonthemulti-level,multi-objective,multi-factorcharacteristicsofthemaps,whichisofgreatsignificanceinenhancingtheintegrationofmajorgeologicalsurveyformstobettermeettheneedsofthecommunity.?

keywords:hydrological-engineering-environmentalgeology;mapclassifications;cartography

水文地质、工程地质和环境地质(简称:水工环)系列图件,是该领域研究成果的重要表现形式,其服务领域十分广泛,是一个庞大的多目标、多层次、多因素叠置的多维研究体系。高俊院士把地图定义为:地图是用符号表示的地面的概化了的图形,它必须经过数学变换来建立在平面上。地图作为人们认识和研究客观存在的结果,可以反映各种自然、社会现象的空间分布,也当作人们认识和研究客观存在的工具,去获得新知识[1]。地图不仅是地学、生物和环境科学等区域性学科调查研究的成果的重要表现形式,而且是各学科、各部门总结规律、分析评价、预测预报、区划规划和决策管理的重要手段[2]。地图表达的时空跨度大,既有全球性、区域性和局部性层次区别,也有古地史与现代时域上的差异;从服务对象上又可分为科普性、管理与规划性和应用性;图件有大、中、小比例尺的区分,其表现形式上,既有纸介质的平面图、剖面图、统计图,又有电子数字图、可视化图等种类繁多。由于水工环图件种类繁杂,服务层次有别、对象不同,编图内容和表现形式也不同。地图学专家廖克指出:地图学是一门技术性较强的学科,容易忽视理论的研究与探索。地图学的理论与方法往往来源于地图编制实践,但必须从大量的地图编制实践中,将所积累的丰富经验,经过系统总结和概括提炼,形成一定的原则和规则,又用其指导地图编制实践[3]。因此,有必要探讨水工环图件的类别划分、编图主题与内容,图层要素的逻辑关系,文字报告与附图、插图以及图件与说明书的匹配关系。阐述大区域、大尺度与大系统小比例尺水工环系列图的编制的意义,提升重大地质调查成果的集成表现形式,对于国家的宏观决策、不同行业的需求和促进学科发展是十分必要。?

1水工环图件的类别划分

按地图内容可分为普通地图和专题地图两大类,前者又分为地形图和普通地理图。后者分为自然地图和社会经济地图(人文地图),必要时还可分出介于上述二者之间的环境地图。环境地图包括环境污染与环境保护、自然灾害、疾病与医疗地理等部门专题地图。水工环图件在地图大类中属于专题地图。由于水工环工作在社会经济持续发展与环境的和谐关系中非常重要,随着水工环研究工作的不断深入,各学科间交叉渗透,对水工环图件用途和内容提出多方面要求,成果图件名目在增多,水平要求更高,服务的领域也在扩展,长期以来,缺乏系统分类,编者感到迷茫与困惑,用图者来至于不同方面存在认知上的差异。因而,图件类别的划分对编图选题与应用效果都会有帮助。?

1.1分类原则

水工环图件的科学性,是以图形表征水工环学科内涵与外延,学科间的交叉渗透,创新与发展;其实用性主要是针对用户的需求而言,按服务对象,读者层次给予区别,提出下列分类原则。

①科学性与实用性目标明确的原则。

②基础性与专题性有别的原则。

③用途与内容一致系统分明的原则。

④图面层次有序逻辑性强的原则。?

1.2水工环图件的类别划分

面对大量的水工环图件,按照上述分类原则、编图内容和服务性质与层次,做出如下5种分类。

①基础性图件。是以传统地学为基础,编制的水文地质、工程地质与环境地质基本内容为主的图件,阐述各自主题条件类型,分布规律及主要特征,包括:岩相古地理图、第四纪地质地貌图、岩土体类型图、可溶岩类型图、水文地质图、工程地质图、环境地质图、岩溶环境地质图[4-7]…等。

②专题性图件。是强调突出与深入地反映某种或多种要素和现象,以专门性水工环研究为出发点,体现水工环调查评价结果为主,选题具有一定的独立性,更注重于资源与功能的针对性,在应用方面更侧重于工程开发、建设与区划的专项论证,具有一定参考价值,主要有:地下水资源图、地下水富水程度图、水文地质参数分区图、地下水供水适宜性图、地下水等水位线及埋深分区图、地下水开发利用程度图、地下水潜力图、地下水应急供水水源地、土壤包气带埋深分区图、地下含水系统调蓄能力图、地下水水质评价图、水文地球化学图、地下水化学类型图、地热资源图、热矿水分布图,工程地质分区图,岩土体结构图、地下空间资源开发及保护图、建筑地基地质环境适宜性图、建材资源图、特殊类土分布图、矿山环境地质图,地质旅游景观资源图[4-8]…等。

③特殊性(问题)图件。是指与人类工程活动有关的环境地质负面效应的图件,具有警示作用,具体反映地质灾害、环境地质问题等的分布、成因、发育发生规律及其评价,预警与防治措施等方面的内容。主要包括:地下水诱发危害图、土壤与地下水污染图、土地荒漠化图、土壤盐渍化图、地下咸水分布图、原生特殊化学元素(氟、碘、铁锰、砷、酚、氰、铬、亚硝酸盐、氡等)分布图,地质灾害(崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、海水入侵等)易发性分区图、地质灾害分布图[7]…等。

④资源与环境安全保障性图件。评估反映地质环境质量优劣、资源数量多少,对经济发展的保障程度,为国土规划与整治、生态建设、功能区划、区位经济发展功能定位提供决策依据。包括:地下水保障程度图、地下水合理开发利用图、地下水防污性能图、地下水供水安全保障图、地质灾害危险性图、地质灾害评估图、地质灾害预测预报图、土地利用地质环境风险预测图、地质旅游景观资源开发与保护图、地质环境功能区划图…等。

⑤政府宏观决策性图。是为国家和各级政府及行业部门服务的图件,大致包括:国土规划与地质环境和谐建议图、地下水合理开发利用与保护建议图、资源开发利用与环境恢复建议图、经济区(带)与地质环境功能和谐建议图、社会经济发展与地质环境管理建议图、环境地质远景工作建议图、水工环(阶段)工作部署图[11]…等。2编图主题与内容及图层要素的关系

根据上述水工环图件的类别,传统的基础性图件编图主题明确,表示内容及方法规范;而专题性、特殊性图件选题存在多元化问题,应该以问题为导向,需求为目标,表达内容广泛形式多样;资源与环境安全保障性图和政府宏观决策性图,是在专题性图件基础上,经过对问题的归纳分析综合概括,提升到为更高层次服务为目的,要具有前瞻性。针对专题性、特殊性图件及其编图主题与内容及图层要素的关系,作出以下分析与探讨,以便提高用图效果。2.1选题方法

水工环系列图的选题应本着问题为导向,目的优先,服务对象层次有别,即:找准问题、科学评价、用户对口、警示未来、保障持续为选题原则。编制水工环系列图是一个复杂的系统,它包容了不同内容、不同功能、不同设计阶段、不同部门所需要的水工环资料、评价结论和决策建议图件,其数量多少和选择的图件种类完全取决于实际需要,原则上以能回答和解决规划和设计方面提出的问题为准。其编图选题内容也不尽一致,有围绕全球水循环与地下水形成与演化为目的,研究水-岩相互作用、水文地球化学特征、地下水环境演化…等;有围绕地下水资源及其开发利用与保护为目的,研究地下水合理开发利用、地下水防污性能、人类活动对地下水的污染、地下水诱发危害…等;还有围绕国家和地方各类工程建设,开展岩土工程地质适宜性评价,地质环境质量评价,地质环境监测,地质灾害预测预报…等。?

2.2编图主题与内容

水工环系列图是由系统的专业数据资料,通过水工环专业内容与测绘信息、数据库系统的转换与连接,基于各类空间数据的地图编辑,来丰富其内涵与外延,拓展系统功能和图面表现形式,反映出资料数据化,平台多元化,形式多样化,从中提取命题所涵盖的各层次的内容,实现主题突出,内容鲜明的图件,才会有所创新。例如:地下水环境系列图,大致可以归纳为:地下水的环境优劣、质量的好坏与利用适宜程度评价,地下水环境与人类活动相互作用引发的负面效应,地下水环境时空演变等综合研究结论。不同编图主题目标可以编制出不同内容、尺度和形式的地下水环境图件,往往出现主题与内容不符,容易混淆不清,仅就一下几种图作出简要提示,如:地下水化学环境图,是在不同的水文地球化学作用条件下,所形成的水化学类型及其水中化学组分总量空间分布特征和规律;地下水水质图,是以《饮用水水质准则》或《生活饮用水卫生标准》评价出地下水质量级别,衡量水的质量优劣;地下水污染图,是水质现状与背景值比较,评价地下水遭受污染的程度,与地下水水质图概念是有严格区别的。地下水防污性能(脆弱性)图,所强调的应该是浅表层岩性的阻隔污染物质进入含水层的能力,还有地下水的自净能力为主要内容;地下水供水质量适宜性图,则是参照我国不同供水目的所对应对的质量标准,从适宜性与安全性及利用方式作出评价。?

2.3图面形式与图层要素的关系

水工环专题图件必须在明确主题及专题内容的前提下,以专题内容提取成图信息,了解用图者的需求,研究不同层次读者对图的理解和接受程度与视觉效果,经过归纳整理转化成图形语言,设计图例系统,确定图层要素主次关系,图层属性与图面表达形式在逻辑关系上要一致,并且有系统完整的数据库作为数据支撑,才能满足不同层次用图者的需求,图面内容既简捷、易读、易懂、感染力强,又有属性明晰和数字内涵丰富的数据库支撑系统,更便于信息的提取,重组生成新的图件,实现动态管理的效果。?

3小比例尺水工环系列图编制展望?

3.1洲际与跨界水工环系列图编制

李廷栋院士在归纳国际地质编图特点和发展趋势时指出:一是由专业性图件向实用性图件发展;二是由单一地质类图件向多学科系列图件发展;三是由地区性、部级图件向洲际及全球性图件发展[8]。

自20世纪90年代开始,随着世界对全球变化所指的环境问题的日益关注,当前生态环境的恶化也达到了前所未有的程度,土地荒漠化、生态环境恶化与灾害事件频发的记录,水资源严重短缺。亚洲存在许多重大地质环境问题,急需开展洲际地质环境问题研究,编制地质环境系列图件,如:周边国家水资源开发造成咸海严重萎缩,中东为水而战;水污染事件频发,引起各国普遍关注,水、土污染导致生物多样性的减少等不和谐现象,已经构成人类社会可持续发展的严重障碍,需要从地质环境功能做出科学判断;研究气候变化对亚洲地下水资源及其环境影响;周边国家人类工程活动矿业开发的环境地质问题;跨界水资源开发的生态环境效应,需要作出战略性对策研究。因此,探索水工环学科新的学科增长点和结合点,拓宽研究领域,编制多维的现代水工环系列图,都存在跨界综合编图的问题。即:从地域上有全球、洲际、国际跨境流域、国家、地区、大流域、城市群到经济功能区…等的跨界;从构造地貌,地质结构而言,又存在不同地层单元,乃至地下含水层的跨界;时间系列上又有地质时期、古代、现代的跨界等。同时,还有学科之间跨界的横断科学。

跨边界含水层作为全球地下水资源中的重要部分,自20世纪末提出以后,国际水文地质界开始重视和研究[10]。国际跨边界含水层资源管理计划(isarm)在执行计划的5年中,将跨界含水层的研究归纳为5个最值得关注的领域,包括自然科学—水文地质学、法律、社会经济、制度和环境5个方面[3]。韩再生教授在跨界含水层研究中指出:自然科学—水文地质学方面的研究内容包括:跨界含水层的特征,水文地质参数的空间分布和与地下水水力学相关的问题[10]。因此,相应的跨界含水层编图问题就值得研究,这类图件主题明确,涉及领域与服务对象广范,需要兼顾社会属性,应编制跨界含水层分布图、跨界地下水资源图,跨界水环境安全保障图,跨界水资源开发利用建议图等系列图等[12]。?

3.2展望水工环系列图的编制

展望水工环系列图的编制归纳为以下3个方面趋势。

①水工环系列图件不同于文字报告,是提升重大地质调查成果集成的重要表现形式,简捷明了,概括地反映水工环时空特征规律,是评价影响区域经济发展基本问题状况的重要依据,是制定国土总体规划的必不可少的参考资料,开展洲际与跨界水工环系列图编制,具有很好的现时和深远意义。

②水工环系列图件服务领域扩展,表现形式多样,随着信息时代的迅猛发展,编图信息多元化,为数字编图开辟出新河,对于科学利用地质资源、减轻和防治地质灾害、保护环境、警示人们合理利用与保护资源,反演过去,科学预测未来,编图研究领域与应用服务前景非常广阔。

③信息传输媒介不仅仅局限于平面二维纸介质图,基于计算机gis系统,存储的数据量大,信息查询检索、复杂的量算和空间分析、多为可视化、地图制图等更加精准便捷。多维电子图形图像技术更显示出更强的优势,动漫可视化发展趋势明显,吸引公众科普意识的视觉。?

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地质工程与地质学的区别篇7

[关键词]地质灾害防治学科发展战略对策

1前言

地质灾害,包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。地质灾害分为突发性地质灾害和缓变性地质灾害。福建省突发性地质灾害主要有滑坡、崩塌、泥石流以及地面塌陷、地裂缝;缓变性地质灾害有地面沉降等。

滑坡是依附于其内在软弱结构面(带)的地表斜坡岩土体,在自然地质作用和人类活动作用下,失去原有平衡条件而产生以水平位移为主的、直接或间接的危害人类安全和生态环境平衡,并给社会和经济建设造成一定损失的整体岩土体移动的地质灾害现象。按滑坡主滑面成因可分为:堆积面滑坡、层面滑坡、构造面滑坡和同生面滑坡。

崩塌是高陡边坡(含人工边坡)上被陡倾的张性破裂面分割的块体完全脱离母体后,以滚动、跳动、坠落、倾倒等为主的移动地质现象与过程。按起始运动可分为倾倒式崩塌、滑移式崩塌、错断式崩塌、拉裂式崩塌、鼓胀(塑流)崩塌、陷落挤出式崩塌。

泥石流是山区沟谷中,由暴雨、冰雪融水等水源激发的、含有大量泥沙石块的暂时性特殊洪流。它是水土流失过程中介于挟沙水流与滑坡之间的泥沙失稳集中搬运的一种突发性极强、破坏性极大的地质灾害现象。按组成物质可分为泥流、泥石流、水石流。

地面塌陷是指地表岩、土体及赋存其中的水、气所组成的综合体系,在自然或人为因素作用下,产生各种破坏其稳定平衡状态的力学效应,导致岩土体覆盖层向下陷落,并在地面形成塌陷坑(洞)的一种地质现象。有的塌陷作用隐蔽于地下,尚未达到地表,称为地下塌陷。按形成机理可分为岩溶塌陷、采空塌陷。

地裂缝是指岩体或土体中直达地表的线状开裂。岩、土体在内、外营力作用下,发生变形,当力的作用与积累超过岩土层内部的结合力时,岩土层发生破裂,其连续性遭到破坏,形成裂隙;当裂隙延续到地表后其围压作用力减小,形成较宽的裂缝,即地裂缝。地裂缝按形成因素可分为以过量抽取地下流体地面不均匀沉降地裂缝、采空区塌陷地裂缝、新构造活动地裂缝。

地面沉降是指地表在自然营力作用下或人类工程活动影响下,大面积以至区域性的连续缓慢的总体下降运动。按地质条件可分为内陆盆地型地面沉降、冲积洪积平原型地面沉降、滨海平原型地面沉降。

2福建省地质灾害防治学科发展现状

2.1福建省地质灾害主要特点

福建省处于东南沿海低山丘陵区,中山和低山约占全省面积的75%,丘陵占15%,平原仅占10%,地质环境条件复杂,人类工程活动强烈,汛期和台风期间降雨量大。

福建省突发性地质灾害以降雨诱发的滑坡、崩塌、泥石流为主。省内中北部地区主要为古老变质岩系地层,构造作用及风化作用较为强烈,残坡积粘性土体厚度大,结构松散;东南地区主要为侵入岩和火山岩,风化作用强烈,残坡积层广泛分布,为强降雨诱发地质灾害的高易发区。另外,在地质灾害易发区内的人类工程活动,如削坡建房、公路铁路等线性工程、矿山和水库等建设活动更加提高了突发性地质灾害发生的可能性。

福建省地面塌陷灾害主要包括岩溶塌陷和矿山采空区塌陷。岩溶塌陷主要分布于闽西南龙岩、永安、长汀等地,该地区上覆第四系厚度小,覆盖型岩溶发育。采空区塌陷主要分布于龙岩、泉州、南平的煤、铁矿和其它金属矿床采空区。

福建省地面沉降灾害主要分布于东部沿海平原地区,该地区第四系厚度大,且广泛分布高压缩性淤泥土,在上部建筑物荷载以及过量抽取地下水的情况下,容易发生地面沉降灾害。

福建省地质灾害以人类工程活动和台风降雨诱发的土质滑坡、崩塌、泥石流为特点,在中国南方湿润的中低山、丘陵区具有代表性,以此有别于西南、西北和北方地区。

2.2福建省地质灾害防治开展的主要工作

2.2.1地质灾害防治管理及法规建设

为加强各级政府对地质灾害的防治工作,福建省人民政府先后印发了《关于加强地质灾害防治工作的通知》(闽政[2001]24号),《福建省地质灾害临灾预报奖励办法》、《福建省地质灾害防治规划(2001-2015年)》、《福建省地质灾害预警体系建设方案(2001-2006年)》、《福建省突发地质灾害应急预案》(闽政[2006]64号),《福建省汛期地质灾害防御群众转移避让工作规定》(闽政办[2007]62号)等法规文件。福建省国土资源厅颁布了《福建省地质灾害危险点居民搬迁及旧宅基地复垦资金补助项目管理暂行办法》(闽国土资综[2006]257号)、《福建省地质灾害群测群防建设指导意见》(闽国土资综[2007]6号)等规范性文件。

2.2.2地质灾害防治“三个两”工程

福建省从上世纪90年代开始实施了地质灾害防治“三个两”工程,初步建立地质灾害防治体系。

2.2.2.1夯实两“基础”――地质灾害调查与区划、地质灾害防治规划

1990年以来,福建省完成了区域性1:20万九龙江流域、晋江流域、漳州幅、福安幅以及全省1:50万环境地质调查;2001年后全面开展全省85个县(市、区)1:10万地质灾害调查与区划以及省级和9个设区市地质灾害防治规划编制。

2.2.2.2构建两“网络”――群测群防网络、专业监测网络

根据福建省地质灾害的特点,在全省85个县(市、区)全面建立健全地质灾害群测群防网络体系,根据《福建省地质灾害群测群防建设指导意见》对群测群防网络进行了规范和建设。从2007年开始在闽东南开展了地质灾害专业监测试点试验区建设工作。

2.2.2.3建设两“系统”――地质灾害信息系统、地质灾害应急处置系统

在完善全省地质灾害信息网与各县、市地质灾害信息网及部分地(市)地质灾害信息网的同时,建成集地质灾害监测、气象监测等为一体的全省地质灾害气象监测信息系统。

根据《“十一五”期间福建省突发公共事件应急体系建设规划》,在地质灾害易发区内,建立包括信息速报、分析评估、远程会商、应急处置等内容的应急响应保障体系,提高应急反应能力,建成地质灾害防治应急指挥中心和应急专业队伍。

2.2.3地质灾害防治“一百千万”工程

《福建省建设海峡西岸经济区纲要》提出统一规划,标本兼治,突出重点,分步实施,建立与经济社会发展相协调的防灾减灾体系,全面提高有效抵御自然灾害的能力,保护经济社会发展成果和人民生命财产安全。

从地质灾害防治工作的实际出发,2005年,福建省开始实施了以“一百千万”工程为核心内容的“福建省‘十一五’地质灾害防治体系建设规划”。

“一”就是建立和完善全省地质灾害信息和预警系统。建立集成果数据共享、指挥视频会商、预报预警分析、防灾信息互联的全省地质灾害信息和预警系统。

“百”就是利用3年时间,治理100个重大地质灾害危险点。对部分特别危险的、威胁人口多、造成经济损失大且不宜搬迁确需治理的项目,要加强监督、限期治理。

“千”就是完成1000处受地质灾害危险点威胁的居民点整体搬迁任务。我省地质灾害点小而散,搬迁是彻底消除地质灾害隐患的有效办法,既使居住在条件恶劣地方的村民免受地质灾害威胁,又新增耕地、促进村庄改造整理。

“万”就是力争全省10000个村庄实现地质灾害群测群防。做到灾点情况、防灾措施明了;防灾责任人、监测人明确;防灾明白卡、避险明白卡到位;值班网络、预警网络健全等。

2.3福建省地质灾害防治主要成就

福建省根据自身地质灾害发育特点,近年来地质灾害调查、监测预警、群测群防体系建设、系统搬迁、工程治理等地质灾害防治工作都走在全国前列。

2.3.1地质灾害预防

在全面完成地质灾害普查的基础上,开始实施详细调查,并组织实施地质灾害专业监测网络建设。建立起以地质环境敏感性、降雨诱发因素分析为主、专家经验为辅的“系统分析法”区域地质灾害自动化预报预警系统;并依据《福建省汛期地质灾害防御群众转移避让工作规定》有序转移群众避让。

2.3.2地质灾害治理搬迁

根据地质灾害点危险性、危害性的特点,按轻重缓急原则,逐步实施不宜搬迁确需治理的地质灾害点的治理和小而散地质灾害点的搬迁工程。

近年来,福建省地质灾害防治工作取得很大成效,全省建立地质灾害群测群防点6837处,地质灾害预警预报121期,转移群众198760人,成功预报3356次,避免27689人伤亡;由省国土资源厅补助治理地质灾害点71处,搬迁地质灾害点2485处,共21234户。

3福建省地质灾害防治学科发展趋势

3.1地质灾害防治的目标

开展地质灾害防治,主要目的是保障人民的生命财产安全,保护生态环境,保护国土资源,使人民有个安居乐业的环境空间,因此要着眼于科学发展观,统筹协调经济建设与地质环境保护,最终目的是把地质灾害造成的损失减少到最低限度。

福建省地质灾害防治的近期目标是逐步完善地质灾害防治机制和体制,加强地质灾害预测预警和应急反应能力,提高公众防御地质灾害意识,逐步增强社会对地质灾害的抗损能力和自救能力。

福建省地质灾害防治的中长期目标是构建良性互动的防灾减灾体系,实现地质环境全面、协调和可持续发展。

3.2地质灾害防治学科面临的挑战与机遇

地质灾害防治工作关系人民生命财产安全,地质灾害防治学科研究的对象因其控制因素的复杂性、发育过程的隐蔽性、发生结果的突然性而具有蝴蝶效应的不可预见性,如何最大程度地避免由于地质灾害造成的人民生命财产损失,对地质灾害防治学科提出了严峻的挑战,也带来学科发展的机遇。

海峡西岸经济区建设、新农村建设将涉及大规模基础设施建设、工程建设,为确保建设项目的安全性和区内人民群众的生命财产安全,消除地质灾害隐患,对地质灾害防治学科提出严峻挑战。

据气象、地震部门预测,本世纪前期,气候变化和地震均趋于活跃期,台风等极端气候事件增多,地震活动频繁,强降雨过程和地震引发的滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝将加剧,对地质灾害防治及应急处置提出严峻挑战。

气象学、遥感学、计算机网络技术等新兴学科的蓬勃发展极大地开拓了地质灾害防治学科的研究领域。1998年,国家正式把地质灾害防治列为国土资源部的重要行政管理职能。中央非常重视地质灾害防治,为地质灾害防治工作提供平台,同时为地质灾害防治学科的研究、发展迎来了千载难逢的机遇。

3.3地质灾害防治学科的发展趋势

党的十七大报告对深入贯彻落实科学发展观提出了明确要求,科学发展观的核心是“以人为本”,这要求地质灾害防治工作应将保障人民群众的生命财产安全作为出发点和落脚点。

地质灾害防治工作应以“预防为主”,严格按照“工程建设用地地质灾害危险性评估制度”,加强工程建设项目地质灾害危险性评估工作,科学选址,避免由于选址不当造成新的地质灾害隐患点,是地质灾害防治工作关口前移的关键。

福建省地质灾害“点多、面广、危害大”,建立健全地质灾害群测群防工作机制,明确政府、部门、单位和公民的地质灾害防治责任,是地质灾害防治工作的有效途径。

进一步完善地质灾害防治法规建设。依靠科技,进一步提高地质灾害防治工作的科技含量。利用先进技术,提高监测预警水平和地质灾害应急处理能力,提高地质灾害防灾减灾效率。

结合新农村建设,对受地质灾害威胁的分散的居民点,特别是生态环境恶化的贫困山区、丘陵区居民点实行搬迁,实现避灾、脱贫和改善生态环境三结合;对威胁人员众多、潜在经济损失很大的地质灾害点进行工程治理,彻底消除地质灾害隐患。

4福建省地质灾害防治学科发展的战略对策

4.1发展途径

加强地质灾害防治科学技术研究,积极推广新理论、新技术、新方法,充分利用现代科学技术方法和手段,增强地质灾害综合防治能力,提高地质灾害的综合勘查、评价和评估、监测预报水平;提升灾害信息采集与快速处理能力及抗灾应急能力。充分发挥科研单位与高等院校的技术力量,实行产学研相结合,组织科技攻关,切实解决地质灾害防治工作中的技术问题。加强国际合作与交流,吸收国外先进的地质灾害防治理论和技术方法。

4.1.1地质灾害预防关键技术研究

4.1.1.1地质灾害调查野外识别技术方法研究

基于遥感技术(RS)和地理信息系统(GiS),通过大中比例尺的野外地质环境调查与对当地地质灾害历史情况分析,开发典型区域地质灾害发生发展的早期识别技术,研究建立地质灾害危险性和风险性评价的指标体系、分析理论与区划方法。

4.1.1.2重大地质灾害监测预警研究

2007年,福建省开始实施“闽东南台风暴雨型地质灾害监测预警示范区建设”项目研究,监测诱发滑坡泥石流的降雨量、斜坡岩土体含水量(渗透压)和斜坡岩土体变形位移,在技术上,实现监测数据的采集自动化和处理自动化;研究滑坡泥石流气象预警区划理论与方法,建立区域降雨型滑坡泥石流预警的统计学模型;研究松散岩土体对不同降雨强度和降雨过程的入渗机理,建立基于降水―渗流―斜坡位移破坏物力机制的水文―力学耦合的动力学预警模型;通过监测技术和预警理论方法研究,基于GiS,开发研制预警分析与信息系统,实现地质灾害数据管理、预警分析、预警产品自动生成、预警信息、防灾减灾行政管理、地质灾害防灾减灾科普知识宣传等功能。

开发摄影测量三维滑坡监测系统,将所拍摄到的滑坡的数码影像对与实地使用全站仪所测的像控点实际空间坐标输入到系统中,根据摄影测量的原理计算相片中向点的空间坐标,利用自动寻找特征点的计算机技术,建立三维模型。根据滑坡现场监测时所拍摄的数码相片,在原有三维空间模型的支持下,自动捕捉相片特征点,进行像片匹配,并能在短时间内计算出滑坡已经位移的具体数据,快速监测滑坡位移情况,实现地质灾害应急监测预警。

4.1.1.3福建省地质灾害远程会商与应急指挥系统关键技术研究

从福建省地质灾害防治的基础和工作出发,利用计算机、网络通讯、数据存储等技术,采用部署和自主研发相配合的原则,以我省地质灾害综合数据库为基础,以数据的远程传输和通讯为手段,以地质灾害摄影应急监测为关键技术突破,实现对我省地质灾害的预警监测与应急指挥,并以部、省视频会商系统为渠道,利用视频和多媒体技术,实现国家、省、市、县四级联动地质灾害综合会商与指挥,有效提高地质灾害防灾工作的科学性、准确性,促进经济效益、社会效益和环境效益的协调统一,最大限度地减少地质灾害对人民生命财产造成的危害。

4.1.2地质灾害治理研究

4.1.2.1地质灾害防治工程理论方法研究

研究各类地质体稳定性分类计算方法、防治工程设计标准等,开发防治工程新材料、新工艺、新器具和新技术,形成针对各类灾害体治理的计算理论和技术方法体系。

4.1.2.2地质灾害治理工程的标准化

研究建立地质灾害治理工程的勘查、设计、施工、监理与管理技术规范体系。

4.2地质灾害防治学科与相关学科的协调合作

地质灾害防治学科是环境地质学的重要研究领域,是地质科学、环境科学、社会科学相互渗透、重新组合而形成的一门边缘学科,同时还应用到工程力学、地貌学、水文学、生物学、土壤学、气象学、地球物理学、天文学、遥感学、物理学、数学、社会管理学等多个学科的内容。它以人―地系统为主要研究对象,更突出地质作用对人类造成灾害的研究。

地质灾害的发生可引发多种地质灾害之间关系链,地质灾害和其他灾害间存在灾害关系链,以及地质灾害与人类行为间也存在灾害关系链。地质灾害防治学科是一个复杂课题,其研究工作应同时重视多学科、多层次联合调查研究。首先,从地球系统学角度认识地质灾害,从地球系统多圈层相互作用的角度认识地质灾害的发生发展规律和发生机理。其次,将地学、力学、数学、非线性科学和计算机科学和人工智能技术相结合,对地质灾害的过程进行仿真模拟,分析诱发灾害的因素和发生强度,可以实现地质灾害监测预报的定量化。最后,加强灾害性气象预测预报研究,建立基于“3S”技术,集观测、研究、风险评估、预报预警、预防治理一体化的地质灾害预报系统。

4.3地质灾害防治学科发展的保障措施

以科学发展观统领地质灾害防治工作,实现防灾、减灾目标,应建立政府、科技界、工程企业界与公众社会“四位一体”的减灾战略“伙伴”关系,形成政府、科技界、工程界与公众社会的联动机制,明确国家减灾战略中的每一参加者在新的伙伴关系中承担相应的职责。

4.3.1建立分级、分部门领导目标责任制,推进社会化减灾体系建设

按照《地质灾害防治条例》的要求,县级以上人民政府应当加强对地质灾害防治工作的领导,组织有关部门采取措施,做好地质灾害防治工作,建立各级政府主要领导负责制;县级以上人民政府国土资源主管部门负责本行政区域内地质灾害防治的组织、协调、指导和监督;县级以上人民政府其他有关部门按照各自的职责,负责有关的地质灾害防治工作。人为活动引发的地质灾害的治理,按照“谁引发谁治理”的原则,由引发者负责。

4.3.2健全完善法规制度和技术标准

进一步完善与《地质灾害防治条例》相配套的规章、地方性法规;制定地质灾害调查、地质灾害危险性评估与风险区划、地质灾害监测预警和应急处置的规范标准,制定地质灾害治理工程勘查、设计、施工、监理、验收等技术要求、规程及相关的行业、地方技术标准体系,并严格执行,实现地质灾害防治法制化、规范化。地质灾害易发区内,要严格执行地质灾害危险性评估制度。建设工程施工主管部门要加强对工程施工的管理,防止不当施工行为引发地质灾害。

4.3.3建立和完善地质灾害防治规划体系

各市、县(区)国土资源主管部门会同同级相关部门,依据全国的规划,编制本辖区的地质灾害防治规划,并报同级人民政府批准实施。各级政府要加强对地质灾害防治规划执行情况的监督管理。地质灾害调查、监测、评价、勘查、治理等工作,应当以地质灾害防治规划为依据。

4.3.4制定相关政策,建立防治经费投入良性机制

鼓励和支持地方政府、企业等对地质灾害防治经费的投入。建立政府、社会和责任者共同参与的地质灾害防治机制,探索地质灾害保险制度。对有一定经济效益的治理工程项目,如开发性治理,地质灾害所在地的政府可以尝试建立多种灵活有效的地质灾害防治资金融资渠道,出台优惠和鼓励性政策,逐步形成地质灾害防治经费投入的良性机制。

4.3.5加强全球协作

尽快研究全球化各种灾情和环境不安全发生之后的状态,建立相互支援、协作和帮助的救援体系,承担起各自责任,做出应急反应,采取有效措施,实施可行的方案。只有与全人类共同携起手来面对全球化与局部化自然灾害时,人类才能积极有效地抵抗环境继续恶化的结局。

4.3.6加强地质灾害防灾减灾宣传教育

普及地质灾害防治知识,提高政府、部门、单位和民众的防灾减灾意识。正确对待自然,尊重自然规律,以更为理性的方式反思自然以及人与自然的关系,使地质灾害防治成为全社会的自觉行动。各市、县(区)以及地质灾害易发区的乡(镇)应加强地质灾害防灾知识的培训和演习,作为加强群测群防预警系统建设的重要组成部分,全面提高地质灾害易发区人民群众自防自救能力,最大限度降低灾害造成的损失。

4.3.7实施严格的奖惩制度

对在地质灾害防治工作中作出突出贡献的单位和个人给予嘉奖;对引发地质灾害以及在地质灾害防治工作中有渎职行为的单位和个人,按照《地质灾害防治条例》和《国务院关于特大安全事故行政责任追究的规定》追究责任。

参考文献:

[1]地质灾害防治条例,2004.

[2]福建省人民政府.“十一五”期间福建省突发公共事件应急体系建设规划.2005.

课题组成员:

1.周伟栋,福建省地质学会地质环境专业委员会主任,福建省地质环境监测中心主任、高级工程师。

2.王国民,福建省地质学会地质环境专业委员会副主任,福建省地质环境监测中心总工、高级工程师。

地质工程与地质学的区别篇8

以三峡库区万州滑坡地质灾害为研究对象,在收集该区地质灾害资料及现场调查基础上,总结、归纳和分析了滑坡灾害的形成条件及影响因素,采用主成分分析法建立了滑坡地质灾害评价体系;用网络分析法确定模型中各评价指标的权重值.基于GiS软件对研究区滑坡地质灾害的各指标数据进行提取,通过统计、叠加、合并、分类等分析方法获得滑坡灾害危险性评价等级图,以此为依据进行滑坡灾害危险性区划.研究成果可以为区域地质灾害防治工作提供理论依据和技术支持.

关键词:

危险性评价;滑坡地质灾害;网络分析模型;地理信息系统

三峡库区地质条件复杂,人类工程活动强烈,滑坡等地质灾害广泛发育且频繁发生,对三峡水库调度运营及当地人民生命财产安全构成严重危害,直接或间接影响该区域经济发展和社会安定[1].对库区滑坡进行危险性评价与区划,是实现库区防灾减灾战略及保障水库正常运营的迫切需求.进行危险性评价时,国内外学者往往通过对滑坡危险性影响因素的总结分类来选取其评价指标,依据专家经验打分来确定各指标的权重.大多靠主观经验来确定,缺乏定量、客观、科学的方法[2-9].本文对三峡库区万州滑坡地质灾害危险性评价,用主成分分析法和网络分析法分别确定了滑坡灾害评价指标及其权重值,并将滑坡危险性评价与地理信息系统(GiS)技术相结合,进行万州滑坡地质灾害危险性评价.

1研究区滑坡概况

1.1研究区地质背景万州区位于重庆市东北部,属于三峡库区腹心地带,总面积约3457km2.地处川东盆地长江河谷带,主要的地貌单元包括侵蚀堆积河漫滩、阶地和构造剥蚀低山丘陵两种类型[10].研究区位于川东褶皱带万县复向斜北东段近轴部,南靠方斗山背斜,北临铁峰山背斜,川东褶皱带走向北东,形态上呈现背斜紧闭、向斜宽阔的隔档式梳状构造特征.出露的地层主要有侏罗系中统上沙溪庙组第二、三段(J2s2,J2s3),上统遂宁组(J3s)部分层位,以及不同成因的第四系松散堆积层.

1.2滑坡的发育规律及影响因素结合研究区滑坡灾害发育的地质环境,以滑坡的宏观发育规律和主要控制因素的分析为基础,总结概括如下[11-16]:区域野外调查表明,坡体的变形发展以及最终的破坏形式都与斜坡的规模、结构类型、微地形、左右边界条件及平剖面形态等条件因素有关:对于斜坡结构,逆向坡最为稳定、横向坡和斜向坡次之,而顺向坡对斜坡体的稳定性最为不利;而局部的陡坎、峭壁、临空面等微地形也很不利于坡体的稳定性.库区蓄水和水库调度使各高程段的滑坡涉水状况不同,水位的规律性差别对斜坡体的稳定性也有较大影响.故斜坡的高程及坡高也需考虑.坡度不仅影响坡体内部已有或潜在滑动面的下滑力,也影响着斜坡的变形破坏机制和形式.同时随坡度增加,滑坡发生概率也会增大.区域调查资料表明,坡体朝向不同时,坡体上植被的覆盖度及类型也不同,坡体的稳定性也就不同.阳坡比阴坡易于滑坡的发生;阳坡岩体风化破碎,易于发生基岩崩滑;阴坡土层厚,易发生土地坍滑;阳坡易于爆发泥石流、发生基岩崩滑,阴坡土体保水,易于浅层坍滑.当河流冲蚀坡脚时,会产生众多临空面,使斜坡滑移控制面暴露,易于引发滑坡.故以坡体与河流的距离来衡量其受河流冲刷的程度,有必要作为影响因素来考虑.研究区滑坡主要发生在侏罗系的泥岩以及砂岩泥岩互层.这种软硬相间的岩层组合一般上硬下软,软岩易于风化且其抗剪强度较低,易于形成滑坡的滑面.不同的岩性及其组合对斜坡的变形破坏有重要影响.断层使断层带及其附近范围内的岩土体遭到破坏,从而破坏坡体的完整性,同时是提供地下水渗透的重要通道,使斜坡的变形破坏加剧,因此断层的影响不容忽略[17].

2评价指标体系的确定

对于评价指标的选取,沈芳、向喜琼等[18-19]通过对滑坡发育因素的总结分类,选取斜坡规模、坡度、工程地质岩性、边坡结构类型、水动力地质作用、软弱地层状况、构造复杂程度、变形情况、己有动力地质现象、植被发育情况、结构面组合状况、降雨、地震、人类工程活动和地表水体等作为评价因素指标,并拟定了各自的量化处理方法.在前人研究基础上,结合上节对各类影响因素的总结分析及每一类因素的具体特征,综合分析初步确定主要提取以下14个数据作为本次研究的参评因子:斜坡的结构(X1)、斜坡微地形(X2)、斜坡左右边界(X3)、斜坡平面形态(X4)、剖面形态(X5)、斜坡高程(X6)、坡高(X7)、坡度(X8)、坡向(X9)、与河流的距离(X10)、斜坡规模(X11)、地层岩性(X12)、植被发育(X13)、与断层间的距离(X14).在进行区域滑坡灾害危险性评价时,以上的某些因素在研究区不具备分异性,或对滑坡地质灾害的发生所起的作用甚微,因此有必要对评价指标进行再筛选,从而选取出主要指标,剔除关联度较大或对评价目标贡献较小的指标.本文采用主成分分析法[20-22]进行筛选.首先通过地质分析,结合专家经验和领域知识对各个指标进行人为分划和打分,将其按对滑坡危险性的贡献程度划分为4个等级,分别赋值,并将其无量纲化.用Z-score法[20-21]对无量纲化后的数据进行标准化变换,计算出各因子之间的相关系数矩阵(见表1).用雅可比法求出特征值λi(i=1,2,…,p),由此计算出对应的特征向量以及各个主成分的贡献率与累积贡献率.进行综合评价时,一般主成分的个数由累积贡献率来决定,取累积贡献率超过85%的前n个主成分.由计算得:第一、二、三主成分的的累积贡献率高达86.674%,所以只需要求出第一、二、三主成分Z1,Z2,Z3即可.3网络分析模型(anp)的建立网络分析法(anp)是一种适应非独立递阶层次结构的决策方法,在层次分析法基础上发展而形成的一种新的实用决策方法[23].继承了aHp方法的优点,又克服了aHp方法的一些不足,在建立过程中取消了不合理的假设,更符合实际.虽然在确保相对权重矩阵的客观性上没有很大的改进,但在本文中运用主成分分析法确定各评价因子的相对权重,使网络分析法[24-28]构建的相对权重矩阵的可信性大为提升.据前文的分析可知,该模型的控制层为滑坡的危险性,影响网络的各因素为:地层岩性、滑坡与断层的距离、坡高、滑坡与河流的距离、坡向、坡度与高程.其模型结构图如图1所示.根据上节确定评价指标过程中各指标的得分(式3),对各指标进行成对比较,确定每一层次中的要素对其控制标准的相对重要性,构成一个成对比较矩阵,即判断矩阵(见表3).

4基于GiS的区域滑坡危险性评价

在进行滑坡灾害危险性评价时,评价单元面积的大小将直接影响评价结果的精度和准确性.本文主要借鉴地理学中地势起伏度研究中的最优统计单元的确定方法,采用均值变点法[29],计算研究区的最佳单元面积.在GiS中调入研究区的Dem数据,对其进行不同窗口的邻域分析,窗口类型选择矩形,大小为n×n,依次计算2×2,3×3,…,30×30网格下的地势起伏度.处理上述不同网格下的数据,构建出样本序列Y,利用均值变点法[29]计算出Y的统计量S与Si的值;然后再做S与Si的差值的变化曲线(如图2所示),在第8个点时,其差值最大,该点所对应的评价单元面积为256m2,即为研究区的评价单元面积.利用GiS进行危险性评价[30-33]时,首先以课题组已建好的万州滑坡地质灾害危险性评价数据库[34-35]为基础,从库中转换和派生出所需要的各因子图层.依据万州滑坡各因子图层的分布规律及实际调查统计数据,分类见表4.

利用分类后的各因子图层与滑坡灾害分布图层(有滑坡灾害发生的栅格属性值赋为1,无滑坡发生的区域属性值赋为0)进行栅格“乘”运算,得到各评价指标的属性表,将属性表输出,按式(4)计算出每个图层各类别的得分大小.然后利用GiS提供的栅格计算器对不同的图层做栅格相加,得到研究区各评价指标的综合得分,值域为-6.573827~6.132437,数值越大,反应各评价指标对滑坡的贡献率越大,危险性越高.上述方法得到结果是呈现连续分布的数值,为了便于描述不同地区的危险程度不同,将所取得的得分图进行重分类,划分为五个等级,极低危险区、低危险区、中危险区、高危险区、极高危险区.对于评价结果的重分类,相关文献很少提及,大都是依照个人经验,本文则主要依据随着得分的不断增加,滑坡面积所占比例的增长情况来对研究区的滑坡灾害危险性得分进行重分类(如图3所示),当得分值分别增长至-2.467、-0.560、3.354及5.246时,其滑坡的面积比发生了明显的增长,据此将得分值进行重分类(见表5).按此标准分类后得到的危险性评价等级图如图4所示.从评价结果可知,万州的极高危险区占研究区面积的12.89%,高危险区占研究区面积的14.57%,中危险区占研究区面积的26.23%,低危险区和极低危险区占研究区面积的46.31%,其中超过80%的已知滑坡分布在极高危险区与高危险区中。同时,万州区的极高危险区呈现带状分布,主要有4个聚集带:1)长江两岸极高危险区,2)以主城区为中心的高危险区,3)磨刀溪两岸的极高危险区,4)瀼渡河两岸的极高危险区,除上述几个主要聚集带外,极高危险区还在白土镇以及后山镇等地零星分布.

5结语

通过野外调查、查阅和收集资料,查明区内地质灾害的分布、类型,并对地质灾害发生的原因及影响因素进行分析.运用主成分分析法建立了研究区内滑坡地质灾害危险性评价指标体系.利用网络分析法确定了各指标的权重值,用均值变点法计算出研究区的格网单元面积,.将危险性评价的各指标及权重定量化,提高了其客观性、可靠性.将滑坡危险性评价与地理信息系统(GiS)技术相结合,通过GiS技术的空间分析和叠加功能,获得地质灾害危险等级分布图.由于研究的范围与数据的可获得性等原因,本文未考虑降雨以及人类工程活动等影响因素;由于各评价指标数据的不连续性与类型的多样性,在指标量化的过程中,依然带有一定的主观性.因此,在以后的研究工作中,需全面考虑各影响因素,完善危险性评价体系;寻找一种更好的数据量化方法,尽可能减少指标确定过程的主观随意性.

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地质工程与地质学的区别篇9

1.水文地质勘察工作重点

水是人类赖以生存的基础,现今社会人口不断增加,水资源的需求量也跟随者急剧上涨,一旦水文地质遭到破坏。将会对人们的生活带来不可磨灭的影响,为此,因加强水文地质的勘察工作力度,仔细的勘察出地下水的分布情况,认真的计算和评估水文地质勘察工作对当地的地质环境所带来的影响程度,做到全方位观察、预测。

2.环境地质勘察工作重点

环境地质学是现代地质学发展的基础,由此可见环境地质勘察工作的重要性,特别是近年来全球生态环境日益恶化,各种自然灾害频繁发生,在进行勘察工程时,必须要对可能引起的环境地质问题作出综合性分析、评价,正确的预估到其开发前景,特别是对于重点防护地区,要客观的做好其环境地质调查及相关评估工作。

3.工程地质勘察工作重点

工程地质勘察工作一般都是在比较隐蔽的地方进行的,这必然使得该工作的危险性较强,诸如滑坡、泥石流、地震等自然灾害都会对工程的建设与使用带来重大的影响,而工程地质勘察工作就是为了降低危险性,因此工程地质勘察工作对于工程的建设来说具有重要的意义。对于工程地质问题要依据预防为主、防治结合、综合整治的原则,因地制宜。

二、当前水工环地质研究现状

1.水文地质研究现状

水文地质工作涉及的内容十分广泛,从如何寻找地下水和提供供水水源,到评价地下水资源和如何合理利用地下水资源,再到开采利用地下水资源引起的环境地质问题,亦即从研究地下水系统与自然环境的相互关系,扩大到研究地下水系统与社会经济系统的关系。从基本概念和基本理论,到模型与模拟研究,再到成果展示的数字化,使水文地质工作从定性分析发展到定量研究的新阶段。野外探测和室内测试技术的提高,现代科学的新理论与水文地质学的结合以及新技术、新方法在水文地质领域的应用,都极大地促进了水文地质学的发展。

2.工程地质研究现状

工程地质学是20世纪20年代从地质学中脱胎而出的,经过90年的发展,而今已成为一门理论基础坚实、研究内容丰富、与工程建设及人类环境密切相关、且具有各分支学科、应用性很强的地学学科。在大量吸取国外先进理论和技术方法的同时,创立了自己新的理论,形成了具有中国特色的工程地质学理论体系。在能源和矿产资源开发、城市化建设、交通线路和地质灾害预测防治等方面,开展了广泛而深人的研究。将系统论、信息论、耗散结构等现代科学方法论渗透到学科领域中。从岩体工程特性研究和岩体工程地质力学的创立,到区域工程地质和区域地壳稳定性研究,再到特殊土结构和工程特性的研究及工程地质勘察的理论和技术方法研究,扩展到环境工程地质和地质灾害研究。现代科学的新技术、新方法在工程地质领域的应用,都极大地促进了工程地质学的发展。

3.环境地质研究现状

环境地质工作在自然环境的开发利用与保护、地质矿产勘查开发及对环境综合影响等研究领域的重要性愈发突出。世界和社会在不断的发展变化,地质学科以及其子学科已经不仅仅是研究地质矿产资源的勘探与开发,而且更加重视资源勘探与开发带来的环境问题以及资源的综合利用问题。在中国的可持续发展战略中,环境地质的战略地位逐渐加强,它已经成为了国家环境质量评估与预测、自然灾害预警与防治等重大社会问题的基础支持性工作。

三、水工环研究的薄弱环节

1.地质人才梯队建设不完善

由于水工地质调查工作的艰苦性和专业性很强,人才队伍的缺乏、水工地质调查队伍主要还是以老一代的专家和学者为骨干力量,年轻的新生力量由于经验能够胜任这一工作的越来越少,随着上一代年龄的不断老化,新的人才梯队建设不健全,非常不利于我国水工环地质调查工作的深入开展。

2.科技创新力度不够

经济社会的不断发展,给新时期的水工环地质调查工作提出了新的要求。不少地质队由于历史原因,采用勘察手段还是原有的三件宝(地质锤、罗盘、放大镜),采用常规勘察手段,利用70、80年代的区域调查资料,对现阶段的地灾排查也只是实地校核。高新技术在水工环工作中的应用很差。不论是野外调查、室内实验,缺乏系统的先进的技术和设备,大大的制约了水平的提高,成为创新的阻力。

三、水工环问题的防治对策

1.水文地质问题的防治对策

随着人口的快速增长以及工业活动的日趋频繁,使用水量不断上升的同时也在不断遭受污染,水质恶化的后果不仅会影响到人们的身体健康,而且还会破坏地下水的平衡,从而引发一系列水文地质问题,所以必须做好防治工作。对于水源极度匮乏的地区,无法保证人们的生活用水,需要查明地下水的埋藏条件以及各类含水层的富水程度,并圈出具有集中供水前景的富水区范围。计算与评价地下水资源,地下附属区范围内,根据法律规定地下水可开采量的计算精度应该达nD级以上的储量要求,并且论证开发利用的条件以及开采后对地质环境的影响预测,在开发利用是还要进行科学合理的规划,在开采的过程中时刻了解地下水含量变化以及空间变化规律,并且坚持可持续发展的原则,防止过度开采底下水,造成水位下降导致含水层变千形成降落漏斗,对于已经形成降落漏斗的区域应该及时采取人工回灌等补救措施。

2.工程地质问题的防治对策

工程地质问题具有隐蔽性强,危害性大等特点例如泥石流、地震、滑坡、岩溶以及崩塌等,这些都会对工程的安全和使用起到不同程度的影响,所以防治工作的关键就是要事先做好地质勘探工作。调查工作区域地质构造,特别是活动构造,地震活动等,对区域地壳的稳定性作出客观评价。查明地貌形态特征以及外力地质现象的分布规律,发育程度与规模,对区域地标稳定性机械能评价。查明各岩土体岩性、成因类型、地质时代、空间分布规律以及工程地质特征,划分岩土体工程地质类型,分别对地基稳定性进行评价。主要的防治对策要围绕预防为主,防治结合,综合整治的原则,然后再根据不同的工程地质问题采取适宜的防治方法。

3.环境地质问题的防治对策

初步调查天然建筑材料,旅游景观资源的分布,对开发前景作出正确估价。对适宜于生活和工业固体废物处置场地的地质条件进性客观评价。另外对区域环境质量作出综合评价与趋势预测,对重点防护地区要进行环境地质调查以及脆弱性评价。例如河北曹妃旬滨海地区海岸带环境地质调查评价,收集相关资料进行基础性图件编制,初步掌握地面沉降现状速率以及成因,简称曹妃旬岛区地面沉降分层标,补充完善已有的地面沉降监测网,并且与中科院航遥中心合作开展地面沉降记录研究,从区域上开展近岸潮流场、悬浮泥沙、海床冲淤等水动力环境数值模型,开展曹妃旬工业区建设工程布局与海洋水动力环境的影响评价,为保障重大供餐诠释视以及曹妃旬的生态保护提供了重要依据。

地质工程与地质学的区别篇10

关键词:地质灾害;特征;地质环境;危险性;预测评估

中图分类号:X141文献标识码:a文章编号:

我国领土辽阔、人口众多、气候多变,地形、地貌和地质条件复杂,而且火山作用、岩浆与地壳断裂活动分布普遍,所以地质灾害的类型多、分布广、频度高、损失也巨大。2008年5月12日在中国汶川发生了8.0级地震,举国哀痛之余更应痛定思痛,从灾难中吸取教训,提高处理灾害威胁的能力,做好地质灾害评估工作。

1地质灾害的特征与危害

根据2004年国务院颁发的《地质灾害防治条例》规定,所称地质灾害,包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。地质灾害按照人员伤亡、经济损失的大小,分为特大型、大型、中型和小型四个等级。

1.1地质灾害特征

1.1.1滑坡

下列地带是滑坡的易发和多发地区:(1)江、河、湖(水库)、沟的岸坡地带,地形高差大的峡谷地区,山区铁路、公路、工程建筑物的边坡等。(2)地质构造带之中,如断裂带、地震带等。(3)易滑(坡)岩、土分布区。(4)暴雨多发区及异常的强降雨区。

1.1.2崩塌

陡坡上被直立裂缝分割的岩土体,因根部空虚,折断压碎或局部移滑,失去稳定,突然脱离母体向下倾倒、翻滚,堆积在坡脚(或沟谷)的地质现象称为崩塌。

1.1.3泥石流

地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落,并在地面形成塌陷坑(洞)的一种动力地质现象。

1.1.4地面变形

地面变形包括地面沉降、地面塌陷与地裂缝。目前中国发生地面沉降活动的城镇有70多个,明显成灾的有30余个,最大沉降量已将近3m。这些城市有的孤立存在,有的密集成群相连形成广阔的地面沉降带(区)。造成中国城镇地面塌陷原因有三:一是不合理地大量开采地下矿产资源引起的塌陷;二是表面岩溶活动引起的塌陷;三是大量抽取地下水引起地面下沉。

1.1.5人为地质灾害的危险性分析

人工诱发地质灾害的特点如下:

一是诱发速度快。在自然地质演化及气候变化过程中,岩体由相对稳定至不稳定的变化,经历长时间过程。而人工因素诱发下,就大大地缩短了自然演化时间,加速岩土体的岩性变化,而导致突变灾难的发生,并造成更大的损失。

二是诱发灾害面广。自然地质灾害的发生,除了特大灾害之外,一般其危害性有一定的局限性,在人工因素诱发下,其危害性就具有更大的影响面。例如由于生物资源――森林的破坏,工程的大规模开挖,影响的是区域性环境恶化,诱发区域性旱涝灾害,以至引发全球性荒漠化。人类活动产生的升温效应,对气候及地质灾害诱发作用的影响也是全球性的。

1.2地质危害特征

1.2.1造成民房损坏、倒塌,人员伤亡等人民生命和财产损失。

1.2.2造成铁路、公路路基垮塌,桥涵被毁,阻碍和中断交通,危及道路交通安全。

1.2.3威胁厂矿或损毁城镇、学校、机关等工程设施。

1.2.4造成农田毁坏、农作物被掩埋,致使农作物减产或绝收,水利设施毁损等。

1.2.5地下水疏干:造成附近居民人畜饮水困难。

2地质灾害评估技术

2.1地质灾害评估工作

地质灾害评估的目的是查明评估区范围的地质灾害隐患,对现状地质灾害、工程建设可能诱发的地质灾害和工程本身可能遭受的地质灾害的危险性进行评估,划分地质灾害危险区,为工程建设提供防灾、减灾依据和征地依据。

2.2地质灾害评估技术

针对地质构造复杂,自然地理条件恶劣,人类工程活动对地质环境影响大,地质灾害发育等特征,尊重地质规律,采取科学合理治理技术,减灾防灾是实现经济可持续发展的必然要求。

地质灾害危险性评估是对地质灾害的活动程度进行调查、监测、分析、评估的工作,主要评估地质灾害的破坏能力。地质灾害危险性通过各种危险性要素体现,分为历史灾害危险性和潜在灾害危险性。地质灾害危险性评估包括下列内容:

(1)工程建设可能诱发、加剧地质灾害的可能性。

(2)工程建设本身可能遭受地质灾害危害的危险性。

2.3地质灾害预测评估的方法

2.3.1野外调查

地面测绘是地质灾害评估工作的核心与基础,详细的地面调查是掌握评估第一手资料的最佳方法,将为评估结论的做出奠定坚实的基础。

例如:对崩塌、滑坡来说,现场调查主要目的,一是确定现有滑坡的活动特点和环境因素;一是鉴别规划建设区易遭滑动的地段。后者是调查工作中的难点,因此在调查工作中必须详细调查区域环境因素和已建同类型工程运行情祝,从区域和已建工程的对比中得出结论。对泥石流来说,主要是调查泥石流的产出环境,包括松散物的分布、储量和稳定性,堆积扇发育状祝、沟谷切割程度、暴雨特征值、流域岩性分布、植被类型及人文环境状况。重点确定拟建工程与泥石流的关系及泥石流特征值(频率与规模)与易发程度,为防治工程提供参照。

2.3.2室内研究

室内研究主要是在野外调查的基础上对地质灾害进行现状、预测与综合评估。地质灾害的现状评估主要采用的方法地质历史分析法、工程地质类比法、地质环境条件综合判别法等。地质灾害的预测评估目前采用的方法主要有地质历史分析法、工程地质类比法、多因素分析法等。由于地质灾害评估工作一般投入的实物工作最较少,而评估工作的性质是指出问题而不是解决问题,所以评估的工作方法多以定性分析或定性、半定量方法为主,而较少采用定量计算的方法。

地质灾害综合评估(地质灾害危险性分区方法)的方法较常见的有信息叠加法、多因素综合判别法、模糊数学评判法、层次分析法等。需要指出的是由于地质灾害评估工作开展的时间较短,因此地质灾害危险性分区结果多为区域的相对分区,即在某一范围内的地质灾害危险性的相对大小,而不具备不同区域的对比性,因此使得目前开展的评估工作成果应用受到限制。

2.4地质灾害减灾对策

建设工程减灾的基本对策有预防(避让、紧急避难和社会防灾意识等)、监测、治理等。应优先考虑预防,对工程建设对象来说,在严格分析治理工程的经济可行的前提下,可考虑避让或者是综合治理措施。对于规模较大,地质条件所限不能采取避让或治理的灾害体,应采取监测措施,争取将灾害损失减至最小。

3结束语

总之,地质灾害评估技术是为了全面反映评估区地质环境条件,地质灾害类型及特征,在确定评估面积后,对评估区也要进行调查,调查范围应该包含引发地质灾害的各项地质环境要素的范围。

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