第6章工程地质勘探与取样课件

主要内容主要内容 勘探勘探 岩土取样岩土取样第6章工程地质勘探与取样 概述概述岩土工程实践是在岩土工程实践是在地壳表层某一深度范围内地壳表层某一深度范围内进行的，因此须查明这一深度范围内岩土体的进行的，因此须查明这一深度范围内岩土体的空间分布情况及其工程性质以及地下水等条件。空间分布情况及其工程性质以及地下水等条件。工程地质测绘工程地质测绘，主要是调查建筑场地工程地质条件，主要是调查建筑场地工程地质条件在地表在地表的特征，并藉以推断地下的情况。的特征，并藉以推断地下的情况。工程地质勘探工程地质勘探是在工程地质测绘基础上，为进一步查明是在工程地质测绘基础上，为进一步查明地表以下地表以下工程地质情况，如岩土层工程地质情况，如岩土层的空间分布及变化情况、地下水的埋深和类型以及对岩土参数开展原位测试时需要进行的的空间分布及变化情况、地下水的埋深和类型以及对岩土参数开展原位测试时需要进行的工作。工作。6.1 勘探（1/29）岩土工程勘探的手段岩土工程勘探常用的手段有钻探、坑探以及地球物理勘探等多种方法。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。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。坑探工程勘探人员可以在其中观察编录，以掌握地质结构的细节；但是重型坑探工程耗资高，勘探周期长，使用时应具经济观点。地球物理勘探简称物探，是一种间接的勘探手段，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。6.1 勘探（2/29）钻探钻探概念：概念：钻探是指用一定的设备、工具（即钻机）钻探是指用一定的设备、工具（即钻机）来破碎地壳岩石或土层，从而在地壳中形成一来破碎地壳岩石或土层，从而在地壳中形成一个直径较小、深度较大的钻孔（直径相对较大个直径较小、深度较大的钻孔（直径相对较大者又称为钻井）的过程。者又称为钻井）的过程。意义：意义：岩土工程勘察的基本手段，其成果是进岩土工程勘察的基本手段，其成果是进行工程地质评价和岩土工程设计、施工的基础行工程地质评价和岩土工程设计、施工的基础资料。资料。目的：目的：解决与建筑物（构筑物）有关的岩土体解决与建筑物（构筑物）有关的岩土体稳定问题、变形问题、渗漏问题提供资料。稳定问题、变形问题、渗漏问题提供资料。6.1 勘探（3/29）钻探的任务钻探的任务 随着勘察阶段的不同而不同：随着勘察阶段的不同而不同：探察建筑场区的地层岩性、岩层厚度变化情况，查明软弱岩土层的性质、厚度、层数、产探察建筑场区的地层岩性、岩层厚度变化情况，查明软弱岩土层的性质、厚度、层数、产状和空间分布；状和空间分布；了解基岩风化带的深度、厚度和分布情况；了解基岩风化带的深度、厚度和分布情况；探明地层断裂带的位置、宽度和性质，查明裂隙发育程度及随深度变化的情况；探明地层断裂带的位置、宽度和性质，查明裂隙发育程度及随深度变化的情况；查明地下含水层的层数、深度及其水文地质参数；查明地下含水层的层数、深度及其水文地质参数；利用钻孔进行灌浆、压水试验及土力学参数的原位测试；利用钻孔进行灌浆、压水试验及土力学参数的原位测试；利用钻孔进行地下水位的长期观测、或对场地进行降水以保证场地岩（土）的相关结构的利用钻孔进行地下水位的长期观测、或对场地进行降水以保证场地岩（土）的相关结构的稳定性（如基坑开挖时降水或处理滑坡等地质问题）。稳定性（如基坑开挖时降水或处理滑坡等地质问题）。6.1 勘探（4/29）钻探的基本程序钻探的基本程序（三个基本程序三个基本程序）破碎岩土破碎岩土 钻进过程中采用人力或机械力（绝大多数情况下采用机械钻进），以冲击力、剪切力或研磨钻进过程中采用人力或机械力（绝大多数情况下采用机械钻进），以冲击力、剪切力或研磨形式使小部分岩土脱离母体而成为粉末、小岩土块或岩土芯的现象就称为破碎岩土。形式使小部分岩土脱离母体而成为粉末、小岩土块或岩土芯的现象就称为破碎岩土。在孔底将岩土全部破碎成粉末或小块的钻进方法称为在孔底将岩土全部破碎成粉末或小块的钻进方法称为“全面钻进全面钻进”。钻进过程中只破坏孔底环状部分岩土，中间岩土芯保留的钻进方法称为钻进过程中只破坏孔底环状部分岩土，中间岩土芯保留的钻进方法称为“取芯钻进取芯钻进”。采取岩土芯或排除破碎岩土采取岩土芯或排除破碎岩土 分为三种方法：分为三种方法：一是采用机械的方法，如用取样器、勺钻等取出岩土芯或碎块粉末；一是采用机械的方法，如用取样器、勺钻等取出岩土芯或碎块粉末；二是将岩粉或岩土碎块与水混合成岩粉浆或泥浆后，用抽筒抽出地表，如冲击钻；二是将岩粉或岩土碎块与水混合成岩粉浆或泥浆后，用抽筒抽出地表，如冲击钻；三是用流体（泥浆、清水、乳化液或空气）作为循环介质，将破碎的岩屑、土块输送到地表。三是用流体（泥浆、清水、乳化液或空气）作为循环介质，将破碎的岩屑、土块输送到地表。6.1 勘探（5/29）加固孔壁：防止孔壁坍塌。加固孔壁：防止孔壁坍塌。加固的方法有三种：加固的方法有三种：一是借助于循环液的静水压力来平衡地层的侧向压力以维持其稳定，这种方法在现代一是借助于循环液的静水压力来平衡地层的侧向压力以维持其稳定，这种方法在现代的反循环钻进中得到充分利用；的反循环钻进中得到充分利用；二是用惰性材料或化学材料对孔壁进行处理加固，常用的惰性材料有水泥、黏土，化二是用惰性材料或化学材料对孔壁进行处理加固，常用的惰性材料有水泥、黏土，化学材料有混入循环液中的泥浆处理剂，还有如直接注入钻孔中的堵漏剂，如氰凝、丙凝学材料有混入循环液中的泥浆处理剂，还有如直接注入钻孔中的堵漏剂，如氰凝、丙凝等；等；三是用金属或非金属的套管下人钻孔中以支撑孔壁，这种方法虽然可靠，但成本较高。三是用金属或非金属的套管下人钻孔中以支撑孔壁，这种方法虽然可靠，但成本较高。6.1 勘探（6/29）钻探钻进方法钻探钻进方法 冲击钻进：冲击钻进：利用钻具重力和下落过程中产生的冲击力使钻头冲击孔底岩土并使其产生破坏，利用钻具重力和下落过程中产生的冲击力使钻头冲击孔底岩土并使其产生破坏，从而达到在岩土层中钻进之目的。它又包括冲击钻探和锤击钻探。从而达到在岩土层中钻进之目的。它又包括冲击钻探和锤击钻探。回转钻进：回转钻进：此法采用底部焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进，钻进时一般要施加一定的压此法采用底部焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进，钻进时一般要施加一定的压力，使钻头在旋转中切入岩土层以达到钻进的目的。它包括岩芯钻探、无岩芯钻探和螺旋钻探，力，使钻头在旋转中切入岩土层以达到钻进的目的。它包括岩芯钻探、无岩芯钻探和螺旋钻探，岩芯钻进为孔底环状钻进，螺旋钻进为孔底全面钻进。岩芯钻进为孔底环状钻进，螺旋钻进为孔底全面钻进。振动钻进：振动钻进：采用机械动力产生的振动力，通过连接杆和钻具传到钻头，由于振动力的作用使采用机械动力产生的振动力，通过连接杆和钻具传到钻头，由于振动力的作用使钻头能更快地破碎岩土层，因而钻进较快。适合于在土层中，特别是颗粒组成相对细小的土层中钻头能更快地破碎岩土层，因而钻进较快。适合于在土层中，特别是颗粒组成相对细小的土层中采用。采用。冲洗钻进：冲洗钻进：利用高压水流冲击孔底土层，使之结构破坏，土颗粒悬浮并最终随水流循环流出利用高压水流冲击孔底土层，使之结构破坏，土颗粒悬浮并最终随水流循环流出孔外的钻进方法。由于是靠水流直接冲洗，因此无法对土体结构及其他相关特性进行观察鉴别。孔外的钻进方法。由于是靠水流直接冲洗，因此无法对土体结构及其他相关特性进行观察鉴别。6.1 勘探（7/29）6.1 勘探（8/29）SH-30-2A型钻机6.1 勘探（9/29）钻探方法的适用范围 浅部土层可采用下列方法钻探：小口径麻花钻钻进；小口径勺形钻钻进；洛阳铲钻进。6.1 勘探（10/29）洛阳铲 6.1 勘探（11/29）钻孔口径及规格要求钻孔口径及规格要求钻孔口径应根据钻探目的和钻进工艺确定，应当满足取样、原位测试的要求。钻孔口径应根据钻探目的和钻进工艺确定，应当满足取样、原位测试的要求。对要采取原状土样的钻孔，口径不得小于对要采取原状土样的钻孔，口径不得小于91mm;91mm;对仅需鉴别地层岩性的钻孔，口径不宜小于对仅需鉴别地层岩性的钻孔，口径不宜小于36mm;36mm;在湿陷性黄土中的钻孔，钻孔口径不宜小于在湿陷性黄土中的钻孔，钻孔口径不宜小于150mm.150mm.在确定了钻孔口径后，可根据在确定了钻孔口径后，可根据教材教材P67P67表表6-26-2确定钻具的规格。确定钻具的规格。6.1 勘探（12/29）钻进方法的要求钻进方法的要求 对对要求鉴别地层和取样要求鉴别地层和取样的钻孔，均应采用的钻孔，均应采用回转回转钻进（钻进（钻头以旋转钻头以旋转方式全面或环状切削岩土体的钻进方法方式全面或环状切削岩土体的钻进方法 ）以取得岩土样品。遇到卵）以取得岩土样品。遇到卵石、漂石、碎石、块石等不适合回转钻进的土层时，可改用振动回石、漂石、碎石、块石等不适合回转钻进的土层时，可改用振动回转方式钻进。转方式钻进。在在地下水位以上土层地下水位以上土层中应进行干钻，不得使用冲洗液，不得向孔中应进行干钻，不得使用冲洗液，不得向孔内注水，但可采用能隔离冲洗液的二重或三重管钻进取样内注水，但可采用能隔离冲洗液的二重或三重管钻进取样 钻进岩层钻进岩层宜采用金刚石钻头，对软质岩层及风化破碎带应采用双宜采用金刚石钻头，对软质岩层及风化破碎带应采用双层岩芯管钻头钻进。需要测定岩石质量指标层岩芯管钻头钻进。需要测定岩石质量指标RQDRQD时应采用外径时应采用外径75mm75mm的双层岩芯管钻头的双层岩芯管钻头 在在湿陷性黄土湿陷性黄土中必须采用螺旋钻头钻进中必须采用螺旋钻头钻进取芯钻头螺旋钻头6.1 勘探（13/29）钻孔护壁钻孔护壁 对可能坍塌的地层应采取钻孔护壁措施：对可能坍塌的地层应采取钻孔护壁措施：在在浅部填土及其他松散土层浅部填土及其他松散土层中可采用套管护壁；中可采用套管护壁；在在地下水位以下的饱和软粘土土层、粉土层及砂层地下水位以下的饱和软粘土土层、粉土层及砂层中宜采用泥浆护壁；中宜采用泥浆护壁；在在破碎岩层破碎岩层中可视需要采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁。中可视需要采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁。冲洗液严重漏失时，应采取充填封闭等堵漏措施冲洗液严重漏失时，应采取充填封闭等堵漏措施6.1 勘探（14/29）钻探的其它一些技术要求：钻探的其它一些技术要求：1.1.钻孔垂直度控制钻孔垂直度控制2.2.进尺控制进尺控制3.3.孔深与分层控制孔深与分层控制4.4.岩芯采取率要求岩芯采取率要求5.5.水位观测等水位观测等6.1 勘探（15/29）钻孔观测与编录钻孔观测与编录钻孔观测与编录的内容钻孔观测与编录的内容 1 1、岩芯观察、描述和编录岩芯观察、描述和编录 包括地层岩性名称、分层深度、岩土性质包括地层岩性名称、分层深度、岩土性质 等方面等方面 2 2、钻孔水文地质观测、钻孔水文地质观测 冲洗液消耗量的变化、初见水位及稳定水冲洗液消耗量的变化、初见水位及稳定水 位、各含水层顶、底板标高及其厚度等；位、各含水层顶、底板标高及其厚度等；3 3、钻进动态观察和记录、钻进动态观察和记录 钻进动态能提供许多地质信息钻进动态能提供许多地质信息 在钻进过程中注意换层的深度、回水颜色在钻进过程中注意换层的深度、回水颜色 变化、钻具陷落、孔壁坍塌、卡钻、埋钻变化、钻具陷落、孔壁坍塌、卡钻、埋钻 和涌沙现象等，结合岩芯以判断孔内情况。和涌沙现象等，结合岩芯以判断孔内情况。如果钻进不平稳，孔壁坍塌及卡钻，岩心如果钻进不平稳，孔壁坍塌及卡钻，岩心 破碎且采取率又低，就表明岩层裂隙发育或处于构造破碎带中。破碎且采取率又低，就表明岩层裂隙发育或处于构造破碎带中。岩心钻探时冲洗液消耗量变化一般与岩体完整性有密切关系，当回水很少甚至不回水时，则说明岩体岩心钻探时冲洗液消耗量变化一般与岩体完整性有密切关系，当回水很少甚至不回水时，则说明岩体破碎或岩溶发育，也可能揭露了富水性较强的含水层。破碎或岩溶发育，也可能揭露了富水性较强的含水层。6.1 勘探（16/29）不同类型岩土的岩性描述内容：不同类型岩土的岩性描述内容：(1)(1)碎石土：碎石土：颗粒级配；粗颗粒形状、母岩成分、风化程度，是否起骨架作用；充填物的颗粒级配；粗颗粒形状、母岩成分、风化程度，是否起骨架作用；充填物的成分、性质、充填程度；密实度；层理特征。成分、性质、充填程度；密实度；层理特征。(2)(2)砂类土：砂类土：颜色；颗粒级配；颗粒形状和矿物成分；湿度；密实度；层理特征。颜色；颗粒级配；颗粒形状和矿物成分；湿度；密实度；层理特征。(3)(3)粉土和粘性土：粉土和粘性土：颜色；稠度状态；包含物；致密程度；层理特征。颜色；稠度状态；包含物；致密程度；层理特征。(4)(4)岩石：岩石：颜色；矿物成分；结构和构造；风化程度及风化表现形式，划分风化带；坚硬颜色；矿物成分；结构和构造；风化程度及风化表现形式，划分风化带；坚硬程度；节理、裂隙发育情况，裂隙面特征及充填胶结情况，裂隙倾角、间距，进行裂隙统程度；节理、裂隙发育情况，裂隙面特征及充填胶结情况，裂隙倾角、间距，进行裂隙统计。计。必要时作岩心素描。必要时作岩心素描。6.1 勘探（17/29）钻探资料整理钻探工作结束后，应进行钻孔资料整理。主要成果资料有：(1)钻孔柱状图是钻探工作最主要的成果资料。将每一钻孔内岩土层情况按一定的比例尺编制成柱状图，并作简明的描述。在图上还应在相应的位置上标明岩心采取率、冲洗液消耗量、地下水位、岩心风化分带、孔中特殊情况、代表性的岩土物理力学性质指标以及取样深度等。如果孔内作过测井和试验的话，也应将其成果在相应的位置上标出。(2)钻孔操作及水文地质日志图。(3)岩心素描图及其说明。6.1 勘探（18/29）坑探工程也叫掘进工程、井巷工程，指为了揭露地质现象而从地表或地下挖掘各类小断面坑道、并进行相应勘查工作的勘探工程，简称坑探。特点：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。尤其对研究断层破碎带、软弱泥化夹层和滑动面(带)等的空间分布特点及其工程性质等，更具有重要意义。缺点：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。6.1 勘探（19/29）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，人力挖掘可以实现，后三种为重型坑探工程，需要机械设备。6.1 勘探（20/29）名称名称特点特点适用条件适用条件探槽探槽在地表深度小于在地表深度小于3-53-5米的长条米的长条形槽子形槽子剥除地表覆土，揭露基岩，划分地层岩性，研究断层剥除地表覆土，揭露基岩，划分地层岩性，研究断层破碎带；探查残坡积层的厚度和物质、结构破碎带；探查残坡积层的厚度和物质、结构 试坑试坑从地表向下，铅直的、深度小从地表向下，铅直的、深度小于于3 3-5m-5m的圆形或方形小坑的圆形或方形小坑 局部剥除局部剥除 覆土，揭露基岩；作载荷试验、渗水试验，覆土，揭露基岩；作载荷试验、渗水试验，取原状土样取原状土样 浅井浅井从地表向下，铅直的、深度从地表向下，铅直的、深度5 5-15m15m的圆形或方形井的圆形或方形井 确定覆盖层及风确定覆盖层及风 化层的岩性及厚度；作载荷试验，取化层的岩性及厚度；作载荷试验，取原状土样原状土样 竖井竖井（斜井）（斜井）形状与浅井相同，但深度大于形状与浅井相同，但深度大于1515m m，有时需支护有时需支护 了解覆了解覆 盖层的厚度和性质，作风化壳分带、软弱夹层盖层的厚度和性质，作风化壳分带、软弱夹层分布、断层破碎带及岩溶发育情况、滑坡体结分布、断层破碎带及岩溶发育情况、滑坡体结 构及滑构及滑动面等；布置在地形较平缓、岩层又较缓倾的地段动面等；布置在地形较平缓、岩层又较缓倾的地段 各种坑探工程的特点和适用条件6.1 勘探（21/29）名称名称特点特点适用条件适用条件平硐平硐在地面有出口的水平坑道，深度在地面有出口的水平坑道，深度较大，有时需支护较大，有时需支护 调查斜坡地质结调查斜坡地质结 构，查明河谷地段的地层岩性、构，查明河谷地段的地层岩性、软弱夹层、破碎带、风化岩层等；作原位岩体力软弱夹层、破碎带、风化岩层等；作原位岩体力学试验及地学试验及地 应力量测，取样；布置在地形较陡的应力量测，取样；布置在地形较陡的山坡地段山坡地段 石门石门（平巷）（平巷）不出露地面而与竖井相连的水平不出露地面而与竖井相连的水平坑道，石门垂直岩层走向，平巷坑道，石门垂直岩层走向，平巷平行平行 了解河底地质结构，作试验等了解河底地质结构，作试验等 续：各种坑探工程的特点和适用条件6.1 勘探（22/29）坑探工程的观察、描述内容(1)地层岩性的划分：第四系堆积物的成因、岩性、时代、厚度及空间变化和相互接触关系；基岩的颜色、成分、结构构造、地层层序以及各层间接触关系；应特别注意软弱夹层的岩性、厚度及其泥化情况。(2)岩石的风化特征及其随深度的变化，作风化壳分带。(3)岩层产状要素及其变化，各种构造形态：注意断层破碎带及节理、裂隙的研究；断裂的产状、形态、力学性质；破碎带的宽度、物质成分及其性质；节理裂隙的组数、产状、穿切性、延展性、隙宽、间距(频度)，有必要时作节理裂隙的素描图和统计测量。(4)水文地质情况：如地下水渗出点位置、涌水点及涌水量大小等。6.1 勘探（23/29）坑探工程展视图 展视图是坑探工程编录的主要内容，也是坑探工程所需提交的主要成果资料。所谓展视图，就是沿坑探工程的壁、底面所编制的地质断面图，按一定的制图方法将三度空间的图形展开在平面上。由于它所表示的坑探工程成果一目了然，故在岩土工程勘探中被广泛应用。不同类型坑探工程展视图的编制方法和表示内容有所不同，其比例尺应视坑探工程的规模、形状及地质条件的复杂程度而定，一般采用125-1100。6.1 勘探（24/29）地球物理勘探概念：地球物理勘探(geophysical exploration)简称物探,它是用专门的仪器来探测各种地质体物理场的分布情况,对其数据及绘制的曲线进行分析解释,从而划分地层,判定地质构造、水文地质条件及各种不良地质现象的一种勘探方法。基本原理：由于地质体具有不同的物理性质(导电性、弹性、磁性、密度、放射性等)和不同的物理状态(含水率、空隙性、固结程度等),它们为利用物探方法研究各种不同的地质体和地质现象提供了物理前提。所探测的地质体各部分之间以及该地质体与周围地质体之间的物理性质和物理状态差异愈大,就愈能获得比较满意的结果。工程物探：应用于岩土工程勘察中的物探 6.1 勘探（25/29）物探的种类及其适用范围具体方法有很多种，主要可分为以下几大类：电法勘探、磁法勘探、重力勘探、地震勘探、放射性勘探、井中地球物理测量（也叫地球物理测井）以及地球物理遥感测量等。在岩土工程勘察中运用最普遍的是电阻率法和地震折射波法。此外,近年来地质雷达和声波测井的运用效果也较好。电阻率法是依靠人工建立直流电场,在地表测量某点垂直方向或水平方向的电阻率变化,从而推断地质体性状的方法。地震勘探是通过人工激发的地震波在地壳内传播的特点来探查地质体的一种物探方法。在岩土工程勘察中运用最多的是高频（200300Hz）地震波浅层折射法,可以研究深度在 100m 以内的地质体。6.1 勘探（26/29）地质雷达地质雷达是是交流电法勘探交流电法勘探中的一种方法。中的一种方法。基本原理：基本原理：沿用对空雷达的原理沿用对空雷达的原理,由发射机发射由发射机发射脉冲电磁波脉冲电磁波,其其中一部分是沿着空气与介质中一部分是沿着空气与介质(岩土体岩土体)分界面传播的分界面传播的直达波直达波,经经过时间过时间 t t0 0 后到达接受天线后到达接受天线,为接收机所接收。另一部分传入介为接收机所接收。另一部分传入介质内质内,在其中若遇电性不同的另一介质体在其中若遇电性不同的另一介质体(如其他岩土体、洞穴如其他岩土体、洞穴等等)，就发生反射和折射，就发生反射和折射,经过时间经过时间 t ts s 后回到接收天线后回到接收天线,称为称为回回波波。根据所接收到两种波的传播时间来判断另一介质体的存在。根据所接收到两种波的传播时间来判断另一介质体的存在并测算其埋藏深度并测算其埋藏深度 。优点：优点：分辨能力强分辨能力强,判释精度高。判释精度高。它对探查浅部介质体它对探查浅部介质体,如覆盖层厚度、基岩强风化带埋深、溶如覆盖层厚度、基岩强风化带埋深、溶洞及地下洞室和管线位置等洞及地下洞室和管线位置等,效果尤佳。效果尤佳。6.1 勘探（27/29）声波测井声波测井概念：概念：利用岩土的利用岩土的传送声波速度传送声波速度或或其他声学特性其他声学特性来研究钻井的地质剖面，判断固井来研究钻井的地质剖面，判断固井质量的一种测井方法。质量的一种测井方法。基本原理：声波在不同介质中传播时，速度、幅度及频率的变化基本原理：声波在不同介质中传播时，速度、幅度及频率的变化等声学特性也不相等声学特性也不相同。同。应用：应用：可以充分利用已有的钻井可以充分利用已有的钻井,结合地质调查查明地层岩性特征结合地质调查查明地层岩性特征,进行地层划分；进行地层划分；确定软弱夹层的层位及深度；确定软弱夹层的层位及深度；了解基岩风化壳的厚度和特征了解基岩风化壳的厚度和特征,进行风化壳分带；进行风化壳分带；寻找岩溶洞穴和断层破碎带；寻找岩溶洞穴和断层破碎带；6.1 勘探（28/29）物探方法的综合应用 各种物探方法的使用都有一定的局限性,而大多数勘察场地又都存在着显示相同物理场的多种地质体并存的条件,用单一的物探方法解释异常比较困难。可在同一剖面、同一测网中用两种以上的物探方法共同工作,将数据资料相互印证,综合分析,就有利于排除干扰因素,以提高解释的置信度。6.1 勘探（29/29）取样是为给岩土特性进行鉴定和各种室内试验提供所需要的样品而进行的工作。关于试样的代表性：从取样角度来说，需考虑取样的位置、数量和技术问题。岩土体一般为非均质体，其性状指标是一定空间范围的随机变量。因此取样的位置在一定的单元体内应力求在不同方向上均匀分布，以反映趋势性的变化。样本的数量：关系到总体特性指标(包括均值、方差及置信区间)估计的精确度和可靠度。考虑到取样的成本，需要从技术和经济两方面权衡，合理地确定取样的数量。岩土样品的用途：根据勘察设计要求，不同试样的用途是不一样的。例如，有的试样主要用于岩土分类定名；有的主要用于研究其物理性质；而有的除上述外，还要研究其力学性质。为了保证所取试样符合试验要求，必须采用合适的取样技术。6.2 岩土取样（1/19）土样的扰动问题土样的质量实质上是土样的扰动问题；土样扰动表现在原位应力状态、含水率、结构和组成成分等方面的变化，它们产生于取样之前，取样之中以及取样之后直至试样制备的全过程之中；土样扰动对试验成果的影响是多方面的，使之不能确切表征实际的岩土体；从理论上讲，除了应力状态的变化以及由此引起的卸荷回弹是不可避免的之外，其余的都可以通过适当的取样器具和操作方法来克服或减轻。实际上，完全不扰动的真正原状土样是无法取得的。“原状土样”与“扰动土样”：是指能保持原有的天然结构未受破坏的土样为“原状土样”。相应地，如果试样的天然结构已遭受破坏，则称为“扰动土样”。6.2 岩土取样（2/19）级别级别扰动程度扰动程度试试 验验 内内 容容不扰动不扰动土类定名、含水率、密度、压缩变形、抗剪强度土类定名、含水率、密度、压缩变形、抗剪强度轻微扰动轻微扰动土类定名、含水率、密度土类定名、含水率、密度显著扰动显著扰动土类定名、含水率土类定名、含水率完全扰动完全扰动土类定名土类定名 土样质量等级划分按照取样方法和试验目的的不同，岩土工程勘察规范对土样质量作出了定性的四级划分，并规定了各级土样能够进行的试验项目 此外，还要考虑土层特点、操作水平和地区经验，来判断所取土样是否达到了预期的质量等级。6.2 岩土取样（3/19）土样扰动程度的确定土样扰动程度的确定具有一定难度，需要综合多方面的因素进行；具有一定难度，需要综合多方面的因素进行；一般而言，可根据下列几个方面来确定：一般而言，可根据下列几个方面来确定：现场外观检查现场外观检查:观察土样是否完整，有无缺失，取样管或衬管是否挤扁、弯曲、卷折等；观察土样是否完整，有无缺失，取样管或衬管是否挤扁、弯曲、卷折等；测定回收率测定回收率:回收率回收率L/H,HL/H,H是指取样时取样器贯入孔底以下土层的深是指取样时取样器贯入孔底以下土层的深 度；度；L L是指土样长度，是指土样长度，可取土试样毛长，即可从试样顶端算至取土器刃口，下部如有脱落可不扣除。回收率等于可取土试样毛长，即可从试样顶端算至取土器刃口，下部如有脱落可不扣除。回收率等于0.980.98左右是最理想左右是最理想 的，大于或的，大于或 小于小于1 1是土样受扰动的标志是土样受扰动的标志;射线检验射线检验:可发现土样裂纹、孔洞及粗粒包裹体等土样可能受到扰动的标志。可发现土样裂纹、孔洞及粗粒包裹体等土样可能受到扰动的标志。室内试验评价室内试验评价:由于土的力学性质参数对试样的扰动十分敏感，土样受扰动的程度可以通由于土的力学性质参数对试样的扰动十分敏感，土样受扰动的程度可以通过力学性质试验反映出来，最常见的试验判别方法有两种：一是根据过力学性质试验反映出来，最常见的试验判别方法有两种：一是根据应力应力-应变关系应变关系评价评价;二是根据二是根据压缩曲线特征压缩曲线特征评定。评定。6.2 岩土取样（4/19）钻孔取土器的分级分类钻孔取土器的分级分类两种基本两种基本取样方法取样方法：一是从探井、探槽中直接刻取土样；一是从探井、探槽中直接刻取土样；二是用钻孔取土器从钻孔中采取。即用钻孔取土器采样的方法二是用钻孔取土器从钻孔中采取。即用钻孔取土器采样的方法钻孔取土器分级：钻孔取土器分级：按适合的土样质量等级分为按适合的土样质量等级分为、两级，两级，级又分为两个亚级，具体内级又分为两个亚级，具体内容可见下表：容可见下表：6.2 岩土取样（5/19）取土器的种类取土器的种类：繁多繁多取土器划分原则取土器划分原则取土器类型取土器类型按按贯入方式贯入方式锤击式、回转式包括静压式锤击式、回转式包括静压式按按取样管壁厚度取样管壁厚度厚壁、薄壁、束节式厚壁、薄壁、束节式按按结构特征结构特征（底端是否封（底端是否封闭）闭）敞口式、活塞式（包括固定活塞式、自由活塞式、水压固定活敞口式、活塞式（包括固定活塞式、自由活塞式、水压固定活塞式）塞式）回转式按回转式按衬管活动衬管活动情况情况双层单动取土器（如丹尼森取土器、皮切尔取土器）双层单动取土器（如丹尼森取土器、皮切尔取土器）双层双动取土器（二重管、三重管）双层双动取土器（二重管、三重管）按按封闭形式封闭形式球阀式、活阀式、气压式球阀式、活阀式、气压式6.2 岩土取样（6/19）贯入式取土器 贯入式取土器取样时，采用击入或压入的方法将取土器贯入土中。这类取土器又可分为敞口取土器和活塞取土器两类。敞口取土器按取样管壁厚分厚壁、薄壁和束节式三种；活塞取土器又有固定活塞、水压固定活塞、自由活塞等几种。固定活塞薄壁取土器1-固定活塞:2-薄壁取样管;3-活塞杆；4-消除真空杆；5-固定螺钉敞口薄壁取土器1-球阀;2-固定螺钉；3-薄壁取样管6.2 岩土取样（7/19）回转式取土器回转式取土器 回转式取土器的基本结构与岩心钻探的双回转式取土器的基本结构与岩心钻探的双层岩心管相同，分为单动和双动两类。单动层岩心管相同，分为单动和双动两类。单动三重管取土器和双动三重管取土器。三重管取土器和双动三重管取土器。回转式取土器可采取较坚硬、密实的土类以回转式取土器可采取较坚硬、密实的土类以至软岩的样品。至软岩的样品。单动型取土器单动型取土器适用于软塑坚硬状态的粘性适用于软塑坚硬状态的粘性土和粉土、粉细砂土，土样质量土和粉土、粉细砂土，土样质量-级。级。双动型取土器双动型取土器适用于硬塑坚硬状态的粘性适用于硬塑坚硬状态的粘性土、中砂、粗砂、砾砂、碎石土及软岩，土土、中砂、粗砂、砾砂、碎石土及软岩，土样质量亦为样质量亦为-级。级。双动二重(三重)管取土器1-外管;2-内管(取样管及衬管);3-外管钻头;4-内管钻头;5-取土器头部;6-逆止阀6.2 岩土取样（8/19）钻孔取土器基本技术参数取样管直径(D)面积比(Ca)内间隙比（Ci）外间隙比（C0）取样管长度(L)刃口角度()取样管直径(D)目前土试样的直径多为50mm或80mm,考虑到边缘的扰动，相应地宜采用内径(De)为75mm及100mm的取样管。对于饱和软粘土、湿陷性黄土等某些特殊土类，取样管直径还应更大些。6.2 岩土取样（9/19）2、面积比(Ca)对于无管靴的薄壁取土器，Dw=Dt，Ca值愈大，土样被扰动的可能性愈大。一般采取高质量土样的薄壁取土器，其Ca10%，采取低级别土样的厚壁取土器Ca值可达30%。3、内间隙比（Ci）Ci的作用是减小取样管内壁与土样间因摩擦而引起对土样的扰动，Ci的最佳值随着土样的直径的增大而减小。国内生产的各种取土器Ci值为0-1.5%。6.2 岩土取样（10/19）4、外间隙比（C0）C0的作用是减小取样管外壁与土层的摩擦，以使取土器能顺利入土。国内生产的各种取土器C0值为0-2%。5、取样管长度(L)与直径 取样管长度要满足各项试验的要求。考虑到取样时土样上、下端受扰动以及制样时试样破损等因素，取样管长度应较实际所需试样长度要大些。关于取样管的直径与长度，有两种不同的设计思路。一种主张短而粗，一种主张长而细；二者优缺点互补。中国过去沿用前苏联短而粗的标准。但目前国际比较通用的是长而细的一种，它能满足更多试验项目的要求。6.2 岩土取样（11/19）6、刃口角度()也是影响土样质量的重要因素。该值愈小则土样的质量愈好。但是过小，刃口易于受损，加工处理技术和对材料的要求也更高，势必提高了成本。国内生产的取土器值一般为50-100。单倾斜刃口双倾斜刃口注：规范对每一种取土器的尺寸外形作了规定，具体请见教材P75表6-9 及表6-10，此略。6.2 岩土取样（12/19）钻孔取样时的钻进要求 土样质量的优劣，不仅取决于取土器具，还取决于取样全过程的各项操作是否恰当。(1)使用合适的钻具与钻进方法。一般应采用较平稳的回转式钻进。若采用冲击、振动、水冲等方式钻进时，应在预计取样位置1m以上改用回转钻进。在地下水位以上一般应采用干钻方式。(2)在软土、砂土中宜用泥浆护壁。若使用套管护壁，应注意旋入套管时管靴对土层的扰动，且套管底部应限制在预计取样深度以上大于3倍孔径的距离。(3)应注意保持钻孔内的水头等于或稍高于地下水位，以避免产生孔底管涌，在饱和粉、细砂土中尤应注意。6.2 岩土取样（13/19）钻孔取样时的取样要求(1)到达预计取样位置后，要仔细清除孔底浮土。孔底允许残留浮土厚度不能大于取土器废土段长度。清除浮土时，需注意不致扰动待取土样的土层。(2)下放取土器必须平稳，避免侧刮孔壁。取土器入孔底时应轻放，以避免撞击孔底而扰动土层。(3)贯入取土器力求快速连续，最好采用静压方式。如采用锤击法，应做到重锤少击，且应有导向装置，以避免锤击时摇晃。饱和粉、细砂土和软粘土，必须采用静压法取样。(4)当土样贯满取土器后，在提升取土器前应旋转2至3圈，也可静置约10min，以使土样根部与母体顺利分离，减少逃土的可能性。提升时要平稳，切忌陡然升降或碰撞孔壁，以免失落土样。6.2 岩土取样（14/19）钻孔原状土样的采取方法钻孔原状土样的采取方法 土样的采取方法指将取土器压入土层中的方式及过程。采取方法应根据不同地层、不同设备土样的采取方法指将取土器压入土层中的方式及过程。采取方法应根据不同地层、不同设备条件来选择。条件来选择。连续压入法连续压入法：也称组合滑轮压入法，即采用一组组合滑轮装置将取土器一次快速的压入土：也称组合滑轮压入法，即采用一组组合滑轮装置将取土器一次快速的压入土中。能够使得土样较好的保持其原状结构，土样的边缘扰动很小甚至几乎看不到扰动的痕迹。中。能够使得土样较好的保持其原状结构，土样的边缘扰动很小甚至几乎看不到扰动的痕迹。在软土层中应尽量用此法取样。在软土层中应尽量用此法取样。断续压入法：断续压入法：即取土器进入土层的过程不是连续的，而是要通过两次或多次间歇性压人才即取土器进入土层的过程不是连续的，而是要通过两次或多次间歇性压人才能完成的，仅在连续压入法无法压入的地层中采用。能完成的，仅在连续压入法无法压入的地层中采用。击入法：击入法：在较硬或坚硬土层中采样时采用。它采用吊锤打击钻杆或取土器进行土样的采取，在较硬或坚硬土层中采样时采用。它采用吊锤打击钻杆或取土器进行土样的采取，又分上击式和下击式两种。又分上击式和下击式两种。回转压入法：回转压入法：机械回转钻进时机械回转钻进时 可用回转压入式取土器（双层取土器）采取深层坚硬土样或可用回转压入式取土器（双层取土器）采取深层坚硬土样或砂样。取土时，外管旋转刻取土层，内管承受轴心压力而压入取土。砂样。取土时，外管旋转刻取土层，内管承受轴心压力而压入取土。6.2 岩土取样（15/19）探井、探槽取样的一般要求探井、探槽取样的一般要求土样容器要求：土样容器要求：探井、探槽中采取的原状土试样宜用盒装。土样容器可采用探井、探槽中采取的原状土试样宜用盒装。土样容器可采用 120120mm200200mm或或120120mm120120mm200200mm、150150mm150150mm200200mm等规格。对于含有粗颗粒的非均质土，可按实验设计要求等规格。对于含有粗颗粒的非均质土，可按实验设计要求确定尺寸。土样容器宜做成装配式并具有足够刚度，避免土样因自重过大而产生变形。容器应有足够净确定尺寸。土样容器宜做成装配式并具有足够刚度，避免土样因自重过大而产生变形。容器应有足够净空，使土试样盛入后四周上下都留空，使土试样盛入后四周上下都留1010mm 的间隙。的间隙。原状土试样采取步骤原状土试样采取步骤 整平取样处的表面；整平取样处的表面；按土样容器净空轮廓，除去四周土体，形成土柱，其大小比容器内腔尺寸小按土样容器净空轮廓，除去四周土体，形成土柱，其大小比容器内腔尺寸小2020mm;套上容器边框，边框上缘高出土样柱约套上容器边框，边框上缘高出土样柱约 1010mm，然后浇入热蜡液，蜡液应填满土样与容器之间的空隙，然后浇入热蜡液，蜡液应填满土样与容器之间的空隙至框顶，并与之齐平，待蜡液凝固后，将盖板用螺钉拧上；至框顶，并与之齐平，待蜡液凝固后，将盖板用螺钉拧上；挖开土样根部，使之与母体分离，再颠倒过来削去根部多余土料，使之低于边框约挖开土样根部，使之与母体分离，再颠倒过来削去根部多余土料，使之低于边框约1010mm ，再浇满热，再浇满热蜡液，待凝固后拧上底盖板。蜡液，待凝固后拧上底盖板。在探井、探槽中按照在探井、探槽中按照 上述要求采取的盒状土样，可作为上述要求采取的盒状土样，可作为级原状土试样级原状土试样。6.2 岩土取样（16/19）土样标签制作土样标签制作每个土样封蜡后均应填贴标签，标签上下应与土样上下一致，并牢固的粘贴于容器外壁。每个土样封蜡后均应填贴标签，标签上下应与土样上下一致，并牢固的粘贴于容器外壁。土样标签内容土样标签内容：工程名称或编号；工程名称或编号；孔号、土样编号、取样深度；孔号、土样编号、取样深度；土类名称；土类名称；取样日期；取样日期；取样人姓名。取样人姓名。土样标签记载应与现场钻探记录相符。取样的取土器型号、贯入方法，锤击时击数、回收土样标签记载应与现场钻探记录相符。取样的取土器型号、贯入方法，锤击时击数、回收率等应在现场纪录中详细记载率等应在现场纪录中详细记载。6.2 岩土取样（17/19）土样的封装和贮存(1)、级土样应妥善密封。密封方法有蜡封和粘胶带缠绕等。应避免暴晒和冰冻。(2)尽可能缩短取样至试验之间的贮存时间，一般不宜超过3周。(3)土样在运输途中要避免震动。对易于震动液化和水分离析的土样应就近进行试验。6.2 岩土取样（18/19）保证土取样质量的主要措施保证土取样质量的主要措施影响土样质量的因素影响土样质量的因素，贯穿于钻孔、取样、封装、运输、保存等全过程。，贯穿于钻孔、取样、封装、运输、保存等全过程。保证土样质量的常见措施保证土样质量的常见措施有：有：保持钻孔的垂直度；保持钻孔的垂直度；根据不同地层、不同埋深情况、不同设备条件合理选择相应的取土器和取土方法；根据不同地层、不同埋深情况、不同设备条件合理选择相应的取土器和取土方法；保持孔内清洁；保持孔内清洁；保证取土器切入土层的速度；保证取土器切入土层的速度；土样的封装、运输、保存应符合有关要求。土样的封装、运输、保存应符合有关要求。钻进方法钻进方法6.2 岩土取样（19/19）本章作业 P81:1、2、4