時間:2022-10-14 03:30:37
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇工程地質學,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
《工程地質學》之石頭(1)
1、滑石是熱液蝕變礦物。富鎂礦物經熱液蝕變常變為滑石,故滑石常呈橄欖石、頑火輝石、角閃石、透閃石等礦物假象。滑石是一種常見的硅酸鹽礦物,它非常軟并且具有滑膩的手感。人們曾選出10個礦物來表示10個硬度級別,稱為摩斯硬度,在這10個級別中,第一個(也就是最軟的一個)就是滑石。柔軟的滑石可以代替粉筆畫出白色的痕跡。滑石一般呈塊狀、葉片狀、纖維狀或放射狀,顏色為白色、灰白色,并且會因含有其他雜質而帶各種顏色?;挠猛竞芏啵缱髂突鸩牧?、造紙、橡膠的填料、農藥吸收劑、皮革涂料、化妝材料及雕刻用料等等。
2、白云母(Muscovite)也叫普通云母、鉀云母或云母,是云母類礦物中的一種。白云母是良好的電絕緣體和熱絕緣體,并且它能夠大量出產,因此具有重要的經濟價值。一般它產于變質巖中,但也產于花崗巖等巖石中。白云母并非只是白色,它可以是較淡的褐、綠、紅色到無色,具有玻璃光澤到絲絹光澤。形狀為大板塊狀,六方晶體或細粒的集合體。
3、角閃石是角閃石族礦物的總稱,角閃石屬閃石族中一員,是鎂、鐵、鈣、鈉、鋁等的硅酸鹽或鋁硅酸鹽礦物。與輝石族形態、組成相近,而以含OH為區別。角閃石這個單字(hornblende)本身反映出兩種獨立的礦物:鐵角閃石和鎂角閃石,若不用化學試驗無法將兩者區別開來。
4、黃鐵礦因其淺黃銅的顏色和明亮的金屬光澤,常被誤認為是黃金,故又稱為“愚人金”。成分中通常含鈷、鎳和硒,具有NaCl型晶體結構。成分相同而屬于正交(斜方)晶系的稱為白鐵礦。成分中還常存在微量的鈷、鎳、銅、金、硒等元素,含量較高時可在提取硫的過程中綜合回收和利用。
5、高嶺石是長石和其他硅酸鹽礦物天然蝕變的產物,是一種含水的鋁硅酸鹽。它還包括地開石、珍珠石和埃洛石及成分類似但非晶質的水鋁英石,因此叫作一它們屬于粘土礦物。
6、方解石是一種碳酸鈣礦物,天然碳酸鈣中最常見的就是它。因此,方解石是一種分布很廣的礦物。方解石的晶體形狀多種多樣,它們的集合體可以是一簇簇的晶體,也可以是粒狀、塊狀、纖維狀、鐘乳狀、土狀等等。敲擊方解石可以得到很多方形碎塊,故名方解石。
7、輝石 (Ca,Mg,Fe,Al)2(Si,Al)2O6 單晶體為短柱狀,橫切面呈近正八邊形,集合體為粒狀。綠黑色或黑色。玻璃光澤。硬度5-6。有平行柱狀的兩組解理,交角應為56。相對密度3.02-3.45,隨著含Fe量增高而加大。
8、橄欖石化學式為(Mg,Fe)2(SiO4),是鎂橄欖石Mg2(SiO4)和鐵橄欖石Fe2(SiO4)固溶體系列的總稱,晶體屬斜方(正交)晶系的島狀硅酸鹽礦物。是制造鎂質耐火材料的優質礦物原料,透明絢麗者可用做寶石。
9、綠泥石chlorite一族層狀結構硅酸鹽礦物。通常所稱的綠泥石,指主要為Mg和Fe的礦物種,即斜綠泥石、鮞綠泥石等。它是一些變質巖的造巖礦物?;鸪蓭r中的鎂鐵礦物如黑云母、角閃石、輝石等在低溫熱水作用下易形成綠泥石。其顏色隨含鐵量的多少呈深淺不同的綠色。玻璃光澤至無光澤,解理面可呈珍珠光澤。主要是中、低溫熱液作用,淺變質作用和沉積作用的產物。
10、白云石晶體屬三方晶系的碳酸鹽礦物1?;瘜W成分為CaMgCO32。常有鐵、錳等類質同象代白云石替鎂。當鐵或錳原子數超過鎂時,稱為鐵白云石或錳白云石。三方晶系,晶體呈菱面體,晶面常彎曲成馬鞍狀,聚片雙晶常見。集合體通常呈粒狀。純者為白色;含鐵時呈灰色;風化后呈褐色。玻璃光澤。遇冷稀鹽酸時緩慢起泡。是組成白云巖的主要礦物。海相沉積成因的白云巖常與菱鐵礦層、石灰巖層成互層產出。在湖相沉積物中,白云石與石膏、硬石膏、石鹽、鉀石鹽等共生。成互層產出。在湖相沉積物中,白云石與石膏、硬石膏、石鹽、鉀石鹽等共生。
關鍵詞:學分制;工程地質學;實驗教學體系;改革
中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2012)08-0238-02
0引言
目前,為了適應社會對創新型人才的迫切需求[1,2],調整培養方案,采用學分制,勢在必行。眾所周知,學分制教育模式以選課為核心,教師指導為輔助,通過績點和學分來衡量學生學習效果,與班建制、導師制合稱三大教育模式。學分制于19世紀末首創于美國哈弗大學[3],目前學分制已在國內高校全面推行。工程地質學是土木工程、水利工程、地質工程等專業的專業基礎課,實踐性較強,實驗、實習所占比重較大。積極主動探索學分制下工程地質學實驗教學問題,具有重要現實意義。
1目前《工程地質學》教學存在的問題
經過對國內20余所高校土木工程、水利工程、地質工程等專業的《工程地質學》實驗教學調研,可將目前《工程地質學》教學存在的問題歸結為三方面:
1.1 實驗教學資源投入嚴重不足教學資源投入問題是各高校普遍面臨的突出問題, 實驗教學涉及問題主要有兩個方面:其一是實驗設備和場地。隨著高校的擴展,對實驗設備和場地的需求量很大,需要投入的經費較多,在有限的實驗時間,學生人數與臺套數完全不成比例;即使購回了儀器,又沒有實驗場地,以至于部分實驗項目無法開設,如重慶市某交通類高校的工程地質學實驗課擬開設學生礦物巖石鏡下實驗,需要學生自己動手掌握切片、磨片、觀察全過程,但是由于沒有底樓的房間,該實驗迄今尚未開出;工程地質學鉆探實驗也由于沒有場地和設備而從未開設。其二是學校對實驗室教師的激勵問題。盡管培養人才是教師的天職,但在各方面調動教師的積極性對教學質量的提高有顯著影響[5],如成都某交通類高校的實驗室老師執行的是崗位職,教師在實驗室上課的多少跟待遇無關,只跟職稱有關,缺乏相應的激勵機制,教師多開課程、學生選修人數多等沒有得到相應的獎勵,雖然學校提倡多開展設計型、綜合型和創新型等實驗項目,提倡開放性實驗,甚至每學期學校都要檢查開展情況,但教師沒有多承擔教學工作量的積極性,同時認為實驗室老師是教輔人員,不鼓勵教師繼續深造,導致很多老師缺乏責任感,知識陳舊,根本不關心理論課教材、學生所屬專業,實驗教學效果較差。
1.2 實驗教學方式死板、時間不靈活工程地質學是一門實踐性很強的自然科學,學生僅通過學習書本上的概念、理論,不進行一定的實踐,是很難理解很多工程地質學現象的,目前大多數院校的工程地質學室內實驗是在教師已準備好的特定條件下,讓學生進行已知的造巖礦物與巖漿巖、沉積巖和變質巖的肉眼觀察,以觀察為主,這種“牽著走”的教學方法容易讓學生產生實驗簡單的錯覺[2],結果學生自己思考得很少,少數學生實驗時不動腦、不動手、依賴性強。老師的教與學生的學方法單一,不利于學生創新能力的培養;有的高校由于種種原因采用工程地質學集中實驗,理論教學與實驗教學嚴重脫節,導致學生學習困難和缺乏興趣。目前,多數高校的工程地質學實驗課實行部分開放作為試點探討,若實驗室不實行開放式實驗教學,很難推動高校學分制教學體制改革,很難激發學生的學習熱誠,很難培養出學生的創新能力。
1.3 實驗教學內容不符合知識的邏輯性工程地質學是一門理論性和實驗性很強的專業基礎課。在推行學分制下,現行強調“厚基礎,薄專業”的課程設置指導思想中,專業課所分配學時數已大幅減少。大多數院校的工程地質學學分少,實驗課時少,實驗內容陳舊,造巖礦物與三大類巖石的識別,靠一些簡單的工具,通過肉眼識別,不便于地質學基本理論的掌握,如沉積巖中的膠結物的類型,巖漿巖中的晶體與非晶體,等粒與斑狀結構等區分,靠肉眼鑒別很難,還有地質構造的分析與地質圖的分析、地質剖面的繪制等部分,如不通過綜合強化訓練,很難達到學生創新能力的培養。
2學分制下《工程地質學》實驗教學模式
2.1 實驗教學管理模式的人性化學校要有激勵實驗教師的政策,鼓勵教師熱愛本職工作,善于鉆研業務,采用坐班制;工程地質學實驗教學管理要具有自動化特點,要有專門工程地質學實驗教學中心的網站,把要開設的工程地質學實驗課程的時間、教師、教室及時掛在網上,讓學生根據自己時間采用網上預約,便于控制學生來上實驗課的人數,實驗室實現全天后開放,對少數學生希望在學一遍也是允許的,歡迎學生走進實驗室,自己動手,與老師探討問題,激發學生的學習熱情,使學生覺得喜歡工程地質學實驗課。
2.2 教學內容的全面性和創新性為了適應工科學生創新性人才的培養,以創新型人才培養的系統工程方法論為指導思想[1],將重心調整到重視學生創新能力上來。工程地質學實驗內容要涵蓋既要常見的礦物巖石和巖石識別鑒定,又要有綜合技能的培養如地質平面圖分析、圖切地質剖面、使用地質羅盤儀測定沉積巖產狀等,據此將課程實驗教學內容進行優化調整(表1),室內實驗學時數增加到16學時,其中驗證型實驗由原來的70%降低為43.75%,綜合型和設計型實驗增加到56.25%。
2.3 實驗時間的靈活性學分制下教學要突出學生選課和上課的靈活性,實驗課采用網上預約,實驗室公布提前在網上公布上課的內容、教師和地點。要協調好學生人數,一個實驗項目人數不能超過30人。部分學生對難度大的實驗內容或學生對實驗內容興趣較濃的內容可以重復預約實驗,培養學生創新思維和主觀能動性。
2.4 教學方式的引導性和多樣性教學要分層次教學,不能一味強調以教師為主體,重心調整為以學生為主體,重在培養學生的動手能力,充分發揮實驗教師的引導作用。每次實驗課前教師提出實驗要求,引導學生預習,下次上課前應考核,給定成績,不合格者勸其準備好了再來。驗證性實驗也要組織有序,將室內實驗教學分三個階段進行,以礦物巖石學習為例:
第一階段:為了滿足學生的好奇心,給學生一定的時間用于觀察各類標本模型,讓學生帶有好奇心進行學習,喜歡工程地質實驗。
第二階段:讓學生從專業角度去對每一種巖石礦物標本進行特性分析。
第三階段:列出典型、常見的礦物,要求學生在規定時間內完成其特征描述,指出必須掌握的常見的造巖礦物,為后面掌握三大類巖石的實驗打基礎,如常見的巖漿巖的造巖礦物,沉積巖的造巖礦物、變質巖的造巖礦物,歸類總結,經思考達到更進一步的掌握。
為了檢驗學生學習效果,實驗室教師可以把常見的造巖礦物和三大類巖石放在一起編上號,讓學生隨機抽查號碼來鑒定常見的造巖礦物和巖石,并計入最總的考核成績。
還可通過討論的方式加深學生對工程地質學理論內容的理解,提高學生自行設計實驗方案,這種“指著走”的教學方法利于激發學生學習的主動性和積極性,開拓學生的思維和提高學生的洞察力培養學生樹立嚴肅認真和實事求是的學風。
2.5 考核方式的系統性對學生的考核要全面,分為預習情況占10%,上課簽到占10%,現場隨機抽查的礦物巖石鑒定成績占10%,每位學生在規定的時間內提交一份包括所有實驗內容的綜合實驗報告成績占70%,最后得到的實驗成績應為按比例組成的總成績。
3結論
3.1 為了適應當前高等學校創新型人才培養需求,學分制下《工程地質學》實驗教學優化改革勢在必行。
3.2 目前高校土木工程、水利工程、地質工程等專業的《工程地質學》實驗教學存在實驗教學資源投入嚴重不足、實驗教學方式死板、時間不靈活、教學內容安排不符合知識的邏輯性等問題。
3.3 從實驗教學管理模式的人性化、教學內容全面性和創新性、實驗時間的靈活性、教學方式的引導性和多樣性、考核方式的系統性等方面,提出了學分制下《工程地質學》實驗教學模式。
參考文獻:
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[2]劉勇健.工程地質學學教學與創新人才培養的探討.高等建筑教育,2005,14(4):25-27.
[3]葉四橋,陳洪凱,唐紅梅.面向卓越工程師的工程地質學實習教學改革研究.當代教育理論與實踐,2011,3(4):104-106.
【關鍵詞】:工程地質勘察環境分析人才機遇
工程地質對于工程師來說并不陌生。然而,由于人類工程活動引起地質環境的改變,工程地質問題造成工程建設的被動與失敗的若干實例證實,許多人對工程地質又是陌生的。人類歷史剛剛翻開新千年新世紀的第一頁,一場以高新技術為前導的產業革命卻早已開始了,工程地質學科必將在這場革命中獲得新生。當然,我們更應該看到技術的每一次革命性進步,都伴隨著矛盾與沖突,特別是體制和機制問題,是生產力與生產關系的相互作用,需要協調與適應,改革就成為必然。
當前,工程地質學科正在經歷著前所未有的挑戰,工程地質專業正面臨著新的發展機遇。人類與自然的關系不是斗爭而是相互作用和相互影響;人類工程活動不是改造自然而是如何順應自然。人類賴以生存的地球環境問題,工程地質學家和地質師都要認真關注,并勇敢地承擔起應盡的職責。
1 工程地質學科的起源與發展
工程地質學是研究人類工程建設活動與自然地質環境相互作用和相互影響的一門地球科學。20世紀初,為了適應興建各種工廠、水壩、鐵路、運河等工程建設的需要,地質學家開始介入解決工程建設中與地質有關的工程問題,不斷地進行著艱苦的工程實踐和開拓性的理論探索,首次出版了“工程地質學”專著,工程地質學開始成為地球科學的一個獨立分支學科,工程地質勘察則成為工程建設中不可缺少的一個重要組成部分。二次世界大戰以后,全世界有了一個較為穩定的和平環境,工程建設的發展十分迅速,工程地質學在這個階段迅速成長起來了。經過半個多世紀的工程實踐和理論探索,工程地質學大為長進,內涵和外延都煥然一新,成為了現代科學技術行列中的重要分支學科。
中國的工程地質事業在解放前基本上是空白,建國后才有了長足的進步和發展。50年代初開始引進蘇聯工程地質學理論和方法,走過了我們自己的工程實踐和理論創新的輝煌歷程,形成了有自己特色的工程地質學體系。舉世矚目的三峽、小浪底等特大型水利樞紐工程及西氣東輸,南水北調等大型工程的開工建設,充分積累了在各類巖性地區和各種復雜地質條件下進行地質工作的豐富經驗,建立了一套比較完整的工程地質勘察規程規范。重大工程建設不斷地將數理學科的新成就和高新技術及時吸收進來,極大地豐富了工程地質學科的內容,有力地促進了工程地質學科的發展,使我國工程地質學達到現代科技水準,逐漸成為國際工程地質界的重要成員之一。
今天,工程地質專業學科的內涵已經遠遠超出了傳統工程地質定性描述和定性評價的范疇,發展成為集多種勘探手段去獲取基礎性地質資料,并對這些資料進行歸類匯總、整理分析、定性評價、定量評價、地質預測、工程措施的建議等等既特殊又復雜的綜合性專業。任何一個成熟的設計師,都會清楚地意識到工程地質專業在工程設計中的重要位置。無數重大工程成敗的實例足以證明工程地質專業在工程建設中的權威性。
2 工程地質的技術進步
工程地質勘察技術近二十年來有了長足的進展。測量、物探、鉆探、試驗等在儀器、設備、新技術、新方法、新手段方面不斷推陳出新,為工程地質提供了強有力的技術依托。由于有了各種新技術的支持,工程地質分析從定性到定量就成為可能。定量分析的新理論層出不窮,在學術界十分活躍。
計算機技術的發展對工程地質來說是一場真正的技術革命,從外業資料收集和內業資料整理的工作程序、工作方法、產品成果、質量標準等等均與傳統的工程地質有較大的差異,應用前景振奮人心?!肮こ痰刭|計算機應用技術協作網”業已正式成立,必將對工程地質技術進步起到積極的推動作用。工程地質計算機應用主要包括六大課題:①數值計算;②制圖;③數據庫;④文檔管理;⑤專家系統;⑥網絡系統。這六大課題既是多年來本專業計算機應用的實踐,也是我們將繼續探討的主要課題,還需要在今后的實踐中賦予新的內涵。
3 工程地質專業的任務與責任
工程地質專業的主要任務是:①選址,選擇在地質條件上相對最優的工程建筑地區或場地;②評價,闡明工程建筑區或場地的工程地質條件,進行定性和定量的工程地質評價,準確界定工程地質問題;③預測工程建筑物興建和運用過程中地質條件的可能變化,為研究改善和治理工程地質缺陷的措施提供依據;④調查工程建筑物所需的天然建筑材料等。歸納起來的表述:為工程建設提供基礎性和專門性地質資料,為工程選址、建筑物設計以及不良地質條件的工程處理提供技術依據,同時對地質環境的變化作出預測。
為了完成以上任務,需要針對工程建筑物區進行工程地質勘察和工程地質分析,界定和研究主要工程地質問題。工程地質勘察需要勘察目的明確,工程概念清晰,勘察手段多樣,勘探精度滿足要求。工程地質分析要求方法正確,計算可靠,參數可信,建議措施符合工程實際。工程設計最關心的是建筑物地基的工程地質條件和物理力學性質,因此工程地質工作的最終體現是工程地質定性和定量評價。
工程地質專業只對提交給設計采用的地質資料負責,其物理力學參數也僅僅是建議值,不在建議值范圍之內的設計采用值和不適應地質條件的設計方案,地質師不負責。但是,地質師有責任對不符合或不適應地質條件的設計方案提出質疑,對可能存在的工程隱患要與設計師充分交底,對不良工程地質缺陷有責任提出工程處理措施的建議。一般說來,正規勘測設計院的勘測隊伍,已經過幾十年工程實踐的檢驗,在正常情況下都可以完成以上任務并盡到地質專業的責任。本文以下章節列出的工程地質工作中存在的若干問題,是歸納了筆者從事工程地質工作十多年來的所見所聞,供地質師們分析問題時參考。
4 工程地質工作存在的問題與對策
4.1 工程地質勘察的質量問題在工程地質勘察過程中,一般問題較多的是工程概念不清,勘探側重點不明確,針對性不強,方法不當,手段落后;工程地質分析工作中所選擇的理論、方法、計算公式等與實際情況有較大出入,其適應條件的物理意義混淆不清;地質報告中基本地質條件不清楚,主要工程地質問題界定不準確或論證不充分,有問題遺漏甚至結論性錯誤;有些地質報告沒有地質結論,也有些工程沒有做多少地質工作就先下結論,極不嚴肅。此類問題往往造成階段性工程審查不能一次性通過,可能延誤開發時機;或者盡管通過了審查,但卻給工程留下了隱患,這種情況的危險性更大。
4.2 相關專業的理解問題一種情況是地質師對其它專業不理解,這需要加強跨專業的學習。另一類現象是設計施工等相關專業對工程地質的不理解。有的不懂地質卻偏要提出一些不切實際的勘探要求,有的工程由設計人員來布置地質勘探工作;有的設計人員對地質專業知其然不知其所以然,自以為是包打天下,不結合地質條件設計不當;也有的是不尊重自然地質規律,野蠻施工,嚴重破壞地質體的自然結構,造成重大工程事故。所有這些非地質專業的問題,往往在出了問題之后又向地質專業推卸責任,令地質師們不知所云。工程地質界知名專家學者孫廣忠教授指出:“實際上,在地質工程實踐中脫離地質實際的實例隨手可拾,可以說,地質工程施工中出現事故的絕大部分是設計和施工脫離地質實際的結果,或者是對工程地質條件沒有搞清楚或認識不清的結果,如果離開了地質基礎,則其理論必將脫離地質實際必將作出錯誤的結論”。
4.3 勘測周期不合理的問題從工程地質勘察到地質報告的提交需要一定的工作周期,這是再簡單不過的道理。但有些工程沒有基礎性的前期投入,一旦要報項目,立即就要求提交地質報告;還有些工程是今天提交了可研報告,明天就提交初設報告。此類情況多為地方性工程,一般國家投資的大型工程出現這種局面的不多。沒有足夠的勘測周期所造成的后果是嚴重的,地質條件不清楚,投資控制不住,施工后修改設計,或由于地質問題造成承包商巨額索賠等等。更可怕的是留下了工程隱患,可能造成重大工程事故。
4.4 人才問題十年造成的人才斷層已經出現。有豐富工程實踐經驗的前輩地質師相繼離崗,各勘測設計院明顯缺地質總工人才,八十年代期間各院比較整齊的地質副院長和院級地質總工,近年來在一些勘測設計院已經相繼斷檔,或后繼無人,或后備人才尚不成熟??睖y行業不景氣,社會地位和經濟地位與工程地質專業不相適應,工作環境、工作條件的局限,人才資源開發機制的問題,擇業行為中的浮躁動機等等,都不同程度地影響著優秀地質師的成長。
高質量高水平的工程地質分析成果,出自于高水平高素質的地質師。有人說二、三年就可以培養出地質專家,實屬無知。要培養出一個具有工程地質分析能力,能夠解決復雜問題的地質師,沒有十年以上的功夫,大量的工程實踐,自身的敬業精神,理論聯系實際,相關學科專業的學習和滲透,是決不可能的。十年樹木百年樹人,在地質師的培養過程中可以充分體現出來。培養優秀地質師的難度可以說遠遠超過培養博士、研究員和教授的難度。社會的發展和日趨激烈的競爭市場,對地質師素質的要求也將越來越高,最好是跨專業的復合型人才。競爭的實質是人才的競爭??睖y隊伍要走向市場,必須重視高素質人才的培養,重視人才資源的開發。
4.5 技術管理問題工程地質勘察質量的控制,技術管理是主要環節之一。近年來一些單位提交的勘測設計報告中的地質章節不是地質師寫的,報告的編制人中沒有地質專業負責人,或地質報告沒有院級地質負責人審查把關,報告和圖紙中的錯誤較多。這種情況給總院增加了審查難度,同時也有損勘測設計單位的質量和水平形象,還會延誤工程報批的時機。當然也有上級單位工程審查把關不嚴,助長了這種技術責任心不強的現象。
4.6其它問題前期工作投入不夠,有些地方部門長期拖欠勘測經費;體制問題,市場競爭不規范,技術要求和工程地質評價等方面的差異;勘測工作經費仍然按落后的實物工作量計算,造成多勘探多爭錢,地質分析多出力多賠本的事實上的不合理現象,長期以來得不到解決。勘測技術的科技含量低,新技術新方法投入少,不能滿足現代工程技術發展的要求。
4.7 解決問題的對策解決問題首先要分清責任。規程規范和部分技術管理方面的問題應該由總院負責;勘測周期不合理,前期工作投入不夠等問題應該是地方部門或者計劃部門負責;質量、人才、相關專業的協調等問題自然應該由勘測設計單位負責;其它問題大家都有責任,但主要還是取決于大環境。
責任分清楚了,落實到要有人來抓,所有問題雖然我們不敢說都能很好地得到全面解決,但至少可以前進一大步。最可怕的是大家都在暢談必要性重要性,結果都是紙上談兵,沒有實際行動。筆者在這里也就是夸夸其談而已,不可能提出可以操作的具體解決方案,這種方案也不該我們提,該誰提?當然應該是誰負責抓,誰就提方案追落實精指揮勤檢查,最終歸結到誰領導的關鍵問題上。到此為此,我們的對策就算出臺了。其實,我們這里列出來的眾多實際問題,本質上和深層次的是體制和機制問題,需要通過改革才能從根本上解決。隨著勘測設計市場化進程的加快,新技術與舊管理的沖突,老觀念與新思想的交鋒,既是矛盾又是改革的動力,這是不難理解的。
關鍵詞:工程地質學 教學改革 實習教學
Abstract: Engineering geology is one of the important specialized courses for civil engineering. In order to adapt to the rapid-speed development of the civil engineering, satisfy thesociety higher and higher ability request for the students of civil engineering major, and combining with the educational reform of civil engineering major, we have carried out the reform to teaching of this course. Practice has proved that the results of educational reform are satisfied, and is helpful for training students’ project consciousness and the ability of analysing and solving problems.
Keywords:engineering geology; educational reform; practice teaching
中圖分類號: H319.1文獻標識碼:A文章編號:
引言
《工程地質》是一門實踐性非常強的專業課程, 是調查、研究、解決與人類活動及各類工程建筑有關的地質問題的科學。近年來,隨著大規模工程建設的發展,其研究領域也日益擴大。為了適應這種發展,滿足社會對土木工程專業學生綜合應用能力越來越高的要求,結合我校土木工程專業的教學改革試點工作,根據該課程的特點,進行了改革探索,取得較好效果。
1教學內容的改革
我們以“立足教材,跟蹤發展”為指導思想,在講授教材基本內容的同時,補充介紹了工程地質學科有關的刊物及最新的技術參考書中涉及到的工程地質新型檢測方法等內容[1]。如我們介紹了隨著大規模工程建設的發展,其研究領域日益擴大。除了巖土學和工程動力地質學、專門工程地質學和區域工程地質學外,一些新的分支學科正在逐漸形成,如礦山工程地質學、海洋工程地質學、城市工程地質及環境工程地質學、工程地震學。從而使學生能夠了解工程地質學科當前新的應用及發展方向。
2實驗教學內容的改革
為使學生對地質現象和地質作用有初步的感性認識,我們在加強工程地質常規實驗室建設的同時,引進和購置一批先進的教學科研設備,如地質雷達、工程地震儀、直剪儀、數顯電子荷載儀、孔隙水壓力監測儀、大型多功能泥石流模擬系統、巖石流變儀、土體流變儀等。這些儀器對學生的動手能力和實際能力的提高有很大的促進作用。實驗教學為理論教學和野外實習奠定基礎。實驗教學時豐富的標本模型能夠激發學生的識別興趣,提高學習積極性。但此時,學生很容易把注意力和時間花費在標本的色彩和外形上,忽視對礦物、巖石本質的認識。因此我們對傳統實驗內容教學方法進行改進,將礦物巖石辨識實驗教學內容分四步進行[3]。第一步:給學生一定的時間任其觀察各類標本模型,以滿足學生的好奇心;第二步:對每一種礦物、巖石標本進行特征分析,此時最好是結合顯微鏡觀察其內部結構,讓學生了解礦物、巖石的結構構造特征;第三步:給出典型的、常見的礦物、巖石標本,要求學生在規定時間內完成其特征描述,以驗證實驗效果;第四步:讓學生相互討論,提出問題,以此加深對工程地質理論內容的理解,提高認識問題分析問題的能力。
不良地質現象形成過程及地質作用過程比較抽象,若采用大量的動畫來模擬地質現象和地質作用的實際發生過程,讓學生更能了解其發生的原理及本質,這樣既提高了教學效率,也增加了學生獲得的信息量.
最后為了培養學生的綜合能力以及創新思維能力,我們根據工程地質課程內容的要求,結合實驗設備儀器及實物。增加了綜合性、研究性實驗項目,事先由工程地質課堂教學教師和實驗指導教師共同設計好不同的實驗項目,學生根據自己的興趣自行選擇一個或幾個題目進行實驗。培養他們解決問題的能力,從而達到學生對科學研究方法進行一定的訓練目的,同時也達到了對基本技能的訓練。
3 實習教學的改革
工程地質學是一門實踐性很強的科學,僅通過書本上的概念理論,而不配合一定的實習,是收不到良好的教學效果的。通過實習讓學生直接觀察, 增強感性認識.
3.1 做好室內實習中的思想教育, 提升實習教學的作用
室內實習主要是礦物、巖石、土的觀察鑒定。有的同學認為:每次實習只是跟幾十塊巖土標本打交道,枯燥無味, 缺乏新奇感。有的學生來上實驗課只是為了考試及格,以為走馬觀花就能完成實習,有的學生在實習過程中心不在焉,做實習不按實驗步驟和要求進行, 應付式填寫實習報告,少數學生對實驗極不認真的態度和不理想的實驗效果令人擔憂。針對這些問題, 指導教師必須在實驗前作好思想教育工作, 對實驗有輕視情緒的學生,動之以情、曉之以理, 進行說服教育。抓好思想教育工作,提升實踐性教學的作用和地位[2]。
3.2 做好室外實習前的準備工作, 改進實驗方法, 調整實驗內容
實習前的準備工作是地質實習不能忽略的環節。首先,做好實習動員工作,讓學生們明確實習目的和要求。其次,應準備足夠的實習中需要用到的儀器設備, 如地質標本、地質模型、地質圖件、羅盤儀、地質錘、放大鏡等。改進實驗方法,調整實驗內容,充分調動學生學習的主動性和積極性,讓學生變被動的學為主動的學,達到提高實習教學的質量[4]。在野外的地質實習過程中,讓學生多看多聽多寫多想,注重基本功的訓練, 并結合工程實例,加強理論聯系實踐, 提高分析問題和解決問題的綜合能力。教學是一個雙向交流、互動的過程。針對地質實習過程中出現的問題,可以由已知物的鑒定改為部分已知物和部分未知物的鑒別。每次實習前指導教師提出實習要求及參考意見,讓學生做預習,自行設計實習方案。讓他們在實習中充當主角,創造條件讓他們發揮想象力和創造力。有利于激發學生學習的主動性和積極性,也有利于老師及時發現實習中存在的問題,進行因材施教,提高教學質量。
3.3 啟發學生思維, 建立科學的考核體系
在實習過程中, 老師與學生朝夕相處,是培養學生各種能力的一個好時期。在實習過程中學生們會提出不少問題。對于簡單的概念問題, 問什么,答什么;對于比較復雜的問題,先讓學生掌握分析問題的方法、弄清問題的分析思路和關鍵之所在,引導學生充分思考,最后找出問題的正確答案;對于難度較大的問題、模棱兩可或具有多難性的問題, 可師生共同研究,找出最合理的答案(方案)。合理的評定實習成績, 能有效調動學生的積極性, 是直接影響教學質量好壞的一個不容忽視的重要因素。過去,往往是實習報告或憑印象給分,成績的可信度和區分度均不高,學與不學成績相差不大。因此,建立科學實習成績的評定體系十分必要。量化考核指標,我們將實習成績由三部分組成:第一部分(占30% ),根據學生在實驗中的態度、紀律、設計方案、操作能力和實驗結果評定;第二部分(占40%)根據學生所完成的實習報告的質量評定; 第三部分(占30% ),根據考試情況決定。采用這種辦法評定實習成績能較客觀反映學生對實習的態度和動手、動腦能力,能有效調動學生對實習的積極性。
4 結論
工程地質教學應該課堂講授與實驗室以及野外實習緊密聯系。課堂教學是進行知識傳授過程,而實驗室以及實習教學對于培養學生創新能力,獨立工作能力和實踐能力能發揮不可替代的作用;也是教學、科研學科建設的結合點。工程地質教學改革是一個復雜的系統工程,只有堅持改革,才能緊跟時展需要,從而培養出更多適合社會需要的高素質創新人才。
參考文獻
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中,涌現出了各種先進的技術手段和設備,從而為現代的提高現代水工環地質勘查工作的質量和效率打下了堅實的基礎。本通過對水工環地質勘查的研究,然后對當前水工環地質勘查中的技術及應用范圍進行了深入探析,并且對當前水工環地質勘查中的技術應用進行了詳細的闡述,以供同行探討。
關鍵詞:水工環 地質勘察 技術
1 水工環在地質研究的重要作用
對水文地質學研究的主要內容為:對地下水的起源、形成以及分布規律等進行研究,然后探索出如何能夠對其進行科學合理的開發利用;而對工程地質學研究的主要內容是:對巖土工程地地質的性質和工程動力地質作用以及工程地質勘查理論等方面進行研究;環境地質也即是水工環,對環境地質學研究的主要內容是:對自然摘花和環境地質問題以及全球地質變化等方面進行研究。雖然水工環研究工作中各個研究部分所研究的對象有所差異,但是這些研究對象卻互相關聯,并且對人類社會的生存發展能夠起到重要的作用。
就工程地質學發展的實際情況而言,工程地質學起初只是地質學中的一部分,直到90年前才從地質學中分離開來。而工程地質學經過了這90年的快速發展,其早已成為了一門獨立,并且具有豐富理論知識和研究內容的學科。隨著工程地質學學科的獨立,為促進現代工程地質研究工作起到了不可估量的作用。隨著我國經濟的快速發展,我國的工程地質學的發展速度也隨之加快。在我國工程地質學的發展過程中,不斷引進國外比較先進的工程地質研究理論,并且結合我國的實際情況,創造出了符合我國國情的工程地質研究新理論。
2 高科技手段不斷引入水工環領域
隨著科技水平的提高,應用高技術手段對提高水工環地質勘察工作效率具有重要的意義??v觀國內外水工環地址勘察中的技術的發展,我們可以看到整個領域的進步令人振奮,國外的主要進展20世紀90年代后開始的,從GPS儀器引入到水工環領域就開始有了一些新發展。相繼推出了多態雷達系統、層析雷達系統。三維雷達技術具有明顯提高解決淺層地質問題的能力,但卻因耗時費力得不到普遍的應用。為此,FrankLehman等研制出空自動的組合地質雷達激光經緯儀系統。利用該系統,一人可在2h 內完成25m×25m 范圍的三維數據采集。三個方向上的定位精度為2.5cm。數據處理、成圖可在1h內完成,比傳統方法的效率提高5~10 倍。20世紀90年代我國引進了一批地質雷達儀器并將它用于工程和災害地質調查。近年來,國內地質雷達儀器的研制也取得了較大的進展,適用于礦山防爆要求的DVL 防爆型礦井雷達系列。原電子工業部第二十二研究所相繼研究成功了LT-1,2,3 型GPS。航天工業總公司愛迪爾國際探測技末公司推出了商品化的撂地雷達系列產品。國內外生產的多種類型的GPS 儀器,一般都具有較好的性能,可供不同探測目標選用。
3 跨學科、綜合性、系統化的應用范圍
當今的水文地質、環境地質與工程地質工作,已經發生了一系列重大變化。改革開發以來,以耗竭資源與損害生態環境為代價的掠奪自然的發展道路,危及了人類的生存與發展,促使人類對于自身行為進行反思,終于認識到,人與自然只有協調相處,才能共存共榮。全面、協調、可持續發展的科學發展觀,給水工環地質工作提出了新的要求。針對社會經濟發展和生態環境保護中不斷出現的實際問題,水工環新領域的調查工作越來越多如:環境水文地球化學與地方病和人體健康的研究、生物地球化學與土地資源利用規劃農業生態地質研究等。城市水工環地質研究需求增加。城市化是經濟發展的結果,城市化水平又是經濟發展的標志。城市由于人口高度集中和經濟活動的頻繁,資源環境問題也非常嚴峻。伴隨著全球城市化進程的不斷加快,城市建設和規劃中的地質調查評價工作也逐漸成為一項重要任務。其中城市環境污染防治和監測、土地利用規劃、工程地質災害調查和風險評價、垃圾填埋場地質調查等逐漸成為目前水工環地質研究的重要領域之一。地質―――生態學成地質學研究熱點。21 世紀地球科學發展的一個重要特點是學科的交叉、滲透和融合不斷加強,學科之問的界限逐漸被打破,代表新思想和新方向的邊緣學科和交叉學科不斷出現。地質學與生態學的交叉正是體現了跨學科、綜合性、系統化的研究格局。
4 水工環地質勘察中的技術應用
4.1 G PS衛星定位技術在水工環地質中的應用情況使得節省了時間提高了效率。(1)GPS技術的基本原理。GPS衛星定位的基本原理是將無線電信號發射臺從地面點搬到衛星上,組成一個衛星導航定位系統,應用無線電測距交會的原理,便可由三個以上地面已知點(控制站)交會出衛星的位置,反之利用三顆以上衛星的已知空間位置又可交會出地面未知點(用戶接收機)的位置。用戶使用GPS接收機在某一時刻同時接收三顆以上的GPS衛星信號, 并解算出該時刻GPS衛星的窄間坐標據此利用交會法解算出測站點的位置。實時動態測量的基本工作方法是在基準站上安置一臺GPS接收機,在流動站上,GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時, 通過無線電接收設備, 接收基準站傳輸的觀測數據和轉換參數, 然后根據GPS相對定位的原理, 再通過預設的WGS一84 坐標系與地方坐標系的轉換參數, 實時地計算并顯示出用戶需要的三維坐標及精度;(2) 采用差分GPS位置差分、偽距差分、相位差分三類中的相位差分,這三類差分方式都是由基準站發送改正數, 由流動站接收并對其測量結果進行改正, 以獲得精確的定位結果。工作原理是將一臺接收機置于基準站上, 另一臺或幾臺接收機置于流動站上基準站和流動站同時接收同一時間,相同GPS衛星發射的信號,將基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較,得到GPS 差分改正值,然后將這個改正值及時地通過無線電數據鏈電臺傳送給流動站, 以求得流動站較準確的實時位置。流動站可處于靜止或運動狀態 。數據采集與處理GPS資料由單點采集過渡到連續采集使。GPS技術的應用向前邁了一大步。
實施步驟包括:原始資料編輯和歸類、采集波至、利用礦業局的地震層析軟件對資料進行層析成像處理繪制速度、衰減及波傲圖件以及圖像處理等。和數字模擬研究而對GPS 資料解釋研究不夠的現狀, 提出了與GPS資料解釋工作有關的基本理論和方法以及一些基本問題的求解。提出的基本問題:包括電磁波在地層中傳播的波阻抗她層分界面上電磁波場強的反射與透射系數她層中電磁波速度和反射波的相位以及GPS探測深度等。
4. 2 結合推進“三農”現代化進程建設的需求應開展以下農業地質調查研究工作:一是農業生態地質結構的研究, 即“農作物一生態地質環境系統”運行機制的研究;二是農業生態水文地質的研究,即“農作物水土資源生態地質環境系統”的最佳運行機制的研究;三是農業生態經濟地質的研究。通過開展以上工作,為耕地的合理開發利用、農作物的合理布局、名優果品或高效益經濟作物的開發、土壤的改良與旱、 澇等自然災害的綜臺治理以及為建立高技節水農業等提供地質資料和科學依據。
參考文獻
1我國現階段水工環地質研究所面臨的問題
1.1科技創新落后技術是一項研究的先決保障,總結前人的教訓,積累大量的研究經驗,不斷的嘗試,不停歇的科技研發是必要的長期目標,只有這樣才能更加完善地解決日益緊張的全球生態問題,合理地運用好水工環研究來保護好我們賴以生存的環境。但是,由于我國的歷史發展所限,國家整體科技實力相對落后,科技創新意識對比西方各國稍顯不足。這是一個長期的奮戰階段,我們需要從國民整體來改革,倡導人民的科技創新熱情。水工環需要運用到先進的科學技術才可以具體且準確地解決所面臨的各種生態與地質問題,這便需要各項新型的科學技術作為硬性的條件支撐。充分發揮計算機網絡的優勢,重點培養國家科學院和先進科研團隊,集中國家的整體力量,切實把人數優勢發揮到最大,為新時代的水工環事業的發展建立堅實的后備基礎。
1.2相關人才缺乏我國人口基數十分巨大,但是整體受教育的程度相對較低,具有水工環地質研究的專業人士更是鳳毛麟角,以至于水工環在中國的研究發展一直受到各種各樣問題的阻礙,盡管政府為水工環研究工作投入了大量的經濟保障與人員配置,但取得的成效還是比較微弱。不過相信隨著中國的逐漸富強,曾經那些大量流失的人才也會慢慢回到祖國的懷抱,也會有更多高技術含量的專業人才迅速崛起。要提高人們對水工環研究工作的認可度與支持力度,廣泛的吸收社會的意見建議,增強人們的環境意識,在思想與行動中形成一致,實現人與環境的共同發展,可持續發展。
2工程地質勘察理論分析
工程地質是服務于工程建設的一門實踐性學科,通過準確精細的地質勘探來分析地質環境與工程建筑的相互作用,進行項目的規劃與建設。運用3S技術來預測可能存在的地質災害與地質環境變化,這項技術在國內雖然才處于起步階段,但是它在作用于區域地質環境分析時效果十分的顯著。而計算機技術也會有很大的應用,高精度的工程地質分析系統等會用到電腦模擬成像、圖形分析處理等的新型網絡技術。工程地質研究與現階段火熱的建筑業、交通運輸業等也會有很重要的關聯性,分析土層結構與穩定性可以很好地規劃交通隧道路線,了解地質土壤可以更加快速有效地促進人們生產種植的發展,模擬地質的變化更是可以決定是否為一些工程的最佳選址,為工程的后續建設打好條件基礎。通過工程地質勘探研究及其有關專業分析更加能夠提前做好一些地質災難的預防工作,可以減少未來當地的經濟損失,更加有利于我們對周圍的環境保護有更正確的認識。
3水工環地質未來發展趨勢分析
第一,水是生命存在的必要條件之一,孕育萬物,滋養大地。但是各種的水資源浪費、各種工業廢水的任意排放、有害物質的隨意丟棄,都會導致全球水資源的污染,所以我們得盡我們所能在經濟、文化與科技進步的同時來保護水資源,使其能有一個健康的持續性發展,從而造福于我們,助益于子孫后代。而水工環更可以讓我們清楚地認識到我們現在所生存的環境,了解地球能夠承受我們多少的索取與改造,以便實現21世紀全人類所呼吁的可持續發展。第二,各種的工程建設,促進了城市的發展,增強了國家的經濟實力與文化內涵,研究一個地區的建筑場區地下水運動的規律及其對工程建筑的影響,形成一套科學的勘察程序、方法和手段,制定出更加準確完善的方案。伴隨著工程建設的高速發展,水工環自身的相關專業迅速興起,不僅是有巖土學,還有工程動力地質學、專門的工程地質學和區域工程地質等,一些海洋工程地質學、城市工程地質及環境工程地質學、工程地震學也借勢而火。從而可以推測到,水工環在將來會于航天事業以及海洋資源開發中起到十分巨大的作用,促進我們對海洋資源的認識,增強我們對未知宇宙的了解。第三,水工環實際就是一個時代進步的體現,它代表著我們對水環境的形成理解、分布規律的精巧運用,標志著我國工程地質學在科學研究領域的前行距離,更是象征著我國人民的文化涵養的高度,科技與人文環境的成果展示。相信隨著時間發展,水工環地質研究這樣的學科會成為所有工程類、地質類、環境保護類的必修科目之一。第四,計算機網絡技術也許是水工環地質研究實現下一次大飛躍的基礎,能夠更精細、更準確地獲知我們通常情況下不能得知的地底的礦質、水流系統和巖層的各種細微變化。也許只要一個運行和判斷程序,就可以實現簡單地得出準確的數據,做到勘探研究的簡單化。
4結語
總而言之,就我國水工環地質的現狀而言,還處于起步階段,需要我們所有人的堅持不懈,我國科學技術的不足,要求我們得引進海外的一些先進知識,學習更完善的科學理念。把科學的發展作為一項重要的長期目標,我國才能在短短幾十年發生翻天覆地的變化,才能更好地奠定國家在世界的地位,才能更好地促進類似水工環地質等研究的不斷進步。
作者:王鵬單位:湖南省地勘局四一八隊
關鍵詞:工程地質;野外教學實踐;杭州
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)17-0077-03
工程地質是地質學中直接面向工程應用的而一個學科分支,是將地質學理論應用于工程實踐的一門學科。工程地質學研究人類在工程建設活動中與自然地質環境有關的地質問題,以地質環境與工程建設二者相互制約、相互作用、相互和諧的關系以及由此產生的地質問題為研究對象。包括對工程建筑有影響的工程地質問題和對地質環境影響的環境地質問題。該專業除要求學生擁有扎實的巖石、地質構造、地層學等基本地質知識外,還需要掌握野外工程地質工作的基本技能和方法。為此,中國礦業大學煤礦工程地質研究所(系)利用杭州市區豐富的地質教學資源,開展了多年的大學生工程地質野外實習教學工作,取得了較好的效果,本文結合杭州工程地質野外實習教學的內容進行一些有益的探討。
一、杭州實習區概況
杭州市及近郊一帶位于浙江省北部,處于長江三角洲之南緣、杭州灣西側,地理坐標為東經120°09′、北緯30°15′。西倚群山,東、北接杭嘉湖平原,南臨錢塘江。其自然地理位置屬天目山余脈與平原交接處的低山丘陵地帶。1.地層。杭州地區東、北部平原區多為第四系地層覆蓋,中部及西、南部低山區丘陵區基巖大面積廣泛出露,大致以西湖為中心,西、南兩側呈弧形環抱,從向內古生界沉積巖層及中生界火山碎屑巖系由老到新依次呈弧圈型條帶狀出露。巖漿侵入巖僅上天竺新近發現有輝石閃長巖小巖體局部出露外,主要為中—酸性脈巖零星分布。地層從老至新分布為:奧陶系(僅出露其上統上段文昌組)、志留系(總厚1393m,上、中、下統均有出露)、泥盆系(下、中統在本區缺失)、石炭系(下統地層缺失)、二疊系(本區僅有下統地層出露)、白堊系(區內僅出露下統地層)、第四系(本區下更新統缺失)。
區內巖漿侵入巖分布零星,僅于上天竺附近、公路南東側見一小巖體,侵入于西湖組地層中,為輝石閃長巖體,深灰色,細粒結構,斜長石、角閃石為主,少量正長石、石英、黑云母及輝石,暗色礦物多為綠泥石或方解石交代。其侵入時代為燕山早期第一階段,相當于晚侏羅紀,與上侏羅統黃尖組火山巖的地層時代基本一致。據物探及區域資料深部有相當規模的中酸性花崗閃長巖的隱伏巖體存在,出露巖體為其在地表的局部露頭,輝石閃長巖應為花崗閃長巖體的分異產物。
2.地質構造。杭州地區大地構造位置屬于揚子準地臺、錢塘臺坳、余杭—嘉興臺陷。區域構造為西湖復向斜。南東側為北東向肖山—球川深斷裂沿富春江、錢塘江一線展布,北西側為北東向茅草山—石蕩隱伏斷裂,向斜南西端受北西向孝豐一三門灣大斷裂沿留下鎮西南橫街上—茶科所一線所切割,而北東端為北西向祥符橋—南星橋隱伏斷裂所截。褶皺大致以西湖為核心,西、南兩側弧形環抱,呈弧圈型條帶狀展布,外圈為奧陶系、志留系老地層,核部為較新的下二疊統地層,自外而內由老到新依次出露。斷裂主要為北東向斷裂、北北西向斷裂、北北東向斷裂、北東東向斷裂以及南北向斷裂。區內巖層節理普遍發育,且方向有多組,沿上述各組斷層方向均有發育。
3.山水地貌。杭州西郊群山環抱西湖,水光瀲滟、山色蔥郁,北、東一片廣闊平原。杭州山水有湖光山色之盛,山、石、洞、泉之美,地貌類型多樣。北東向延伸并向南西揚起的西湖復向斜構造,使杭州地勢自南西向北東逐漸降低。區內總體可分為山地、平原兩大地貌單元:西湖的西、西南大部分地區為低山丘陵區,北、東、南側為平原區。低山丘陵區內又可進一步分為低山丘陵與山麓溝谷兩個小區。平原區分為西湖及北側菬溪流域的湖沼沖積平原小區和東南側錢江流域的沖海積平原小區。
二、工程地質實踐教學
工程地質實習是工程地質專業本科教學中十分重要的教學環節,是該專業4年教學中必不可少的實習。是學生在學完土質土力學、巖體力學、工程地質學基礎、工程地質勘察等課程理論知識的基礎上,按工程地質選址勘察、初步勘察階段的技術要求,通過對工程地質條件的野外實地考察、測繪和有關勘察手段使用的現場參觀和實踐,使學生獲得工程地質實踐的感性知識并鞏固和深化理論,促進理論與實際相結合,為今后從事工程地質選址勘察或勘察工作打下初步基礎。
1.實習內容和要求。巖石、土的肉眼鑒定,地層剖面觀察;褶皺和斷裂構造的基本判識;巖體結構面類型、結構體形狀識別,野外鑒別和判識不同巖體結構類型,巖體結構面測繪統計;土體結構類型識別;地下水類型及水文地質條件的了解;各種環境地質及不良地質現象(滑坡、溶洞、坍塌等)野外識別、調查、測繪,成因和對場地穩定性影響初步分析和評價;以掌握工程地質測繪工作方法為主,并參觀了解靜力觸探、標貫、鉆探編錄和取樣等工程地質勘探手段;在了解杭州市區區域地層、構造等基礎上,以浙江大學附近區為主,通過工程地質測繪,資料收集,編制工程地質剖面圖、平面圖和選址勘察文字報告。
2.實習教學。實習分為四條路線,路線一為大橋地層剖面路線,六和塔錢塘江大橋北鐵路線八卦田玉皇山;路線二為錢塘江岸—南高峰不良地質現象調查路線;路線三為浙大—青芝塢—靈峰—玉皇山—玉泉;路線四為浙大—黃龍洞—蝙蝠洞。
實習內容為系統識別杭州地區地層巖性及其分界標志層;進行巖性描述,對出露巖石的顏色、成分、結構、構造、化石和風化程度等進行觀察和描述,掌握觀察方法和描述要點并采集巖樣標本;巖體結構類型野外判別方法;滑坡識別、形態測繪等;洞穴調查、測繪;落水洞、巖溶塌陷調查;巖體節理裂隙統計;判識地貌單元及確定分區界線等內容。
三、工程地質實踐教學方法探討
工程地質學是一門實踐性很強的科學,很多的工程地質現象,僅通過書本上的概念、理論而不配合一定的實習,是收不到良好的教學效果的。正如俗話所說“實踐出真知”,充分說明了實驗實習教學的重要性。通過實習可以驗證、鞏固和學習與實驗有關的理論知識,加深對學科知識的理解,培養學生符合辯證唯物主義的、實事求是的科學思維和嚴謹的工作作風,激發和培養學生的創造能力。
1.激發學生對工程地質的興趣。杭州作為實習基地本身對學生即是很大的吸引力。在實習過程中循循誘導學生對工程地質專業的熱愛。啟發式教學具有多種功能,通過啟發教學,能激勵學生的興趣和探索精神,調動學生的主動性和積極性,從而使學生切實地掌握知識和技能,促進學生智力因素、非智力因素以及思想品德的形成和發展。每一條實習路線,都要在實習前布置好任務;每爬一座山,都要每位同學抱著征服高山的勇氣,去翻越它,研究它,并對工程地質現象了然于心。對率先完成任務的小組要給予獎勵。在山上野餐時,表演節目活躍氣氛。激發同學的實習熱情。在實習過程中,老師應該對實習地的風土人情、歷史地理有所了解,把地質現象與人文知識、風俗習慣、經濟發展聯系起來。比如某些特殊地形地貌在古代兵家戰爭中起過什么作用;一個地區的地層與該地的聞名土特產有什么關系;某些因地質作用形成的湖光山色在當地有哪些民間傳說,在旅游業中起到什么作用等。這些都會增強學生對大自然的興趣,從而也增強對工程地質的興趣。
2.培養學生的獨立觀察能力??茖W研究是從觀察開始的,工程地質學更是如此,有的人對豐富的地質現象熟視無睹,而有的人則善于觀察并有所發現,二者的區別在于對觀察的重視不夠,觀察能力不同。野外實習是培養學生觀察能力最具體而有效的方式。做到勤于觀察、善于觀察。勤于觀察是指學生能積極主動地進行獨立觀察。野外實習時,對欲讓學生觀察的現象,老師一般都作了預習,心中有數。切實而有效的方法是讓學生自己去觀察、去發現,老師可通過提示、點撥要觀察內容。善于觀察是指把看到的不同現象進行對比,找出其本質上的成因聯系。實習時老師可給學生示范,抓住兩至三個現象深入剖析,學生便可舉一反三,掌握思路和方法在此過程中,老師應特別注意鼓勵學生提出自己的看法和解釋,即使錯了也沒關系。
3.培養學生的團隊協作精神。任何工程都是一個系統工程,都需要團結協作、分工明確,在很多情況下,單靠個人能力已很難完全處理各種錯綜復雜的問題并采取切實高效的行動,所以團隊合作精神的訓練也是非常重要的。可以通過地層實測剖面和獨立填圖階段訓練學生團隊合作精神,在進行工作前,需按掌圖、記錄、定點、測量產狀和采集標本等任務分工,對最后成果的整理分析也要采用討論式的方法上各小組的成員都發表意見,集思廣益最終完成圖件的繪制,杜絕單打獨斗。
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文獻標志碼:A
文章編號:1009―4156(2014)08―114-02
工程地質條件和工程地質問題是土木工程專業工程地質學教學的核心內容。由于工程地質學的研究對象是變化多樣的土體和巖體,其研究方法是將地質分析法、力學分析法、工程類比法與實驗方法的緊密結合,即綜合定量分析和定性分析相結合的方法。查明工程建設區域的工程地質條件的形成和發展,在工程建筑作用下的發展演化,分析由此可能導致的工程地質問題,并提出防治這些工程地質問題的工程治理方案和措施。由此,通過對工程地質學的學習,學生能準確地把握工程地質學的研究對象和基本任務,具備在各種工程建設的勘察、設計、施工等階段對工程地質條件進行評價和預測可能發生的工程地質問題的能力,并能提出合理的工程防護和治理措施。另外,在工程地質教學過程中,加強和改進工程地質條件和工程地質問題的教學過程、措施和方法也具有重要的意義。
一、工程地質條件的教學探討
準確地把握和了解土木工程建設場地的工程地質條件,是工程建設的基礎。工程地質條件貫穿于整體工程地質教學的過程之中,包括建設場地及其周邊區域的地形地貌、地質構造、地層巖性、水文地質條件、地表地質作用。
(一)地形地貌教學
地形地貌是人類對地球地表形態的直接感受和評價,也是制約工程建設的基本工程地質條件,我國幅員遼闊,地形地貌類型復雜多樣。由于學生來自于全國的不同地區,對工程建設可能遇見的地形地貌條件并沒有一個整體的認識。因此在教學過程中,通過地形地貌的兩種分類方法,即地表形態分類法和地貌成因分類法,并結合各種地貌類型的圖片、動畫和影像資料直觀地展示。加強課堂教學互動,讓學生列舉出自己曾經到達的地區,并說明該地區的地形地貌條件及類型。結合學校周邊的地形地貌類型與工程建設的布局、分布和結構形式,學生直觀地理解地形地貌條件對工程建設的作用和影響。
(二)地質構造教學
地質構造是地殼構造運動的產物,不同的地質構造具有各自典型的地質現象和特殊的工程地質條件。地質構造的許多概念與地質特征需要通過比較分析向學生解釋概念、現象、特征。然而概念的講述不能依靠單純的灌輸,更應該注重啟發、思考和引導,讓學生主動思考、積極參與和分析總結,應用和拓展學生豐富的想象力,將枯燥的基本概念、基本要素和特征構成一個有機聯系的整體。比如在講述褶皺、節理和斷層等三個基本地質構造的概念時,著重采用啟發、引導的教學方法,由教師提出它們之間的區別與聯系。
(三)地層巖性教學
在工程地質中,地層巖性的教學內容,分布于巖石、地質年代與第四紀地質和巖層產狀的章節之中。因此,如何將這些章節中關于地層巖性的內容聯系起來,讓學生能夠完整、系統地掌握地層巖性在工程地質條件中的作用和意義至關重要。在教學過程中,采用典型的工程實例教學,列舉不同的巖石類型的工程,對比分析不同巖石的結構和構造、巖石的地質年代和巖層產狀和接觸關系來講述不同的地層巖性對工程建設可能造成的影響,以及不同地層巖性的有利和不利的工程地質條件。
(四)水文地質條件教學
水文地質條件包括地表水和地下水的地質條件和類型。地表水包括河流和坡面水流的地質作用,而在坡面水流的地質作用中,結合第四紀沉積物分布、形成和堆積特征,比較分析殘積物、坡積物、洪積物和河流沖積物的形成條件、堆積位置、顆粒形態特征。讓學生形成對坡面水流地質作用沉積物的直觀印象,并結合周圍環境中的沉積物分布特征以及典型的圖片資料使學生能深切理解各種地表水地質作用對工程建設的影響和作用。在此部分內容的教學中,通過在課堂展示典型旅游景區的溶洞、水井的照片,提出這類地下水的來源、分布和變化特征,使學生能夠從身邊常見的現象來歸納和演繹地下水的基本特征、分布位置和變化規律。
(五)不良地質作用教學
不良地質作用包括風化作用、巖溶作用、斜坡與邊坡地質作用、地面塌陷和地面沉降。采用實例講述法(風化和巖溶)、比較分析法進行講述。巖石風化程度愈深的地區,工程建筑物的地基承載力愈低,巖石的邊坡愈不穩定。巖溶作用的巖體中有許多裂隙、管道和溶洞,在進行水庫、大壩、隧道、基坑等工程活動時,如存在承壓水并有富水優勢斷裂作為通道,則可能會遇到地下突水而導致基坑、隧道等工程的排水困難甚至淹沒,也可能因巖溶滲漏而造成水庫無法蓄水。在斜坡和邊坡作用是則需要明確斜坡和邊坡的概念、形成機制的差異以及工程防護措施。比較分析地面塌陷和地面沉降產生的機制、類型以及動力條件、治理措施。
二、工程地質問題的教學分析
(一)地基穩定性問題
在工業建筑和民用建筑中地基的強度和變形問題的講述中,結合近年來在工程建設中出現的住宅樓“樓歪歪”事件以及其他典型的工程事故,分析產生這類事故的原因和工程地質條件。在不良地質作用的地基穩定問題中,結合分析由于地下水的作用導致2009年的上海樓盤倒塌事件。近年來,我國的高鐵建設取得高速發展,而高鐵建設中對路基穩定性提出更高的要求,通過舉例分析在我國不同的地質條件下,對高鐵路基穩定的分析和建設措施,增強學生對此部分內容的深刻印象,激發學生的學習積極性。
(二)斜坡穩定性問題
斜坡穩定性是山區工程建設需要面臨的工程地質問題,通過我國的地形地貌分布圖,展示給學生我國的山區面積占國土面積的2/3,讓學生了解斜坡穩定性問題在我國工程建設中的突出地位。通過典型的汶川地震誘發的斜坡災害,如北川王家巖滑坡、青川東河口滑坡、汶川的牛圈溝滑坡碎屑流等災害的資料,學生能直觀地感受斜坡穩定性問題對山區工業和民用建筑的重要性。通過斜坡地質災害對公路、鐵路毀壞的資料和圖件,以及工程建設中的邊坡防護等措施,學生可以理解和體會斜坡穩定性對山區交通基礎設施建設的重要作用。
(三)洞室穩定性問題
地下工程建設是人類獲取更大的生存和活動空間的重要方法,隨著大量地下工程的建設和特殊工程地質條件的出現,洞室的穩定問題成為許多重大工程建設中的難點和控制性工程。以目前我國城市地鐵建設和長大隧道建設中圍巖塌方、地下涌水、地面塌陷等工程事故,讓學生了解在工程建設規劃和選址時,對不良的工程地質條件進行分析、評價的重要性。并結合典型洞室建設過程中的防護措施和方法,通過討論和課堂交流,使學生明確這些措施和方法對洞室穩定性的作用。
(四)區域穩定性問題
區域穩定性的概念是學生在開始接觸時不容易理解和掌握的工程地質問題。在課堂的教學中,結合2011年日本東海岸的大地震,導致距離地震震中一百多千米遠的福島核電站發生事故,導致核泄漏;地震、震陷、液化和活斷層對大型水電工程、地下工程以及建筑密集的城市地區可能導致的災害,使學生了解和認識區域穩定性對工程建設的主要作用和采取的工程措施。
城市環境地質學是環境地質學的一個分支學科,是應用地質學原理、方法和地質資料對城市地區、城市密集區、城市群地區進行規劃、管理和治理的一門學科。其主要內容為城市建筑環境,地基的穩定性調查與區域穩定性評價,供水條件的調查,地質災害的預防和處理,建筑材料礦產的圈定,廢物排放、水土污染等問題及其處置,以及與城市地質環境有關的其他問題的研究。
一.城市環境地質問題
(1)水資源問題
隨著經濟發展與人口的增多,城市供水量也再不斷的加大,城市的水資源也對城市發展有所影響。由于水資源的逐漸匱乏,從而引發了諸多環境問題,既而才受到世界的關注。由于地下水的過度開采,許多城市都出現了地面塌陷、路面沉降、飲用水源枯竭、海水倒灌等現象。供水資源與供水條件的保護,主要在于地下水的水源選擇、分析、評價;地下水的合理開發、保護、管理;地下水科學的調節利用。因此,利用工程地質學對城市的水資源進行綜合分析、研究、評價,制定合理、科學的城市規劃方案,既可以節約資金,也會對水資源保護,起到關鍵的作用。
(2)城市垃圾
城市垃圾主要分為生活垃圾、工業廢料。伴隨著經濟的發展,城市的擴大,人口的增加,從而生活垃圾與工業垃圾迅速激增,成為了城市的一個直接的或潛在的危害。垃圾所產生的危害會對地表產生污染,改變土地性質等,從而引發植物的枯萎,水源遭到破壞,大氣受到影響,酸雨的形成,既而形成連鎖反映,對人類的生活、財產造成嚴重危害。
(3)地基問題
地基的勘察不要有:巖土體結構、物理化學性質、微地貌、水文地質條件等方面。我國軟土分布在國內沿海城市,特殊土的分部具有區域性特質。軟土有空隙比大、強度低、松軟、壓縮性高等特點,由此對于施工與軟土層上的工程項目經常會出現一些質量問題,例如地面裂縫、墻體開裂、建筑物不均勻沉降、樁基位移、基坑邊坡塌落等。而地下水發生變化時,易改變土壤的物理力學性質。既而查明地基土質的物理力學性質、結構特征、水文地質等條件至關緊要,由此才能保證建筑的使用安全、地基的穩定性。
(4)舊城區人為因素
在舊城區內,熱力場、重力場、地電場、聲場、輻射場、地震效應場、地磁場等自然物理場,將受人類的經濟活動、資源消耗等人為因素影響而發生改變,從而影響到水資源、大氣圈、氧氣含量等自然環境問題,危害舊城區內所有生物的健康。
二.工程地質的流程、方法
(一)工程地質調查繪圖:環境地質圖與工程地質圖,都能很好的反映出工程環境與地質環境間的關系,從而模擬真實情況。
1.依據制圖內容,例如工程地質分區圖、地質圖等。從地質災害角度考慮,研究、分析與場地相關的地質自然災害,對其進行評價、研究地質環境所引發的不利影響,從而分析、制定預測防治措施。制圖前,需要研究、調查、分析城區范圍內的環境工程地質。
2.根據目的,如臺山核電站等為某個特定工程提供資料。
(二)工程地質評價
1.隱蔽工程評價。
2.場地穩定行與適應性評價。
3.邊坡穩定性評價。
4.工程地質地震評價。
5.河流環境工程評價。
6.區域地殼穩定性評價。
(三)應用搖感技術
搖感技術在環境工程地質研究與評價時,有著重要的作用。它具有成圖成本低、技術塊、質量好等優勢,可對區域地質、場地地形、動力地質現象動態、地質構造、河流水質、土地利用等方面情況進行環境檢測與環境質量評價,編制各種資料信息圖件,而隨著計算機技術的提升,將搖感技術與計算機相結合,使其更電子信息化管理、操作,既而提高速度與靈活度,提高效率,更方便的掌握各方面信息。
三.環境工程地質的作用
環境工程地質,是一切工程項目施工前的必要條件,是通過工程地質的環境評價、研究、分析,預測不良環境地質作用對城市建筑安全、人類的生命健康的影響及后果,并制定、落實科學合理的應對方案與防治措施,依照環境工程地質學對場地開展全面的、綜合的評價,為獲得更合理、科學的施工方案、規劃設計,提供資料。或以上述措施為前提,預測、研究人類活動對環境地質的影響,突顯人類對自然環境所造成的破壞與影響,以及經過這些影響與破壞后,反過來對人類生命安全、生活環境、建筑安全等方面產生的危害與影響。例如,山林過度的砍伐,造成山體地質不牢固而引發山體滑坡、泥石流;地下煤礦資源過度開發,導致地面塌陷、地下水污染等,實行環境工程地質的主要意圖,就是為了防治人類活動對環境質量的過度影響、破壞,同事防治自然環境對人類財產安全的威脅,為合理、科學的利用保護地質環境,提供最有力的依據。當發生地震、洪水、山體塌方等自然災害時,依據環境工程地質相關勘探、分析、評價后,所做的對應方案,可迅速、及時、有序的開展救援等應急措施。
一、水工環地質勘察中的問題
我國的水工環地質勘察開展相對較晚,雖然在很多方面已經取得了很好的成果,但是還是存在一些不足。水工環地質勘察工作中主要出現以下問題。
1、我國水工環地質勘察隊伍不健全
我國地質勘察隨著經濟的發展,也在不斷進行轉變,由原來的資源型勘察逐步向環境型方面進行轉變。我國的相關部門也加大了水工環地質勘察隊伍的建設,同時建立了國家水工環部門,意在加大水工環地質勘察能力。但是我國需要進行勘察的水工環項目非常重,現有的地質勘察隊伍水平低、素質差、能力差、根本無法滿足我國水工環地質勘察工作的需求。水工環地質勘察的質量和數量都要進行一定程度上的提高。
2、國家投入的資金和力度不足
水工環需要進行很多項目的勘察工作,很多的領域和項目都要涉及到,國家需要投入大量的人力和物力,增加水工環的資金投入力度。但是在實際工作中,我們發現了水工環的投入層次還是比較低,在資金方面不能滿足相關的勘察開支,很多重要的設備緊缺,限制了水工環的勘察。對于力度方面,我國的水工環勘察建設還存在一定的差距,很多方面還沒有健全,需要進行進一步的提升。
3、水工環勘察結果需要加強轉化
我國為了提高水工環地質勘察的有效性,組織進行了多項重大任務的勘測工作,例如“塔里木盆地地下水水資源調查”“黃河中下游水質環境調查”等項目,我國的地質勘察在這些方面取得了很好的效果,能夠對我國的水工環建設有很好的作用。但是這些項目取得的成果并沒有展示給社會公眾,這些項目的探究成果還處在實驗室的研究階段,并沒有轉化為實際的生產力,轉化效率非常低下,嚴重限制了水工環地質勘察的效果。
二、水工環地質勘察問題防治措施
1、加大國家投資力度
我國已經注意到了水工環在建設中的重要作用,并且不斷的加大投資力度進行水工環的勘察。國家要建立相關的水工環地質勘測中心,派遣專業的人員統一規劃水工環的資源勘察工作,增強水工環地質勘察的戰略性和方向性。國家要投入資金,保證水工環相關工作可以順利開展,對于重要的關鍵設備,國家要不惜重金進行購置,提高水工環勘察的精確性。
2、提高水工環勘察隊伍建設
水工環地質勘察隊伍還存在一定的缺陷,國家要加強水工環勘察隊伍的建設,積極培養水工環地質勘察的專業人才,鼓勵這些人才進入到水工環地形勘察工作中。水工環地質勘察比較辛苦,國家要加大工作人員的薪資待遇,提高人員的從業愿望,保證地質勘察人員工作的積極性。國家要派遣專業的人才進行培訓造就更多的專業水平人才,提高水工環地質勘察的隊伍素質。
3、加強水文地質防治
我國人口基數大,對水資源的要求嚴格。隨著我國居民用水和工業用水的不斷增加,水資源也得到了嚴重的惡化,地下水也失去了往日的平衡。在水資源缺乏的地區,進行水工環地質勘察要認真查明各類水層的豐富程度和地下水的埋藏條件,并且給出相應的建議,確定供水良好的富水區。進行水工環的地質勘察的時候,還要對水資源的開發利用進行合理的規劃,隨時關注地下水的狀況和含量,禁止過分開采地下水,水位下降嚴重的地區要進行人工回灌等措施,保證地下水得到合理的利用。
4、加強工程地質的防治
工程地質具有很強的危險性,隱蔽性非常強,巖溶、滑坡、泥石流、地震等情況很難進行全面的檢測,對工程的使用和安全就有很大的影響。在進行工程地質防治的時候,要事先做好地質勘探,了解相關地區的地質構造,尤其是經常發生地震的區域,要客觀的評價地殼的運動,查找地形地質的特征,摸清相關的規模和發育程度,做出穩定性能評價。還要對巖土的成因、巖土的巖性、地質時代、工程地質特征進行劃分。主要是進行預防為主,采取防治結合的方式,根據不同的地質進行不同的防治。
5、加強環境地質的防治
近些年來由于自然環境遭到了嚴重的破壞,自然災害頻繁發生,環境地質受到了很大的損害。在進行環境地質防治的時候,要注重自然地質環境的危害,確定建筑材料、旅游景點等的布置,做出正確的評估。對區域環境能夠做出趨勢預測和總體評價,尤其是重點防治的地區,要考察環境的脆弱性,收集相關的資料,進行相關環境的指標分析,采取相應的對策,降低環境的污染。例如唐山的曹妃甸在工業發展中出現了嚴重的污染問題,在進行環境地質防治的時候,要做好相關的地面沉降分成標,完善已經具有的沉降監測網,并且進行地面的沉降記錄監控。在環境防治過程中,要進行工業固體廢物和生活廢物的處理工作,進行客觀的評價之后,進行一定的趨勢預測,合理的選擇工業區的地點和產業結構。
【關鍵詞】水工環地質;巖土工程;運用;發展
水工環地質與巖土工程理論屬于巖土工程學領域的一部分,早期的兩種理論比較分散,分為水文地質和工程理論,后來經過不斷的發展形成了現在的水工環地質與巖土工程理論[1]。并且這個理論在近年得到了很大的發展,由理論發展出的施工技術也越發成熟,已經形成了一個完整的理論體系,有力的指導著巖土工程施工建設。
一、水工環地質理論
(一)水文地質核心理論的形成
1856年發表的達西定律被認為是水文地質理論形成的雛形,后來在不斷的發展過程中逐漸成熟,到現今已經擁有了悠久的歷史[2]。我國的水文地質起步較晚,主要是因為我國限制條件較多,這些限制條件也阻礙了水文地質的發展步伐,我國相關學者經過不斷努力,在1952年終于將水文地質理論引進地質學院進行研究,在20世紀60年代,我國研究出適合我國國情的水文地質教材[3]。
(二)工程地質核心理論的形成
隨著經濟的發展,工程地質也加快了其發展步伐,我國的工程地質理論不斷完善,現今已基本成熟,這也表示我國工程地質工作已經走上了正軌,已經有能力指導我國的工程建設。工程地質的發展促進了我國經濟的有序發展。成熟的工程地質理論有力的推動著工程地質工作的發展,也被廣泛應用于水利工程、鐵路工程和電力工程等領域。
(三)環境地質核心理論的形成
20世紀80年代是國際上的環境地質理論正式形成的時期,我國的環境地質理論緊隨世界潮流,跟上了世界環境地質理論的發展進程[4]。我國由于改革開放的發展,環境問題不斷加劇,一定程度上阻礙了我國經濟的全面發展。環境地質工作就是全面調查分析這些環境問題出現的原因,從而制定出相應的應對方案,解決這些環境問題。我國曾在召開的地質環境大會中將我國的環境問題進行了展示,同時也展示了解決這些環境問題的方案,這些方案以地質學科體系為基礎,顯著提高了問題的解決效果,向世界展示了我們的成果。
二、巖土工程地質核心理論
世界巖土工程地質理論的發展具體來說可以分為4個階段[5],第一個階段要追溯到數十萬年前巖土工程出現的時候;第二個階段的發展出現在英國,在19世紀60年代;第三個階段的發展以太沙基土力學名著為標志;第四個發展階段是由于世界經濟的發展,科學技術的進步,推動了巖土工程地質理論的快速發展。在我國,改革開放后我國巖土工程地質核心理論開始形成,這個時期的理論結合了工程地質環境與巖土工程,以生態巖土工程的形成為基礎,全面結合了水文地質學、工程地質學、巖體力學、土力學等學科的理論最終形成了獨立的巖土工程地質核心理論。
三、水工環地質及巖土工程理論體系應用與發展
(一)水文地質理論體系的應用與發展
從我國水文地質理論體系的發展進程來看,20世紀70年代該理論體系的標準已經趨于成熟,并且這些理論開始被應用于實際工程的建設中,同時不斷的應用也推動了理論的發展與完善。水文地質理論體系對各個領域都適用,我國作為一個農業大國,農業發展的好壞對我國經濟發展非常重要,因此水文地質理論體系被應用于指導農業生產的各個方面,這個理論的應用使得農業生產中對地下水資源的應用更加合理,保證了農業生產不再缺水,農產品的回報率顯著增加,農民的收入也相應得到了增加。我們都知道,要做好環境保護工作,保護好地下水資源是關鍵,因此我們必須做到節約用水。
隨著水文地質理論的發展,其應用已經不僅僅在于本學科相關領域,逐漸延伸到了其他領域,《現代水文地質學》一書的發表將我國傳統的水文地質理論轉變到了標準目標體系,使得水文地質學緊密結合其他學科,這些結合不僅促進了其他學科的發展,也促進了水文地質學的發展。水文地質理論通過結合其他學科創造了數值模擬方法,將研究的主要內容延伸到水資源,將定性研究的水文地質學發展為定量研究。數值模擬方法能夠直觀的了解到水文數值,還能夠了解社會經濟效益系統關系。
(二)工程地質及環境地質理論體系的應用與發展
環境地質最早應用工程地質理論體系,應用效果明顯。工程地質理論隨著社會的發展進程得到了較大的發展,理論體系的內容更加豐富,工程地質理論為推動我國的經濟發展發揮了重要的作用,緩解了我國經濟發展與環境破壞的矛盾。改革開放以來,我國工程地質理論的發展已經實現了質的飛躍,在這個發展階段中,經濟建設一直是我國發展的重點,導致人口問題以及環境問題被忽略,矛盾的突出使得工程地質及環境地質理論體系得到了有效的應用。
(三)巖土工程理論體系的應用與發展
隨著改革開放的不斷深入,土木工程領域得到了較大了發展,為了實現土木工程領域的更好發展,促進我國經濟的進步,我國開始逐漸將巖土工程理論應用于土木工程領域中,巖土工程理論的應用提高了工程建設的效率,確保了工程建設的質量。巖土工程作為一類新型學科,學科性質強,同時也與其他學科聯系緊密,同水文地質和工程地質學科一樣,同屬于基礎學科,被廣泛應用于各類工程建設中,隨著學科間的融合,才逐漸發展成為體系化的巖土工程。工程建設對于巖土工程理論的應用促進了該理論的不斷發展和完善,一些與巖土工程相關的下屬學科也不斷出現。巖土工程理論被應用于巖土工程建設中,對于建設中發現的理論上的問題,相關學者專家進行了及時的糾正,然而目前該理論在利用過程中仍然出現了很多不足。其中包括地下水在工程建設時受到不同程度的污染,巖土結果出現問題,這些問題的存在使得安全事故的發生率更高。而之所以出現這些問題,主要是因為施工時由于沒有掌握足夠的水文地質資料,對地下水的變動情況未能得到足夠的了解,這些問題的出現告訴人們在應用某些理論時,不僅要滿足社會生產需求,還要具有足夠的科學性,只有兼備這兩點,經濟的發展才能在真正意義上得到促進。
【結束語】
綜上所述,完善的水工環地質與巖土工程理論體系對巖土工程的施工建設具有重要的指導作用,不斷研究這些理論的應用與發展,有助于拓寬理論的應用領域和應用效果,從而促進工程的建設、經濟的發展。我們必須加緊對這些理論的研究,及時發現其中的不足并進行改善,保證理論能長久有效的指導實踐。
【參考文獻】
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[3]王媛媛.解析當代水工環地質及巖土工程理論體系應用與發展[J].地球,2013,(11):61-61.
作者:王晚中 李為民 龍文韜 單位:潞安礦業集團公司 中國礦業大學 湖南省煤田地質局
構造地質學在工程地質中的應用在工程地質中,把地質體內的各種構造變形,如褶皺、斷層、節理、劈理,還有其他各種面狀和線狀構造,稱之為結構面,其基本特征、相互關系及現代活動性決定了該區域內的區域穩定性、巖(土)體穩定性及地下水滲流條件等,所以,地質構造控制著工程地質環境和工程地質條件。因此,構造地質學在地基穩定性、斜坡穩定性、地下洞室穩定性、區域穩定性等工程地質問題和滑坡、礦井突水、水庫滲漏、地裂縫等地質災害問題中都有著極其重要的應用。下面著重從區域地殼穩定性、大型工程場地選址、斜坡穩定性評價、地下洞室穩定性等方面,闡述構造地質學在工程地質中的具體應用。
在區域地殼穩定性評價中的應用近年來,根據現代構造地質學研究中的大陸動力學理論和巖石斷裂力學理論,一些學者提出了區域穩定性動力學理論。區域穩定性動力學理論在區域穩定性評價過程中,能夠使大陸地殼動力學過程、構造和地震活動性與巖土體的工程地質條件得到有機統一,最終實現大到區域地殼、小到場地地基的穩定性合理評價。區域深層地殼的穩定性決定于地殼深部的變異層帶的性質特征,按結構和流變性特征,大陸巖石圈分為四套動力學子系統[1]。第一套動力學子系統是在上地幔頂部流變層。上地幔頂部的軟流圈和低速高導層之間夾著較硬的層位,在全球構造應力的作用下,軟層通過流動作用使硬層發生變形,在這個過程中能產生熱效應和力學效應,從而引發地殼各圈層間的拆離、剪切、增溫、加厚或減薄,從而導致巖漿作用和構造作用的發生。第二套動力學子系統是在殼幔過渡流變層。地殼和地幔沿該殼幔過渡流變帶容易發生較大尺度的水平位移,從而造成大規模的造山帶擠壓碰撞和逆沖疊覆及裂陷區的地殼減薄伸展。第三套動力學子系統在地殼軟弱層。大陸地殼按流變性、能干性、持力性等可以分為軟弱層和持力層兩大類,其中軟弱層自上而下還可以分為沉積蓋層與淺變質層間的拆離面、上地殼淺變質巖層與深變質基底間的拆離面、上地殼10km處的低速高導層、中地殼25~30km處的低速高導層等。這些軟弱層面構成了地殼內大尺度的水平滑脫層,常常作為造山帶的逆沖推覆、伸展垮塌、拆沉作用、變質核雜巖的拆離出露邊界,在拉張區中,也常常作為伸展成盆地遷移和滑動邊界。第四套動力學子系統在地殼持力層。地殼持力層在橫向上多被斷裂所切割,其與軟弱層交界處形成脆韌性過渡帶,該過渡帶地震易發;而孕震條件及機理決定于持力層與軟弱層之間形成的動力學作用耦合關系和活動協調性。
在大型工程場地選址中的應用大型工程場地一般都位于造山帶、盆地構造、盆嶺構造這三類構造區帶上,它們是由于近地表上地殼的擠壓推覆、擴張伸展和剪切走滑的構造變形作用所形成的[2]。造山帶一般都作為重大能源工程場地選址區域,資源開發、災害防治和環境保護等工程的進行決定于造山帶的結構、演化和動力學特征。根據造山帶的形成機制,其可以分為逆沖推覆型、伸展型和走滑型三大類。其中,逆沖推覆構造中形成的前鋒帶、沖起塊體和飛來峰等構造,它們的變形最強烈,形成的斷裂最密集,節理最發育,巖體最破碎;伸展構造的滑覆體前緣和滑來峰的穩定性較差。在進行工程選址時,應盡量避開這些構造不穩定地區。盆地是人類主要聚居區,故其選址更為的重要,在一些大型水利工程或者地震災后重建的居民選址工作中,比如三峽移民工程、汶川大地震中災后重建工程、以及舟曲重大泥石流災后的重建工程等等,需要特別注意盆地中的不穩定區域、隱伏的活動性斷裂等。按成因可將盆地分為壓陷盆地、走滑盆地、伸展盆地。其中壓陷盆地較為穩定,除了鄰近造山帶一側活動性較強;受地殼剪切走滑的影響,走滑盆地活動性較強,一般較不穩定;伸展盆地由于盆地中心地殼減薄、淺層破裂較發育,而盆地邊緣則受邊界活斷層的影響大,所以伸展盆地的中心和邊緣穩定性最差。還有,盆地的上下不一致常常導致其轉換處發生地震;盆地內部的隱伏斷裂常常導致地表發生地裂縫,直接威脅工程建筑的安全穩定,比如大同地裂縫的形成,是由于新生代以來,同盆地受來自青藏高原和太平洋方向的側向擠壓,而導致右旋剪切拉張以及地幔上隆,區內地殼減薄,基底地殼斷裂發展到上地幔,再伴隨著斷陷作用而發生地震和地裂縫。盆嶺構造是大陸淺層構造中的重要類型,其由正斷層形成地塹、地壘、掀斜和犁式斷層等組成,其中隆起區為穩定區,沉降區為非穩定區。
在斜坡穩定性評價中的應用我國是個多山區的國家,每年都會因為斜坡地質災害的發生而造成人員的傷亡和財產的損失,因此,做好災前的斜坡穩定性評價十分的必要?;?、崩塌、泥石流等是斜坡地質災害中最常見的三種,它們發生的主要因素都是來自自然方面的地形地貌、地質構造、地層巖性、巖土體結構特性、新構造活動及地下水條件等。其中,地質構造控制著中國山體的總體格局,新構造活動的強弱反映該地區地殼的穩定性,而地貌與構造共同控制著滑坡、崩塌、泥石流災害的發育程度。所以,滑坡、崩塌、泥石流的形成與斷裂構造之間有著密切的關系,斷裂的性質、破碎帶寬度、節理裂隙的發育程度及其組合特征等都是影響斜坡地質災害的重要因素。在工程地質學中,通常根據巖體的結構面發育類型及程度將其分成Ⅰ~Ⅴ5個等級,不同等級的結構面的性質與組合形式不同,以此來判斷巖土體的穩定性與變形破壞方式,從而進行斜坡的穩定性評價。工程地質學中的結構面就是構造地質中的構造結構面,指巖體中具有一定方向、力學強度相對較低、兩向延伸的地質界面(或地質帶),例如巖層層面、節理、軟弱夾層以及各種成因的斷裂、裂隙等,反映了在長期內外動力作用下的地質構造現象?;碌男纬膳c發展受地質構造的影響表現為兩個方面:第一,滑坡往往沿斷裂破碎帶成群成帶的分布形成;第二,滑動面的空間展布及滑坡的范圍受到巖層面、斷層面、節理面、片理面及不整合面等各種軟弱結構面控制。因此,在斜坡穩定性評價中,必須先根據結構面確定滑動面的總體形態和空間展布,從而確定其規模,以此來采取相應的預防措施。地質構造對崩塌的控制作用也表現在兩個方面:第一是斷裂構造對崩塌的控制作用。具體表現在,當陡峭的斜坡走向與區域性斷裂平行或大致平行時,沿該斜坡發生的崩塌一般較多;而大型崩塌往往發生在幾組斷裂交匯的峽谷區;在斷層密集分布區,巖層較破碎,坡度較陡的時候,斜坡常發生崩塌或落石。第二,褶皺構造對崩塌的控制作用。褶皺核部巖層變形強烈,大量垂直層面的張節理在核部形成,而且在多次構造作用和風化作用的不斷影響下,破碎巖體往往產生一定的位移,從而形成潛在崩塌巖體,當褶皺軸向與坡面方向垂直時,斜坡一般多產生落石和小型的崩塌;當褶皺軸向與坡面平行時,在高陡邊坡上就容易產生規模較大的崩塌。由于構造作用形成的高差大、高坡度及大面積的流域溝谷等地形地貌,新構造運動下形成的巖體變形與構造結構面,為泥石流的發生創造了必要條件。因此,可以從構造角度分析泥石流的產生條件,提前做好預防措施,可以達到杜絕災害發生或者減少災害損失的目的。#p#分頁標題#e#
在地下洞室穩定性維護中的應用地下洞室開挖后,如果不加以支撐和維護,則洞室圍巖繪制地應力的作用下發生變形或破壞,在采礦界這種現象稱之為地壓顯現[3]。在礦井事故方面,由地壓造成的危害主要有頂板下沉和垮落、底板隆起、巖壁垮幫、支架變形破壞、采井冒落、巖層錯動、煤與瓦斯突出及巖爆等等。這些事故發生的主要原因取決于圍巖的巖性和結構,特別是當巖體的地質構造發育充分而且復雜的情況下,洞室開挖后,容易形成構造應力集中區。比如在斷層、軟弱破碎巖墻或者巖脈等軟弱結構面附近,往往容易形成應力集中區,若不加以防范,則很可能發生事故。通過對礦井地質構造的分析,根據構造綱要圖對錨桿支護方式提供指導,可以取得良好的支護效果,保證安全生產。比如,在煤礦開采過程中,當掘進到向斜、背斜的軸部轉折端或斷層、陷落柱時,地質人員根據收集到的頂煤厚資料和煤層的節、劈理、產狀及含水情況以及巷道冒頂情況,準確地繪制出構造綱要圖,然后綜合分析影響巷道支護的地質構造因素,用所得出的結論預測巷道掘進前方可能遇到地質構造,從而采用合適的支護方式。
由上面的分析可知,構造地質學在工程地質中有著十分重要的作用,特別是在山區,一些工程地質問題中甚至起著決定性的作用;離開構造地質學搞工程地質,不僅使得工作將變盲目,可能浪費很多的材料與人力,而且容易引發新的地質災害,造成人員的傷亡和財產的巨大損失。例如,汶川地震災后重建的縣城,在災后第二年的暴雨之后又被泥水所掩埋,不僅造成了極大的經濟損失,而且給當地的災民造成更大的心理陰影,不利于社會的和諧穩定發展。所以,在今后的工程地質工作中,一定要首先從構造地質學的角度認真分析擬建工程所在場地的整個區域的穩定性,確定穩定之后或者采取相應的措施可以維持穩定之后,再結合當地具體的地質構造分布情況,對工程進行詳細設計、施工,最終達到安全、經濟、效益的統一。