工程地质学 7第七章 工程地质勘察

第七章工程地质勘察内容提要：一、工程地质勘察的目的、任务和基本方法二、工程地质调查与测绘三、工程地质勘探四、工程地质试验及现场观测五、工程地质勘察资料的室内整理1.工程地质勘察的目的查明与正确评价工程所涉及的区域内的工程地质条件，为工程的设计、施工提供所需的工程地质资料。2.工程地质勘察的任务运用工程地质学的理论和方法，以正确处理工程建筑与自然环境之间的关系，充分利用有利的工程地质条件，避免或改造不利的工程地质条件,保证工程建筑的稳定、安全、经济和正常使用。其主要任务如下：调查工程建设区域的地形地貌:即地形地貌的形态特征，地貌的成因类型及地貌单元的划分。查明工程建设区域的地层条件:包括岩土的性质、成因类型、时代、厚度和分布范围。对岩层尚应查明风化程度及地层的接触关系；对土层应着重区分新近沉积粘性土、特殊性土的分布范围及其工程地质特征。一、工程地质勘察的目的、任务和基本方法调查工程建设区域的地质构造:包括岩层产状及褶曲类型；裂隙的性质、产状、数量及填充胶结情况；断层的位置、类型、产状、断距、破碎带宽度及填充情况；新近地质时期构造活动形迹。评价其对工程建设的不利和有利的工程地质条件。查明工程建设区域的水文及水文地质条件:即洪水淹没范围、河流水位和地表径流条件等；地下水的类型、补给来源、排泄条件、埋藏深度、水位变化幅度、化学成分及污染情况等。确定工程建设区域有无不良地质现象:如滑坡、崩塌、岩溶、塌陷、冲沟、泥石流、岸边冲刷及地震等。如有，则应判断它们对工程建设的危害程度。测定地基土的物理力学性质指标:包括天然密度、比重、含水率、塑限、液限、压缩系数、压缩模量、抗剪强度等。并要研究在工程律设施工和使用期间，这些性质可能发生的变化。最后，按照工程要求，对工程建设区域的稳定性和适宜性，地基的均匀性和承载力进行评定。并预测天然的和人为的因素对工程建设区域的工程地质条件及环境保护的影响，如有危害，应提出处理措施。在上述任务中，对一般大多数工程都应完成，但对其内容的增减及研究的详细程度有所不同，将视不同的行业、工程类型大小及重要性、地质条件的复杂程度以及不同的设计阶段而有所不同，工程地质勘察应与设计阶段相适用，也应该具有阶段性。工程地质勘察一般分为：可行性研究勘察（选场址勘察）初步勘察；详细勘察及施工勘察。3.工程地质勘察阶段①工程地质调查与测绘②工程地质勘探③工程地质室内试验④工程地质原位试验⑤工程地质现场观测⑥工程地质勘察资料的室内整理4.工程地质勘察方法二、工程地质调查与测绘通过观察和访问，对工程地质条件进行综合性的地面研究，将查明的地质现象和获得的资料，填绘到有关的图表与记录本中，这种工作统称为调查测绘。1.工程地质调查工程地质调查主要是用资料搜集和研究、野外观察和访问群众的方法，需要时可配合适量的勘探和试验工作。野外观察的方法及内容:根据地形图，在测区范围内按固定路线进行踏勘，一般采用“S”型，曲折迂回而不重复的路线，穿越地形、地貌、地层、构造、不良地质现象等有代表性的地段，初步掌握地质条件的复杂程度；为了了解全区的岩层情况，在踏勘时应选择露头良好、岩层完整有代表性的地段作出野外地质剖面；寻找地形控制点位置。2.工程地质测绘（1）目的与要求当地质条件复杂或有特殊要求的工程项目，在选址、选线或在初步勘察、详细勘察阶段之前，应先进行工程地质测绘，其目的是为了研究拟建区域的地层、岩性、构造、地貌、水文地质条件及地理地质现象，对工程地质条件给以初步评价，为选场址、桥梁隧道位置、选公路路线及勘探方案的布置提供依据。工程地质测绘与工程地质调查不同之处是工程地质测绘的范围往往较大，并且要求把调查研究的结果填绘在一定比例尺的地形图上，以编制工程地质图。①测绘范围根据建筑场地的大小确定外、尚应考虑下列因素：建筑类型：对于工业与民用建筑，还应包括建筑场地的邻近地段；对于各种路线，还应包括线路轴线两侧的一定宽度地带；对于洞室工程，还应包括进洞山体及其外围地段。工程地质条件复杂程度：建筑物拟建在靠近斜坡地段，则应考虑到斜坡的影响地带；对泥石流，不仅要研究与工程建筑有关的堆积区，而且还要研究补给区的地质条件。②测绘比例尺小比例尺测绘：比例尺1：5000～1：50000，一般在可行性研究勘察（选址勘察）、城市规划或区域性的工业布局时采用；中比例尺测绘：比例尺1：2000～1：5000，一般在初步勘察阶段时采用；大比例尺测绘：比例尺1：200～1：1000，适用于详细勘察阶段或地质条件复杂和重要建筑物地段，以及需解决某一特殊问题时采用。③观察点、线的布置其布置原则是根据测绘精度要求，需在一定面积内满足一定数量的观察点及观察路线。观察点的布置应尽量利用天然露头，当天然露头不足时，可布置少量的勘探点，并选取少量的土试样进行试验。在条件适宜时，可配合进行地球物理勘探工作。观察点一般应定在如下位置：不同时代的地层接触线、不同岩性的分界线；地质构造线；不同地貌单元的分界线及同一地貌的微地貌区；露头良好的地区；不整合面；不良地质现象分布地段。（2）测绘方法①像片成图法：利用地面摄影或航空（卫星）遥感遥测像片，先在室内进行解释，划分地层岩性、地质构造、地貌、水系及不良地质现象等，并在像片上选择若干点和路线，然后去实地进行核对修正，绘成底图．最后再转绘成图。②实地测绘法：常用的方法有3种：路线法：沿着一定的路线，穿越测绘场地，把各种地质现象等标绘在地形图上。路线形式有“S”型或直线型，它一般用于中、小比例尺的测绘，公路工程一般采用此法。布点法：根据不同的比例尺预先在地形图上布置一定数量的观察点及观察路线。它适用大、中比例尺的测绘。追索法：沿地层走向或某一构造线方向布点追索，以便查明某些局部的复杂构造。3、工程地质调查测绘内容工程地质调查测绘的内容应视要求而定。其重点也因勘察设计阶段及工程类型而各有所侧重。但其基本内容不外以下几个方面：（1）地形与地貌①调查地貌的成因类型和形态特征，划分地貌单元，分析各地貌单元的发生、发展和相互关系，并划分各地貌单元的分界线；②调查微地貌的特征及其与岩性、构造和不良地质现象的联系；③调查地形的形态及其变化情况；④调查植被的性质及其与各种地形要素的关系；⑤调查阶地分布和河漫滩的位置及其特征，有无古河道、牛扼湖等分布和位置。（2）地层岩性①在沉积岩地区了解岩相的变化情况、沉积环境、接触关系，观察层理类型、岩石成分、结构、厚度和产状要素；对岩溶应了解岩溶发育规律和岩溶形态的大小、形状、位置、填充情况及岩溶发育与岩性、层理、构造断裂等的关系；对整个测区应绘制剖面图，以了解地层岩性的变化规律和相互关系。②在岩浆岩地区应了解岩浆岩的类型、形成年代、产状和分布范围；岩石结构、构造和矿物成分及原生、次生构造的特点；与围岩的接触关系和围岩的蚀变情况；岩脉、岩墙等的产状、厚度及其与断裂的关系，以及各侵人体间的穿插关系。③在变质岩地区调查变质岩的变质类型（区域变质、接触变质、动力变质、混合岩化等）和变质程度，并划分变质带；确定变质岩的产状、原始成分和原有性质；了解变质岩的节理、劈理、片理、带状构造等微构造的性质。（3）地质构造调查各构造形迹的分布、形态、规模和结构面的力学性质、序次、级别、组合方式以及所属的构造体系;研究褶皱的性质、类型和两翼的产状、对称性及舒展程度；研究断裂构造的性质、类型、规模、产状、上下盘相对位移量及断裂带的宽度、充填物质和胶结程度；研究新构造运动的性质、强度（趋向、频率，分析升降变化规律及各地段的相对运动，特别是新构造运动与地震的关系;调查裂隙（节理）的产状、性质、宽度、成因和充填胶结程度。（4）不良地质现象调查滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、移动砂丘等不良地质现象的形成条件、规模、性质及发展状况；当基岩裸露地表或接近地表时，应调查岩石的风化程度、风化层厚度、风化物性质及风化作用与气候、地形、岩性和水文地质条件的关系。（5）第四纪地质确定沉积物的年代；划分成因类型；确定第四纪沉积物的岩性分类并研究其变化规律：根据第四纪沉积物的沉积环境、形成条件、颗粒组成、结构、特征、颜色、滚圆度、湿度、密实程度等因素进行岩性分类，并确定土的名称；详细研究沉积物在水平与垂直方向上的变化规律；特殊土的研究。（6）地表水及地下水调查河流及小溪的水位、流量、流速、洪水位标高及淹没情况；了解水井的水位、水量、变化幅度及水井结构与深度；调查泉的出露位置、类型、温度、流量及动态变化；查明地下水的埋藏深度、水位变化规律及变化幅度；了解地下水的流向及水力梯度；调查地下水的类型及补给来源；了解化学成分及其腐蚀性。（7）建筑砂石料：名称、产量、质量及采集、运输条件等。三、工程地质勘探1.挖探挖探是一种最常用的方法，一般有坑探、槽探及平硐探。其最大优点是操作简易，能够清晰观察土层并描述土的性状，能取得详尽的资料和原状土样。但勘探深度有限．而且劳动强度大。（1）坑探:坑探是垂直向下掘进的土坑。浅者称探坑，深者称探井。其适用于不含水或地下水量微少的较稳固的地层，主要用来查明覆盖层的厚度和性质、滑动面、断层、地下水位以及采取原状土样等。（2）槽探:槽探是挖掘成狭长的槽形，适用于基岩覆盖层不厚的地方，常用来追素构造线，查明坡积、残积层的厚度和性质，揭露地层层序等。槽探一般应垂直岩层走向或构造线布置。（3）平硐探:断面为梯形或马蹄形多用于了解软弱夹层、断层破碎带的分布和岩体节理、裂隙的发育情况及其他专门问题。2.简易钻探常用的有小麻花钻探和洛阳铲勘探。其优点是：工具简单轻便，易操作，进尺较快，劳动强度较小。但缺点是：不能采取原状土样，在密实或坚硬的地层内不易钻进或不能使用。（1）小型麻花钻探:主要设备是每节长1米的钢管钻杆和管子钳，首节端部为麻花形钻头，用人工加压回转钻进，孔径较小，随着进尺靠钢管两端螺纹接长。适用于粘性土及亚砂土地层，可在现场鉴别土的性质。它与挖探和轻便触探配合，适用于地质条件简单的小型工程的简易勘探。能取得扰动土样。钻探深度可达10m。(2）洛阳铲勘探:是借助洛阳铲的重力冲人土中，钻（冲）成直径小而深度较大的圆孔，可采取扰动土样。冲进深度一般为lom，在黄土层中可达30余米。3.钻探（1）冲击钻:是利用钻具的重力和冲击力，使钻头冲击孔底以破碎岩石。机械冲击钻进，适用于砾石、卵石层及基岩，不能取得完整岩心。（2）回转钻:是利用钻具回转，使钻头的切削刃或研磨材料削磨岩土，可分孔底全面钻进与孔底环状钻进（岩心钻进）两种。工程地质勘探广泛采用岩心钻进，该法能取得原状土样和较完整的岩心。（3）冲击—回转钻:也称综合钻进，钻进过程是在冲击与回转综合作用下进行的，它适用于各种不同的地层，能采取岩心，在工程地质勘探中应用也较广泛。（4）振动钻:是利用机械动力所产生的振动力，通过连接杆及钻具传到钻头周围的土层中，由于振动器高速振动的结果，使土层的抗剪强度急剧降低，借振动器和钻具的重量，切削孔底土层，达到钻进的目的。它的钻进速度快，但主要适用于土层及粒径较小的碎、卵石层。4.地球物理勘探地球物理勘探简称物探。凡是以各种土、石物理性质的差别为基础，采取专门的仪器，观测天然或人工的物理场变化，来判断地下地质情况的方法，统称为物探。物探的优点是效率高，成本低，仪器和工具较轻便。但是由于不同土、石可能具有某些相同的物理性质，或同一种土、石可能具有某些不同的物理性质，因此有时较难得出肯定的结论，必须使用钻探加以校核、验证，所以物探有其一定的适用条件。当与调查测绘、挖探、钻探密切配合时，对指导地质判断、合理布置钻孔、减少钻探工作量等方面都能起到良好的效果。恰当地运用多种物探方法，互相配合，进行综合物探，也能取得较好的效果：物探按其所利用的土石物理性质的不同可分为声波探测、电法勘探、地震勘探、重力勘探、磁力勘探与放射性勘探等。前三者在工程地质工作中得到较为广泛的使用。1.室内试验2.原位试验较常做的野外原位试验有触探、平板荷载试验、十字板剪切试验、岩土原位直接剪切试验、动力参数或