工程地质学基础（唐辉明）（第2版）

《工程地质学基础》(第2版)传承中国地质大学（武汉）70年工程地质学教育教学体系，聚焦基础知识、基本理论和基本方法，融合工程地质学科最新发展，同时介绍高新技术在工程地质中的应用。
本教材以工程动力地质学为重点，系统全面地介绍工程地质学的基本理论、方法和技术。全书共分三篇十五章。第一篇为工程地质学基本理论，包括工程地质条件成因演化论、区域稳定性理论和岩体结构控制论。第二篇为工程地质问题研究，包括活断层与地震、斜坡工程、地下工程、岩溶、泥石流、地面沉降和渗透变形等。第三篇为工程地质技术与方法，包括工程地质模拟与评价、工程地质勘察、工程地质测试与试验、工程地质监测与预测和工程地质信息技术等。
本教材配套重难点讲解视频，可扫描二维码在线学习。
本教材体系完整，深入浅出，可作为高等学校地质工程、土木工程、环境工程、建筑工程等专业的教材，亦可作为从事相关专业科技人员的参考用书。

唐辉明，中国地质大学，党委副书记，教授、博士生导师，国*家级教学名师，973项目（国家重点基础研究发展计划）首席科学家，楚天学者特聘教授，俄罗斯自然科学院外籍院士。“英国帝国理工学院客座研究员，地质工程国家重点学科211建设执行负责人，地质工程科研创新团队负责人。

前言
“工程地质学基础”是工程地质学的重要组成部分，是高等学校地质工程专业和土木工程（岩土）专业的主干必修课程。
“工程地质学基础”课程具有悠久的历史。1952年，中国地质大学的前身北京地质学院，首次开设“工程动力地质学”课程。经过几代人的共同努力，中国地质大学（武汉）“工程地质学基础”课程不断发展和完善，成为地质工程专业的重要品牌课程，2007年、2014年和2020年分别入选国家精品课程、国家精品资源共享课和国家级一流本科课程。与本课程密切相关的“地质灾害预测与防治”“地质类专业导论”分别于2013年和2016年入选国家精品视频公开课。2009年工程地质学教学团队获批国家级教学团队。2019年以“工程地质学基础”课程作为核心组成部分的中国地质大学（武汉）地质工程专业获批国家级一流本科专业建设点。
“工程地质学基础”课程教材传承中国地质大学（武汉）70年工程地质学教育教学体系，并不断融合工程地质学科最新发展。教材第1次由张咸恭、沈孝宇等编写，1963年由中国工业出版社出版；第2次由李智毅、杨裕云、王智济主编，1999年由中国地质大学出版社出版；第3次由唐辉明主编，2008年由化学工业出版社出版，由以工程动力地质作用为主线转变为依据工程地质学体系为主线，构建课程教材内容体系，形成了集基本理论、工程地质问题、工程地质技术与方法于一体的新体系。实际意义上，本书是对教材的第4次修改出版，在融合工程地质学最新发展的基础上，注重课程思政，展示中国工程地质工作者的奋斗历程和重大成就，激发学生努力学习、报效祖国的热情；本书同时注重传统教材与数字信息媒体技术的结合，配套重难点讲解视频，可扫描二维码观看。本书内容征求了有关单位和专家的意见，并得到教育部高等学校地质类专业教学指导委员会专家们的指导。
本教材以工程动力地质学为重点，系统全面地介绍工程地质学的基础知识、基本理论和基本方法，共分三篇十五章。第一篇为工程地质学基本理论，重点包括工程地质条件成因演化论、区域稳定性理论和岩体结构控制论；第二篇为工程地质问题研究，包括活断层与地震、斜坡工程、地下工程、岩溶、泥石流、地面沉降和渗透变形等；第三篇介绍工程地质技术与方法，主要包括工程地质模拟与评价、工程地质勘察、工程地质测试与试验、工程地质监测与预测和工程地质信息技术。
本书由唐辉明主编，编写分工如下：绪论，第1、3、6章，唐辉明；第2、4、5、8、12章，晏鄂川；第7、14、15章，胡新丽；第9章，王亮清；第10章，吴琼；第11章，唐辉明、晏鄂川；第13章，王亮清。全书由唐辉明统一定稿。作者团队力图做到体系严谨、合理，基本概念清楚、明确，知识内容重点突出，使本科生易于掌握，学以致用。
本书编写过程中，得到中国地质大学（武汉）工程学院、湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站教师和研究人员的支持和帮助，谨向他们致以衷心的感谢！
书中不妥之处，恳望指正。

编者
2022年8月于武昌




第1版前言
“工程地质学基础”是高等学校地质工程和土木工程（岩土）专业的主干课程，也是环境工程、水利水电工程及水利科学与工程等专业的重要必修课。
中国地质大学的前身——北京地质学院创立于1952年，并在我国首次创立水文地质工程地质系，“工程地质学基础”是学校创立之初就开设的主干课程之一。经过几代人的共同努力，我校工程地质学科体系从无到有，不断发展、完善。我校“工程地质学基础”课程一直拥有优秀的教学传统、先进的教学方法和优良的教学环境，为优秀人才的培养创造了优越的条件。该课程是中国地质大学（武汉）的品牌课程之一，自20世纪50年代以来，我校的“工程地质学基础”（工程动力地质学）课程在全国一直占有重要地位。
本书作者们在50多年教学、科研积累的基础上，总结自己多年的教学经验，编写了本教材。本书以工程动力地质学为重点，系统全面地介绍工程地质学的基础知识、基本理论和基本方法，同时反映本学科最新科研成果和技术方法。
本教材是按80学时编写的。全书共分三篇15章。第一篇为工程地质学基本理论，重点包括工程地质条件成因演化论、区域稳定性理论和岩体结构控制论。 第二篇为工程地质问题研究，包括活断层与地震、斜坡工程、地下工程、岩溶、泥石流、地面沉降和渗透变形等。第三篇介绍工程地质技术与方法，主要包括工程地质模拟与评价、工程地质勘察、工程地质测试与试验、工程地质监测与预测和工程地质信息技术。
通过本课程的学习，要求学生全面掌握内、外动力及人类活动引起的有关物理地质现象方面的基本知识，以及从工程地质角度去研究动力地质现象（问题）的基本方法，初步具备解决重大工程地质实际问题的能力，为今后从事生产实际工作和科学研究打好基础。在工程地质课程教学中，通过基本概念、基本理论、基本方法的教学，培养学生发现问题、分析问题和解决工程地质问题的能力。课程以讲授为主，辅以必要的习题、作业，配有一定的实践性教学内容，注重理论与实践相结合。考虑到授课学时的限制，第一篇可选修，第三篇可自学或选修，也可列为专题讲座。工程地质勘察有专门课程介绍。
本书由唐辉明主编，编写分工如下：绪论，第1、3、6章，唐辉明；第2、4、5、8、12章，晏鄂川；第7、14、15章，胡新丽；第9章，王亮清；第10章，杨裕云；第11章，唐辉明、晏鄂川；第13章，刘佑荣。作者们力图做到体系严谨、合理，基本概念清楚、明确，知识内容重点突出，使本科生易于掌握，学以致用。
本书编写大纲曾征求了有关单位和专家的意见，并得到教育部高等学校地质工程教学指导分委员会专家们的指导。初稿完成后，编者们进行了互审，并提出了修改意见。之后编者们进行了认真修改。最后由唐辉明统一定稿。
本书作为国家精品课程“工程地质学基础”的配套教材，其相关的电子课件等教学资源可前往国家精品课程网站查看。
在本书编写过程中，得到中国地质大学（武汉）工程学院、工程地质与岩土工程系老师们的支持和帮助。谨向他们致以衷心的感谢！
书中缺点和不妥之处在所难免，恳望读者指正。

编者
2007年9月于武昌

绪论 1
0.1 工程地质学的研究对象与任务 1
0.1.1 工程建筑对地质环境的作用 1
0.1.2 工程地质条件 2
0.1.3 工程地质问题 3
0.2 工程地质学的研究内容 4
0.3 工程地质学的研究方法及其与其它学科的关系 4
0.3.1 研究方法 4
0.3.2 工程地质学与其它学科的关系 6
0.4 工程地质学的发展与成就 6
0.4.1 工程地质学的发展 6
0.4.2 我国工程地质学的成就 9
0.5 中国工程地质杰出代表人物 10
0.6 本课程主要内容 12
思考题 12
参考文献 13


第一篇 工程地质学基本理论
第1章 工程地质条件成因演化论 16
1.1 概述 16
1.2 工程地质条件形成的控制因素 16
1.2.1 大地构造 17
1.2.2 自然地理 19
1.3 中国工程地质条件分区分带的规律性 20
1.3.1 中国大地构造环境 20
1.3.2 中国自然地理环境 22
1.4 中国工程地质条件的组合类型及其独特性 25
1.5 工程地质条件成因演化论 28
思考题 28
参考文献 28

第2章 区域稳定性理论 29
2.1 概述 29
2.2 区域稳定性基本理论 29
2.2.1 区域地壳稳定性分析原理 30
2.2.2 区域稳定性分级与分区理论 30
2.3 区域稳定性研究基本内容 31
2.3.1 区域地壳结构与组成研究 31
2.3.2 区域新构造运动与应力场研究 31
2.3.3 区域断裂现今活动性研究 31
2.3.4 区域地震活动与火山活动研究 31
2.3.5 区域重大地质灾害研究 31
2.3.6 区域稳定性评价理论与技术方法研究 32
2.4 中国区域构造挽近期活动性概述 32
2.4.1 中国构造地貌基本特征 32
2.4.2 中国挽近期主要活动断裂带 32
2.4.3 中国挽近期气候、环境的变迁 33
2.4.4 中国挽近期以来岩浆活动和地热活动 33
2.4.5 中国的地震活动与挽近构造应力场特征 34
2.4.6 中国挽近期构造活动分区概述 34
2.5 区域稳定性分区与评价 36
2.5.1 区域稳定性分级原则 36
2.5.2 区域稳定性分区 36
2.5.3 区域稳定性评价因素及指标 37
2.5.4 区域地壳稳定性评价指标 38
2.5.5 区域稳定性评价方法 41
思考题 43
参考文献 43

第3章 岩体结构控制论 45
3.1 概述 45
3.2 岩体结构的物质基础 45
3.2.1 岩石的成分与结构 46
3.2.2 岩石的成岩环境与岩相变化 46
3.2.3 岩石的成层条件及厚度变化 46
3.2.4 岩石组合特征及其划分依据 46
3.2.5 岩石的物理力学性质 47
3.3 岩体结构 47
3.3.1 结构面的类型及特征 47
3.3.2 岩体结构基本类型和特征 49
3.4 岩体结构的力学效应 52
3.4.1 岩体变形机制 52
3.4.2 岩体破坏机制 52
3.4.3 岩体力学性质与力学介质 53
3.4.4 岩体赋存环境因素及结构的力学效应 53
思考题 54
参考文献 55


第二篇 工程地质问题研究
第4章 活断层与地震 58
4.1 概述 58
4.2 活断层 58
4.2.1 活断层的概念及研究意义 59
4.2.2 活断层的基本特征 60
4.2.3 活断层参数的研究 61
4.2.4 活断层的鉴别 63
4.2.5 活断层工程地质评价 64
4.3 地震 66
4.3.1 地震地质及地震波基础 66
4.3.2 地震的震级及地震烈度 72
4.3.3 地震效应 75
4.3.4 地震的工程地质评价 80
4.4 水库诱发地震 86
4.4.1 水库诱发地震的基本特征 86
4.4.2 水库诱发地震的工程地质研究 87
思考题 88
参考文献 88

第5章 斜坡工程 90
5.1 概述 90
5.2 斜坡中的应力分布特征 91
5.2.1 斜坡中应力状态的变化 91
5.2.2 影响斜坡应力分布的因素 92
5.3 斜坡浅表生改造现象 93
5.3.1 斜坡浅表生结构面发育特点 93
5.3.2 斜坡浅表生改造带应力场特征 95
5.4 斜坡变形破坏基本类型 96
5.4.1 斜坡变形 96
5.4.2 斜坡破坏 98
5.4.3 崩塌 99
5.4.4 滑坡 103
5.5 斜坡稳定性影响因素 111
5.5.1 岩土类型与性质 111
5.5.2 岩体结构和地质构造 112
5.5.3 地表水和地下水 112
5.5.4 地震 116
5.5.5 人类活动 116
5.6 斜坡稳定性评价 116
5.6.1 定性评价 116
5.6.2 定量评价 120
5.6.3 斜坡变形破坏的预测预报 122
5.7 斜坡地质灾害防治 125
5.7.1 防治原则 125
5.7.2 防治措施 125
思考题 131
参考文献 132

第6章 地下工程 134
6.1 概述 134
6.2 地下开挖引起的围岩应力重分布 134
6.2.1 弹性围岩重分布应力 135
6.2.2 塑性围岩重分布应力 137
6.3 围岩的变形与破坏 138
6.3.1 脆性围岩的变形破坏 139
6.3.2 塑性围岩的变形破坏 141
6.4 地下建筑围岩稳定性评价 142
6.4.1 影响围岩稳定性的因素 142
6.4.2 围岩稳定性的定量评价 142
6.5 地下工程地质超前预报 144
6.5.1 地质超前预报分类 144
6.5.2 地质超前预报的内容 145
6.5.3 地质超前预报常用方法 146
思考题 148
参考文献 148

第7章 岩溶 150
7.1 概述 150
7.2 岩溶发育机理 151
7.2.1 碳酸盐岩的溶蚀机理 151
7.2.2 影响岩溶发育的因素 155
7.3 岩溶地基稳定性评价 163
7.3.1 岩溶地(坝)基变形破坏的主要形式 163
7.3.2 土洞及地表塌陷的成因 164
7.3.3 岩溶地基稳定性定性评价 165
7.3.4 岩溶地基稳定性定量评价 166
7.3.5 岩溶地(坝)基的处理措施 169
7.4 岩溶渗漏问题评价 170
7.4.1 渗漏的形式 170
7.4.2 影响渗漏的因素 170
7.4.3 岩溶区选择库坝位置时应注意的问题 174
7.4.4 岩溶渗漏的防治措施 175
7.5 岩溶地面塌陷 177
7.5.1 概述 177
7.5.2 岩溶地面塌陷的形成条件 180
7.5.3 岩溶地面塌陷监测与预测 181
思考题 183
参考文献 183

第8章 泥石流 185
8.1 概述 185
8.2 泥石流形成条件与分布 187
8.2.1 泥石流形成条件 187
8.2.2 泥石流分布 189
8.3 泥石流的基本特征 190
8.3.1 泥石流的密度 190
8.3.2 泥石流的结构 190
8.3.3 泥石流的流态 191
8.3.4 泥石流的直进性 192
8.3.5 泥石流的脉动性 192
8.4 泥石流的分类 193
8.4.1 按泥石流流域形态分类 193
8.4.2 按泥石流的物质组成分类 193
8.4.3 按泥石流体性质分类 194
8.5 泥石流的地貌作用过程 194
8.5.1 泥石流的侵蚀地貌 194
8.5.2 泥石流的堆积地貌 195
8.5.3 泥石流的侵蚀-堆积地貌 196
8.6 泥石流危险度区划 198
8.7 泥石流防治 200
8.7.1 泥石流的治理措施 200
8.7.2 泥石流的预防措施 202
思考题 204
参考文献 204

第9章 地面沉降 206
9.1 概述 206
9.2 地面沉降的诱发因素及地质环境 206
9.2.1 地面沉降的诱发因素 207
9.2.2 地面沉降的地质环境 209
9.3 承压水位下降引起的地面沉降机制分析 211
9.3.1 机制分析 211
9.3.2 黏性土层的变形机理 214
9.3.3 黏性土层固结历史 214
9.3.4 黏性土的固结状态 215
9.4 地面沉降的预测 217
9.4.1 预测所需要资料与预测成果 217
9.4.2 地面沉降的预测方法 217
9.4.3 地面沉降预测实例 219
9.4.4 地面沉降的测量系统 220
9.4.5 地面沉降的测量方法 221
9.5 地面沉降的控制与治理 223
9.5.1 已经产生地面沉降的地区 223
9.5.2 可能发生地面沉降的地区 223
思考题 224
参考文献 224

第10章 渗透变形 225
10.1 概述 225
10.2 渗透变形的条件和机理 227
10.2.1 渗透变形产生的必要条件 227
10.2.2 渗透变形产生的充分条件和机理 227
10.3 渗透变形的类型及判别 230
10.3.1 渗透变形的类型 230
10.3.2 渗透变形类型的判别 232
10.4 临界水力坡度的确定 234
10.4.1 公式计算法 234
10.4.2 试验法实测临界水力坡度 235
10.4.3 据土的颗粒组成和透水性确定临界水力坡度 237
10.5 实际水力坡度的预测 237
10.5.1 理论公式法 238
10.5.2 统计分析法 239
10.5.3 数值模拟法 240
10.6 坝基渗透稳定性评价 241
10.7 渗透变形防治 242
10.7.1 防渗截流工程 243
10.7.2 排水减压和反滤盖重工程 245
思考题 247
参考文献 247


第三篇 工程地质技术与方法
第11章 工程地质模拟与评价 250
11.1 概述 250
11.2 工程地质模型与模拟 250
11.2.1 工程地质模型 250
11.2.2 工程地质模拟的工作步骤 251
11.3 工程地质评价 252
11.3.1 评价的基本原则 252
11.3.2 评价的对象 252
11.3.3 评价的内容 252
11.3.4 评价结果 253
11.4 工程地质评价基本方法 253
11.4.1 分区分类分级类比法 253
11.4.2 标准对比法 254
11.4.3 图解分析法 254
11.4.4 数值计算法 255
11.5 工程地质数值模拟与物理模拟 255
11.5.1 工程地质数值模拟的主要方法 255
11.5.2 工程地质物理模拟的设计 256
11.5.3 工程地质模拟的应用 258
思考题 259
参考文献 259

第12章 工程地质勘察 261
12.1 概述 261
12.2 工程地质勘察基本技术要求 261
12.2.1 工程地质勘察的分级 261
12.2.2 工程地质勘察阶段 263
12.2.3 工程地质勘察任务设计 263
12.3 工程地质测绘 264
12.3.1 工程地质测绘内容 264
12.3.2 工程地质测绘范围、比例尺和精度 266
12.4 工程地质勘探与取样 267
12.4.1 工程地质勘探 267
12.4.2 勘探布置的一般原则 273
12.4.3 岩土试样采取 274
12.5 工程地质勘察成果整理 276
12.5.1 岩土参数的分析和选定 276
12.5.2 工程地质勘察报告 276
思考题 278
参考文献 278

第13章 工程地质测试与试验 279
13.1 概述 279
13.2 地应力测试 280
13.2.1 应力解除法 280
13.2.2 水压致裂法 282
13.3 岩土体物理力学性质测试 284
13.3.1 土体载荷试验 284
13.3.2 静力触探试验 286
13.3.3 动力触探试验 287
13.3.4 旁压试验 290
13.3.5 十字板剪切试验 292
13.3.6 岩体变形试验 294
13.3.7 岩体强度试验 296
13.3.8 岩体声波测试 299
13.4 地下水测试 301
13.4.1 抽水试验 301
13.4.2 钻孔注水试验 303
13.4.3 渗水试验 304
思考题 304
参考文献 305

第14章 工程地质监测与预测 306
14.1 概述 306
14.2 工程地质监测技术 307
14.2.1 监测主要内容及技术 307
14.2.2 监测方法 312
14.2.3 空天地一体化监测技术 313
14.3 工程地质监测系统设计 314
14.3.1 监测系统设计原则 314
14.3.2 监测系统的主要设计方法 315
14.4 滑坡工程地质监测案例 316
14.4.1 黄土坡滑坡基本特征 316
14.4.2 监测系统目标 316
14.4.3 监测系统构成 317
14.4.4 监测内容 319
14.4.5 监测成果分析 320
14.5 工程地质预测 321
14.5.1 力学分析法 322
14.5.2 数理统计分析法 322
14.5.3 非线性预测法 323
14.5.4 经验判断法 324
思考题 324
参考文献 324

第15章 工程地质信息技术 326
15.1 概述 326
15.2 地理信息系统技术 327
15.2.1 地理信息系统简介 327
15.2.2 工程地质数据的特点 328
15.2.3 地理信息系统的开发工具 328
15.2.4 地理信息系统在工程地质中的应用 329
15.2.5 工程地质GIS的开发 331
15.3 遥感技术 336
15.3.1 遥感解译原理与标志 336
15.3.2 工程地质遥感解译内容 336
15.3.3 工程地质遥感工作的程序 340
15.3.4 遥感技术在工程地质工作中的应用 340
15.4 大数据与人工智能技术 343
15.4.1 大数据与人工智能概述 343
15.4.2 多源信息融合与数据挖掘 346
15.4.3 大数据人工智能技术在工程地质领域的应用 347
思考题 349
参考文献 349