[科普中国]-工程岩土学

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。工程地质学的分支。在前苏联称为﹐汉译土质学。1

简述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或是作为建筑地基﹐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。

发展简史20世纪20年代末﹐工程岩土学在苏联形成为独立学科。以後﹐它的发展又大体经历了 3个阶段﹕①1945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B.B.道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。②1946～1978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。同时﹐随著水电建设的发展﹐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。③1979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﹐而且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於“土工学”或岩土工程学之中。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。40年的建设实践和科学研究﹐丰富了这门学科的研究内容﹐提高了研究水平。并在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以下几个方面﹕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。制订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。⑥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。

以上诸方面构成现代工程岩土学的3个分支﹕普通工程岩土学﹐其研究对象是广泛分布的典型土﹔区域工程岩土学﹐主要是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。

与其他学科的关系岩体和土体是一切地质作用发育的环境﹐也是形成地区工程地质条件的主要因素。因此﹐工程岩土学是开展整个工程地质学研究的理论基础。2

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学