水电地质培训教材二、勘察技术方法

第二章勘察技术方法--常用方法•工程地质测绘•工程地质勘探（物探、钻探、坑探等）•工程地质测试与试验•工程地质观测及监测•工程地质物理模拟与数值分析（结构中心\岩土中心）第二章勘察技术方法--规程规范•《水利水电工程地质测绘规程》SL299-2004•《水利水电工程物探规程》SL326－2005、DL/T5010-2005•《水利水电工程钻探规程》SL291-2003•《水利水电工程坑探规程》SL166-96、DL/T5050-2000•《水利水电工程钻孔压水试验规程》SL31-2003•《水利水电工程钻孔抽水试验规程》SL320-2005第二章勘察技术方法--规程规范《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001，DL5006-92《土工试验规程》SL237-1999《水利水电工程地质观测规程》SL245-1999第二章勘察技术方法—地质测绘•水利水电工程地质测绘是水利水电工程地质勘察的基础工作。•工程地质测绘的任务是调查与水利水电工程建设有关的各种地质现象，分析其性质和规律，为研究工程地质条件和问题、初步评价测区工程地质环境提供基础地质资料，并为布置勘探、试验和专门性勘察工作提供依据。第二章勘察技术方法—地质测绘•测绘使用的底图应是符合精度要求的同等或大于地质测绘比例尺的地形图。当采用大于地质测绘比例尺的地形图时，应在图上注明实际地质测绘精度。•图上宽度大于2mm的地质现象应予表示。对具有特殊工程地质意义的地质现象，在图上宽度不足2mm时，应扩大比例尺表示，并注示其实际数据。•地质界线误差，不应大于相应比例尺图上的2mm。第二章勘察技术方法—地质测绘•不同工程、不同勘察阶段对地质测绘的要求见相关勘察规范；•具体测绘工作的程序、方法、内容等在测绘规程中有详细规定；•地质测绘的前提：一定要拉剖面，定标志层，作综合地层柱状图。第二章勘察技术方法—工程物探•是通过检测介质的电、磁或弹性波等物性差异而获取地质信息的勘探方法。•工程物探的方法很多。从原理上分，主要有：弹性波法（地震波法、声波法）、电法、磁法、电磁法、层析成像法（弹性波CT、电磁波CT）及物探测井等。•每种方法都有各自的特点，在工作中应具有综合物探的思想。根据工程勘察现场的地质条件、地球物理应用前提，结合钻孔资料，合理运用一种或多种物探方法，经过综合分析，排除或减少多解性的影响，尽量接近真实。第二章勘察技术方法—工程物探电法勘探的原理•电法是以岩石和矿物存在的电性差异为基础，通过研究电场的分布特征来解决具有不同电性的物质的分布，从而解决与之有关的工程地质问题。•电法勘探中主要应用的电磁参数有视电阻率（ρ）、介电常数（ε），磁导率（μ），与电化学性质有关的激发极化率（η）以及电化学活动性等。第二章勘察技术方法—工程物探电法勘探适用范围•电测深法探测覆盖层厚度和下伏基岩面起伏形态，进行地层分层和风化分带；探测地下水位埋深等；探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特、洞穴、堤防隐患等；测试岩土体电阻率。•电剖面法探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特和洞穴等。第二章勘察技术方法—工程物探电法勘探适用范围•高（超高）密度电法探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特、洞穴、堤防和防渗墙隐患等；探测覆盖层厚度，进行地层分层和风化分带、岩性分层等。•自然电场法探测地下水流向，进行堤防和防渗墙探测；探查地下金属管道、桥梁、输电线路铁塔的腐蚀情况等。•充电法测试地下水流速、流向；探测黏土或水充填的喀斯特洞穴、含水断层破碎带等低阻地质体的分布情况。第二章勘察技术方法—工程物探电法勘探适用范围•激发极化法地下水探测，圈定含水的古河道、古洪积扇、喀斯特、构造破碎带等，确定含水层的埋深，评价含水层的富水程度。•可控源音频大地电磁测深法探测隐伏断层破碎带、覆盖层厚度、古河道、喀斯特、洞穴等；堤防和防渗墙隐患探测，地下水和地热资源探测等。第二章勘察技术方法—工程物探地震勘探的原理•地震勘探是通过人工激发产生的地震波在岩体中的传播，当遇到弹性波差异的分界面时，弹性波在界面上产生反射和折射，用地震仪器记录下反射波、折射波、面波等信息，分析波的运动学与动力学特征，进而研究岩体的性质，推断地质结构。•水利水电工程地质勘察常用的地震勘探方法有：浅层折射波法、浅层反射波法、瑞雷面波法。第二章勘察技术方法—工程物探地震勘探适用范围•瞬变电磁法探测覆盖层、构造破碎带、喀斯特、洞穴等；进行分层、风化分带，地下水和地热水资源调查，圈定和监测地下水污染情况，探测堤防和防渗墙隐患等。•浅层折射波法探测地层厚度及其分层、基岩面起伏形态及风化带厚度、隐伏构造破碎带、松散层中的地下水位以及滑坡体厚度等；测试岩土体纵波速度。不宜探测高速屏蔽层下部的地层。第二章勘察技术方法—工程物探地震勘探适用范围•瑞雷波法进行浅部覆盖层分层，饱和砂土液化判定，地基加固效果评价等。•浅层反射波法探测高速层下部的地层，划分沉积地层层次和探测有明显断距的断层，可探测地层厚度及其分层、基岩面起伏形态及风化层厚度、隐伏断层构造等；探测松散层中的地下水位以及滑坡体厚度；测试岩土体纵波速度。第二章勘察技术方法—工程物探弹性波测试适用范围•单孔声波测试岩体或混凝土纵波、横波速度和相关力学参数；探测不良地质结构、岩体风化带和卸荷带；测试洞室围岩松弛圈厚度；检测建基岩体质量及灌浆效果等。•穿透声波测试岩土体或混凝土波速；探测不良地质体、岩体风化和卸荷带；测试洞室围岩松弛圈厚度，评价混凝土强度，检测建基岩体质量及灌浆效果等。第二章勘察技术方法—工程物探弹性波测试适用范围•表面声波测试大体积混凝土或基岩露头的声波，评价混凝土强度或岩体质量。•声波反射检测隧洞混凝土衬砌质量及回填密实度；检测大体积混凝土及其他弹性体浅部缺陷。•脉冲回波检测地下洞室明衬钢管与混凝土接触状况；检测混凝土衬砌厚度和内部缺陷。第二章勘察技术方法—工程物探弹性波测试适用范围•地震穿透波速测试岩土体纵波、横波速度，圈定大的构造破碎带、喀斯特等速度异常带，检测建基岩体质量和灌浆效果等。•地震连续波速测试洞室、基岩露头等岩体纵波、横波速度测试；检测建基岩体质量，探测风化带和卸荷带。第二章勘察技术方法—工程物探地球物理测井适用范围•电测井主要用于划分地层，区分岩性，确定软弱夹层、裂隙和破碎带位置及厚度，确定含水层的位置、厚度，划分咸淡水分界面，也可用于测试岩层电阻率。•声波测井主要用于划分地层，区分岩性，确定裂隙和破碎带位置及厚度，也可利用测试的声波速度与其他参数计算地层岩土体的力学参数和孔隙度。•地震测井主要用于划分地层，区分岩性，确定破碎带的位置及厚度，也可进行地层波速测试。第二章勘察技术方法—工程物探地球物理测井适用范围•自然γ和γ—γ测井、磁化率测井均可用于划分地层，区分岩性，确定软弱夹层、裂隙和破碎带，γ—γ测井还可以测试岩层密度和孔隙度。•钻孔电视观察主要用于划分地层，区分岩性，确定岩层节理、裂隙、破碎带、软弱夹层的位置和产状，观察钻孔揭露的喀斯特洞穴的情况，也可用于检查灌浆质量、混凝土浇筑质量，及观察井下物体等。第二章勘察技术方法—工程物探地球物理测井适用范围•孔壁超声成像主要用于确定钻孔中岩层、裂隙、破碎带、软弱夹层的位置及大致产状，也可用于检查灌浆质量、混凝土浇筑质量，粗测钻孔直径。•温度测井可用于测试含水层位置及地下水运动状态，还可测试灌浆和水泥固井时水泥回返高度。•井中流体测量可用于确定含水层位置及厚度，测试地下水在钻孔中的运动状态和涌水量。第二章勘察技术方法—工程物探地球物理测井适用范围•电磁波或雷达测井可用于划分地层和破碎带，也可用于探查近孔壁的不良地质体。•井径测量可用于测试钻孔的井径变化。•井斜测量可用于测试钻孔的倾斜方位和顶角。第二章勘察技术方法—工程钻探钻探是水利水电工程地质勘察的重要手段，通过钻探采取岩心可以：1、直接观察确定地层岩性、地质构造、岩体风化特征；2、判断含水层与隔水层的情况，揭露地下水位（或水头）3、采取岩（土）样、水样；4、在钻孔中作各种水文地质试验、综合测井、变形测试、地应力测量以及利用钻孔进行相关项目的长期观测等。第二章勘察技术方法—工程钻探钻进方法岩石可钻性等级和特点表镶金刚石回转钻进4～11级，较完整均一岩层孕镶金刚石回转钻进4～12级，较破碎不均一岩层金刚石冲击回转钻进9～12级，坚硬打滑岩层硬质合金钻进1～7级，软、中硬岩层硬质合金冲击回转钻进5～8级，中硬岩层冲击钻进1～5级，松散地层空气潜孔锤钻进4～12级，较完整均一岩层第二章勘察技术方法—压水试验压水试验是水利水电工程地质勘察中最常用的岩体原位渗透试验，其目的是掌握岩体的透水性。通常求得岩体的透水率，为工程防渗设计提供依据。试验的重点及难点：1、试段压力的确定，包括压力计算零线的确定方法2、透水率的计算3、单位吸水量与透水率的关系。第二章勘察技术方法—压水试验1、试段压力的确定试段压力是指作用于试段内的实际平均压力。•当用安装在与试段连通的测压管上的压力表测压时，试段压力按P=PP+Pz计算。式中：P——试段压力（MPa）PP——压力表指示压力（MPa）Pz——压力表中心至压力计算零线的水柱压力（MPa）。•当用安设在进水管上的压力表测压时，试段压力按P=PP+Pz-Ps计算。式中：Ps——管路压力损失（MPa）第二章勘察技术方法—压水试验压力计算零线的确定：1、当地下水位在试段以下时，压力计算零线为通过试段中点的水平线；2、当地下水位在试段以内时，压力计算零线为通过地下水位以上试段中点的水平线；3、当地下水位在试段以上时，压力计算零线为地下水位线。第二章勘察技术方法—压水试验2、透水率的计算•试段透水率采用最大压力阶段的压力值（P3）和流量值（Q3）按式计算式中q——试段的透水率（Lu）L——试段长度（m）Q3——第三阶段的计算流量（L/min）P3——第三阶段的试验压力（MPa）33PLQq第二章勘察技术方法—压水试验•压水试验成果整理——绘制P-Q曲线•应采用统一比例尺，即纵坐标（P轴）1mm代表0.01MPa，横坐标（Q轴）1mm代表1L/min。•曲线图上各点应标明序号，并依次用直线相连，升压阶段用实线，降压阶段用虚线。•曲线类型分为层流型、紊流型、扩张型、冲蚀型和充填型。分别用(A)、(B)、(C)、(D)、(E)表示试段压水试验成果表达方式：20（B）第二章勘察技术方法—压水试验3、单位吸水量与透水率的关系•单位吸水量的物理意义是在1m水柱压力作用下每米试段内每分钟压入1L水量为1个单位吸水量。单位是升/分.米.米•透水率的物理意义是在1MPa压力作用下每米试段内每分钟压入1L的水量为1Lu。•因此，二者的关系为100倍。第二章勘察技术方法—抽水试验•抽水试验是通过测量从试验钻孔中抽出的水量和在距抽水孔一定距离处的观测孔中量测的水位降低值，根据涌水的稳定流或非稳定流理论来确定含水层水文地质参数和判断某些水文地质边介条件的一种现场渗透试验方法。•抽水试验是确定含水层渗透系数（K）、导水率（T）、储（释）水系数（Ss）、给水度（μ）和导压系数（a）的重要方法。第二章勘察技术方法—抽水试验•抽水试验分为：稳定流与非稳定流，单孔与多孔，完整孔与非完整孔。•稳定流抽水试验：在抽水试验过程中，固定地下水降深值，同时观测其涌水量的变化，直到经过一定时间后形成一种相对稳定的关系，并可利用裘布衣公式进行水文地质参数计算的抽水试验。•非稳定流抽水试验：一般是保持常流量观测水位降深值的变化，并根据泰斯非稳定流理论利用井函数进行水文地质参数计算的抽水试验。第二章勘察技术方法—抽水试验•单孔抽水试验：不带观测孔，只在一个抽水孔中测量涌水量与水位降深值数据的抽水试验。•多孔抽水试验：带观测孔的抽水试验。在一个抽水孔中抽水并测量涌水量同时在观测孔中观测动水位。•完整孔抽水试验：抽水孔进水段长度完全贯穿含水层厚度的抽水试验。•非完整孔抽水试验：抽水孔进水段长度仅为含水层厚度一部分的抽水试验。第二章勘察技术方法—抽水试验资料整理与参数计算仅单孔抽水试验就有近20个公式，使用的计算参数就有10多个，再