工程實例分析在工程地質課程教學中的應用

肖擁軍，楊仙，劉洋

（湖南科技大學資源環境與安全工程學院,湖南湘潭 411201）

工程地質類工程需要講授工程地質的基本知識和理論，來查明工程地質條件、解決工程地質問題，但課程涉及礦物、巖石、地質構造、水文地質、巖土工程性質、工程地質問題及工程地質勘察方法等教學知識點多、定性講述多，相對比較枯燥。課程教學如果與學生日常所見的土木工程的設計施工聯系不密切，容易使學生不夠重視。所以需要在教學過程中加強工程案例的教學應用，特別是選取身邊最近發生的有重大社會影響的工程實例來展示有關的工程地質概念，可以激發學生們的學習熱情，增強工程地質思維能力。

1 工程地質課程的重要性

在工程地質第一節課的課程教學時，就需要從工程項目各個階段入手來講清楚為什么土木工程專業、地質工程專業需要學習工程地質課程，理解工程地質課程在專業課程體系中的重要性。

某個具體的工程可分為選址、勘察、設計、施工、監測各階段，都會與工程地質有關，工程地質條件也會影響到工程的造價、質量、工期。工程勘察報告要通過各種巖土工程勘察方法進行巖土工程分析與評價，提出設計計算有關的物理力學參數，要涉及巖石、礦物、地質構造等概念。工程設計要考慮工程地質條件及有關參數，如地震設防烈度。基礎工程施工方案也受工程地質條件影響，關系工程造價，如地下水條件決定是否需要采取樁基礎水下灌注混凝土。

雖然橋梁工程看起來偏重上部結構的設計施工，但實際上地基條件非常重要，會影響基礎形式和基礎方案和上部結構。例如，汝郴高速赤石特大橋在初步設計完成后，主墩位置進行詳細的地質勘察時發現地質情況非常復雜，有3個橋墩所處區域存在強巖溶發育帶和斷層破碎帶等問題。使得設計方案被迫變更，改變了橋基位置和上部橋梁結構方案，影響后續施工進度，這座橋相對其他路段晚了一年多才通車。

2 工程地質條件知識點的實例講解

工程地質條件是工程地質課程教學的基本內容，是指工程建筑物所在地區地質環境各項因素的綜合。這些因素包括地層巖性、地質構造、水文地質條件、地表地質作用、地形地貌等方面。

在講述三大巖石成因分類時，以三大旅游景點：南岳衡山的花崗巖、張家界風景區石英砂巖、泰山的花崗片麻巖為例說明巖石形成演化的復雜時空過程，并總結對比礦物成分、巖石結構、巖石構造對其水文地質工程地質性質的影響。

地質構造主要講解褶皺、斷層、節理等內容，要在把握層理的基礎上來野外認識褶皺、斷層、節理，重點把握地質構造的工程地質評價，并認識巖體結構面的特征和巖體的不連續性，進而說明崩塌、滑坡的形成機理。以身邊山區農村切坡公路建設為例，說明巖層產狀與坡向的關系會影響斜坡的穩定性。

水文地質條件對工程影響也很大，教學時以宜萬鐵路野三關隧道發生的透水事故為例說明地下水對工程設計施工的巨大不利影響，以墨西哥城百年下沉9m為例，說明過度開采地下水產生地面沉降的原因和后果。

在分析巖溶地質作用時，以貴州天眼所在位置平塘大窩凼洼地為例分析地表巖溶地貌特征。2018年6月23日泰國清萊府一支青少年足球隊的12名球員及一名教練在一個溶洞探險，因大雨淹沒溶洞主要出入口而受困，經過近9日搜救后在洞穴內找到。通過救援剖面圖來分析巖溶作用的機理和地下巖溶地貌特征。

在實例分析中加強知識的融會貫通，從礦物、巖石、地層、地質構造入手，引導學生到巖體（不連續體）工程性質的認識，突出分析巖體工程特性、巖體質量評價、巖溶隧道預報。巖體基本質量由巖石堅固程度和巖體完整程度兩方面共同確定，巖石堅固程度與巖石的成因類型有關，巖體完整程度與地質構造分布有關。以野三關隧道工程為例，隧道工程地質條件的各個方面決定了帶來的相關工程地質問題。野三關隧道穿越地層主要為灰巖、泥巖、泥灰巖、頁巖、煤矸石等軟弱巖層，存在背斜、向斜、大量斷層分布等地質構造，充填性溶洞十分發育造成突水、突泥現象嚴重。

3 工程地質問題案例分析

工程地質問題是指已有的工程地質條件在工程建筑和工程運行期間會產生一些新的變化和發展，從而構成威脅影響工程建筑安全的一些地質問題。就土木工程而言，主要的工程地質問題包括：地基穩定性問題、斜坡穩定性問題、洞室圍巖穩定性問題、區域穩定性問題。

在分析地基穩定性問題時，以最近發生的兩個類似塌陷事故為例，2018年10月7日下午四川達州南城升華街一處路面出現塌陷為例4名路人被吞沒。2013年5月20日深圳橫崗5名剛下晚班員工喪命于突如其來的路面塌陷形成的深坑之中。總結分析城市這類新的工程地質問題形成機理，理解其與地下水潛蝕的關系。

在講述斜坡穩定性問題時，以三峽庫區巴東縣城黃土坡滑坡的曲折認識過程為例，來說明工程地質工作的復雜性和重要性。黃土坡滑坡是三峽庫區四大滑坡之一，自1979年以后進行過多次勘察，初期認為黃土坡只存在淺部局部失穩的問題，并作為移民新址進行了大規模投資建設，后期勘察成果認為黃土坡滑坡是一個多期次、多個堆積體組成的大型復合變形體，三峽水庫蓄水后，滑坡深部監測結果顯示滑坡發生了較明顯的位移。累計投入超過10億避險搬遷費并啟動完成了再次搬遷移民。

以2015年12月20日深圳市光明新區的紅坳渣土受納場滑坡事故為例，從工程地質條件入手分析其形成機理，事故造成直接經濟損失為8.81億元，但經調查認定，發生滑動的是受納場渣土堆填體，不屬于自然地質災害，是一起特別重大生產安全責任事故。2016年7月 ，公布 110名責任人受處理。通過這個實例分析來說明安全生產也與工程地質關系密切。

在分析洞室穩定性問題時，以平均造價2倍于青藏線、修建耗時7年的宜萬鐵路為例來進行說明，并要求同學們課外觀看宜萬鐵路的記錄片。通過地形地貌、地層巖性、地質構造等工程地質條件的分析來理解工程建設的困難。特別介紹國內外首創高壓富水充填巖溶隧道的“釋能降壓”專項技術成功克服巖溶隧道世界級難題，鼓勵同學們在以后的工作中開拓進取。

在分析區域穩定性問題時，以學生們熟悉的2008年汶川地震為例來進行講解。通過播放《解密512大地震》視頻來分析汶川地震的發生過程，從板塊運動的角度分析斷層的活動機制，并說明地震震級和地震烈度概念的聯系及區別，分析地震觸發大型崩塌、滑坡的機制。

4 教學效果

工程地質課程在基礎知識和基本概念教學過程中，緊密聯系課程章節知識點來選擇相關的工程實例進行多媒體教學，能加深學生印象、提高學生的興趣、提高教學效果。通過實例分析，還讓學生融合各個知識點，建立工程地質的時空觀念，提高學生定性分析思維能力，為后續巖體力學、土力學、巖土工程勘察等課程的定量分析打下基礎。