水电地质培训教材：二、勘察技术方法

第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法-常用方法常用方法工程地质测绘工程地质测绘工程地质勘探（物探、钻探、坑探等）工程地质勘探（物探、钻探、坑探等）工程地质测试与试验工程地质测试与试验工程地质观测及监测工程地质观测及监测工程地质物理模拟与数值分析（结构中心工程地质物理模拟与数值分析（结构中心岩土中岩土中心）心）第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法-规程规范规程规范水利水电工程地质测绘规程水利水电工程地质测绘规程SL299-2004SL299-2004 水水 利利 水水 电电 工工 程程 物物 探探 规规 程程 SL326SL326 20052005、DL/T5010-2005DL/T5010-2005水利水电工程钻探规程水利水电工程钻探规程SL291-2003SL291-2003 水水 利利 水水 电电 工工 程程 坑坑 探探 规规 程程 SL166-96SL166-96、DL/T5050-2000DL/T5050-2000水利水电工程钻孔压水试验规程水利水电工程钻孔压水试验规程SL31-2003SL31-2003水利水电工程钻孔抽水试验规程水利水电工程钻孔抽水试验规程SL320-2005SL320-2005第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法-规程规范规程规范 水利水电工程岩石试验规程水利水电工程岩石试验规程SL264-2001，DL5006-92 土工试验规程土工试验规程SL237-1999 水利水电工程地质观测规程水利水电工程地质观测规程SL245-1999第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法地质测绘地质测绘水利水电工程地质测绘是水利水电工程地质勘察的基础工作。工程地质测绘的任务是调查与水利水电工程建设有关的各种地质现象，分析其性质和规律，为研究工程地质条件和问题、初步评价测区工程地质环境提供基础地质资料，并为布置勘探、试验和专门性勘察工作提供依据。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法地质测绘地质测绘测绘使用的底图应是符合精度要求的同等或大于地质测绘比例尺的地形图。当采用大于地质测绘比例尺的地形图时，应在图上注明实际地质测绘精度。图上宽度大于2mm的地质现象应予表示。对具有特殊工程地质意义的地质现象，在图上宽度不足2mm时，应扩大比例尺表示，并注示其实际数据。地质界线误差，不应大于相应比例尺图上的2mm。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法地质测绘地质测绘不同工程、不同勘察阶段对地质测绘的要求见相关勘察规范；具体测绘工作的程序、方法、内容等在测绘规程中有详细规定；地质测绘的前提：一定要拉剖面，定标志层，作综合地层柱状图。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探是通过检测介质的电、磁或弹性波等物性差异而获取地质信息的勘探方法。工程物探的方法很多。从原理上分，主要有：弹性波法（地震波法、声波法）、电法、磁法、电磁法、层析成像法（弹性波CT、电磁波CT）及物探测井等。每种方法都有各自的特点，在工作中应具有综合物探的思想。根据工程勘察现场的地质条件、地球物理应用前提，结合钻孔资料，合理运用一种或多种物探方法，经过综合分析，排除或减少多解性的影响，尽量接近真实。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探电法勘探的原理电法勘探的原理电法是以岩石和矿物存在的电性差异为基础，通过研究电场的分布特征来解决具有不同电性的物质的分布，从而解决与之有关的工程地质问题。电法勘探中主要应用的电磁参数有视电阻率（）、介电常数（），磁导率（），与电化学性质有关的激发极化率（）以及电化学活动性等。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探电法勘探适用范围电测深法电测深法探测覆盖层厚度和下伏基岩面起伏形态，进行地层分层和风化分带；探测地下水位埋深等；探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特、洞穴、堤防隐患等；测试岩土体电阻率。电剖面法电剖面法探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特和洞穴等。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探电法勘探适用范围高（超高）密度电法高（超高）密度电法探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特、洞穴、堤防和防渗墙隐患等；探测覆盖层厚度，进行地层分层和风化分带、岩性分层等。自然电场法自然电场法探测地下水流向，进行堤防和防渗墙探测；探查地下金属管道、桥梁、输电线路铁塔的腐蚀情况等。充电法充电法测试地下水流速、流向；探测黏土或水充填的喀斯特洞穴、含水断层破碎带等低阻地质体的分布情况。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探电法勘探适用范围激发极化法激发极化法地下水探测，圈定含水的古河道、古洪积扇、喀斯特、构造破碎带等，确定含水层的埋深，评价含水层的富水程度。可控源音频大地电磁测深法可控源音频大地电磁测深法探测隐伏断层破碎带、覆盖层厚度、古河道、喀斯特、洞穴等；堤防和防渗墙隐患探测，地下水和地热资源探测等。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地震勘探的原理地震勘探的原理地震勘探是通过人工激发产生的地震波在岩体中的传播，当遇到弹性波差异的分界面时，弹性波在界面上产生反射和折射，用地震仪器记录下反射波、折射波、面波等信息，分析波的运动学与动力学特征，进而研究岩体的性质，推断地质结构。水利水电工程地质勘察常用的地震勘探方法有：浅层折射波法、浅层反射波法、瑞雷面波法。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地震勘探适用范围瞬变电磁法瞬变电磁法探测覆盖层、构造破碎带、喀斯特、洞穴等；进行分层、风化分带，地下水和地热水资源调查，圈定和监测地下水污染情况，探测堤防和防渗墙隐患等。浅层折射波法浅层折射波法探测地层厚度及其分层、基岩面起伏形态及风化带厚度、隐伏构造破碎带、松散层中的地下水位以及滑坡体厚度等；测试岩土体纵波速度。不宜探测高速屏蔽层下部的地层。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地震勘探适用范围瑞雷波法瑞雷波法进行浅部覆盖层分层，饱和砂土液化判定，地基加固效果评价等。浅层反射波法浅层反射波法探测高速层下部的地层，划分沉积地层层次和探测有明显断距的断层，可探测地层厚度及其分层、基岩面起伏形态及风化层厚度、隐伏断层构造等；探测松散层中的地下水位以及滑坡体厚度；测试岩土体纵波速度。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探弹性波测试适用范围单孔声波单孔声波测试岩体或混凝土纵波、横波速度和相关力学参数；探测不良地质结构、岩体风化带和卸荷带；测试洞室围岩松弛圈厚度；检测建基岩体质量及灌浆效果等。穿透声波穿透声波测试岩土体或混凝土波速；探测不良地质体、岩体风化和卸荷带；测试洞室围岩松弛圈厚度，评价混凝土强度，检测建基岩体质量及灌浆效果等。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探弹性波测试适用范围表面声波表面声波测试大体积混凝土或基岩露头的声波，评价混凝土强度或岩体质量。声波反射声波反射检测隧洞混凝土衬砌质量及回填密实度；检测大体积混凝土及其他弹性体浅部缺陷。脉冲回波脉冲回波检测地下洞室明衬钢管与混凝土接触状况；检测混凝土衬砌厚度和内部缺陷。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探弹性波测试适用范围地震穿透波速地震穿透波速测试岩土体纵波、横波速度，圈定大的构造破碎带、喀斯特等速度异常带，检测建基岩体质量和灌浆效果等。地震连续波速测试地震连续波速测试洞室、基岩露头等岩体纵波、横波速度测试；检测建基岩体质量，探测风化带和卸荷带。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地球物理测井适用范围电测井电测井主要用于划分地层，区分岩性，确定软弱夹层、裂隙和破碎带位置及厚度，确定含水层的位置、厚度，划分咸淡水分界面，也可用于测试岩层电阻率。声波测井声波测井主要用于划分地层，区分岩性，确定裂隙和破碎带位置及厚度，也可利用测试的声波速度与其他参数计算地层岩土体的力学参数和孔隙度。地震测井地震测井主要用于划分地层，区分岩性，确定破碎带的位置及厚度，也可进行地层波速测试。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地球物理测井适用范围自然自然和和测井、磁化率测井测井、磁化率测井均可用于划分地层，区分岩性，确定软弱夹层、裂隙和破碎带，测井还可以测试岩层密度和孔隙度。钻孔电视观察钻孔电视观察主要用于划分地层，区分岩性，确定岩层节理、裂隙、破碎带、软弱夹层的位置和产状，观察钻孔揭露的喀斯特洞穴的情况，也可用于检查灌浆质量、混凝土浇筑质量，及观察井下物体等。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地球物理测井适用范围地球物理测井适用范围孔壁超声成像孔壁超声成像主要用于确定钻孔中岩层、裂隙、破碎带、软弱夹层的位置及大致产状，也可用于检查灌浆质量、混凝土浇筑质量，粗测钻孔直径。温度测井温度测井可用于测试含水层位置及地下水运动状态，还可测试灌浆和水泥固井时水泥回返高度。井中流体测量井中流体测量可用于确定含水层位置及厚度，测试地下水在钻孔中的运动状态和涌水量。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程物探工程物探地球物理测井适用范围电磁波或雷达测井可用于划分地层和破碎带，也可用于探查近孔壁的不良地质体。井径测量可用于测试钻孔的井径变化。井斜测量可用于测试钻孔的倾斜方位和顶角。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程钻探工程钻探 钻探是水利水电工程地质勘察的重要手段，通过钻探采取岩心可以：1、直接观察确定地层岩性、地质构造、岩体风化特征；2、判断含水层与隔水层的情况，揭露地下水位（或水头）3、采取岩（土）样、水样；4、在钻孔中作各种水文地质试验、综合测井、变形测试、地应力测量以及利用钻孔进行相关项目的长期观测等。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法工程钻探工程钻探钻 进 方 法岩石可钻性等级和特点表镶金刚石回转钻进 411级，较完整均一岩层 孕镶金刚石回转钻进 412级，较破碎不均一岩层 金刚石冲击回转钻进912级，坚硬打滑岩层 硬质合金钻进17级，软、中硬岩层 硬质合金冲击回转钻进58级，中硬岩层 冲击钻进15级，松散地层 空气潜孔锤钻进412级，较完整均一岩层 第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法压水试验压水试验 压水试验压水试验是水利水电工程地质勘察中最常用的是水利水电工程地质勘察中最常用的岩岩体体原位渗透试验，其原位渗透试验，其目的是掌握岩体的透水性。通常求得岩体的透水率，为工程防渗设计提供依据。试验的重点及难点：1、试段压力的确定，包括压力计算零线的确定方法 2、透水率的计算 3、单位吸水量与透水率的关系。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法压水试验压水试验 1、试段压力的确定 试段压力是指作用于试段内的实际平均压力。当用安装在与试段连通的测压管上的压力表测压时，试段压力按P=PP+Pz计算。式中：P试段压力（MPa）PP压力表指示压力（MPa）Pz压力表中心至压力计算零线的水柱压力（MPa）。当用安设在进水管上的压力表测压时，试段压力按P=PP+Pz-Ps计算。式中：Ps管路压力损失（MPa）第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法压水试验压水试验 压力计算零线的确定：1、当地下水位在试段以下时，压力计算零线为通过试段中点的水平线；2、当地下水位在试段以内时，压力计算零线为通过地下水位以上试段中点的水平线；3、当地下水位在试段以上时，压力计算零线为地下水位线。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法压水试验压水试验 2、透水率的计算试段透水率采用最大压力阶段的压力值（P3）和流量值（Q3）按式 计算 式中 q试段的透水率（Lu）L试段长度（m）Q3第三阶段的计算流量（L/min）P3第三阶段的试验压力（MPa）第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法压水试验压水试验压水试验成果整理绘制P-Q曲线应采用统一比例尺，即纵坐标（P轴）1mm代表，横坐标（Q轴）1mm代表1L/min。曲线图上各点应标明序号，并依次用直线相连，升压阶段用实线，降压阶段用虚线。曲线类型分为层流型、紊流型、扩张型、冲蚀型和充填型。分别用(A)、(B)、(C)、(D)、(E)表示 试段压水试验成果表达方式：20（B）第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法压水试验压水试验 3、单位吸水量与透水率的关系单位吸水量的物理意义是在1m水柱压力作用下每米试段内每分钟压入1L水量为1个单位吸水量。单位是 升/分.米.米透水率的物理意义是在1MPa压力作用下每米试段内每分钟压入1L的水量为1Lu。因此，二者的关系为100倍。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法抽水试验抽水试验抽水试验是通过测量从试验钻孔中抽出的水量和在距抽水孔一定距离处的观测孔中量测的水位降低值，根据涌水的稳定流或非稳定流理论来确定含水层水文地质参数和判断某些水文地质边介条件的一种现场渗透试验方法。抽水试验是确定含水层渗透系数（K）、导水率（T）、储（释）水系数（Ss）、给水度（）和导压系数（a）的重要方法。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法抽水试验抽水试验抽水试验分为：稳定流与非稳定流，单孔与多孔，完整孔与非完整孔。稳定流抽水试验：稳定流抽水试验：在抽水试验过程中，固定地下水降深值，同时观测其涌水量的变化，直到经过一定时间后形成一种相对稳定的关系，并可利用裘布衣公式进行水文地质参数计算的抽水试验。非稳定流抽水试验：非稳定流抽水试验：一般是保持常流量观测水位降深值的变化，并根据泰斯非稳定流理论利用井函数进行水文地质参数计算的抽水试验。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法抽水试验抽水试验单孔抽水试验：单孔抽水试验：不带观测孔，只在一个抽水孔中测量涌水量与水位降深值数据的抽水试验。多孔抽水试验：多孔抽水试验：带观测孔的抽水试验。在一个抽水孔中抽水并测量涌水量同时在观测孔中观测动水位。完整孔抽水试验：完整孔抽水试验：抽水孔进水段长度完全贯穿含水层厚度的抽水试验。非完整孔抽水试验：非完整孔抽水试验：抽水孔进水段长度仅为含水层厚度一部分的抽水试验。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法抽水试验抽水试验 资料整理与参数计算资料整理与参数计算 仅单孔抽水试验就有近20个公式，使用的计算参数就有10多个，再加上多孔抽水试验的计算公式，情况比较复杂。要根据试验地段的水文地质条件、钻孔结构、抽水试验类型选择参数计算公式，要特别注意单位的换算。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法抽水试验抽水试验重点：1、搞清含水层的性质，是潜水或是承压水含水层；2、搞请是什么类型的抽水试验（潜水完整孔、潜水非完整孔、承压水完整孔、承压水非完整孔）3、搞清过滤器 处于含水层中的什么位置，这个问题出现在非完整孔中。过滤器位于含水层的上部，即非淹没式。过滤器位于含水层的中部或下部，为淹没式。4、搞请约11个（k、Q、R、r、s、M、H、L、a、b、c）参数中每个的含义以及它们之间的关系。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法注水试验注水试验用人工抬高水头，向试段内注入清水，测定岩土体渗透性的一种原位试验方法试坑单环：地下水位以上的砂层、砂砾石层试坑双环：地下水位以上的粉土、粘土层钻孔常水头注水试验：渗透性较大的介质钻孔降水头注水试验：地下水位以下的渗透性较小的介质第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法注水试验注水试验式中：Q-注入流量，L/min F-试坑环内面积，cm2试坑单环注水试验渗透系数第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法注水试验注水试验钻孔常水头注水K值计算当试段位于地下水位以下时：（式2-7-3）式中：k 试验土层的渗透系数，cm/s；Q注入流量，L/min；H试验水头，cm；A形状系数，cm。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法注水试验注水试验钻孔常水头注水K值计算干孔，且50H/r200、Hl时，式中：r钻孔内半径，cm；l试段长度，cm；其余符号意义同式（2-7-3）。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法地下水观测地下水观测 1、地下水观测主要包括：地下水简易观测和地下水动态观测。2、地下水地下水简易简易观测观测包括钻孔初见水位、钻进过程水位、终孔水位和稳定水位以及自流孔的水头、流量观测等。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法地下水观测地下水观测 3、分层观测分层观测。钻进中发现新的承压含水层或其它含水层时，应停止钻进，进行临时止水隔离，并依据观测稳定水位的要求进行水位观测。预计在同一钻孔中，可能揭露两个或两个以上含水层，需要分别测定稳定水位时，则应在钻孔任务书中作出钻孔结构设计，并在实施中进行止水效果检查。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法地下水观测地下水观测 4、地下水地下水动态动态观测观测（项目）应包括地下水位、水质、水温及泉水流量观测；同时尚应包括工程区的降水量观测和地表水体的水位、水质和水温观测。地下水动态观测点网应分别由垂直和平行河流流向的观测点线组成；远离河流的宜分别由平行和垂直于地下水流向或垂直和平行微地貌分介线的观测点线组成。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法土工试验土工试验 1、含水率（、含水率（w）是指土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比。通常用百分是指土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比。通常用百分数表示。数表示。测定含水率一般采用烘干法，将试样在105110的恒温下烘至恒重。烘干时间对粘质土不少于8h；砂类土不少于6h；对有机质含量超过10%的土，应将烘干温度控制在6570。在野外如要快速测定含水率时，也可采用酒精燃烧法和比重法。酒精燃烧法适用于简易测定细粒土含水率，比重法适用于砂类土。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法土工试验土工试验 2、土粒比重（、土粒比重（Gs）是指土粒在是指土粒在105110下烘至恒重时的质量与土粒同体积下烘至恒重时的质量与土粒同体积4纯水质量的比值。纯水质量的比值。其试验方法有浮称法、虹吸法和比重瓶法。其试验方法有浮称法、虹吸法和比重瓶法。测定土粒的比重，对于粒径小于5mm的土，应采用比重瓶法。粒径大于5mm，其中粒径大于20mm的土的质量小于总土质量的10%的土，应采用浮称法；粒径大于20mm的土的质量大于总土质量的10%的土，应采用虹吸筒法；粒径小于5mm部分采用比重瓶法。取其加权平均值作为土粒比重。一般土粒比重用纯水测定，对含有可溶盐、亲水性胶体或有机质的土，须用中性液体（如煤油）测定。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法土工试验土工试验 3、天然密度（、天然密度（）测定土的密度，对一般粘质土采用环刀法；土样易碎裂，难以切削，可用蜡封法；对于砂和砾质土宜在现场采用灌水法或灌砂法。土的主要物理水理性质指标土的主要物理水理性质指标土粒比重（土粒比重（Gs）天然密度（天然密度（）含水率（含水率（）渗透系数（渗透系数（k）孔隙比（孔隙比（e）土的稠度与界限含水率土的稠度与界限含水率孔隙率（孔隙率（n）土的主要物理水理性质指标土的主要物理水理性质指标 土的密度、土粒比重和含水率均土的密度、土粒比重和含水率均系直接试验参数。系直接试验参数。其它指标都可其它指标都可通过这三个指标计算得到。通过这三个指标计算得到。其它物理性质指标指标名称物理意义常用换算公式干密度饱和密度孔隙比孔隙率饱和度土的三相图三相图土的主要物理水理性质指标土的主要物理水理性质指标孔隙率（n）是指土中孔隙体积（是指土中孔隙体积（Vv）与土的总体）与土的总体积积(Vs)之比。通常用百分数表示。之比。通常用百分数表示。孔隙比（e）是指土中孔隙体积（是指土中孔隙体积（Vv）与土粒体积）与土粒体积(V)之比。之比。二者都是表示孔隙在土中所占相对体积的指标，反二者都是表示孔隙在土中所占相对体积的指标，反映土的紧密程度。映土的紧密程度。土的主要物理水理性质指标土的主要物理水理性质指标土的稠度：细粒土因含水率的变化而表现出的各种不细粒土因含水率的变化而表现出的各种不同物理状态，称为细粒土的稠度。同物理状态，称为细粒土的稠度。细粒土的稠度状态主要有液态、塑态和固态三种。细粒土的稠度状态主要有液态、塑态和固态三种。土的界限含水率：由一种稠度状态转变为另一种稠度由一种稠度状态转变为另一种稠度状态时相应于转变点的含水率称为界限含水率。状态时相应于转变点的含水率称为界限含水率。液限（WL）是粘土处于可塑状态的上限含水率，相是粘土处于可塑状态的上限含水率，相当于液态与可塑状态之间的界限含水率。当于液态与可塑状态之间的界限含水率。土的主要物理水理性质指标土的主要物理水理性质指标塑限（WP）是使粘性土成为可塑状态的下限含水率；是使粘性土成为可塑状态的下限含水率；缩限（ws）相当于从半固态转入固态的界线含水率。相当于从半固态转入固态的界线含水率。塑性指数（IP）是表征土的塑性状态的指标，它反映是表征土的塑性状态的指标，它反映粘性土具有可塑性的含水率变化范围，间接表明土粘性土具有可塑性的含水率变化范围，间接表明土的强度随含水率改变而变化。的强度随含水率改变而变化。土的主要物理水理性质指标土的主要物理水理性质指标液性指数：式中式中w是土的天然含水率是土的天然含水率液性指数（液性指数（IL）是判断粘土稠度状态的重要指标。）是判断粘土稠度状态的重要指标。Il0 坚硬；硬；0Il 0.25 硬塑；硬塑；0.25Il 0.75 可塑；可塑；0.751.0 流塑流塑土的主要物理水理性质指标土的主要物理水理性质指标渗透系数（k）是指当土中水渗流呈是指当土中水渗流呈层流状态时，其流速与作用水力梯层流状态时，其流速与作用水力梯度成正比关系的比例系数，单位为度成正比关系的比例系数，单位为cm/s或或m/d。（达西定律）。（达西定律）是水文地质中重要的指标之一，通是水文地质中重要的指标之一，通常由现场试验或室内试验获得。常由现场试验或室内试验获得。土的主要力学性质指标土的主要力学性质指标压缩系数(或压缩模量)（a）抗剪强度（）灵敏度（St）无侧限抗压强度（qu）土的压缩性在压力作用下，土体中的孔隙体积减小，而引起土体积变小的性质。用压缩系数表征。压缩系数（a）是是指在K0固结试验中，土试样的孔隙比减小量与有效压力增量的比值，即ep压缩曲线上某压力段的割线斜率，以绝对值表示，单位为Mpa-1。压缩系数的应用压缩系数的应用在工程实际中，常以压力段为至的压缩系数在工程实际中，常以压力段为至的压缩系数（1-2）作为判断土的压缩性高低的标准。）作为判断土的压缩性高低的标准。当当1-2-1时，为时，为低压缩性低压缩性；当当-11-2-1时，为时，为中压缩性；中压缩性；当当1-2-1时，为时，为高压缩性高压缩性。抗剪强度（）土具有的抵抗剪切破坏的极限强度。抗剪强度参数用摩擦系土具有的抵抗剪切破坏的极限强度。抗剪强度参数用摩擦系数和凝聚力表示。数和凝聚力表示。土的剪切破坏可以看作是颗粒之间联结的破坏；颗粒之间的土的剪切破坏可以看作是颗粒之间联结的破坏；颗粒之间的联结强度随剪切面上的有效应力大小而改变，这是土的抗剪联结强度随剪切面上的有效应力大小而改变，这是土的抗剪强度的主要特征之一。强度的主要特征之一。土的抗剪试验包括土的抗剪试验包括直剪试验直剪试验、三轴剪切试验三轴剪切试验及及十字板剪切试十字板剪切试验验等，等，根据试验方法及排水状态有多种抗剪强度指标。根据试验方法及排水状态有多种抗剪强度指标。一般一般根据工程需要和规程规范选用。根据工程需要和规程规范选用。无侧限抗压强度（qu）为土在侧面不受限制的条件下，抵抗垂为土在侧面不受限制的条件下，抵抗垂向压力的极限强度。向压力的极限强度。3 3=0=0；1 1=q=qu u=2c=2ctg(45tg(450 0)q qu u粘性土的无侧限抗压强度粘性土的无侧限抗压强度对于饱和软粘土，在不固结不排水的条对于饱和软粘土，在不固结不排水的条件下件下=0=0；因此，饱和软粘土的抗剪强；因此，饱和软粘土的抗剪强度度t tf fq qu u灵敏度（St）灵敏度（St）是指原状土的无侧限抗压强度与是指原状土的无侧限抗压强度与相同含水率的重塑土的无侧限抗压强度之比。相同含水率的重塑土的无侧限抗压强度之比。根据灵敏度指标判断土的灵敏性。根据灵敏度指标判断土的灵敏性。当当St8时为高灵敏。时为高灵敏。颗粒分析试验颗粒分析试验有筛析法、密度计法和移液管法有筛析法、密度计法和移液管法 筛析法适用于粒径大于的土。密度计法和移液管法适用于粒径小于的土。当土中即含有粗粒也含有细粒时，可联合使用筛析法及密度计法或移液管法。土的工程分类土的工程分类_年_月_日开始实施的土的工程分类标准（GB/T50145-2007）属于基本分类，即通用分类标准。它是以土的颗粒尺寸、水理性质等为界定指标的分类体系，较为原则与概括SL2370011999与之基本一样粒组划分（注意界限粒径）粒组 颗粒名称粒径d的范围（mm）巨粒 漂石（块石）d200卵石（碎石）60 d 200粗粒 砾粒 粗砾20 d 60中砾5 d 20细砾2d 5砂粒 粗砂0.5 d 2中砂0.25 d 0.5细砂0.075 d 0.25细粒 粉粒 0.005200mm的的颗粒粒质量量超超过总质量的量的50%卵石卵石碎石碎石圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主d20mm的的颗粒粒质量量超超过总质量的量的50%圆砾圆砾角砾角砾圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主d2mm的的颗粒粒质量量超超过总质量的量的50%砂土分类（P48表3-8）名称名称颗粒级配颗粒级配砾砂砾砂d2mm的的颗粒粒质量占量占总质量的量的2550%粗砂粗砂d0.5mm的的颗粒粒质量占量占总质量的量的50%中砂中砂d0.25mm的的颗粒粒质量占量占总质量的量的50%细砂细砂d0.075mm的的颗粒粒质量占量占总质量的量的85%粉砂粉砂d0.075mm的的颗粒粒质量占量占总质量的量的50%粘性土分类名称名称塑性指数塑性指数Ip粉质粘土粉质粘土101717土的三角坐标分类采用高100mm的等腰三角形，三角形的三个边分别代表一个粒组，常用砂粒组、粉粒组和粘粒组逆时针由0至100%划分为10等分颗粒分析成果表示在图中命名土的三角坐标分类三角坐标图轻粉质砂壤土粉土轻砂壤土砂土重粘土粘土砂质粘土粉质粘土重壤土重粉质壤土中粉质壤土轻壤土中壤土轻粉质壤土重砂壤土重粉质砂壤土特征粒径通过颗分曲线可以查得：界限粒径（d60）：小于该粒径的颗粒占总质量的60%，mm；平均粒径（d50）：小于该粒径的颗粒占总质量的50%，mm；中间粒径（d30）：小于该粒径的颗粒占总质量的30%，mm；有效粒径（d10）：小于该粒径的颗粒占总质量的10%，mm。土的不均匀系数土的不均匀系数土的不均匀系数（Cu）是表示组成土的颗粒的均匀程度的指标，不均匀系数越大，表明土的粒度组成越不均匀，用下式计算：土的曲率系数表示某种粒径的粒组是否缺失的情况 4、相对密度（、相对密度（Dr）相对密度（Dr）是度量无粘性土紧密程度的指标，相对密度试验包括测定最大孔隙比（砂在最松散状态时的孔隙比）与最小孔隙比（砂在最紧密状态时的孔隙比）。岩石的成因分类一级分类岩浆岩（火成岩）是上地幔或地壳深部产生的是上地幔或地壳深部产生的炽热粘稠的岩浆冷凝固结形成的岩石。如花岗岩、玄炽热粘稠的岩浆冷凝固结形成的岩石。如花岗岩、玄武岩等。武岩等。沉积岩是成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。是成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。在地壳表层，母岩经风化作用、生物作用、火山喷发在地壳表层，母岩经风化作用、生物作用、火山喷发作用而成的松散碎屑物及少量宇宙物质经过介质（主作用而成的松散碎屑物及少量宇宙物质经过介质（主要是水）的搬运、沉积、成岩作用形成沉积岩。如灰要是水）的搬运、沉积、成岩作用形成沉积岩。如灰岩、砂岩等。岩、砂岩等。岩石的成因分类一级分类变质岩由于地质环境和物理化学条件的改变，使原由于地质环境和物理化学条件的改变，使原先已形成的岩石的矿物成分、结构构造甚至化学成分先已形成的岩石的矿物成分、结构构造甚至化学成分发生改变所形成的岩石。如片麻岩、大理岩等。发生改变所形成的岩石。如片麻岩、大理岩等。岩石的主要物理水理性质指标岩石的主要物理水理性质指标岩石颗粒密度（P）岩石块体密度（0）软化系数（）吸水率（）渗透系数（K）孔隙率（n）岩石的主要物理水理性质指标岩石的主要物理水理性质指标岩石颗粒密度（P）是指岩石的固体部分质量与其是指岩石的固体部分质量与其体积之比，体积之比，g/cm3。岩石块体密度（）是指岩块质量与其体积之比，是指岩块质量与其体积之比，g/cm3。按岩块的含水状态，分为干密度（。按岩块的含水状态，分为干密度（d），饱），饱和密度（和密度（sat）等。）等。孔隙率（n）是指岩石中孔隙的体积与岩石的体积是指岩石中孔隙的体积与岩石的体积的比值。的比值。岩石的主要物理水理性质指标岩石的主要物理水理性质指标自由吸水率（a）：是指岩石试件在一个大气压和是指岩石试件在一个大气压和室温条件下自由吸入水的质量与岩石干质量的比值。室温条件下自由吸入水的质量与岩石干质量的比值。饱和吸水率（s）：是指岩石试件强制饱和（煮沸是指岩石试件强制饱和（煮沸法或真空抽气法）后吸入水的质量与岩石干质量的法或真空抽气法）后吸入水的质量与岩石干质量的比值。比值。饱水系数：自由吸水率（：自由吸水率（a）与饱和吸水率（）与饱和吸水率（s）之比。之比。岩石的主要物理水理性质指标岩石的主要物理水理性质指标岩石的岩石的吸水率和和饱水系数是表征岩石水理性质的重要是表征岩石水理性质的重要指标。岩石吸水率的多少，取决于岩石所含空隙的数指标。岩石吸水率的多少，取决于岩石所含空隙的数量、大小及其张开程度。量、大小及其张开程度。根据饱水系数的大小可以判断岩石的根据饱水系数的大小可以判断岩石的抗冻性能抗冻性能，饱水，饱水系数大，说明常压下吸水后余留的空隙少，抗冻性能系数大，说明常压下吸水后余留的空隙少，抗冻性能差。差。岩石的主要物理水理性质指标岩石的主要物理水理性质指标 在在工工程程实实践践中中，岩岩石石（岩岩体体）的的透透水水性性有有两两种种表表达方式：达方式：渗透系数（k）是是指指水水力力坡坡度度为为1时时，水水在在岩岩石石中中流流动动的速度。单位为的速度。单位为cm/s，也有用也有用m/d。透水率的的单单位位为为吕吕荣荣（Lu），即即当当试试验验压压力力为为1MPa时每米试段的压入水流量（时每米试段的压入水流量（L/min）。岩石的主要物理水理性质指标岩石的主要物理水理性质指标 软化系数是指岩石浸水是指岩石浸水饱和饱和后的抗压强度与后的抗压强度与干燥干燥状态下抗压强度的比值。状态下抗压强度的比值。表示岩石遇水软化的性能，越大软化性能越弱，其表示岩石遇水软化的性能，越大软化性能越弱，其抗冻性和抗风化能力强；反之亦然。抗冻性和抗风化能力强；反之亦然。岩石的主要力学性质指标岩石的主要力学性质指标单轴抗压强度（R）抗拉强度（t）抗剪强度（）泊松比（）变形模量（E0）岩石的主要力学性质指标岩石的主要力学性质指标 单轴抗压强度（R）是指岩石试件在单向受力破是指岩石试件在单向受力破坏时所能承受的最大压应力，单位为坏时所能承受的最大压应力，单位为MPa。根据岩石的含水状态，表征岩石抗压强度的指标根据岩石的含水状态，表征岩石抗压强度的指标还有干抗压（还有干抗压（RC）、饱和抗压（）、饱和抗压（Rs）等。等。抗拉强度（t）是指岩石试件在单向受拉条件下是指岩石试件在单向受拉条件下所承受的最大拉应力，单位为所承受的最大拉应力，单位为MPa。常用的试验方法有轴向拉伸法和劈裂法，其中采常用的试验方法有轴向拉伸法和劈裂法，其中采用劈裂法的较多。用劈裂法的较多。岩石的主要力学性质指标岩石的主要力学性质指标抗剪强度（）是指岩石试件受剪力作用时能抵是指岩石试件受剪力作用时能抵抗剪切破坏的最大剪应力。由内聚力（抗剪切破坏的最大剪应力。由内聚力（c）和内）和内摩擦阻力摩擦阻力tg两部份组成。一般表达式为两部份组成。一般表达式为=tg+c，单位为，单位为MPa。抗剪强度按试验方法不同，通常分为三种抗剪抗剪强度按试验方法不同，通常分为三种抗剪强度。强度。岩石的主要力学性质指标岩石的主要力学性质指标抗剪断强度是指在一定的法向应力作用下，沿预定是指在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。反映了岩石的内聚力剪切面剪断时的最大剪应力。反映了岩石的内聚力和内摩擦阻力之和。和内摩擦阻力之和。抗剪（摩擦）强度是指在一定的法向应力作用下，是指在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面剪坏时最大剪应力。沿已有破裂面剪坏时最大剪应力。抗切强度是指法向应力为零时沿预定剪切面剪断时是指法向应力为零时沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。的最大剪应力。岩石的主要力学性质指标岩石的主要力学性质指标变形模量（E0）是指在单向压缩条件下，岩石试件是指在单向压缩条件下，岩石试件的轴向应力与轴向应变之比，单位为的轴向应力与轴向应变之比，单位为Mpa。当岩石的应力当岩石的应力应变为直线关系时，变形模量为应变为直线关系时，变形模量为一常量，称为弹性模量（一常量，称为弹性模量（E）。）。泊松比（）是指在单向压缩条件下，岩石试件的是指在单向压缩条件下，岩石试件的横向应变与轴向应变之比。横向应变与轴向应变之比。岩体的工程地质特性岩体中的结构面和结构体称为岩体的结构单元，不同类型的结构单元在岩体内的组合和排列形式称为岩体结构。岩体结构类型是评价岩体质量的重要基础水利水电工程地质勘察规范将岩体结构分为5类13亚类。岩体结构及分类类型亚类岩体结构特征块状结构整体状岩体完整，呈巨块状，结构面不发育，间距大于100cm 块状岩体较完整，呈块状，结构面轻度发育，间距一般10050cm 次块状岩体较完整，呈次块状，结构面中等发育，间距一般5030cm 层状结构巨厚层状岩体完整，呈巨厚层状，结构面不发育，间距大于100cm 厚层状岩体较完整，呈厚层状，结构面轻度发育，间距一般10050cm 中厚层状岩体较完整，呈中厚层状，结构面中等发育，间距一般5030cm 互层状岩体较完整或完整性差，呈互层状，结构面较发育或发育，间距一般3010cm 薄层状岩体完整性差，呈薄层状，结构面发育，间距一般小于10cm 岩体结构及分类类型亚类岩体结构特征碎裂结构 镶嵌碎裂结构岩体完整性差，岩块镶嵌紧密，结构面较发育到很发育，间距一般3010cm 碎裂结构岩体较破碎，结构面很发育，间距一般小于10cm 散体结构 碎块状结构岩体破碎，岩块夹岩屑或泥质物 碎屑状结构岩体破碎，岩屑或泥质物夹岩块 单项指标岩石的强度分级按岩石的饱和单轴抗压强度进行划分按岩石的饱和单轴抗压强度进行划分Rb60 Mpa，坚硬岩，坚硬岩60Rb30 Mpa，中硬岩或较坚硬岩，中硬岩或较坚硬岩30Rb15 Mpa，较软岩，较软岩 15Rb5 Mpa，软岩，软岩 Rb 5Mpa，极软岩，极软岩单项指标岩体质量指标RQD分级岩体质量评价RQD（%）完整很好90100 较完整好7590 中等完整中等5075 较破碎差2550 破碎很差025单项指标岩体完整性及分级岩体与相应岩块的弹性波速比值的平方称为岩体稳定性系数（Kv）。据此将岩体分为5级：完整：Kv；Jv 3较完整：Kv，Jv：310完整性差：Kv，Jv：1020较破碎：Kv，Jv：2035破碎：Kv，Jv35RQD与体积节理数Jv的关系：RQD=115-3.3 Jv单项指标岩土体渗透性分级岩土体渗透性分级GB50287-2006将岩土体的渗透性分将岩土体的渗透性分六级六级极微透水极微透水 K10-6cm/s q 微透水微透水 10-6K10-5 0.1 q 1弱透水弱透水 10-5 K 10-4 1 q 10中等透水中等透水 10-4 K 10-2 10 q 100强透水强透水 10-2 K 100 q 100Lu极强透水极强透水 K100cm/s q 100Lu岩体风化带划分岩体风化是指地表岩体在太阳辐射、温度变化、水、气体、生物等因素的综合作用下，组织结构、矿物化学成分和物理性状等发生变化的过程和现象。岩体的风化程度不同决定了岩体的强度、变形及渗透特性的不同，因此水利水电工程中岩体风化带划分十分重要。岩体风化带划分水利水电工程地质勘察工作中按全、强、弱、微、新分为五个风化带。岩土工程勘察规范按残积土、全、强、中等、微、未风化分为六个风化带。GB50287-2006时增加了灰岩按溶蚀进行分带。（P97）软弱夹层的工程地质特性软弱夹层的分类软弱夹层的分类 软弱夹层的形成与成岩条件、构造作用和地下水活动等密切相关。按其成因一般可分为：原生型 次生型 构造型泥化夹层的工程地质特性泥化夹层的工程地质特性1、泥化夹层的矿物成份主要是蒙脱石、伊利石和高岭石等粘土矿物；其化学成份主要为SiO2、Al2O3、Fe2O3，其次为CaO、MgO、K2O、Na2O等。2、泥化夹层的物理力学性质主要表现为粘粒含量高（一般大于30%）、天然含水量高（常大于塑限）、干密度低、抗剪强度低（左右）、高压缩性以及膨胀性、亲水性、渗流分带和渗流集中等方面。泥化夹层的工程地质特性泥化夹层的工程地质特性 3、泥化夹层具有较强的亲水性。亲水性指标（液限含水量与粘粒含量之比）可用来判断泥化夹层性质的好坏，大于者为较差，者为中等，小于者为较好。泥化夹层的分类泥化夹层的分类（据粘粒含量）（据粘粒含量）GB50287-2006根据颗粒组分以粘粒（粒径小于）百分含量分为四类：粘粒含量少或无岩块岩屑型粘粒含量小于10%岩屑夹泥型粘粒含量10-30%泥夹岩屑型粘粒含量大于30%泥型软弱夹层抗剪断强度的取值原则软弱夹层抗剪断强度的取值原则 按GB50287-2006附录D的规定，软弱夹层抗剪断强度的取值应遵循如下原则：1、软弱夹层应根据岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型和泥型四类分别取值。2、当试件呈塑性破坏时，应采用屈服强度或流变强度作为标准值。3、当试件粘粒含量大于30%或有泥化镜面或粘土矿物以蒙脱石为主时，应采用流变强度作为标准值。软弱夹层抗剪断强度的取值原则软弱夹层抗剪断强度的取值原则4、当软弱夹层有一定厚度时，应考虑充填度的影响。当厚度大于起伏差时，应采用充填物的抗剪强度作为标准值；当厚度小于起伏差时，还应采用起伏差的最小爬坡角，提高充填物抗剪强度试验值作为标准值。5、根据软弱夹层的类型和厚度的总体地质特征进行调整，提出地质建议值。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法岩石（体）试验岩石（体）试验 对岩石（体）来说，除物性指标试验外，强度对岩石（体）来说，除物性指标试验外，强度及变形试验更重要。包括：及变形试验更重要。包括：变形变形试验试验刚性承压板法和柔性承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 抗剪抗剪试验试验室内与现场，直剪与三轴，岩石、室内与现场，直剪与三轴，岩石、岩体、结构面及混凝土与岩石等。岩体、结构面及混凝土与岩石等。现场现场的变形试验、抗剪试验一般在平硐中进行，的变形试验、抗剪试验一般在平硐中进行，也可以在平地上进行也可以在平地上进行第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法岩石（体）试验岩石（体）试验岩体三轴强度试验岩体三轴强度试验测定岩体在三向应力状态所具有的抗压强度。工程建设中建筑物的地基以及地下洞室围岩，多处于三向应力状态，而岩体力学性质通常与所处应力状态有关。与室内岩块试样三轴试验相比，现场岩体三轴强度试验由于包含裂隙和层面等不连续面，能更好地反映岩体的性质，能提供较大尺寸岩体单轴抗压强度、围压系数、岩体内摩擦系数（或内摩擦角）、粘聚力以及岩体变形参数。现场岩体三轴强度试验采用等侧压（2=3）状态测定岩体强度，试验主要技术问题为侧压的选取、试体尺寸的确定、顶部和侧向摩擦力消除、加荷方式与加荷速率等。第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法岩石（体）试验岩石（体）试验岩体载荷试验岩体载荷试验主要是测定半无限岩体表面所能承受的极限载荷。通常只针对较破碎和软弱的岩体（如粘土岩、页岩、断层破碎带等）进行。通过岩体载荷试验可确定岩体强度特性的各特征点，包括比例极限、屈服极限、破坏极限和极限载荷点。与极限载荷点对应的载荷为极限承载力，表征被测岩体所能承受的最大承载能力。岩体载荷试验的主要试验技术问题为承压板的面积大小和承压板应具有足够的刚度。点载荷试验第二章第二章 勘察技术方法勘察技术方法岩石（体）试验岩石（体）试验承压板法变形试验圆形刚性承压板法试验计算岩体弹性（或变形）模量E的计算公式：式中 E岩体弹性（或变形）模量（MPa），当W取总变形时，计算结果为变形模量，当W取弹性变形时，计算结果为弹性模量；W岩体变形（cm）；p承压板下单位面积上的压力（MPa）；D承压板直径（cm）；岩体泊松比。