工程实例分析在工程地质课程教学中的应用

2019-12-26肖拥军杨仙刘洋

文化创新比较研究 2019年5期

肖拥军，杨仙，刘洋

（湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭 411201）

工程地质类工程需要讲授工程地质的基本知识和理论，来查明工程地质条件、解决工程地质问题，但课程涉及矿物、岩石、地质构造、水文地质、岩土工程性质、工程地质问题及工程地质勘察方法等教学知识点多、定性讲述多，相对比较枯燥。课程教学如果与学生日常所见的土木工程的设计施工联系不密切，容易使学生不够重视。所以需要在教学过程中加强工程案例的教学应用，特别是选取身边最近发生的有重大社会影响的工程实例来展示有关的工程地质概念，可以激发学生们的学习热情，增强工程地质思维能力。

1 工程地质课程的重要性

在工程地质第一节课的课程教学时，就需要从工程项目各个阶段入手来讲清楚为什么土木工程专业、地质工程专业需要学习工程地质课程，理解工程地质课程在专业课程体系中的重要性。

某个具体的工程可分为选址、勘察、设计、施工、监测各阶段，都会与工程地质有关，工程地质条件也会影响到工程的造价、质量、工期。工程勘察报告要通过各种岩土工程勘察方法进行岩土工程分析与评价，提出设计计算有关的物理力学参数，要涉及岩石、矿物、地质构造等概念。工程设计要考虑工程地质条件及有关参数，如地震设防烈度。基础工程施工方案也受工程地质条件影响，关系工程造价，如地下水条件决定是否需要采取桩基础水下灌注混凝土。

虽然桥梁工程看起来偏重上部结构的设计施工，但实际上地基条件非常重要，会影响基础形式和基础方案和上部结构。例如，汝郴高速赤石特大桥在初步设计完成后，主墩位置进行详细的地质勘察时发现地质情况非常复杂，有3个桥墩所处区域存在强岩溶发育带和断层破碎带等问题。使得设计方案被迫变更，改变了桥基位置和上部桥梁结构方案，影响后续施工进度，这座桥相对其他路段晚了一年多才通车。

2 工程地质条件知识点的实例讲解

工程地质条件是工程地质课程教学的基本内容，是指工程建筑物所在地区地质环境各项因素的综合。这些因素包括地层岩性、地质构造、水文地质条件、地表地质作用、地形地貌等方面。

在讲述三大岩石成因分类时，以三大旅游景点：南岳衡山的花岗岩、张家界风景区石英砂岩、泰山的花岗片麻岩为例说明岩石形成演化的复杂时空过程，并总结对比矿物成分、岩石结构、岩石构造对其水文地质工程地质性质的影响。

地质构造主要讲解褶皱、断层、节理等内容，要在把握层理的基础上来野外认识褶皱、断层、节理，重点把握地质构造的工程地质评价，并认识岩体结构面的特征和岩体的不连续性，进而说明崩塌、滑坡的形成机理。以身边山区农村切坡公路建设为例，说明岩层产状与坡向的关系会影响斜坡的稳定性。

水文地质条件对工程影响也很大，教学时以宜万铁路野三关隧道发生的透水事故为例说明地下水对工程设计施工的巨大不利影响，以墨西哥城百年下沉9m为例，说明过度开采地下水产生地面沉降的原因和后果。

在分析岩溶地质作用时，以贵州天眼所在位置平塘大窝凼洼地为例分析地表岩溶地貌特征。2018年6月23日泰国清莱府一支青少年足球队的12名球员及一名教练在一个溶洞探险，因大雨淹没溶洞主要出入口而受困，经过近9日搜救后在洞穴内找到。通过救援剖面图来分析岩溶作用的机理和地下岩溶地貌特征。

在实例分析中加强知识的融会贯通，从矿物、岩石、地层、地质构造入手，引导学生到岩体（不连续体）工程性质的认识，突出分析岩体工程特性、岩体质量评价、岩溶隧道预报。岩体基本质量由岩石坚固程度和岩体完整程度两方面共同确定，岩石坚固程度与岩石的成因类型有关，岩体完整程度与地质构造分布有关。以野三关隧道工程为例，隧道工程地质条件的各个方面决定了带来的相关工程地质问题。野三关隧道穿越地层主要为灰岩、泥岩、泥灰岩、页岩、煤矸石等软弱岩层，存在背斜、向斜、大量断层分布等地质构造，充填性溶洞十分发育造成突水、突泥现象严重。

3 工程地质问题案例分析

工程地质问题是指已有的工程地质条件在工程建筑和工程运行期间会产生一些新的变化和发展，从而构成威胁影响工程建筑安全的一些地质问题。就土木工程而言，主要的工程地质问题包括：地基稳定性问题、斜坡稳定性问题、洞室围岩稳定性问题、区域稳定性问题。

在分析地基稳定性问题时，以最近发生的两个类似塌陷事故为例，2018年10月7日下午四川达州南城升华街一处路面出现塌陷为例4名路人被吞没。2013年5月20日深圳横岗5名刚下晚班员工丧命于突如其来的路面塌陷形成的深坑之中。总结分析城市这类新的工程地质问题形成机理，理解其与地下水潜蚀的关系。

在讲述斜坡稳定性问题时，以三峡库区巴东县城黄土坡滑坡的曲折认识过程为例，来说明工程地质工作的复杂性和重要性。黄土坡滑坡是三峡库区四大滑坡之一，自1979年以后进行过多次勘察，初期认为黄土坡只存在浅部局部失稳的问题，并作为移民新址进行了大规模投资建设，后期勘察成果认为黄土坡滑坡是一个多期次、多个堆积体组成的大型复合变形体，三峡水库蓄水后，滑坡深部监测结果显示滑坡发生了较明显的位移。累计投入超过10亿避险搬迁费并启动完成了再次搬迁移民。

以2015年12月20日深圳市光明新区的红坳渣土受纳场滑坡事故为例，从工程地质条件入手分析其形成机理，事故造成直接经济损失为8.81亿元，但经调查认定，发生滑动的是受纳场渣土堆填体，不属于自然地质灾害，是一起特别重大生产安全责任事故。2016年7月，公布 110名责任人受处理。通过这个实例分析来说明安全生产也与工程地质关系密切。

在分析洞室稳定性问题时，以平均造价2倍于青藏线、修建耗时7年的宜万铁路为例来进行说明，并要求同学们课外观看宜万铁路的记录片。通过地形地貌、地层岩性、地质构造等工程地质条件的分析来理解工程建设的困难。特别介绍国内外首创高压富水充填岩溶隧道的“释能降压”专项技术成功克服岩溶隧道世界级难题，鼓励同学们在以后的工作中开拓进取。

在分析区域稳定性问题时，以学生们熟悉的2008年汶川地震为例来进行讲解。通过播放《解密512大地震》视频来分析汶川地震的发生过程，从板块运动的角度分析断层的活动机制，并说明地震震级和地震烈度概念的联系及区别，分析地震触发大型崩塌、滑坡的机制。