土木工程地质教学作者郭抗美王健第八章节工程地质堪察课件

第八章 工程地质堪察, 8.1 工程地质堪察任务及堪察阶段划分 8.2 工程地质测绘和调查 8.3 工程地质勘探 8.4 工程地质原位测试 8.5 现场检验与监测 8.6 堪察资料的内业整理,8, 8.1 工程地质堪察任务及堪察阶段划分, 8.1.1 工程地质堪察的任务,工程地质堪察的目的就是为工程建设规划、设计、施工提供可靠的地质依据，以充分利用有利的自然地质条件，避开或改造不利的地质因素，保证建筑物安全和正常使用。其任务有：,1) 查明与场地的稳定性和适宜性有关的不良地质现象。,2) 查明场地的地层类别、成分、厚度和坡度变化等。,3) 查明场地的水文地质条件。,4) 提供满足设计、施工所需的土的物理性质和力学性质指标等。,5) 在地震设防区划分场地土类型和场地类别，并进行场地与地基的地震效应评价。,6) 推荐承载力及变形计算参数，提出地基基础设计和施工建议，尤其是不良地质现象的处理对策。, 8.1.2 工程地质堪察的阶段划分,工程地质堪察的目的就是为工程建设规划、设计、施工提供可靠的地质依据，以充分利用有利的自然地质条件，避开或改造不利的地质因素，保证建筑物安全和正常使用。其任务有：,1. 选址堪察阶段,1) 搜集区域地质、地形地貌、地震、矿产、当地的工程地质、岩土工程和建筑经验等资料。,2) 在充分搜集和分析已有资料的基础上，通过踏勘了解场地的志层、构造、岩性、不良地质作用和地下水等工程地质条件。,3) 当已有资料不能满足要求时，应根据具体情况进行工程地质测绘和必要的堪探工作。,4) 当有两个或两个以上拟选场地时，应进行比较分析。,1) 不良地质现象发育且对场地稳定性有直接危害或潜在威胁。,2) 地基土性质严重不良。,3) 对建筑抗震不利。,4) 洪水或地下水对建筑场地有严重不良影响。,在选址时，宜避开下列地段：,5) 地下有未开采的有价值的矿藏或未稳定的地下采空区。,2. 初步堪察阶段,这一阶段的勘察应符合初步设计或扩大初步设计的要求。其主要任务是对拟建建筑地段的稳定性作出评价。,3. 详细堪察阶段,详细勘察应按单体建筑物或建筑群提出详细的岩土工程资料和设计、施工所需的岩土参数；对建筑地基做出岩土工程评价，并对地基类型、基础形式、地基处理、基坑支护、工程降水和不良地质作用的防治等提出建议。, 8.2 工程地质测绘和调查, 8.2.1 工程地质测绘和调查主要内容,1. 工程地质测绘与调查范围,工程地质测绘与调查范围要求包括场地及其附近地段。一般情况下、测绘范围应大于建筑占地面积，但也不宜过大，以解决实际问题的需要为前题。 应考虑的因素有(1)建筑类型；(2)工程地质条件复杂程度。,2. 工程地质测绘比例尺,1） 可行性研究勘察、城市规划或工业布局时，可选用1:50001:50000的小比例尺；初步勘察可选用1:20001:10000的中比例尺；详细勘察可选用1:5001:2000的大比例尺； 2)条件复杂时，比例尺可适当放大; 3) 地质界线和地质观测点的测绘精度，在图上的误差不应超过3mm。,3. 工程地质测绘主要内容,地貌条件,工程地质测绘主要内容,地层岩性,地质构造,水文地质条件,不良地质现象, 8.2.2 工程地质测绘方法,1. 像片成图法,像片成图法是利用地面摄影或航空（卫星）拍摄的像片，先在室内根据判释标志，并结合所掌握的区域地质资料，确定出地层岩性、地质构造、地貌、水系及不良地质现象等，描绘在单张像片上。然后在像片上选择需要调查的若干点和路线，据此去实地进行调查、校对修正、补充。最后，将结果转绘成工程地质图。,航空摄影测量示意,2. 实地测绘法,(1) 路线法,沿着一些选择的路线，穿越测绘场地，将沿线所测绘或调查的地层、构造、地质现象、水文地质、地质界线和地貌等填绘在地形图上。,(2) 布点法,根据地质条件复杂程度和测绘比例尺的要求，预先在地形图上布置一定数量的观测路线和观测点。,(3) 追索法,沿地层走向或某一地质构造线，或某些不良地质现象界线进行布点追索，主要目的是查明局部的工程地质问题。追索法是一种辅助方法。,光学经纬仪,精密水准仪, 8.3 工程地质勘探,工程地质勘探常用方法有：钻探、井探、槽探、洞探和地球物理勘探等。, 8.3.1 工程地质钻探,钻探是勘探方法中应用最广泛的一种，它采用钻探机具向地下钻孔，用以鉴别和划分地层、测定地下水位，并采取原状土样和水样以供室内试验，确定土的物理、力学性质指标和地下水的化学成分。,钻探的钻进方式：回转式、冲击式、振动式、冲洗式四种。每种方法各有独自特点，分别适用于不同的地层。,表8-1 钻探方法适用范围,注：“+ +”表示适用，“+”表示部分适用，“”表示不适用,在地基勘察中，对岩土层的钻探有如下具体要求：,1） 钻进深度、岩土分层深度的量测误差范围应为±0.05。 2) 非连续取芯钻进的回次进尺，对螺旋钻探应在1m以内，对岩芯钻探应在2m以内。,勘探浅部地层可采用小口径麻花钻钻进(图8-1)、小口径勺形钻钻进、洛阳铲钻进等。,3) 对鉴别地层天然湿度的钻孔，在地下水位以上应进行干钻。当必须加入或使用循环液时，应采用双层岩芯管钻进。 4) 岩芯钻探的岩芯采取率，对完整和较完整的岩体不应低于80%,对较破碎和破碎岩石不应低于65%.,图8-1 小麻花钻钻孔示意图,钻孔的记录和编录应符合下列要求： 1）野外记录应由经过专业训练的人员承担;记录应真实及时，按钻进回次逐段填写，严禁事后追记。 2）钻探现场可采用肉眼鉴别和手触方法，有条件可采用微型贯入仪等定量化、标准化的方法。 3）钻探成果可用于钻孔野外柱状图或分层记录表示；岩土芯样可根据要求保存一定期限或长期保存，亦可拍摄岩芯、土芯彩照纳入勘察成果资料。, 8.3.2 井探、槽探,当钻探方法难以准确查明地下情况时，可采用探井、探槽进行勘探。利用井探、槽探可以直接观察地层结构的变化，取得准确的资料和采取原状土样。 槽探常用来了解地质构造线，断裂破碎带的宽度、地层分界线、岩脉宽度及其延伸方向和采取原状土样等。 井探主要用来查明覆盖层的厚度和性质、滑动面、断面、地下水位以及采取原状土样等。,对探井、探槽除文字描述记录外，尚应以剖面图、展示图等反映井、槽壁和底部的岩性、地层分界、构造特征、取样和原位试验位置，并辅以代表性部位的彩色照片。, 8.3.3 地球物理勘探,地球物理勘探简称物探。 它是利用仪器在地面、空中、水上测量物理场的分布情况，通过对测得的数据进行分析判释，并结合有关的地质资料推断地质性状的勘探方法。,工程地质勘察可在下列方面使用物探：,1) 作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界线、界面或异常点。 2) 作为钻探的辅助手段，在钻孔之间增加地球物理勘察点，为钻探成果的内插、外推提供依据。 3) 作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、动剪切模量、卓越周期、电阻率、放射性辐射参数、土对金属的腐蚀等参数。,应用地球物理勘探应具备的条件：,1) 被探测对象与周围介质之间有明显的物理性质差异。 2) 被探测对象具有一定的埋藏深度和规模，且地球物理异常有足够的强度。 3) 能抑制干扰，区分有用信号和干扰信号。 4) 在有代表性地段进行方法的有效性试验。,常用的工程物探方法有：电法、电磁法地震波法和声波法、地球物理测井等。其中采用最多的是电法。,不同岩土具有不同的导电性，因而具有不同的电阻率。各类岩土的电 阻率见表8-2。,表8-2 各类岩土电阻率变化范围表,岩层电阻率的测定：设地下岩层为均质且各向同性，则其电阻率(r)可视为恒定。如图8-2所示，A、B为两个供电电极，M、N为测量电极。用电位计可测得M、N两点间的电流强度(I)及电位差(DuMN),则可求得该点的视电阻率rs为：,（8-1）,式中,DuMNM、N两极的电位差， DuMN=uM - uN，其中uM、uN分别为观测点M、N处产生的电位。 K 装置系数，与供电和测量电极间距有关。,图8-2 电法勘探原理示意图 注：虚线表示电流线分布图，实线表示电位线,根据极距的装置可将电阻率法分为电测深法、电剖面法：,(1)电测深法：在地表以某一点为中心(此点称为常测点)，用不同供电极距测量不同深度岩层的视电阻率值，以获取该点处地质断面的方法（图8-3） 。,图8-3 第四系含水层电测深曲线图 粉质砂岩 粘土 砂砾岩 泥灰岩 灰岩,(2)电剖面法：测量电极和供电电极的装置不变，而测点沿某一方向移动，来探测某深度岩层r 值的水平变化规律方法（图8-4） 。,图8-4 某石灰岩岩溶区电测剖面图, 8.4 工程地质原位测试,指在岩土层原来所处的位置上，基本保持其天然结构、天然含水量及天然应力状态下进行测试的技术。, 8.4.1 载荷试验,试验设备有三个部分：加荷与传压装置、变形观测系统、承压板(图8-5)。,图8-5 堆载-千斤顶静载荷试验示意图 1堆载 2 排钢梁 3 钢梁 4 千斤顶 5 百分表 6 基准梁 7 基准桩 8 地锚 9 支墩,1. 浅层平板载荷试验装置和基本技术要求,在有代表性的地点整平场地开挖试坑，试坑底面宽度不小于承压板直径或宽度的3倍。,荷载应分级施加，加荷分级不应小于8级，最大加载量不应小于设计要求的两倍。,每施加一级荷载待沉降速率达到相对稳定后再加下一级荷载。,2. 浅层平板载荷试验成果的应用,根据载荷试验结果，可绘制压力(p)与稳定沉降量(s)的关系曲线(图8-6)。,(1) 确定地基承载力的特征,(2) 确定地基土有变形模量E0,图8-5 载荷试验的沉降曲线,式中,I0 刚性承压板的形状系数，圆形承压板取0.785,方形承 压板取0.886; m土的泊松比，碎石土取0.27,砂土取0.30，粉土取0.35, 粉质粘土取0.38,粉土取0.42; b承压板的边长或直径; P、s相应于地基承载力特征的荷载及其所对应的沉降 的特征值。,(3) 估算地基土基床反力系数ks,根据承压板边长为30cm的平板载荷试验的p-s曲线，可按下式计算出基准基床系数kv。,（8-3）,式中,p-s曲线直线段斜率。如果p-s曲线无直线段，p可取 临塑荷载Pcr的1/2，s取相对应的沉降量。,根据基准基床系数可确定地基土基床反力系数 ks。,（8-4a）,粘性土,砂土,（8-4b）,式中,Bf 基础的宽度(m)。, 8.4.2 静力触探试验,静力触探是通过一定的机械装备，将一定规格的金属探头用静力匀速压入土层中，同时用传感器或直接量测仪表测试土层对触探头的贯入阻力，以此来判断、分析、确定土层的工程性质。,适用于粘性土、粉土、砂土及含少量碎石的土层。,1. 静力触探试验仪器设备及技术要求,设备组成：斛探头、触探杆和记录器。,单桥探头(图8-7)：只能测量一个参数，即比贯入阻力ps，分辨率(精度)较低。,（8-5）,式中,A探头截面积(m2)。,图8-7 单桥探头结构示意图 1四心电缆 2 密封圈 3 探头管4 防水塞5 外套管6 导线7 空心柱 8 电阻片 9 防水盘根 10 顶柱a 探头锥角 F 探头锥底直径 L 有效侧壁长度,图8-8 双桥探头工作原理示意图 1贯入力 2 空心柱 3 侧壁摩阻力 4 电阻片 5 顶柱 6 锥尖阻力7 探头套 8 探头管,双桥探头(图8-8)：可以同时测量锥尖阻力Qc和侧壁阻力fs，分辨率较高。,（8-5）,（8-5）,式中,Fs外套筒总侧面积(m2)。,根据锥尖阻力qc和侧壁阻力fs，可计算同一深度处的摩阻比Rf,（8-6）,2. 静力触探试验成果的应用,静力触探实验的成果有：比贯入阻力-深度(Ps-h)关系曲线(图8-9a);锥尖阻力-深度(qc-h)关系曲线(图8-9b);侧壁阻力-深度(fs-h)关系曲线和摩阻比-深度(Rf-h)关系曲