0 绪论
地质学是研究地球的一门自然科学，是地学的重要组成部分，主要研究固体地球的物质组成、构造、形成和演化规律等方面。工程地质学又是地质学的一个分支，它是研究与工程建设有关的地质学的部分，是从生产实践中发展起来，研究工程建筑物的勘测设计、施工和运营中有关地质问题的科学。 0.1 工程地质学的研究对象、任务和方法
地球上现有的一切工程建筑物都建造在地壳表层一定的地质环境中，地质环境对建设场地的选择和建筑物结构类型及施工方法的确定均起着决定性的影响。铁路、桥梁、隧道的选线和施工；软土地基上修建高层建筑地基基础方案的确定；水利水电工程中坝址、坝型及其他水工建筑物类型的选择等等，无一不与工程建设地区的地质环境有着密切的关系。地质环境不良，一方面可能因需要采取地基处理措施而提高工程的造价，另一方面可能会影响工程建筑的稳定、安全和正常使用。而建筑物的兴建又反作用于地质环境，使自然地质条件发生变化，最终又影响到建筑物本身。两者就处于这样一种相互影响、相互矛盾之中。研究地质环境与工程建筑物之间的关系，促使两者之间的矛盾缓和、解决，就成为工程地质学的研究对象。
在工程地质学中对人类工程活动有影响的地质环境常用工程地质条件来描述。工程地质条件是一个综合性概念，是与工程建筑有关的地质条件的总称。一般认为，它包括工程建设地区的岩土工程地质性质、地形地貌、地质构造、水文地质条件、物理地质现象、地质物理环境（地应力及地热等）、天然建筑材料等七个方面的因素。在不同地区、不同工程类型、不同设计阶段解决不同问题时，上述各方面的重要性并不是等同的，而是有主有次的。其中岩土的工程地质性质和地质构造往往起主导作用，但在某些情况下，地形地貌或水文地质条件也可能是首要因素。工程地质条件所包括的各方面因素是相互联系、相互制约的。因此，在解决工程建设中的地质问题时，应针对各方面因素综合分析论证。
人类工程活动和自然地质作用会改变地质环境，影响工程地质条件的变化。当工程地质条件不能满足工程建筑稳定、安全的要求时，亦即工程地质条件与工程建筑之间存在矛盾时，就称为存在工程地质问题。工程地质问题与工程建筑的类型和规模有着密切的关系。各类工程建筑，由于其结构类型和工作方式不同，
存在着各种各样的工程地质问题。工业与民用建筑常遇到的工程地质问题是地基的变形、强度和稳定问题；铁路、道路工程常遇到的是路基边坡、隧洞围岩和桥墩桥台的稳定问题、道路的冻胀问题；地下工程常遇到的是围岩稳定、涌水及影响建筑施工的高地应力、高地热和有害气体问题、岩爆问题；而水利水电工程的工程地质问题则更为复杂多样，除与其他工程相类似的区域地壳稳定、坝基、边坡和地下洞室岩土体的稳定问题外，还有库坝区渗漏、水库库岸稳定、水库淤积、滨岸地区浸没、水库诱发地震等问题；在特殊土如黄土、软土、膨胀土、冻土等地区同样会遇到特殊的工程地质问题。由于大量抽取地下水、石油及天然气而造成大范围地面沉降，采矿而产生的废矿渣的处理等则属于环境工程地质问题。
综上所述，工程地质学的基本任务是： 1．
评价工程建设地区的工程地质条件，阐明工程建筑兴建和运行的有利
和不利因素，选定建筑场地和适宜的建筑型式，保证规划、设计、施工、使用、维修顺利进行；
2．
预测和分析工程建设过程中及完成后工程地质条件可能产生的变化，
亦即可能出现的工程地质问题及其发生的规模和发展趋势；
3．
选择最佳工程场地和拟定克服地质灾害应采取的工程措施，包括环境
的保护与利用和地基处理等问题。
4．
提供工程规划、设计、施工所需的工程地质资料。
要完成工程地质学的具体任务，必须进行详细的工程地质勘察工作，以取得有关建筑场地的工程地质条件的基本资料，并进行工程地质论证。
工程地质学的研究对象是复杂的地质体，其研究方法有地质分析法、力学分析法、工程类比法和实验法等，即通常所说的定性分析与定量分析相结合的综合研究方法。
0.2 工程地质在工程建设中的作用
各种土木工程，如铁路、公路、桥梁、隧道、房屋、机场、港口、管道及水利等工程，都修建在地表或地下，建筑场地工程地质条件的优劣直接影响到工程的设计方案类型、施工工期的长短和工程投资的大小。鉴于工程地质对工程建设的重要作用，国家规定任何工程建设必须在进行相应的地质工作，提出必要的地质资料的基础上，才能进行工程设计和施工工作。
大量工程实践经验证明，重视工程地质工作就能使设计、施工顺利进行，工程建筑的安全使用就有保证。相反，忽视工程地质工作，则会给工程带来不同程度的影响，轻则修改设计方案、增加投资、延误工期，重则使建筑物完全不能使用，甚至突然破坏，酿成灾害。
铁路方面的实例如：始建于解放前的宝（鸡）天（水）铁路，由于忽视了前期的工程地质工作，施工中即发生大量崩塌、滑坡、河岸冲刷和泥石流等地质灾害问题，直到解放后一段时间也不能正常通车运营，被称为铁路的“盲肠”。为此，国家历年都拨出大量经费进行维修、整治，直至耗费巨资进行大段线路改线才使宝天铁路真正畅通。与此形成鲜明对照的是，地处我国西南边陲的成（都）昆（明）铁路，由于它纵贯我国西南横断山脉的断裂构造带，沿线气候、地形、地质条件异常复杂，曾被称为“世界地质博物馆”。某些外国专家实地考察后认为成昆铁路很难建成，中央和铁道部高度重视，多次组织了全国工程地质专家现场“会诊”和研究，并且动员和组织了全部工程地质专家和技术人员开展“大会战”，从而保证了成昆铁路的顺利建成通车。许多地质复杂地段线路位置的选择和重大工程设计、施工获得成功的实例举世公认。
建筑工程的很多事故都是由于未经勘察，盲目进行设计、施工造成的。例如：加拿大特朗斯康谷仓，该谷仓基础为钢筋混凝土筏板基础，厚度61cm，埋深3.66m，谷仓于1911年动工，1913年秋完工。谷仓自重20000t，相当于装满谷物后满载总重量的42.5%。1913年9月装谷物，10月17日当谷仓已装了31822 m3谷物时，发现1小时内竖向沉降达30.5cm。结构物向西倾斜，并在24小时内谷仓倾倒，倾斜度离垂线达26°53′，谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1.52m，上部钢筋混凝土筒仓坚如磐石。谷仓地基土事先未进行调查研究，仅根据邻近结构物基槽开挖试验结果，计算得地基承载力为352kPa，便应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，谷仓地基实际承载力为193.8～276.6kPa，远小于谷仓破坏时发生的压力329.4kPa，因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。
水利水电工程方面，如美国的奥斯汀坝，高仅20.7m，坝基为岩溶化的石灰岩，裂隙发育并有断层。在勘察和修建过程中对这些问题没有进行过任何研究，也没有采取任何措施。坝建成于1892年，1893年就产生了裂隙，但并未引起重视，只进行了局部处理。到1900年，一场大雨，坝就完全毁坏了。究其原因，
主要是岩溶化地基强度较低，运行期间地下水的渗流又使其进一步恶化，以致坝基承受不了坝的压力和溢出水流的冲刷而导致破坏。
这些实例从正反两方面说明了工程地质在工程中的重要性。 0.3 工程地质学的主要内容及学习要求
本课程着重介绍土木工程类专业所涉及的工程地质学基本知识，其主要内容包括：矿物与岩石、土的类型及特殊土、地质构造、地下水、地貌、常见地质灾害、工程中的地质问题、工程地质勘察等。不同的专业方向可根据需要选择有关章节学习。
工程地质学是土木类专业及水利工程专业的一门专业基础课。课程特点是内容广、概念多、实践性强，学习中要注意弄清概念，掌握分析方法，避免死记硬背，重在理论联系实际及工程运用。
为了学好这门课程，应结合课堂教学学好有关矿物、岩石的实验课程，掌握常见矿物和岩石的肉眼鉴定方法；结合已有的地质图或工程进行具体分析，培养学生阅读地质图和分析地质条件的能力；安排短期的野外地质实习，以帮助学生了解岩土类别的野外鉴别方法，地质构造，地貌及不良地质灾害，提高学生分析工程地质条件，处理工程地质问题的实践能力。积极采用多种教学方法，如标本、模型、图片等，配合有关地质科教片、幻灯片、多媒体等直观教学手段，增加学生的感性认识，帮助学生尽快建立起地质学的有关概念，提高学生对工程地质学的重视程度和学习兴趣。
作为一名本科生，在学习本课程后，应达到以下基本要求：
1．能阅读一般地质资料，根据地质资料在野外能辨认常见的岩石和土，了解其主要的工程性质；
2．能辨认基本的地质构造及明显的地质灾害，了解其对工程建筑的影响； 3．重点掌握工程地质的基本理论和方法，根据工程地质勘察资料，在土木工程的设计、施工和使用中能对一般的工程地质问题进行分析论证，并提出相应的工程处理措施；
4．一般地了解取得工程地质资料的工作方法、手段及成果要求，能把学到的工程地质的知识和专业知识紧密结合起来，应用于实际的工程设计与施工。
思考题
1．试说明工程地质学的研究对象、基本任务与研究方法。 2．说明工程地质在土木工程建设中的作用。
3．什么是工程地质条件和工程地质问题？它们具体包括哪些因素和内容？
1 矿物与岩石
1.1 地球的基本知识
人类目前的工程活动都局限于地球表层——地壳。 1.1.1 地球的形状和大小
地球是宇宙中绕着太阳旋转的椭圆形球体，根据卫星轨道分析发现地球并不是标准的旋转椭球体，其外形呈梨形，见图1-1，赤道半径约6370km，两极半径为6356.752km。北极突出约10km，南极凹进约30km，中纬度在北半球凹进、在南半球凸出。地球表面形态是高低不平的，而且差距较大，大致可以划分为大陆和海洋两部分，海洋占地球表面的70.8％。大陆平均高出海平面0.86km，海底平均低于海平面3.9km。 1.1.2 地球的圈层结构
地球并不是均匀的球体，地球物理学家研究大量地震波传播方向和速度的数据发现，地球内部有两个波速变化最明显的界面，反映了该深度上下的地球物质在成分或形态上有明显改变，根据这两个界面（莫霍面与古登堡面）把地球由地表向内依次划分为三个同心圆状的圈层，即地壳、地幔和地核。见图1-2。
图1-1 地球的形状 图1-2 地球的圈层结构
地壳 地壳是固体地球的最外一层硬壳，由固体岩石组成，下界是莫霍面。