工程地质勘察

8 8 工程地质勘察工程地质勘察主要内容8.1 概述概述8.2 工程地质测绘8.3 工程地质勘探8.4 现场原位测试8.5 现场监测8.6 工程地质勘察资料的整理 Engineering Geology investigation1事故：事故：19591959年年1212月月溃溃坝，洪流下泄，坝，洪流下泄，席卷数十里。席卷数十里。387387人死亡，人死亡，100100余人失踪，掩没两个村余人失踪，掩没两个村庄。造成经济损失庄。造成经济损失6 6亿亿8 8千万千万美元。美元。概况：建于概况：建于1952-19541952-1954年，年，混凝土双曲拱坝。混凝土双曲拱坝。19581958年投入运年投入运转，坝高转，坝高66.5m66.5m，总库容，总库容52005200万万m m3 3。1.1.法国马尔帕塞坝法国马尔帕塞坝工程实例工程实例8.1 8.1 概述概述2Looking upstream,part of the wing wall remains on the left abutment.Almost nothing remains on the right abutment.3原因：大坝下游有一条倾向上游倾角45度的断层。在坝下游侧20m以外的覆盖层中有断层露头但被忽略，整条断层被前期勘测整条断层被前期勘测所遗漏所遗漏；坝基岩体中片麻理构造发育，走向斜交河岸，大坝运行至满库水位时突然垮毁，坝体左段连同坝基岩体沿断层滑出。选址不当，坝型不当4事故：事故：建成后初次存放谷物时：建成后初次存放谷物时：1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm2424小时倾斜小时倾斜2727西端下沉西端下沉7.32m7.32m，东端上抬，东端上抬1.52m1.52m上部钢混筒仓完好无损。上部钢混筒仓完好无损。概况：长概况：长59.4m59.4m，宽宽23.5m23.5m，高高31.0m31.0m，共共6565个圆筒仓。个圆筒仓。钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深埋深3.66m3.66m。19111911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000t20000t。2.2.加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓5加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 原因：地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度破谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动坏而滑动。处理：处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388388个个50t50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。其位置比原来降低了米。63.3.南京东南大学南京东南大学6 6层教工住宅层教工住宅原因：原因：补做勘察后发现板基断裂一侧地基中存在软弱淤泥层。经考古查明曾有一条铁路从此通过，路基坚实，但路基两侧排水沟因常年积水，沟底形成淤泥。板基横跨路基与排水沟，因土质软硬悬殊而断裂。施工前未做地质勘察，结果在建成钢筋混凝土筏板基础后，施工前未做地质勘察，结果在建成钢筋混凝土筏板基础后，发生整块板基断裂。发生整块板基断裂。74.4.香港宝城滑坡香港宝城滑坡19721972年年7 7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅-宝城大厦，宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。宅。死亡死亡7 7人。人。8June 1972 June 1972 June 1972 June 1972 滑坡后滑坡后滑坡后滑坡后9近百年大坝失事原因统计资料近百年大坝失事原因统计资料为什么要进工程勘察?101.1.工程地质勘察的目的和任务工程地质勘察的目的和任务查明条件分析问题作出评价选择场地提出建议制定措施预测新问题8.1 8.1 概述概述11新技术：地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）、监测遥感系统（RS）、地球物理层析成像技术（CT）2.2.工程地质勘察的方法工程地质勘察的方法8.1 8.1 概述概述工程地质勘察方法工程地质勘察方法测绘测绘survey勘探勘探exploration物探物探survey试验试验survey监测监测survey坑探坑探survey钻探钻探survey室外试验室外试验in-sity tests室内试验室内试验in-door tests12长期观测3.3.工程地质勘察的施工程序工程地质勘察的施工程序8.1 8.1 概述概述调查收集资料测绘物探坑探和钻探室内外试验134.4.工程地质勘察阶段的划分工程地质勘察阶段的划分可行性研究勘察feasibility study 初步勘察preliminary investigation 详细勘察detailed investigation 施工勘察construction investigation不同部门的名称：不同部门的名称：铁道部门：铁道部门：草测草测 初测初测 详测详测 定测；定测；水电部门：水电部门：规划规划 可行性研究可行性研究 初步设计初步设计 技施设计技施设计 运行；运行；城建部门：城建部门：总体规划、详细规划总体规划、详细规划 初步设计初步设计 技术设计技术设计 施工设施工设 计与施工。计与施工。8.1 8.1 概述概述14勘察手段勘察手段1.搜集资料2.踏勘3.物探（1）可行性研究勘察阶段主要任务是选定建筑场址(或线路方案)。通过勘察对其稳定性和适宜性作出评价，经过技术经济论证选择最优方案。8.1 8.1 概述概述15（2）初步勘察阶段勘察手段:1.钻探2.试验3.补充测绘和物探4.长期观测主要任务是确定建筑物的具体位置、选择建筑物地基基础方案、对不良地质现象的防治措施进行论证。需详细查明建筑场地工程地质条件。8.1 8.1 概述概述16（3）详细勘察阶段勘察方法勘察方法:1.试验2.补充勘探配合技术设计或施工图设计,按不同建筑物提出详细的工程地质资料和设计所需的岩土技术参数。对基础设计方案、地基处理方案、不良地质现象的防治方案作出论证和建议。8.1 8.1 概述概述17 对工程地质条件复杂或有特殊要求的重要工程，还需进行施工勘察。它包括施工地质编录、地基验槽与监测和施工超前预报，以校核已有的勘察成果资料。（4）施工勘察8.1 8.1 概述概述18在野外对测绘区的各种地质现象进行观察、描述和在野外对测绘区的各种地质现象进行观察、描述和量测，并按一定比例尺编制成工程地质图的工作。量测，并按一定比例尺编制成工程地质图的工作。8.2 8.2 工程地质测绘工程地质测绘engineering geological survey8.2 engineering geological survey19一、工程地质测绘的研究内容 包括工程地质条件的全部要素。8.2 engineering geological survey二、工程地质测绘的范围 取决于拟建建筑物的类型和规模、设计阶段以及工程地质条件的复杂程度。一般房屋建筑局限于有限范围内。道路测绘主要采取沿线调查的方法。20像片成图法 利用地面摄影、航空(卫星)摄影等像片，在室内进行判释。实地测绘法1.路线法(穿越法和追索法)2.布点法8.2 engineering geological survey三、工程地质测绘的基本方法21图8-1 采用路线法测绘示例8.2 engineering geological survey2223资料整理资料整理 准备工作准备工作野外工作野外工作四、工程地质测绘的工作程序2425实际材料图素描图柱状图工程地质图五、工程地质测绘的成果26278.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探engineering geological prospectingengineering geological prospecting8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探 利用一定的机械工具或开挖作业深入地下了解地质情况的工作。定义定义 281.查明建筑场地地下有关的地质情况。2.提取岩土样及水样，供室内试验分析之用。3.利用勘探坑孔进行现场原位试验和布设长期观测点。4.主要任务主要任务8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探29一、坑探(pitting)是用人工或机械掘进的方式来探明地表以下浅部的工程地质条件，包括：探坑、探槽、斜井、浅井、竖井、平洞等。图8-2工程地质常用的坑探类型示意图1-探槽；2-试坑；3-竖井；4-平洞；5-石门；6-浅井8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探30坑探工程展示图31二、钻探(drilling)利用钻探机械和工具在岩土层中钻孔的勘探方法。可直接探明地层岩性、地质构造、地下水埋深、含水层类型和厚度、滑坡位置及岩溶情况，还可取岩心，在钻孔中试验。8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探32工程技术人员做现场岩芯编录 勘探钻孔施工现场 8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探33(一)钻探方法和设备8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探34工民建勘察常用简易、轻便的SH30钻机回转钻进，对软土用薄壁取土器，对松散的砂卵石层采用冲击钻进或振动钻进；对软弱地层或破碎带采用干钻法、双层岩芯管法。工程地质钻探的常规口径为：开孔168mm，终孔91mm。有些工程还采用大口径或小口径钻进方法。8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探35(二)钻孔观测、编录与资料整理1.岩心观察、描述和编录2.钻孔水文地质观测3.钻进动态观测 8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探36工程钻孔柱状图8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探37三、物探(geophysical exploration)：以专门仪器探测地质体的物理场来进行地层划分，判定地质构造、水文地质条件及各种物理地质现象的勘探方法。物探分为：物探分为：电阻率法、磁法、地震法、重力法及 放射性勘探，但应用最广泛的是电阻 率法和震法。分类分类8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探381.电阻率法勘探是对地质体以人工形成电场，通过电测仪测定地质体视电阻率的大小及变化，从而推断地下一定范围地质体的情况。它可以用作划分地层岩性、地质构造、覆盖层或风化层的厚度、含水层分布和深度、古河道及天然建筑材料分布范围和储量。在寻找地下水时广泛应用。8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探392.地震法勘探是以人工激发的地震波，在地壳内的传播规律来探测地质结构的方法，是石油勘探中的一种重要方法。工程地质勘察中应用最多的是高频(小于200300Hz)地震波浅层折射法。8.3 8.3 工程地质勘探工程地质勘探40优点：1.可测定难以取样的岩土体的性质。2.影响范围大，因而更具代表性。3.可连续进行，因而可得到完整的地层剖面。4.快速、经济，能大大缩短勘察周期。缺点：1.难以控制边界条件2.费工费时，成本高3.所测参数和岩土工程性质之间的关系建立在大量4.统计的经验关系之上。8.4 原位试验in-situ tests41原位试验分为三类：1.岩土力学性质试验2.水文地质试验3.改善岩土性能的试验42一、载荷试验 (loading test)在一定面积的承压板上向地基逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基的变形特性，从而评定地基的承载力，计算地基的变形模量并预测基础的沉降量。大型载荷试验装置示意图43锚式载荷试验装置44图9-10 载荷试验曲线45二、静力触探试验(cone penetration test)用静力将一个内部装有阻力传感器的圆锥形探头均匀压入土中，测定土层对探头的贯入阻力，以此来间接判断分析地基土的物理力学性质。图9-11 触探头工作原理示意图46静力触探成果的应用1.划分土层2.估算土的物理力学指标3.确定浅基础的承载力4.预估单桩承载力5.判定饱和砂土和粉土的液化势静力触探具有测试连续、快速、效率高、功能多的特点，兼勘探与测试双重作用。适用于黏性土、粉土、砂土，但对碎石类土难以贯入。4748三、动力触探试验(dynamic penetration test)其共同点是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入土中一定深度所需的能量来判定土的性质，并对土进行分层。类型分为：轻型（10kg锤）、落距50cm 重型（63.5kg锤）、落距76cm 超重型（120kg锤）、落距100cm 49标准贯入试验(SPT)设备主要是由贯入器、贯入探杆和穿心锤三部分组成的,锤重63.5kg，在76cm的自由落距下，通过圆筒型的贯入器，贯入土层15cm，再打入30cm深度，以后30cm的锤击数称为标贯击数，用N63.5来表示，一般写作N。图9-13 标准贯入试验设备50标准贯入试验成果的应用标准贯入试验成果的应用1划分土的类别或土层剖面；2判断砂土的密实度及地震液化问题；3判断黏性土的稠度状态及c、值；4评定土的变形模量E0和压缩模量ES；5确定砂土、黏性土和粉土的地基承载力。51四、十字板剪切试验四、十字板剪切试验（VSTVST）十字板剪切试验是用插入软黏土中的十字板头，以一定的速率旋转，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪强度。图9-14 十字板剪力仪528.5 现场检验与长期监测岩土体性状的监测：物理力学特性测试 变形观测 应力量测环境条件的监测：地下水监测 滑坡监测地基基础的监测：天然地基的验槽与监测 桩基工程的监测 地基加固和处理的监测 深基坑支护结构的监测 建筑物沉降的监测 538.6 工程地质勘察资料的整理资料整理的内容主要有：岩土参数的统计分析和选定；测区内各种工程地质问题的综合分析评价；各种图表的编绘制作以及工程地质勘察报告 书的编写。54勘察报告的基本内容：勘察报告的基本内容：绪论部分主要说明勘察工作任务，采用的工作方 法和取得的成果等。通论主要阐明工作区工程地质条件，区域自然地 理和地质背景也应适当介绍。专论是整个报告的中心内容，主要论证工程建筑所涉及 到的有关工程地质问题，评价工程的适宜性，提出 防治不良地质作用措施的建议。结论是在专论的基础上，对各种具体问题给予简要的结 论性意见。55 报告应附的图表：报告应附的图表：（1）工程地质平面图（房屋建筑附勘察工程布置）。（2）钻孔柱状图或工程地质综合柱状图。（3）工程地质纵、横剖面图。（4）室内试验和原位测试成果图表。56单项报告单项报告（1）工程地质测试报告。（2）工程地质检验或监测报告。（3）工程地质事故调查与分析报告。（4）岩土利用、整治或改造方案报告。（5）专门工程地质问题的技术咨询报告。57复 习 思 考 题 1工程地质勘察的目的和任务是什么？2工程地质勘察方法有哪些？3工程地质勘察阶段是如何划分的？各勘察阶段 的任务和工作是什么？4哪些工程需要作工程地质测绘？工程地质测绘 的主要方法有哪几种？5.工程地质勘探方法分为哪几种？工业与民用建筑 勘探主要采用什么手段？公路工程主要采用什么 手段？586钻孔观测和编录主要是些什么内容？7哪种钻进方法可以取得岩土层原状试样？8.原位试验和室内试验相比，有哪些优缺点？岩土工程勘察中所采用的原位试验方法主要 有哪些？各种方法的原理是什么？9动力触探与静力触探有何不同?说明两类方法 的优缺点与适用条件?10现场检验与监测的内容是什么？11.工程地质勘察报告一般由哪几部分组成？591.充分搜集有关的地质资料和航空、卫星照片等资料，编制测绘工作大纲。准备工作2.确定测绘范围取决于建筑物的类型、规模和地质条件的复杂程度测绘3.选取比例尺back60查明地貌形态与成因类型的研究；地层分布、接触关系、岩性岩相的变化及其工程地质特性；构造形迹的分布、规模和有无近期构造活动；地下水类型、水文地质结构、补给与排泄条件、与地表水体的关系和水化学特征；物理地质现象的分布、规模和发展趋势；有关环境地质问题等。野外工作back61应贯穿整个测绘工作的全过程，边搜集现场资料、边分析整理成图，并要及时总结。有些专门性问题要反复调查研究，寻找论据。测绘外业工作结束后，即应提出各种原始资料，包括地质记录、照片、素描图等。经过检查校核后，编制各种综合分析图表和正式图件，如工程地质平面图、地质剖面图和有关专门性地质图。资料整理62工业与民用建筑的主要工程地质问题工业与民用建筑的主要工程地质问题区域稳定性地基稳定性地基施工条件与使用条件边坡稳定问题63工程地质勘察要点工程地质勘察要点查明不良地质现象的成因、分布范围、地震效应和有无新构造运动，以及对区域稳定性影响程度及其发展趋势，并提供防治工程的设计和施工所需的计算指标及资料；查明建筑区内的地层结构和岩土的物理力学性质，提出合理的地基承载力，并对地基的均匀性和稳定性作出评价；查明地下水的埋藏条件、水位变化幅度与规律及其侵蚀性，测定地层的渗透性，并评价地基土的渗透变形；在斜坡地区应评价边坡的稳定性。64公路工程的主要工程地质问题公路工程的主要工程地质问题路线勘察中的主要工程地质问题 路堑边坡变形稳定性问题 路基基底变形稳定性问题工程勘察要点确定路堑边坡值；掌握好路堤基底的地质结构、构造及下伏基岩面的倾斜状态；选择好路堤填料和确定取土位置；摸清路基水文地质条件，提出排水措施。65隧道工程的主要工程地质问题隧道围岩的稳定性隧道涌水、地温及有害气体隧道进出口的稳定勘察要点查清地形查清地质构造测试岩（土）的性质及其物理、力学性质指标查清水文地质情况及涌水量确定围岩的稳定性、地温及有无有害气体。66桥梁工程的主要工程地质问题桥位选择基坑边坡稳定性桥台、桥墩地基稳定性及基坑涌水勘测要点查明桥位区地层岩性、地质构造、不良地质现象的分布及工程地质特性；探明桥梁墩台和调渗构造物地基的覆盖层及基岩风化层的厚度，墩台基础岩体风化与构造破碎程度、软弱夹层情况和地下水状态；测试岩土的物理力学、化学特性，定量评价地基承载力和桩壁摩阻力、桩端支承力等；对边坡及地基的稳定性、不良地质的危害程度和地下水对地基的影响程度作出评价；对地质复杂的桥基或特大的塔墩、锚锭基础采用综合勘探，并根据设计需要，可现场鉴定岩土地基特性；水文资料：调查河流的洪水水位、流量、流速、冲刷掏蚀深度等水文要素。678.2 8.2 工程地质测绘工程地质测绘8.2 8.2 工程地质测绘工程地质测绘(survey)(survey)68