009岩溶场地-岩土工程勘察001.ppt

岩土工程勘察教师：徐国栋Email:[e-mail]手机：[phone]防灾科技学院建筑抗震设计规范（GB50011-2010）土的类型岩土名称和性状土层剪切波速范围(m/s)岩石坚硬、较硬且完整的岩石Vs800坚硬土或软质岩石稳定岩石、密实的碎石土800≥Vs500中硬土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗中砂，fak200Kpa的粘性土和粉土，坚硬黄土500≥Vs250中软土稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，fak≤200Kpa的粘性土和粉土，fak130Kpa的填土，可塑黄土250≥Vs150软弱土淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，fak≤130Kpa的填土，流塑黄土Vs≤150（1）土的类型划分和剪切波速范围等效剪切波速(m/s)场地类别I0I1IIIIIIVVse8000800≥Vse5000500≥Vse2505≥5250≥Vse15033～5050Vse≤15033～1515～8080（2）场地类别与覆盖层厚度3.特征周期设计地震分组场地类别I0I1IIIIIIV第一组0.200.250.350.450.65第二组0.250.300.400.550.75第三组0.300.350.450.650.90烈度建筑抗震设防类别甲乙丙丁8专门研究200(300)100(200)-9专门研究400(500)200(300)-（4）发震断裂的最小避让距离（m）（5）砂土液化判别-----详判经初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下20m深度范围内土的液化。当饱和土标准贯入锤击数（未经杆长修正）小于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。cwscrddNN/3)1.0)5.16.0ln(0式中：Ncr—液化判别标准贯入锤击数临界值；N0—液化判别标准贯入锤击数基准值值，按表3.4.2采用；ds—饱和土标准贯入点深度(m)；dw—地下水位(m)；ρc—粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。β—调整系数，设计地震第一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05。设计基本地震加速度（g）0.100.150.200.300.40液化判别标准贯入锤击数基准值710121619液化判别标准贯入锤击数基准值IlE－液化指数；n－在判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数；Ni、Ncri－分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时应取临界值的数值；di－i点所代表的土层厚度(m)，可采用与该标准贯入试验点相邻的上、下两标准贯入试验点深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度；Wi－i土层单位土层厚度的层位影响权函数值(单位为m-1)。当该层中点深度不大于5m时应采用10，等于20m时应采用零值，5～20m时应按线性内插法取值。液化等级轻微中等严重液化指数IlE0IlE≤66IlE≤18IlE18液化等级与液化指数某建筑场地设计基本加速度值为0.30g，设计地震动分组为第1组，地下水位深度为0.80m，粉砂和细砂的粘粒含量为2%，标贯及土层分布见下表，计算液化指数，判断液化等级。土层底板深度（m）土层名称标贯深度（m）标贯击数0.5素填土0.553.0粉砂1.072.087.0细砂4.0116.01212粘土9.01511.01617.0砂砾卵石20.0砂质粘土18.018第9章岩溶场地岩溶又称喀斯特，是指可溶性岩石在水（特别是具有侵蚀性、腐蚀性的地下水）的溶蚀作用下，产生的各种地质作用、形态和现象的总称。可溶性岩石包括碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩）、硫酸盐类岩石（石膏、芒硝等）、卤素类岩石（岩盐）等。在我国各类可溶性岩石中，碳酸盐类岩石的分布范围占有绝对多数。岩溶的发育与分布虽然在宏观上有一定的规律可循，但在微观上却无规律可循，且变异性很大，这就为岩溶场地的勘察和建设增加了不少困难，为此必须提出针对岩溶场地的岩土工程勘察技术要求，采取特殊技术措施对岩溶场地进行处理和整治。我国的岩溶无论是分布地域还是气候带，以及形成时代上都有相当大的跨度，使得不同地区岩溶发育各具特征。但无论是何种类型岩溶，其共同点是：由于岩溶作用形成了地下架空结构，破坏了岩体完整性，降低了岩体强度，增加了岩石渗透性，也使得地表面强烈地参差不齐，以及碳酸盐岩极不规则的基岩面上发育各具特征的地表风化产物——红粘土。这种由岩溶作用所形成的复杂地基常常会由于下伏溶洞顶板坍塌、土洞发育等引起大规模地面塌陷、岩溶地下水的突涌、不均匀地基沉降等，对工程建设产生重要影响。岩溶的存在会直接影响到地基的稳定性，岩溶场地可能发生的岩土工程问题如下：1、石芽、溶沟、溶槽发育，基岩面起伏大，土层厚薄不一，岩面低洼处常有软土分布，从而导致地基土不均匀性十分明显。2、在自重及荷载作用下，可能发生不稳定溶洞顶板的坍塌。3、在地下水长期作用下，可在覆盖层中形成土洞，给建筑物造成隐患或发生地表塌陷等。4、排泄地表水的漏斗、落水洞以及其它岩溶通道被堵，造成季节性涌水，场地被淹。5、岩溶水一般无统一地下水面，水位及水量随季节变化大。当补给位置较高时，在雨季往往有较大的动水压力而造成对建筑物的破坏。第一节碳酸盐岩类的岩溶发育机理1.碳酸盐溶蚀的复杂反应过程碳酸盐在纯水中的溶解度很低，如碳酸钙在25度纯水中的溶解度仅为14.2mg/L，而在每升天然地下水中碳酸钙的含量可达数百毫克，远高于其溶解度。原因：地表水尤其是地下水并非纯水，而是化学成分复杂的溶液，水中含有溶解的CO2、无机酸、有机酸及某些盐类，这些化学成分共同促进了碳酸钙的溶蚀。水中CO2的存在对碳酸盐岩类的溶蚀起决定作用。第一节碳酸盐岩类的岩溶发育机理2.反应体系中CO2的来源和存在形式水中CO2主要来源于大气层和生物土壤层，部分来源于变质作用、火山活动及岩层中某些化学作用产生的CO2。气体中的CO2溶于水之后，经与水化合、解离，使水中出现游离CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-、和H-等一系列离子和分子。当体系在一定温压下达到化学平衡后，这些组分浓度将保持一定数值，各个化学反应不再进行，CaCO3不再溶解，此时水中为平衡Ca2+、HCO3-等的游离CO2，称为平衡CO2。显然，只有水中溶有超出该温压条件下平衡CO2浓度的多余部分才能进一步溶解CaCO3，超出体系平衡的一部分多余CO2称为侵蚀性CO2。第一节碳酸盐岩类的岩溶发育机理3.混合溶蚀效应实验表明，被溶解的CaCO3与平衡CO2的关系为非线性函数。混合溶蚀效应图解混合溶蚀效应图解溶液类别溶液A溶液B溶液中CO2的量100700液液中溶解CaCO3的量110515处于平衡状态的两种溶液（mg/L）第一节碳酸盐岩类的岩溶发育机理3.混合溶蚀效应由于两种不同来源水中CO2含量相差愈大，则其混合后的溶蚀能力愈强。因此凡有利于水混合地带，岩溶发育总是比其它地带强烈。这些地带包括：（1）垂直渗入水与地下水相混合的地下水面附近；（2）地下水面以下能使不同成分水面汇集的强径流带，如大的溶蚀裂隙或溶蚀管道，不同方向的溶蚀裂隙交汇带；（3）灰岩区地下水排泄区，如河岸地下水与地表水的混合带等。岩溶发育过程的地球化学机理实质上是一个吸碳过程，它是自然界碳循环的一个重要环节。岩溶地区的吸碳过程，总是伴随着碳酸盐的化学溶蚀。第二节岩溶发育的条件和规律1.岩溶发育的条件具有可溶性的岩层；具有有溶解能力（含CO2）和足够流量的水；具有地表水下渗、地下水流动的途径。岩溶发育的基本条件可归结为三个：可溶性的岩石、具溶蚀能力的水、良好的地下水循环交替条件。第二节岩溶发育的条件和规律2.岩溶发育的规律(1)岩溶与岩性的关系岩石成分、成层条件和组织结构等直接影响岩溶的发育程度和速度。对碳酸盐类岩石，化学成分、矿物成分和结晶结构对岩溶发育影响显著。碳酸盐类岩石是碳酸盐类矿物含量超过50%的沉积岩，主要由方解石、白云石和酸不溶物（泥质和硅质）组成。白云石：化学成分为CaMg[CO3]2方解石：化学组成为CaCO3方解石白云石第二节岩溶发育的条件和规律甲组：灰岩、云质灰岩、灰质云岩、云岩乙组：泥质灰岩、泥质云灰岩、泥质灰云岩、泥质云岩丙组：泥灰岩、泥云岩第二节岩溶发育的条件和规律根据溶蚀试验成果得到的结论：(1)岩石中方解石含量愈多，则溶蚀愈强烈；(2)酸不溶物含量越大，岩石愈不容易溶蚀；(3)含有石膏、黄铁矿等矿物的碳酸盐岩类溶蚀较强烈；(4)含有有机质、沥青等杂质的碳酸盐岩类，不利于溶蚀发育；在野外发现有些白云岩和白云质灰岩的岩溶发育往往较纯灰岩更为强烈，说明仅用岩石成分来解释碳酸盐岩类的溶蚀性有一定的局限性。第二节岩溶发育的条件和规律碳酸盐岩类的结晶结构与岩溶发育的关系碳酸盐岩类按结晶结构可分为粒屑、泥晶、亮晶等数种。泥晶结构主要由粒径小于10um的碳酸盐软泥组成，泥晶相当于泥质砂岩中的粘土基质；粒屑结构是由流水搬运或波浪作用形成的，是非正常化学沉积物，粒屑和粒径较大，一般大于10um，相当于砂岩中的砂粒。亮晶结构是由粒径大于10um的结晶碳酸盐组成，是正常化学沉积的碳酸盐所特有的结构。溶蚀指标大小关系依次为：泥晶粒屑亮晶第二节岩溶发育的条件和规律2.岩溶发育的规律(1)岩溶与岩性的关系岩石成分、成层条件和组织结构等直接影响岩溶的发育程度和速度。硫酸盐类和卤素类岩层岩溶发展速度较快，碳酸盐类岩层则发育速度较慢。质纯层厚的岩层，岩溶发育强烈，且形态齐全，规模较大；含泥质或其它杂质的岩层，岩溶发育较弱。第二节岩溶发育的条件和规律2.岩溶发育的规律(2)岩溶与地质构造的关系节理裂隙裂隙的发育程度和延伸方向通常决定了岩溶的发育程度和发展方向，在节理裂隙的交叉处或密集带，岩溶最易发育。断层沿断裂带是岩溶显著发育地段，常分布有漏斗、竖井、落水洞、溶洞、暗河等。往往在正断层处岩溶较发育，逆断层处岩溶发育较弱。第二节岩溶发育的条件和规律2.岩溶发育的规律(2)岩溶与地质构造的关系褶皱褶皱轴部一般岩溶较发育，在单斜地层中，岩溶一般顺层面发育。在不对称褶曲中，陡的一翼岩溶较缓的一翼发育。岩层产状倾斜或陡倾斜的岩层，一般岩溶发育较强烈；水平或缓倾斜的岩层，当上覆或下伏非可溶性岩层时，岩溶发育较弱。可溶性岩与非可溶性岩接触带或不整合面岩溶往往发育。第二节岩溶发育的条件和规律2.岩溶发育的规律(3)岩溶与新构造运动的关系地壳强烈上升地区，岩溶以垂直方向发育为主；地壳相对稳定地区，岩溶以水平方向发育为主；地壳下降地区，即有水平发育又有垂直发育，岩溶发育情况较复杂。第二节岩溶发育的条件和规律2.岩溶发育的规律(4)岩溶与地形的关系地形陡峻、岩石裸露的斜坡上，岩溶多呈溶沟、溶槽、石芽等地表形态；地形平缓地带，岩溶多以漏斗、竖井、落水洞、塌陷洼地、溶洞等形态为主。(5)地表水体同岩层产状关系水体与层面反向或斜交时，岩溶易于发育；水体与层面顺向时，岩溶不易发育。第二节岩溶发育的条件和规律2.岩溶发育的规律(6)岩溶与气候的关系在大气降水丰富、气候潮湿地区、地下水经常得到补给，水的来源充沛，岩溶易发育。(7)岩溶发育的带状性和成层性岩石的岩性、裂隙、断层和接触面等一般都有方向性，造成了岩溶发育的带状性。可溶性岩层与非可溶性岩层互层、地壳强烈的升降运动、水文地质条件的改变等则往往造成岩溶分布的成层性。第三节岩溶勘察拟建工程场地或其附近存在对工程安全有影响的岩溶时，应进行岩溶勘察。1.各勘察阶段的要求(1)可行性研究勘察应查明岩溶洞隙的发育条件，并对其危害程度和发展趋势作出判断；(2)初步勘察应查明岩溶洞隙的分布，发育程度和发育规律，并按场地的稳定性和适宜性进行分区。第三节岩溶勘察1.各勘察阶段的要求(3)详细勘察应查明拟建工程范围及有影响地段的各种岩溶洞隙的位置、规模、埋深、岩溶堆填物的性状和地下水特性，对地基基础的设计和岩溶的治理提出建议；(4)施工勘察应针对某一地段或沿待查明的专门问题进行补充勘察。当采用大直径嵌岩桩时，尚应进行专门的桩