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1、工程地质学,第十三章 岩土工程勘察,第一节 岩土工程勘察的要求和程序 第二节 岩土工程勘察方法 第三节 岩土工程测试 第四节 岩土工程勘察设计 第五节 岩土工程勘察成果,本章内容:,第一节 岩土工程勘察的要求和程序,一、岩土工程勘察的含义和要求 1、基本含义 岩土工程是欧美国家于20世纪60年代在土木工程实践中建立起来的一种新的技术体制。它的英文为Geotechnical Engineering,直译之可谓“地质技术工程”。,岩土工程勘察是根据建设工程的要求查明、分析、评价建设场地的工程地理环境和岩土工程条件,编制工程勘察文件活动的总称。是运用工程地质理论和各种勘察测试技术手段和方法,为解决工
2、程建设中地质问题而进行的调查研究工作。 岩土工程勘察是工程建设的先行工作,其成果资料是工程项目决策、设计和施工等的重要依据。,2、岩土工程勘察的要求 (1)一般要求 资料的完整性; 经济的合理性; 过程的规范化。 (2)特殊要求,二、岩土工程勘察分级 1、根据工程安全等级及场地条件分级 可分为三级,如表9-1所示:,2、根据勘察详细程度分级 可分为四个阶段: (1)可行性勘察阶段 (2)初步勘察阶段 (3)详细勘察阶段 (4)施工勘察阶段,1、可行性研究勘察(选址勘察) 搜集、分析已有资料,进行现场踏勘,工程地质测 绘,少量勘探工作,对场址稳定性和适宜性作出岩土工 程评价,进行技术经济论证和方
3、案比较。 2、初步勘察 建筑地段稳定性的岩土工程评价,为确定建筑物 总平面布置、主要建筑物地基基础方案、对不良地质 现象的防治工程方案 进行论证。 3、详细勘察 对地基基础设计、地基处理与加固、不良地质现象 的防治工程进行岩土工程计算与评价,满足施工图设计 的要求。,4、施工勘察 施工勘察不作为一个固定阶段,视工程的实际需 要而定,对条件复杂或有特殊施工要求的重大工程地 基,需进行施工勘察。施工勘察包括:施工阶段的勘 察和施工后一些必要的勘察工作,检验地基加固效果。 需要特别指出的是,由于工程对象、内容、行业管 理等不同,在工程地质勘察工作的广度、深度和精度的 要求上也有所差别,因而有时可适当
4、地合并,但总的原 则是随着工程项目的阶段深入,工勘工作的深度将越来 越深,精度也会越来越高,而广度则可能越来越小。,尽管各阶段的工程地质工作的内容和要求可能会因为实际情况有所不同或有所侧重,但各阶段的工程地质的工作程序却基本相同: 1准备工作;(收集资料,组织、编制工作、设计文件和要求) 2工程地质调查测绘; 3工程地质勘察; 4测试工作; 5文件编制。,三、岩土工程勘察的程序,岩土工程勘察的工作程序如图9-1所示:,在工程地质勘察过程中,要采用工程地质学所有的研究方法,即:地质学方法、试验方法、工程地质类比法、模型实验法、概率统计法和理论计算法。以上各种研究方法在实际工作中是通过各种工程地质
5、勘察方法和手段来实现的。对于不同工程要求的,不同工作内容的,所采用的工程地质勘察方法与手段也是不一样的。但总的来说,一般包括以下几个方面:,第二节 岩土工程勘察方法,1工程地质测绘;如:地面测绘、航测、卫测等,是基础,是根本。 2工程地质勘探(物探、钻探); 3工程地质室内试验和野外试验;大型现场试验、室内土工试验等。 4工程地质长期观测;对房屋变形、地下水位、地面沉降等进行动态的长期观测。 5勘察资料的室内整理及计算。,(一)、工程地质测绘的作用与特点 工程地质测绘是运用地质、工程地质理论,对与工程建设有关的各种地质现象进行观察和描述,初步查明拟建场地或各建筑地段的工程地质条件。将工程地质条
6、件诸要素采用不同的颜色、符号,按照精度要求标绘在一定比例尺的地形图上,并结合勘探、测试和其他勘察工作的资料,编制成工程地质图。这一重要的勘察成果可对场地或各建筑地段的稳定性和适宜性作出评价。,一、工程地质测绘,(二)、工程地质测绘主要内容 1地层岩性条件; 2地质构造条件; 3地形地貌条件; 4水文地质条件; 5动力地质作用与现象(不良地质现象)的研究; 6天然建筑材料的普查; 7已建工程的回访调查。,1、地层岩性的研究 地层岩性是工程地质条件最基本的要素和研究各种地质现象的基础,所以是工程地质测绘最主要的研究内容。 工程地质测绘对地层岩性研究的内容包括: 确定地层的时代和填图单位; 各类岩土
7、层的分布、岩性、岩相及成因类型; 岩土层的正常层序、接触关系、厚度及其变化规律; 岩土的工程性质等。,2、地质构造的研究 (1)、工程地质条件中,结构构造因素是控制性因素,地质结构的研究具有重要意义。,(2)工程地质测绘对地质构造研究的内容包括: 岩层的产状及各种构造型式的分布、形态和规模; 软弱结构面(带)的产状及其性质,包括断层的位置、类型、产状、断距、破碎带宽度及充填胶结情况; 岩土层各种接触面及各类构造岩的工程特性; 挽近期构造活动的形迹 、特点及与地震活动的关系等,3、地形地貌的研究 同一地貌单元,常具有相似的地形特征、地质结构、水文地质条件、动力地质作用过程。在工程地质分区中,常以
8、地貌作为划分大区的标准。地貌研究的程度应与测绘比例尺相适应。 工程地质测绘中地貌研究的内容有: 地貌形态特征、分布和成因; 划分地貌单元,地貌 单元形成与岩性、地质构造及不良地质现象等的关系; 各种地貌形态和地貌单元的发展演化历史。,4、水文地质条件的研究 在工程地质测绘中研究水文地质是为研究与地下水活动有关的岩土工程问题和不良地质现象提供资料。,在工程地质测绘过程中对水文地质条件的研究,应从地层岩性、地质构造、地貌特征和地下水露头的分布、类型、水量、水质等入手,并结合必要的勘探、测试工作,查明测区内地下水的类型、分布情况和埋藏条件;含水层、透水层和隔水层(相对隔水层)的分布,各含水层的富水性
9、和它们之间的水力联系;地下水的补给、径流、排泄条件及动态变化;地下水与地表水之间的补、排关系;地下水的物理性质和化学成分等。在此基础上分析水文地质条件对岩土工程实践的影响。,5、动力地质作用与现象(不良地质现象)的研究 研究内容包括:各种不良地质现象(岩溶、滑坡、崩塌、泥石流、冲沟、河流冲刷、岩石风化等)的分布、形态、规模、类型和发育程度,分析它们的形成机制和发展演化趋势,并预测其对工程建设的影响。,6、天然建筑材料的研究 结合工程建筑的要求,就地寻找适宜的天然建材,并作出质量和储量评价。当前特别重视建材质量的研究,是否具有美学价值。 7、已建工程的回访调查的研究 对已有建筑物的观察实际上相当
10、于一次1:1的原型试验。根据建筑物变形、开裂情况分析场地工程地质条件及验证已有评价的可靠性。,(三)、工程地质测绘范围、比例尺、精度 测绘范围 工程地质测绘的范围主要是依据工程对象及要求和区域地质条件的复杂程度及其研究程度决定的。,2满足场址、线路方案比选、工程设计及病害治理为原则。测绘初期可适当扩大范围,而后期则可集中在相对较小的范围内进行; 3地质条件复杂,研究程度越不足,测绘的范围就需要愈大。,测绘比例尺的选择 1、比例尺选定原则: (1)应和使用部门的要求提供图件的比例尺一致或相当 (2)与勘测设计阶段有关 (3)在同一设计阶段内,比例尺的选择取决于工程地质条件的复杂程度、建筑物类型、
11、规模及重要性。在满足工程建设要求的前提下,尽量节省测绘工作量。 2、根据国际惯例和我国各勘察部门的经验,工程地质测绘比例尺一般规定为: (1)可行性研究勘察阶段150 00015 000,属小、中比例尺测绘; (2)初步勘察阶段110 00012 000,属中、大比例尺测绘; (3)详细勘察阶段12 0001200或更大,属大比例尺测绘。,测绘精度与测绘方法 工程地质测绘的精度包含两层意思,即对野外各种地质现象观察描述的详细程度,以及各种地质现象在工程地质图上表示的详细程度和准确程度。,3 、测绘方法 包括三种: 路线穿越法:即垂直构造线(如岩层走向,轴向,断层走向)或垂直河流流向布置观察线路
12、。这样容易查明填图区的地层时代,层序、接触关系和地层厚度,以及构造特征与地貌的关系等,工作效率较高。不足之处是两条观察线路之间的地段,不能直接观察清楚。 顺层追索法:即纵向观察,沿走向线或河流观察,容易查明岩层、矿层的横向变化,确定界线,沿断层走向两侧岩层的变化,断层的分支和收敛,岩浆岩体和围岩的接触界线,河流流域概况等等。在构造复杂,岩性变化大的地段多采用此法。 综合法:是上述两种方法的结合。优点是可较全面地研究地质体的纵、横向变化。缺点是工作量较大。,1、航空工程地质勘察 简称航空地质,是直接或间接利用飞机或其它飞行工具,借助各种仪器对地面做各种地质调查,通过野外核对工作,编制工程地质图的
13、一种专门方法。 航空地质勘察主要进行两项工作:航空目测和航摄像片判释。,(四)、航片、卫片在工程地质测绘中的应用,2、遥感技术的应用 遥感技术是指从高空(飞机或卫星上)利用多种遥感器接收来自地面物体发射或反射的各种波长的电磁波,从而根据收到的大量信息进行分析判断,确定地面物体的存在及变化状态的一种方法。,遥感技术的主要优势: 1摄像范围大; 2资料获取方便,不受地形的限制; 3影像所包含的信息种类多,数量大,成图迅速,一次成像就可完成; 4可分时段重复对某一地区进行扫描,因此可对某一需监测的目标实施动态监测; 5成图迅速,可通过数字化图像处理技术进行信息分离,制作有关专业图件,因此成本相对低廉
14、。,二、工程地质勘探,(一)、概述 (二)、工程地质钻探 (三)、工程地质坑探 (四)、地球物理勘探,(一)、概述 1、工程地质勘探的基本含义,工程地质测绘,主要是调查建筑场地工程地质条件在地表的特征,并藉以推断地下的情况。确切查明地下地质情况的基本方法是勘探工作。 工程地质勘探工作一般是在测绘工作基本完成后,根据测区内的综合条件,有针对性的布置勘探点、勘探深度的。用勘探工作的成果补充、检验和修改调查测绘工作的成果。,2、岩土工程勘探的手段 岩土工程勘探常用的手段有钻探工程、坑探工程及地球物理勘探三类。 钻探和坑探工程是直接勘探手段,能较可靠地了解地下地质情况。 地球物理勘探简称物探,是一种间
15、接的勘探手段,它可以简便而迅速地探测地下地质情况,且具有立体透视性的优点。但其勘探成果具多解性,使用时往往受到一些条件的局限。,(二)、工程地质钻探 1、概述,钻探工程是直接勘探手段,能较可靠地了解地下地质情况。钻探工程是使用最广泛的一类勘探手段,普遍应用于各类工程的勘探;由于它对一些重要的地质体或地质现象有时可能会误判、遗漏,所以也称它为“半直接”勘探手段。,2、钻孔设计书的编制 为充分论证钻探工作的布置并逐孔编制钻孔设计书内容: (1) 钻孔目的及地形地质概况。目的层、工程地质目的及意图。 (2)钻孔的类型、深度及钻孔结构设计。 (3)岩土工程要求。包括岩心采取率、取样、试验、观测、止水及
16、编录等各方面的要求。编录的项目及应取得的成果资料有:钻孔柱状剖面图、岩心素描(或照相)、钻进观测、试验记录图及水文地质日志等。 (4)说明钻探结束后对钻孔的处理意见。,3、钻孔观测与编录 钻孔观测与编录是钻进过程的详细文字记载,也是岩土工程钻探最基本的原始资料。因此在钻进过程中必须认真、细致地做好观测与编录工作,以全面、准确地反映钻探工程的第一手地质资料。钻孔观测与编录的内容包括: (1)、岩心观察、描述和编录 (2)、钻孔水文地质观测 (3)、钻进动态观察和记录 钻进动态能提供许多地质信息,所以钻孔观测、编录人员必须做好此项工作。,4、钻探资料整理 钻探工作结束后,应进行钻孔资料整理。主要成
17、果资料有: (1)钻孔柱状图 (2)钻孔操作及水文地质日志图。 (3)岩心素描图及其说明。,坑探工程也叫掘进工程、井巷工程,它在岩土工程勘探中占有一定的地位。 其优点是:勘察人员能直接观察到地质结构,准确可靠,且便于素描;可不受限制地从中采取原状岩土样和用作大型原位测试。 坑探工程的缺点是:使用时往往受到自然地质条件的限制,耗费资金大而勘探周期长;尤其是重型坑探工程不可轻易采用。,(三)、工程地质坑探 1、工程地质坑探的类型及其适用条件,岩土工程勘探中常用的坑探工程有:探槽、试坑、浅井、竖井(斜井)、平硐和石门(平巷) 。其中前三种为轻型坑探工程,后三种为重型坑探工程。,(四)、工程地质物探
18、物探是以观测地质体的天然物理场或人工物理场的空间或时间分布状态,不研究地层物理性质和地质构造的方法。 (一)优点与局限性 物探方法效率高、成本低、装备轻便,能从较大范围勘察地质构造和测定地层各种物理参数等。可以经济而迅速地探测较大范围内的情况: 1覆盖层下基岩面的起伏变化; 2隐伏断裂构造; 3埋藏或隐伏的自然地质现象(如岩溶等)等三维资料。,因此一般在钻探布设前安排物探工作。但是物探是一种非直观的勘探方法,物探资料往往具有多解性;而且物探方法是否有效要取决于对象是否具备某些基本条件。 (二)探测对象应满足的三个基本条件 1探测对象与围岩的电阻率有显著差异; 2探测对象的厚度或直径、宽度与其埋
19、深之比足够大; 3用电测深确定地层界面深度时,界面倾角以及界面间夹角小于20,界面延续长度数倍于埋藏深度。,(三)常用的物探方法 1电法勘探;(高密度电法、瞬变电磁法及可挖源音频大地电磁测深法) 2地震勘探; 3声波勘探;(声波CT) 4磁法勘探; 5重力法勘探; 6触探; 7测井; 8地质雷达等。,一、概述 (一)测试分类 1按测试完成场所分为室内试验和现场测试两大类; 2按指标类型分为物理力学和化学成分试验(化验); 3按物质性态分为岩土、水。 当然,分类的方法还很多。,第三节 岩土工程测试,(二)测试程序 1室内程序 (1)选择取样地点。要根据测试目的,要求和场地条件,合理地选择具有代表
20、性的测试样品。 (2)使用正确的取样方法、运输方法、包装保存方法等取样、装样、送样和保管。 (3)按有关测试方法的国标或行规等进行测试。 (4)编制测试报告。,2现场土工试验程序 (1)选择现场测试地点。一般先在该处取样做室内测试。 (2)按测试要求平整试验场地。 (3)安装测试设备。 (4)按要求(规范、标准、规定)进行测试。 (5)编制测试报告。,3水文地质试验 (1)水质分析(简分析、全分析、特殊成分分析) (2)抽水试验(注水、渗水试验) (3)水位联测 一般是在同一时刻某地区内全境的地下水位统测。,二、试验设计 1、应根据设计要求合理设计试验工作量; 2、合理设计试验方法。,三、取样
21、 1、取土器,2、取样技术 不扰动土样的采取办法目前有3种:(A)击入法;(B)压入法;(C)回转法。 (A)击入法要求:分轻锤多击法和重锤少击法2种。实践发现重锤少击法对土的干扰较少。 3、土试样的封装、保存和运输方法:试样应 密封(铁皮、黑胶布、蜡封口),防止水分蒸发、冰冻膨胀破坏; 运输时应该填塞缓冲材料,对于易振动液化、水土分离的试样宜就近进行试验; 土试样采取后3周内须测试。,4、土试样等级:,注: 不扰动是指原位应力状态虽已改变,但土的结构、密度、含水量变化很小,能满足室内试验各项要求。 如确无条件采取级土试样,在工程技术要求允许的情况下可以级土试样代用,但宜先对土试样受扰动程度作抽样鉴定,判定用于试验的适宜性,并结合地区经验使用试验成果。,四、试验操作 严格按照如下两个规范: 1、土工试验方法标准(GB/T 50123-1999); 2、工程岩体试验方法标准(GB/T 50266-1999)。,第四节 岩土工程勘察设计 一、岩土工程勘察设计的内容 1、应根据设计要求合理设计试验工作量; 2、合理设计试验方法。,第五节 岩土工程勘察成果 1、岩土工程勘察报告; 2、附件。 (1)附图:包括钻孔平面布置图、柱状图、剖面图; (2)附表:包括土工实验成果表; (3)附照片,
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