土木工程地质学

土木工程地质学GeologyinCivilEngineering7.1概述7.2工程地质测绘7.3工程地质勘探7.4工程地质勘查原位测试7.5工程地质长期观察7.6工程地质勘查资料整理7.7工程地质勘查报告实例7.工程地质勘查7.1概述7.1.1工程地质勘察的目的与任务目的：探明作为建筑物或构筑物工程场地、地基的稳定性与适宜性以及岩土材料的性状等问题进行技术方案论证，解决并处理整个工程建设中涉及的岩土的利用、整改问题，保证工程的正常使用。任务：查明场所工程地质条件，并根据场地的工程地质条件结合工程的具体特点和要求，进行工程地质分析评价，为基础工程、整治工程、土方工程提出设计方案。7.1.3工程地质勘察分类可行性研究勘察阶段—探明工程场地的稳定性和适宜性1.收集资料2.现场踏勘3.测绘和必要的勘探避开地区或地段初步勘察阶段—对工程场地的稳定性作出岩土工程评价1.搜集可行性研究阶段岩土勘察报告，建筑范围地形图及有关工程性质、规模的文件；2.初步查明地层、构造、岩土物理力学性质、地下水埋藏条件及冻结深度；3.查明场地不良地质现象的成因、分布、对场地稳定性的影响及其发展趋势4.判定场地和地基的地震效应。详细勘察与施工勘察阶段1.详勘与施工图设计相对应，按不同的建筑物或建筑群提出详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数，对地基作出工程分析评价，为基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等作出方案及论证，提出建议。2.施工勘察与设计施工相结合进行的地基验槽，桩基工程与地基处理的质量和效果的检验，特别在施工阶段发现地质情况与勘察不符时要进行施工勘察，补充必要数据，为施工阶段的地基基础设计变更提出相应的地基资料。内容和比例尺1.内容：包括有工程地质条件的全部要素，即拟建场地的地层、岩性、地质构造、地貌、水文地质条件、物理地质作用和现象、已有建筑物的变形和破坏状况和建筑经验、可利用的天然建筑材料的质量及其分布等2.比例尺：①小比例尺测绘：1:5000－1:50000(选址阶段)②中比例尺测绘：1:2000－1:50000(初勘阶段)③大比例尺测绘：1:100－1:1000(详勘阶段)在地质条件复杂时，比例尺可适当放大。最基本的勘察方法和基础性的工作，用于勘察的前期阶段，在野外将各种地质现象进行观察、描述、记录，并反映到一定比例尺的地形图上，编绘成地质图或工程地质图。7.2工程地质测绘主要是指测绘中观察描述工程地质条件的详细程度，包括划分单元的最小尺寸和实际单元界限在图上标定的误差观察点个数：1/cm2、岩层界限点、地貌单元变化点、断裂（构造）点、水文地质点、原位试验点、物探点。划分单元：最小尺寸为2mm，即大于2mm均应标示在图上。对小断层、裂隙、软弱面，反映在图上，对某些重要单元体，可采用“超”比例的办法标出。误差要求：建筑地段的地质界限、地质点测绘精度在图上误差不应0.5mm。测绘精度工程地质测绘方法和程序实地测绘法1.测绘前的准备工作2.布置地质观察测绘路线，方法：①路线穿越法分为：直线形或折线形路线方向大致与岩层走向、构造线及地貌单元相垂直②布点法预先在地形图上布置一定数量的观测路线和观测点，常用于大、中比例的工程地质测绘③界限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限进行布点追索，查明局部的工程地质问题3.工程地质观测点的工作内容①工程地质观察点的类型②测定地质点的位置③在地质点应认真观察，仔细描述，照实做好野外记录④采集有代表性的岩石（土）样标本、化石标本等4.野外实测地质剖面图5.测绘工作的内业整理①将野外测绘观察成果资料进行鉴定分析，确定岩石性质及地质年代，将地质观察点标定在地形图上，并将各点的主要岩层界限、构造线画出，其它的主要地质要素用特殊符号标出，连结所有相同地质界限及构造线，得到所绘制的工程地质图②利用实测剖面图或在平面图上切取纵横两方向的工程地质剖面图③将所得资料进行综合分析，编制成工程地质测绘报告像片成图法1.利用航空（卫星）摄影的像片，先在室内根据判释标志，并结合所掌握的区域地质资料，把判明的地层岩性、地质构造地貌、水系及不良地质现象等，描述在单张像片上。2.然后在像片选择需要调查的若干点和路线，据此去实地进行调查，校对修正绘成底图，3.最后，将结果转绘成工程地质图比例尺：航片1:25000~1:100000陆地卫星影像1:250000~1:500000热红外图像1:50000—遥感技术岩土工程勘探常用的方法有钻探、坑探及工程物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。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。考虑到三类勘探手段的特点，布置勘探工作时应综合使用，互为补充。7.3工程地质勘探一、工程物探岩土层有不同的物理性质，如导电性、弹性、密度、磁性等。利用专门仪器测定岩土层物理参数，通过分析地球物理场的异常特征，结合地质资料，间接了解地下深处地质体的情况。物探种类：电法、磁法、地震、重力、放射性等勘探方法，工程中常用的是电法和弹性波法。1.电法：利用仪器测定人工或天然电场中岩土的导电性的差异测定地质情况。2.弹性波勘探：用人工激发震动，研究弹性波在地质体中传播规律，判断地下情况和岩体的特性和状态。分为地震勘探、声波探测工程物探的作用主要有：作为钻探的先行手段。了解隐蔽的地质界线、界面或异常点（如基岩面、风化带、断层破碎带、岩溶洞穴等）作为钻探的辅助手段。在钻孔之间增加地球物探勘探点，为钻探成果的内插、外推提供依据。作为原位测试手段。测定岩体的波速、动弹性模量、特征周期等参数。二、钻探工程1.岩土工程钻探的特点在岩土工程勘察中，钻探是最常用的一类勘探手段。与坑探、物探相比较，钻探有其突出的优点，它可以在各种环境下进行，一般不受地形、地质条件的限制；能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，最大限度地发挥综合效益；勘探深度大，效率较高。因此，不同类型、结构和规模的建筑物，不同的勘察阶段，不同环境和工程地质条件下，凡是布置勘探工作的地段，与一般的矿产资源钻探相比，岩土工程钻探有如下特（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。如房屋建筑与构筑物一般应按建筑物的轮廓线布孔。（2）除了深埋隧道以及为了解专门地质问题而进行的钻探外，孔深一般十余米至数十米，所以经常采用小型、轻便的钻（3）钻孔多具综合目的，除了查明地质条件外，还要取样、作原位测试和监测等；有些原位测试往往与钻进同步进行，所以不能盲目追求进尺。（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。如岩心采取率、分层止水、水文地质观测、采取原状土样和软弱夹层、断层破碎带样品等要求。2.钻孔类型:指钻孔的角度及其方向钻孔的角度即是钻机的立轴钻杆与地平线的夹角。主要分为：①钻直孔:倾角90°，工程地质钻探中最常用、可作压水试验②水平孔：倾角0°，一般在坑探中布置，可作平硐、石门延续③斜孔：倾角小于90°，且应定出倾斜的方向④定向孔：钻孔随深度的变化有规律地弯曲，进行定向钻进3.钻探孔深度的确定确定勘探孔深度应根据建筑物类型、勘察阶段、工程地质条件的复杂程度和所评价的工作地质问题等综合考虑。水工建筑物：为评价坝基深部抗滑稳定，勘探孔应穿过可能构成滑移面的软弱结构面；评价坝基渗漏，勘探孔应达到透水层以下的相对隔水岩层。工民建：勘探孔一般要打到压缩层以下。平原区5-15m；控制孔20-30m;东南沿海30-75m;断层破碎带要穿过,打入新鲜基岩5m。控制孔、一般勘探孔4.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。因此在钻进过程中必须认真、细致地做好观测与编录工作，以全面、准确地反映钻探工程的第一手地质资料。钻孔观测与编录的内容包括：1、岩心观察、描述和编录对岩心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；(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；(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。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。岩石质量指标（RQD）：指在取出的岩心中，大于10cm的柱状岩心长度与本回次进尺的百分比。是岩体分类和评价地下洞室围岩质量的重要指标。上述三项定量指标可反映岩石的坚硬和完整程度。岩石愈坚硬、完整，数值愈高；愈软弱、破碎的岩石，数值愈低。岩芯采取率80%；软弱夹层65%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。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。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。三、坑探工程1、岩土工程勘探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，它在岩土工程勘探中占有一定的地位。与一般的钻探工程相比较，其特点是：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。坑探工程的缺点是：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。各种坑探工程的特点和适用条件：名称特点适用条件探槽在地表深度小于3-5米的长条形槽子剥除地表覆土，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、结构试坑从地表向下，铅直的、深度小于3~5m的圆形或方形小坑局部剥除覆土，揭露基岩；作载荷试验、渗水试验，取原状土样浅井从地表向下，铅直的、深度5~15m的圆形或方形井确定覆盖层及风化层的岩性及厚度；作载荷试验，取原状土样竖井（斜井）形状与浅井相同，但深度大于15m，有时需支护了解覆盖层的厚度和性质，作风化壳分带、软弱夹层分布、断层破碎带及岩溶发育情况、滑坡体结构及滑动面等；布置在地形较平缓、岩层又较缓倾的地段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。名称特点适用条件平硐在地面有出口的水平坑道，深度较大，有时需支护调查斜坡地质结构，查明河谷地段的地层岩性、软弱夹层、破碎带、风化岩层等；作原位岩体力学试验及地应力量测，取样；布置在地形较陡的山坡地段石门（平巷）不出露地面而与竖井相连的水平坑道，石门垂直岩层走向，平巷平行了解河底地质结构，作试验等2.编录工作坑探工程应事先编好设计书，开挖过程中要及时作好观察、描述、记录或照相，然后作好编录工作。坑探工程的编录工作主要是编制展视图，展视图就是沿坑探工程的壁面、底面所编制的连续地质剖面图、按一定的制图方法将三度空间的图形展开。不同类型的坑探工程展视图的编制方法和表示的内容有所不同，比例尺一般为