工程地质-课件-第八章-工程地质勘察

第八章工程地质勘察本章提要主要介绍工程地质勘察的目的和任务、工程地质勘察的基本方法、土木工程现场原位测试方法及试验代表性指标的选取和地基承载力的确定方法。还着重介绍了工程地质勘察报告的主要内容及编制方法§8～1概述§8～2工程地质测绘§8～3工程地质勘探§8～4现场原位测试§8～5工程地质勘察报告的主要内容（略：现场监测，建筑地基评价）第八章工程地质勘察§8～1概述一、工程地质勘察的目的和任务工程地质勘察是运用工程地质理论和各种勘察测试技术手段和方法，为解决工程建设中地质问题而进行的调查研究工作。工程地质勘察是完成工程地质学在经济建设中“防灾”这一总任务的具体实践过程，其任务总体上是为工程建设规划、设计、施工提供可靠的地质依据。1、工程地质勘察的目的③查明地基岩石的地层年代、岩性、地质构造、土的成因类型及埋藏分布规律。测定地基岩土的物理力学性质；④查明地下水类型、水质、埋深及分布变化；⑤根据场地工程地质条件，分析可能发生的工程地质问题，提出建筑物结构形式、基础类型及施工方法的建议；⑥对不利于建筑的岩土层，提出处理方法或防治措施。①查明建筑场地的工程地质条件，选择地质条件优越合适的建筑场地：2、工程地质勘察的任务②查明场地内崩塌、滑坡、岩溶等物理地质作用和现象；3、工程地质勘察的方法测绘物探坑探钻探勘探室内试验室外试验试验监测工程地质勘察方法新技术：地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）监测遥感系统（RS）、地球物理层析成像技术（CT）调查收集资料测绘物探坑探和钻探室内外试验长期观测4、工程地质勘察的施工程序二、工程地质勘察阶段建筑工程项目设计初步设计施工图设计可行性研究工程地质勘察初步勘察详细勘察选址（可行性）勘察1、选址勘察阶段几个场地对比，对场址稳定性和适宜性作出工程地质评价1）搜集（区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的）工程地质资料及当地的建筑经验；2）分析已有资料，踏勘，了解场地的地层、构造、岩石和土的性质、不良地质现象及地下水等工程地质条件；3）对工程地质条件复杂，资料不足，工程地质测绘及必要的勘探。本阶段工作包括：选址宜避开工程地质条件恶劣的地区或区段：1）不良地质现象发育，影响场地稳定性的地段；2）地基土性质严重不良地段；3）对抗震不利地段；4）洪水或地下水严重影响地段；5）地下采空区的地段。目的：对场地内建筑地段的稳定性作出评价，为确定建筑总平面布置，主要建筑物地基基础设计方案以及不良地质现象的防治工程方案作出工程地质论证。2、初步勘察阶段（场址已选定）本阶段主要工作包括：1）收集资料2）初步勘察3）确定地震效应收集分析已有资料，还要进行工程勘探、测试本阶段主要工作包括：1）研究建筑与结构特点；2）查明不良地质现象；3）确定地基稳定性和承载力；4）确定地基变形计算参数；5）分析地震效应；6）地下水埋藏与腐蚀性；7）提供深基坑开挖的边坡稳定性计算和支护设计的参数；8）提供桩基础设计参数。详细勘察主要手段：勘探、原位测试和室内土工试验。3、详细勘察阶段为施工图设计提供资料及各项参数，确定基础设计、地基处理和加固、不良地质现象防治工程等方案。对工程地质条件复杂或有特殊要求的重要工程，还需进行施工勘察。它包括施工地质编录、地基验槽与监测和施工超前预报，以校核已有的勘察成果资料。4、施工勘察三、工程地质勘察分级工程地质勘察分级影响因素：工程安全等级、场地的复杂程度和地基的复杂程度。1、工程安全等级（三级）2、场地复杂程度等级（三级）3、地基复杂程度等级（三级）4、工程地质勘察等级（三级）通过对地质现象的详细观察和描述，并将其反映到一定比例尺的地形图上。据测绘成果可以分析各种地质现象的成因、分布、发展变化规律以及对工程建筑的影响，还可为勘探、试验等其他工作的布置奠定基础。§8～2工程地质测绘工程地质测绘可分为综合性测绘和专门性测绘。一、工程地质测绘的研究内容包括工程地质条件的全部要素:1）岩土体的研究查明地层岩性、岩土分布特征及成因类型、岩性变化特点等2）地质构造的研究地质构造决定区域稳定性，包括断裂构造、褶皱等3）地形地貌研究影响场地选择、建筑布局4）水文地质条件研究地表水和地下水的类型和分布等5）调查研究各种物理地质现象6）天然建筑材料的研究工程地质测绘的范围取决于拟建建筑物的类型和规模、设计阶段以及工程地质条件的复杂程度。（一般房屋建筑局限于有限范围内。道路测绘主要采取沿线调查的方法）二、工程地质测绘的范围、比例尺和精度比例尺一般规定为：规划阶段的踏勘及路线测绘采用1:20万~1:50万可行性阶段采用1:5000~1:50000初步勘察阶段采用1:2000~1:5000（中比例尺测绘）详细勘察阶段采用1:200~1:1000（大比例尺测绘）对于建筑地段的地质界线，测绘精度在图上的误差不超过3mm，其它地段不超过5mm。1、像片成图法利用地面摄影、航空(卫星)摄影等像片，在室内进行判释。三、工程地质测绘的基本方法及制图采用路线法测绘示例2、实地测绘法1）路线法：沿选定路线，实地测绘、调查（道路工程中常用）2）布点法：布置观测路线和观测点3）追索法：沿地层走向、地质构造线或不良地质界线布点追索§8～3工程地质勘探一、工程地质勘探的任务及方式主要任务：1）探明建筑物场地的岩性及地质构造；2）探明水文地质条件；3）探明地貌；4）提供岩土样及水样，提供野外试验条件勘探方式：工程地质钻探、坑探、物探二、工程地质物探以专门仪器探测地质体的物理场来进行地层划分，判定地质构造、水文地质条件及各种物理地质现象的勘探方法。物探分为：★电阻率法、磁法、★地震法、重力法放射性勘探，1.电阻率法对地质体以人工形成电场，通过电测仪测定地质体电阻率的大小及变化，从而推断地下一定范围地质体的情况。它可以用作划分地层岩性、地质构造、覆盖层或风化层的厚度、含水层分布和深度、古河道及天然建筑材料分布范围和储量。在寻找地下水时广泛应用。岩土的电阻率变化范围很大，火成（岩浆）岩最大，变质岩次之，沉积岩最小。粗粒土（砂土）电阻率高，细粒土（粘土）电阻率低。A、B供电，M、N点测电位差、电流值M、N点间的电位差为ΔUMN，电流值为I地层视电阻率IUKMN注：各向同性的均质岩层所得电阻率应相等，但实际岩层为各向异性的非均质体，故视电阻率并非真实电阻率式中：ρ-视电阻率；K-装置系数；ΔUMN=UM-UNI-岩层中电流值用爆炸或敲击产生地震波，地震波以弹性波在岩土体内传播，不同介质弹性波速不同，以此判断地质（现象）构造。地质勘探法可了解基岩面、覆盖层厚度、断层等。2、地震勘探法地震勘探法是石油勘探中的一种重要方法。工程地质勘察中应用最多的是高频(小于200～300Hz)地震波浅层折射法。二、工程地质钻探利用钻探机械和工具在岩土层中钻孔的勘探方法。可直接探明地层岩性、地质构造、地下水埋深、含水层类型和厚度、滑坡位置及岩溶情况，还可钻取岩心，在钻孔中试验。1.钻探方法和设备静压钻探振动钻探回转钻探冲击钻探各式钻机机械洛阳铲、麻花钻人力)()(工民建勘察常用简易、轻便的SH－30钻机回转钻进，对软土用薄壁取土器，对松散的砂卵石层采用冲击钻进或振动钻进；对软弱地层或破碎带采用干钻法、双层岩芯管法。钻探方法二种：回转式、冲击式回转式钻机是利用回转器带动钻具旋转，磨消孔底地层而钻进，可取得柱状岩芯样品；冲击式钻机是利用卷扬机借钢丝绳带动钻具上下反复冲击，钻头击碎孔底地层后钻进，可取得岩石碎块、扰动土样；工程钻孔柱状图三、工程地质坑探是用人工或机械掘进的方式来探明地表以下浅部的工程地质条件，包括：探坑、探槽、斜井、浅井、竖井、平硐等。工程地质常用的坑探类型示意图1-探槽；2-试坑；3-竖井；4-平硐；5-石门（平巷）；6-浅井探槽：成长条形，其断面有梯形、阶梯形，深度3m可了解地质构造线、断裂带宽度，地层分界线并取原状土样；探坑：深度不大且形状不一，矩形探槽，深度1～2m探井：深度3m，断面方形、矩形、圆形坑探工程展示图§8～4现场原位试验优点：1.可测定难以取样的岩土体的性质。2.影响范围大，因而更具代表性。3.可连续进行，因而可得到完整的地层剖面。4.快速、经济，能大大缩短勘察周期。缺点：•难以控制边界条件；•费工费时，成本高；•所测参数和岩土工程性质之间的关系建立在大量统计的经验关系之上。现场原位测试：在岩土原来所处的位置，基本保持天然结构、天然含水量及天然应力状态下，测定岩土的工程力学性质指标原位试验分为三类：1.岩土力学性质试验2.水文地质试验3.改善岩土性能的试验在一定面积的承压板上向地基逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基的变形特性，从而评定地基的承载力，计算地基的变形模量并预测基础的沉降量。一、载荷试验(loadingtest)载荷试验地基破坏的判定(1)地基明显侧向挤出或发生裂纹(2)荷载增量很小,沉降急剧增加,(3)某级荷载增量下,24小时内沉降不能稳定(4)s/b0.06的荷载作为破坏荷载pu(kPa)pcrS(mm)荷载沉降曲线承载力的特征值fak比例界限pcr当pu1.5pcr时，取极限承载力一半；渐变型曲线s/b=0.01—0.015低压缩性土s/b=0.02高压缩性土pu(kPa)pcrS(mm)荷载沉降曲线深宽度修正后的承载力的特征值fa200(3)(0.5)1aakbdmffbdpbEIs（）1120)1(SbpEOPS••P1PuabcP~S曲线：oa段：直线变形阶段（弹性阶段）ab段：局部剪裂阶段bc段：完全破坏阶段注：1）变形模量是指无侧限情况下的应力与应变的比值，它与压缩模量不同2）深层土的变形模量测定:旁压、触探E0——土的变形模量μ——土的泊松比p1——直线段的荷载强度(比例极限)S1——相应于P1的裁荷板下沉量b——承压板的宽度或直径ω——沉降影响系数，圆形0.88，方形0.79变形模量：用静力将一个内部装有阻力传感器的圆锥形探头均匀压入土中，测定土层对探头的贯入阻力，以此来间接判断分析地基土的物理力学性质。压力孔压探头：可测孔隙水锥尖阻力和侧壁摩阻力双桥探头：可分别测出阻力单桥探头：可测总贯入可分为二、静力触探试验(conepenetrationtest)单桥探头可测定端部比贯入阻力Ps双桥探头可测定端部锥尖阻力qc和侧壁摩阻力fs电缆传感器传感器传感器单桥探头双桥探头单桥双桥静力触探成果的应用1.划分土层2.估算土的物理力学指标3.确定浅基础的承载力4.预估单桩承载力5.判定饱和砂土和粉土的液化势静力触探具有测试连续、快速、效率高、功能多的特点，兼勘探与测试双重作用。适用于黏性土、粉土、砂土，但对碎石类土难以贯入。三、动力触探试验(dynamicpenetrationtest)其与静力触探试验的共同点是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入土中一定深度所需的能量来判定土的性质，并对土进行分层。类型分为：轻型：10kg锤、落距50cm重型：63.5kg锤、落距76cm超重型：120kg锤、落距100cm动力触探设备主要是由贯入器、贯入探杆和穿心锤三部分组成的,锤重63.5kg，在76cm的自由落距下，通过圆筒型的贯入器，贯入土层15cm，再打入30cm深度，以后30cm的锤击数称为标贯击数，用N63.5来表示，一般写作N。四、标准贯入试验(SPT)标准贯入试验成果的应用1．划分土的类别或土层剖面；2．判断砂土的密实度及地震液化问题；3．判断黏性土的稠度状态及c、值；4．评定土的变形模量E0和压缩模量ES；5．确定砂土、黏性土和粉土的地基承载力。注：标准贯入试验适用于砂性土与粘性土。五、十字板剪切试验（VST）十字板剪切试验是用插入软黏土中的十字板头，以一定的速率旋转，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪强度。max223fMDDHV0V0VPhphpcrpoh量测钻孔内进行横向载荷试验,用以测定较深处土层的变形模量和承载力V0V0VPhpuhpcrpo