工程岩土学

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  工程岩土学汉语拼音:Gongcheng Yantuxue;英语:Rock and Soil Engineering),为工程建设研究岩石和土的成分、结构、构造和工程地质性质的形成及其变化的科学。又称土质学工程地质学的分支。

  岩石和土都是经地质作用形成的自然历史产物。但两者的工程地质性质截然不同,岩石中矿物颗粒间有牢固的结晶联结或胶结联结,因而岩石强度高,在外力作用下变形小;土的颗粒之间联结微弱或无联结,故强度低,易变形。

  岩体、土体是由固相、液相、气相组成的多相体系。岩体、土体的工程性质是由其固、液、气相三者的质和量及其相互作用的情况来决定。岩体、土体在小范围内可近似地看作是均质的和各向同性的介质;但在较大范围内,由于岩体、土体有各种不连续面,表现出非均质性和各向异性的特点。因此,岩体、土体的性质更重要的是与其自身的结构有关。

  位于地壳表层的岩体和土体在人类工程经济活动中作为建筑地基、建筑环境(地下洞室、边坡工程),或是作为建筑材料。因此,工程岩土学为保证各类工程建设的合理设计、顺利施工、持久稳定和安全运营具有重要意义。

简史

  20世纪20年代末,工程岩土学在苏联形成为独立学科。以后,它的发展又大体经历了三个阶段:

  1.1945年以前,工程岩土学的主要研究对象是土,重点服务工程是道路工程,故有道路土质学之称。研究中沿袭了V.V.多库恰耶夫成因土壤学及风化成壤作用带的观点,认为土的粒度成分是其工程性质的决定因素。

  2.1946~1978年,学科研究重点仍然是土,认为土、水相互作用时土的化学矿物成分是控制其工程性质的主要因素。随着水电建设的发展,对岩石的研究日渐重视,并加强了土质改良理论和区域方面的研究。

  3.1979年以来进入现代工程岩土学阶段。其特点是研究范围扩大了,成为研究人类工程、经济活动与所处岩土体相互作用的科学。

  现代工程岩土学不仅要研究解决每一项工程中的地质论证问题,还必须预测由于工程的实施可能给地质环境带来的不利影响。在解决合理利用与保护地质环境课题时,现代工程岩土学对岩体、土体微观结构、构造的研究已占重要位置。在研究方法上强调微观与宏观研究密切结合。

  在欧美国家不存在工程岩土学这门独立的学科,而是将其研究内容纳入土工学岩土工程学之中。岩土工程学是土力学与基础工程学两相结合的一门工程学科。中国在20世纪50年代初,引入土质学,它对中国的建设事业起了一定的推动作用。在建设实践和科学研究中逐步形成具有中国特色的工程岩土学。

研究内容

  工程岩土学的研究内容包括:

  1.测定岩土的工程地质性质,为工程建筑的设计提供定量指标。工程地质性质包括物理性质,指岩土所处的物理状态,如密度和湿度,孔隙及孔隙特征,以及岩土与水相互作用所表现出的可塑性、膨胀性、吸水性、软化性等;力学性质,指岩土在外力作用时表现出的变形与强度特性。

  2.研究岩土固、液、气相的物质成分及其相互间的物理–化学作用,并判断它们对岩土工程地质性质形成的影响。

  3.研究岩土颗粒的大小、形状、排列形式,粒间联结特点,并确定它们对岩土工程地质性质的影响。

  4.查明岩土在平面和空间上的分布规律,预测其工程地质性质在自然和人类活动影响下的变化趋势与规律,以及可能带来的危害。

  5.研制测试岩土工程地质性质指标的方法和技术。

  6.制定合理的岩土工程地质分类,以利岩土的实际利用和指导进一步的研究。

  7.研究人工改良岩体和土体工程地质性质的理论与技术,使其符合工程建设的需要。

  以上构成现代工程岩土学的3个分支:普通工程岩土学,研究对象是广泛分布的典型土;区域工程岩土学,主要研究岩土的区域性分布规律,是联结工程岩土学与区域工程地质学的纽带;土质改良学,研究如何改良岩体和土体工程地质性质。

研究方法

  地质学研究方法和试验研究方法是工程岩土学的基本研究方法。强调对岩体、土体自然产出条件,地质成因、结构构造特征的现场宏观研究和宏观、微观研究密切相结合。