工程實(shí)例分析在工程地質(zhì)課程教學(xué)中的應(yīng)用

肖擁軍，楊仙，劉洋

（湖南科技大學(xué)資源環(huán)境與安全工程學(xué)院,湖南湘潭 411201）

工程地質(zhì)類工程需要講授工程地質(zhì)的基本知識(shí)和理論，來查明工程地質(zhì)條件、解決工程地質(zhì)問題，但課程涉及礦物、巖石、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、巖土工程性質(zhì)、工程地質(zhì)問題及工程地質(zhì)勘察方法等教學(xué)知識(shí)點(diǎn)多、定性講述多，相對比較枯燥。課程教學(xué)如果與學(xué)生日常所見的土木工程的設(shè)計(jì)施工聯(lián)系不密切，容易使學(xué)生不夠重視。所以需要在教學(xué)過程中加強(qiáng)工程案例的教學(xué)應(yīng)用，特別是選取身邊最近發(fā)生的有重大社會(huì)影響的工程實(shí)例來展示有關(guān)的工程地質(zhì)概念，可以激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)工程地質(zhì)思維能力。

1 工程地質(zhì)課程的重要性

在工程地質(zhì)第一節(jié)課的課程教學(xué)時(shí)，就需要從工程項(xiàng)目各個(gè)階段入手來講清楚為什么土木工程專業(yè)、地質(zhì)工程專業(yè)需要學(xué)習(xí)工程地質(zhì)課程，理解工程地質(zhì)課程在專業(yè)課程體系中的重要性。

某個(gè)具體的工程可分為選址、勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測各階段，都會(huì)與工程地質(zhì)有關(guān)，工程地質(zhì)條件也會(huì)影響到工程的造價(jià)、質(zhì)量、工期。工程勘察報(bào)告要通過各種巖土工程勘察方法進(jìn)行巖土工程分析與評價(jià)，提出設(shè)計(jì)計(jì)算有關(guān)的物理力學(xué)參數(shù)，要涉及巖石、礦物、地質(zhì)構(gòu)造等概念。工程設(shè)計(jì)要考慮工程地質(zhì)條件及有關(guān)參數(shù)，如地震設(shè)防烈度。基礎(chǔ)工程施工方案也受工程地質(zhì)條件影響，關(guān)系工程造價(jià)，如地下水條件決定是否需要采取樁基礎(chǔ)水下灌注混凝土。

雖然橋梁工程看起來偏重上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工，但實(shí)際上地基條件非常重要，會(huì)影響基礎(chǔ)形式和基礎(chǔ)方案和上部結(jié)構(gòu)。例如，汝郴高速赤石特大橋在初步設(shè)計(jì)完成后，主墩位置進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況非常復(fù)雜，有3個(gè)橋墩所處區(qū)域存在強(qiáng)巖溶發(fā)育帶和斷層破碎帶等問題。使得設(shè)計(jì)方案被迫變更，改變了橋基位置和上部橋梁結(jié)構(gòu)方案，影響后續(xù)施工進(jìn)度，這座橋相對其他路段晚了一年多才通車。

2 工程地質(zhì)條件知識(shí)點(diǎn)的實(shí)例講解

工程地質(zhì)條件是工程地質(zhì)課程教學(xué)的基本內(nèi)容，是指工程建筑物所在地區(qū)地質(zhì)環(huán)境各項(xiàng)因素的綜合。這些因素包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、地表地質(zhì)作用、地形地貌等方面。

在講述三大巖石成因分類時(shí)，以三大旅游景點(diǎn)：南岳衡山的花崗巖、張家界風(fēng)景區(qū)石英砂巖、泰山的花崗片麻巖為例說明巖石形成演化的復(fù)雜時(shí)空過程，并總結(jié)對比礦物成分、巖石結(jié)構(gòu)、巖石構(gòu)造對其水文地質(zhì)工程地質(zhì)性質(zhì)的影響。

地質(zhì)構(gòu)造主要講解褶皺、斷層、節(jié)理等內(nèi)容，要在把握層理的基礎(chǔ)上來野外認(rèn)識(shí)褶皺、斷層、節(jié)理，重點(diǎn)把握地質(zhì)構(gòu)造的工程地質(zhì)評價(jià)，并認(rèn)識(shí)巖體結(jié)構(gòu)面的特征和巖體的不連續(xù)性，進(jìn)而說明崩塌、滑坡的形成機(jī)理。以身邊山區(qū)農(nóng)村切坡公路建設(shè)為例，說明巖層產(chǎn)狀與坡向的關(guān)系會(huì)影響斜坡的穩(wěn)定性。

水文地質(zhì)條件對工程影響也很大，教學(xué)時(shí)以宜萬鐵路野三關(guān)隧道發(fā)生的透水事故為例說明地下水對工程設(shè)計(jì)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(chǎn)生地面沉降的原因和后果。

在分析巖溶地質(zhì)作用時(shí)，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(duì)的12名球員及一名教練在一個(gè)溶洞探險(xiǎn)，因大雨淹沒溶洞主要出入口而受困，經(jīng)過近9日搜救后在洞穴內(nèi)找到。通過救援剖面圖來分析巖溶作用的機(jī)理和地下巖溶地貌特征。

在實(shí)例分析中加強(qiáng)知識(shí)的融會(huì)貫通，從礦物、巖石、地層、地質(zhì)構(gòu)造入手，引導(dǎo)學(xué)生到巖體（不連續(xù)體）工程性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，突出分析巖體工程特性、巖體質(zhì)量評價(jià)、巖溶隧道預(yù)報(bào)。巖體基本質(zhì)量由巖石堅(jiān)固程度和巖體完整程度兩方面共同確定，巖石堅(jiān)固程度與巖石的成因類型有關(guān)，巖體完整程度與地質(zhì)構(gòu)造分布有關(guān)。以野三關(guān)隧道工程為例，隧道工程地質(zhì)條件的各個(gè)方面決定了帶來的相關(guān)工程地質(zhì)問題。野三關(guān)隧道穿越地層主要為灰?guī)r、泥巖、泥灰?guī)r、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(zhì)構(gòu)造，充填性溶洞十分發(fā)育造成突水、突泥現(xiàn)象嚴(yán)重。

3 工程地質(zhì)問題案例分析

工程地質(zhì)問題是指已有的工程地質(zhì)條件在工程建筑和工程運(yùn)行期間會(huì)產(chǎn)生一些新的變化和發(fā)展，從而構(gòu)成威脅影響工程建筑安全的一些地質(zhì)問題。就土木工程而言，主要的工程地質(zhì)問題包括：地基穩(wěn)定性問題、斜坡穩(wěn)定性問題、洞室圍巖穩(wěn)定性問題、區(qū)域穩(wěn)定性問題。

在分析地基穩(wěn)定性問題時(shí)，以最近發(fā)生的兩個(gè)類似塌陷事故為例，2018年10月7日下午四川達(dá)州南城升華街一處路面出現(xiàn)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(jié)分析城市這類新的工程地質(zhì)問題形成機(jī)理，理解其與地下水潛蝕的關(guān)系。

在講述斜坡穩(wěn)定性問題時(shí)，以三峽庫區(qū)巴東縣城黃土坡滑坡的曲折認(rèn)識(shí)過程為例，來說明工程地質(zhì)工作的復(fù)雜性和重要性。黃土坡滑坡是三峽庫區(qū)四大滑坡之一，自1979年以后進(jìn)行過多次勘察，初期認(rèn)為黃土坡只存在淺部局部失穩(wěn)的問題，并作為移民新址進(jìn)行了大規(guī)模投資建設(shè)，后期勘察成果認(rèn)為黃土坡滑坡是一個(gè)多期次、多個(gè)堆積體組成的大型復(fù)合變形體，三峽水庫蓄水后，滑坡深部監(jiān)測結(jié)果顯示滑坡發(fā)生了較明顯的位移。累計(jì)投入超過10億避險(xiǎn)搬遷費(fèi)并啟動(dòng)完成了再次搬遷移民。

以2015年12月20日深圳市光明新區(qū)的紅坳渣土受納場滑坡事故為例，從工程地質(zhì)條件入手分析其形成機(jī)理，事故造成直接經(jīng)濟(jì)損失為8.81億元，但經(jīng)調(diào)查認(rèn)定，發(fā)生滑動(dòng)的是受納場渣土堆填體，不屬于自然地質(zhì)災(zāi)害，是一起特別重大生產(chǎn)安全責(zé)任事故。2016年7月 ，公布 110名責(zé)任人受處理。通過這個(gè)實(shí)例分析來說明安全生產(chǎn)也與工程地質(zhì)關(guān)系密切。

在分析洞室穩(wěn)定性問題時(shí)，以平均造價(jià)2倍于青藏線、修建耗時(shí)7年的宜萬鐵路為例來進(jìn)行說明，并要求同學(xué)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(zhì)構(gòu)造等工程地質(zhì)條件的分析來理解工程建設(shè)的困難。特別介紹國內(nèi)外首創(chuàng)高壓富水充填巖溶隧道的“釋能降壓”專項(xiàng)技術(shù)成功克服巖溶隧道世界級難題，鼓勵(lì)同學(xué)們在以后的工作中開拓進(jìn)取。

在分析區(qū)域穩(wěn)定性問題時(shí)，以學(xué)生們熟悉的2008年汶川地震為例來進(jìn)行講解。通過播放《解密512大地震》視頻來分析汶川地震的發(fā)生過程，從板塊運(yùn)動(dòng)的角度分析斷層的活動(dòng)機(jī)制，并說明地震震級和地震烈度概念的聯(lián)系及區(qū)別，分析地震觸發(fā)大型崩塌、滑坡的機(jī)制。

4 教學(xué)效果

工程地質(zhì)課程在基礎(chǔ)知識(shí)和基本概念教學(xué)過程中，緊密聯(lián)系課程章節(jié)知識(shí)點(diǎn)來選擇相關(guān)的工程實(shí)例進(jìn)行多媒體教學(xué)，能加深學(xué)生印象、提高學(xué)生的興趣、提高教學(xué)效果。通過實(shí)例分析，還讓學(xué)生融合各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，建立工程地質(zhì)的時(shí)空觀念，提高學(xué)生定性分析思維能力，為后續(xù)巖體力學(xué)、土力學(xué)、巖土工程勘察等課程的定量分析打下基礎(chǔ)。