工程地质勘察勘探与取样讲义PPT(64页)

第四讲 勘探与取样,提 纲,一、岩土工程勘探的任务、特点和手段 二、钻探工程 三、坑探工程 四、勘探工作的布置和施工顺序 五、采取土样,确切查明地下地质情况的基本方法是勘探工作。,一、岩土工程勘探的任务、特点和手段,工程活动层很大一部分是在地下某一范围，单一的调查不能准确把握地下不可视部分的工程地质条件，如何做？,岩土工程勘探能够完成哪些工作？采用什么手段？,（一）岩土工程勘探的任务 （1）详细研究建筑场地或建筑地段的岩土体和地质构造 （2）研究水文地质条件 （3）研究地貌和不良地质现象 （4）取样及提供野外试验条件 （5）提供检验与监测的条件 （6）其他,一、岩土工程勘探的任务、特点和手段,（二）岩土工程勘探的特点 (1)勘探范围取决于场地评价和工程影响所涉及的空间，除了深埋隧道和为了解专门地质问题而进行的勘探外，通常限定于地表以下较浅的深度范围内。 (2)除了深入岩体的地下工程和某些特殊工程外，第四系土层或基岩风化壳是研究重点。例如，应按土体的成分、结构和工程性质详细划分土层，尤其是软弱土层需给予特别的注意。风化岩体要根据其风化特性进行风化壳垂直分带。 (3)为了准确查明岩土的物理力学性质，在勘探过程中必须注意保持岩土的天然结构和天然湿度。 (4) 岩土工程勘探应发挥综合效益。 ,一、岩土工程勘探的任务、特点和手段,（三）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。 布置勘探工作时应综合使用，互为补充。,一、岩土工程勘探的任务、特点和手段,可行性研究勘察阶段：对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价，主要进行工程地质测绘，勘探往往配合测绘工作，较多地使用物探手段，钻探和坑探主要用来验证物探成果和取得基准剖面。 初步勘察阶段：对建筑地段的稳定性作出岩土工程评价，勘探工作比重较大，以钻探工程为主，并取样，作原位测试和监测。 详细勘察阶段：提出详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数，满足施工图设计的要求。须进行直接勘探，与其配合还应进行大量的原位测试工作。 在复杂地质条件下或特殊的岩土工程(或地区)，还应布置重型坑探工程。此阶段的物探工作主要为测井，以便沿勘探井孔研究地质剖面和地下水分布等。,一、岩土工程勘探的任务、特点和手段,（四）勘探工作量的合理使用 根据水电工程地质勘察统计资料，已建工程的勘探工作量与下列因素有关： 1、工程建筑物的规模、尺寸、地质复杂程度； 2、工程地质问题的研究深度； 3、规划设计方案的变化； 4、管理体制和目的性方面的缺陷，盲目追求工作量； 5、规划设计单位的变更。,水电工程中勘探工作量的指标： 勘探指数=勘探工程进尺/ （坝长坝高）,一、岩土工程勘探的任务、特点和手段,统计表明，勘探指数与岩石类型有关，其由高到低顺序：石灰岩、白云岩、花岗岩、砂泥岩互层、变质岩、片岩、片麻岩、砂板岩。 国内各水电工程的勘探指数一般高于国外工程的勘探指数33%75%，最高达数倍。除技术原因外，反映了体制和工作目的性的问题。 勘察费用/工程建设费用=14%，与地质条件及工程重要性有关，简单场地0.51%，复杂场地2%，地下工程3%，重大工程复杂条件4%。,一、岩土工程勘探的任务、特点和手段,（一）岩土工程钻探的特点 钻探可以在各种环境下进行，直接观察岩心和取样 ，勘探精度较高；能提供作原位测试和监测工作；勘探深度大，效率较高。 与一般的矿产资源钻探相比，岩土工程钻探有如下特点：,二、钻探工程,（1）钻探工程的布置，不仅要考虑自然地质条件，还需结合工程类型及其结构特点。 （2）除了深埋隧道或专门地质问题钻探外，采用小型、轻便的钻机。 （3）钻孔多具综合目的，不能盲目追求进尺。 （4）在钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面，均有特殊的要求。,注： + +：适用；+-：部分适用；-：不适用,钻探方法的适用范围,二、钻探工程,（二）岩土工程钻探的特殊要求 (1)土层是岩土工程钻探的主要对象，要求钻进深度和分层深度的量测误差范围应为0.05m，非连续取心钻进的回次进尺应控制在1m以内，连续取心的回次进尺应控制在2m以内；某些特殊土类，需根据土体特性选用特殊的钻进方法；在地下水位以上的土层中钻进时应进行干钻，当必须使用冲洗液时应采取双层岩心管钻进。 (2)岩心采取率要求较高。一般岩石不应低于80%，破碎岩石不应低于65%。对于需重点查明的软弱夹层、断层破碎带、滑坡的滑动带等地质体和地质现象，应采用相应的钻进方法。例如，尽量减少冲洗液或用干钻，采取双层岩心管连续取心，降低钻速，缩短钻程。当需确定岩石质量指标RQD时，应采用N型双层岩心管钻进，其孔径为75mm，采取的岩心直径为54mm，且宜采用金刚石钻头。,二、钻探工程, (3)钻孔水文地质观测和水文地质试验是岩土工程钻探的重要内容，借以了解岩土的含水性，发现含水层并确定其水位(水头)和涌水量大小，掌握各含水层之间的水力联系，测定岩土的渗透系数等。按水文地质要求观测。分层止水、水位观测。 (4)在钻进过程中，为了研究岩土的工程性质，经常需要采取岩土样。坚硬岩石的取样可利用岩心，但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时，必须采取特殊措施。为了取得质量可靠的原状土样，需配备取土器，并应注意取样方法和操作工序，尽量使土样不受或少受扰动。采取饱和软粘土和砂类土的原状土样，还需使用特制的取土器。,二、钻探工程,（三）钻孔设计 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）钻孔类型、深度及钻孔结构设计。 例 ：有冰水沉积物的坝址河谷区钻孔设计。 （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。,二、钻探工程,（四）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。 钻孔观测与编录的内容包括： 1、岩芯观察、描述和编录：对岩芯的描述包括地层岩性名称、分层深度、岩土性质等方面。 不同类型的岩土其岩性描述的内容为： (1)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；充填物的成分、性质、充填程度；密实度；层理特征。 (2)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。 (3)粉土和粘性土：颜色；稠度状态；包含物；致密程度；层理特征。 (4)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。 必要时作岩心素描。,二、钻探工程,作为文字记录的辅助资料是岩土心样。岩土心样不仅对原始记录的检查核对是必要的，而且对施工开挖过程的资料核对，应在一段时间内妥善保存。目前，彩色照片也作为岩土心样的实物资料。全断面取心的土层钻孔还可制作土心纵断面的揭片，便于长期保存。 通过对岩心的各种统计，可获得岩心采取率、岩心获得率和岩石质量指标(RQD)等定量指标。 岩心采取率是指所取岩心的总长度与本回次进尺的百分比。总长度包括比较完整的岩心和破碎的碎块、碎屑和碎粉物质。 岩心获得率是指比较完整的岩心长度与本回次进尺的百分比。它不计入不成形的破碎物质。,二、钻探工程,2、钻孔水文地质观测：钻进过程中应注意和记录冲洗液消耗量的变化。发现地下水后，应停钻进测定其初见水位及稳定水位。如系多层含水层，需分层测定水位时，应检查分层止水情况，并分层采取水样和测定水温。准确记录各含水层顶、底板标高及其厚度。 3、钻进动态观察和记录： 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、埋钻和涌沙现象等，结合岩心以判断孔内情况。 国内水利水电勘察单位使用的钻孔摄影和钻孔电视，可以对孔内岩层裂隙发育程度及方向、风化程度、断层破碎带、岩溶洞穴和软弱泥化夹层等，获取较为清晰的照片和图像。这无疑提高了钻探工作的质量和钻孔利用率。,二、钻探工程,二、钻探工程,钻探点野外记录,工 程 编 号 孔 口 标 高 地下水初见水位深度 工 程 名 称 钻探点深度 地下水静止水位深度 钻探点编号 钻探点口径 施 工 日 期,二、钻探工程,（五）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 钻孔柱状图是钻孔观测与编录的图形化，该图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。图中标明岩心采取率、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。所以，钻孔柱状图实际上是反映钻探工作的综合成果。 2、钻孔操作及水文地质日志图。 3、岩心素描图及其说明。,二、钻探工程,地层岩性（寒武系：浅海台地相的含炭、泥、镁质碳酸盐沉积）,调查段与工作区地质图,28,工作区于山前冲洪积平原中，地势平坦，上覆全新统鄞江桥组冲洪积物，如图所示，其北面山体为华严寺组泥质灰岩，岩性为深灰色中厚层状条带状灰岩与泥质灰岩互层，灰岩一般厚10-30厘米，泥质灰岩则呈3-5厘米，岩体较完整，有构造裂隙发育，多已被方解石充填，偶见溶槽发育。总体上，工作区及其附近区域地表岩溶发育微弱。,工作区岩溶发育特征（地表岩溶）,工作区岩溶发育特征（地下岩溶）,根据152个1序注浆孔所揭示的情况来看，工作区地下岩溶发育强烈，主要有溶洞、溶腔、溶蚀裂隙等表现形式。在已完成的1序孔中，其中117个遇溶洞，遇洞率88.5%，其中106个钻孔遇一个溶洞，22个钻孔遇两个溶洞，5个钻孔表现出串珠状溶洞特点，最多含5个溶洞（溶腔）。,30,31,（一）常用的坑探工程类型及其适用条件 坑探工程也叫掘进工程、井巷工程。 优点：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。,三、 坑探工程,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。,三、 坑探工程,各种坑探工程的特点和适用条件,三、 坑探工程,（二）坑探工程设计书的编制、坑探工程的观测与编录,1、坑探工程设计书的编制 在岩土工程勘探总体布置的基础上编制的。其主要内容包括： (1)坑探工程的目的、类型和编号。 (2)坑探工程附近的地形、地质概况。 (3)掘进深度及其论证。 (4)施工条件：岩性及其硬度等级，掘进的难易程度，采用的掘进方法(铲、镐挖掘或爆破作业等)；地下水位，可能涌水状况，应采取的排水措施；是否需要支护及支护材料、结构等 。 (5)岩土工程要求：包括掘进过程中应仔细观察、描述的地质现象和应注意的地质问题；对坑壁、顶、底板掘进方法的要求，是否许可采用爆破作业及作业方式；取样地点、数量、规格和要求等；岩土试验的项目、组数、位置以及掘进时应注意的问题；应提交的成果。,三、 坑探工程,2、坑探工程的观察、描述 (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。