1.4 工程地质学的研究内容和分析方法

▶ 1.4.1 工程地质学的研究内容

工程地质学的研究和工程地质问题的解决涉及的学科种类繁多，它几乎涉及了基础科学的各门学科，包括数学、物理学、化学、天文学、生物学等。它也涉及了地质学中的各门分支学科，包括普通地质学、构造地质学、地层学、地史学、岩石学、矿物学、地质力学、地下水动力学、第四纪地质学、岩石（体）力学等。工程地质学研究内容是多方面的，主要包括地形与地貌、岩石与岩体、岩体的地质构造、第四纪堆积物与土的工程性状、地表水与地下水性质、不良地质现象及防治对策、岩土工程地质勘察等内容。

▶ 1.4.2 工程地质学的分析方法

工程地质学分析时需要将勘察中得到的各种地质单元如有关地质性质、岩体力学性能、水文地质性状等不同表现形式的信息相互紧密联系起来，加上考虑工程地质环境、水工建筑物的要求及施工处理措施，同时还要综合运用不同的分析方法。常用的分析方法包括以下四种：

（1）自然地质历史分析法

英国地质学家莱伊尔首先提出了“将今论古”的现实主义原理和方法，即以观察和研究现代地质作用过程和结果为基础，再将野外调查到的历史地质作用结果与现代地质作用结果相类比，以推断地质史上产生这些结果的地质作用过程，从而利用现在的已知推断过去的未知。古生物学就是典型的自然地质历史分析法。

应用这种现实主义原理复原地质史时，要充分注意历史发展决非简单的重复循环，过去的环境不完全相同于现代的环境，过去的地质作用也不完全相同于现代的地质作用。在古今类比中，绝不能简单而机械地套用，必须用辩证的观点作指导，综合各方面的资料，考虑当时的具体条件，进行具体分析。这种方法称为历史比较法，它是地质学研究中常用的主要方法。

（2）工程地质建模与计算

对工程建筑物的设计和使用的要求来说，只是定性地论证是不够的，还要求对一些工程地质问题进行定量预测和评价。在阐明主要工程地质形成机制的基础上，还必须建立相应的模型进行计算和预测。例如，地基稳定性分析、地面沉降量计算、地震液化可能性计算等。

数值模拟是人们在广泛吸收现代数学、力学理论的基础上，借助于现代科学技术的产物——计算机来获得满足工程要求的数值解的方法。工程地质领域常用的数值模拟方法有：有限单元法、边界单元法、离散单元法和有限差分法。

工程地质领域应用数值模拟手段还存在一些局限性，如计算模拟不够完善，材料本构关系尚不能完全代表岩土体的真实力学特性，计算参数的随机性和不确定性，地质体变形的描述理论仍待发展等，这些还有待进一步努力加以完善和解决。

（3）工程地质实验与现场试验

采用定量分析方法论证地质问题时，都需要采用实验测试方法，即通过室内或野外现场试验，取得所需要的岩土的物理性质、水理性质、力学性质数据。通过长期观测地质现象的发展速度也是常用的试验方法。

（4）工程类比法

对某些工程地质问题，工程中常常采用工程类比的方法。即将拟设计的工程项目与周边工程条件相类似的成功工程实例进行工程对比，吸取其他工程的成功经验和失败教训。这种方法在工程勘察或建设初期，特别是在工程资料收集不足的情况下，是一种有效的方法。

必须注意，上述4种方法往往是结合在一起的，综合应用才能事半功倍。